Reines Produkt

Das Hauptwerk von Trelleborg für Komponenten aus Flüssigsilikon (LSR) im schweizerischen Stein am Rhein hat sein eigenes Werkzeugcenter, das alle Formwerkzeuge für den Standort entwirft und fertigt. / Trelleborg’s main Liquid Silicone Rubber (LSR) plant in Stein am Rhein, Switzerland, has its own tooling center, where all tools at the facility are designed and finished.

Silicone components manufactured in Trelleborg’s silicone center of excellence.

Silicone components manufactured in Trelleborg’s silicone center of excellence.

Silicone components manufactured in Trelleborg’s silicone center of excellence.

Silicone components manufactured in Trelleborg’s silicone center of excellence.

Winzige Präzisionswerkzeuge können im Bereich der Biowissenschaften große Ergebnisse erzielen. Das Septum im Verschluss einer Medizinflasche wiegt nur drei Tausendstel eines Gramms, erfordert aber bei der Produktion eine extreme Genauigkeit auch bei Millionen von Stückzahlen.

Die Biowissenschaften gehen uns alle etwas an, denn schließlich könnte auch unser Leben auf dem Spiel stehen. Wer von diesem Bereich abhängig wird, möchte sichergehen, dass er nur das Beste bekommt. Zu den Biowissenschaften zählen die Sparten Medizin, Pharmazie, Biotechnik und Krankenpflege.

Kein Wunder also, dass biowissenschaftliche Produkte äußerst strengen Standards unterliegen. Bis Entdeckungen und Neuentwicklungen als Produkt auf den Markt kommen, können Jahre der Validierung, Genehmigung und Modifizierung verstreichen. Auch ein Unternehmen wie Trelleborg, dessen Lösungen im Biowissenschaftssektor intensiv zum Einsatz kommen, muss diese hohen Anforderungen erfüllen.

Ursula Nollenberger, die bei Trelleborg Sealing Solutions die Produktlinie von Komponenten aus Flüssigsilikon (LSR) leitet, nennt drei Gebiete, auf denen das Unternehmen seine Kompetenz auf globaler Ebene anbieten kann: „Design, Fertigung und Werkstofftechnik.“

Trelleborg unterstützt Unternehmen bei der Konzeption von Produkten und deren Fertigungsprozessen. „Manchmal kommen Kunden zu uns mit einer konkreten Vorstellung“, berichtet Nollenberger. „Sie wissen, was sie haben wollen, aber sie wissen nicht so genau, wie sie es bewerkstelligen sollen. Wir erarbeiten dann gemeinsam mit dem Kunden ein Konzept.“

Im LSR Competence Center von Trelleborg im schweizerischen Stein am Rhein helfen Ingenieure bei der Wahl des richtigen Materials und der passenden Konstruktionslösung und entwickeln die für die praktische Umsetzung erforderlichen Werkzeuge und Prozesse. Ziel ist ein hochwertiges kostengünstiges Produkt, das in einem zuverlässigen Produktionsprozess je nach Bedarf unter Reinraumbedingungen der Klasse 7 oder 8 gefertigt werden kann. Sauberkeit, Produktreinheit und Biokompatibilität sind dabei zentrale Kriterien.

Vor einiger Zeit befasste sich das Center mit einem problematischen Ventil in einem Sterilisationsgerät für Krankenhausinstrumente. Das Ventilgehäuse bestand aus einem thermoplastischen Werkstoff und war mit einem O-Ring abgedichtet. Es gab allerdings Zwischenräume, in denen sich Keime bilden konnten.

„Das Unternehmen wandte sich an uns, um das Problem zu lösen, und wir entwickelten gemeinsam eine geeignete Konstruktion“, berichtet Nollenberger. „In der Entwurfsphase unterstützten wir den Kunden mit unserem Instrument für nichtlineare Finite-Elemente-Analyse, um das Konzept zu optimieren. Es ist das modernste Instrument dieser Art, das unsere Branche derzeit zu bieten hat.“

Man entschied sich für eine Doppelspritztechnik. Dabei wird der Werkstoffverbund im selben Werkzeug zunächst durch Einspritzen des thermoplastischen Werkstoffs und dann des Flüssigsilikons in einem in sich geschlossenen automatischen Prozess hergestellt. Auf diese Weise entsteht eine einzige Dichtungskomponente, die den Spalt im Bauteil schließt. „Das Verfahren erfordert ein Höchstmaß an Werkzeugpräzision, macht aber einen zweiten Montageschritt überflüssig und eliminiert die damit für den Kunden verbundenen Risiken und Kosten“, erklärt Nollenberger.

