Nach den Tests wurden die Muster als zufriedenstellend befunden, passten zur Maschine und bestanden den Prüfstandtest. Die nächste Herausforderung bestand darin, die Produktion schnellstmöglich anzukurbeln. Ein Prototyp kann zwar eine Teileidee veranschaulichen, lässt aber meist viele Fragen zur Fertigung unbeantwortet.

Diese Lücke im Fertigungsprozess führt zu einigen Herausforderungen bei Produkteinführungen. Üblicherweise handelt es sich bei Gummiprototypen um Kleinserien, die in der Anfangsphase hauptsächlich dazu dienen, sich mit den Materialien und dem Produktionsprozess vertraut zu machen und in späteren Produktionsphasen eingesetzt zu werden. Ein Produktionssystem hingegen verfolgt ein einziges Ziel: die Teile konsistent herzustellen, ihre Produktion zu verfolgen und eine Frequenz zu erreichen, die dem tatsächlichen Auftragsvolumen des Unternehmens entspricht.

Die ursprüngliche Skizze kann weiterhin Gültigkeit haben, während sich alle anderen fabrikbezogenen Dinge (Werkzeuge, Anzahl der Kavitäten, Oberflächenbearbeitung, Inspektion, Verpackungsmaterialien und ein akzeptables Prozessfenster) während der Werkzeugherstellung vollständig ändern werden.

Der Prototyp verkörpert eine physikalische Frage

Ein Prototyp beantwortet im Wesentlichen folgende Fragen: Lässt sich eine Form zusammenbauen, verformen, abdichten, fixieren, Kräfte übertragen oder anderweitig bedienen? Dies kann man durch die Herstellung eines flexiblen Werkzeugs, eines Ein-Kavitäten-Einsatzes, durch Schneiden und Kleben eines Materials oder durch ein anderes Verfahren erreichen, wobei der Fokus primär auf dem Lernen und weniger auf der kostengünstigen Produktion liegt. Die gewählte Methode ist wichtig, da sie den Umfang der mit dem Prototyp erzielbaren Ergebnisse beeinflusst.

Es ist ein großer Vorteil, wenn ein Gummiprototyp Zusammensetzung, Textur und Form des eigentlichen Bauteils so genau widerspiegelt, dass die Prüfung dennoch präzise ist. Es wäre jedoch äußerst riskant, ein einzelnes, optisch ansprechendes Muster als Grundlage für den Kauf einer noch gar nicht gebauten Mehrkavitätenmaschine zu verwenden.

Eine manuell beschnittene Kante kann für die Passungsprüfung ausreichend sein. Sie zeigt jedoch nicht, wie der Grat die Masse eines Bauteils reduziert. Ein sorgfältig ausgewähltes Muster kann die Maßvorgaben erfüllen. Abweichungen zwischen Kavitäten desselben Werkzeugs oder innerhalb einer normalen Produktionsschicht werden dadurch nicht offengelegt.

Ein Prototyp sollte ein Beweisstück sein: Welche Entscheidung wird das Muster unterstützen, und welche zukünftigen Produktionsbedingungen fehlen noch?

Das unangenehme Dazwischen ist der Pilotlauf

Oftmals sprechen die Gruppen von einem Prototyp als erstem Schritt und anschließend von einem Endprodukt, als gäbe es nur diese beiden Möglichkeiten. Zwischen diesen beiden Schritten liegt jedoch eine Pilotphase, in der alle Ideen mehrmals gemeinsam praktisch erprobt werden müssen, um ein nachhaltiges Ergebnis zu erzielen, das über einen bloß erfolgreichen ersten Versuch hinausgeht.

Durch den Verzicht auf ständige manuelle Eingriffe im Pilotlauf kann das Team den Prozessablauf besser nachvollziehen und ist in Krisensituationen nicht auf manuelle Rettungsmaßnahmen angewiesen. Arbeiten wie das Trennen und Reinigen von Angüssen oder das Justieren von Teilen vor der Messung, die manuell durchgeführt werden, sollten üblicherweise im Produktionsplan und im Angebot aufgeführt werden.

