Ein Engel als Geburtshelfer

Die Engel Austria GmbH ist fraglos einer der weltweit führenden Hersteller im Kunststoffmaschinenbau. Mit neun Produktionswerken in Europa, den USA und Asien erwirtschaftete das Familienunternehmen im letzten Geschäftsjahr trotz aller Covid-19-bedingten Turbulenzen einen Gruppenumsatz von rund 1,1 Milliarden Euro. Das ist vor allem deshalb bemerkenswert, da die Kunststoffmaschinenindustrie traditionell mehr als andere Betriebsmittellieferanten von den Investitionszyklen der Automobilhersteller abhängig ist und aus diesem Bereich in den letzten beiden Jahren kaum Nachfrageimpulse zu vermelden waren.
Kein Wunder also, dass sich in der Umsatzverteilung nach Branchen deutliche Verschiebungen ergeben haben. Vor allem der Bereich Technical Moulding (Haushaltswaren, Sport, Spiel und Freizeit) und die Business Unit Medical haben im Vergleich deutlich zugelegt und sich als Wachstumsfelder erwiesen. Da in den letzten Monaten auch aus der Automobilbranche positive Signale kommen, rechnet das Engel-Management für das laufende Geschäftsjahr mit einem Plus von bis zu 20 Prozent.

Schneckengeometrien werden immer komplexer und spezifischer
International tätige Hersteller von Spritzgiessmaschinen stehen aber beileibe nicht nur vor betriebswirtschaftlichen Herausforderungen, sie werden auch mit immer neuen technologischen Aufgabenstellungen konfrontiert. Auch und vor allem, weil sich die Eigenschaften der verwendeten Kunststoffe ständig verändern. Das stellt nicht nur die Konstruktions- und Entwicklungsabteilungen vor neue Herausforderungen, sondern hat auch einen grossen Einfluss auf die Produktion und hier vor allem im Umfeld der Schneckenfertigung. Dipl.-Ing. Günther Klammer, Vice President Plasticising Systems & Recycling im Engel-Grossmaschinenwerk in St. Valentin, erläutert die Problemstellung: «Auf unseren Maschinen werden technische Kunststoffe verarbeitet, die sehr oft mit Füllmaterialien wie beispielsweise Glasfasern angereichert sind und so ganz speziellen Anforderungen entsprechen. Dies, zumal viele der Materialien aus dem Recycling – Stichwort fehlende Homogenität – stammen und so enorme Belastungen auf die Plastifizierschnecken zukommen und gleichzeitig hat es natürlich entsprechende Auswirkungen auf die Auslegung der Schneckengeometrien – sie werden immer komplexer und spezifischer. Uns stehen heute für die rund 6000 jährlich produzierten Schnecken um die 4000 unterschiedliche Geometrien zur Verfügung. Vor zehn Jahren sind wir mit einem Bruchteil davon zurechtgekommen.»
Dazu Gerhard Aigner, Produktionsleiter im Werk St. Valentin: «Das alles beeinflusst natürlich auch unsere Fertigungsphilosophie. Die zunehmende Variantenvielzahl hat dazu geführt, dass wir in unserer Grossschneckenfertigung das Wirbeln zugunsten des deutlich flexibleren Fräsens immer weiter zurückfahren. Vor allem der hohe Umrüstaufwand beim Wirbeln forciert diesen Trend, hinzu kommt, dass das Wirbeln nun einmal eine echte Nischentechnologie ist und mit dem hohen Innovationstempo – technologie- wie werkzeugseitig – beim Fräsen einfach nicht mithalten kann.»

