Ein Werkzeuglogbuch in Papierform ist, gerade wenn es benötigt wird, oft nicht greifbar. Oder unvollständig, denn die Pflege der Informationen ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Ein Cloud-unabhängiges elektronisches Werkzeugbegleitheft, das direkt in das Werkzeug integriert ist, könnte alle relevanten Daten direkt zur Verfügung stellen. Durch den digitalisierten Zugriff würden das Lesen bzw. Hinzufügen von Inhalten durch autorisierte Personen ermöglicht und im Bedarfsfall wichtige Anleitungen zum Gebrauch sowie Informationen über den Zustand des Werkzeugs bereitgestellt.

Das elektronische Werkzeuglogbuch als Kombination von Betriebsanleitung und Checkheft

Werkzeuginnendrucksensoren

Messtechnik

Sensoren / Messwertaufnehmer

Messdatenerfassung und -verarbeitung

Software

Papierlose QM-Dokumentation

Qualitätsmanagement

Dokumentationsmanagement

Werkzeugkonstruktion

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Werkzeugüberwachung

Toolmanagement

Mobile Datenerfassung

Logistik

Lagertechnik

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Spritzgießwerkzeuge

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Werkzeug- und Formenbau

Fernwartung / Ferndiagnose

Instandhaltung

Dokumentenmanagement, CAQ

Qualitätssicherung

Datenmanagement am Werkzeug

Extrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießen

Lohnfertigung

Teile nach Muster

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Gehäuse aus Kunststoff

Elektromechanik

Kühlkörper

Produkt- / Formteildesign

Kunststoffverarbeitung

Spritzgießmaschinen

Lager

Maschinenelemente

Einpressverbindungen, Gewinde, Bolzen

Normteile

CAD Werkzeug-, Formenbau

Hochleistungskunststoffe

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

 ALKAZ Sp. z o.o. Sp. K.

Um neue Wege einschlagen zu können, eröffnet die Zechmayer Kunststofftechnik GmbH ab April 2021 ein Technikum, in dem sämtliche zukunftsweisende Technologien abgebildet werden können.

Abrichtwerkzeuge

Präzisionswerkzeuge

Unternehmen

kunststoffe.de

Zechmayer eröffnet Technikum

Seit Anfang Jahr hat die Otto Hofstetter AG das operative Management neu geregelt. Zum 1. Februar 2021 erweiterte das Unternehmen zudem das Angebot um die Herstellung von Werkzeugen für die Pharma- und Medtech-Industrie.

Medizintechnik

Otto Hofstetter AG mit neuem Kompetenzfeld und operativen Management

Wie genau die Zusammenarbeit deutscher Werkzeugbaubetriebe mit ihren Gegenübern in der Serienproduktion in Zukunft gestaltet sein wird, ist nur schwierig zu prognostizieren. Dass digitale Vernetzung und Nachhaltigkeit dabei eine wesentliche Rolle einnehmen und eng miteinander verbunden sein werden, darf man allerdings voraussetzen.

Was die beiden Trendthemen für Werkzeugbau und Serienproduktion bedeuten

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Energieeffizienz

Vorbeugende Instandhaltung für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Datenanalyse

Ressourcenmanagement

Produktion

Der Werkzeugbau der Zukunft – digital vernetzt und nachhaltig

Der Automobilzulieferer BIA erreicht durch Anpassungen in der Werkzeugauslegung eine große Designvielfalt mit verschiedenen Oberflächen.

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Automotive

Fahrzeugbau

Werkzeuginvestition erweitert Oberflächenspektrum

25 Prozent Materialersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Impfspritzen gleicher Größe – das ist das Ergebnis einer aktuellen Entwicklung in einem boomenden Markt.

Medizinprodukte

Eine der leichtesten Impfspritzen der Welt

Zur Entwicklung funktionaler Werkzeugoberflächen hat die gemeinnützige KIMW Forschungs-GmbH ein Spritzgießtribometer entwickelt, das reproduzierbar Haft- und Gleitmomente für die Entwicklung von Strukturen und Beschichtungen schafft.

Forschungsstelle des KIMW entwickelt Messwerkzeug zur Analyse der Werkzeughaftung

Tribologie

Betriebsausrüstung / Betriebsmittel

Gleitmittel für Kunststoff

Additive

Produktivität rauf – Zykluszeiten runter

Ein großes Werkzeug zu befestigen, ist ohne schweißtreibende Arbeit oder teures Spezialwerkzeug kaum denkbar. Bisher.

