Innovationsprojekt: Kunststoff-Feder als Warenschieber

Die Firma Kuvaplast AG entwickelte in Zusammenarbeit mit der Model-Gruppe und der Hochschule für Technik Rapperswil (HSR) ein neuartiges Konzept für einen Warenschieber. Dieses basiert auf einer im Display vorgespannten Kunststoff-Feder in Spiralschraubenform.

Ausgangslage

Typische Konsumgüter wie beispielsweise Schokoladetafeln oder Haarpflegemittel werden oft in Displays an Zweitverkaufspunkten abverkauft. Damit die Produkte möglichst gut präsentiert werden und zum Kauf animieren, müssen sie im Display, nach der Entnahme eines Produktes, nach vorne geschoben werden. Heute wird das meistens durch das Verkaufspersonal oder gar nicht gemacht. Bei innovativen Displays rutschen die Produkte durch die Schwerkraft nach vorne oder mittels Warenschieber, die auf einer Federkraft (Federstahlband, Gummiband,…) basieren. Alternativ suchten wir aber nach einer innovativen und flexibleren Lösung.

Lösungsansatz für einen Warenschieber:

Der Einsatz einer grossen, konisch gewickelten Spiralfeder aus Kunststoff erscheint aus folgenden Überlegungen sinnvoll:

  • Kunststoff ist Lebensmittel-konform (Stahl wäre nicht akzeptabel)
  • Die Spiralfeder ist durch einen linear abfallenden Kraftverlauf charakterisiert. Entsprechend der Reibkraft, die beim Schieben überwunden werden muss
  • Die Spiralfeder weist bereits in der Nullstellung eine starke Anfangskraft aus
  • Eine konisch gewickelte Feder ist in der Anwendung relativ längsstabil
  • Eine konisch gewickelte Feder ist in der Nullstellung sehr platzsparend (in der Richtung der Federkraft), da die Windungen wie bei einem Schneckenhaus ineinander gelegt werden können
  • Herstellungskosten als Massenartikel relativ niedrig
  • Durch eine geschickte Konstruktion der Federenden könnte die Feder beim Spannen verriegelt werden. Nachdem die Feder ins Tray eingesetzt wurde, soll sie durch einen einfachen Eingriff wieder entsichert werden können.

FE-Analyse in Zusammenarbeit mit dem IWK:

Durch eine FE-Analyse hat das IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung den entworfenen Warenschieber auf seine mechanischen Eigenschaften hin untersucht. Anhand von einigen Modellvariationen konnten erste Erkenntnisse zur Beurteilung dieser Feder und als Grundlage für ihre Abstimmung auf die konkreten Anforderungen erarbeitet werden. Zusätzlich wurden das Kriechverhalten des Werkstoffs in einer weiteren Analyse berücksichtigt.

Das ursprüngliche Federmodell wurde so vereinfacht, dass durch den Lastfall nur die Feder belastet wurde. Die Auflageflächen an beiden Federenden wurden entfernt, um Begleiteffekte, wie z.B. Deformation der Auflageflächen und Spannungsspitzen, in der FE-Rechnung möglichst ausschliessen zu können. Die Feder wurde anschliessend in einem parametrisierbaren Modell nachmodelliert.

Version 1

Version 2

Version 3

Gesamter Projektablauf:​

  • Konzept / Vorplanung / Kostenanalyse
  • FEM Analyse Machbarkeit KTI
  • Patentanmeldung
  • Projektfreigabe Produktplanung
  • Aufbau 3D Daten Grobplanung
  • Berechung Geometrie / Gestaltung KTI / Projerteingabe KTI
  • Projektbeurteilung und Analyse durch KTI
  • Konzeptvariante Verbindung 2 Federn
  • Konzeptvariante Rahmenverbindung 2 Federn nebeneinander
  • Erstellung Laser-Sinterteil 1/1 aus 3D Daten
  • Kalkulation Einfachwerkzeug für Musterfertigung
  • Ermitteln der möglichen Rohmaterieltypen / Rohstoffhersteller
  • Datenanalyse Rohmaterial / Vorselektion IWK
  • Einbindung weiterer Rohmaterialtypen durch Datenbank Campus
  • Konstruktion 3D Verbindung Feder / Feder Kopf und Paralell
  • Konstruktion Herstellung Einfachwerkzeug für Vorserie
  • Werkzeug Musterung und Herstellung erster Federn
  • Technische Analyse der Federelemente durch IWK
  • Optimierung des Spritzgusswerkzeugs bei Bedarf
  •  Herstellung einer grösseren Vorserie
  • Test und Feldversuche mit Vorseriteilen
  • Optimierung Federelement / 3D Daten überarbeiten
  • Vorbereitung Seriewerkzeug / Konstrukton / Kalkulation

Unterstützung vom KTI (Innosuisse):

Innosuisse (ehem. KTI) finanzieren Innovationsprojekte mit, die Unternehmen, private oder öffentliche Einrichtungen gemeinsam mit Forschungsinstitutionen durchführen. Innosuisse bezahlt bei bewilligten Projekten die Lohn- und unter gewissen Bedingungen auch die Sachkosten des Forschungspartners sowie zusätzlich einen Overheadbeitrag. Das Unternehmen bringt mindestens gleich viele Mittel auf und trägt dadurch seine Kosten für das Projekt selbst.

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