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Berichte sprechen von zwei Minuten für den Wechsel eines 50-Tonnen-Werkzeuges auf einer 3500-Tonnen-Spritzgießmaschine. Wie ist das möglich? Durch konsequentes „Upgrading“ bereits erprobter Systeme aus dem Mittelmaschinen-Werkzeugwechsel. Welches Leistungsniveau mittlerweile erreicht wurde, zeigt ein Projektbeispiel des niederländischen Spezialisten für Werkzeugwechselanlagen EAS Europe, das bereits im Plastverarbeiter, Ausgabe 7/2009, vorgestellt wurde: 50 Sekunden mit einem 15 Tonnen schweren Spritzgießwerkzeug auf einer 1300-Tonnen-Maschine, und das nicht nur unter Optimalbedingungen, sondern kontinuierlich im Dauerbetrieb. Insgesamt beträgt dabei die Produktionsunterbrechung bis zum nächsten Spritzgussteil nur 70 Sekunden. Ein ähnlich hohes Leistungsniveau lässt sich auf auch auf wahren Großmaschinen erreichen. Wegen der dort aber um vieles längeren Wege und viel höheren zu bewegenden Gewichte müssen die Wechselzeiten analog länger sein, allerdings sind die erzielbaren Einsparungen wegen der höheren Maschinenstundensätze noch lukrativer als bei den Klein-und Mittelmaschinen.

Mit dem richtigen System zum Ziel

Die Leistungsdaten von Werkzeugwechselsystemen für kleine und mittlere Maschinen auf die Großmaschinen zu übertragen, ist keine Selbstverständlichkeit. Der Hauptgrund ist die zunehmend schwierigere Beherrschung der Sicherheitstechnik beim Transport großer Lasten. Kransysteme für den Werkzeugwechsel von oben haben ihre Grenzen.

Deshalb: Wenn ein „SMED“ (Single Minute Exchange of Die), das heisst, ein Werkzeugwechsel im einstelligen Minutenbereich, mit großen und größten Werkzeugen angestrebt wird, steht nur eine Lösung zur Diskussion: Der horizontale Werkzeugeinschub über angetriebene Rollenbahnen. Der Vorteil des System ist die definierte Zwangsführung der Werkzeuge. Die ist die beste Voraussetzung für die Beschleunigung des Werkzeugvorschubs. Der Ausgangspunkt für den Wechselvorgang ist der Lagertisch mit Rollenbahn (Bild 1a und 1b) seitlich neben der Maschinenschließeinheit. Dort wurde das Werkzeug vorher mittels Kran aufgesetzt. Während der Wartezeit wird es dort auf Produktionstemperatur vorgewärmt. Simultan zum Einschub des „neuen“ Werkzeugs wird das „alte“ Werkzeug auf der Gegenseite der Maschine auf einen leeren Wechseltisch geschoben. Dies ist der schnellste, weil direkteste Bewegungsablauf. Eine Alternative zu den fixen Wechseltischen sind Werkzeugwechselwagen, die mit Rädern und/oder Luftkissen zur Fortbewegung ausgerüstet sind, verfügbar. Diese Wagen können bei niedriger Wechselhäufigkeit flexibel an mehreren Maschinen eingesetzt werden.

Eine zusätzliche Voraussetzung für den schnellen Werkzeugwechsel ist die Automatisierung der Medienversorgung, und zwar in Form von manuellen oder automatischen Multikupplungen. Dies ist umso entscheidender, je größer das Werkzeug und damit die Anzahl der Kühl/Temperierkreise, Hydraulikkreise, Stromkreise und der Sensoranschlüsse sind. Das gilt auch für die hydraulische Werkzeughälftenverriegelung oder die Verbindung zum Auswerfersystem.

