Design Guide: Die perfekte Nesterform Ihres Werkstückträgers

Die Form der Kavität, welche das Bauteil aufnimmt, ist in vielen Fällen der Knackpunkt in der Funktionalität. Ob für Inlays, Blister, Transporttrays oder Werkstückträger – wie gut das Formnest an das Produkt angepasst ist entscheidet über Effizienz und Sicherheit bei Handling, Transport und Lagerung. 

Typische Anforderungen an Formnester - und deren Tücken

In der Logistik geht es grundsätzlich um Kosteneinsparungen. 

Zum einen wird dies erreicht, indem Volumen gespart und Platz effizienter genutzt wird. Für den Transport von Bauteilen auf Trays ist daher eine möglichst hohe Packdichte wichtig. Das bedeutet, durch die Platzierung einer maximal möglichen Anzahl von Bauteilen pro Tray ein sparsames Transportvolumen zu erreichen. Die Formnester müssen also so ausgelegt sein, dass eine maximal mögliche Packdichte erreicht wird.

Gleichzeitig können Kosten gespart werden, wenn möglichst viele verschiedene Bauteile in einem universellen Tray transportiert werden können. Das bedeutet weniger Tray Varianten und geringere Investitionen und Handlingsaufwand. In diesem Fall werden die Kavitäten als Universalnester ausgelegt.

Was beeinflusst die maximale Packdichte?

Die maximale Packdichte ergibt sich meist als Resultat von Ihren Anwendungs Vorgaben, tiefziehtechnischen Einschränkungen und, wenn die Trays auf automatisierten Fertigungsstraßen verwendet werden, den Möglichkeiten der Anlage/des Roboters.

1.) Anwender geben oftmals einen Mindestabstand vor: 

• Distanz von Nest zu Nest
• Distanz von Nest zur Außenkante des Trays

Diese Vorgaben haben ergonomische Hintergründe für nicht-automatisierte Vorgänge. Das manuelle Beladen und Handling der Trays soll einfach möglich sein. Die Bauteile sollen beispielsweise unkompliziert aus der Kavität entnommen werden können oder die Trays sollen schnell in einen Unterbehälter gesetzt werden können. 

2.) Tiefziehtechnisch benötigen die Nester:

• Eine Formschräge
• Daraus resultierende Anordnung

Es muss beachtet werden, dass thermogeformte Nester immer eine Formschräge benötigen, um sich beim Thermoforming entformen zu lassen. Heißt die Wandschräge muss 2-5° betragen, damit das Tray vom Werkzeug gehoben werden kann. 

Dies hat entsprechende Auswirkung auf die Anordnung der Kavitäten auf dem Tray, sowie die Abstände zwischen den Nestern. Hierfür gibt es in CAD-Programmen eine Entformschrägenanalyse, um bei knapp gefächerten Trays direkt die maximal mögliche Packdichte ausrichten zu können.

3.) Anforderungen der automatisierten Anlage:

1. Randgeometrie der Nesteröffnung
2. Greifer-Type und Greifer-Technik
3. Nestertiefe

Bei Automatisierungs-Projekten kommen noch weitere Anforderungen dazu. Die maximale Packdichte ist hier immer das Ergebnis der Gleichung aus den oben stehenden Angaben.

Wie werden Universalnester konzipiert?

Wenn in die Neuentwicklung eines Transporttrays investiert wird, ist oft die Konzeption eines Universaltrays gefordert. In einem Universaltray können verschiedene Bauteilvarianten oder Bauteilfamilien transportiert werden.  So werden Werkzeugkosten gespart, die für jede Trayvariante anfallen würden. 

Das bedeutet, die Nesterform muss an verschiedene Bauteile angepasst sein.

Hierbei gilt folgende Herausforderungen, die gelöst werden müssen:

• Stehend/liegend: Ist eine liegende Position der Bauteile aufgrund verschiedener Abmessungen nicht möglich, kann viel Platz vergeudet werden
• Ungleiche Außengrößen und/oder Konturen: Die Konturen müssen ungefähr stimmen, sonst wird es schwierig
• Empfindliche Stellen: Wenn Stellen an verschiedenen Punkten der Bauteile freigespart werden müssen, dann ist es oft schwierig einen Mittelweg zu finden
• Einbringen der Bauteile über verschiedene Ebenen: Treppen und enge Konturen sind bei manchen Werkstoffen, wie PC, schwierig auszuformen

So wird das Nest 100% ans Bauteil angepasst 

Eine Kavität wird immer am Originalbauteil ausgerichtet. Das geschieht anhand der CAD-Daten der Bauteile, eines Bauteilmuster, oder eines Bestandstrays.

