Druckguss-Werkzeuge perfekt konstruiert

Druckguss- geht anders als Spritzgusswerkzeug. Konstrukteure brauchen dazu erstklassige Tools. Daher hat sich Präzisions-Aluminium-Druckgussteile-Hersteller PMG bestens mit Pro/E für die Zukunft gerüstet – betreut von Inneo.

Druckgussteile aus Aluminium sind für hohe Stückzahlen geeignet – ähnlich wie Spritzgussteile aus Kunststoff. Ihr Eigenschaftsprofil geht aber weit über das von Kunststoffteilen hinaus. So können sie beispielsweise deutlich höher belastet werden, mechanisch, thermisch und chemisch. Ihre Stabilität erlaubt den Einsatz überall da, wo Kunststoff keine Chance mehr hat, etwa im Motorenbau oder an der Lenkung von Automobilen. Dem Einsatz- und Innovationspotenzial solcher Teile steht ein hoher Aufwand in der Produktion gegenüber, zum Beispiel bei der Metallschmelze, beim Transport des flüssigen Metalls oder bei der Nachbearbeitung.

In diesem anspruchsvollen Umfeld ist PMG, die Pressmetall Gunzenhausen GmbH, tätig. Das fränkische Unternehmen wurde 1962 gegründet und befindet sich heute noch im Familienbesitz. Die knapp 500 Mitarbeiter produzieren Aluminium-Druckguss-Teile in hoher Präzision, vor allem für den Automobilbau (90 Prozent) und die Elektroindustrie, vorrangig mit der Firma ebm.pabst (10 Prozent). „Mit der Ausnahme der Daimler AG beliefern wir in erster Linie Automobilzulieferer, allem voran Continental und Bosch“, erklärt Volker Hippelein, Leiter Prozessvorbereitung bei PMG. Zusammen mit diesem Tier 1 werden alle relevanten internationalen Märkte bedient.

In der Gunzenhausener Gießerei stehen mehr als 30 vollautomatische Gießanlagen mit Schließkräften von 200 bis 1.350 Tonnen. Alle Anlagen sind auf endkonturnahes Gießen mit hoher Oberflächengüte und engen Maßtoleranzen ausgelegt. Vergossen wird ausschließlich Aluminium, dieses jedoch in ganz verschiedenen Legierungen – je nach Kundenwunsch. Die enge partnerschaftliche Zusammenarbeit mit den Kunden beginnt oft bereits bei der Gestaltung der Erzeugnisse: Entformungsschrägen, Radien, Gießhilfen oder Stabilisierungsrippen werden gemeinsam erarbeitet, um am Ende prozesssichere Teile zu erhalten, die PMG dann in entsprechende Werkzeuge umsetzt.

Für sämtliche konstruktiven Arbeiten an Artikeln, Werkzeugen und Vorrichtungen nutzt PMG Pro/Engineer mit einer Reihe von Zusatzpaketen und das bereits seit 1996. Die Entscheidung für diese Lösung fiel damals „weil viele unserer Kunden Pro/E einsetzen, namentlich auch unsere Hauptkunden Continental und Bosch“, so Volker Hippelein.