Ein realer Fall aus der Öffentlichkeit: Drei kleine Teile, drei verschiedene Produktionsprobleme

In seiner Arbeitsbeschreibung zur Entwicklung eines tragbaren Geräts zur kontinuierlichen Glukosemessung erläutert Simon, technischer Direktor bei SIMTEC (einem Formen- und Werkzeugbauunternehmen), wie für das Gerät kleine Silikonteile verwendet wurden. Das Gerät besteht aus drei Komponenten: einem einkomponentigen Bauteil aus Flüssigsilikonkautschuk und zwei zweikomponentigen Bauteilen, eines aus Flüssigsilikonkautschuk und eines aus Polycarbonat. Die angegebenen Gewichte dieser Bauteile betragen 0,03 g, 0,11 g und 0,33 g. [1]

In dieser Phase ermöglichten spezielle Einsätze die Herstellung kleiner Stückzahlen von Teilen für verschiedene Zwecke wie Montage, ästhetische Gestaltung, Funktionsprüfung und Sterilisation. Nachdem diese Zwecke erfüllt und eine Pilotserie der Teile gefertigt worden war, nahm das Unternehmen die Produktion im Werk von SIMTEC in Südflorida mit zwei Zweikomponenten-Spritzgießmaschinen mit jeweils 32+32 Kavitäten sowie einer Einkomponenten-Spritzgießmaschine mit 128 Kavitäten auf. [1]

Das Problem bei der Serienproduktion beschränkte sich nicht nur auf das Formen. Das Unternehmen berichtet, dass die Verwendung von leichten, flüssigsilikonbasierten Teilen die Probleme mit statischer Aufladung beim Handling deutlich verschärfte. Zur Lösung dieser Probleme war unter anderem die Einrichtung einer kundenspezifischen Reinraumzelle der ISO-Klasse 8 für die Teilehandhabung, die Trennung der Kavitäten sowie die Anfertigung spezieller Handhabungsgeräte erforderlich. Später wurden mit steigender Nachfrage weitere Formen angeschafft. [1]

Dies ist ein öffentlicher Fall von SIMTEC, kein Yida-Projekt, und die Seite veröffentlicht weder Ausbeute, Zykluszeit noch einen Kostenvergleich. Dennoch wird ein wichtiger Punkt hervorgehoben: Die erfolgreichen Prototypenwerkzeuge waren Teil des Lernprozesses, während die Massenproduktion von Gummiteilen neue Kapazitäten und ein neues Handhabungssystem erforderte.

Das Bauteil hat sich nicht verändert. Das System schon.

Werkzeugwechsel von Zugang zu Wiederholung

Bei Prototypeinsätzen liegt der Fokus möglicherweise auf schnellerer Modifizierung und dem Zugang zur kritischen Geometrie. Werkzeuge für die Gummiproduktion müssen zudem die Kanalbalance, Entlüftung, Temperaturregelung, Entformung und Wartung aller vorgesehenen Kavitäten gewährleisten. Diese Anforderungen können die Diskussion um Trennlinie oder Anguss beeinflussen, bevor die Stahlausführung endgültig festgelegt wird.

Mehr Kavitäten sind nicht automatisch besser. Sie können zwar die Maschinenzeit pro Stück nach Stabilisierung reduzieren, erhöhen aber die Werkzeuggröße, den Arbeitsaufwand und die Anzahl der kavitätenspezifischen Ergebnisse. Die Werkzeugausstattung für die Gummiproduktion sollte sich nach dem tatsächlichen Bedarf und der nachgelagerten Kapazität richten, nicht allein nach einer theoretischen Formrate.

