Gut gebügelt in vielen Varianten

Aus rund 150 Einzelteilen besteht ein Bügeleisen. Wichtig sind die Bügeleisensohlen, Dampfmenge und die dosierte Temperaturregelung. Bei den Kunststoffteilen fällt das Hitzeschild aus BMC auf: Es macht rund 30 Prozent des Gewichts aller Kunststoffteile aus und trennt die heiße Sohle von Griff und Tank. Griff und Tank sind überwiegend aus Polypropylen (PP), während Drehräder oder Schalter aus Polycarbonat (PC) sein können. „Kaufentscheidend ist der Griff“, so Maier„ liegt er wertig in der Hand, so taugt das Bügeleisen.“ Eine klassische Aufgabe für die Mehrkomponententechnik, um einen Griff weicher auszulegen, als den Körper des Bügeleisens.

Fertigungsstrategien und Einstufen-Prozesse

Qualität „Made in Germany“ bedeutet auch eine Anpassung der Fertigung unter Kostengesichtspunkten. Wurden Bügeleisen früher aus Kunststoffteilen zusammengesetzt, was einen höheren Montageaufwand oder höhere Spaltmaße bedeutete, gingen die Erbacher im Jahre 2004 zur 3K-Technik mit konturnaher Kühlung über, die der Werkzeugbau Hofmann lieferte. Die neue Technik ermöglichte einige wesentliche Pluspunkte: Weniger Montageaufwand, bessere Funktionsintegration, bessere Teilequalität, kürzere Zykluszeiten und generell günstigere Stückkosten durch die Konzentration auf mögliche Einstufen-Prozesse. Dahinter steht eine konsequente Ausrichtung von Maschinen- und Werkzeugtechnik in der Produktion.

Konturnahe Kühlung

Die reibungslose Montage der Baugruppen mit sehr komplexen Stegen auf engstem Raum oder zahlreichen Funktionsteilen wird durch eine konsequente Ausrichtung der Kunststoffformen auf konturnahe Kühlung möglich. „Dabei ergibt sich in der Konstruktion sehr oft eine Kombination von konturnaher Kühlung mit Einsätzen, die mit dem Metall-Laserschmelzverfahren Lasercusing generativ hergestellt werden, und klassisch temperierten Flächen. Konturnahe Kühlung setzt generell immer an den kritischen Stellen, also Stegen, schwierigen Kernzonen oder atypischen Materialanhäufungen an“, schildert Maier seine Erfahrungen aus fast einer Dekade mit dem Konzept von Hofmann. Der Werkzeugbauer plant konturnahe Kühlungen bereits in der Kalkulations- und Konstruktionsphase ein. Die Kühlmethode kann konventionell, konturnah beziehungsweise konturnah mit Parallelkühlung, mittels hochleitfähige Werkzeugmaterialien oder als Temperierung mittels Luft erfolgen. Um die optimale Kühlmethode für den jeweiligen Fertigungsprozess auszuwählen, vertraut Hofmann auf Analyseergebnisse von Moldex3D. Diese Software-Lösung von Simpatec dient zur Auslegung und Optimierung des Kunststoffspritzgießprozesses. Dass die richtige Werkzeugtemperierung einen großen Einfluss auf die Machbarkeit, Qualität und insbesondere wirtschaftliche Fertigung eines Kunststoffteils ausübt, ist unbestritten.

Komplex bis ins Detail

Moldex3D ermöglicht dem Konstrukteur einen virtuellen Blick ins Innere des Werkzeuges. Aussagen über das Strömungsverhalten, Temperaturverteilungen, Druckverluste, sowie Fließgeschwindigkeiten stehen zur Beurteilung der optimalen Kühlmethode zur Verfügung. „Dies ist speziell dann unverzichtbar, wenn die Temperierkanäle in unseren Lasercusing-Einsätzen so komplex werden, dass man sich die Durchströmung nicht mehr ohne weiteres im Kopf vorstellen kann,“ erläutert Stefan Hofmann, „hier greifen wir zur Auslegung und Kontrolle der Kühlkanalkonstruktion immer auf die Simulation zurück.“

