29.09.2006 | Redakteur: MM
Aufgrund der niedrigen Werkzeugkosten ist das Thermoformen insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft. Voraussetzung dafür sind kurze Rüstzeiten, die sich dann ergeben, wenn nicht mit dem Werkzeug der...
Aufgrund der niedrigen Werkzeugkosten ist das Thermoformen insbesondere bei Kleinserien vorteilhaft. Voraussetzung dafür sind kurze Rüstzeiten, die sich dann ergeben, wenn nicht mit dem Werkzeug der Formatsatz gewechselt werden muss. Dazu ist er als verstellbare Maschinenkomponente ausgelegt, womit auch die Werkzeugkosten sinken. Je nach Anwendung wird das Formvakuum auf verschiedene Weise erzeugt.Bei einer Thermoformmaschine haben Werkzeug und Material den größten Einfluss auf die Produktherstellungskosten. Eine solche Anlage besteht aus Maschinen-, Werkzeug- und Formatteilen. Die anteiligen Maschinenkosten betragen meist etwa 1,5 bis 5% der Herstellungskosten eines Zieh-teils. In den seltensten Fällen sind es über 10%. Die Kosten für den Formenunterbau haben den höchsten Anteil an den Formatteilkosten, wie eine Analyse der Formatkosten im Allgemeinen ergibt, wobei Abdichtmöglichkeiten für das Formvakuum berücksichtigt wurden: das Abdichten gegen den Unterrahmen (Variante A), gegen das Material durch Überfahren der Einspannebene (Variante B) sowie gegen das Material durch Fahren gegen den Oberrahmen (Variante C).Bei der Abdichtungsvariante A fährt der Maschinentisch auf Anschlag gegen den unteren Spannrahmen, wie in Bild 3a verdeutlicht ist. Dabei sind folgende Merkmale zu beachten.- Der untere Spannrahmen muss absolut dicht sein- Der ganze Formenunterbau zwischen Position 5 und 8 wird evakuiert - Vakuumbohrungen können direkt in den Formenunterbau führen- Der Werkzeugwechsel lässt sich im Paket - das heißt Formwerkzeug, Formenunterbau und Spannrahmen zusam-men - wechseln- Für die indirekte Temperierung wird unterhalb der Segmentträgerplatte eine Temperierplatte eingebaut. Temperierschläuche werden durch den Formenunterbau geführt. Eine Abdichtung der Schläuche gegen die Formenunterbauprofile ist notwendig.- Für die direkte Temperierung werden die Temperierschläuche durch den Formenunterbau geführt. Eine Abdichtung der Schläuche gegen die Formenunterbauprofile ist notwendig.Der Festformatunterbau kann mehrfach eingesetzt werden (Mehrfachverwendung, wenn man die gleichen Spannrahmen verwendet. Ein Wechsel der Formwerkzeuge auf dem Festformatunterbau erfordert einen bestimmten Zeitaufwand und verursacht Werkzeugkosten. Festformatteile sind der Formenunterbau, der untere und obere Spannrahmen.Überfahren der Einspannebene ermöglicht Vakuumerzeugung Bei der Variante B erfolgt das Abdichten durch Scherwirkung, indem die obere Außenkante der Segmentträgerplatte beim Überfahren der Einspannebene gegen das Halbzeug drückt. Daraus resultieren folgende Merkmale:- In den Spannrand wird umlaufend ein Versatz (etwa 0,3 bis 2 mm) eingeformt.- Diese Abdichtart erlaubt einen verstellbaren Formenunterbau (als Maschinenteil, das heißt kein Formatteil).- Der untere Spannrahmen muss nicht vakuumdicht sein. Ein verstellbarer unterer Spannrahmen dient lediglich zum Spannen des Materials und zum Abdichten beim Vorblasen mit einem Luftdrücken von maximal 0,03 bar über Atmosphärendruck.- Die Abluft durch die Vakuumbohrungen muss in einem zentralen Vakuumanschluss unterhalb der Form zusammengeführt werden.- In Verbindung mit einem verstellbaren Formenunterbau müssen die an dem Formwerkzeug angebrachten Temperierschläuche nicht gegen ein Unterbauprofil abgedichtet werden.- In der Ausführung ,,Festformat-Formenunterbau plus Festformat-Spannrahmen" kann der Werkzeugwechsel im Paket erfolgen.Andrücken der Trägerplatte bei Abdichtung gegen Halbzeug Beim Abdichten gegen das Material durch Andrücken der Segmentträgerplatte gegen den oberen Spannrahmen - Variante C - fährt der Tisch auf Anschlag gegen den oberen Spannrahmen. Das beheizte Material dient als Abdichtung. Diese Abdichtungsvariante hat folgende Merkmale: - Typisch für diese Abdichtart ist die lichte Weite des oberen Spannrahmens, die im Vergleich zu der des unteren Spannrahmens kleiner ist.- Der Spannrand bleibt planeben.