Fotograf Rudolf Langemann - www.facebook.com/RudolfLangemannPhotography

Die mobile Wasseraufbereitungsanlage ist nur durch den Einsatz von Kunststoffen möglich. (Bild: Rudolf Langemann)

Als Ende der 1970er Jahre die ersten rheologischen Softwarepakete auf den Markt kamen war der Grundstein für eine neue Ära gelegt. Die Ergebnisse lagen in reiner Zahlenform vor und niemand dachte, dass mit diesen Programmen eine Werkzeugvorhaltung berechnet werden könne. Fließfrontverlauf, Drücke und Temperaturen waren die ersten Größen, welche optimiert wurden. Mitte der 1990er Jahre ein großer Schritt – die ersten Farben kamen in die Simulationsergebnisse, wodurch eine Interpretation diskutierbar und somit greifbarer für den Auftraggeber wurde. Es dauerte jedoch noch einige Jahre, bis verlässliche Modelle generiert werden konnten. Hierfür waren neben der Software auch gute Kenntnisse vom Spritzgussprozess und der Maschinentechnik notwendig, um realistische Ergebnisse erzielen zu können.

So wurde die Verzugsberechnung möglich

Zu dieser Zeit waren Verzugsberechnungen beispielsweise mit dem Mittenflächenansatz schon möglich, deren Genauigkeit allerdings nicht wirtschaftlich verwertbar. Es gelang immer besser für einzelne Produktgruppen tendenziell den Verzug zu berechnen. Die Ergebnisse für beispielsweise komplexe Bauteile mit Rippenstruktur waren nicht möglich und eine Genauigkeit in weiter Ferne.

1997 patentiert Moldflow in Europa den sogenannten Dual Domain Ansatz (Ken Welch), durch den wesentlich leichter Bauteile berechnt werden konnte, da die aufwendige Mittelflächenvernetzung mit dieser Netzart entfiel. Dadurch wurde die Spritzgießsimulation einem breiten Publikum zugänglich und wesentlich höhere Budgets für die Erforschung spitzgießtechnischer Phänomene wurden bereitgestellt.

Die Basis für eine wesentliche Verbesserung auch der Verzugsergebnisse war nun gegeben, ebenso ausreichend Geld, um dieses wichtige Ziel mittelfristig zu erreichen. Es sollte aber noch bis 2008 dauern, bis sich der Verzug mit dem Mittelflächenansatz verlässlich berechnen lies. Der Aufwand für die Datenaufbereitung war und ist hoch, sodass dieser nur in großen Unternehmen in die Simulation von Spritzgießteilen aufgenommen wurde und kleiner Firmen, nicht davon profitieren konnten. Dies hat dazu geführt, dass sich Dienstleister diesem Thema angenommen haben, wodurch alle Kunststoffverarbeiter darauf zugreifen können, ohne selbst Know-how aufzubauen, was in Zeiten des Fachkräftemangels nahezu unmöglich geworden ist.

Was Sie über den Ujeta Care Wasserfilter wissen sollten

Mann sitzt am Tisch und erklärt einen Wasserfilter
Reinhard Fendt, Betriebsleiter Schneider Kunststofftechnik (Bild: SK Technik)

Reinhard Fendt über den Wasserfilter: "Ujeta setzt sich aus den beiden kosovarischen Wörtern Wasser und Leben zusammen. Die Wasserfilter aus Kirchheim zählen zu den kleinsten mobilen Wasseraufbereitungsanlagen der Welt. Sie besitzen eine Filterleistung von bis zu 5.000 l bei einem Gewicht von gerade einmal 3 kg. Durch die kombinierte Ultrafiltration aus Aktivkohle- und Membranfilter nach LOG 6-Klassifizierung werden 99,999 % aller Bakterien und Keime entfernt, sowie Schwermetalle, Rückstände von Medikamenten, Chlor- und Chlorabbauprodukte, Pestizide, organische Verbindungen und sogar Asbestfasern. Somit trägt Ujeta Care aktiv dazu bei, dass jederzeit und überall Trinkwasser verfügbar ist.

Warum Erfahrung wichtig ist

Deshalb griff auch Schneider Kunststoff Technik mit Sitz in Kirchheim im Allgäu bei der Umsetzung der Wasseraufbereitungsanlage Ujeta Care, die das Tochterunternehmen Ujeta auf den Markt gebracht hat, auf externes Know-how zurück. Denn den erfahrenen Kunststoffverarbeitern war klar, dass der 10 l fassende Wasserbehälter, der auch als Transport- und Aufbewahrungsbehälter für die Anlagenkomponenten dient, zum Verzug neigen könnte und externe Unterstützung notwendig ist.

