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EMO 2017Hyfra: Intelligente Prozesskühlung für Laser- und Werkzeugindustrie

Hyfra-Kühler mit FleXX-Technologie

Hyfra, Hersteller für industrielle Kühlanlagen, präsentiert seine neue FleXX-Technologie auf der EMO 2017 in Hannover. Auf der jährlichen Messe der Metallbauer im September wird die SPS-gesteuerte FleXX-Technologie erstmals in praktischer Anwendung vorgestellt.

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Simulation MassivumformungSimulation statt Bauchgefühl

Bei der Auslegung von Zieh- und Umformwerkzeugen gehen die Konstrukteure heute bis an die umformtechnischen Grenzen – der Nachbearbeitungsaufwand der Werkzeuge ist entsprechend hoch. Wie es dem auf Blechumformung spezialisierten Ingenieurbüro Makoplan mit dem Simulationssystem Stampack gelingt, die Fehlerquote zu reduzieren und Zeit und Kosten zu sparen, beschreibt Chefredakteur Hajo Stotz.

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Simulation Massivumformung: Simulation statt Bauchgefühl

Was sich aus harmlosen Feierabendbeschäftigungen alles entwickeln kann. Zum Beispiel ein florierendes Ingenieurbüro mit 10 Mitarbeitern, spezialisiert auf anspruchsvolle Konstruktionsaufgaben im Bereich Stanz- und Umformtechnik.

Das Handwerk als Werkzeug-Konstrukteur lernte Ralf Schneider Ende der 80er Jahre bei dem Autositz-Hersteller Keiper-Recaro. „Etliche von dessen kleineren Lieferanten hatten keine eigenen Konstrukteure, und so wurde ich gefragt, ob ich nach Feierabend nicht noch ein paar kleinere Vorrichtungen und Werkzeuge konstruieren könnte“, erinnert sich Schneider. „Daraus wurden dann neun, zehn Stunden in der Firma und dann noch mal das gleiche abends daheim. Und irgendwann steht man vor der Entscheidung, entweder das eine oder das andere.“ 1995 war dann der Punkt erreicht. Mit 29 Jahren gründete Ralf Schneider das Konstruktionsbüro Makoplan im rheinhessischen Jugenheim.

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Die Kunden von Makoplan kommen zum größten Teil aus dem Automobil- und –zulieferbereich. „Unser Spezialgebiet ist alles, was mit Umformtechnik von dickeren Materialien (>2,0mm) zu tun hat“, so Blechspezialist Schneider. „Inzwischen haben wir aber auch bei dünneren Blechen (0,5-2,0mm) einiges an Erfahrung vorzuweisen.“

Makoplan konstruiert nicht nur Stanz- und Umformwerkzeuge, sondern auch die damit verbundenen Schweiß- und Montagevorrichtungen, wenn der Kunde das wünscht. Zum Beispiel komplexe, werkzeugintegrierte Transfers mit Teiledrehen und Platinensortierer. „Allein durch eine optimierte Platinenschachtelung haben wir einem Kunden gegenüber dem nächsten Anbieter 65.000 Euro Materialersparnis eingebracht. Der Prozess fährt nun vollautomatisiert über Linearachsen mit 18 Hub pro Minute. Mit solchen Lösungen können wir uns gegenüber dem Wettbewerb immer wieder abheben.“

Doch ob ein Umformprozess wie geplant funktioniert oder nicht, hängt oft von Nuancen ab, die der Konstrukteur schwer voraussehen kann. Schneider macht es anhand eines Beispiels deutlich: „Beim klassischen Fertigen von Kragenzügen wird immer, wenn möglich, gegen die Vorlochrichtung gezogen. Das haben wir zehn Jahre lang so gemacht, bis bei einem Projekt die Kragen ständig aufgerissen sind. Nach zahllosen Versuchen drehten wir das Teil, entgegen jeder Theorie, und zogen in Vorlochrichtung durch - und der Kragen hielt. Oft sind es nur geringfügige Veränderungen, die beim Probieren zu besseren Resultaten führen.“

Dass solche scheinbaren Nebensächlichkeiten eine Rolle spielen, hängt auch damit zusammen, dass die Aufträge, die bei Makoplan landen, nicht die einfachsten der auftraggebenden Firmen sind – im Gegenteil: Bei der Umformung wird oft hart an die Grenze dessen gegangen, was die Festigkeit und Dehnfähigkeit des Materials hergibt.

