3.3.2 Zuschnitt-, Nutzen- und Abfallberechnung (Wellpappe)
Im Folgenden beschäftigen wir uns mit der Zuschnitt-, Nutzen und Abfallberechnung. Unter Nutzen versteht man die flachliegende Verpackung. Diese Daten braucht man, um eine Verpackung kalkulieren zu können. Bei einer computergestützten Verpackungsentwicklung (CAD, computer-aided-design, CAD) fallen diese Daten automatisch als Nebenprodukt an. Bei der konventionellen Arbeit müssen die Zuschnittgröße, die Nutzeneinteilung und der Abfall rechnerisch ermittelt werden.
Um eine Nutzenberechnung durchführen zu können, benötigen wir zuerst die Zuschnittgröße. Zur Ermittlung der Bogengröße muss bei Bedarf eine Nutzeneinteilung erstellt werden. Die Nutzeneinteilung ist abhängig von dem zur Verfügung stehenden Maschinenformat und der vom Kunden angefragten Abnahmemenge.
Die Bogengröße ergibt sich aus MB und ZL zuzüglich Greiferrand, Seitenränder und rückwärtiger Rand. (Greiferrand: Der Bogen wird beim Stanzautomaten in einen „Greifer“ genommen!) Diese Ränder sind maschinenabhängig. Die Anzahl der Nutzen sollte in Abhängigkeit zur Auflagenhöhe gewählt werden. Kleine Losgrößen erfordern ein kleines Maschinenformat mit wenig Nutzen, große Auflagen verlangen große Maschinen-ormate mit vielen Nutzen. Die Lage des Greiferrandes muss definiert werden.
Im folgenden Beispiel berechnen wir den Abfall bei einem Nutzen und zum Vergleich mit zwei Nutzen. Wir verwenden einen Steckboden nach FEFCO 0215 mit einem Innenmaß von 200 x 170 x 150 mm. Wir fertigen auf einem Flachbettstanzautomaten. Die Zugaben für Greifer und den Randbeschnitten werden vom Maschinenhersteller empfohlen und von der Betriebsleitung oder Produktionsleitung festgelegt. In unserem Fall gehen wir von 20 mm Greifer- und 10 mm Randbeschnitt aus. Netto: MB 470 x ZL 784; Brutto: MB 500 x ZL 804.
Abb. 227: Bogen- und Abfallberechnung bei einem Nutzen. Zu sehen ist hier auch das Symbol für die Ausrichtung der Wellen. Nach Möglichkeit sollte immer mit stehender Welle gefertigt werden. Der Bogen beinhaltet 4 x 3 = 12 Nutzen. (Quelle: Eigene Darstellung)
Die Berechnung der Bogengröße erfolgt ähnlich wie bei der Zuschnittberechnung. Die Nutzenberechnung findet statt, indem die einzelnen Flächen gelistet und dann addiert werden. Es wird von Millimeter auf Meter umgerechnet!
Bogenberechnung:
MB = Greifer + Boden + Höhe + Deckel + Einstecklasche + Randbeschnitt
MB = 20 mm + 111 mm + 158 mm + 171 mm + 30 mm + 10 mm = 500 mm
ZL = Randbeschnitt + Klebelasche + 2 x Länge + 2 x Breite + Randbeschnitt
ZL = 10 mm + 20 mm + 2 x 203 mm + 2 x 173 mm + 10 mm = 792 mm
Abfallberechnung: Um eine Abfallberechnung durchführen zu können, benötigen wir die Fläche der Nutzen, die wir auf dem Bogen angeordnet haben. Für diese Aufgabe ist es am einfachsten, wenn der Nutzen in seine einzelnen Flächen zerlegt und anschließend addiert und vom Bruttoformat abgezogen wird. So bekommen wir einen guten Näherungswert.
Berechnung der:
Bodenklappe 1 und 3: 0,203 m x 0,111 m x 2 Stück = 0,045 m²
Bodenklappe 2: 0,173 m x 0,091 m x 1 Stück x 0,5 = 0,008 m²
Bodenklappe 4: 0,173 m x 0,111 m x 1 Stück x 0,5 = 0,01 m²
Grundkörper: 0,772 m x 0,156 m = 0,120 m²
Deckel: 0,203 m x (0,171 m + 0,03 m) = 0,041 m²
Staublaschen: 0,173 m x 0,03 m x 2 St. = 0,010 m²
Gesamt netto: rund 0,234 m²
Bruttobogenberechnung: 0,500 m x 0,792 m = 0,396 m²
Abfallberechnung:
Bruttobogen – Nutzen = Abfall
0,396 m² – 0,234 m² = 0,162 m²
Diese Konstruktion verursacht rund 40 % Abfall!
