Mit TopSolid auf Biegen ohne Brechen

Datum: 27.09.2004

"Ein Rohr ist eigentlich etwas ganz Einfaches, es wird durch Mittellinie und Radius vollständig bestimmt", sagt Matthias Martin, Geschäftsführer der Martin GmbH in Neukirchen. Allerdings krümmen sich gerade Auspuffrohre frei im Raum, weil die Bauräume unter den Fahrzeugen immer enger werden. Entsprechend komplex sind die Biegewerkzeuge und Vorrichtungen, die Martins Mitarbeiter mit TopSolid konstruieren und fräsen. Die Missler-Software ist schneller und zuverlässiger als die beiden Vorgängersysteme.

Im Jahr 1965 vom Vater des jetzigen Inhabers als Installationsfirma gegründet, hat sich die Martin GmbH seit Ende der 80er Jahre auf die Herstellung von Werkzeugen, Vorrichtungen und Sondermaschinen für die Rohrverformung und -bearbeitung spezialisiert. Die Firma versteht sich als Systemlieferant für alle Bearbeitungsschritte der Prozesskette. Ihr Fertigungsprogramm umfasst Werkzeuge für das Rohrbiegen und die Rohrendenbearbeitung, Präge- und Verpresswerkzeuge, Schweiß- und Sägevorrichtungen, Biegelehren sowie Loch- und Stanzmaschinen für Rohre und Bleche und andere Sondermaschinen. "Wir liefern unseren Kunden sämtliche Betriebsmittel für die Rohrbearbeitung und übernehmen auf Wunsch auch die Teilefertigung", erläutert Matthias Martin.

Zu den wichtigsten Kunden des saarländischen Familienbetriebs gehören die weltweit tätigen Hersteller von Auspuffanlagen und Schalldämpfern – Automobilzulieferer wie Tenneco Automotive, Arwin Meritor oder die Firma Eberspächer, die in unmittelbarer Nachbarschaft eine Fertigungsstätte unterhält. Aber auch namhafte Hersteller von Haushalts- und Gartengeräten sowie Unternehmen aus den Branchen Klima-, Kälte- und Medizintechnik lassen in Neunkirchen ihre Werkzeuge entwickeln und fertigen.

Die Firma Martin ist in den letzten Jahren sehr dynamisch gewachsen. Derzeit beschäftigt sie 34 Mitarbeiter und erwirtschaftet einen Jahresumsatz von rund drei Millionen Mark, davon etwa 15 Prozent im Export. Ziel ist es, diesen Anteil weiter zu steigert, wie Matthias Martin sagt. "Schnelligkeit und Flexibilität sind Grundlage unseres geschäftlichen Erfolgs, denn sie garantieren zufriedene Kunden. Aber auch der Preis muss stimmen, denn im internationalen Geschäft herrscht ein hoher Kostendruck. Deshalb müssen wir unsere Produktivität durch den Einsatz von leistungsfähigen CAD/CAM-Systemen und Maschinen kontinuierlich steigern."

Die zu bearbeitenden Bauteile nehmen seit einigen Jahren immer komplexere Formen an, was sich natürlich auch auf die Werkzeuge und Vorrichtungen auswirkt. Auspuffblenden sind heute bei vielen Fahrzeugen keine runden, gerade abgesägten Rohre mehr, sondern ovale oder rautenförmige Gebilde, die zur Fahrzeugachse verdreht stehen und deshalb verformt und abgeschrägt werden müssen. "Ein Quantensprung in der Automobilentwicklung war auch der Übergang von Gussteilen zu gebogenen Krümmern, die mit Flanschen verpresst und verschweißt werden", erläutert Dipl.-Ing. Peter Jung die steigenden Anforderungen an die Konstruktion.

Über 14 Jahre 3D-Erfahrung

Um komplex geformte Rohre bei Drehungen im Raum überhaupt darstellen zu können, konstruiert die Firma ihre Werkzeuge und Vorrichtungen schon seit Anfang der 90er Jahre durchgängig in 3D. Sowohl die ursprünglich eingesetzte Solution 3000-Software, als auch das 1996 eingeführte Nachfolgesystem von Intergraph wurden jedoch nicht weiterentwickelt, so dass man sich vor zwei Jahren wieder eine neue Lösung suchen musste. Die Wahl fiel auf TopSolid. Die parametrische 3D-Software von Missler überzeugte nicht nur durch ihre gut integrierten CAD- und CAM-Funktionen und ihre einfache Bedienerführung, sondern versprach auch ein hohes Maß an Investitionssicherheit. "Ein weiterer Vorteil war die Nähe des Support durch Missler-Vertriebspartner WeSt", sagt Martin.