Optionen zur Datenerstellung der Nester

1. CAD-Daten: Die Datenerstellung über die CAD-Daten des Bauteils ist für Kunde und formary am besten: Zum einen können wir CAD-Daten von allen Seiten rundum optimal ausmessen. Es sind keine zeitaufwendigen Schleifen in der Datenanpassung nötig. Zum zweiten können wir so schon vorab virtuell Feinheiten, wie den Abstand zwischen Bauteil und Nester-Innenwand, justieren. Vor Datenerstellung unterschreiben wir Ihnen selbstverständlich eine Geheimhaltungsverbarung/Non-Disclosure-Agreement.
2. Bauteilmuster: Die zweite Möglichkeit ist die Nesterdaten anhand eines Bauteilmusters zu erstellen. Hierzu können wir, abhängig vom Aufbau des Bauteils, entweder manuell ausmessen, oder sophistizierter mit einem optischen Messergerät herangehen.
3. Bestandstray: Als drittes können wir auch anhand eines alten Tray-Musters die Daten reverse-engineeren, d.h. auch hier messen wir mit einem Faro Arm das Teil aus. Ein bestehender Nachteil ist, dass auch Unfeinheiten an der Trayoberfläche übernommen werden, welche dann im Datenmodell vorliegen.

Wichtig ist immer, dass alle weitere Anforderungen, wie Stichmaß der Zentrierungen (bei Automatisierungstrays), Rastermaße und gewünschte Maße am Nesterboden, kommuniziert werden. Je mehr Details hier im Vorfeld abgestimmt werden, desto fehlerfreier wird die Datenkonstruktion.

Kann ich die Passform vor Werkzeugerstellung testen?

Die Antwort ist ja. Nachdem die Nestergestaltung am CAD-Programm erstellt wurde, lässt sich die Funktionalität über verschiedene Varianten testen (siehe hierzu auch Muster – Möglichkeiten)

Optionen zum Testen von Mustern

Zum Testen der Muster kann ein 3D-Druck des Nests oder ein Tiefzug aus einem Ureol-Werkzeug des Nests verwendet werden.

Der 3D-Druck ist die schnellste Variante, aber wenig aussagekräftig bzgl. des Tiefziehergebnisses. Der Tiefzug aus einem Ureol-Werkzeug ist etwas langsamer, dafür aber deutlich aussagekräftiger, da direkt die entsprechenden Learning bzgl. des Streckverhaltens für die Serie übernommen werden können.

Die passende Option ist dabei abhängig vom Anforderungsprofil, das sich aus der Beachtung der folgenden 3 Faktoren zusammensetzt:

• Schnelligkeit:

Wie schnell werden die Muster, und deren Vorstellung oder Überprüfung, benötigt?

• Aussagekraft:

Wie vergleichbar muss das Musters mit der Serienfertigung sein? Muss Originalmaterial und Ausgangsstärke verwendet werden? Muss tiefgezogen werden (Verfahren getestet), oder kann ein alternatives Verfahren (3D-Druck) hinzugezogen werden?

• Aufwand:

Steht ein größeres Budget für Muster-Tests vor Anlauf zur Verfügung? Soll nur eine Passform getestet werden oder das Tray möglichst realitätsnah im Serieneinsatz repliziert werden?

Was passiert, wenn die Bauteile nicht passen?

Sollten die Bauteile nicht passen, können immer noch sehr schnell Nacharbeiten an der Nesterkontur vorgenommen werden. Wir bieten diverse Musterabstufungen an, welche sich in Schnelligkeit, Aussagekräftigkeit und Aufwand unterscheiden. 

Die Optionen 3D-Druck Muster sowie ein Tiefzug mit einem Ureol-Musterwerkzeug des Nests nutzen die naturgemäß schnellen Entwicklungszeiten und sind die schnellste und günstigste Variante für fixe Erkenntnisgewinne. Hier kann nach Test der Muster mit Ihren Bauteilen schnell reagiert werden: Nach Prüfung werden die relevanten Stellen des Nests angepasst, welche nicht funktioniert haben.

Aber auch wenn erst bei den Mustern aus dem Serienwerkzeug, und dem ersten richtigen Handling-Einsatz, auffällt, dass noch Anpassungen getroffen werden müssen, ist das kein Problem.

Hier gelten die folgenden Faustregeln:

Noch Fragen? Schreiben Sie uns jetzt im LiveChat oder rufen Sie an: 07191 9525170.