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Konstruktionssoftware, Schleuderrad-StrahlanlagenDie strahlende Welt der ­Oberflächen

Damit Werkstücke eine dem Verwendungszweck entsprechende qualitativ hochwertige Oberfläche erhalten, kommen Strahlanlagen zum Einsatz. Sie rauen die Oberflächen auf, reinigen und befreien von Lack, Rost und Zunder. Ein weiteres Einsatzgebiet ist das Verfestigen von stark beanspruchten Werkstückoberflächen. Gegenüber dem bekannten Druckluft-Strahlverfahren erlaubt das Schleuderrad-Strahlverfahren eine besonders hohe Strahlkraft und hohen Teiledurchsatz. Das Herz einer derartigen Maschine ist die Turbine mit dem Schleuderrad. Mit Hilfe von Wurfschaufeln wird Strahlmittel wie etwa Stahlguss (rundes oder kantiges Material) mit einer Drehzahl von 3.000 Umdrehungen pro Minute auf die Oberfläche des Werkstücks geschleudert und entfaltet so seine Wirkung.

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Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (MW),: Die strahlende Welt der ­Oberflächen

Der Aufbau der Anlagen ist sehr unterschiedlich und richtet sich vor allem danach, wie das Werkstück durch die Maschine bewegt werden muss und die Strahltechnik sich optimal in den Betriebsprozess integrieren lässt.

Offen für alle Werkstücke

Ein Spezialist für Schleuderrad-Strahlanlagen ist das Unternehmen Agtos. Erst im Oktober 2001 von erfahrenen Mitarbeitern gegründet, expandiert Agtos derzeit stark und exportiert Strahlmaschinen mittlerweile bis nach China und Brasilien. Während die Produktion hauptsächlich im polnischen Konin erfolgt, finden Endmontage, Komplettierung und Vorabnahme des Kunden im Hauptsitz Emsdetten/Westfalen statt. Die Strategie von Agtos ist mutig. Man versteht sich als Experte für Sondermaschinen im Bereich Oberflächentechnik. Daher stehen sowohl Hänge- und Rollbahn-Strahlanlagen als auch Drehtisch-, Muldenband- sowie Diabolo- und Trommel-Strahlanlagen im Angebot der Westfalen. Jede dieser Schleuderrad-Strahlanlagen beinhaltet ein individuell zugeschnittenes Konzept: Sowohl der Transport der Werkstücke in der Anlage als auch die Strahlparameter, welche Art und Stärke der Hochleistungsturbinen beinhalten, richten sich stets nach den Wünschen der Kunden.

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Die mannigfaltigen Kunden- und Qualitätsanforderungen erfordern jedoch einen hohen Konstruktionsaufwand: Damit beispielsweise Teile leichter austauschbar sind und kein Materialverzug entsteht, bevorzugen die Ingenieure von Agtos so weit wie möglich Schraubkonstruktionen. Dies nimmt aber bei der CAD-Modellierung mehr Zeit in Anspruch. Oftmals besteht eine strikte Vorgabe darin, dass die Werkstücke von allen Seiten gleichmäßig bestrahlt werden. Hierzu setzen die Konstrukteure beispielsweise an einer Trommelwand schiefe Bleche zur Wendung des Werkstückes ein.

3D-Schnittstelle zum 2D-System

Die Verantwortlichen entschieden sich daher für den Einsatz eines 3D-CAD-Systems. Zur Auswahl standen Systeme wie Solidworks, Solid-Designer, Solid-Edge oder Unigraphics. „Den Ausschlag für Solidworks ergaben die leichte und schnell erlernbare Handhabung sowie Vorteile beim Engineering von Blechteilen“, berichtet Karl Wüller, Konstrukteur bei Agtos. Weiterhin war auch die gute Integration mit dem vorhandenen 2D-System ME10, das heute als One Space Designer Drafting vermarktet wird, entscheidend. Der Vertriebspartner von Solidworks und langjährige Dienstleister von Agtos, Worksline, führte zu diesem Zweck eine eigens entwickelte und selbst vermarktete Schnittstelle ein, die die reibungslose Übernahme sämtlicher ME10-Strukturen erlaubt.

Wie schnell Solidworks auch 3D-Neulingen Erfolge ermöglicht, stellte Wüller auf der Hannover-Messe 2000 unter Beweis: Nach nur drei Tagen Schulung konstruierte er bereits eine vollständige Schleuderradturbine und gewann damit einen vom Software-Hersteller ausgeschriebenen Wettbewerb. Besonders hebt er die Fähigkeiten bei der Konstruktion von Blechteilen hervor. „Das System macht auf viele Fehler aufmerksam: Beispielweise wenn ein zu kantender Schenkel bezogen auf die Stärke und den gewünschten Innenradius eines Bleches zu klein ist. Oder eine Bohrung zu nahe an einer Blechkante platziert ist. In beiden Fällen wäre keine saubere Kantung möglich“, so Wüller. Den K-Faktor und Innenradius kann er vorher bestimmen und erhält eine Darstellung mit entsprechenden Radien. Sowohl die Abwicklung als auch das abgekantete Blech sind als Modell weiter nutzbar.

