Die Rede ist vom BIG Bobby Car, dem kleinen roten Rutscherauto aus Kunststoff. Täglich verlassen 2.000 Kinderautos die Fließbänder; 400.000 Stück werden jedes Jahr verkauft. Die BIG Spielwarenfabrik, eine Tochtergesellschaft der Simba-Dickie-Group und eine der weltweit führenden Hersteller von Kunststoff-Spielwaren, gewährt den Lesern von Kunststoffreport einen exklusiven Einblick in die Produktionsstätte und enthüllt einige kleine Details.

Produktionsstandort

Der kleine beschauliche Ort Burghaslach in Franken, der an der A3 zwischen Würzburg und Nürnberg liegt, fällt jedem Autofahrer auf. Ein knapp 1 Tonnen schweres und 8 x 4 x 2,80 Meter großes BIG Bobby Car ziert das 320.000 Quadratmeter große Gelände der modernen Spielwarenfabrik. BIG steht zu seinem Produktionsstandort in Süddeutschland seit Firmengründung. Das konnte auch das Feuer vom 9.April 1998 und die Übernahme der Simba-Dickie-Group im Frühjahr 2004 nicht ändern. Das Feuer, das durch eine defekte Lampe ausgelöst wurde, zerstörte nicht nur den kompletten Maschinenpark, sondern auch ein Großteil des Werkzeuglagers und des Firmengeländes. Nur wenige Kilometer vom alten Standort entfernt entstand innerhalb von 16 Monaten die neue Produktionszentrale.

Produktion mit Know-How

Die Fertigung erfolgt nahezu voll automatisch im 3-Schicht Betrieb. Produziert wird im Blasform- und Spritzgussverfahren. Vorrangig werden die Produkte durch das sogenannte Extrusionsblasformen gefertigt. Neben dem Bobby Car verlassen jährlich mehr als eine Millionen weitere BIG-Spielwaren die Werkshallen; vor allem Fahr- und Spielzeuge wie zum Beispiel Lastwagen und Traktoren sowie Rutschen und Sandkästen.

BIG-Bobby-Car: Herstellung der Karosserie aus Polyethylen

Für die Herstellung des knapp 2.000 Gramm schweren Chassis wird ungefärbtes Polyethylen-Granulat mit einer zentralen Materialsauganlage aus einem der zehn silberfarbenen Silosäulen angesaugt. Rechnerunterstützt wird der unverwechselbare Rot-Ton gravimetrisch für jede Karosserie beigemischt, bevor das Granulat in einer der 15 Maschinen bei 200°C zu einem Schlauch extrudiert wird. Dieser Schlauch wird in das Blasformwerkzeug gelenkt und mit Druckluft aufgeblasen, wodurch er an das Werkzeug angepresst wird. Innerhalb von 60 Sekunden entsteht so die typische BIG-BOBBY-CAR-Karosserie.

Ein Roboter entnimmt die Karosserie aus der Maschine und entfernt den Grat über einer Flamme. Danach wird die Karosserie auf ein Montagefließband befördert, wo die Achsen und Räder montiert werden. Fast Verpackungsfertig muss die Karosserie dann erneut durchs Feuer, damit der Büffel-Kühlergrill und die Seitenaufkleber besser kleben. Mit einem aufsteckbaren Lenkrad verschwindet der kleine rote Flitzer schließlich in der Kartonage und begibt sich auf eine Reise rund um den Globus.

Sicherheit wird groß geschrieben

BIG-Bobby-Car: Beflammung der Oberfläche

Das erste Auto, das die meisten jungen Menschen noch vor ihrem Abitur bekommen, wird regelmäßig vom TÜV und der Landesgewerbeanstalt auf Herz und Nieren geprüft. Somit dürfen alle BIG Produkte das europaweite gültige GS Zeichen („Geprüfte Sicherheit“) tragen, das wichtigste Gütezeichen für Produktionssicherheit.

Eine der wichtigsten Komponenten für die Qualität ist der Hauptrohstoff Polyethylen. Dieser Kunststoff ist leicht, robust und wetterfest und kann so gut wie gar nicht brechen, splittern oder verbeulen. Zudem ist Polyethylen UV-stabil, physiologisch einwandfrei und umweltfreundlich.