Materialien werden immer schwieriger

Eine der größten Herausforderung für den Konstrukteur sieht Schneider dabei in der zunehmenden Variantenvielfalt der Werkstoffe: „Früher konnte man ein gängiges S-420 oder S-360-Blech, gleichgültig ob das zwei, vier oder acht Millimeter dick war, auf Grund der Erfahrung relativ gut einschätzen. Heute bekommen wir jeden Tag einen anderen Werkstoff auf den Tisch. Ob der dann dünn oder dick ist, ob mit oder ohne Datenblatt - wenn man noch keine praktische Erfahrung mit ihm gesammelt hat, ist das auch für den besten Konstrukteur ein wenig Glücksache.“

Um hier dem Glück auf die Sprünge zu helfen, entschied sich Ralf Schneider für die Investition in die Simulationslösung Stampack, die von dem CAx-Dienstleister Men at Work im badischen Bietigheim vertrieben wird.

Erfahrungen mit digitalen Konstruktionslösungen hat Ralf Schneider bereits seit 1992. 1996 führte Makoplan den ersten CAD-Arbeitsplatz mit dem 3D-System Catia in der damaligen Version V4 ein, um Werkzeuge mit Freiformflächen konstruieren zu können. „Für 83.000 D-Mark“, erinnert sich Schneider genau. „Für ein Büro unserer Größe war das eine enorme Investition.“ Beflügelt wurde die Entscheidung auch durch den Wunsch von Kunden, Konstruktionsdaten als originäre Catia-Daten zu erhalten. Nach dem ersten vollen Geschäftsjahr mit gerade mal zwei Mitarbeitern eine schwere Entscheidung für Ralf Schneider. „Aber die richtige, die uns viele Türen geöffnet hat.“

Heute verfügt Makoplan neben Catia V5-Arbeitsplätzen auch über weitere Visicad-Arbeitsplätze. Visicad ist ein hybrider Flächen- und Volumenmodellierer, der dem Konstrukteur die vollständige Funktionalität zur Erzeugung von 3D-Modellen und 2D-Zeichnungen zur Verfügung stellt. Bei der Konstruktion von komplexen Bauteilen ist dies sehr vorteilhaft, denn der Konstrukteur kann ohne Einschränkungen zwischen Volumen- und Flächenfunktionen wechseln. Mit Men at Work arbeitet Makoplan seit acht Jahren zusammen, nachdem die Jugenheimer zuvor von einem großen Catialieferanten betreut wurden. Schneider: „Das war einfach eine andere Größenordnung. Wenn wir da Freitagnachmittag wegen einem Problem angerufen haben, dann hieß es, da kommt am Dienstag vielleicht jemand vorbei. Damit können wir nicht leben, unser Kunde braucht am Montag seine Daten. Über Visicad bekamen wir Kontakt zu Men at Work. Die dort gepflegte Kundennähe und der damit verbundene praxisnahe Support haben uns veranlasst, auch die Catia Betreuung in die Hände des Bietigheimer Unternehmens zu geben. Damit haben wir heute für drei unserer Systeme einen Partner, der unsere Probleme kennt und auf Augenhöhe mit uns spricht.“

Men at Work bietet mit Stampack eine Simulations-Software an, die über reine Tiefziehprozesse hinaus Lösungen für Abstreckziehen, Prägen, Streckziehen, Umformen von Dickblech und Hydroforming von Mehrkammerprofilen beherrscht. Men at Work-Geschäftsführer Markus Wagner: „Stampack eignet sich besonders für Anwender, die eine Komplettlösung für alle komplexen Umformprozesse suchen, um die großen Unsicherheitsfaktoren des Materialverhaltens bei großen Beanspruchungen zu reduzieren.“