Presswerkzeuge, Kunststoff

Werkzeugspanntechnik

Spanntechnik

Schweißtreibend war gestern

Da Amies Innovation bereits an der Herstellung ähnlicher medizinischer Komponenten beteiligt war, wurde das Unternehmen als Partner für die Herstellung der Gehäuseteile für ein Covid-19-Testkit ausgewählt. Der Zeitdruck in diesem Projekt war enorm – auch für die beteiligten Werkzeug- und Heißkanallieferanten.

Unternehmen reagieren schnell auf die Anforderungen an „Lateral Flow Test”-Geräte

Normalien und Heißkanaltechnik

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Heißkanalsysteme

Sprint zum Testkit

Wenn ein Werkzeugbauer und ein Heißkanalhersteller sich zusammentun und vor ausgewählten Kunden für eine bestimmte Technik trommeln, ist klar, dass davon beide profitieren wollen. Weniger klar ist, warum diese lange bekannte Technik nicht längst eine noch größere Verbreitung gefunden hat.

 Siebenwurst und HRSflow veranstalten gemeinsame Kundentage

Doriat, Clemens, Dr.

Montage

Montagetechnik

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Stanzmaschinen, Kunststoff

Sondermaschinen

Stanzpressen

Maschinen für die spanlose Fertigung

Pressen

Stanzwerkzeuge

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Es bleibt in der Familie

Bauteile für die Elektrotechnik setzen sich zusammen aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Werkstoffen. Der Formenbauer Mühlbeyer setzt bei seinen Werkzeugen für die Fertigung von Statoren und Rotoren auf die Hybridtechnik, bei der Kontaktmaterial und Kunststoff in einem Arbeitsgang unlösbar miteinander verbunden werden.

Umspritztechnik als Voraussetzung für kostengünstige und hochwertige Elektromotoren

Elektromotoren

Antriebe

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Spritzgießwerkzeuge zur Isolierung von  Statoren und Rotoren

Mit dem Streamrunner, dem ersten additiv gefertigten Heißkanal am Markt, werden ab sofort auch bei Nadelverschlusssystemen komplett neue und platzsparende Möglichkeiten geboten.

Messe Fakuma

Additiv gefertigter Heißkanal mit Nadelverschlusssystem

Im neuen Technologie Center am Hauptsitz von Foboha in Haslach i.K. ist Kunden das gesamte Portfolio der Molding-Solutions-Marken zugänglich, um Synergien der verbundenen Marken zu erleben.

Heißkanaltechnik

Messung von Umgebung (Klima)

Barnes Molding Solutions eröffnet Technologie Center

Die Harting Applied Technologies GmbH aus dem westfälischen Espelkamp konnte in diesem Jahr den Wettbewerb „Excellence in Production“ für sich entscheiden und trägt damit den Titel „Werkzeugbau des Jahres 2020“.

Tiefziehwerkzeug

Qualitäts- / Wirtschaftspreis

„Werkzeugbau des Jahres 2020“ ausgezeichnet

Werkzeug-Plattformen  für IVD-Verbrauchsmaterialien

Strategisches Vorgehen durch Klassifizierung nach Produktgruppen

Unter In-vitro-Diagnostik versteht man die Untersuchung von aus dem menschlichen Körper stammenden Proben in Laborgefäßen. Die Fertigung der dafür benötigten Verbrauchsmaterialien unterliegt hohen Anforderungen an die Präzision, Qualität und Stückzahl, aber auch an das aufwendige Herstellumfeld im Reinraum. Das hat Implikationen für die gesamte Anlagentechnik – und besonders für den Werkzeugbau.

Verbrauchsmaterialien für die In-vitro-Diagnostik unterliegen hohen Anforderungen an Qualität und Stückzahl, aber auch an das Herstellumfeld im Reinraum. Das hat Implikationen für die gesamte Anlagentechnik – und besonders für den Werkzeugbau.

Die Medizintechnik nimmt innerhalb des weiten Felds der Spritzgießtechnik eine besondere Position ein. Dies liegt nicht zuletzt an den hohen Qualitätsanforderungen zum Beispiel nach Regularien der GMP (Good Manufacturing Practice) und der FDA (Food and Drug Administration). Verbrauchsmaterialien (Consumables) für die In-vitro-Diagnostik (IVD) – im Wesentlichen Laborzubehör, das für Untersuchungen außerhalb des menschlichen Körpers („im Glas“ von lateinisch: in vitro) benötigt wird – bilden hier keine Ausnahme.