Auf die Schneckenherstellung massgeschneidertes Werkzeug

Hinzu kamen die durchweg positiven Erfahrungen aus dem Einsatz einer Weingärtner mpmc 600 innerhalb der Schneckenfertigung, die die Vorteile der Bearbeitung mit einem Dreh-/Fräszentrum verdeutlichten. Auf ihr könnten theoretisch zwar auch Schnecken bis zu einem Minimaldurchmesser von 18 mm bearbeitet werden, aber zum einen ist die mpmc mit der Herstellung grösserer Schnecken schon mehr als ausgelastet und zum anderen ist dieses Zentrum für kleine Durchmesser schlichtweg überdimensioniert. Weingärtner-Verkaufsleiter Klaus Geissler erinnert sich: «2015 wurden in einem gemeinsamen Projektteam die Eckdaten für eine spezielle Maschine für die Komplettbearbeitung von Schnecken bis zu einem Maximaldurchmesser 120 mm diskutiert und festgelegt. Eine derartige Maschine gab es bis dato in unserem Portfolio nicht, Weingärtner stand bis dahin für Grossmaschinen. Wir haben aufgrund dieses Pflichtenheftes dann ein spezifisches Bearbeitungszentrum konstruiert, denn mit blossem Skalieren war es dabei nicht getan. Wir haben es hier mit ganz anderen Geschwindigkeits- und Dynamikbereichen als bei den grösseren Zentren zu tun. Zudem galt es, die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Peripherie mit einzubeziehen. Das war die Geburt unserer pick up 400.»
Dabei stellt sich die Frage: Warum suchten die Verantwortlichen bei Engel nicht bei anderen Maschinenherstellern, die bereits kleinere Maschinen für die Schneckenfertigung im Programm haben nach einer Lösung. Gerhard Aigner erläutert: «Da gibt es verschiedene Gründe. Zum einen das Vertrauen zu dem Unternehmen, das auf einer Vielzahl von gemeinsamen Projekten beruht. Wir haben so beispielsweise mit Weingärtner sehr positive Erfahrungen in Sachen Genauig- und Verfügbarkeit gesammelt und das auch über einen längeren Zeitraum. Vor allem aber bietet Weingärtner mit dem Programmiersystem WeinCad ein auf die Schneckenherstellung massgeschneidertes Werkzeug, das eine ganze Reihe von zusätzlichen Möglichkeiten bietet, die mit anderen CAD/CAM-Systemen nicht oder nur sehr schwer zu realisieren sind.»

Schon etliche Schnecken ohne Zeichnung
Dazu Günther Klammer, der sich selbst spasseshalber als «Schneckologe» bezeichnet: «Ich kenne das Weingärtner Programmiersystem nun schon fast 20 Jahre. Wenn man sich mit der Schneckenfertigung auseinandersetzt und sich nur einmal die Verschneidung zweier zylindrischer Körper vorstellt, die in der Steigung aussermittig verschnitten werden, dann hat man eine Flächenkontur, die sich alles andere als einfach berechnen lässt. Mit dieser Aufgabenstellung hat sich Weingärtner intensiv beschäftigt und Aufgabenstellungen wie Gangtiefenänderungen oder Steigungswechsel bemerkenswert gut gelöst. Damit hat man nicht nur ein Programmier-, sondern auch ein echtes Designwerkzeug. Wir haben schon etliche Schnecken ohne Zeichnung nur mit dem WeinCad ausgelegt, weil man in dem System eine Geometrie sehr gut beschreiben und analysieren kann. Man kann Volumina und Querschnitte berechnen, kurzum WeinCad ist ein hervorragendes Werkzeug, um Design und Funktion zu visualisieren.» Und weiter: «Wir konstruieren ja nicht nur auf WeinCad, sondern hinterlegen dort die gesamte Fertigungsstrategie und im Postprozessor wird dann auch noch die ganze benötigte Lünettensteuerung geregelt. Wir decken damit die Anforderungen an das eigentliche Produkt und dessen Funktion, an die werkstofflichen Voraussetzungen respektive Einschränkungen und die Fertigungsmethode ab.»
Klaus Geissler, Verkaufsleiter der Weingärtner Maschinenbau GmbH, erklärt: «Mit unserem Softwarepaket WeinCAD lassen sich alle bekannten Schneckengeometrien programmieren, auch solche, bei denen ein Barrieresteg die Schmelze vom Restgranulat trennt. Neben der verfahrenstechnischen Entwicklung über die Geometrieauslegung bis hin zum automatisch generierten Programm für die Steuerung beherrscht WeinCAD auch die 3D-Simulation aller Bearbeitungsverfahren. Bis heute ist kein CAD/CAM-System auf dem Markt, das Vergleichbares leistet.»

