Spezial-CAD für Folgeverbundwerkzeuge

Von Richard Läpple Ernst Keller Verbindungstechnik in Arnsberg zählt zu den ersten Anwendern von DieDesign, der Lösung für die Konstruktion von Folgeverbundwerkzeugen des CAD/CAM-Anbieters Cimatron. Das neue Tool sorgt für enorme Zeitein- sparungen bei der Erstellung von Angeboten, bei der Werkzeugkonstruktion und in der Prototypenphase.

Die Umform-Spezialisten bei Ernst Keller Verbindungstechnik arbeiten seit über zehn Jahren mit der CAD/CAM-Software von Cimatron. Der Einstieg ins computergestützte Konstruieren und Fertigen war nicht der übliche. „Wir sind direkt vom Zeichenbrett in die 3D-CAD-Welt umgestiegen“, erzählt Thorsten Franke, Konstruktionsleiter bei Ernst Keller. Eine 2D-Phase gab es nicht. Ein Kraftakt, auf den man heute noch stolz ist. In der mechanischen Fertigung ist aktuell das CAM-Modul von Cimatron für die 3-Achsen-Bearbeitung im Einsatz, in der Werkzeugkonstruktion die Designer Solution – und seit Markteinführung vor rund einem Jahr auch DieDesign, die Spezial-Lösung für die Entwicklung von Folgeverbundwerkzeugen. Das Arnsberger Unternehmen produziert unter anderem Sicherheitsgurtteile für die Automobilindustrie, dazu gehören Gurtschlossanbindungen wie zum Beispiel Ösenseile zur Verankerung der Gurte im Fahrzeugboden. Für die Herstellung dieser Teile kommen Fließpresswerkzeuge und Folgeverbundwerkzeuge zum Einsatz. Da es sich um sicherheitsrelevante Teile handelt, werden die Werkzeuge im eigenen Hause konstruiert und hergestellt. Mehr noch, der Werkzeugbau fertigt nicht nur für den eingenen Bedarf, 30 bis 40 Prozent der Fließpresswerkzeuge haben externe Auftraggeber. „Unser Präzisionswerkzeugbau ist mit den Jahren ein wichtiges Standbein geworden“, erklärt Detlev Guht, Geschäftsführer bei Ernst Keller Verbindungstechnik, „wir sehen uns als Know-how-Betrieb für Fließpress- und Folgeverbundwerkzeuge.“ Folgeverbundwerkzeuge werden bei Ernst Keller zwar in geringeren Stückzahlen hergestellt als Fließpresswerkzeuge, doch der Bedarf steigt. Bezüglich des stanztechnisch Herstellbaren ist heute mehr möglich als früher, auch sind Stanzteile kostengünstiger. So gibt es bei den Ösenseilen Ausführungen mit fließgepressten oder gestanzten Ösen. Die für Stanzösen gefertigten Werkzeuge werden in der Regel für 15 bis 20 Einzelarbeitsschritte ausgelegt. Neben den Stanzschritten sind präzise Biegestufen notwendig, vor allem für die Einrollungen, in welche später die Stahlseile gesteckt werden, um sie zu verpressen; die fertigen Ösen haben Ähnlichkeit mit Kabelschuhen. Die größten Werkzeuge bringen es auf Längen von fast 1,5 Metern. Es werden hochfeste Bleche ab 600 N/mm2 Zugfestigkeit verarbeitet (durch anschließende Vergütungsprozesse werden die Festigkeiten weiter erhöht; in der Endkontrolle wird jedes Ösenseil einer Zugprüfung unterzogen). Eine Software für die Entwicklung von Folgeverbundwerkzeugen stand lange auf der Wunschliste. „Bevor DieDesign auf den Markt kam, haben wir Versuche mit anderen Programmen gemacht; es gab jedoch stets Probleme mit der Verarbeitung der 3D-Bauteildaten, die wir von unseren Auftraggebern erhalten“, erklärt Thorsten Franke. Als dann die Cimatron-Lösung zur Verfügung stand, fiel die Entscheidung für die Software sehr schnell. Probleme mit Fremddaten gibt es keine. In der Regel erhält Ernst Keller IGES- oder Catia-Daten von den Automotive-Kunden. Für beide Formate nutzen die Werkzeugkonstrukteure die von Cimatron angebotenen Direktschnittstellen. Die Aufgabe für die Konstrukteure heißt zunächst: Abwicklung der erhaltenen 3D-Darstellung des Bauteils in eine Ebene. Hier beginnen im Normalfall auch schon die Schwierigkeiten, denn Biegeteile enthalten zwangsläufig Stauchungen und Dehnungen, die man nicht immer so ohne weiteres in den Griff bekommt. Die FEM-Teileabwicklung von DieDesign analysiert