Es liegt auf der Hand, dass heute viele dieser Gefäße aus bruchsicheren Kunststoffen gefertigt werden. Aber es gibt noch einen anderen Grund: Wenn Kliniken und Arztpraxen solche steril verpackten Einwegprodukte verwenden, entfällt die Notwendigkeit, die Gerätschaften im klinischen Umfeld zu sterilisieren. Denn vor allem anderen wird eine absolute Keimfreiheit der Reaktions- und Diagnosegefäße verlangt. In der Fertigung dieser Medizinprodukte gelten für Maschinen, Werkzeuge und Peripherie jeweils strenge Bestimmungen. Dieser Beitrag geht schwerpunktmäßig auf die Ableitungen für den Werkzeugbau ein.

Gratwanderung zwischen technischer Machbarkeit und Wertschöpfung

Übliche Strategien bei der Entwicklung eines Spritzgießwerkzeugs bilden eine gute Basis, aber im Detail ist für die hier genannten Anwendungen spezifisches Entwicklungs-Know-how gefragt. IVD-Consumables sind anspruchsvoll und vielfältig. Die Teile können dünnwandig, transparent, filigran oder auch geometrisch komplex sein. Ein typischer Anspruch sind sehr enge Toleranzen, da Funktionen wie Dosiergenauigkeit, Rasten oder Dichten in der Diagnostik unabdingbar sind.

Für den Werkzeugbau ergeben sich besondere Anforderungsprofile: kurze Zykluszeiten, eine hohe Kavitätenzahl, hochpolierte, veredelte Oberflächen, eine anspruchsvolle Heißkanaltechnik sowie integrierte Sensorik und Automation. Und als zentrale Anforderung: höchste Präzision bei hoher Energieeffizienz und Ausbringungsmenge sowie niedrige Stückkosten bei minimalen Ausschusszahlen. Es handelt sich durchweg um eine Gratwanderung zwischen technischer Machbarkeit, hoher Prozesssicherheit, komplexer Werkzeugtechnik einerseits und Wirtschaftlichkeit bzw. Wertschöpfung andererseits. Hier zeigt sich, dass das Spannungsfeld IVD im Vergleich zu anderen Branchen deutlich höhere Anforderungen mit sich bringt.

Aufgrund der prozesstechnischen Anforderungen von In-vitro-Produkten ist eine Klassifikation der Produktgruppe für den Werkzeugbau wichtig. Daraus ergibt sich eine Plattform-Strategie für die Konstruktion der Form. Die Otto Männer GmbH hat beispielsweise folgendes Raster entworfen:

<ul><li>Gruppe 1: Pipettenspitzen;</li><li>Gruppe 2: Proben- und Reaktionsgefäße, Küvetten oder Mikrozentrifugenröhrchen;</li><li>Gruppe 3: Petrischalen, Zellkulturschalen, Flaschen oder Platten;</li><li>Gruppe 4: Deep-Well-Platten, PCR-Platten, Mikrotiterplatten, Racks oder Kassetten.</li></ul>

Eine solche Klassifizierung bildet die Basis der Werkzeugbaustrategie. Jede Gruppe bietet für die Werkzeugkonstruktion spezifische Herausforderungen. Sie ist zudem ein Raster zur Konzeption einer Fertigungszelle. Jede dieser Anwendungen kann nur in hocheffektiven, automatisierten Fertigungszellen ablaufen, was ein ausbalanciertes Zusammenspiel von Maschinen, Werkzeugen und Automation voraussetzt.

Herausforderungen für Applikationen der Gruppen 1 und 2

Pipettenspitzen (Gruppe 1) sind funktional anspruchsvoll. Flüssigkeiten müssen exakt dosiert und pipettiert werden. Daher sind die Anforderungen an die Präzision, an die einzuhaltenden Toleranzen und Oberflächenvorgaben sehr hoch (Titelbild). Dem Heißkanalsystem fällt im Prozess eine entscheidende Rolle zu. Das speziell für Pipettenspitzen entwickelte Heißkanalsystem von Männer bietet Vorteile wie z. B. die Regelung jeder einzelnen Kavität für eine ausgewogene Balancierung. Das Heißkanalsystem ist optimiert für die spezifischen Eigenschaften des eingesetzten Kunststoffs, ein verbessertes Anfahrverhalten und die Vermeidung von toten Winkeln im Massekanal.