Bogen- und Abfallberechnung bei zwei Nutzen
Im nächsten Schritt führen wir die Nutzeneinteilung und Abfallberechnung beim Steckboden mit Einsteckdeckel und zwei Nutzen durch. Durch die Form der Faltschachtel müssen die Nutzen ineinander gedreht werden, um möglichst wenig Abfall zu produzieren.
Die Einzelnutzen werden Schnitt an Schnitt gestellt. Eine Ausnahme davon ergibt sich dann, wenn die Notwendigkeit einer Farbüberfüllung benötigt wird, wenn es zwischen 2 Nutzen einen Farbübergang gibt. In diesem Fall müsste man einen Zwischenschnitt setzen – das ist aber fertigungstechnisch nicht praktikabel. Folgende Möglichkeiten sind denkbar:
• Man fertigt nur im Einzelnutzen.
• Man hängt den Schleppnutzen mit den Bodenklappen aneinander.
• Man dreht den Nutzen um 90° und fertigt mit liegender Welle, dann könnte ein Zwischenschnitt eingebracht werden. Das kommt sehr selten vor!
Es bleibt dann nur noch zu klären, wer den Abfall entfernt. Im modernen Betrieb wird dieser nach dem Stanzen über den automatischen Nutzentrenner getrennt, automatisch gebündelt, palettiert und in den Versand gestellt. Es bringt also einen separaten Arbeitsgang mit sich, den Zwischenschnitt zu entfernen.
Abb. 228: Nutzen auf einem Bogen (Quelle: Eigene Darstellung)
MB = Greifer + Boden + Höhe + Deckel + Einstecklasche + Staublasche + Höhe + Boden + Randbeschnitt
MB = 20 mm + 111 mm + 158 mm + 171 mm + 30 mm + 30 mm + 156 mm + 111 mm + 10 mm = 797 mm
ZL = Randbeschnitt + Klebelasche + 2 x Länge + 2 x Breite + Randbeschnitt
ZL = 10 mm + 20 mm + 2 x 203 mm + 2 x 173 mm + 10 mm = 792 mm
Abfallberechnung: Siehe oben beim Beispiel mit einem Nutzen, nur doppelt so groß. Diese Fläche ziehen wir dann wieder von der Fläche des Bruttobogens ab und erhalten so den Abfall.
Nutzenberechnung:
Bodenklappe 1 + 3: 0,203 m x 0,111 m x 2 Stück = 0,045 m²
Bodenklappe 2: 0,173 m x 0,091 m x 1 Stück x 0,5 = 0,008 m²
Bodenklappe 4: 0,173 m x 0,111 m x 1 Stück x 0,5 = 0,01 m²
Grundkörper: 0,772 m x 0,156 m = 0,120 m²
Deckel: 0,203 m x (0,171 m + 0,03 m) = 0,041 m²
Staublaschen: 0,173 m x 0,03 m x 2 St. = 0,010 m²
Gesamt netto rund: 0,234 m²
Bruttobogenberechnung: 0,797 m x 0,792 m = 0,631 m²
Bruttobogen – Nutzen = Abfall
0,631 m² - 2 x 0,234 m² = 0,163 m²
Bei zwei Nutzen haben wir einen Abfall von rund 25 %!
Zur Nutzenanordnung: In unserem Beispiel spricht man von Schleppnutzen. Je mehr Schleppnutzen, umso größer sind die Unterbrecher und umso mehr treten sie auf. Es ist darauf zu achten, wie die Maschinen ausgerüstet sind und was der Hersteller in Bezug auf Nutzenanordnungen vorschlägt. In der Regel sollte man bei Flachbettstanzen nur maximal 3 Schleppnutzen anlegen. Die einzelnen Nutzen hängen direkt aneinander und hängen mit wenigen Unterbrechern aneinander. Weitere Information entnehmen Sie dem Werkzeugbau und Stanztechnik.
Abb. 229: Nutzenanordnung: Oben (falsch) läuft die Geometrie spitz zu. Die Folge: unsaubere Schnitte in der Fertigung. (Quelle: Eigene Darstellung)
Noch ein Wort zum Werkzeugbau: Die im Beispiel gezeigten Konstruktionen sind nur Skizzen für die Veranschaulichung. Es ist davon abzuraten, bei eingedrehten Nutzenanordnungen einen Radius auf eine Gerade treffen zu lassen. Während des Stanzprozesses treten enorme Kräfte auf. Mit der Zeit biegen sich diese Messer auf und es entsteht ein unerwünschter Unterbrecher. Die Messer im Werkzeug sollten immer stumpf zusammenlaufen; keine spitz zulaufenden Geometrien!