Eine wesentliche Anforderung an das neue System war die schnelle Ableitung von 2D-Ansichten, denn Einzelteil- und Zusammenbauzeichnungen sind für Arbeitsvorbereitung und Werkzeugbau nach wie vor unverzichtbare Arbeitsunterlagen. "Die Teile bei uns kommen aus dem Stahllager und müssen erst einmal vorbereitet werden. Bevor wir ein Teil 3D-fräsen können, haben wir meist schon 20 bis 30 Stunden Bearbeitungszeit investiert", erläutert Jung. Die Anwender bei Martin stellten dabei besondere Ansprüche an die Assoziativität zwischen Modell und Ansicht, denn sie wollten in der 2D-Zeichnung auf die 3D-Koordinaten von bestimmten Punkten zugreifen können, um damit beispielsweise die Messmaschine füttern zu können. "Wir haben den Beweis erbracht, dass das mit TopSolid geht", sagt Konstrukteur Alois Maus.

Werkstattnahe Programmierung

Das neue 3D-CAD/CAM-System ist bei Martin derzeit auf drei PC-Arbeitsplätzen unter dem Betriebssystem Windows installiert. Neben dem CAD-Grundpaket umfasst die Software-Konfiguration zwei Lizenzen des CAM-Moduls für die spanende Bearbeitung mit zwei bis fünf Achsen und eine Lizenz des Modul TopSolid'Wire für die Programmierung der Drahterodiermaschinen, mit denen unter anderem die Werkzeugplatten zugeschnitten werden. Zwei weitere Arbeitsplätze, die ausschließlich für die CAM-Programmierung genutzt werden sollen, stehen zur Installation bereit.

Derzeit erzeugen die Konstrukteure auf ihren CAD-Arbeitsplätzen die NC-Programme für das 3D-Fräsen von Freiformflächen, während 2D-Operationen wie das Bohren oder Ausräumen von Taschen anhand der Zeichnung direkt an der Maschine programmiert werden. Das hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass die drei Anwender in der Konstruktion so stark ausgelastet sind, dass Martin heute schon einen Teil der konstruktiven Arbeiten an externe Ingenieurbüros vergeben muss.

"Wir wollen CAD und CAM deshalb künftig stärker trennen und zwei Mitarbeiter aus der Werkstatt zu CAM-Programmierern weiterbilden, damit sich die Konstrukteure stärker auf ihre wesentlichen Aufgaben konstruieren können", sagt Matthias Martin. "Die CNC-Maschinen ermöglichen heute eine so umfassende Bearbeitung, dass die Laufzeiten im Vergleich zu den Rüstzeiten immer länger werden. Durch die werkstattnahe NC-Programmierung können wir diese Wartezeiten produktiver nutzen und noch mehr Bearbeitungsschritte am CAM-System programmieren, um auch unsere Maschinen besser auszulasten."

Einarbeitung in die Parametrik

Obwohl die Konstrukteure bei Martin langjährige 3D-Erfahrung hatten, brauchten sie einige Monate, bis sie das neue Werkzeug voll beherrschten. "Die Bedienung des Systems zu erlernen ging zwar sehr schnell", sagt Alois Maus, "aber wie sich die parametrische Konstruktion in der Praxis auswirkt, versteht man nicht nach ein paar Tagen Schulung. Man muss sehr genau darauf achten, dass man bei der Verknüpfung von Bauteilen nicht irgendwo eine Abhängigkeit schafft, die zu ungewollten Änderungen führt, wenn ich einen Parameter modifiziere." Nach Meinung der Anwender sollten die Schulungen deshalb etwas länger sein und stärker auf die Methodik eingehen.

Dessen ungeachtet ist TopSolid komfortabler zu bedienen als andere parametrische Systeme, wie Konstrukteur Frank Mutter versichert. Mutter arbeitet erst seit drei Monaten bei Martin und hat vorher mit Catia und Pro/Engineer Erfahrung gesammelt. "In TopSolid findet man schneller den Einstieg, weil man sehr einfach Volumenmodelle erzeugen kann und auch der Umgang mit den Abhängigkeiten wesentlich übersichtlicher ist." Allerdings vermisst er wie auch seine Kollegen ein aktuelles deutsches Handbuch mit praktischen Beispielen für die Anwendung der einzelnen Funktionen, zumal die Online-Hilfe nur in englischer Sprache verfügbar ist. "Hier sind noch einige Hausaufgaben zu erledigen."

Der Wesentliche Vorteil der Parametrik ist die Schnelligkeit, mit der die Werkzeuge und Vorrichtungen bei Änderungen angepasst werden können. "Wenn ich zum Beispiel eine Prüflehre für ein 55er Rohr habe und den Rohrdurchmesser vergrößern muss, brauche ich nur ein Maß zu ändern und die an dem Rohr hängende Geometrie passt sich automatisch an", erläutert Jung. Schwieriger wird es natürlich, wenn sich die Stellung bzw. die Radien des Rohrs ändern. Die Auswirkungen von Winkeländerungen parametrisch zu steuern, wäre sehr aufwendig. In diesen Fällen ist es dann schneller, die Lehre neu aufzubauen.