Weiterhin sind in der 2D-Ableitung an beliebigen Stellen Schnittlinien festlegbar, deren Darstellungen das System automatisch erzeugt. Spätere Änderungen an diesen Modellen übernimmt das System sowohl in die Schnittdarstellungen als auch in andere 2D-Ansichten. Vor allem bei komplizierten Blechbaugruppen wie der Werkstücktrommel einer Trommelstrahlanlage (wo die Werkstückwendebleche innerhalb einer kegelförmigen Mantelfläche schräg im Raum liegen), spart Wüller bei der Konstruktion von Blechabwicklungen gegenüber dem aufwändigen Verfahren im 2D-CAD-Programm viel Zeit.

Auf die Schnelle in 2D

Dennoch betont er, dass sich einfachere Teile aus der Gewohnheit heraus immer noch schneller in 2D konstruieren lassen. Etwa 80 Prozent aller Modelle bei Agtos stammen denn noch immer aus ME10. Verhaltene Kritik bringt der 2D-Experte in diesem Moment an. Denn fast alle 3D-Systeme würden die alte 2D-Welt etwas vernachlässigen und beispielsweise Oberflächenangaben nicht immer entsprechend der üblichen 2D-Zeichnungsnormen darstellen. „Ich bin davon überzeugt, dass 2D noch einige Jahre eine sehr wichtige Rolle spielt“, so der Konstrukteur von Agtos.

Die Import-/Export-Schnittstellen von Solidworks nutzt Wüller jedoch nicht nur als Verbindung zum 2D-System sowie dessen integrierter Datenbank, sondern liest hiermit auch 3D-Modelle von Kunden beispielsweise im Step-Datenformat ein. Bisher gelang dies immer einwandfrei. Auf diese Weise führt er die Strahlbilduntersuchungen am gelieferten Werkstückmodell komfortabel im reinen 3D-Umfeld durch und gewährleistet so die gewünschten Strahlergebnisse. Überwiegend erhält Agtos von seinen Kunden Zeichnungen wie Hallenpläne, Layouts und Werkstücke zur Konzipierung von Strahlanlagen aber noch im 2D-Format.

Visualisierte ­Bewegungsabläufe

Vielfach setzt Agtos die Visualisierungs- und Kommunikationswerkzeuge von Solidworks - Animator, E-Drawings und Photoworks - ein. Solidworks Animator visualisiert Bewegungsabläufe der Maschinen und ermöglicht damit allen Beteiligten ein frühzeitiges und schnelles Verständnis von Funktionen oder Baugruppen wie etwa Schleuderradturbinen. Hierdurch lassen sich einerseits skeptische Einkäufer gezielter überzeugen, andererseits können – falls der Kunde mit der Produktvorschau nicht einverstanden ist – mögliche Fehlentwicklungen rechtzeitig abgebrochen werden.

Neben dem Vertrieb kommt der Animator aber auch in der Konstruktionskontrolle zum Einsatz: Dabei erkennt das Modul beispielsweise mögliche Kollisionspunkte der Werkstückklappe einer Muldenbandstrahlanlage, deren Verfahrweg nicht mit anderen Gehäuseteilen in Berührung kommen darf.

Das Kommunikationstool E-Drawings nutzt der Vertrieb von Agtos vielfach als Viewer für verschiedene 3D-Ansichten von CAD-Modellen. Die E-Drawings-Dateien lassen sich per E-Mail übermitteln und sind von Kunden oder externen Konstrukteuren einsehbar, ohne dass hierfür Lizenzen nötig sind. Vielfältige Innenansichten, Explosions- und Querschnittsdarstellungen vermitteln auch hier exakte Vorstellungen von Konstruktionsentwürfen und lassen sich zusätzlich mit Kommentaren versehen. Ulf Kapitza, Leiter Marketing und Service bei Agtos, schildert seine Erfahrungen: „Die Kunden verstehen mit Hilfe dieses Tools sehr leicht, dass ein bestimmtes Stecksystem in unseren Hochleistungsturbinen einen sehr leichten Austausch der Schaufeln ermöglicht und damit kein hoher Wartungsaufwand entsteht. Einige Kunden entschieden sich aufgrund dieser Tatsache für den Kauf unserer Maschinen“. Zudem nutzt Kapitza E-Drawings aber auch zur Darstellung der Ersatzteile etwa in Broschüren.

Agtos plant den Kauf weiterer Office-Lizenzen von Solidworks, so dass Ende 2004 vier bis fünf Arbeitsplätze mit dem 3D-System ausgerüstet sein sollen. Dann soll auch eine 3D-Datenbank unterstützend zum Einsatz kommen: Einerseits soll sie die Arbeit zwischen den einzelnen Konstrukteuren noch besser koordinieren, andererseits aber auch die Abstimmung mit dem Produktionswerk in Polen enger gestalten. Karl Wüller will hierfür die Einsatzmöglichkeiten von DB-Works, einer vollständig in Solidworks integrierbaren Datenbank, prüfen. Als CAD-Dienstleister würde wiederum Worksline für die Konfigurations- und Einführungsarbeiten zum Zuge kommen. Evaluiert werden soll auch der mögliche Einsatz von Solidworks-Simulationstools wie Cosmos-Works und Floworks, um die stark belasteten Bereiche in den verschiedenen Baugruppen besser zu erkennen und anschließend konstruktiv verbessern zu können.Stefan Graf

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