Software-Lieferant und Betreuer im laufenden Betrieb, ist Inneo Solutions mit Sitz in Ellwangen. Dabei wirkt sich nicht nur die räumliche Nähe positiv aus, sondern auch das gegenseitige Verständnis, welches man sich als mittelständische Unternehmen entgegenbringt. PMG hat derzeit folgende sieben Pakete im Einsatz: Pro/Engineer Foundation XE mit elf Lizenzen, als ‚allgemeines’ 3D-CAD-System und als Basis für die Erweiterungspakete. Genutzt werden die Versionen Wildfire 2 bis 4, je nachdem, was der PMG-Kunde einsetzt; Inneo Startup Tools als Arbeitsumgebung, die für Transparenz und Standardisierung sorgen; Pro/Engineer Tool Design als Tool für Formeinsätze, Gusskavitäten usw.; B&W Spritzguss als weiteres System für den Werkzeugaufbau (Rahmenkonstruktion); Smartelektrode für die Elektrodenableitung; 3D Caliper zur Konstruktionsanalyse, etwa bezüglich Wandstärken oder Abständen; sowie die Cadenas-Normteilbibliotheken. Pro/Engineer, das umfassende 3D-System, welches es als erstes CAD-System erlaubte, ein intelligentes Produktmodell aufzubauen, anstelle einer reinen Geometrierepräsentation, hat sich in weiten Teilen der Industrie durchgesetzt. Bei der Version Wildfire 4 wurde unter anderem die Verrundung von Teilen, der Datenimport, das Bearbeiten von Flächen, das Verwalten großer Baugruppen und zahlreiche Analysefunktionen verbessert. Weitere Verbesserungen betreffen den NC-Bereich.

Noch einfacher und schneller bedienbar

Die Startup Tools wurden von Inneo programmiert, um Pro/E noch einfacher und schneller bedienen zu können. Das gilt zum Beispiel für den Beginn einer Sitzung (Startup), aber auch für das Anlegen eines neuen Projektes, wenn es unter anderem um Benennungen, Gruppenzuordnungen, Zeichnungsnummer- und Materialeintrag und vieles mehr geht. Die Startup Tools beinhalten die Pro/E-Arbeitsumgebung, einen Parametermanager, einen Nummerngenerator, einen Bibliotheksviewer, eine MS-Excel-Stücklistenkopplung, eine Konstruktionsbibliothek, eine Modellkonfiguration, eine grafische Benutzeroberfläche für die Familientabellenauswahl und eine zentralisierte Verwaltung der Produktentwicklungsumgebung.

Pro/Engineer Tool Design erlaubt es, hochwertige Formeinsätze, Gusskavitäten oder Muster zu erstellen. Wesentliche Eigenschaften sind: das Definieren auch extrem komplexer Geometrien für Gussteile mit einzelnen und mehreren Kavitäten; das Bewerten von Spritzgussschrägen, von Problemen mit Hinterschnitten und Dicke, das Untersuchen von Umform- und sekundären Umformwerkzeugen; zudem gibt es keine Datenkonvertierungsfehler, da von der Konzeptkonstruktion bis zur Fertigung eine integrierte CAD/CAM-Lösung eingesetzt wird. Weitere Pluspunkte sind: der geringere Neukonstruktionsaufwand durch automatische Aktualisierung von Werkzeugbestückungsmodellen, Zeichnungen und Elektroden; die grafische Überprüfung von Ausformschräge, Hinterschnitt, Dicke und projiziertem Bereich, danach umgehende Instandsetzung; Konstruktion über zwei prozessgesteuerte Benutzeroberflächen (eine für Formen, eine für Gussmodelle), die den Anwender schrittweise durch den Erzeugungsprozess für Form- und Gusskavitäten sowie -muster führen; sowie Isotrope und anisotrope Schwindungskompensation.

Während sich Pro/E Tool Design auf die Werkzeugeinsätze konzentriert, wird mit B&W Spritzguss der äußere Werkzeugaufbau mit den typischen Funktionsgruppen wie Auswerfer, Schraubverbindungen, Verstiftungen oder auch Kühlkanäle realisiert. Die Entwickler, B&W in Erlangen, haben dabei auf eine möglichst hohe Automatisierung geachtet, um die Konstruktionszeiten möglichst zu reduzieren. B&W Spritzguss ist voll in Pro/Engineer integriert und wird auch über Inneo vertrieben. Soviel in Kürze zu den Tools, jetzt mehr zum Einsatz bei PMG.

Der Prozess

Auch beim Aluminium-Druckguss beginnt der Prozess mit der Übernahme der Artikeldaten. „Wir erhalten diese Daten in unterschiedlichsten Versionen, von der Zeichnung über allgemeine 3D-Daten bis hin zu Original Pro/E-Daten“, erklärt Thomas Blaumeier bei PMG im Projektmanagement tätig.

