Hersteller von Spritzgießwerkzeugen spart Zeit, verbessert die Qualität und eliminiert Fehler

Feste Größe im Kunststoff-Formenbau

Von Spielwaren über Büromaschinen und Haushaltsprodukte bis zu Verpackung und Automobilen gibt es wenige Gegenstände des täglichen Gebrauchs, die nicht, zumindest teilweise, aus synthetischen Materialien hergestellt werden. Josef Haidlmair erkannte das Potenzial dieser Technologie und begann 1979 mit der Nutzung damals neuer Funkenerosionsmaschinen (Electrical Discharge Machining, EDM) zur Herstellung von Formen für die Produktion von Kunststoffteilen.

Heute ist die Haidlmair GmbH ein führender Hersteller von Spritzgießwerkzeugen, die insbesondere für die Fertigung großer, komplexer Teile, wie Kühlergrills für Automobile oder Spülmaschinen-Verkleidungen verwendet werden. Zu einer Unternehmensgruppe mit mehr als 450 Mitarbeitern und knapp 60 Millionen Euro Jahresumsatz wurde Haidlmair durch seinen Ruf als Hersteller hocheffizienter Formwerkzeuge für die Fertigung von Kisten und Behältern.

Beispielsweise werden alle fünf Teile klappbarer Kisten durch einen einzigen Schuss der Spritzgießmaschine erzeugt. Die Formwerkzeuge für Getränkekisten erlauben die Verwendung weicherer Materialien für die Griffbereiche sowie das Blasformetikettieren. Das macht die Kisten werbewirksamer und die Produkte leichter zu tragen.

Der von Haidlmair angewandte Konstruktionsprozess ermöglicht eine kompakte Bauweise der Formwerkzeuge und verlagert zudem den größten Teil des Gewichts von den beweglichen Teilen weg, wodurch das Gesamtgewicht des Produkts reduziert wird. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil bei großen Behälterformen dar, wie beispielsweise Müllcontainern.

Erstanwender der 3D-Modellierungstechnologie

In der Vergangenheit übergaben Kunden üblicherweise Zeichnungen der Teile, die geformt werden sollten, an Haidlmair. Der Erfolg von Haidlmair lässt sich zum Teil auf den frühzeitigen Umstieg auf computergestützte Konstruktion (CAD) mit 3D-Modellierung unter Verwendung der NX™-Software, einem umfassenden, integrierten System für CAD, CAE und CAM von Siemens Digital Industries Software, zurückführen.

„Unsere Arbeit mit NX beginnt, sobald uns ein Kunde Informationen über die benötigten Teile zur Verfügung stellt, üblicherweise als 3D-Modell“, sagt Christian Riel, der bei Haidlmair als stellvertretender technischer Leiter für das Prozessmanagement verantwortlich ist. „Die Teile benötigen häufig Anpassungen, wie zur Behebung praxisferner Entformungsschrägen. Solche und andere für einen glatten Spritzgießvorgang erforderliche Themen müssen in der Frühphase der Formwerkzeugentwicklung angegangen werden.“

Die Konstrukteure von Haidlmair nutzen dafür den Mold Wizard von NX. Das NX Add-on hilft, den Werkzeugentwicklungsprozess zu automatisieren und schrittweise zu optimieren. NX ermöglicht den vollständigen Datenimport von Konstruktionsdateien von Dritten und bietet Funktionen für die Teilekonstruktion. Die Automatisierung formspezifischer Entwicklungsaufgaben wird unterstützt durch Fertigungstauglichkeitsprüfungen, hoch entwickelte Entformungswerkzeuge, automatische Erstellung von Kern- und Formeinsätzen, Schwindungsberechnung und -anpassung, Leitungen und Anschlüsse für Kühlsysteme sowie eine automatische Stücklistengenerierung (BOM). Zudem sind Bibliotheken mit Standard-Werkzeugteilen für die Gussformkonstruktion, Auswerferstiften, Schiebern und Hebern enthalten. „Konstruktionsarbeiten der üblicherweise recht komplexen Werkzeuge würden ohne NX deutlich zeitaufwendiger sein“, merkt Riel an. „Dank NX müssen unsere Entwickler ihre Zeit nicht für die manuelle Gestaltung aller Details aufwenden.“

Die Konstrukteure von Haidlmair haben die Software NX CAE auch eine Zeitlang eingesetzt, um das Netz für die Moldflow-Berechnungen zu generieren. In jüngerer Zeit wurde die Nutzung von NX CAE auch auf strukturelle Berechnungen von Teilen ausgeweitet, wodurch Haidlmair sicherstellen kann, dass Griffe oder Ecken von Kisten und Behältern stabil genug sind, um die zu erwartenden Lasten auszuhalten.

Hochgeschwindigkeitszerspanung mit leistungsfähigen und hochpräzisen Drei- und Fünfachs-Maschinen hat die Verwendung von EDM teilweise ersetzt. Zur Programmierung dieser komplexen NC-Maschinen wird NX CAM eingesetzt und bietet erweiterte Simulations- und Verifizierungsfunktionen sowie featurebasierte Fertigung für die Automatisierung der NC-Programmierung.

