Effizienter Werkzeugbau sorgt für perfekte Oberflächen

Als vor 150 Jahren Hans Grohe das Unternehmen als Betrieb für Blechteile im Schwarzwald gründete, waren die ersten Brausen noch aus Metall. Mit der ersten verstellbaren Handbrause Selecta kamen 1968 erstmalig Kunststoffbrausen auf den Markt. Dieses Material ermöglichte mehr Formen und Farben. Außerdem war es deutlich leichter als Messing. (Bildquelle: Hansgrohe)

Damit nach dem Galvanisieren aber keine Fließnähte, Anspritzpunkte oder sonstige Oberflächenfehler zu sehen sind, muss das Kunststoffbauteil absolut einwandfrei sein. Dabei spielt das Spritzgusswerkzeug eine entscheidende Rolle. (Bildquelle: Hansgrohe)

Damit nach dem Galvanisieren aber keine Fließnähte, Anspritzpunkte oder sonstige Oberflächenfehler zu sehen sind, muss das Kunststoffbauteil absolut einwandfrei sein. Dabei spielt das Spritzgusswerkzeug eine entscheidende Rolle. (Bildquelle: Hansgrohe)

Duschbrausen bestehen fast vollständig aus Kunststoff. „Fast“ nur deshalb, weil die Oberfläche galvanisiert wird. Eine wenige Mikrometer dicke Schicht aus Kupfer, Nickel und Chrom sorgt für den metallisch-glänzenden Schimmer und schützt den Kunststoff dauerhaft vor aggressiven Badreinigern und heftigen Stößen; etwa wenn die Duschbrause auf den Boden der Dusche fällt. Damit nach dem Galvanisieren aber keine Fließnähte, Anspritzpunkte oder sonstige Oberflächenfehler zu sehen sind, muss das Kunststoffbauteil absolut einwandfrei sein. Dabei spielt das Spritzgusswerkzeug eine entscheidende Rolle.

Um diesen Schlüsselbereich möglichst eng mit der Fertigung zu verzahnen, verlegte Hansgrohe seinen Werkzeugbau vom Hauptwerk in Schiltach in sein Werk in Offenburg, wo der Hersteller von Bad- und Duscharmaturen, Wasserhähnen und Duschbrausen sämtliche seiner Kunststoffteile fertigt. 46 Spritzgießmaschinen produzieren hier das Duschbrausen-Programm sowie Kunststoffkartuschen, Armaturen und Thermostate sowie Brausenschläuche. Insgesamt knapp sechs Millionen Kunststoffprodukte pro Jahr, aneinandergereiht ergäben sie eine 8.000 km lange Kette. „Damit können wir unser Werk in Atlanta, USA, erreichen“, versinnbildlicht Frank Schnatz, Vorstand für Produktion und Qualitätsmanagement von Hansgrohe, die Produktionsmenge.

Aber solche Entfernungen zurücklegen zu müssen, soll das neue Technikum, in dem der Werkzeugbau angesiedelt ist, ja gerade verhindern. Thomas Schüßler, Vice President Produktion, erläutert: „Die Nähe von Werkzeugbau und Produktion erschließt viele Effizienzpotenziale. So können die beiden Abteilungen besser Hand in Hand arbeiten.“ Um beispielsweise ein Werkzeug instandzusetzen, musste es zuvor zwischen dem Werkzeugbau des Hauptwerks in Schiltach und der Produktion in Offenburg hin und her gefahren werden. Auch bei jeder Änderung am Werkzeug musste es die rund 50 km lange Strecke mindestens zweimal zurücklegen. „Jetzt kommen die Änderungswünsche direkt von Design oder Produktion. Die CAD-Daten fließen sofort mittels CAM in die Werkzeugmaschinen und werden umgesetzt“, führt Schüßler aus.

Um den Werkzeugbau möglichst eng mit der Fertigung zu verzahnen, verlegte Hansgrohe ihn vom Hauptwerk in Schiltach in sein Werk in Offenburg, wo der Hersteller sämtliche Kunststoffteile fertigt. (Bildquelle: Hansgrohe)

Um den Werkzeugbau möglichst eng mit der Fertigung zu verzahnen, verlegte Hansgrohe ihn vom Hauptwerk in Schiltach in sein Werk in Offenburg, wo der Hersteller sämtliche Kunststoffteile fertigt. (Bildquelle: Hansgrohe)

