Die K-Frage lösen

Maschinen und Ideen für besseres Design und neue Technik

16 000 Kilonewton Schließkraft weist die neueste Spritzgießmaschine der LKH Kunststoffwerk Heiligenroth auf. Sie steht für die rasante Weiterentwicklung der Produktionstechnik, mit der zwischen filigranen Designelementen für die Elektronik und robusten Fahrwerksbauteilen für die Autoindustrie eine unglaubliche Breite an Lösungen in Kunststoffen entsteht.

Kunststoffgerechte Bauteile- und Baugruppen-Entwicklung: Zum Leistungsspektrum von LKH gehören Moldflow-Analysen, Verzugs- und FEM-Berechnungen, Rapid-Prototyping, Rapid-Tooling mit Einsatz von Originalmaterial, Wertanalytische Untersuchung der Fertigungskette, Erstellung von Lastenheft, Bauteilkonstruktion und Prozessplanung. (Bild: LKH)

Ein Industrielüfter ist ein Lüfter – aber auch ein Designelement. Kunststoffe ermöglichen bessere Lösungen, als es die bisherigen Marktstandards zuließen. Dahinter stehen das Zusammenspiel innovativer Konstruktionsideen, detaillierter Simulationen zur Optimierung sowie modernste Produktionstechnologien.

Der Anlagenbau für industrielle Zwecke stellt typischerweise zunächst funktionale Eigenschaften der Komponenten in den Mittelpunkt der Lösungen. „Aber das Motto ‚passt und funktioniert‘ als alleinige Maxime hat auch hier schon seit geraumer Zeit ausgedient“, ist die Erfahrung von Rüdiger Braun, Leiter Vertrieb und Engineering beim Kunststoffspezialisten LKH in Heiligenroth. Auch Maschinenbauer haben in den letzten Jahren immense Anstrengungen unternommen, um ihren Produkten ein einheitliches Design mitzugeben, Farb- und Formensprache unverwechselbar zu machen, ein Markenimage zu prägen und sich so von Wettbewerbern abzusetzen. Dass damit möglichst auch funktionale Verbesserungen und im Idealfall Kostensenkungen einher gehen sollen, stellt Konstrukteure wie Produktionstechniker vor anspruchsvolle Aufgaben.

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Die in 2015 eingeführte neue Blue e+ Kühlgeräte-Generation von Rittal trägt auch die Handschrift des Kunststoffspezialisten. (Bild: LKH)

Design in die Werkshallen bringen
Kunststoffe sind die am variabelsten einsetzbaren Werkstoffe mit einem enorm breiten Spektrum nutzbarer Eigenschaften und Verarbeitungsverfahren. Deshalb stellt Rittal, weltweit erfolgreicher Hersteller von Schaltschränken für Stromverteilung, Steuerungen und IT-Infrastruktur bei jeder Neukonstruktion immer auch die K-Frage: Kunststoff statt Metall oder ist eine bestehende Kunststoffkonstruktion zu verbessern? Verbessern – das kann heißen: einfacher, schneller und kostengünstiger montieren, mit weniger Bauteilen effizienter werden, Leistungen erhöhen oder auch ein attraktives Design realisieren, das am Markt ankommt. Optimalerweise lotet LKH bei Neukonstruktion die Leistungsfähigkeit von Kunststoffen mit einer Kombination aus mehreren dieser Punkte voll aus.

Das war auch Triebfeder der Entwicklung einer komplett neuen Kühlgeräteserie bei Rittal. Kontinuierliches Klimatisieren von Schaltschränken ist erforderlich, um die Funktionsfähigkeit der enthaltenen Komponenten dauerhaft sicherzustellen. Steffen Wagner, Leiter Produktmanagement Klimatisierung bei Rittal: „Egal ob die Stromversorgung von Robotern in der Automobilfertigung, die hochsichere Steuerung von Prozessen in der Chemieindustrie oder die zentrale Schaltstelle der IT-Infrastruktur eines Flughafens – die Klimatisierung der Steuerungsanlagen ist ein zentraler Aspekt der Betriebssicherheit.“

Herausragendes Design mit außergewöhnlich filigranen Geometrien, mit hochwertigen und doch robusten Oberflächen ohne Trennfugen oder sichtbare Fließnähte werden mit einer innovativen Werkzeugkonstruktion und Einsatz einer 1600-Tonnen-Maschine möglich. (Bild: LKH)