Ein 50-Tonnen-Werkzeug wird in 120 Sekunden gewechselt

Um einen SMED-Prozess auch in den oberen Gewichtsklassen realisieren zu können, kommt der „Beschleunigung“ des Horizontaleinschubs auf dem Wechseltisch und in der Spritzgießmaschine größte Bedeutung zu (Bild 2 und 3).Dafür hat EAS die Antriebe der Rollenbahnen optimiert und damit einen traditionellen „Flaschenhals“ im System beseitigt. Welches Leistungsniveau die Horizontalbeschickung erreicht hat, zeigen einige Daten aus der Praxis. Wie bereits in dem früher veröffentlichten Beitrag berichtet, liegen die erreichbaren Wechselzeiten bei 1000– bis 1500-Tonnen-Maschinen und Werkzeuggewichten von 10 bis 15 Tonnen im Bereich von 35 Sekunden. In diesen 35 Sekunden wird nicht nur die Last von 15 Tonnen rund 3,5 Meter in 20 Sekunden bewegt, dabei auf die maximale Geschwindigkeit von 16 Meter pro Minute ( entspricht 1 Kilometer pro Stunde) beschleunigt und anschließend wieder abgebremst, sondern zusätzlich auch alle mit dem Spannen und Lösen des Werkzeuges verbundenen Bewegungsvorgänge abgearbeitet. Dazu zählen zum Beispiel das Lösen und Spannen des Spannsystems, das Öffnen und Schließen der Schutztüre und das Ab- und Ankuppeln der automatischen Multikupplungen. Parallel dazu läuft der Greiferwechsel durch den Roboter. Insgesamt vergehen nur 70 Sekunden zwischen dem letzten Schuss mit dem „alten“ Werkzeug bis zum ersten Schuss mit dem „neuen“ Werkzeug.

Dass ähnliche Ergebnisse auch bei noch viel größeren Anlagen erreicht werden können, zeigen fünf analog konzipierte Anlagen mit 3500-Tonnen-Spritzgießmaschinen, die bei einem italienischen Automobilhersteller in Betrieb sind. Hier werden Spritzgießwerkzeuge mit einem Gewicht zwischen 40 und 50 Tonnen in weniger als zwei Minuten gewechselt. Die dabei zurückgelegten Querverschubwege der Werkzeuge sind analog zur Maschinengröße länger und betragen rund 4,5 Meter. Die maximale Geschwindigkeit wurde wegen des vergleichsweise rund dreimal höheren Werkzeuggewichtes und der Beherrschbarkeit dieses Gewichts in der Bremsphase mit rund 10 Meter pro Minute (entspricht 0,6 Kilometer pro Stunde) limitiert. Zum schnellen Bewegen kommt noch das schnelle Spannen: Die kürzesten Zeit sind mittels hydraulischer Keilspannelementen erreichbar; in diesem Fall mit 16 MOD 4010-Spannelementen von EAS mit je 400 kN Spannkraft. In Summe sprechen die Fakten für sich: Auch schwerste Lasten haben das „Laufen“ gelernt.

Kosteneffizienz
Wann ist Hochleistungswerkzeugwechsel wirtschaftlich sinnvoll?

Sinnvoll sind solche Wechselsysteme

  • bei hohem Werkzeuggewicht,
  • bei zahlreichen und komplexen Schnittstellen,
  • bei hoher Variantenzahl und
  • bei wiederkehrenden kleinen Los-größen.

 

Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein?

  • Standardisierung aller Schnittstellen,
  • Maschinenausrüstung mit Schnellspannsystem und Hochleistungsrollenbahnen zum Quertransport,
  • automatische Multikupplungen für sämtliche Betriebsmedien,
  • Maschinen-Schließeinheit kombiniert mit stationären oder transportablen Vorwärm-/Lagerstationen,
  • etabliertes, innerbetriebliches Logistiksystem für die Werkzeugvorbereitung und die begleitende Wartung.

 

Welche Werkzeugwechselzeiten sind erreichbar?

  • Mit einem 10-Tonnen-Werkzeug etwa 40 bis 50 Sekunden,
  • mit einem 40-Tonnen-Werkzeug etwa 180 Sekunden.
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Über den Autor

Harm Nijzink, Geschäftsführer, EAS Europe, Renswoude/Niederlande, info@easchangesystems.com, Reinhard Bauer, freier Journalist, Gmünd/ Österreich