Kinder sind die Welt von morgen

Ein weiteres Highlight bei BIG: Es gibt keinen Produktionsabfall und keine Zweite-Wahl-Artikel. Schon bei einem minimal auftretenden typischen Kunststoffverarbeitungsfehler, der die Sicherheit oder Optik einschränken könnte, wird das Produkt sofort aussortiert und direkt wiederverwertet. Die aussortierten Produkte werden intern geschreddert und mit 10 Prozent frischer Granulat-Neuware gemischt; so bleibt die Haltbarkeit und Festigkeit gewährleistet. Zudem wird auch schwarze Farbe beigemischt, um aus dem Recyclingmaterial die täglich 8.000 benötigten Räder zu fertigen.

BIG-Bobby-Car:Das Rutscher-Auto für groß und klein

Übrigens: Wussten Sie schon, dass 98% der Deutschen das Bobby Car kennen und damit unsere Bundeskanzlerin, die einen Bekanntheitsgrad von 72% hat, in den Schatten stellt?!?

Meine Antwort fällt leider zuerst nicht immer eindeutig aus. Sehr grob könnte die Antwort wie folgt lauten:

“Jeder Prozess und jedes Unternehmen muss seine eigene Toleranz für den Verschleiß finden, womit sie selber arbeiten können und die geforderte Qualität und Prozesssicherheit gewährleisten können.”

Na ganz große Klasse werden sicherlich viele von euch denken, eine Antwort, die nicht nur arrogant klingt, sondern auch auf den ersten Blick nichtssagend ist. Zu meiner Verteidigung – natürlich gebe ich nicht eine derartige Antwort. Muss aber sagen, es sagt eigentlich schon das Wichtigste aus.

Ein Unternehmen, das kleine Medizinische-Präzisionsartikel herstellt, wird engere Verschleißtoleranzen haben, als ein Unternehmen die Wegwerf-Baustellenartikel herstellt. Das Präzisionsunternehmen braucht viel mehr Kontrolle und Genauigkeit über die Schmelze und Parameter als das Hauruck-Unternehmen, das mit einem Qualitätsfenster von über 50% bei den Spritzparameter fährt. Denn da fällt der Verschleiß auch erst viel später auf, als beim Präzisionsunternehmen wo die kleinste Veränderungen im Umfeld schon zu Ausschussteilen führt.

Die regelmäßige Kontrolle des Verschleißes der Schnecke, Zylinder und der Rückstromsperre bietet natürlich einige Vorteile. Störungen und Qualitätsschwankungen lassen sich rechtzeitig eliminieren und hohe Folgekosten sowie Maschinenausfallzeiten werden hinfällig.
Kleine mittelständische Unternehmen werden sicherlich nicht die nötige Zeit haben, um das Wartungsintervall einzuhalten.
Doch letztendlich wie sie sich entscheiden, eine übermäßig abgenutzte Schnecke erhöht nicht nur die Verweilzeit, sondern beeinflusst negativ die Kunststoffschmelze  und die Prozesssicherheit.

Zusätzlicher Gedanke

Denken Sie daran, Sie brauchen keinen Ferrari um Ihre Einkäufe zu erledigen … aber Sie wollen ja auch nicht bei einem Formel 1 Rennen mit einem Trabi in Kampf treten.

Bildquelle:  Xaloy

Wie es sich aus dem gestrigen Artikel gut nachvollziehen lies, lassen sich große Zykluszeitreduzierungen durch ein gut ausgelegtes Spritzgießwerkzeug unter Berücksichtigung aller prozessrelevanten Details erzielen.

Eine im übertriebenen Sinn “Wissenschaft” aus einem Werkzeug zu machen ist dabei noch nicht einmal nötig. Besonderen kleine Unternehmen haben gar nicht erst die Möglichkeit großartige Versuche zu fahren. Nichtsdestotrotz lassen sich durch einige Schritte im Vorfeld, später anfallenden Kosten einsparen.

Ein Ansatzpunkt wäre z.B. vor der Konstruktion eines Werkzeuges mit allen Beteiligten (Werkzeugbau, Spritzgießer, Qualitätsmanagement) kurz über den neuen Artikel ein Brainstorming abzuhalten und Erfahrungswerte, wie z.B. ähnliche Artikel einzubeziehen und unter Umständen anfallende Probleme im Vorfeld abzustellen.

WICHTIG: Bei Standard Spritzlingen max. 15 Min Brainstorming.