Wiederverwendung der Werkzeuge

Bei der Modellierung der Werkzeuge und Vorrichtungen versuchen die Konstrukteure, gleich die zu erwartenden Änderungen zu berücksichtigen. Dadurch können die Modelle der Biegeschablonen, Spannbacken und anderer Werkzeugkomponenten bei ähnlichen Bauteilen wieder verwendet werden, was den Konstruktionsprozess enorm beschleunigt. "Ich kopiere einfach ein vorhandenes Werkzeug, mache die Abzüge des ursprünglichen Bauteils rückgängig, lade die neue Rohrgeometrie ein und ziehe sie wieder ab", erläutert Alois Maus. Wenn an bestimmten Komponenten unvorhergesehene Änderungen erforderlich sind, wird ein neues Modell aufgebaut, das dann in künftigen Werkzeugen noch vielseitiger einsetzbar ist. So findet eine kontinuierliche Optimierung der Werkzeugmodelle statt.

Grundlage für den Aufbau der Werkzeuge und Vorrichtungen sind die CAD-Daten des Kunden, die häufig aus Catia stammen und entweder im Originalformat oder in einem neutralen Format wie STEP oder IGES in TopSolid importiert werden. Die Missler-Software verfügt über eine bidirektionale Catia-Schnittstelle, die natürlich nur dann gute Ergebnisse liefert, wenn die Ausgangsdaten in der erforderlichen Genauigkeit und Qualität vorliegen. Das ist erfahrungsgemäß nicht immer der Fall: Vielfach müssen die Flächenmodelle erst repariert werden, bevor sie in Volumenkörper umgewandelt werden können, wie Mutter erläutert.

Um die Werkzeuge für die einzelnen Bearbeitungsschritte konzipieren zu können, benötigen die Werkzeugkonstrukteure aber auch Informationen über die Fertigungsabläufe beim Kunden und die verfügbaren Maschinen, wie Peter Jung erläutert: "Im Idealfall gibt es ein Lastenheft mit klar definierten Abläufen, aber oft bekommen wir vom Kunden auch nur die Geometrie und müssen ihn bei der Festlegung der optimalen Bearbeitungsfolge unterstützen. Oder wir müssen seine Vorgaben ändern, weil sich das Rohr so nicht bearbeiten lässt. Je nach Kundenanforderungen sind für die Komplettbearbeitung eines Rohres zwischen fünf und acht Werkzeuge und Vorrichtungen erforderlich.

Schnellere CAM-Programmierung

Die Assoziativität zwischen CAD und CAM bietet grundsätzlich die Möglichkeit, die einmal erzeugten CAM-Programme bei Änderungen an der Werkzeuggeometrie auf Knopfdruck zu aktualisieren und für ein neues Werkzeug wieder zu verwenden. Das funktioniert aber nur, wenn die Bauteilgeometrie über die Eingabe von Parametern geändert werden kann. "Wenn das Bauteil neu eingeladen werden muss, geht die assoziative Beziehung zum CAM-Programm natürlich verloren, weil das Ausgangsmodell ja nicht parametrisch ist“, erläutert Maus. "Dann muss das Programm neu erzeugt werden.“

CAM-Programme zu erzeugen, ist mit TopSolid'Cam aber längst nicht mehr so kompliziert und zeitaufwendig wie mit den alten Systemen. "Irgendwann waren die Anwender an der Maschine schneller, als wir mit der Berechnung der Fräsprogramme. Dadurch konnten wir den Leistungsumfang der Maschinen gar nicht mehr ausschöpfen", erinnert sich Jung. "Wir sind früher oft mit großen Schruppfräsern und geringem Vorschub tief ins Material rein gefahren. Heute setzen wir Eckradiusfräser mit Wendeplatten ein, die das Material mit hoher Geschwindigkeit und geringer Schnitttiefe in konstanten Schichten abtragen."

Das neue CAM-System bietet eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsstrategien und unterstützt den Anwender auch durch Automatismen bei der Erstellung der Fräsprogramme. Dadurch haben sich Programmierzeiten deutlich verkürzt, was für einen Werkzeugbauer wie Martin eine ganz wichtige Rolle für spielt, weil die Teile ja in der Regel nur einmal gefertigt werden. Zu den besonderen Stärken der Software gehören ihre leistungsfähigen Simulationsfunktionen, wie Maus betont: "Viele Teile werden bei uns über nach gefräst. Deshalb müssen wir sicher sein, dass das Programm absolut zuverlässig funktioniert."

Die bessere Qualität der CAM-Programme lässt sich unter anderem daran ablesen, dass sich die Fertigungszeiten bei der Firma Martin verkürzt haben, wie Matthias Martin sagt. Genau quantifizieren lassen sich die Einsparungen aber nicht, weil die Werkzeuge nie gleich und in den letzten Jahren außerdem immer komplexer geworden sind. In der Konstruktion und CAM-Programmierung machen sich die Zeitvorteile erst jetzt so richtig bemerkbar, nachdem die Anwender bei neuen Projekten auf eine wachsende Zahl von vorhandenen Werkzeugen und Baugruppen zurückgreifen können. "Durch den Einsatz von TopSolid sind wir insgesamt produktiver geworden und können dadurch dem Kostendruck in unserem Geschäft besser standhalten", ist Martin überzeugt.

Autor: Michael Wendenburg Quelle: BG:Concept