Um neue Produktvarianten oder Werkzeugoptimierungen testen zu können, bevor sie in die Produktion gehen, will das Unternehmen zusätzlich zwei Spritzgießmaschinen in das Technikum stellen. Der Platz dafür ist schon reserviert. Auch wenn dort derzeit noch eine Prüfanlage für galvanisierte Oberflächenteile steht. „Heute findet der komplette Bemusterungsprozess innerhalb der Fertigung statt. Und obwohl eine eigene Musterspritzerei nicht funktioniert hat – zu teuer – brauchen wir doch zwei Maschinen, um Technologien auszuprobieren, zum Bemustern und um einfach die Projekte schneller durchzukriegen.“ Dazu benötigen die Beteiligten auch Zeit, die die beiden geplanten Spritzgießmaschinen schaffen sollen. Sie halten den Aufwand gering, um Neues zu testen.

Komplexe Werkzeuge in kurzer Zeit instandhalten

Die Nähe zur Produktion ermöglicht es auch, sehr komplexe Werkzeuge zu fertigen. Denn so fließen die Ansprüche der Produktionsexperten mit dem Know-how der Werkzeugbauer ungefiltert ineinander – bei Bedarf sehr häufig und ausführlich. „Was uns daneben auch wichtig ist, man sieht es hier“, sagt Schüßler und zeigt auf eine Tafel mit verschiedenen Grafiken zur Produktionsqualität. „Jeden Tag haben wir die Abstimmung mit der Fertigungssteuerung, mit der Qualität, mit der Produktion, mit der Technologie“, fährt er fort. „Dieses tägliche Miteinander ist wichtig, um dann auch Qualitätsprobleme oder Maschinenstillstände kurz durchzusprechen. Das ist ein Regelprozess bei uns.“ Das fördert einerseits den Teamgedanken, da alle gemeinsam daran arbeiten, Fehlerquellen nachhaltig abzustellen. Andererseits verhindert es, dass Fehler, die an einer Stelle passiert sind, nicht an anderer Stelle wiederholt werden. KVP eben, ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess. „Durch die Nähe von Produktion und Werkzeugbau erzielen wir deutliche Prozessoptimierungen“, fasst Schnatz zusammen.

Um das Werkzeug schneller auf der Spritzgießmaschine auszurichten, setzt das Unternehmen zudem Werkzeugbrücken ein. (Bildquelle: Hansgrohe)

Um das Werkzeug schneller auf der Spritzgießmaschine auszurichten, setzt das Unternehmen zudem Werkzeugbrücken ein. (Bildquelle: Hansgrohe)

Ein weiterer Aspekt wird ebenfalls von der Nähe von Werkzeugbau und Fertigung berührt: Werkzeugwechsel. „Die Rüstprozesse haben wir in den letzten Jahren noch mal überarbeitet“, sagt Schüßler. „Heute werden die Werkzeuge einmal vorgerichtet, inklusive Schläuche und die ganze Peripherie.“ Das geschieht an einem dafür vorgesehenen Rüstplatz am Rande der Produktionshalle.

Am Rüstplatz werden die Werkzeuge außerdem demontiert und gereinigt. Auch kleinere Wartungen führen die Mitarbeiter hier durch, statt das Werkzeug in den Werkzeugbau zu bringen. Dort kommt es nur für größere Wartungen sowie Reparaturen hin. „Früher war es so, dass wir das Werkzeug für die meisten dieser Arbeiten abgebaut haben, dann wurde es nach Schiltach gefahren, und nach den Arbeiten wieder zurück“, erzählt Schüßler. „Dahingehend haben wir die Prozesse optimiert.“


(Bildquelle: PSG, Synventive, Meusburger, Wema)

Digitale Marktübersichten

Update: 24 Heißkanal- und 13 Normalien-Anbieter

Die Kühlung von Heißkanalsystemen und die Lebensdauer der Werkzeuge stehen im Mittelpunkt der Kundenanfragen. Das berichten die Unternehmen der Marktübersicht Normalien und Heiß­kanäle. Sie reagieren darauf mit Entwicklungen wie Verteilersysteme mit separat zu regelnden Heizzonen oder Verrohrungskonzepten, das 80 Prozent der Rohre spart und das Werkzeug stabilisiert. mehr…


Um das Werkzeug schneller auf der Spritzgießmaschine auszurichten, setzt das Unternehmen zudem Werkzeugbrücken ein. Diese sind über dem Werkzeug in Form einer Art Brücke montiert. „Dann hat das Werkzeug gleich die richtige Position in der Waagerechten. Und damit geht es dann zur Maschine“, fährt Schüßler fort.

