Die Fertigungstiefe eines Unternehmens bezeichnet, wie viele Arbeitsschritte bei der Herstellung eines Produktes erforderlich sind und wie viele davon betriebsintern stattfinden. In den letzten Jahren lässt sich ein struktureller Wandel verzeichnen, der eine stetige Reduzierung der Fertigungstiefe mit sich bringt. Eine gegenläufige Entwicklung zeigt sich bei Zulieferern, bei denen die Faktoren kundenindividualisierte Produktion, kleine Losgrössen und hohe Anforderungen an Qualität den Ausschlag für eine so weit wie möglich in die Prozesse des Kunden hineinreichende Leistungstiefe geben.

Wertschöpfung, geringeres Risiko von Know-how-Verlusten, mehr Flexibilität in der Produktion und Unabhängigkeit sind die Vorteile, die solche Unternehmen aus dieser gegen den Trend gerichteten Strategie ziehen. Die Konzentration der Verantwortung auf einen Lieferanten und einfache Abläufe in der Beschaffung sind die Vorteile für den Abnehmer.

Grundlage des Konzepts ist, dass die prozess- und qualitätsrelevanten Schlüsselkomponenten Werkzeug und Rohteil in einem Unternehmen hergestellt werden. Um dem Kunden aber letztendlich alles aus einer Hand liefern zu können, braucht es eine universelle Ausrüstung und spezielles Mitarbeiterwissen.

Die optimale Fertigungstiefe eines Zulieferers ist nur schwer zu bestimmen und der beschriebene Nutzen entfaltet sich erst, wenn genügend Prozessschritte implementiert sind. Auf der anderen Seite darf die Fertigungstiefe nur so weit reichen, wie sie regelmässig genutzt wird. Ansonsten gerät die Wirtschaftlichkeit des Systems in Schieflage und ungeübte Prozesse lassen Qualitätsrisiken entstehen.

Am Beispiel eines mittelständischen Kunststoffverarbeiters mit einer hohen Fertigungstiefe betrachtet, stellt sich eine Prozesskette folgendermassen dar:

Bauteilentwicklung. Der Kunde hat bereits in der Entwicklungsphase Zugriff auf das Know-how des Lieferanten, um das technisch und wirtschaftlich am besten geeignete Fertigungs­verfahren festzulegen, die richtige Materialauswahl zu treffen und schliesslich das Bauteil werkstoffgerecht zu gestalten. Die Anwendungs­techniker des Herstellers erkennen mit ihrer Erfahrung, ob Ideen technische Probleme in sich bergen oder die Herstellung überproportional teurer machen.

Werkzeugkonstruktion. Der Übergang vom ersten zum zweiten Prozessschritt ist fliessend und im Dialog entsteht die Bauteilzeichung. Nachdem diese validiert ist, übernahmen die Werkzeugkonstrukteure und konzipierten unter Einbeziehung des Formenbaus und der Spritzgussabteilung, gestützt auf ihre Erfahrung, das Spritzgusswerkzeug.

Formenbau. Die Planung vom Rohmaterial bis zum Einzelteil im 3D-Format führt in eine produktive Werkzeugfertigung mit kurzer Durchlaufzeit und sicherem Termin. Durch die enge Zusammenarbeit in der Entwicklungs- und Konstruktionsphase kommt es zu einer zielsicheren und anforderungsrechten Umsetzung innerhalb des Werkzeugbauprozesses.

Bemusterung. Die Erstbemusterung ist ein wesentlicher Eckpunkt in der Fertigungs­kette. Prüfungen und deren Dokumentation brauchen geeignete Prüfmittel und CNC-Messmaschinen. Aus der Abstimmung der am Einsatzort und Fertigungsplatz gewonnenen Prüfergebnisse resultiert eventuell ein Optimierungs­bedarf, der bei Zugriff auf einen hausinternen Formenbau schnell umgesetzt werden kann.

Formteilfertigung. Beim Bemustern und Einfahren der Form werden die ermittelten Einstelldaten zum Grundgerüst der Serienfertigung. Mit der Fertigung der Nullserie erfolgt eine Verfeinerung dieser Parameter, besonders im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit. Am Ende steht der stabile Prozess für alle folgenden Serienfertigungen.