Das Produkt befindet sich derzeit in der Validierungsphase und soll 2014 mit einer Stückzahl von mehreren Millionen pro Jahr in Produktion gehen.

Viele Teile, die Trelleborg für den Biowissenschaftssektor fertigt, sind sehr klein. Dabei haben Mikrospritzgussverfahren ihre ganz eigenen Herausforderungen. Das kleinste Teil in der Produktion von Trelleborg ist das Septum, die Membran in der Verschlusskappe einer Medizinflasche, durch die man eine Spritze einführen und wieder herausziehen kann. Es wiegt nur 0,003 Gramm und ist so winzig, dass es sich kaum aufnehmen lässt. Standard-Gussnähte sind größer als das Teil selbst.

Bei der Fertigung solcher Mikrobauteile geht es um höchste Präzision. Das gilt für den Bau der Werkzeuge ebenso wie für die exakte Steuerung der Spritzmenge und die Durchführung des Spritzgussverfahrens. Für die automatische Handhabung des Teils nach der Fertigung wurde ein spezieller Greifer entwickelt. Das gesamte Verfahren ist so ausgelegt, dass für Millionen von Spritzgussprozessen das exakt gleiche Präzisionsniveau sichergestellt werden kann.

„Wir verschieben beim Werkzeug- und Prozessdesign ständig die Grenzen“, kommentiert Nollenberger. „Unser globales Team arbeitet intensiv an der Weiterentwicklung der winzigen Präzisionswerkzeuge. Dabei entstehen immer wieder neue Lösungen für die Dosierung von immer kleineren Mengen und neue Automationsinstrumente zur Handhabung und Steuerung solch kleiner Teile. Unser Standort in Stein am Rhein verpflichtet, wenn es um die Herstellung winziger Komponenten geht – die Schweiz ist schließlich bekannt für ihre Uhrenindustrie.“

Ein Stillhütchen für stillende Mütter mit empfindlichen Brustwarzen sieht einfach aus, ist jedoch ein Präzisionsprodukt aus Flüssigsilikon. Eine spezielle Herausforderung für die Werkzeugbauer sind die Wölbungen. Die vier Öffnungen in der gewölbten Spitze entstehen direkt durch das Formwerkzeug. Die asymmetrische Ausführung macht ein Teilen des Formwerkzeugs besonders schwierig, aber die äußerst exakte Dosierung der Spritzmenge sorgt für absolute Gratfreiheit. Das in einer Prozessstufe gefertigte Produkt erfordert keinerlei Nachbehandlung.

Präzisionsarbeit im eigenen Center
Das Hauptwerk von Trelleborg für Komponenten aus Flüssigsilikon (LSR) im schweizerischen Stein am Rhein hat sein eigenes Werkzeugcenter, das alle Formwerkzeuge für den Standort entwirft und fertigt. Dabei kommt es vor allem auf hohe Präzision, gratarme und weitgehend abfallfreie Konstruktion, hohe Qualität und Robustheit an. Zudem verfügt Trelleborg über spezielles Know-how für die Entwicklung von Instrumenten und Verfahren zum automatischen Entfernen der Komponenten aus dem Formwerkzeug, ohne dass Nachbearbeitungen erforderlich wären. Bei Bedarf können die Teile im Rahmen des Fertigungsprozesses nach den Spezifikationen des Kunden getestet werden, bevor sie unter Reinraumbedingungen verpackt werden.

Absolut dichter O-Ring
Trelleborg liefert einen speziellen O-Ring für einen neuen Inhalator von Boehringer Ingelheim, der die Aufnahme von Medikamenten verbessert. Hierfür ist Präzisionstechnik mit sehr engen Fertigungstoleranzen erforderlich. Der O-Ring zum Abdichten der Dosierkammer muss mit einer Toleranz von ±1 Kubikmillimeter gefertigt werden. Der Grat an den Formhälften soll weniger als 0,05 Millimeter betragen.