Die Gruppe 2 der Reaktionsgefäße ist geometrisch heterogener. Gemeinsame Kennzeichen sind die Aufnahme eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens und ein Verschluss, der entweder als separate Kappe oder als in einem Schuss (One Shot) hergestellter Flip-Verschluss ausgeführt ist. Die Produkteigenschaften dieser Gruppe können vielfältig sein:

<ul><li>thermisch belastbar,</li><li>eingespritzte Skalierung,</li><li>gefrostetes Schriftfeld,</li><li>Zentrifugationsbeständigkeit,</li><li>Produkt nach IVD-Norm</li><li>CE-Zertifizierung,</li><li>ausgeprägte Dichtigkeit,</li><li>Reinheitsstandards,</li><li>„Safe Seal“-Verschluss.</li></ul>

Männer rüstet seine Werkzeuge typischerweise mit Mehrpunktdüsen aus, die platzsparend in komplexen Multi-Kavitäten-Werkzeugen verbaut werden können. Für die geforderten hohen Ausbringungsmengen werden 24-fach-, 48-fach- oder 64-fach-Werkzeuge eingesetzt (Bilder 1 und 2). Das Oberflächenfinish spielt eine wichtige Rolle: Hochpolierte, veredelte Oberflächen der Form sorgen für 1A-Oberflächen am Teil. Zu den Herausforderungen im Prozess zählen Lufteinschlüsse im Sealing-Bereich, der Safe-Seal-Verschluss selbst, die nötige Dampfdichtigkeit, eine definierte Deckelöffnungskraft, homogene Wanddicken und die Zentrifugationsbeständigkeit.

Herausforderungen für Applikationen der Gruppen 3 und 4

In der Gruppe 3 dominieren bedarfsseitig Petrischalen, überwiegend aus PS (Polystyrol). Typische Wanddicken liegen etwa zwischen 0,6 und 0,75 mm. Üblich sind Etagenwerkzeuge, meist mit einer Fachzahl von 4+4 bis 8+8 Kavitäten (Bild 3). Das Anforderungsprofil umfasst die Planität des Bodens, eine hohe optische Qualität (transparent bis Hochglanzoberfläche) und, gerade bei Kontaktschalen, eine genau definierte Touchierung von Deckel und Schale.

Notwendigerweise sind die Toleranzen daher sehr eng, denn der Deckel muss sicher einrasten, auch leicht wieder zu lösen sein und dichten. Die Geometrie ist komplex, weil kaum sichtbare Rastnasen Schalen und Deckel verbinden. Für die Güte des Werkzeugs kommen Beschichtungen zum Einsatz, die eine 1A-Oberfläche am Formteil sicherstellen.

Die Gruppe 4 ist sehr heterogen hinsichtlich der Bauteilgrößen und Geometrien. Der Bedarf von Laboren und Instituten ist sehr hoch, weil diese Bauteile zum Beispiel. für Antikörpertests und Sars-Cov2-Tests benötigt werden. Mikrotiterplatten sollen unterschiedlich große Pipetten oder Gefäße in hoher Anzahl aufnehmen. Funktion ist meist die multiple Vervielfältigung von Erbsubstanzen „in vitro“ unter absolut gleichen Bedingungen in jedem Gefäß. Das Werkzeugkonzept ist entsprechend anspruchsvoll (Bild 4). Unter Verwendung spezieller Materialien und durch konturnahe Kühlung gelingt es, die Zykluszeit um bis zu 25 % zu verkürzen. Der geteilte Schnorchel des Männer-Heißkanalsystems erleichtert die Entnahme aus dem Werkzeug. Das Konzept wird bei 2- bis 4-fach-Werkzeugen angewendet.

Zwar liegt in einem verfahrensoptimierten Werkzeugbau auf dem Stand der Technik ein wesentlicher Schlüsselfaktor für die Wertschöpfung, aber für den Verarbeiter sind auch Serviceangebote und eine Lebenszyklusbetreuung der Werkzeuge wichtig. Naheliegender Grund dafür ist die Komplexität dieser Hochleistungswerkzeuge, deren hohe Verfügbarkeit es sicherzustellen gilt. Bei Männer spielt das Technikum in diesem Punkt eine zentrale Rolle. Neben Abmusterungen, Qualifizierungen, Abnahmen und Materialtests werden – gerade im Zuge der Pandemie – immer stärker Online-Qualifizierungen nachgefragt. 2020 wurden bereits etwa 75 % aller Abmusterungen via Internet durchgeführt.