Werkzeugtechnik ist wichtig, aber nicht allein entscheidend

Letztlich steht allerdings die eigentliche Werkzeugtechnik im Mittelpunkt. Das ist auch nötig, denn die großen Oberflächen der Duschköpfe – der Duschkopf des Rainmaker der Rain-Dance-Serie beispielsweise hat die Maße 360 mal 190 mm – stellen hohe Anforderungen an das Werkzeug. „Da spielt das Werkzeug eine ganz entscheidende Rolle“, betont Robert Heeger, Leiter Werkzeugtechnik. Entsprechend komplex sind die einzelnen Werkzeuge aufgebaut: So wird das einkavitätige Werkzeug für ein Modell der Rain-Dance-Serie neben der normalen Temperierung mit Patronen geheizt. Dies ist angesichts der großen, glatten Flächen des Bauteils nötig, um eine makellose Oberfläche zu erhalten. Wegen der leichten Rundung müssen zudem Schrägauswerfer das Entformen des Bauteils sicherstellen.

Das Werkzeug für das Modell Rainmaker der Raindance-Serie wird neben der normalen Temperierung mit Patronen geheizt. Dies ist angesichts der großen, glatten Flächen des Bauteils nötig, um eine makellose Oberfläche zu erhalten. Wegen der leichten Rundung müssen zudem Schrägauswerfer das Entformen des Bauteils sicherstellen. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Das Werkzeug für das Modell Rainmaker der Raindance-Serie wird neben der normalen Temperierung mit Patronen geheizt. Dies ist angesichts der großen, glatten Flächen des Bauteils nötig, um eine makellose Oberfläche zu erhalten. Wegen der leichten Rundung müssen zudem Schrägauswerfer das Entformen des Bauteils sicherstellen. (Bildquelle: David Löh/Redaktion Plastverarbeiter)

Die Werkzeugtechnik ist trotz ihrer zentralen Rolle für die Bauteilqualität aber doch nur ein Teil des Puzzles. So betont Heeger, wie relevant ein funktionierendes Zusammenspiel aller Abteilungen ist: Die Technologie stecke eben nicht allein im Werkzeugbau. „Das beinhaltet auch die Abstimmung mit der Konstruktion, um am Ende in der Fertigung effizient zu produzieren.“ Außerdem nennt er in diesem Zusammenhang die Galvanik. Denn damit die Brause nach dem Galvanisieren den funktionalen und ästhetischen Ansprüchen genügt, muss sich der Fertigungsprozess von Anfang an um die Oberflächen der Kunststoffteile drehen. „Wir unterscheiden da nicht mehr Kunststoff und Galvanik, sondern es sind einfach Oberflächenteile. Das ist ein Zusammenspiel“, führt Heeger aus.

Um das Gesagte zu bestätigen holt er ein Gehäusebauteil einer fast quadratischen Brause mit schätzungsweise 30 cm Kantenlänge. Dieses Modell ist so neu, dass Fotografieren streng verboten ist. Heeger weist anhand dieses Bauteils aber darauf hin, dass keine Fließkanten zu sehen sind, trotz der großen Flächen. „Das funktioniert durch Induktion“, verrät er. Während des Einspritzens wird die Schmelze durch Induktion heiß und damit flüssig gehalten. Auf diese Weise füllt sie die Kavität sehr gleichmäßig und Fließnähte werden vermieden. Diese Technik kommt zwar auch bei anderen großen Duschbrausen zum Einsatz. Das Beispiel zeigt aber das Know-how in der Werkzeugtechnik. Denn die Maschinen laufen im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr und produzieren von manchen Serien Stückzahlen, die in die Millionen gehen. Das bedeutet, die Prozesse müssen absolut stabil laufen. Andernfalls würden hohe Ausschussraten oder eine niedrige Produktivität die Kosten massiv in die Höhe treiben.

Das breitere Portfolio und die niedrigeren Stückzahlen pro Modell führen dazu, dass das Unternehmen mit relativ häufigen Werkzeugwechseln konfrontiert ist. In diesem Fall gibt es gleich drei Modelle der Serie Croma Select: Basic, Vario und Multi (v.l.). (Bildquelle: Hansgrohe)

Das breitere Portfolio und die niedrigeren Stückzahlen pro Modell führen dazu, dass das Unternehmen mit relativ häufigen Werkzeugwechseln konfrontiert ist. In diesem Fall gibt es gleich drei Modelle der Serie Croma Select: Basic, Vario und Multi (v.l.). (Bildquelle: Hansgrohe)

