Ohne geht es nicht mehr

Der renommierte Kunststoffspritzgießer Ballerstedt setzt im eigenen Formenbau Messtaster und 3D Form Inspect Software von m&h ein. Formeinsätze können nun passgenau und einfach austauschbar gefertigt werden. Das verkürzt Stillstandszeiten und hebt die Produktivität.

Unmittelbar angrenzend an Hamburg liegt der Ort Reinbek, wo die Firma Ballerstedt eine große Kunststoffspritzerei mit eigenem Formenbau betreibt.

Über 50 Jahre hinweg hat man sich dort Know-how und treue Kunden aus den Bereichen Tabakindustrie, Medizintechnik, Sicherheitstechnik, Maschinen- und Anlagenbau und anderen erarbeitet. Für dieses breite Feld von Anwendungen spritzt man Kunststoffteile mit 1,5 g bis zu 2 kg Gewicht. Mehrkomponenten- Spritzguss, das Umspritzen von Einlegeteilen und auch das Schäumen gehören zum täglichen Geschäft an der Waterkant.

Der eigene Formenbau erstellt nicht nur die Formen selbst. Vielmehr kann Ballerstedt seinen Kunden die ganze Dienstleistungskette von der Form-gerechten Teilekonstruktion bis hin zum fertigen Bauteil oder der einbaufertig montierten Komponente anbieten. Um dieses Know-How umzusetzen, ist der eigene Formenbau mit Funkenerosion und Bearbeitungszentren ausgestattet. Mit moderner Programmierungssoftware und neuen Werkzeugen nimmt der Anteil der Funkenerosion aber immer weiter ab. Zudem wird mehr und mehr hartgefräst. „Wir fräsen heute vielmehr fertig als früher und benötigen viel weniger Elektroden“, freut sich Jürgen Kätzel, Leiter Werkzeugbau bei Ballerstedt, nicht nur über die gewonnene Zeit und geringere Kosten, sondern auch über höhere Standzeiten der Formen.

Schon seit etwa 10 Jahren ist auf dem Bearbeitungszentrum ein Messtaster mit Infrarot-Signalübertragung von m&h im Einsatz. „Der war noch nie kaputt und wir sind noch nie Kollision gefahren“, zeigt sich Kätzel zufrieden über die gute Qualität von m&h und die Vorsicht seiner Bediener.

Soweit so gut, bis ein Projekt für einen Kunden aus der Medizinsparte an die Firma Ballerstedt herangetragen wurde. Es sollten naturnahe anatomische Modelle von Schädeln, samt Innenstrukturen der Knochen und Knorpel, aus Kunststoff hergestellt werden, wie sie für Operationsvorbesprechungen und andere anatomische Studien gebraucht werden. Dazu war es notwendig, völlig frei geformte Flächen und Strukturen in die Form und deren Schieber einzupassen. Um diese komplizierte Struktur serienreif und in der Kunststoffspritzmaschine prozesssicher zu machen, sollten die Formeinsätze der Form und ein großer Schieber in Galvanoschalen erstellt werden. Beim Wechsel eines Einsatzes muss dann allerdings jede neue Galvanoschale sofort wieder genauso sitzen, wie die Vorherige. Das aber nicht bezogen auf die glatte Seite der Form, sondern auf die stark strukturierte Forminnenseite, die nahezu vollständig aus frei geformten Flächen besteht. Zwar könnte man die Endkontrolle auf einer Messmaschine durchführen, bei Abweichungen der Flächen kann das Werkstück aber nicht wieder aufgenommen werden, ohne zusätzliche Ungenauigkeiten zu kreieren. Eine verlässliche Reproduzierbarkeit schien unmöglich.

Angeregt von einem Anwenderbericht in der Fachpresse hat sich Jürgen Kätzel dann aber gezielt über die Software 3D Form Inspect von m&h informiert. Mit dieser Software kann er die CAD-Daten einer Konstruktion mit den tatsächlichen Istwerten des Werkstückes in der Maschine vergleichen. Dazu wird in der Software 3D Form Inspect auf Basis der CAD-Konstruktion ein Flächenmodell des Werkstückes erzeugt, auf dem mit einem Mausklick oder bereits in der Konstruktion eingearbeitet zu messende Punkte festgelegt werden.

