Thermoformen technischer Teile zeigt Ansätze zur Massenfertigung
29.09.2006 | Redakteur: MM
Ziel der Automatisierung beim Thermoformen technischer Teile ist einerseits der schnelle Werkzeugwechsel und somit die Erhöhung der Anwendungsflexibilität. Andererseits sollen Anwendungen in der...
Ziel der Automatisierung beim Thermoformen technischer Teile ist einerseits der schnelle Werkzeugwechsel und somit die Erhöhung der Anwendungsflexibilität. Andererseits sollen Anwendungen in der Großserienfertigung erschlossen werden. Ansätze dasind auf der K 2001 zu sehen.Dem Thermoformen sind Grenzen gesetzt. So sehen viele Anwender die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nur dann sichergestellt, wenn die niedrigen Maschinen- und Werkzeugkosten den Ausschlag für Aufträge geben. Dieser oft dahergebrachten Einschätzung wollen die Maschinenbauer nun ein Ende setzen. Auf der K 2001 werden sie daher bezüglich der Wirtschaftlichkeit und Fertigungsqualität in die Offensive gehen - mit Maschinen und Werkzeugen, mit denen sich die Anwendungsgrenzen des Thermoformens in Richtung größerer Serien verschieben lassen.Erhöhte Reproduzierbarkeit, verkürzte Fertigungszyklen und verlängerte Laufzeiten sind deshalb die Schlagworte, die das Messegeschehen bei Thermoformmaschinen beeinflussen werden. Richtungsweisend dabei ist die Wirtschaftlichkeit und Fertigungsqualität im Vergleich zum Spritzgießen, das bei Verpackungen und technischen Teilen im Wettbewerb zum Thermoformen steht. Insbesondere bei technischen Anwendungen besteht jedoch auch die Möglichkeit, ,,neue, expansive Märkte" zu erschließen, wie der Maschinenbauer Manfred Geiss bereits im Frühjahr auf der Würzburger Thermoformtagung des Süddeutschen Kunststoffzentrums e.V. formulierte.Das bedeutet für den Inhaber und Geschäftsführer der Georg Geiss Maschinenfabrik, Sesslach, ,,die Ausrüstungen vorzubereiten, die in den neuen Märkten verlangt werden". Dabei setzt er auf mehr Maschinenflexibilität, Produktivität und Fertigungsqualität, insbesondere im Hinblick auf weitere Anwendungen im Fahrzeugbau. Dort sieht Geiss die Chance, in einem zweistufigen Verfahren nicht nur Formteile mit einer der Lackierung gleichwertigen Oberfläche herzustellen. Sondern: ,,Es müssen bessere Oberflächen sein", so der Maschinenbauer. Dass diese Entwicklung kommt, daran gibt es für ihn keinen Zweifel: ,,Die Branche verlangt Formteile mit Class-A-Oberflächen."Großserienfertigung zwingt zu Änderungen Zur Herstellung solcher Formteile eignen sich Verfahren wie das Hinterspritzen oder Hinterschäumen, wobei die Oberfläche durch Thermoformen vorgegeben wird. Dazu sind Bedingungen wie in der Großserienfertigung zu erfüllen. Für die Thermoformer bedeutet das, ,,in großen Mengen just-in-time" Formteile in hoher, reproduzierbarer Qualität herzustellen, wie Geiss auf der Thermoformtagung erläuterte. Er ließ dabei keinen Zweifel daran, dass dies gewissermaßen zu einer Abkehr bisheriger Fertigungsweisen führt.In der Regel wird das Thermoformen technischer Teile bei kleineren Serien angewandt. Es ist technisch weniger aufwendig als das Spritzgießen und daher wirtschaftlicher, so lange die Maschinen- und Werkzeugkosten unter denen anderer Verfahren liegen. Bei technischen Teilen sind der Automatisierung dadurch Grenzen gesetzt. Sie geraten jedoch immer wieder in Bewegung. Das ist vor allem beim Werkzeugwechsel der Fall, um die Stillstandzeiten zu verkürzen und damit die Produktivität beim Thermoformen kleinerer Serien zu erhöhen, wie die Cannon-Gruppe, Mühlheim, auf der K 2001 zeigen wird: anhand der Maschine Powerform PF 1512, die aufgrund der installierten Automatisierungskomponenten die Umrüstung auf unter 10 min verkürzt. Üblicherweise - also manuell oder halbautomatisch - dauert der Austausch 15 bis 45 min.Werkzeugwechsel mit weniger Teilen Bei technischen Teilen sind für manchen Thermoformer bis zu 20 Werkzeugwechsel am Tag keine Seltenheit. Daher lassen sich auch bei den Werkzeugkosten noch erhebliche Einsparungen erzielen. Wie das geschieht, wird zum Beispiel die Adolf Illig Maschinenbau GmbH, Heilbronn, auf der Messe an der Maschine UA 101l zeigen. Zur Kostenverringerung wurde die Anzahl der zu wechselnden Teile stark reduziert. So verbleiben beim Werkzeugwechsel die Formatteile, wie Spannrahmen