Spanende Nachbearbeitung. Bei kleinen Serien zwängt sich dieser Arbeitsgang aus Rentabilitätsgründen oft auf. Konturen schräg zur Entformungsrichtung oder Veränderungen am Bauteil für eine zusätzliche Variante sind am Rohteil spanend günstig herzustellen und reduzieren die Investitionskosten für die Formen.

Abschirmung. Zur Ableitung einer statischen Aufladung werden der Werkstoff oder das Bauteil modifiziert. Das sind einmal mit Leitruss oder Graphit gefüllte Kunststoffe oder das nachträgliche Auf-bringen einer elektrisch leitenden Oberfläche durch galvanische Beschichtung und Leitlacke auf metallischer Basis.

Lackierung. Auch wenn Form und Rohteil als die Schlüsselkomponenten definiert sind, stellt die Lackierung einen wichtigen Fertigungs­schritt dar. Ausgangspunkt für eine hochwertige Lackierung ist die Vorbereitung des Rohteils durch erfahrende Handwerker und Roboter. Danach erfolgen je nach Kundenwunsch Lackierungen in glatter oder strukturierter Ausführung. Mehrere Arbeitsgänge sind hierbei Pflicht, sie reichen vom Anschleifen der gespritzten Oberfläche über die Grundierung bis zum Decklack und der aufgesetzten Struktur.

Bedruckung. Die letzte Option in der Phase der Veredlung ist die Bedruckung, bei der lackierte Oberflächen Schriftzüge und Symbole durch Tampon- oder Siebdruck erhalten.

Vor diesem Hintergrund zeigt sich, dass bei komplexen Bauteilen eine ineinandergreifende Entwicklung und Produktion mit hoher Leistungstiefe unter einem Dach für alle Beteiligten beachtenswerte Synergievorteile bereitstellen.

Kunststoffdüsen sind strömungsoptimierte Maschinenbauelemente und werden in vielen Bereichen der Fluidtechnik eingesetzt. Der Austrittsquerschnitt ändert die Durchflussgeschwindigkeit und den Druck. Eine strömungsgünstige Konstruktion sorgt für einen geringen Energieverlust.

In unserem modernen Werkzeugbau und Zerspanung fertigen wir kostengünstig aerodynamischen Freiformflächen und strömungsgünstige Konturen.

Mit unserer jahrelangen Erfahrung lassen sich bereits während der Werkzeugkonstruktion kritische Bereiche erkennen und entschärfen. So stellen wir die geforderten Standzeit der Werkzeuge sicher und bieten gleichzeitig gewicht- und kostenoptimierte Konstruktionen.

Unsere Experten begleiten Sie gern bei der kunststoffgerechten Optimierung Ihrer Bauteile. In enger Abstimmung mit Ihnen vereinen wir das technisch Machbare mit dem wirtschaftlich Ratsamen.

Eine zuverlässige und genaue Analyse von Produkt- oder Materialproben hängt massgeblich von der Qualität der Probenvorbereitung ab. Diese sollte einen hohen Homogeniserungsgrad und Reproduzierbarkeit aufweisen.

Das Herzstück der Messermühle sind die zwei einseitig geschliffenen Klingen, die sich rotierend im Zentrum des Mahlgefässes befinden. Je nach Drehrichtung, Umdrehungs­zahl und Mahlzeit wird mit der stumpfen Seite vorzerkleinert und mit der scharfen Seite auf die gewünschte Korngrösse homogenisiert. 

Anhaltende Rotationskräfte, durchgehender Probenkontakt und hoher Verschleiss wirken dauerhaft auf die Konstruktion. Dennoch soll das Mahlwerk hochpräzise, leicht und sterilisierbar sein.

Das Mahlwerk wird in der Inserttechnik gefertigt. Die aus Titan bestehenden Klingen werden mit einem hochleistungs Kunststoff umspritzt. Dabei werden die Klingen im Vorfeld maschinell in die hochpräzise Werkzeugform gelegt und mit Unterdruck in Position gehalten. Der aus PVDF bestehende Messerzylinder fügt beide Messer zu einem hochbelastbaren Bauteil.