die Verformungen am Bauteil und liefert quasi auf Knopfdruck die exakte Abwicklung, Grundlage für alles Weitere. Nach dem Abwickeln erfolgt die Festlegung des Streifenlayouts und der einzelnen Stanz- und Umformschritte. Auch bei der Optimierung des Streifens helfen die Automatismen der Software. „Die Software unterstützt uns bereits bei der Angebotsbearbeitung immens“, betont der Werkzeugkonstrukteur, „indem die Abwicklungen der Bauteile in Sekundenschnelle auf dem Bildschirm erstellt werden. Erst wenn die Abwicklung und damit das Streifenlayout bekannt sind, können Werkzeug und Materialverbrauch kalkuliert werden. Ohne DieDesign waren wir mit der Bearbeitung eines Angebots in der Regel einen ganzen Tag beschäftigt. Heute benötigen wir für dieselbe Arbeit etwa eine Stunde.“ Da im Bereich Stanzen und Umformen die Anzahl der Anfragen erfahrungsgemäß sehr hoch liegt, höher als zum Beispiel im Bereich Kunststoffspritzgießen, kommen pro Monat schnell einige Tage Zeitgewinn zusammen. Bei Ernst Keller werden etwa 10 bis 15 Angebote pro Monat erstellt, etwa ein bis zwei der Anfragen werden zum Auftrag. Es gibt noch einen weiteren Aspekt: Kann im Angebot auf präzise Kalkulationszahlen dank präziser Tools verwiesen werden, steigen die Chancen, den Auftrag zu bekommen. Bei sicherheitsrelevanten Teilen, wie sie Ernst Keller fast ausnahmslos liefert, ist die Untersuchung der einzelnen Biegefolgen von großer Wichtigkeit. Die Cimatron-Lösung bietet hierfür komfortable Funktionen. Jede Biegestufe kann editiert und die Materialbeanspruchung in Augenschein genommen werden. Das wiederum mit FEM-Berechnungen analysierte Bauteil wird mit verschiedenen Farben unterlegt, je nach Art oder Grad der Beanspruchung. Auch die Materialdicken an den Problemstellen können in Zahlen ausgegeben werden. Der Konstrukteur sieht sofort, welche Abschnitte noch im grünen Bereich liegen oder wo Risse oder Falten zu erwarten sind. Kritische Bereiche lassen sich durch Veränderung der Biegefolgen schnell beseitigen. So kann am Bildschirm schon simuliert werden, wofür in früheren Tagen aufwändige Tests durchgeführt oder mehrere Prototypen gefertigt werden mussten. „Wenn wir heute Prototypen herstellen, dann geht es dank DieDesign viel schneller; Nacharbeiten am Bauteil erübrigen sich“, so Franke. Der allgemeine Trend, dass Simulationen den Aufwand für konventionelle Prototypen mehr und mehr reduzieren, ist auch hier erkennbar. Basis der im Hintergrund ablaufenden FEM-Berechnungen bildet eine integrierte Materialdatenbank mit allen für die Verformung wichtigen Kennzahlen der unterschiedlichsten Werkstoffe. Um neue Werkstoffe zu berücksichtigen, kann der Anwender diese Daten manuell ergänzen beziehungsweise modifizieren. „Das Streifenlayout aus der Angebotserstellung ist die halbe Miete für die spätere Werkzeugkonstruktion“, fährt Thorsten Franke fort. Mit dem bereits im Vorfeld erzeugten Streifen kann sofort gearbeitet werden. Weitere programminterne Automatismen sorgen dafür, dass auch die Schneidstempel auf Knopfdruck abgeleitet werden. Der Konstrukteur arbeitet dann nur noch gewisse Feinheiten manuell aus. Die so erstellten Stempel werden auf Wunsch in eine Bibliothek übernommen und sind für spätere Projekte abrufbereit. Ähnliches gilt für die kompletten Ober- und Unterteile der Werkzeuge oder für Normalien. Wie andere CAD-Produkte aus dem Hause Cimatron bietet auch DieDesign einen Zugriff auf die Kataloge sämtlicher Normalienhersteller. Daneben wurden Volumen- und Flächenmodellierung für die Konstruktion von Folgeverbundwerkzeugen optimiert. Das Resümee von Thorsten Franke über sein neues Tool: „Mit DieDesign hat sich die benötigte Konstruktionszeit für ein komplettes Folgeverbundwerkzeug im Bereich Volumenmodellierung etwa um die Hälfte reduziert.“

www.cimatron.de

www.keller-verbindungstechnik.de