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Missler / Bewet NL: Durchgängig vom Teil bis zum Formwerkzeug
Datum: 01.07.2003
Kleine Formenbaubetriebe benötigen sehr leistungsfähige CAD-Systeme, wenn sie für ihre Kunden nicht nur Spritzgiesswerkzeuge konstruieren, sondern auch die zu fertigenden Teile entwickeln. Aber sie können sich keine sündhaft teure Software leisten. Die Firma Bewet im niederländischen Twello hat dieses Dilemma durch den Einsatz der Programme TopSolid und TopMold von MISSLER gelöst: "Eine High-End-Lösung zum Preis eines Midrange-Systems", wie Geschäftsführer Marcel Stuifzand betont.
Bewet-Geschäftsführer Marcel Stuifzand gehört zu den ersten Anwendern der TopSolid-Software in Holland. (Bild: Wendenburg)
Bewet ist ein Kleinbetrieb mit 5 Mitarbeitern, der im Kundenauftrag technische Kunststoffteile für Investitionsgüter entwickelt und fertigt. Die Firma, die 1979 vom Vater des Firmenchefs gegründet wurde, behauptet sich seit über 20 Jahren erfolgreich auf dem holländischen Markt, indem sie ihren Kunden die gesamte Prozesskette von der Teileentwicklung über den Formen- und Werkzeugbau bis zur Serienfertigung anbietet. Auf den computergesteuerten Spritzgussmaschinen mit Spritzdrücken von 22 bis 100 Tonnen werden jedes Jahr über eine Million Teile hergestellt.
Eingebaut werden die Kunststoffteile in so unterschiedlichen Geräten wie Druckern, Heizungen oder Ventilen. Wichtige Kunden der Firma sind namhafte Fabrikanten von Heißluftsystemen, Zentralheizungen, Haus- und Sanitärtechnik in Holland. Bewet arbeitet zwar hauptsächlich für heimische Unternehmen, hat aber auch einige Kunden in Deutschland und Dänemark. Kundenzufriedenheit hat für Stuifzand Vorrang vor anderen Geschäftszielen, auch wenn die Firma in den nächsten zwei Jahren Umsatz und Gewinn steigern möchte, um eine weitere Fertigungshalle bauen zu können.
"Seit wir TopSolid im Einsatz haben, geben uns die Kunden verstärkt Entwicklungsaufträge", sagt Marcel Stuifzand. Bewet erhält von ihnen oft nur noch ein Lastenheft und eine grobe Zeichnung, wie das Teil aussehen könnte, oder ein 3D-Modell des Bauraumes, in den das Teil eingepasst werden muss. Ausgehend davon wird das zu fertigende Teil entworfen, wobei die Fertigungsaspekte gleich in die Entwicklung einfliessen. "Oft schlagen wir Konstruktionsänderungen vor, um das Teil einfacher und kostengünstiger spritzen zu können", erläutert Stuifzand. "Die Kunden entwickeln nämlich nicht immer kunststoffgerecht."
Alles aus einer Hand
Die durchgängige Prozesskette von der Entwicklung bis zur Serienfertigung ist eine grosse Herausforderung für den Fünf-Mann-Betrieb: "Wenn wir kein gutes Produkt entwickeln, bekommen wir auch keinen Auftrag für die Fertigung", sagt Marcel Stuifzand. "Deshalb benötigen wir ein breites Know-how über Produkte, Werkzeuge und die zu verarbeitenden Materialien und wir müssen genau wissen, was wir technisch und personell leisten können und was nicht."
Die intelligenten Bibliotheken ermöglichen die rasche Konstruktion komplexer Spritzgußformen. (Bild: Bewet)
Bewet bietet seinen Kunden zwar alles aus einer Hand, macht aber nicht alles selber. Das 3D-Fräsen oder Senkerodieren von komplexen Formeinsätzen vergibt man normalerweise an spezialisierte Formenbauer, die über entsprechende CNC-Maschinen verfügen. "Sonst müssten wir teure Maschinen anschaffen, die sich nur rentieren, wenn sie rund um die Uhr laufen", erklärt Marcel Stuifzand. Die Unterlieferanten erhalten von Bewet die 3D-Geometrien der zu fräsenden Formeinsätze und manchmal auch die 3D-Modelle der Elektroden für die Funkenerosion. Die Teile, die Bewet entwickelt und fertigt, sehen auf den ersten Blick recht einfach aus, stellen aber oft sehr hohe Anforderungen an das Formwerkzeug. Bewet hat viel Erfahrung bei der Herstellung von Schraubverschlüssen und zu diesem Zweck bereits vor neun Jahren ein eigenes Konzept für den Aufbau eines Klappkerns entwickelt, das eine schnelle Entformung des gespritzten Teils ermöglicht – lange bevor Normalien-Hersteller wie Hasco eine vergleichbare Lösung anboten. Der Kern besteht aus 5 beweglichen Teilen, von denen drei beim Öffnen des Werkzeugs zurückgezogen und die seitlichen Elemente nach innen gedrückt werden. "Dadurch kommen wir mit einer geringeren Werkzeugtiefe aus", erläutert Marcel Stuifzand.