und Unterbau für die Positivform, in der Maschine. Sie können verstellt und damit der jeweiligen Form automatisch angepasst werden, was sich positiv auf die Werkzeugkosten, und somit auf die Fertigungskosten auswirkt.Häufig werden daher die Formatteile den Maschinen ,,zugeschlagen", für die es heute eine Reihe unterschiedlicher programmierbarer Antriebsachsen gibt, so dass viele Einstellungen beim Werkzeugwechsel bereits automatisch vorgenommen werden können. Sogar eine komplett automatische Umrüstung ist möglich, wie der Maschinenbauer Geiss auf der Thermoformtagung deutlich machte: mit zwei so genannten Werkzeugwechselwagen, der die eingebaute Form entnimmt und die nächste in die Maschine einfährt. Sechs solcher automatischen Wechselsysteme hat der Sesslacher Maschinenbauer schon an Thermoformer geliefert.Der nächste Automatisierungsschritt - so scheint es - geht über den Werkzeugwechsel hinaus. Er betrifft die komplette Fertigung, einschließlich der Maschinenbeschickung, Nachbearbeitung und Teileentnahme, so dass Anwendungen des Thermoformens technischer Teile mehr in Richtung Massenfertigung möglich werden. Auch dafür ist eine hohe Fertigungsflexibilität erforderlich, weil ein häufiger Produktwechsel möglich bleiben soll.Ziel ist es, mit einer Maschine das gesamte Formteilspektrum abzudecken, ohne lange Anlaufphasen insbesondere beim Aufheizen zu haben. Damit unterscheidet sich die Maschinenausrichtung von der bei Sonderverfahren des Thermoformens: zum Beispiel im Automobilbau. Dort stehen unter anderem große Anlagen, mit denen Dachhimmel in hohen Stückzahlen geformt werden. Schnelles Aufheizen beschleunigt Fertigung Aus der Forderung nach höherer Maschinenflexibilität resultierten immer wieder Impulse für Weiterentwicklungen. Folglicherweise gab es daher auch Fortschritte bei den Heizstationen der Maschinen: vor allem in Richtung trägheitsarmer Hochleistungsstrahler, wie die Elstein Werk GmbH & Co KG, Northeim, anhand des keramischen Infrarotstrahlers HLS mit parabolischem Goldreflektor bereits deutlich machte. Laut Hersteller erreicht er die Betriebstemperatur von 1000 °C in weniger als 1 min. Bei einem Wirkungsgrad der Strahlung von 80% betrage die Leistungsdichte bis zu 90 kW/m2, heißt es.Noch kürzer soll die Aufheizzeit bei Niederdruck-Halogenstrahlern sein, die mit kurzwelligem Infrarot-Licht arbeiten. Quasi ,,aus dem kalten Zustand heraus" seien diese Strahler betriebsbereit, so der Maschinenbauer Geiss auf der Thermoformtagung. Dort stellte er sie als ,,ein Meilenstein in Richtung besserer Maschinenauslastung und Flexibilität" vor - und als wichtiger Bestandteil einer programmierbaren, automatischen Fertigungslinie, deren Aufbau Geiss ans Ende des Vortrags setzte. Sie besteht aus einer Thermoformmaschine, einem CNC-Bearbeitungszentrum, Beschickungs- und Entnahmerobotern. Die Stationen nach dem Thermoformen sind über einen gemeinsamen Träger für die einzelnen Antriebsschlitten miteinander verbunden.Modulbauweise erhöht Flexibilität Auf der Thermoformtagung stellte auch die Paul Kiefel GmbH, Freilassing, eine automatische Fertigungslinie vor. Dabei orientierte sich der Maschinenbauer am Thermoformautomat KMV R, der - wie bei technischen Teilen üblich - mit Vakuumunterstützung die Teile formt, jedoch keine Kunststoffplatten, sondern Rollenware verarbeitet, wie sie bei Verpackungen verwendet werden. Bei der neuen Anlage ist es umgekehrt: Sie wird mit Platten beschickt, wobei zusätzlich Druckluft die Formgebung unterstützt.Mit diesem Automaten werden Kühlschrankverkleidungen, Gehäuseteile und Abdeckungen hergestellt. Für alle Fertigungsschritte gibt es Module, die man je nach Anwendung zu einer Fertigungslinie zusammensetzt. Sogar Folien lassen sich von der Rolle verarbeiten, so dass während der Formgebung zusätzlich ein Kaschierprozess möglich ist. Der Automat gehört zu einer Baureihe, für die laut Kiefel eine hohe Anwendungsflexibilität bei Verwendung kostengünstiger Werkzeuge kennzeichnend ist und die auch mit einer Druckluftstation ausgerüstet werden kann. Servomotoren treiben die Maschinenkomponenten an: zum Beispiel die Vorschubachse, den Ausdrücker in der Stapelstation, die Kettenbreitenverstellung und die Tische der Form- und Stanzstation. MM
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