Produktionseffizienz bei hohen und geringen Stückzahlen

Ein Beispiel für eine Brause, die in hohen Stückzahlen hergestellt wird, ist die Croma Plus. 3,5 Mio. Stück hat Hansgrohe zu Hochzeiten dieses Einstiegsmodells im Jahr produziert. Heute sind die Stückzahlen geringer, da die Angebotspalette immer breiter wird. „Bei den Kopfbrausen, gibt es schon mal die eine oder andere, von denen wir bis zu 1,5 Millionen Stück pro Jahr verkaufen“, sagt Schüßler. Bei den größeren, teureren Modellen, wie dem Rainmaker, sind es je nach Variante etwa 60.000 Stück pro Jahr.

Das breitere Portfolio und die niedrigeren Stückzahlen pro Modell führen dazu, dass das Unternehmen mit relativ häufigen Werkzeugwechseln konfrontiert ist. Entsprechend wichtig sind die oben genannten Schritte, um die eigentlichen Rüstvorgänge so kurz wie möglich zu halten. Um die Produktionseffizienz darüber hinaus hoch zu halten, haben die Werkzeuge in aller Regel zwei oder vier Kavitäten, die für die größeren Modelle nur eine. Eine Ausnahme gab es aber doch: „Als die Croma Plus so richtig angelaufen ist, hatten wir drei Zweifachwerkzeuge und ein Vierfachwerkzeug, die liefen rund um die Uhr“, erzählt Schüßler. Nur so konnte das Unternehmen den Bedarf decken.

Dennoch gilt, dass weniger Kavitäten es einfacher machen, eine gleichbleibend hohe Qualität zu erreichen und andererseits die Schließkraftanforderungen an die Maschine im Rahmen zu halten. „Bei doppelt so vielen Kavitäten brauche ich auch eine doppelt so große Maschine“, sagt Heeger. Außerdem, ergänzt Schüßler, ist es wichtiger, dass die Werkzeuge durchgängig zuverlässig laufen. So produzieren sie im Dreischichtbetrieb die benötigten Stückzahlen ausreichend schnell. Die dann fälligen Werkzeugwechsel übernehmen die beiden Tagschichten. „Das sind pro Schicht zwischen 10 und 12 Rüstvorgänge“, erklärt Schüßler. Diese Zahl variiert je nachdem, welche Aufträge anstehen. In der Nachtschicht dagegen wird möglichst durchgehend produziert, da normalerweise keine Einrichter vor Ort sind. „Nachts geht es eigentlich nur darum, zu produzieren und Fehler zu beheben“, ergänzt Schüßler. Die Nachtschicht dient also dazu, Stillstandszeiten, die tagsüber anfallen, auszugleichen.

Insgesamt knapp sechs Millionen Kunststoffprodukte verlassen das Hansgrohe-Werk in Offenburg pro Jahr. Aneinandergereiht ergäben sie eine 8.000 km lange Kette. „Damit können wir unser Werk in Atlanta, USA, erreichen“, versinnbildlicht Frank Schnatz, Vorstand für Produktion und Qualitätsmanagement von Hansgrohe, die Produktionsmenge. (Bildquelle: Hansgrohe)

Insgesamt knapp sechs Millionen Kunststoffprodukte verlassen das Hansgrohe-Werk in Offenburg pro Jahr. Aneinandergereiht ergäben sie eine 8.000 km lange Kette. „Damit können wir unser Werk in Atlanta, USA, erreichen“, versinnbildlicht Frank Schnatz, Vorstand für Produktion und Qualitätsmanagement von Hansgrohe, die Produktionsmenge. (Bildquelle: Hansgrohe)

Entwicklungspartnerschaft ebnet Weg zum Maschinenkauf

Mit der Komplexität des Werkzeugs wachsen die Anforderungen an die Spritzgießmaschinen. „Da die Oberflächen immer größer geworden sind, brauche ich natürlich auch Maschinen mit viel mehr Zuhaltekraft“, erläutert Heeger. Arburg, Loßburg, von dem Hansgrohe Maschinen im unteren und mittleren Schließkraftbereich bezieht, bediente mit seinem Portfolio nicht die Schließkraftbereiche, die der Brausenhersteller in diesem Fall benötigte. Darum sah sich das Unternehmen auf dem Markt um und kam auf Sumitomo (SHI) Demag, Schwaig. Das hybride Modell Systec in den Größen 550-2300 und 420-1450 schien geeignet zu sein.