In einer 2.Phasen sollten alle Beteiligte sich das im CAD vorab konstruierte Spritzgießwerkzeug ansehen und noch vorhandene Kinderkrankheiten optimieren lassen, schließlich ist das Werkzeug noch nicht gebaut.

Optimierungen lassen sich u.a. in folgende Bereiche erzielen:

• Homogene temperierte Werkzeugoberfläche (Kühlzeitreduzierung)
• Auswerferhub reduzierung  (Auswerfzeitreduzierung)
• Freistellen des Artikels vom Kern durch das Werkzeug (Vermeidung des hängen der Spritzlinge in der Düsenseite, Kern, …)
• Gute Entlüftungen (Schelles Einspritzen, Spritzfehlervermeidung wie Brenner, Blasen, etc ..)
• Artikelentformung und Entnahmegreifer optimal aufeinander abstimmen (Zykluszeitreduzierung)
• Korrekte Wahl des Anspritzpunktes (Ausschussreduzierung)
• Ausbalancierter Angusskanal (Ausschussreduzierung)

Kein Bereich im Spritzgussbereich wächst derzeitig so stark und wird so hart umkämpft wie die Reinraumtechnologie. Einer der wichtigsten Bereiche in der Reinraumfertigung ist nach wie vor die Medizintechnik. Wenn man sich die derzeitige Lage allein in Deutschland anschaut wird man schnell merken, dass das Maximum noch lange nicht ausgeschöpft ist. Der Grund ist das noch stetige Ansteigen  des Durchschnittsalter der deutschen Bevölkerung. Daher wird für die nächsten Jahre mit einem starken Zuwachs in der Reinraumapplikation gerechnet.

Aber auch weitere Bereiche wachsen und setzen immer mehr auf Reinraumtechnologie, wie etwa in den Bereichen Optik, Mikroelektronik, Automotive, Kommunikation, … .

Werkstoff

In der Medizin ist die Reinheit Grundvoraussetzung, um überhaupt handeln zu können. So beginnt Reinheit schon beim Werkstoff und auch bei der Produktion von Artikeln, um überhaupt ein Produkt auf den Markt bringen zu können.

Aufgrund ihrer Vorzüge sind Kunststoffe zu einem unverzichtbaren Werkstoff geworden. Das Eigenschaftsprofil der genutzten Kunststoffe für partikelfrei Produkte zeigt eine große Brandbreite eingesetzter Polymere.

Nicht nur die thermischen und mechanischen Eigenschaften sind ein wichtiger Punkt. Biokompatibilität bei Kontakt mit Gewebe oder Blut sind ebenfalls ein ausschlaggebendes Argument, sowie die Chemikalienbeständigkeit.

Ein innovatives Musterbeispiel für Kunststoffe in der Medizintechnik ist der Einsatz von bioresorbierbare Humanimplantate aus Polyactiden. Polyactiden sind polymere Werkstoffe, die vom menschlichen Organismus aufgespalten werden und deren Abbauprodukte über den Stoffwechsel verarbeitet werden, d.h. das Kunststoffteil löst sich völlig körperverträglich mit der Zeit von alleine auf ohne den Körper zu schädigen.

Eingesetzt werden Polyactiden Produkte zb. bei Knochenbrüche. Früher musste man metallische Schrauben in Brüche einschrauben da man keine andere alternative hatte. Heute werde die Schrauben aus Polyactiden hergestellt, wodurch folgende Vorteile entstehen:

1. Keine Allergieschereaktion
2. Da sich die Schraube nach dem Heilungsprozess von selbst auflösen, fällt keine 2 schwere Operation an, um die Schrauben zu entfernen

Warum Reinraum?

Für den Medizinbereich erklärt sich die ganze Sache von selbst, jeder kennt die Gefahr von Bakterien und Fremdpartikel. Doch wieso  wird  in andere Bereiche auch in Reinraum produziert?

Bei dekorative Sichtteile die nachträglichlackiert werden hat es zum Vorteil, dass diese einfacher zu lackieren sind und diese  keine Verunreinigungen vorweisen und sich die Kosten für die Vorreinigung gespart werden. An hochwertige optische Linsen und Streuscheiben kann jede Verunreinigung/Partikel zu Fehlern führen. Auch hier wird wieder Zeit und Geld gespart.