- Weitere Merkmale sind dieselben wie beim Abdichten gegen das Halbzeug durch Überfahren der Einspannebene.Welchen Einfluss die Formatsatzkombination auf die Herstellungskosten der Ziehteile hat, hängt von der Abdichtvariante ab. Beim Abdichten gegen den Unterrahmen (Variante A) sind folgende Kriterien zu beachten:- Die höchsten Ziehteil-Herstellungskosten erhält man bei kleinen und mittleren Auftragsgrößen- Die kürzeste Umrüstzeit ergibt sich bei Einmalverwendung und Bereitstellung des nächsten Werkzeugsatzes an der Maschine (Unterbau bleibt immer mit Form verschraubt).- Die Umrüstzeit verlängert sich bei Mehrfachverwendung (das nächste Formwerkzeug wird beim Umrüsten auf vorhanden Unterbau gewechselt).- Der Formatsatz ist praktisch wartungsfrei.- Bei Mehrfachverwendung muss Platz für die Spannrahmenregale vorhanden sein.- Bei hohen Auftraggrößen ergibt sich ein geringer Einfluss auf Ziehteil-Herstellungskosten.Beim Abdichten gegen das Material durch Überfahren der Einspannebene (Variante B) sowie gegen das Material durch Fahren gegen den Oberrahmen (Variante C) sind folgende Kriterien zu berücksichtigen:- Bei der Abdichtvariante C ist der Einfluss auf die Ziehteil-Herstellungskosten bei kleinen und mittleren Auftragsgrößen besser als bei Variante A und schlechter als bei Variante B.- Eine Wartung der verstellbaren Rahmen ist erforderlich.- Es besteht kein Platzbedarf für die Spannrahmen.- Wenn beide verstellbare Spannrahmen temperiert werden, arbeitet die Maschine mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit. - Bei hohen Auftragsgrößen ist der Einfluss auf Ziehteil-Herstellkosten gering.Im allgemeinen haben alle drei Abdichtvarianten haben ihre Vorzüge. Sie ermöglichen jedoch nicht die geringsten Ziehteil-Herstellungskosten. Dazu müssen folgende Kriterien erfüllt sein:- Es sind praktisch keine Formatkosten, sondern lediglich Maschinenkosten vorhanden.- Für kleine, mittlere und große Stückzahlen müssen sich die günstigsten Ziehteil-Herstellungskosten ergeben.- Eine Wartung der verstellbaren Rahmen ist erforderlich.- Die Umrüstzeit muss ähnlich kurz wie bei der Abdichtvariante A (im Fall Einmalverwendung) sein.- Mehrfachverwendung prinzipiell = Einmalverwendung = kurze Umrüstzeit. Das heißt: Verstellbare Rahmen und ein verstellbarerer Unterbau ermöglichten ähnlich kurze Umrüstzeiten wie die Festformatsysteme der Einmalverwendung, wo Rahmen, Formwerkzeug und Unterbau im Paket gewechselt werden.- Es ist kein Platzbedarf für die Spannrahmen erforderlich.- Weil man ohne Rahmen auskommt, ist der Platzbedarf für das Werkzeugpaket niedriger.- Keine Wegezeit für die Bereitstellung der Spannrahmen. Die verstellbaren Rahmen und der Unterbau bleiben in der Maschine.- Wenn beide verstellbare Spannrahmen temperiert werden, arbeitet die Maschine mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit.- Bei hohen Auftragsgrößen ist der Einfluss auf die Ziehteil-Herstellungskosten gering.Die günstigste Formatsatzkombination lässt sich folgendermaßen beschreiben (Variante D: Sie umfasst die formatsatzlose Formstation und einen verstellbaren Halterahmen in der Beschickungsstation. Die formatsatzlose Formstation besteht aus einem verstellbaren Formenunterbau, unteren und oberen Spannrahmen. Schneller Werkzeugwechsel ohne Hilfswerkzeug Der Formenunterbau ermöglicht einen Werkzeugschnellwechsel, ohne ein Hilfswerkzeug verwenden zu müssen. Die Formwerkzeuge sind einfachster Bauart (Holz, Harz) und auch für Kleinststückzahlen schnellstens einsatzbereit (kein Formenunterbau) - ohne Verzicht auf den Werkzeugschnellwechsel. Es ist keine Temperaturübertragung vom Formwerkzeug auf den Maschinentisch erforderlich. Das Formwerkzeug bleibt bei Wärmeausdehnung mittig.Der verstellbare untere Spannrahmen hat folgende Vorteile: Er ist elektromotorisch stufenlos verstellbar sowie temperierbar. Die Rahmenpositionen lassen sich speichern. In Verbindung mit den Abdichtvarianten B und C - Abdichten gegen das Halbzeug - ergibt sich der Vorteil, dass der untere verstellbare Spannrahmen nur zum Spannen der Platte dient, nicht aber vakuumdicht sein muss. Charakteristisch dafür sind folgende Merkmale:- Wie der verstellbare untere Spannrahmen so ist auch der obere Spannrahmen elektromotorisch stufenlos verstellbar und temperierbar. Außerdem können die Rahmenpositionen gespeichert werden. Darüber hinaus ist er mit Sägezähnen zum sicheren Spannen des Materials ausgestattet. Eine integrierte, ringsum laufende Luftdusche ermöglicht ein intensives Abkühlen des Ziehteiles und eine Kühlzeitreduzierung bis zu 25% - zum Teil auch 40%. Ein Direktantrieb erlaubt den Einsatz von Twinsheet-Zwischenrahmen.