Aus diesen Basisdaten entsteht dann ein vollständiges Pro/Engineer-Modell. Innerhalb dieses zweiten Schrittes erfolgen auch die Erzeugnisoptimierungen zusammen mit dem Kunden, wie schon kurz beschrieben. Dabei hilft unter anderem eine Erstarrungssimulation, ausgeführt mit Magmasoft, mit nützlichen Analysefunktionen.

„Anhand dieser Daten fängt man dann an, die Angussanbindung an den Artikel und das gesamte Angusssystem zu definieren“, erläutert Blaumeier. Nach der Artikeloptimierung gibt es eine weitere Erstarrungssimulation und eine Füllsimulation. Auch die Überprüfung der Wandstärken mit 3DCaliper erfolg in der Phase der Artikeloptimierung. Nach diesen ersten Schritten steht die endgültige Form des Artikels fest und ist dann auch die Grundlage für die Werkzeugkonstruktion.

Dabei geht es um die Konstruktion der Druckgusswerkzeuge wie auch von Entgratungswerkzeugen. Da PMG nur 10 bis 20 Prozent seiner Werkzeuge selbst baut und den Rest zukauft, „ist es wichtig, dass alle Lieferanten stets auf unserem Datensatz arbeiten, damit auch alle Geometrien so ausgeführt werden, wie wir uns das vorstellen“, so Blaumeier weiter. Bei PMG selbst wird nun mit Pro/E Tool Design weitergearbeitet, um die Werkzeugeinsätze zu erzeugen. Stichworte dazu sind: Trennflächenerzeugung, neue Volumina definieren, alle einsatzkonturgebenden Teile als neue Volumenkörper erzeugen.

Danach erfolgt der Aufbau von Rahmen und Peripherie mit B&W Spritzguss. „Die Automatisierung für Auswerfer, Verschraubungen und Vertiefungen sind dabei ein Hauptvorteil für uns“, sagt Volker Hippelein. Auch Temperierungen der Druckgussform werden bei PMG mit dem Modul B&W Spritzguss eingebracht. Die Normalien des Hauses werden mit Hilfe der Inneo Startup Tools verwaltete und gepflegt. Über alle Prozessstufen hinweg sind die Druckgussspezialisten „mit der Datenqualität sehr zufrieden“, wie Hippelein betont.

Mehr als Software-Lieferant

Inneo Solutions mit 230 Mitarbeitern und 12 Niederlassungen in Deutschland, der Schweiz und Großbritannien, liefert nicht nur die Software und führt die Wartungsverträge aus, wie es auch bei PMG der Fall ist, sondern sieht sich in der Pflicht, seine Kunden rundherum partnerschaftlich zu betreuen. „Give me five“ lautet eine Anzeigenüberschrift von Inneo. Dieses von Jugendlichen her bekannte Abklatschen symbolisiert die enge Zusammenarbeit: Inneo und viele seiner Kunden sind heute ,Buddys', die das Engineering zusammen ,packen'.

Dazu gehört unter anderem auch ein CAD-Check up, der mit den Kunden gemeinsam die Arbeitssituation (Tools) und die Arbeitsstrategie (Methoden) beleuchtet, um eventuelle Verbesserungspotenziale aufzuzeigen. „Das ist ein Dienstleistungsangebot, welches wir gerne genutzt haben, um zu sehen, wo wir stehen“, so Volker Hippelein, „bei uns ging es zum Beispiel darum, nach der Einführung der Startup Tools zu überprüfen, ob alles richtig integriert und von den Mitarbeitern entsprechend angenommen wurde.“ Der Betreuung durch Inneo geben Volker Hippelein und seine Kollegen die Note 1, „sehr zufrieden“ und sehen sich mit den Tools und mit diesem Partner „sehr gut aufgestellt für die Zukunft!“W

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