Für die vollautomatische Fertigung von Schnecken
Doch noch einmal zurück zu den technologiebedingten Vorteilen beim Fräsen. Günther Klammer: «Eigentlich ist das Wirbeln die wirtschaftlich interessantere Zerspanungsmethode, denn das Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit ist deutlich höher als bei anderen Fertigungsverfahren. Aber wenn man den Gesamtprozess betrachtet, dann schneidet das Fräsen um einiges besser ab. Wir können auf der pick up alle Schneckendesigns in einer Aufspannung fertigbearbeiten und decken gleichzeitig alle anderen anfallenden Arbeiten vom Drehen und Verzahnen bis hin zur Bearbeitung der Mischköpfe ab.»
Gerhard Aigner ergänzt: «Unsere interne Massgabe hier bei Engel ist es, möglichst alle Komponenten in einer Aufspannung fertig bearbeitet von der Maschine zu bekommen. Wir fertigen auftragsbezogen und damit sind die Losgrössen grundsätzlich kleiner und ohne eine maschinenseitige Flexibilität nähme der Umrüstaufwand einen Grossteil der Bearbeitungszeit ein. Bei den beiden pick up 400 entfällt das Umrüsten weitgehend, denn wir haben ein externes Werkzeugmagazin mit 160 Plätzen angegliedert. Ein adaptierter 6-Achs-Roboter versorgt daraus ein Zwischenmagazin, sodass immer die nächsten vier Werkzeuge zur Einwechslung in die Maschine vorgehalten werden.»
Günther Klammer fasst die Vorteile zusammen: «Die Features der Maschine – angefangen bei der Stabilität über die Präzision bis hin zur Verfügbarkeit – sind nur ein Merkmal für eine effiziente Bearbeitung. Dazu kommt, dass wir hier von diesen Lieferanten auch noch eine Abstützung, sprich gesteuerte Lünetten, bekommen, die mit zum Besten gehören, was der Markt bietet.» Ebenso wichtig aber ist die Möglichkeit einer zielführenden Programmierung. Wenn man beide Elemente betrachtet, dann hat Weingärtner damit in meinen Augen heute ein Alleinstellungsmerkmal. Wir erstellen bei Investitionen in Werkzeugmaschinen im Team mit allen beteiligten Kolleginnen und Kollegen immer eine Balance Score Card, und in dem Umfeld Schneckenfertigung spricht in der Regel alles für Weingärtner.
Klaus Geissler bleibt es vorbehalten, die maschinenspezifischen Pluspunkte zusammenzufassen: «Das Weingärtner Dreh-/Fräszentrum der Baureihe pick up 400-3000 ist speziell für die vollautomatische Fertigung von Schnecken für Spritzgussautomaten konzipiert. Auf ihr können Schnecken bis zu einem maximalen Ø von 120 mm und einer Länge von 3000 mm bei einem maximalen Werkstückgewicht von 1200 kg bearbeitet werden. Dafür steht ein Fräsaggregat mit 45 kW und 275 Nm bei einer Nenndrehzahl von 1560 min-1 zur Verfügung. Als maximale Drehzahl wird 14’000 min-1 angegeben, wobei all diese Werte bei 100 Prozent Einschaltdauer, sprich kontinuierlichem S1-Betrieb gelten. Zudem ist mit der schon angesprochenen Roboterlösung eine komplette Automation vorgeschaltet, sodass die Anlage mannarm gefahren werden kann.»
Vor allem eines ist Klaus Geissler wichtig: «Wir verstehen uns bei weitem nicht nur als Maschinen-Hersteller, sondern vielmehr als Lieferant kompletter Fertigungsprozesse, inklusive der Bearbeitungsanalyse, der Werkzeug- und Steuerungstechnik, sowie der Software.»
Dies bestätigt das installierte Fertigungssystem bei Engel eindrucksvoll. Fertigungssystem deshalb, weil dort zwei pick up 400-3000 im 90°-Winkel aufgestellt sind, sodass ein Mitarbeiter beide Maschinen bedienen kann. Zum System gehört neben dem externen Werkzeugmagazin inklusive Roboter noch eine Bandpoliermaschine für die Feinbearbeitung. Diese drei Weingärtner-Maschinen decken die gesamte Fertigung kleinerer Schnecken im Engel-Grossmaschinenwerk St. Valentin ab. Und: Auch diese Anlage wird – wie im Übrigen auch alle anderen Weingärtner-Installationen dort – von den Service-Verantwortlichen bei Engel als sogenanntes ‹Green-Team› geführt. Was heisst, dass die Maschinen zum einen als hochproduktiv und zum anderen als absolut nicht störanfällig gelten. Auch das ist sicher ein Element, das zu Günther Klammers Einschätzung hinsichtlich Weingärtner beigetragen hat: «Für uns ist Weingärtner bei der Schneckenbearbeitung nahezu konkurrenzlos.» Mehr Lob kann man sich nahezu nicht vorstellen.

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