Durch das Netzwerk von Barnes Molding Solutions – die Geschäftseinheit des Barnes-Konzerns, zu der neben Männer auch Foboha, Synventive, Thermoplay, Priamus und Gammaflux gehören – können die Unternehmen auf einen Pool von 37 Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich von 700 bis 5000 kN zurückgreifen. Die Hälfte der Fläche im hauseigenen Test Center ist Kundenmaschinen und -anlagen vorbehalten.

Um sensible Neuentwicklungen zu schützen, können ganze Fertigungszellen in abgeschlossenen Bereichen mit eigenen Büroeinheiten installiert werden. Kunden steht außerdem eine umfangreiche Messtechnik zur Verfügung, wie Messmaschinen zur optischen und taktilen Prüfung, Wärmebildfotografie, hydrologische Messung, High-Speed-Kamerasysteme und Volumenstrommessgeräte.

Ein weiterer Servicefaktor ist das sogenannte One-Stop-Shopping. Männer betreut mit rund 40 Design- und Anwendungsingenieuren komplette Produktentwicklungen im Projektmanagement mit den Kunden. Die Teams des Kunden werden mit den Teams bei Männer im Projektmanagement synchronisiert. Die Projektaufgabe kann der komplette Entwicklungsprozess sein:

<ul><li>Design,</li><li>Teilekonstruktion,</li><li>Abstimmung der Einzelkomponenten,</li><li>Entwicklung und Bau des Werkzeugs,</li><li>Fertigungsplan,</li><li>Schnittstellen für Veredelungen, Montagen und Automation,</li><li>Qualifizierung sowie</li><li>After Sales: Wartung, Service, Verschleißteile, Upgrading.</li></ul>

Für den Produktbereich „In vitro“ ist aus Kundensicht aber noch ein anderer Aspekt relevant. Viele Anbieter operieren global an mehreren Produktionsstandorten. Oft sollen identische Produkte weltweit dezentral in die Fertigung eingeführt werden. Barnes Molding Solutions verfügt über fünf Werkzeugbau-Standorte für Entwicklung, Fertigung und Life-Cycle-Wartung in den USA, in Europa und Asien. Neben einer hochautomatisierten Fertigung von Werkzeugen und Ersatzteilen setzt die Gruppe auf die Erfahrung und das fachliche Know-how der Mitarbeiter und einheitliche Qualitätsstandards.

Damit sind neben den wirtschaftlichen Aspekten im Werkzeugbau – möglichst geringe Gesamtkosten über die Laufzeit (TCO, Total Cost of Ownership) durch langlebige, wartungsarme und schnelllaufende Präzisionswerkzeuge – aus Sicht des Kunden auch kurze Wege mit lokalen Ansprechpartnern und der Möglichkeit zu schnellen Abstimmungsprozessen entscheidend. Kundennähe und Reaktanz, regionales Management, Flexibilität und Time-to-Market sind die Stichworte einer globalen, partnerschaftlichen Zusammenarbeit in der Medizintechnik.

Otto Männer GmbH  

https://www.maenner-group.com

Ausgabenartikel

64-fach-Werkzeug für Pipettenspitzen. Das Heißkanalsystem ist über alle Kavitäten balanciert 

16:9

Bild 1. 48-fach-Werkzeug für Reaktionsgefäße aus Polystyrol mit Safe-Lock-Deckel. Zu den Herausforderungen im Prozess zählen u. a. der Verschluss mit definierter Deckelöffnungskraft, die Dampfdichtigkeit und gleichmäßige  Wanddicken

Bild 2. 64-fach-Werkzeug für 2-ml-Reaktionsgefäße aus Polystyrol mit separatem Verschluss. Die verwendeten Mehrpunktdüsen können platzsparend verbaut werden

Bild 3. 4+4-fach-Etagenwerkzeug für Kontaktschalen. Die Toleranzen sind  sehr eng, denn der Deckel muss sicher in die Schale einrasten, leicht wieder zu lösen und dicht sein

Bild 4. 4-fach-Werkzeug für Mikrotiterplatten. Durch konturnahe Kühlung kann die Zykluszeit um 25 % verkürzt werden

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<b>Guido Radig</b> ist Inhaber des Redaktionsbüros Provvido; <a href="mailto:radig@provvido.de">radig@provvido.de</a>