Die Verbindung wird zu einem kontrollierten Versorgungsgut

Während der Entwicklung kann sich ein Team auf die Polymerfamilie und die nominelle Härte konzentrieren. Für die Produktion werden die freigegebene Compound-Identität, die Herkunft, Chargenprotokolle, Haltbarkeitskontrollen und Regeln für Substitutionen benötigt. Zwei Compounds mit derselben allgemeinen Beschreibung können sich unterschiedlich verarbeiten lassen und zu unterschiedlichen Ergebnissen bei Kompression, Alterung oder Medien führen.

Ändert sich eine Verbindung oder ein Rohstoff nach der Zulassung, sind risikobasierte Prüfungen durchzuführen. Ein neues Zertifikat garantiert nicht automatisch den Erhalt von Haftung, Dichtkraft oder Langzeit-Montageverhalten.

Die Endbearbeitung wird zu einem wiederholbaren Vorgang

Ein Techniker kann unter Vergrößerung einige wenige Teile bearbeiten. Bei der Serienfertigung muss das Verfahren die gleichen Arbeitskanten in der erforderlichen Menge schützen. Kryogenes Entgraten, mechanisches Beschneiden, Waschen oder Nachhärten können geeignet sein, erfordern jedoch jeweils zusätzlichen Arbeitsaufwand und können das fertige Teil verändern.

Prüfen Sie nach jedem erforderlichen Verarbeitungsschritt Proben. Ein beim Entformen ermitteltes Maß kann sich nach der Nachhärtung oder Konditionierung verändern. Eine saubere Kante vor dem Transport des Schüttguts kann beim Trennen und Verpacken Partikel aufnehmen oder Verformungen aufweisen.

Messung wird zu einem System, nicht zu einer Messschieberablesung.

ISO 3302-1:2014 legt Toleranzklassen für Gummiprodukte innerhalb ihres Anwendungsbereichs fest und wurde 2024 als gültig bestätigt. Sie gilt nicht für Präzisions-Ringdichtungen und legt nicht fest, welche Toleranz für die Montage eines Kunden funktional ist. [2]

ASTM D3767 regelt die Dimensionsmessung von Gummiprodukten und weist darauf hin, dass der Anpressdruck des Messgeräts die gemessene Dicke von weichen, flexiblen Materialien erheblich beeinflussen kann. Die Norm beschreibt Messmethoden, jedoch weder den Stichprobenplan noch die Akzeptanzgrenzen für ein bestimmtes Bauteil. [3]

Die Zeichnung sollte die kritischen Merkmale und Messbedingungen angeben: frei oder eingespannt, Konditionierungszeit und Messpunkt. Andernfalls kann dasselbe Werkstück zu widersprüchlichen Ergebnissen führen.

Die Inspektion muss mit der Produktion Schritt halten.

Eine Kamera kann sichtbare Abmessungen oder Oberflächenmerkmale schnell überprüfen, jedoch nur solche, für deren Erkennung sie validiert wurde. Sie kann weder die Zusammensetzung des Materials bestimmen noch die Dichtheit garantieren. Die automatisierte Inspektion erfordert zudem eine stabile Positionierung; ein weiches, statisch empfindliches Bauteil lässt sich unter Umständen schwieriger ausrichten als formen.

Die Qualitätskontrolle in der Gummiherstellung beginnt mit einer Fehlerdefinition, die von Mitarbeitern und Maschinen einheitlich angewendet werden kann. Eine vage Anweisung wie „Kein Grat“ ist weniger aussagekräftig als ein vereinbarter Grenzwert, die genaue Position und die gewählte Betrachtungs- oder Messmethode.

Bei der Produktionsfreigabe geht es um Nachweise aus dem vorgesehenen Prozess.

Für Automobilprogramme beschreibt AIAG PPAP als den Branchenstandardprozess, der belegt, dass die Konstruktionsunterlagen und Spezifikationen im Fertigungsprozess des Lieferanten durchgängig eingehalten werden. Die erforderlichen Unterlagen variieren je nach Kunde. [4]

PPAP ist kein universelles Zertifikat für jedes Gummiprogramm. Auch ein Materialprüfbericht beweist nicht die Funktionsfähigkeit des fertigen Bauteils in der zugehörigen Hardware. Der Freigabeplan muss der Anwendung, der Zeichnung, den Kundenanforderungen und den möglichen Fehlerfolgen entsprechen.