Reinheitsklassifikationen

Die allgemeine Regelung für den Reinraum findet an unter die Norm ISO 14644.  Diese besagt, dass die verschiedenen Reinraumklassen anhand ihrer Partikelanzahl pro Kubikmeter Luft zu unterscheiden sind. Die Norm wir durch ISO 14698 um die Grenzen der Keimbelastung ergänzt. Dazu später hier im Text.

Es gab bis vor kurzen eine zweite Reinraumregulierung, die jedoch offiziell seit dem 21.November 2001 abgeschafft wurde, um das System International zu vereinfachen. Die alte Regelung war die US-Federal-Standart 209 in welcher die Einteilung in Klassen wie zb. 100, 100.00 definiert war. In der Praxis hieß dieses:

Es dürfen bei Klasse 100 (ISO 5) max. 100 Partikel von max. 0,5 µm Durchmesser pro Kubikfuß (3,5 Partikel pro Liter) enthalten sein.

Eine weitere Richtlinie gibt es für das Personal. Das durch die VDI Richtlinie 2083, Blatt 6 (Personal am reinen Arbeitsplatz) beschrieben ist. Dort findet man die spezielle Arbeitsbekleidungs- und Arbeitsrichtlinien.

Weitere Voraussetzung sind geeignete bauliche Räumlichkeiten, sowie geeignete technische Geräte. Aber auch hierzu später im Text. Nicht zu vergessen sind die Einhaltungen der regelmäßigen Reinigunszyklen für das Säubern und Desinfizieren des Reinraumes und Fertigungsanlagen.

Wie die Reinraumklassifikationen genau aussehen, ist auf folgender Tabelle zu entnehmen:

Quelle: Arburg

Die gängigsten Klassen sind ISO 7 und ISO 8 im Spritzgussbereich. In diesen Klassen werden auch die vorher besprochene Knochenschrauben produziert. Das Kilo Material kostet je nach Hersteller um die 1000€ (Stand Feb.09).

Produktionshalle

Wie sieht nun eine derartige Produktionshalle den aus? Es gibt 2 Möglichkeiten Reinraumtechnologie mäßig zu produzieren.

1. Möglichkeit wäre die komplette Halle als zentralen Reinraum zu führen

Quelle: Samaplast

2. Möglickeit einen dezentralen Reinraum

Quelle: Gira

Komplett im Reinraum fertigen

Diese Variante lohnt sich mit sehr vielen Maschinen unter Reinraumbedingung bzw. wo sich das Kerngeschäft auf Reinraum sitzt. Hierbei ist die komplette Produktionshalle mit allen Maschinen in einen Reinraum. Hier sind die Maschinen mit oben geöffneten Schutz ausgerüstet, um die Hallenbelüftung zur Durchströmen des Werkzeuginnenraumes nutzen zu können.

Das Lüftungssystem sind dann in etwa so aus:

Mit Maschine würde das ganze in etwa so aussehen:

Das ist die Produktionshalle von B.Braun einer der größten Medizinunternehmen. Man kennt sie aus Krankenhäusern durch die weiß-grünen Packungen.

Modulare dezentraler Reinraum

Diese Reinraumart ist häufiger vorzufinden in kleineren Firmen, wo der Reinraum als Zusatzgeschäft genutzt wird und sich der Bau einer kompletten Reinraumhalle nicht rentabel ist. Bei dieser Reinraumkonzeption stehen die Spritzgießmaschine außerhalb des Reinraumes sind aber über die Förderbänder angedockt an einem Reinraum.  Der Bereich der Schließeinheit, in dem das Produkt hergestellt wird, ist mit einem Reinluftmodul überbaut und erfüllt damit die Anforderungen bei der Produktentstehung. Die gefertigte Spritzlinge fallen auf ein Förderband bzw. werden von einem Robi entnommen und dann auf ein Förderband gelegt. Die Fördebänder sind abgedeckt und führen direkt in den Reinraum.

Der Vorteil ist es, dass der eigentliche Reinraum sehr klein gehalten werden kann und somit energieeffizient arbeiten kann. Was Enorme kosten einspart.

Ein derartiges Modul auf der Maschine sieht wie folgt aus:

Quelle: Gira

Fortsetzung folgt in kürze:

2.Teil Reinraumschleuse

3.Teil Luftströmung im Reinraum