Reversecube

Meinolf Droege,

Mehrkomponententeile gleichzeitig fertigen und montieren

Mit dem Spritzgießsystem Reversecube produziert und montiert der Kunststoffverarbeiter Hermann Hauff in einem integrierten Prozess laut eigener Angaben pro Jahr etwa 60 Millionen Mehrkomponententeile. Das neuartige Verfahren verkürzt demnach die Zykluszeit im Vergleich zu klassisch aufgeteilten Spritzgieß- und Montageprozessen um bis zu 40 Prozent.

Im Reversecube werden die Kunststoffteile direkt in der Maschine montiert, entnommen und einer Verpackungsanlage zugeführt. © Foboha

Den Reversecube hat Foboha erstmals auf der K messe im Jahr 2019 vorgestellt. Es gab starkes Besucherinteresse – aber auch skeptische Stimmen und Zweifel, ob die ambitionierten Ziele in der Praxis erreichbar sind oder ob das System nicht zu komplex aufgebaut ist. Inzwischen setzt Kunststoffverarbeiter Hermann Hauff das System routiniert in der täglichen Fertigung ein. In einem Gespräch mit Jörg Vetter, Technischer Leiter bei Hermann Hauff, und Rainer Armbruster, Geschäftsführer von Foboha, wollten wir wissen, welche Erfahrungen in der Praxis gemacht wurden.

Was war der Anlass, sich näher mit der Technik und dem Einsatz des Reversecube zu beschäftigen?

Jörg Vetter: Das erste Projekt für den Reversecube waren Unterkorbrollen für Geschirrspüler. Die bestehen aus einer Rolle und einer Steckbuchse und wurden bei uns bisher auf zwei getrennten Spritzgießmaschinen gefertigt und anschließend in Automaten montiert. Das Verfahren ist wegen der getrennten Prozessschritte und der vielen manuellen Zwischentätigkeiten allerdings zeit- und kostenaufwendig. Für eine neue Produktanforderung eines Weiße-Waren-Herstellers sollte die Menge erhöht und eine weitere Bauteilvariante eingeführt werden. Das hätte eine zusätzliche Spritzgießmaschine und einen weiteren Montageautomaten sowie ein größeres Zwischenlager für die Halbfertigwaren notwendig gemacht. Die kalkulierten Stückkosten wären für eine Produktion in Europa unter diesen Bedingungen zu hoch gewesen. Deshalb haben wir den Reversecube eingeführt.

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Was ist das Besondere am Konzept dieser Produktionstechnologie?

Rainer Armbruster: Entwickelt wurde der Reversecube bei Foboha in Haslach. Foboha ist ein Unternehmen innerhalb der strategischen Geschäftseinheit Barnes Molding Solutions. Das neue Werkzeugsystem kann zwei und mehr Teile aus unterschiedlichen Materialien oder Farben herstellen und simultan zum Spritzzyklus montieren. Das System nutzt in zwei übereinander angeordneten Würfelhälften getrennte Werkzeugbereiche für gleichzeitig ablaufende Arbeitsvorgänge. In die Kavitäten von zwei Schließebenen werden über Heißkanal-Nadelverschlusssysteme gleichzeitig die Kunststoffe Polyoxymethylen (POM) und Polypropylen (PP) für die beiden Komponenten Rolle und Steckbuchse eingespritzt. Die Würfelhälften drehen sich um 90 Grad gegeneinander. Nach jeder Drehung folgt der nächste Einspritzvorgang.

Rainer Armbruster (links) und Jörg Vetter vor dem Herzstück der Produktionsanlage für Unterkorbrollen aus POM und PP – das Reversecube Werkzeug mit zwei übereinander angeordneten, thermisch getrennten Würfelhälfte, die gegenläufig rotieren. © Foboha

Mit der Drehung werden die gleichzeitig gefertigten einzelnen Bauteile frei zur Entnahme. Dafür ist ein Sechsachsroboter in die Anlage integriert. Er entnimmt simultan zum Spritzzyklus aus dem unteren Würfel die Rollen und setzt sie in die Steckbuchsen ein, die sich noch in den Kavitäten der oberen Würfelhälfte befinden. Die beiden Würfelhälften sind in der Mitte thermisch getrennt. So können wir die unterschiedlichen Materialien mit verschiedenen Temperaturanforderungen gleichzeitig verarbeiten. Das Würfelkonzept ermöglicht, mit den gegenläufig drehenden Hälften die Fertigung und Montage der zwei Bauteile auf engstem Raum und in einem kürzeren Zyklus zu realisieren.

Welche Komponenten und Hersteller sind beim Reversecube beteiligt?

Jörg Vetter: Maßgeblich für die gute Funktionalität ist die sehr enge Kooperation der beteiligten Partnerunternehmen. Die Nadelverschluss-Heißkanalsysteme kommen von Männer. Zur exakten Temperaturregelung der Heißkanaldüsen und -verteiler dient ein Heißkanalregler von Gammaflux. Für die sensorbasierte Überwachung und automatisierte Steuerung des Herstellungsprozesses hat Priamus aus Salach in der Schweiz die Prozessregelung Fillcontrol bereitgestellt. Das Reversecube-System wird mit einer Maschine des Typs Allrounder Cube von Arburg betrieben. Dabei wurde auch der Handlingroboter in das Verfahren eingebunden.

Welche Erfahrungen haben Sie mit dem System bisher in der Praxis gemacht?

