Hochpräzisions-Kunststoffspritzgießen für Komponenten einer digitalen Gepäckwaage

Eine digitale Gepäckwaage ist ein tragbares elektronisches Gerät, mit dem Taschen und Koffer genau gewogen werden können. Das Gerät hilft Reisenden, die Zahlung von Zuschlägen für übergewichtiges Gepäck zu vermeiden.

Die Waage wird in der Regel mit einem Haken oder Riemen geliefert, der am Griff der zu wiegenden Tasche befestigt wird. Sobald die Waage an der Tasche befestigt ist, wird sie angehoben, um die Tasche vom Boden zu heben. Auf diese Weise kann das Gewicht von bis zu 50 kg (110 lbs.) sofort auf einem LCD-Bildschirm abgelesen werden.

Die Hersteller von Gepäckwaagen konzipieren diese Geräte so, dass sie tragbar und leicht sind, so dass sie von jedermann bedient werden können. Die kompakte Bauweise dieser Geräte macht es einfach, sie in einer Tasche oder einem Koffer unterzubringen. Der Großteil der Komponenten einer digitalen Gepäckwaage besteht aus haltbarem Kunststoff. Die wichtigsten Bestandteile einer digitalen Gepäckwaage sind im Folgenden aufgeführt.

• Der Sensor oder die Kraftmessdose: Es ist das Herzstück des Handgeräts. Er besteht aus einem Metallteil, das die durch das Gewicht des Gepäcks verursachte Durchbiegung oder Verformung misst.
• LCD-Bildschirm: Der digitale Bildschirm zeigt das Gewicht des aufgehängten Gepäcks an. Die Anzeige kann in kg oder lb erfolgen. Einige Modelle sind hintergrundbeleuchtet, um die Sichtbarkeit bei schlechten Lichtverhältnissen zu verbessern.
• Gepäckwaage Bauteilgehäuse: Dies ist der Kunststoffgriff, der die interne Elektronik schützt.
• Mechanismus zum Aufhängen: Dabei kann es sich um einen Aluminiumhaken, ein Gurtband oder einen Nylonriemen handeln, der zur Sicherung des Gepäcks dient.
• Knöpfe: Alle Modelle verfügen über Tasten zum Ein- und Ausschalten des Geräts. Einige Modelle verfügen über zusätzliche Tasten zum Zurücksetzen des Geräts oder zum Umschalten der Maßeinheit zwischen kg und lb.
• Batteriefach: Ein kleines, oft mit einer Schraube gesichertes Fach, in dem sich die Batterie für die Stromversorgung des Geräts befindet.
• Leiterplatte und Komponenten: Dabei handelt es sich um einen Prozessor, der Dehnungsmessstreifen-Daten in digitale Zahlen umwandelt, die auf dem LCD-Bildschirm abgelesen werden können.

Anforderungen des Kunden

Ein Hersteller von digitalen Gepäckwaagen wandte sich an First Mold mit der Bitte um Formen, die ihm helfen würden, seine Produkte zum Leben zu erwecken. Der Kunde wollte insgesamt sechs verschiedene Komponenten einer digitalen Gepäckwaage formen. Eine der Formen sollte ein transparentes Material formen, das die Anzeige des darunter liegenden digitalen Bildschirms ermöglicht.

Der Kunde wollte eine Form für die Massenproduktion. Eine seiner Anforderungen war, dass die Form für die digitale Gepäckwaage bis zu 500.000 Durchläufe überstehen sollte. Außerdem wollte der Kunde, dass das Gehäuse der digitalen Gepäckwaage eine Schnappverbindung hat. Für eine einfache Montage muss die Toleranz ±0,05 mm mit einer Genauigkeit von ±0,02 mm betragen.

Eine weitere wichtige Anforderung des Herstellers war, dass die Oberfläche des Gehäuses glänzend sein sollte. Da sich das Unternehmen als globale Marke positioniert, wollte der Kunde, dass seine Produkte eine hochwertige Anmutung haben.

Herausforderungen

Die erste Herausforderung, die das Projektmanagement-Team von First Mold bei diesem Projekt zu bewältigen hatte, war die Entscheidung, ob eine Einzelform oder eine Familienform erstellt werden sollte. Die Entscheidung für eine Familienform ermöglicht es dem Team, alle sechs verschiedenen Komponenten in einer einzigen Form zusammenzuführen. Außerdem kann die Familienform Farbunterschiede zwischen den einzelnen Teilen verhindern. Entscheidet sich das Team jedoch für eine Einzelform, muss es für jede Komponente der digitalen Gepäckwaage des Kunden sechs verschiedene Formen herstellen.