Die für den optimalen Einsatz des Simulationssystems notwendige Schulung bietet Men at Work als sogenanntes Starter-Paket an. Dazu gehören zwei Tage Schulungen beim Systemhaus in Bietigheim, anschließend bekommt der Kunde die Software zum Testen zwei Monate ins Haus, verbunden mit einem weiteren Schulungstag vor Ort und dem Hotline Support. „Das funktioniert sehr gut“, erläutert Markus Wagner. „Während der Testphase sendet uns der Kunde immer wieder komplexere Simulationen, die wir prüfen und Optimierungsvorschläge machen. Auf diese Weise arbeitet der Anwender sehr schnell produktiv mit dem System.“

Hilfe in kritischen Fällen

Ralf Schneider ist sich bewusst, dass auch mit der Simulationslösung keine absolute Sicherheit erzielt werden kann und der Software gewisse Erfahrungen auch erst „beigebracht“ werden müssen: „Wir erwarten nicht, dass wir mit einem Simulationssystem eine hundertprozentige Abdeckung all unserer Umform- probleme erhalten. Glücklicherweise ist menschlicher Sachverstand nach wie vor gefordert. Aber eine solche Konstruktion auf Anhieb fehlerlos zu entwickeln ist fast unmöglich. Stampack kann da Sicherheiten bieten, wo wir heute rein auf Erfahrungen zurück greifen. Das Ergebnis wird natürlich nur so gut sein wie die Daten, die das System zur Verfügung hat. Es kommt immer wieder vor, dass zehn Fachleute am Tisch sitzen und sagen, es funktioniert. Und dann klappt es doch nicht. Aber einem guten Entwickler, der die Software richtig nutzen kann, bietet Stampack in solchen kritischen Fällen Unterstützung und eine gewisse Sicherheit. Das war für uns ausschlaggebend für die Investition.“

Bevor eine Simulation durchgeführt kann, müssen bei der Konstruktion der Werkzeuge zunächst die Wirkflächen, wie Blechhalter, Matrizen und Stempel modelliert werden. Dies erfolgt bei Makoplan „zu 99 Prozent in V5“, so Schneider. „Was Flächenkonstruktionen anbelangt, ist Catia V5 inzwischen top.“ Das reine Aufsetzen - also die Vorbereitung der Simulation - benötigt ohne Rechenzeit zusätzlich etwa 30 Prozent der heutigen Methodenplanung.

Die Methodenplanung entwickelt Makoplan in Abstimmung mit dem Kunden. „Sie ist ein Großteil unserer Arbeit und auch das, was die Kunden an uns schätzen“, sagt Schneider. In fünfzehn Jahren hat Makoplan ein Archiv von über 800 Werkzeugen aufgebaut, „und da ist keines dabei, bei dem die Methode nicht funktioniert hat“, wie Schneider mit dreimal Klopfen auf Holz betont. „Natürlich kommt es auch bei uns zu Fehlern. Aber dass ein Werkzeug komplett verschrottet werden musste gab es noch nie. Und mit dem Simulationssystem können wir hier weiter punkten. Es macht uns keiner einen Vorwurf, wenn bei komplexen Operationen eine Ziehstufe mehrfach nachgefräst werden muss, das war bisher normal. Wir sind auch nicht so blauäugig zu erwarten, dass mit dem Simulationssystem gar nicht mehr nachgefräst werden muss. Aber wenn auch nur eine Runde eingespart wird hat sich das System schon bezahlt gemacht.“

Einen weiteren Vorteil sieht Ralf Schneider darin, dass mit dem Simulationssystem zudem die Methoden, „die bisher nur in den Köpfen sind, validiert werden. Das wird auf Kundenseite immer mehr zum Thema, bieten aber nur die wenigsten Konstruktionsbüros. Wir sehen das, wie damals mit Catia, ebenfalls als Eintrittskarte. Wenn die Kunden feststellen, dass sie mehr Sicherheit, weniger Try-out-Kosten und Hardwareänderungen haben, werden sie das auch honorieren.“

Konstruktionskosten 10 % reduziert

„Zudem sparen wir auch Zeiten in der Konstruktion, denn Nacharbeiten von Ziehformen bedeutet nicht nur physikalisch in der Werkstatt nachfräsen sondern auch in der Konstruktion muß die Form am Rechner überarbeitet werden. Wir sind überzeugt, daß über diese Einsparpotenziale die Investition mehr als abgedeckt sein wird.“

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