Zunächst wurde bei JB-Konstruktion, Zaisertshofen, die Konstruktion für das Werkzeug des Wasserbehälters beauftragt. „Der Behälter wird aus für Lebensmittel zugelassenem PP hergestellt, so war mir aufgrund meiner langjährigen Erfahrung als Werkzeugkonstrukteur klar, dass mit erheblicher Schwindung und daraus resultierendem Verzug zu rechnen ist“, berichtet Jürgen Brichta, Inhaber des Konstruktionsbüros. Da der Auftraggeber aufgrund der Größe des Bauteils auf ein Vorserienwerkzeug verzichten und auch möglichst wenige bis keine Korrekturschleifen nach Fertigstellung des Werkzeugs durchführen wollte, holte Brichta das Ingenieurbüro Zahler mit Sitz in Wallgau ins Boot. Martin Zahler, studierter Kunststofftechniker, führt seit 30 Jahren Werkzeugberechnungen durch. „Mein Steckenpferd ist das Optimieren der Werkzeugvorhaltung. Denn durch eine valide Berechnung dieser, können reichlich Zeit und Geld eingespart werden“, so der Ingenieur, der bereits bei verschiedenen Projekten mit Brichta zusammengearbeitet hat.

Simulationsbild eines rechteckigen Behälters in GRÜN
Der Verzug des Wasserbehälters lag vor der Optimierung bei 6,2 mm. (Bild: IB Zahler)

Warum gute Daten für ein gutes Ergebnis unerlässlich sind

blauer Behälter
Durch Versteifungsrippen im Rand konnte der Verzug des Behälters unterbunden werden. (Bild: SK Technik)

Um Ressourcen zu sparen wurde der Wasserbehälter mit Abmessungen von 160 x 335 x 424 mm und einer Seitenwanddicke von 3,5 mm und einem Gewicht von rund 800 g simuliert. Das Ergebnis der Simulation zeigte was alle Parteien im Vorfeld prognostiziert hatten – an den Längsseiten der Öffnung trat Verzug auf. Und dieser war mit rund 3 mm auf beiden Seiten doch erheblich, da die obere Öffnung des Behälters nicht nur zum Einfüllen des Wassers genutzt wird, sondern auch den Deckel aufnimmt. Die Stärke der berechneten Wölbung lag außerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen.

Mit Hilfe der Spritzgießsimulationssoftware konnte bereits in dieser frühen Projektphase späterer Ausschuss vermieden werden. So wurde mit der Software das Design des so wichtigen Randbereichs angepasst und Einfallstellen eliminiert, ohne dass ein Metallspan abgehoben wurde. Weiterhin konnte der Verzug auf beiden Seiten um einen Millimeter auf zwei Millimeter reduziert werden, lange bevor er an einem fertigen Bauteil hätte gemessen werden können. Doch diese zwei Millimeter lagen immer noch außerhalb der Toleranz, obwohl alle Materialkennwerte, sowie Füllgrad und Werkzeugtemperierung berücksichtigt worden waren.

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Jetzt kommt die Erfahrung ins Spiel

3 Männer betrachten einen blauen, rechteckigen Behälter
Die Projektpartner überprüfen die Maßhaltigkeit des Wasserbehälters – Reinhard Fendt, Martin Zahler und Jürgen Brichta (von links). (Bild: SK Technik)

Mit diesem Berechnungsergebnis gaben sich der Konstrukteur und der Ingenieur nicht zufrieden, denn sie wollten beziehungsweise sollten aufgrund der Kundenvorgabe zeitaufwendige und teure Nacharbeit am Werkzeug vermeiden. Und an diesem Punkt kommt die Berufserfahrung von Zahler und Brichta zum Tragen. So wurden die Berechnungsergebnisse überprüft und die schlüssigen Werte in die Konstruktion übernommen. Weiterhin wurde daraus die benötigte Vorhaltung abgeleitet, die notwendig ist, damit nach dem Spritzgussprozess Deckel und Wasserbehälter formschlüssig ineinanderpassen.