Hochglänzende Oberfläche

Die Herstellung von Formen für Hochglanzoberflächen erfordert zusätzliche Arbeit. Die Oberfläche der Form muss zusätzlich poliert werden, was mehr Arbeitsstunden erfordert. Die Herstellung der polierten Oberfläche kann die Lieferfrist verlängern. Daher stellt dies immer eine zusätzliche Herausforderung für Projekte mit einem engen Zeitplan dar.

Auswahl des Materials

Eine digitale Gepäckwaage wird bei ihrer Verwendung einer gewissen Belastung ausgesetzt. Beim Einsatz in einer Flughafenumgebung kann sie täglich Tausende von Gepäckstücken wiegen. Daher ist es wichtig, dass das für die Produktion verwendete Material eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweist, um die Haltbarkeit des Produkts zu verbessern.

Design für Herstellbarkeit

Das Gehäuse der digitalen Gepäckwaage verfügt über rippenverstärkte Wände, um die Steifigkeit weiter zu verbessern und sicherzustellen, dass es während des Betriebs nicht bricht. Außerdem weist das Design große Kantenradien auf. Die Radien sind ein wichtiges Merkmal, das den Materialfluss verbessert, die Schrumpfung minimiert und die Spannungskonzentration verringert. Dadurch wird die Gesamtfestigkeit des Teils erhöht. Allerdings können große Kantenradien auch die Ursache für Defekte wie Risse oder Verformungen sein, wenn sie nicht richtig konstruiert sind.

Lösung

Nach mehreren Beratungen mit dem Hersteller der digitalen Gepäckwaage und dem Abwägen der Vor- und Nachteile entschied das Projektmanagement-Team von First Mold, dass eine Einzelkavitätenform besser für die Absichten des Herstellers geeignet ist. Durch die Verwendung von Familienformen können zwar Farbunterschiede vermieden werden, aber der Kunde betrachtet Farbunterschiede nicht als wesentliches Fertigungsproblem, da das Produkt spritzlackiert werden soll.

Familienformen sind schneller bei der gleichzeitigen Herstellung mehrerer, unterschiedlicher Teile. Allerdings leiden sie in der Regel unter einem Druckungleichgewicht, das bei bestimmten Bauteilen zu höheren Fehlerquoten führt. Die Entscheidung für ein Einzelkavitätenwerkzeug wurde aufgrund der Vorteile getroffen, die es dem Hersteller bieten würde, darunter:

• Niedrige Produktionskosten: Die Konstruktion eines Einzelkavitätenwerkzeugs ist in der Regel einfacher als die eines Familienwerkzeugs. Diese Einfachheit im Design führt zu niedrigeren Werkzeugkosten, da weniger Arbeitsstunden erforderlich sind. Das Budget des Kunden begünstigte Einzelkavitätenformen.
• Schnellere Vorlaufzeit: Das einfachere Design bedeutet auch, dass Formen mit einfachen Kavitäten im Vergleich zu einer Familienform schneller hergestellt werden können. Eine kürzere Vorlaufzeit bedeutet, dass der Hersteller der digitalen Gepäckwaage innerhalb kürzester Zeit mit der Massenproduktion seiner Produkte beginnen kann. Der Kunde beklagte sich auch darüber, dass er unter einem engen Zeitplan arbeitete und die Form(en) schnell fertiggestellt haben wollte. Daher war es eine leichte Entscheidung, sich für Einzelformen für Gepäckwaagenkomponenten zu entscheiden.
• Schnelle Probeeinstellungen: Änderungen sind bei Einzelkavitätenformen einfacher und billiger durchzuführen als bei Familienformen. Da der Hersteller während des Gesprächs auch zum Ausdruck brachte, dass er seine Produkte gerne alle zwei Jahre überarbeitet und aktualisiert, war die Einzelkavitätenform besser geeignet.
• Hohe Ausbeutesätze: Bei Einzelkavitätenwerkzeugen müssen keine unterschiedlichen Geometrien und Parameter wie Temperatur und Druck abgeglichen werden. Dies führt zu einer höheren Ausbeute und einer geringeren Anzahl von Defekten im Vergleich zu Familienwerkzeugen.
• Geringere Wartungskosten: Reparaturen an Einzelkavitätenformen betreffen nur eine bestimmte Form und unterbrechen nicht die Produktion anderer Teile. Bei Familienwerkzeugen hingegen führt jede Reparatur zu einer Unterbrechung der Produktion. Da der Kunde auch Komponenten für digitale Gepäckwaagen an andere Hersteller liefert, war die Investition in ein Einzelkavitätenwerkzeug eine Möglichkeit, seine Lieferkette zukunftssicher zu machen.