Der Mahlbehälter mit Deckel wird aus Polypropylen im Spritzguss hergestellt und ist autoklavierbar. 

Obwohl die Entwicklung und Herstellung der Thermoplaste schon mehr als acht Jahrzehnte retour liegt, gelten sie gegenüber den über fünftausend Jahre alten Metallen immer noch als junge und moderne Werkstoffe. Das Wissen im Bereich der Kunststoffe verdoppelt sich etwa alle 8 Jahre und durch diese Dynamik nehmen diese Werkstoffe in den Studiengängen der Ingenieurswissenschaften bisweilen immer noch nicht den Stellenwert ein, der diesen eigentlich gebührt. Für anwendbares Wissen wird daher gerne auf die Erfahrungen aus der Praxis und auf die Kenntnisse der Verarbeiter zurückgegriffen. Diese sind in der Regel aktuelle Erkenntnisse direkt vom Markt.

Thermoplaste bieten ein weites Anwendungs­feld und bilden ein breitgefächertes  Anforderungsprofil ab, was nahezu allen Einsatzfeldern gerecht wird. Sie bieten vielfältige Möglichkeiten zur Substitution von Metallwerkstoffen.

Von Metallwerkstoffen unerreicht sind hierbei die thermoplastischen Eigenschaften wie beispielsweise Zähigkeit, Flexibilität, spezifisches Gewicht, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit oder Witterungs­beständigkeit.

Die Substitution von Metallwerkstoffen ist sowohl im funktionalen Bereich, als auch im dekorativen Bereich vielfältig. Bei Funktionsbauteilen kommen durch verrippte Strukturen und Faserbeimischungen extrem steife und dennoch leichte Konstruktionen zur Umsetzung. Bei optisch anspruchsvollen Teilen können Kunststoffe durch ihre guten Oberflächeneigenschaften wie die gebotene Brillianz oder Kratzfestigkeit punkten. Zusätzlich sind sie leicht einzufärben.

Kommerziell ist das günstige Verhältnis zwischen Volumen und Materialpreis bei Thermoplasten unschlagbar. Die im Vergleich zu Metallen deutlich geringere Dichte verschafft den Kunststoffen da ein Alleinstellungs­merkmal, was selbst von den Leichtmetallen wie Magnesium oder Aluminium nicht kompensiert werden kann. Ein typischer Einsatzfall sind da spanabhebend hergestellte Bauteile aus Thermoplasten, die folgende Merkmale zeigen:

• Materialkostenvorteil von ca. 50%
• leichte Zerspanbarkeit
• hohe Notlaufeigenschaften durch Selbstschmierung
• geringere Dichte
• besserer Korrosionsschutz

Im Vergleich zu Bauteilen aus Metall stehen in der Thermoplastverarbeitung teilweise deutlich wirtschaftlichere und rationellere Fertigungs­verfahren zur Verfügung. Ein Beispiel für das etablierteste Formgebungs­verfahren ist der Spritzguss mit folgenden Merkmalen:

• komplexe Bauteile formfallend gefertigt
• günstige Teilekosten durch hohen Automatisierungsgrad
• grazile Konturen für Funktionserweiterungen (Feder- und Schnappelemente) integrierbar
• entsprechende Investition in Form­werkzeuge nötig

Das Entscheidungs­kriterium zur Festlegung des Fertigungs­verfahren für gespante oder gespritzte Bauteile ist in der Bedarfsmenge begründet. Hier helfen vergleichende Kostenrechnungen.

Durch den Einsatz von Rohlingen und Zuschnitten lassen sich Einsparpotentiale heben und die Wertschöpfungs­kette in der Fertigung optimieren. Zur Realisierung  einer effizienten „near net shape“ Strategie in der Zerspanung von Dreh- und Frästeilen stehen dem Halbzeughersteller von technischen Thermoplasten aus PA, POM, PP oder PE vielfältige Möglichkeiten zur Verfügung.