Auf Basis dieser abschließenden Ergebnisse wurde schließlich das Werkzeug gebaut. Bei der Abmusterung mit dem Serienmaterial zeigte sich, dass sich die Kombination aus Simulation und Erfahrung ausgezahlt hat, denn die Bauteile lagen innerhalb der Toleranz und es waren keine Korrekturschleifen am Werkzeug nötig. „Die Investition in externes Know-how hat sich bei diesem Bauteil gleich mehrfach ausgezahlt“, sagt Reinhard Fendt, Betriebsleiter bei Schneider Kunststoff Technik. „Denn wir haben durch die Simulation Zeit und Kosten gespart.“ Zeit, weil das Werkzeug nicht mehrfach im Werkzeugbau nachgearbeitet werden musste und dort Fachkräfte gebunden hätte. Außerdem wurden durch die hinfällige Nacharbeit nicht nur die Lohnkosten, sondern auch der Strom für die Metallbearbeitungsmaschinen gespart. Derzeit ein wichtiger Faktor. Weiterhin reduzierten sich Werkzeugkosten, da zum einen das Vorserienwerkzeug eingespart wurde und zum anderen Iterationsschleifen, die bei einem Werkzeug dieser Größe im 4- oder gar 5-stelligen Bereich liegen, entfielen. Außerdem konnte durch dieses Vorgehen die Projektlaufzeit um 3 bis 4 Monate verringert werden. „Ein Projektablauf, wie wir ihn bei einem Teil dieser Größe jederzeit wieder durchführen würden“, ist sich Fendt sicher.

Nachgehakt bei der Geschäftsführerin

Drita Schneider, Geschäftsführerin Schneider Kunststofftechnik und Ujeta (Bild: Redaktion)

Frau Schneider, wir leben in einem Land, in dem Wasser in Trinkwasserqualität aus dem Wasserhahn kommt. Was war der Auslöser zur Entwicklung des Wasserfilters?

Drita Schneider: Das stimmt, unsere Trinkwasserqualiät ist grundsätzlich gut. Alte Wasserleitungen sind ein typisches Beispiel für Verunreinigungen unseres Wassers, Medikamentenrückstände nehmen immer mehr. Ich finde das ist Grund genug sich Gedanken darüber zu machen und unsere Lösung ist Ujeta Home & Travel. Unsere Entwicklung Ujeta Care ist die mobile Lösung um Zugang zum sauberen Trinkwasser zu bekommen, egal wo ich bin. Ohne Wasserleitungen und ohne Strom!

Wo werden die Wasserfilter hauptsächlich eingesetzt?

Schneider: Als erstes sind die Entwicklungsländer ohne Infrastruktur, die dringend eine mobile Lösung benötigen, um sauberes Trinkwasser zu bekommen, dafür sollte der Ujeta Care hauptsächlich eingesetzt werden. Die zunehmenden Naturkatastrophen haben uns gezeigt, und das seit 2016, dass der Einsatz des Wasserfilters überlebenswichtig ist. Seit Mitte 2021 wird unser System verstärkt in die Ukraine eingesetzt und seit Mai 2023 in der Türkei. Überall dort wo die Infrastruktur zerstört wurde. Aber auch bei Expeditionen in Grönland zum Beispiel und auch die Campingbranche greift darauf zurück.

Der Wasserbehälter sieht zwar unscheinbar aus, ist jedoch aufgrund seiner Abmessungen ein kritisches Bauteil auf Verzug. Warum waren Sie sich sicher, dass durch Simulation das Verzugsproblem gelöst werden konnte?

Schneider: Die Erfahrungen von anderen Bauteilen und viele technische Gespräche, sowie die Expertise von Herrn Brichta überzeugte uns die Simulation durchzuführen.

Können Sie die Kosteneinsparung beziffern, die durch die Berechnung im Vergleich zur Iteration im Werkzeugbau, möglich war?

Schneider: Wir gehen von rund 25.000 € aus.

Warum werden für kleine Kunststoffverarbeiter Partnerschaften immer wichtiger?

Schneider: Aufgrund unserer Größe ist die Bündelung von Partnerschaften und deren Expertise immer wichtiger. Unsere Kernkompetenz ist die Fertigung von Spritzgussteilen, weitere Technologien können wir alleine nicht abbilden. Eine Kooperation mit externen Partnern hat sich in den letzten 20 Jahren bewährt.

Sie sind ein Ausbildungsbetrieb und können Kunststoff- und Kautschuktechnologen ausbilden. Wie ist es bei Ihnen um den Nachwuchs bestellt?

Schneider: Leider sehr schlecht! Bestimmte Berufe wie zum Beispiel der Kunststofftechnologe sind für die heutige Generation nicht vorstellbar oder beliebt. Wir müssen aktiv werden, um vielleicht Bewerber für diese Ausbildung zu bekommen.

Wie blicken Sie auf die Zukunft der Kunststoffbranche?

Schneider: Natürlich positiv, obwohl wir sehr aufregende Zeiten haben.

Und so funktioniert der Wasserfilter

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