Erzielen einer hochglänzenden Oberfläche

Der Grund, warum der Hersteller eine hochglänzende Oberfläche verlangte, war, dass er den Nachbearbeitungsaufwand reduzieren wollte. Die Oberfläche sollte nach dem Gießen für den Siebdruck oder die Spritzlackierung vorbereitet sein. Um die hochglänzende Oberfläche zu erreichen, polierte das Team von First Mold die Oberfläche der Form mit Schleifpapier der Körnung 12.000. Das Verfahren erforderte viel Geschick und Präzision, um Fehler zu vermeiden. 

Auswahl des richtigen Materials für Leistung und Haltbarkeit

Die Qualität eines jeden Produkts beginnt mit der Auswahl des richtigen Materials. Das Team von First Mold führte mit dem Kunden eine ausführliche Diskussion über die Materialauswahl. Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) erwies sich schließlich als das beste Material für die Produktion von digitalen Gepäckstücken. Was die Herstellung betrifft, so können sie leicht bearbeitet, geschliffen oder geklebt werden, um hochwertige und detaillierte Oberflächen zu erhalten.

ABS ist auch 100% recycelbar. Da sich der Hersteller der Umweltauswirkungen seiner Produktion bewusst war, konnte er durch die Verwendung von ABS seinen ökologischen Fußabdruck verringern, indem er recycelte Materialien mit neuen Kunststoffen mischte. Die Vorteile der Verwendung von ABS auf der Verbraucherseite sind ebenfalls enorm.

• Kostenwirksamkeit: Die Verwendung von ABS macht es den Herstellern leicht, digitale Gepäckwaagen in großen Mengen zu einem günstigeren Preis zu produzieren. Der niedrige Schmelzpunkt macht das Hochgeschwindigkeitsspritzgießen effizient. Diese Faktoren senken die Produktionszeit und die Kosten.
• Leichtes Gewicht: ABS ist leicht, eine Eigenschaft, die sich auf das Produkt überträgt. Durch die Verwendung dieses Materials wird sichergestellt, dass das Produkt leicht ist und einfach zu transportieren ist.
• Hohe Lebensdauer: ABS ist steif, robust und widerstandsfähig gegen Stöße und Kratzer. Diese Eigenschaften machen es ideal, um die empfindlichen elektronischen Komponenten im Inneren vor grober Handhabung und Stürzen zu schützen.
• Flexibilität bei der Gestaltung: Im Gegensatz zu einigen anderen Kunststoffen kann ABS problemlos verschiedene Farben und Oberflächenstrukturen annehmen. Das macht es ideal für die Spritzlackierung, die der Hersteller als Oberflächenfinish verwenden will.
• Umweltverträglichkeit: ABS ist wasserbeständig und kann bei moderaten Temperaturschwankungen ohne Verformung eingesetzt werden. Daher kann es in verschiedenen Regionen mit unterschiedlichen Klimabedingungen eingesetzt werden.

Was der Kunde durch die Zusammenarbeit mit First Mold gewonnen hat

Durch die Zusammenarbeit mit den Ingenieuren von First Mold konnte der Hersteller der digitalen Gepäckwaage die über 50 Jahre Erfahrung des Teams im Formenbau nutzen, um die Form zu wählen, die ihm den besten Nutzen für sein Projekt bieten würde. Das Team sorgte für eine klare und transparente Kommunikation und begleitete den Kunden durch jeden Schritt des Produktionsprozesses der Gepäckwaagen-Komponentenform.

Dank der klaren Kommunikation und der Vorabrecherche konnte das Team von First Mold sechs Formensätze in einer Rekordzeit liefern, die die Erwartungen des Kunden übertraf. Durch die Zusammenarbeit mit First Mold lernten der Kunde und sein Team moderne Technologien und Innovationen im Bereich des Spritzgießens kennen. Das Beste an der Zusammenarbeit war, so der Kunde, dass seine Erwartungen innerhalb seines Budgets übertroffen wurden.

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