3 in 1: Drei Produkte mit nur einem Werkzeug produziert

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Kunststoffspezialist Mayweg senkt mit einzigartigem Werkzeugkonzept die Prozesskosten bei der Herstellung von PKW-Gangwahlhebeln.

Gerade in der Konzeption eines Neuwerkzeuges sowie der kompletten Fertigungsumgebung schlummern nicht selten Potenziale, um Fertigungsprozesse zu verschlanken und die Stückkosten nachhaltig zu senken. Beim der Mayweg GmbH gehört die Optimierung des Produktionsprozesses in der Entwicklungsphase zum Standard. So stellte das Entwicklungsprojekt für die Serienfertigung eines Gangwahlhebels für eine plattformbezogene Pkw-Serie - zu fertigen in Hybridbauweise - auf den ersten Blick keine große Aufgabe dar. Beschäftigt man sich näher mit den technischen Anforderungen des Auftraggebers, entpuppt sich das Funktionsbauteil zur einer großen Herausforderung.

Die Herausforderung

Der Kern des konstruierten Gangwahlhebels muss zwingend aus einem Metallrohr bestehen, dass die auftretende mechanische Belastung, erzeugt durch außergewöhnliche Bewegungen des Hebels in den Schaltprozessen, abfängt. Der Clou: für die plattformbezogene Serie gibt es  insgesamt drei funktionsidentische Varianten, mit unterschiedlich langen Metallrohreinlegern die mit Kunststoff umspritzt werden.

Zudem ist für die drei Varianten ein funktionales Kugelgelenk in dem Gangwahlhebel integriert. In diesen hochkomplexen Bauteilen sind Rastnasen verbaut, die im späteren Gebrauch Signale auslösen um mit der Fahrzeugsteuerung kommunizieren zu können. Grundsätzlich galt es, die aktuell geltenden Sicherheitsbestimmungen für jedes Bauteil einzuhalten.

Drei Gangwahlhebel für PKWs mit unterschiedlichen Längen werden in nur einem Werkzeug umspritzt. Foto: Mayweg

Das Ziel

Im Vorfeld hat sich Andreas Meyer, Technischer Leiter bei der Mayweg GmbH, Gedanken für die Umsetzung des Projektes gemacht. „Die zündende Idee kam mir beim wiederholten Lesen der Kundenanforderungen, weil mir ein Problem so lange keine Ruhe lässt, bis ich eine machbare Lösung gefunden habe.“ Sein Ziel hatte er technisch sehr hoch gesteckt: in einem Zyklus mit nur einem Werkzeug sollten sämtliche technische Anforderungen an das Hybridbauteil erfüllt werden. Eine konstruktive Lösung musste her, in der die drei Bauteilvarianten mit jeweils differenten Längen der Kernrohre umspritzt werden können. Andreas Meyer erklärt weiter: „Es galt eine zentrale technische Frage zu beantworten.

Wie bekomme ich die Anforderungen des Kunden an beide Geometrien möglichst gut abgedeckt? Die nötigen Voraussetzungen dafür zu schaffen, sind schon mit einem herkömmlichen 1K-Verfahren schwierig umzusetzen.“ Mit der gewünschten Lösung werden Kosten für zwei Werkzeuge eingespart. Somit können die Bauteilvarianten auf nur einer einzigen Spritgießmaschine produziert werden.  Daraus resultieren erhebliche Einsparungen bei den Maschinenkapazitäten. Ferner bietet es weitere Einsparpotenziale im Bereich der Automatisation im Fertigungsumfeld, die sich ebenfalls auf nur eine Lösung reduzieren.

Die Lösung

Um das Bauteil mit nur einem Spritzgießwerkzeug fertigen zu können, musste im Vorfeld eine Konstruktion entwickelt werden, die drei unterschiedliche Bauteillängen mit einem unterschiedlichen plattformbezogenen Höhenversatz von jeweils 20 mm möglich macht. Im Werkzeugkonzept wurde das über verschiebbare Formeinsätze gelöst. Sensoren überwachen verschiedene Bauteilpositionen, die letztlich erkennen, welche Länge des Rohlings gerade im Werkzeug eingelegt ist. Um den Höhenversatz spritzgießtechnisch abbilden zu können, wurde statt einem Spritzgießvorgang für das Umspritzen des jeweiligen Metalleinlegers ein zweistufiges Umspritzen definiert. Dafür ist eine extrem hohe Präzision erforderlich, bei der die Toleranzen zwischen zwei und fünf Hundertstel Millimeter liegen. Der Einspritzprozess ist bei jeder Bauteilvariante identisch. Um die unterschiedlichen Bauarten zu realisieren, wird der obere Bereich des Gangwahlhebels während der zweiten Ausführungsstufe des Metallumspritzens jeweils mit unterschiedlichem Dosiervolumen angesprochen.

Um die angedachte Funktionalität in der Praxis zu gewährleisten, wurde das Werkzeug intelligent gemacht. Eine Forminnendrucksensorik überwacht in jedem Spritzzyklus den Füllstand sowie den Füllprozess. Zudem übernehmen zwei Sensoren in Nestnähe die Aufgabe der Detektion. Ermittelt wird, in welcher Position sich das zweite Nest befindet. Für die jeweiligen Metallrohlinge werden dann die jeweiligen Formeinsätze positioniert und entsprechend die Höhe im Werkzeug variiert.

Als Material wird ein Polybutylenterephthalat (PBT), versetzt mit Glasfasern sowie einem Mineral, verarbeitet. Für die konturnahe Temperierung wurden gesinterte Formeinsätze konstruiert, die eine gleichmäßige Temperaturabführung aus dem Werkzeug sicherstellen, gleichzeitig die Zykluszeit je Schuss reduzieren. Eine Füllsimulation, durchgeführt mit der Cadmould-Software von Simcon, lieferte bereits in der Konstruktionsphase wichtige prozessrelevante Ergebnisse. Somit gelang es bereits vor Serienstart der Produktion den Verzug der Bauteile auszuschließen.

Andreas Meyer zieht ein positives Fazit des Projektes: „Wir konnten den Stückkostenpreis deutlich senken.“ Aktuell werden bei Mayweg im sauerländischen Halver 600.000 Bauteile in drei Varianten produziert. Weitere vier Millionen Gangwahlhebel werden in den nächsten Jahren das Werk verlassen.

sl

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