Kühlgeräte beeinflussen den beständigen Energieverbrauch und den Wartungsaufwand und damit in weiten Teilen auch die laufenden Betriebskosten. Energieeffizienz ist also ebenso gefordert wie die Vereinfachung der zyklischen Inspektion. Im Zuge der regelmäßigen Modernisierung der Kühlgeräte hat Rittal die Serie Blue e+ entwickelt. Dank modernster Hybrid- und Regelungstechnik sowie extrem sparsamer Komponenten versprechen die Geräte Energieeinsparungen von 75 Prozent und mehr gegenüber den marktüblichen Systemen. Rüdiger Braun „Die Verantwortlichen von Rittal wollten für diese Hightech-Klimatisierung eine designtechnisch angemessene, schlanke Gehäuselösung. Im gleichen Zuge wurde über eine vereinfachte Montage nachgedacht.“ Die Herausforderung: Aus zunächst eher „fertigungsfeindlichen“ Designskizzen ein hochfunktionales Produkt mit unverwechselbarem Äußeren zu gestalten, dass sich wirtschaftlicher fertigen lässt.

Moldflow-Analysen sind als Werkzeug in allen anspruchsvolleren Projekten: Mit prozessbegleitender Bauteil-Simulation zum perfekten Entwicklungsergebnis. (Bild: LKH)

Projektmanagement statt Produktion
Frühzeitig wurde LKH als Partner für das Projektmanagement ins Boot genommen. Und so trägt die im Jahr 2015 eingeführte neue Kühlgeräte-Generation von Rittal auch die Handschrift von LKH. Herausragendes Design mit außergewöhnlich filigranen Geometrien, mit hochwertigen und doch robusten Oberflächen ohne Trennfugen oder sichtbare Fließnähte werden mit einer innovativen Werkzeugkonstruktion und Einsatz der 1600-Tonnen-Maschine möglich. „Viele weitere wertvolle Neuerungen stecken jedoch im Inneren“, erklärt Rüdiger Braun. „Hinter dem Äußeren versteckt sich ein ganzer Satz neu konstruierter Kunststoffteile einschließlich des großformatigen, hochfesten einteiligen Komponententrägers.“ Faserverstärkte Kunststoffe haben hier das Stahlblech der Vorgängergeneration abgelöst. Der Einsatz zertifizierter, feuerhemmender Materialien sorgt für ein hohes Sicherheitsniveau und Einsatzmöglichkeiten des Endprodukts in allen Umgebungen. Teilweise mit Unterstützung von Spezialisten des Partners CTE für die Simulation hat das LKH-Engineering die Funktionsintegration drastisch erhöht und die „Machbarkeit“ bereits in frühen Entwicklungsphasen geprüft. Das senkt die Risiken, Fehler im späteren Projekt zeit- und kostenträchtig ausbügeln zu müssen. Um das zu verifizieren, entstanden konstruktionsbegleitend Prototypen im 3D-Druck. Neben Montageversuchen lassen sich daran auch Leistungsdaten wie die errechneten Luftmengendurchsätze verschiedener Baugrüßen prüfen. Deutlich weniger Teile, einfache, überwiegend werkzeugloser Zusammenbau und optimierte Kabelführungen beschleunigen die Montage im Werk und vor Ort. Sie senken die Systemkosten nachhaltig. Verschiedene der Komponenten lassen sich in mehreren Baugrößen der Klimatisierungsanlagen einsetzen, was die Teilevielfalt weiter senkt. Nicht zuletzt werden die Komponenten im Schaltschrank aufgrund der verzögerungsfreien, gleichmäßigen Kühlung geschont. Angenehmer Nebeneffekt: Die gesamte Baugruppe wird nicht nur leichter, sondern aufgrund der Kunststoffe auch leiser. Und auch an das Wartungspersonal wurde gedacht: Ergonomisch zugänglich und mit wenigen Handgriffen sind die Filter zu wechseln.

„Die hohen Freiheiten und Möglichkeiten, die uns der Werkstoff Kunststoff bietet, haben wir mit unserem Kunden hinsichtlich Funktion und Design ausgeschöpft, resümiert Rüdiger Braun. „Natürlich produzieren wir die Bauteile auch mit unserer modernen und teil hochautomatisierten Spritzgießtechnik und den nachfolgenden Montageanlagen. Einen maßgeblichen Anteil am Erfolg solcher Projekte, die dem Kunden Vorteil im Wettbewerb verschaffen, liegt jedoch in den vorgelagerten Bereichen. Erfolgreiche Antworten auf die K-Frage entscheiden sich auf der Spritzgießmaschine – und in der effizienten Abwicklung der Entwicklungsprojekte.“

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