Daten aus einer unternehmensweit einheitlichen Quelle

2008 begann Haidlmair für PLM-Aufgaben die Software Teamcenter® von Siemens Digital Industries Software zu nutzen. „Das Teamcenter-Portfolio erleichtert die Zusammenarbeit unserer Ingenieure von der automatisierten Stücklistenübertragung bis zum ERP-System für die Beschaffung“, sagt Riel. „Unsere Konstrukteure wissen aus eigener Erfahrung, welche Vorteile es hat, Daten mit Teamcenter nicht suchen zu müssen, sondern einfach zu finden. Als großen Vorteil betrachten sie auch den deutlich gesunkenen Zeitaufwand für bürokratische Aufgaben dank der Verwendung von Teamcenter für die Abwicklung der Freigabeprozesse. In der Folge startete Haidlmair 2013 ein Projekt, um alle verknüpften Konstruktionsbüros von Dritten und Freiberuflichen im Teamcenter-System vollständig integrieren zu können.“

„Die Verwendung von Teamcenter hat die Arbeit für alle Beteiligten deutlich beschleunigt und vereinfacht, einschließlich derjenigen in der Fertigung, die die gesamte Nachbearbeitung zur Übertragung der Programme auf die für die jeweilige Aufgabe ausgewählte Maschine durchführen“, sagt Riel. „Der Datenzugriff erfolgt über den Browser, sodass alle Informationen, einschließlich 3D-Ansichten von Teilen und Werkzeugen im gesamten Unternehmen verfügbar sind.“ Der Vorgang wurde durch die Einführung eines kundenspezifischen Add-on-Moduls, das die Nachbearbeitung direkt aus Teamcenter ermöglicht, noch beschleunigt.

2011 führte Haidlmair die Werkzeugverwaltung unter Verwendung der Teamcenter-Funktion Machining Resource Manager ein, die auch für Maschinenteile, Vorrichtungen, Klammerwerkzeuge sowie Schablonen genutzt wird. So konnte der Werkzeugverwaltungsaufwand deutlich reduziert werden, da die Schneidewerkzeuge sowohl als Komponenten als auch in Form von Baugruppen einschließlich der Halter geführt werden. Diese Werkzeuge werden mit einer 3D-Visualisierung für Realitätsprüfungen integriert, um Fehler zu vermeiden. „Der Hauptvorteil der Werkzeugverwaltung mittels Teamcenter ist, dass alle Eigenschaften vererbbar sind. Das macht es einfach, sie zu kombinieren“, erklärt Riel.

Steigerung der Effizienz durch Fertigungsressourcen-Bibliothek (Manufacturing Resource Library, MRL) und der Geolus Formsuche

Auch wenn Haidlmair zur Verteilung der Programme an die Maschinen Direct Numerical Control (DNC)-Software von Dritten verwendet hat, haben die Konstrukteure des Unternehmens kürzlich mit der Einführung von NX CAM in der Fertigung begonnen. So können Maschinenführer die 2,5-Achsen-Programmierung von Vertiefungen vornehmen, ohne auf die Programmierschnittstelle der Maschine zurückgreifen zu müssen. Dadurch wird die Datenkonsistenz weiter verbessert und Schnittstellen sowie potenzielle Ungenauigkeiten werden eliminiert.

Parallel zu dieser Entwicklung wechselte Haidlmair von der Verwendung einer Werkzeugbibliothek zur Implementierung der Manufacturing Resource Library (MRL) von Siemens Digital Industries Software. Diese ermöglicht Anwendern von NX CAM das Verwenden von Werkzeugen für die CNC-Programmierung aus NX ohne den Umweg über die entsprechenden Funktionen von Teamcenter.

„Der Vorgang des Auffindens des richtigen Werkzeugs ist sogar noch effizienter als erwartet, da NX das Auffinden von Werkzeugen selbst mit 10 Prozent Abweichung zum Nennmaß unterstützt“, erklärt Stefan Pendl, CAx-Systemadministrator bei Haidlmair. Überzeugt, dass leistungsfähige Suchmechanismen die Effizienz deutlich steigern können, hat Haidlmair zu Evaluierungszwecken auch eine Lizenz der Software Geolus® von Siemens Digital Industries Software erworben. Die spezifische Fähigkeit dieser Software, Geometrien mit Ähnlichkeit zu der eingegebenen zu finden, hilft beim Auffinden bereits konstruierter Teile. So kann nicht nur die Entwicklungszeit deutlich reduziert werden, sondern vor allem auch die anschließende Maschinenprogrammierung.

Das Potenzial der Integration

„NX und Teamcenter bilden eine leistungsfähige, integrierte unternehmensweite Softwareumgebung mit bahnbrechenden Funktionen. Sie sind, sogar in einem so komplexen Unternehmen wie Haidlmair, relativ leicht zu implementieren“, äußert sich Riel. „Zudem bestehen Visualisierungsmöglichkeiten für alle, die nicht die CAx-Software nutzen. Konsistente Verwendung von Informationen und intelligente automatische Softwareunterstützung – von der Teilekonstruktion über die Programmierung bis zum Werkzeughandhabung an der Maschine – helfen uns, die Produktivität zu erhöhen und zugleich die Qualität und Prozessstabilität zu verbessern.“