Ablösung eines 3D-Systems
Seit vier Jahren konstruiert Bewet thermoplastische Teile und die dazugehörigen Spritzgiesswerkzeuge mit den Softwareprogrammen TopSolid und TopMold von MISSLER. Damit gehört die Firma zu den ersten Anwendern der französischen Software in Holland. Das parametrisch-assoziatische CAD-System ist in Twello auf einem PC-Arbeitsplatz unter dem Betriebssystem Windows 2000 installiert, der mit einer leistungsfähigen Grafikkarte und einem 256 MByte-Hauptspeicher mit einer Taktrate von 1,4 GHertz ausgestattet ist. Ausserdem nutzt Marcel Stuifzand sie auf seinem Laptop für "Hausaufgaben".
Mit der Einführung von TopSolid betrat Bewet kein 3D-Neuland, sondern ersetzte ein bestehendes 3D-System. Ausgelöst wurde der Systemwechsel dadurch, dass der Systemlieferant von Bewet auf die MISSLER-Software umsattelte, wodurch der Support für das Altsystem nicht mehr gewährleistet war. Für den Umstieg sprachen aber auch funktionale Gründe: "Dank der Assoziativität bietet TopSolid eine wesentlich bessere Durchgängigkeit zwischen Produkt, Form und Zeichnung als unser früheres System", sagt Marcel Stuifzand. "Wir haben die Software auch mit anderen Systemen wie SolidWorks verglichen, die aber damals noch kein so leistungsfähiges Formenbau-Modul hatten."
Um künftig alle Werkzeugkomponenten im Haus fertigen zu können, will Bewet auch die CAM-Software TopCAM einführen. (Bild: Wendenburg)
TopMold ist eine integrierte CAD/CAM-Lösung für den Formanbau, die alle Prozessschritte von der Formerstellung bis zur Fertigung abdeckt. Sie basiert auf dem kombinierten Flächen- und Volumenmodellierer TopSolid und ist vollständig mit dem Bearbeitungsmodul TopCAM integriert. Das Programm berechnet automatisch die Schwindung des Modells, optimiert seine Lage in der Form, berechnet die Trennlinien und erkennt die nicht entformbaren Bereiche. Ausserdem unterstützt es den Anwender bei der Definition von Schiebern und Schieberführungen. Parametrisierte Bibliotheken mit den Normalien von führenden Herstellern wie Hasco, DME, Meusburger oder Strack ermöglichen einen weitgehend automatischen Aufbau der Formwerkzeuge.
Zuverlässiger Support-Partner
Guter Support ist für einen Kleinbetrieb ebenso wichtig wie gute Software, denn er hat normalerweise keinen eigenen Systembetreuer. In der Firma BEMET aus Veenendaal, die vor einem Jahr den damaligen MISSLER-Distributor CAD/CAM Partner übernahm, hat Bewet einen zuverlässigen und kompetenten Partner gefunden. BEMET vertreibt nicht nur die CAD/CAM-Lösungen von MISSLER und Delcam, sondern hat auch ein eigenes ERP-System entwickelt, das bei vielen kleinen und mittelständischen Unternehmen in Holland und Belgien eingesetzt wird. Vier der 20 Mitarbeiter kümmern sich um die TopSolid-Anwender, darunter auch grössere Kunden wie Tooling Holland.