Neben der Schließkraft und dem lichten Säulenabstand ist die Spritzeinheit entscheidend, betont Heeger. „Damit das Material sehr homogen aufgeschmolzen wird.“ Dazu kommt die Erfahrung des Verarbeiters, der mit den Parametern umgehen kann, mit denen er produziert, um so eine einwandfreie Oberfläche überhaupt abbilden zu können. „Das spielt alles eine Wahnsinnsrolle“, fährt Heeger fort. „Als wir damals die erste Maschine von Demag Sumitomo gekauft haben, haben wir gesagt, wir gehen erst mal hin mit einem Werkzeug von uns und probieren das aus, ob das überhaupt funktioniert, was Sumitomo uns da anbietet.“

Heeger und sein Team reisten also mit einem Testwerkzeug im Gepäck nach Schwaig und bauten es in die Maschine ein. Das  Ergebnis war nicht zufriedenstellend, da die Bauteile nicht den Qualitätsstand erfüllten, den Hansgrohe verlangte. „Für unsere Mitbewerber wäre es okay gewesen, aber wir haben einen anderen Qualitätsstandard. Wir wollen uns halt einfach abheben“, sagt Heeger. Dennoch sah das Unternehmen das Potenzial der Maschine. Darum setzte es sich mit dem Maschienhersteller zusammen und tüftelte die optimalen Fertigungsparameter aus. „Im Prinzip war das ein gegenseitiger Wissenstransfer: Einerseits hat Sumitomo davon profitiert, weil sie viel anwendungsspezifisches Wissen mitnahmen. Auf der anderen Seite haben wir davon profitiert, da sie uns die Maschinen für die Tests zur Verfügung gestellt haben“, führt Heeger aus. Am Ende kaufte Hansgrohe vier Maschinen. „Und sollten die Anforderungen an die Zuhaltekraft weiter steigen, gibt es auch eine noch größere Maschine bei Sumitomo“, ergänzt er.

Ohnehin hat das japanische Unternehmen bei Heeger einen Stein im Brett. Das war auch die Voraussetzung dafür, dass er mit der Anfrage nach einer Großmaschine auf Sumitomo zuging. So hält er auch große Stücke auf den unmittelbaren Konkurrenten Netstal, laut Heeger der Spritzgießmaschinen-Hersteller schlechthin. Was ihn aber zu Sumitomo brachte, war deren Ansatz, auf Kunden zuzugehen. „Als Demag von Sumitomo gekauft wurde, fand ein Wissenstransfer zwischen Deutschland und Japan statt. Die Japaner sind gekommen und haben auch Wissen mitgebracht sowie gleich mal 20 Mio. EUR ins Werk in Schwaig und in Nürnberg investiert und auch die Gebäude modernisiert. Außerdem hat Sumitomo das Wissen von ihren elektrisch angetriebenen Maschinen auch nach Deutschland gebracht.“ Das hat Sumitomo laut Heeger zu einem der Tophersteller im Großmaschinenbereich gemacht. „Und darum haben wir gesagt, okay, mit euch machen wir das.“

Geschichte: Hansgrohe am Standort Offenburg

Am Standort Offenburg-Elgersweiler macht Hansgrohe alles, was mit Kunststoffen zu tun hat. Seit Anfang 2016 sind hier der Werkzeugbau, das Technikum, die Produktion sowie das Logistikzentrum unter einem Dach vereint. 95 Prozent seiner Kunststoffteile stellt das Unternehmen hier her. Dazu gehören zunehmend auch technische Teile, wie Brausekartuschen. Nur Kleinteile oder Allerweltsteile werden zugekauft. 1991 verließ die erste Brause das Werk Offenburg. Heute arbeiten über 800 Mitarbeiter an diesem Standort.

Als vor 150 Jahren Hans Grohe das Unternehmen als Betrieb für Blechteile im Schwarzwald gründete, waren die ersten Brausen noch aus Metall. Mit der ersten verstellbaren Handbrause Selecta kamen 1968 erstmalig Kunststoffbrausen auf den Markt. Dieses Material ermöglichte mehr Formen und Farben. Außerdem war es deutlich leichter als Messing. Seitdem ist Hansgrohe zu einem führenden Hersteller von Armaturen und Brausen geworden, der seine Produkte in 144 Länder liefert. Aus ursprünglich drei Mitarbeitern sind über 3.650 geworden, die zwischen Schiltach, Shangai, sowie Offenburg und Atlanta Bad-Produkte entwickeln, konstruieren, produzieren und vertreiben.

ist Redakteur des Plastverarbeiter. david.loeh@huethig.de

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