Die einfachste Form eines „near net shape“ Halbzeuges für Drehteile ist der Hohlstab. Egal ob im Schleuder­guss oder im Extrusionsverfahren hergestellt. Der einfache Hohlstab setzt schon bei geringen Bedarfsmengen grosse Einsparpotentiale frei. Der Materialeinsatz ist gringer, die Bearbeitungs­zeit reduziert sich und das Entsorgen der Späne entfällt. Die enge Abstufung der Hohlstäbe reduziert die Bearbeitungs­zugabe auf wenige Millimeter. Der wesentliche Vorteil liegt in der nicht notwendigen Startbohrung. Im Vollstab aus Thermoplast sitzt dort das Zentrum der Eigenspannungen. Wird es zerspant, kommt es innerhalb von Tagen oder Wochen zu einem Ausgleich im Spannungshaushalt. Damit verbunden sind fortschreitende, wenn auch geringe, Massveränderungen. Bei aus Hohlstäben gefertigten Werkstücken ist dieser Effekt weniger deutlich und somit ist das Fertigteil massstabiler.

Zur Vermeidung von Restabschnitten bei Rundstäben und Platten sind Abschnitte das ideale Mittel der Wahl. Sonderlängen sind kein Problem und die eigene Zurichtung kann entfallen. Massgenaue Abschnitte hergestellt aus extrudierten oder gegossenen Rund- und Hohlstäben sind für viele Zerspaner von Vorteil. Entsprechende Sägemaschinen und auf die hoch­molekularen Werkstoffe abgestimmte Sägeblätter stehen den metallverarbeitenden Betrieben in der Regel nicht zur Verfügung. Es lohnt sich diesen Verarbeitungsvorgang zu verlagern und das passende Rohteil danach der weiteren, meist automatisierten Bearbeitung zu zuführen.  Noch deutlicher wird dieser Vorteil bei Zuschnitten aus Platten oder Flachstäben. Mit Formatsägen, entwickelt für die Holzbearbeitung, werden die Platten computerunterstützt optimal aufgeteilt und zugeschnitten. Für grossflächige Zuschnitte ist der Vorteil leicht erkennbar. Für kleinere Abmessungen in mittleren Stückzahlen ist die Kombination aus Formatsäge und automatischer Ablängsäge ideal. 

Eine besondere Art von Zuschnitten ist durch das Wasserstrahl­schneiden möglich. Ähnlich wie beim Laserschneiden von metallischen Werkstoffen wird bei Kunststoffen aller Art das Wasserstrahl­schneiden eingesetzt. CNC-gesteuert schneidet die Anlage beliebige Konturen aus. Durch entsprechende Software ist es möglich, die Formteile optimal und mit möglichst wenig Verschnitt ineinander zu schachteln. Die Ergiebigkeit einer Platte wird hierbei erhöht.

Eine weitere Möglichkeit zur Effizienzsteigerung ist die Verwendung von Profilen mit vorgeformten bzw. fertigen Konturen, die dann nur noch partiell bearbeitet werden. Hierbei kann die Extrusion oder das Profilfräsen mit Mehrspindlern eingesetzt werden.

Das Highend der „near net shape“ Strategie in der Zerspanung ist das Formstück. Hierbei können dreidimensionale Bauteile als Formlinge in nahezu beliebiger Kontur und Grösse vorgefertigt werden. Sei es im Formgussverfahren, drucklos in Gusspolyamid oder durch thermoplastische Verarbeitung aller Kunststoffe mit Hilfe preisgünstiger Form­werkzeuge.

Die unterschiedlichen Möglichkeiten beim Rohteil, gepaart mit weiteren da nicht behandelten Vorteilen bei der Endbearbeitung durch spanabhebende Verfahren, führen zu Kosten­vorteilen, die durch herkömmlichen Materialeinsatz bei Einzelstücken, mittleren Stückzahlen oder der Grossserie nicht oder nur schwer erreicht werden können. Im Grunde ist für jeden Bedarfsfall und für jede benötigte Menge ein optimales Verfahren vorhanden. Jede dieser Möglichkeiten schont Ressourcen und führt zu nachhaltigen Erfolgen.