Obwohl Marcel Stuifzand bereits 3D-Erfahrung hatte, bedeutete der Umstieg auf das neue System ein Umdenken, denn er musste sich mit der parametrischen Konstruktionsweise vertraut machen: "Man muss sich mehr Gedanken über die Vorgehensweise machen und die Abhängigkeiten von vorneherein berücksichtigen, um sich nicht bei Änderungen einzuschränken. Das gilt vor allem für den Aufbau der Formwerkzeuge, bei dem man eine bestimmte Reihenfolge einhalten sollte. Wenn man zuerst die Kavitäten und Kerne erzeugt und dann die Platte ändern will, kann es Probleme geben. Deshalb ist es besser, vor der Definition der Form das komplette Werkzeug aufzubauen." Größere Änderungen werden durch die Parametrik eingeschränkt. Das gilt weniger für das Teil an sich, als für die davon abhängige Kerne, Kavitäten, Bohrungen und Schrauben des Werkzeugs. "Ich kann zwar ein ähnliches Teil durch parametrische Änderungen einer bestehenden Geometrie erzeugen, aber die dazugehörige Form und der Werkzeugaufbau lassen sich nicht einfach anpassen", sagt Marcel Stuifzand. "Man muss wissen, dass es manchmal leichter ist, etwas komplett neu aufzubauen, als es zu ändern." Dank der parametrischen Beziehungen lassen sich die Werkzeugaufbauten sehr schnell neu erzeugen, wenn man mal den falschen Weg eingeschlagen hat. Ausserdem ist es möglich, die Reihenfolge bestimmter Bearbeitungsschritte durch direkte Eingriffe in der Baumstruktur der Konstruktionshistorie zu verändern. "Die neue Version bietet noch bessere Möglichkeiten, in die Struktur hineinzuschauen und festzustellen, wo man beim Modellaufbau einen Fehler gemacht hat", sagt Stuifzand.
Formwerkzeug auf Knopfdruck
Zu den wesentlichen Stärken der MISSLER-Software gehört laut Stuifzand die enge Integration zwischen TopMold und dem TopSolid, die es ermöglicht, die Bauteilegeometrie direkt in das Formenbaupaket zu laden und weiterzubearbeiten, ohne dass der Bezug zu der Ursprungsgeometrie verloren geht. In der Version 6.5 wird das Modell bei der Übernahme automatisch um den Schrumpffaktor des ausgewählten Materials vergrössert – eine Neuerung, die unter anderem von Stuifzand angeregt wurde. Er ist sehr zufrieden mit dem Feedback der französischen Softwareentwickler auf solche Kundenanforderungen, die über den Distributor an den Hersteller weitergeleitet werden.
TopMold unterstützt den Werkzeugaufbau durch eine Vielzahl von Automatismen, so dass sich der Anwender auf die eigentliche Form konzentrieren kann. "Wenn ich mit Formblöcken arbeite, definiert das System automatisch die Trennlinie und prüft die Formhälften auf mögliche Hinterschnitte", erläutert Marcel Stuifzand. Ausgehend von den Massen der Formblöcke bzw. der ausgewählten Platten wird praktisch auf Knopfdruck das passende Werkzeug aus den entsprechenden Normalien aufgebaut.
Bewet arbeitet hauptsächlich mit Hasco-Normalien, die vollständig in TopMold integriert sind. Die Bibliothek ist voll parametrisch, das heisst der Aufbau passt sich automatisch an, wenn zum Beispiel die Plattengrösse oder -dicke verändert wird. Auch die Kühlkreisläufe lassen sich sehr schnell definieren und auf mögliche Kollisionen mit anderen Bauteilen checken. TopMold enthält eine reichhaltige 3D-Bibliothek mit spezifischen Normteilen wie Anschlüsse, Stopfen oder Dichtungen, die sich direkt in den Kühlkreislauf einfügen lassen.
Schneller zur Zeichnung
Von den 3D-Modellen kann man schnell und einfach die 2D-Zeichnungen ableiten, wie Stuifzand betont. Für die Fertigung der Spritzgiesswerkzeuge sind nach wie vor vollständige vermasste Zeichnungen erforderlich, weil die Prozesskette nicht ganz geschlossen ist. Viele Bearbeitungsschritte werden noch direkt an der Maschine programmiert. "Wir arbeiten noch nicht mit dem CAM-Modul von TopSolid, obwohl die Software sehr gut ist, weil wir dafür erst eine neue CNC-Fräsmaschine anschaffen müssen", sagt Marcel Stuifzand. "Wir haben aber ein einfaches CAM-Programm, mit dem wir kleinere 3D-Teile bearbeiten können. Auch die Bohrbearbeitung wird NC-programmiert, so dass wir dafür in der Zeichnung nur noch die Mess- und Prüfmasse benötigen."