Der Fokus bei dem Bügeleisengehäuse von Rowenta lag in der Reduzierung der Verzugsneigung im vorderen Teilbereich, die durch eine möglichst homogene Temperaturverteilung in der Abkühlungsphase des Spritzprozesses realisiert werden sollte. Dreidimensionale Darstellungsergebnisse und -animationen des Verzuges verdeutlichen das Verzugsverhalten des Endproduktes und können so helfen die konturnahe Temperierung auszulegen oder zu optimieren. Neben der Fragestellung der idealen Temperierung bietet Moldex3D zusätzlich die Möglichkeit, das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten, Materialien und Geometrien genauestens zu analysieren. Im Grunde gilt es bei einem 3K-Bügeleisen, drei Produkte – Tank, Griff und Grundkörper - in einem Schritt zu beherrschen. Eine besondere Herausforderung liegt bei diesem Herstellungsverfahren im simultanen Aufspritzen zweier unterschiedlicher Komponenten, die des Tanks und die des Griffes auf einen Grundkörper. Damit werden zwei Herstellungsverfahren, das Mehrkomponenten- und das Bi-Injektions-Verfahren in einem Prozess kombiniert. Mit Hilfe der Simulation ist es möglich, diesen komplexen Prozess transparent abzubilden. Zudem können die mechanischen Eigenschaften der drei Komponenten entsprechend den jeweiligen Randbedingungen zu optimieren. Beide Aspekte - Transparenz und Optimierung – führen zu einem qualitativ hochwertigen Bauteil. „Die virtuelle Analyse und Verifikation von Werkzeugkonzepten, selbst weit vor dem Produktionsstart, ermöglicht es Werkzeugkonstrukteuren insbesondere auch wirtschaftlichen Aspekten gerecht zu werden.“ erläutert Cristoph Hinse, Geschäftsführer der Simpatec GmbH, Anbieter von Moldex3D für den deutschsprachigen Raum. Noch bevor die ersten Späne in der Werkzeugproduktion fallen, unterstützt Moldex3D den Konstrukteur, die Komplexität des Herstellungsprozesses bis ins Detail zu beherrschen. So fasst Cristoph Hinse zusammen: „Gesamtzykluszeiten werden verkürzt, Produktionskosten gesenkt, eventuelle Werkzeugnachbearbeitungen auf ein Minimum reduziert und damit werden deutlich kürzere Entwicklungsprozesse möglich.“

Zykluszeitverbesserungen

Konstruktions- und funktionsbedingt ist das Bügeleisen durch die ausgeprägten Verrippungen im vorderen Bereich ideal für eine konturnahe Kühlung geeignet. Bei einem 3K-Teil sind die Zykluszeitverbesserungen gegenüber den Werkzeugen von vor fast zehn Jahren deutlich erkennbar. In diesem Zeitraum lieferte Hofmann zahlreiche Werkzeuge mit dieser Technik aus, die zum großen Teil bis heute im Einsatz bei Rowenta sind. „Wesentlich“, sagt Klaus Maier, „ist die Verzugsfreiheit. Sie ist für das positive „Montageverhalten“, also die hohe Maßhaltigkeit verantwortlich, die sich aus den zahlreichen Dornen oder auch Metallröhrchen ergibt, die passgenau eingepasst werden müssen.“ Auch fertigungstechnisch ist dies relevant: So kann der Leiter der Kunststofffertigung bei Produktionsanläufen in den mit Lasercusing-Einsätzen konturnah gekühlten Bereichen sehr schnell die geforderte Maßhaltigkeit erreichen, um dann mit den Prozessparametern an anderen Stellen zu variieren bis sich ein stabiler, reproduzierbarer Prozess einstellt. Das ergibt eine gewisse Flexibilität des Prozessfensters.

Aktuell steht ein neues Modell für den Produktionsstart an: „Bei einer Standardbaureihe bedeutet dies rund zwölf Monate Projektzeit von Designstudien über den Modellbau bis hin zu Serienwerkzeugen. Bei einem innovativen Produkt mit neuen elektronischen Funktionen dauert ein solches Projekt dann bis zu 16 Monate“, erläutert Maier. Diese kurzen Zeiten sind möglich, weil zur Produktentwicklung Designer, Projektleiter und Konstrukteure des Hofmann Werkzeugbaus sowie Fertigungsverantwortliche eng zusammenarbeiten, um fertigungsgerechte Werkzeuge zum Einsatz kommen zu lassen. -sg-

Guido Radig, München

Hofmann GmbH, http://www.hig-ag.de

SimpaTec GmbH, http://www.simpatec.com

Rowenta GmbH, http://www.rowenta.com