Mit einem weiteren Klick wird jedem Messpunkt die gewünschte Messfunktion zugeteilt. Die Software generiert je nach Messfunktion automatisch zugehörige Gegenpunkte und das Verfahrprogramm für die Maschine. Mit einer Bildschirmsimulation wird die Machbarkeit aller gewünschten Messungen geprüft und eine Kollisionsbetrachtung des einzusetzenden Messtasters mit dem Werkstück vorgenommen. Nicht kollisionsfrei erreichbare Punkte werden deutlich markiert und aus dem Programm ausgeschlossen. „Das ist eine gute Sache. Die gibt uns eine hohe Sicherheit“, bestätigt Kätzel unumwunden.

Das so generierte Programm wird an die Maschine übertragen und dort wie jedes andere Bearbeitungsprogramm aufgerufen und abgearbeitet. Zu Beginn des Messprogrammes wird der Taster an einer Keramikkugel im Arbeitsraum kurz kalibriert. Damit werden latente Fehler durch Wärmeausdehnung oder andere Maschineneinflüsse erfasst und in die Berechnung der Messwerte einbezogen. Durch dieses, für m&h patentierte Verfahren entstehen jederzeit wiederholbare und verlässliche Messwerte, die denen auf Messmaschinen entsprechen. In einem neuen Programm werden diese Messwerte dann von der Maschinensteuerung protokolliert und können sofort am Computerbildschirm sichtbar gemacht werden. Sie können jederzeit als Protokoll ausgedruckt oder an einen übergeordneten Rechner weitergegeben werden.

Diese Sache lohnt sich in jedem Fall und macht sich schnell bezahlt „Endlich habe ich eine direkte Kontrolle der Fräsmaße und weiß was ich wirklich gefräst habe“, freut sich Kätzel über die direkte Rückmeldung. „Nun habe ich Kontrolle über meine Genauigkeit, auch bei Freiformflächen, und kann reproduzierbar fertigen. Seitdem kann ich die Galvano- Einsätze einfach tauschen und die Produktion geht sofort weiter. Sogar bei den schwierigen anatomischen Modellen. Das war vorher nicht möglich.“

Schnell zeigten sich weitere positive Auswirkungen auf den Betriebsablauf und die Produktivität. So sind beispielsweise die Tuschierzeiten erheblich gesunken. Mangelnde Formgenauigkeit mancher Fräswerkzeuge und Werkzeugabdrängung während der Bearbeitung führen zu Abweichungen an den Flächen und machen partielle Nacharbeit der jeweiligen Flächen notwendig. Das kann nun unmittelbar und noch in gleicher Aufspannung erfolgen. Die Auswahl der Werkzeuge erfolgt zunehmend nach anderen Kriterien als zuvor. Auch Trennebenen in den Formen werden bei Ballerstedt nun, wo immer möglich, fertig gefräst. Das Messen mit 3D Form Inspect ermöglicht die unmittelbare Kontrolle der tatsächlichen Maßhaltigkeit. Dann wird gegebenenfalls maschinell nachgearbeitet.

„Das spart unheimlich Zeit und in der Genauigkeit und Qualität haben wir gewaltig zugelegt, besonders bei den Freiformflächen“, sagt Jürgen Kätzel. „Kürzlich haben wir 32 Schieber gefräst, und alle waren genau gleich! Doppelt vorhandene Formeinsätze können jetzt einfach ausgetauscht werden und weiter geht’s.“

Und dann ergibt sich da noch was: Aus Kosten- und Kapazitätsgründen arbeitet auch Ballerstedt zu einem gewissen Teil mit Formen von anderen Formenbauern, für die Jürgen Kätzel als Leiter Werkzeugbau dann ebenfalls die Verantwortung im Betriebsablauf übernimmt. Auch bei solchen Formen gibt es immer wieder mal Abweichungen. „Gewinde und Trennungen sind öfter mal nicht passgenau“, berichtet Kätzel. „Seit geraumer Zeit nehme ich jede neue Form erst mal auf die Maschine und messe mit m&h nach. So habe ich eine schnelle Kontrolle und kann gegebenenfalls sofort korrigieren.“

Auch bei Ballerstedt macht man die Erfahrung, dass mit zunehmender Verwendung von 3D-CAD-Konstruktionssystemen die Formen und Formtrennungen immer komplizierter werden. Umso wichtiger ist die unmittelbare Kontrolle, wie sie mit 3D Form Inspect noch in der Aufspannung in der Maschine möglich ist. Der Umgang mit der Software von beschreibt man bei Ballerstedt als nahezu selbsterklärend und völlig unproblematisch. „Diese Sache lohnt sich in jedem Fall und macht sich schnell bezahlt“ berichtet Jürgen Kätzel. Um dann anzufügen: „Es klingt wahrscheinlich sehr banal, aber ich kann ohne das Messen in der Maschine nicht mehr leben.“