- Aufgrund des verstellbaren Halterahmens in der Beschickungsstation wird das Material in einem stufenlos verstellbaren Spannrahmen ringsum gespannt. Der Spannrahmen lässt sich elektromotorisch stufenlos verstellen und temperieren. Die Rahmenpositionen sind speicherbar. Es besteht die Möglichkeit der Fertigheizung von Platten oder von Zuschnitten von der Rolle in der Beschickungsstation.Verzicht auf Formatteile reduziert Werkzeugkosten Die Vorteile dieser neuen Technik liegen unter anderem in den Werkzeug- und Maschinenkosten, den Umrüstzeiten und der Taktzeitreduzierung. Die neue Maschinengeneration erlaubt die Verwendung von kostengünstigen Formwerkzeugen, weil in der Formstation praktisch keine Formatteile mehr vorhanden sind. Die Formatteile sind als verstellbare Maschinenteile gebaut. Daraus ergibt sich eine einmalige Kombination von verstellbarem Formenunterbau und verstellbaren Spannrahmen als Teile der Maschine und nicht des Werkzeugsatzes.Die verstellbaren Formatteile - Formenunterbau und Spannrahmen - schlagen sich in einem höheren Maschinenpreis nieder. Weil aber die Maschinenkosten nur mit etwa 3 bis 6%, selten bis 10% an den Herstellungskosten eines Ziehteiles beteiligt sind, führt dies wegen der jetzt niedrigeren Werkzeugkosten zu Ziehteilen mit günstigeren Herstellkosten.Die Umrüstzeiten werden bei den verstellbaren Spannrahmen der Maschine UAL mittels elektromotorischen Antrieben und speicherbaren Einstellungen realisiert. Das Umrüsten des verstellbaren Formenunterbaus reduziert sich auf das Öffnen und Schließen der vier Verriegelungseinheiten. Das Ein- und Ausrüsten des Formwerkzeuges, verriegelt auf dem verstellbaren Formenunterbau, erfolgt auf einer Rollenbahn mit Grobzentrierung und Feinzentrierung und Vakuumspannung. Der Oberstempel wird über eine pneumatische Spanneinheit befestigt. Die extrem kurzen Umrüstzeiten - bekannt von den Plattenmaschinen des Herstellers Illig als Schnellwechsel im Paket - gelten somit auch für die neue Maschine UAL. In Vergleich zur Einmalverwendung eines Festformatsatzes kommen hier die Zeiten für die Handverriegelungen an den vier Verriegelungseinheiten dazu. In Vergleich zur Mehrfachverwendung eines Festformatsatzes ist der verstellbare Unterbau klar im Vorteil.Temperierte Spannrahmen verbessern Formteilqualität Die verstellbaren Spannrahmen sind temperiert, eine Aufheizstation für temperierte Festformat-Spannrahmen - wie zum Teil üblich - entfällt. Die temperierten verstellbaren Spannrahmen garantieren eine bessere Reproduzierbarkeit im Vergleich zu nicht temperierten Festformatrahmen, die unter Umständen nach dem Rüsten mit den Maschinenheizungen auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Aufgrund der kürzeren Kühlzeiten durch die im verstellbaren Oberrahmen integrierte umlaufende Luftdusche wird die Taktzeit reduziert. Weiter Vorteile sind eine einfache Umrüstung vorhandener Formwerkzeuge auf die neue Technik. Die Herstellungeines Testwerkzeugs wird erheblich verkürzt, denn der Formenunterbau und Spannrahmen sind auf die Größe der Segmentträgerplatte des Formwerkzeuges stufenlos einstellbar. In Verbindung mit dem verstellbaren Formenunterbau fließt keine Verlustheizleistung von beheizten Formwerkzeugen an den Maschinentisch.Aufgrund des Wegfalls der Formatteile (Formenunterbau und Festformatspannrahmen) wirken sich die günstigeren Werkzeugkosten direkt in Form von günstigeren Ziehteil-Herstellkosten aus oder bewirken direkt eine bessere Wettbewerbsfähigkeit. Weil der Verkaufspreis für ein Ziehteil meist vom Markt bestimmt wird, verbleibt mit der neuen Technik ein größerer Mehrerlös (Gewinn).
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