Auf Anregung von Marcel Stuifzand ist der Umgang mit Zeichnungen in der neuen TopSolid-Version dahingehend verbessert worden, dass alle Zeichnungen eines Werkzeugs in einer Datei zusammengeführt werden können. Der Anwender kann dadurch auf einen Blick prüfen, ob die Teile zusammenpassen, ohne zwischen verschiedenen Zeichnungsfenstern hin- und herspringen zu müssen. Stuifzand erklärt, warum diese Möglichkeit von Vorteil ist: "Natürlich checke ich Bauteilkollisionen am 3D-Modell, aber ich muss ja auch prüfen, ob die Radien und Toleranzen stimmen. Diese Informationen sind am 3D-Modell nicht so direkt zugänglich. Die 2D-Zeichnung erzählt mir ausserdem mehr über die Materialien, die Teilenummern der Normalien etc." Einer der Verbesserungswünsche von Marcel Stuifzand ist denn auch die Möglichkeit, alle relevanten Informationen zu den Bauteilen schon am 3D-Modell abrufen zu können. Das gilt insbesondere für die Teilenummern von Fremdkomponenten wie Zylindern oder Schaltern in Katalogteil-Bibliotheken, um diese Teile gegebenenfalls sofort bestellen zu können. "Man kann zwar die Stückliste erzeugen, aber auch dort taucht bei vielen Bibliotheksteilen nicht die Teilenummer auf", sagt Stuifzand. "Das ist aber eigentlich kein Problem von MISSLER, denn bei den Hasco-Normalien funktioniert es einwandfrei."
Abstimmung mit den Kunden
Zeichnungen werden aber nicht nur für die Fertigung benötigt, sondern bilden auch die Grundlage für die Freigabe der entwickelten Kunststoffteile durch den Kunden. Wenn ein Teil nicht passt, muss Bewet schliesslich nachweisen können, dass die Masse und Toleranzen den vereinbarten Werten entsprechen. Deshalb bekommt der Kunde immer auch eine vollständig vermasste Zeichnung geschickt. Für den Abstimmungsprozess werden neben 2D-Zeichnungen jedoch in zunehmendem Masse 3D-Modelle genutzt, die sich mit Hilfe der leistungsfähigen Rendering-Funktionen in TopSolid sehr anschaulich visualisieren lassen. "Die 3D-Ansichten erleichtern insbesondere die Kommunikation mit Nicht-Technikern, die auf einen Blick erkennen können, worauf es bei dem Produkt ankommt", erläutert Stuifzand. Bewet verschickt die Modelldaten bislang im VDA- oder STEP-Format, aber auch als STL-File – das heisst, die Kunden benötigten für die Visualisierung ein eigenes 3D-System. "In der neuen Version gibt es jetzt das Programm TopView, das ich dem Kunden schicken oder zum Download bereitstellen kann, so dass er die Top-Geometrien direkt visualisieren und auch Masse nehmen kann", erläutert Stuifzand. "Das ist ein erster Schritt auf dem Weg zur webgestützten Zusammenarbeit, der hoffentlich weiter ausgebaut wird." Die STL-Dateien werden ausserdem genutzt, um von den Produktmodellen mit Hilfe der Stereolithografie oder anderer RPD-Verfahren schnell Muster- und Prototypenteile herstellen zu lassen. Dazu werden die Daten normalerweise an einen externen Dienstleister geschickt. "Unsere Kunden sind davon begeistert, denn es ist schneller und kostet wesentlich weniger, als die Teile zu fräsen", sagt Marcel Stuifzand. "Und man kann an den STL-Teilen fast alles testen, was getestet werden muss. Sie halten ähnlichen Belastungen stand wie nachher die Serienteile." Zeiteinsparung von 40 Prozent
Um Schraubverschlüsse beim Spritzgießen möglichst schnell entformen zu können, hat man ein eigenes Konzept für den Aufbau eines Klappkerns entwickelt. (Bilder: Bewet)
Der Einsatz der MISSLER-Software hat den Prozess der Teileentwicklung und der Werkzeugkonstruktion bei Bewet um mindestens 40 Prozent verkürzt. "Während wir früher vier Wochen benötigten, um ein komplexes Teil und das dazugehörige Werkzeug zu konstruieren, sind es heute maximal zweieinhalb Wochen", versichert Stuifzand. "Und wir können viel komplexere Teile und Formwerkzeuge machen und sind dadurch wettbewerbsfähiger als früher. Ausserdem haben wir unsere Kosten besser unter Kontrolle, weil wir sicher sein können, dass alles passt, wenn die Zeichnung fertig ist." Der Flaschenhals ist die eigentliche Werkzeugherstellung, die immer noch vier Wochen Zeit in Anspruch nimmt. Um auch diesen Prozess zu verkürzen, denkt Marcel Stuifzand inzwischen darüber nach, die eigene CAM-Prozesskette auszubauen.