Ein solides Qualitätskontrollpaket für die Kautschukherstellung verbindet Aufzeichnungen mit der fertigen Lieferung: genehmigte Mischungs- und Zeichnungsrevisionen, Kavitätenidentifizierung, Maßergebnisse, Oberflächenkriterien, Funktionstests, Prozesseinstellungen, Verpackung und Rückverfolgbarkeit.

Das Release-Meeting sollte sechs Fragen beantworten

Können aus jedem vorgesehenen Formteil nach normalem Aufwärmen einwandfreie Teile hergestellt werden? Werden die Teile nach dem für die Freigabe verwendeten Verfahren vermessen? Erhalten die Nachbearbeitung und die Nachhärtung die kritischen Kanten? Kann das Handhabungssystem die Teile beschädigungsfrei trennen und zählen? Schützt die Verpackung die Teile während Lagerung und Transport? Wird jede Material-, Werkzeug- und Prozessänderung kontrolliert?

Diese Fragen beziehen sich bewusst auf den gesamten Ablauf, nicht nur auf die Presse. Ein kurzer stabiler Testlauf kann den nächsten Pilotversuch unterstützen. Für eine routinemäßige Freigabe müssen Daten in einem Umfang, einer Häufigkeit und unter Bedingungen gesammelt werden, die das Produktionsversprechen widerspiegeln.

Regulierte oder sicherheitsrelevante Anwendungen erfordern möglicherweise zusätzliche Funktionen, Rückverfolgbarkeit, Sterilisations- oder Montagenachweise. Definieren Sie diese Anforderungen, bevor Sie das Produktionssystem festlegen.

Vergleichen Sie nicht den Prototypenpreis mit dem Stückpreis in der Serienproduktion.

Der Prototypenpreis beinhaltet die Einrichtung einer geringen Stückzahl, spezielle Einsätze, technische Betreuung und manuelle Arbeit. Das Angebot für die Serienproduktion verteilt eine höhere Investition auf die erwartete Produktionsmenge und beinhaltet zusätzlich regelmäßige Inspektionen, Wartung, Verpackung und Dokumentation. Die Zahlen beantworten unterschiedliche Fragen.

Eine faire Kostenanalyse trennt einmalige Werkzeug- und Validierungskosten von laufenden Kosten. Sie berücksichtigt außerdem die angenommene Kavitätenanzahl, den Zyklus, die Ausbeute, den Bearbeitungsprozess, die Prüfhäufigkeit und das Auftragsmuster. Ein Stückpreis ohne diese Annahmen lässt zwei Angebote vergleichbar erscheinen, obwohl sie es möglicherweise nicht sind.

Das Gelernte weitergeben

Die besten kundenspezifischen Gummiprototypen leisten mehr als nur die Genehmigung zu erhalten. Eine gute Gummiprototypenfertigung deckt auf, welche Abmessungen wichtig sind, welche Oberflächen empfindlich sind, wie das Teil in die Baugruppe integriert wird und welche Fehler inakzeptabel sind. Halten Sie diese Erkenntnisse fest, bevor das Prototypenteam mit dem nächsten Schritt fortfährt.

Bei der Übergabe an Yida sollten Sie neben dem Prototypen auch das freigegebene Muster offenlegen: Materialbezeichnung, Werkzeugtyp, Revisionen, Testergebnisse, Gegenstücke, erwartete Stückzahlen und noch bestehende Produktionsrisiken. Die Serienfertigung von Gummiteilen wird planbarer, wenn die Übergabe nicht nur das Aussehen des Teils, sondern auch die gewonnenen Erkenntnisse umfasst.