Jörg Vetter: Wir haben immerhin seit Ende 2019 Erfahrungen gesammelt. Nach einer zwischenzeitlichen Produktumstellung bei den Unterkorbrollen produzieren wir seit Juli 2020 an sechs Tagen der Woche mit dem neuen Werkzeugsystem. Wir sind mit dem Reversecube und dem gesamten Herstellverfahren hochzufrieden.

Wie bei jeder Neuentwicklung musste anfangs einiges angepasst werden. So sind die Temperaturregelung und das thermische Gleichgewicht für zwei unterschiedliche Materialien ein wichtiger Aktionspunkt. Während das verwendete POM auf 90 Grad temperiert werden muss, wird PP bei 20 Grad verarbeitet. Die großen Temperaturunterschiede und die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sind im Dauerbetrieb aber gut beherrschbar. Im laufenden Prozess haben wir zusammen mit Foboha zudem weitere Verbesserungspunkte erkannt. So wurden beispielsweise die Verkabelung der Anlage und die Position der Sensorik optimiert. Am Werkzeug wurden Kanten nachpoliert. Eine weitere Herausforderung war das zielsichere Erfassen und die saubere Entnahme der Kunststoffteile aus den Kavitäten.

„Mit der mit der automatisierten Prozessregelung von Priamus ist die gleichbleibende Formfüllung bei den 2 x 24 Kavitäten gewährleistet und die Zykluszeit noch weiter optimiert. © Foboha

Mit unserem eigenen Werkzeugbau konnten wir viele der Optimierungen selbst vornehmen. Ansonsten waren die beteiligten Partnerfirmen sehr engagiert. Außerdem haben wir zwei junge Mitarbeiter direkt nach ihrer Ausbildung speziell für die Reversecube-Anlage geschult und intensiv in die Prozesse eingewiesen. Sie sind sehr stolz darauf, eine solche Anlage bedienen zu können. Das Gesamtkonzept hat sich als sehr stimmig und praktikabel erwiesen. Jetzt wollen wir mit der automatisierten Prozessregelung von Priamus und mit vielen kleinen weiteren Anpassungen die Zykluszeit noch weiter optimieren.

Fragen gab es bei Interessierten hinsichtlich der Komplexität der Technik. Wie flexibel ist die Anlage in der Praxis und wie verhält sie sich im Dauerbetrieb?

Jörg Vetter: Ja, die Anlage hat sich im laufenden Betrieb gut bewährt. Wir können die lückenlose Lieferfähigkeit der Unterkorbrollen gewährleisten. Die Anlage läuft zuverlässig an sechs Tagen die Woche. Samstags fährt sie eigenständig herunter. Die Stillstandsberichte zeigen nach den anfänglichen Kinderkrankheiten wenige Störfälle. Auch der Abfallanteil durch Schlechtteile ist gering.

Rainer Armbruster: Der Reversecube ist durch sein Konzept sehr flexibel für unterschiedlichste Bauteilgeometrien, Materialien und Farben. Mit dem Würfel lassen sich auch Kleinstbauteile von 5 Millimeter oder im Mikrobereich zum Beispiel für die Hörgeräteindustrie fertigen. Wir können auch Rezyklate verarbeiten. Das Konzept ist auch für drei Komponenten und die Reinraumfertigung anwendbar.

Was kann man inzwischen zu Effizienz und Nutzen einer solchen Anlage sagen?

Rainer Armbruster: Wir haben 2019 auf der K Messe gesagt, dass der Reversecube Kunststoffteile in einer um bis zu 40 Prozent kürzeren Zykluszeit auf nur einer Maschine produziert und montiert. So kann das eine System zwei Spritzgießmaschinen und die Montageanlage ersetzen. Das ist unser Anspruch.

Jörg Vetter: Mit der Produktion und Montage von Rolle und Steckbuchse in einer Maschine haben wir den Ausstoß tatsächlich verdoppelt und die Zykluszeit inklusive Montage um bis zu 40 Prozent verkürzt. Durch die Montage direkt am Werkzeug entfällt nicht nur der Montageautomat. Auch die personalintensive Materiallogistik verringert sich. Die Verpackung der Teile findet in einer vollautomatisierten Verpackungsanlage statt, die man mit dem Unternehmen Robomotion aus Stuttgart gemeinsam realisiert hat. Mit dieser Anlage sind wir in der Lage einen kompletten Tag autonom zu produzieren, ohne Personal. So haben wir den Personalaufwand um 70 Prozent verringert. Nicht zu unterschätzen ist außerdem der eingesparte Platz. Sonst benötigen wir für jedes Kunststoffteil eine eigene Spritzgießmaschine und die Teile müssen in einem Montageautomaten zusammengefügt werden. Schließlich ist ein großes Zwischenlager für die Halbfertigwaren notwendig. Mit der neuen Technologie haben wir den Platzbedarf um mehr als 60 Prozent verringert.

Können und wollen Sie Aussagen zur Amortisation machen?

Jörg Vetter: Die zunächst höheren Investitionskosten für die neue Anlage werden durch die Vorteile mehr als ausgeglichen. Dank der hohen Qualität und den gesunkenen Stückkosten können wir solche Produkte weiter in Europa produzieren.

Rainer Armbruster: Beim Thema Amortisation ist wichtig zu wissen, dass der Lebenszyklus einer solchen Anlage bei entsprechender Wartung problemlos zehn bis zwölf Jahre beträgt. Wir haben unseren ersten Cube bereits 1995 gebaut. Und der läuft heute noch.

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