Winzige Strukturen

CAD - Wenn 100 Mikrometer breite Schlitze in Metallfolien mit einer Dicke von 60 Mikrometern gestanzt werden, ist Werkzeugbau- und Material-Know-how gefragt. Erfahrung und geeignete Tools erleichtern der Betriebsmittelkonstruktion beim Edelmetallspezialisten die Arbeit.

16. Oktober 2007

Zu Heraeus gehören fünf Unternehmensbereiche: W. C. Heraeus (Edelmetalle), Heraeus Kulzer (Dental- und Medizinprodukte), Heraeus Electro-Nite (Sensoren), Heraeus Quarzglas (Quarzglas/ Synthetisches Quarzglas) und Heraeus Noblelight (Speziallichtquellen). Alle Bereiche von Heraeus haben eines gemeinsam: Sie sind verbunden durch das umfassende Know-how im Umgang mit hochwertigen Werkstoff en. Von der Automobilindustrie über die Halbleiter-, Elektronik- und Stahlindustrie bis hin zur Chemie und Medizin setzen zahlreiche Zukunftsbranchen auf die Spitzentechnologie von Heraeus.

Die Betriebsmittelkonstruktion der Engineered Materials Division (EMD) von W. C. Heraeus entwickelt die internen Betriebsmittel für die Herstellung, Bearbeitung und Verarbeitung unterschiedlichster Werkstoff e für technische Anwendungen. In diesem Bereich geht es vor allem um die Weiterverarbeitung der Werkstoff e, beispielsweise in mechatronischen Komponenten für die Automobilindustrie, Schleifkontakten für Windkraftanlagen oder auch bei der Herstellung der hauchdünnen Kontaktfelder auf Chipkarten. Die Betriebsmittelkonstruktion konstruiert die Folgeverbundwerkzeuge, in denen bandförmige Materialien weiterverarbeitet werden. Im Fall der Chipkarten werden bei Heraeus Millionen dieser Kontakte jährlich gefertigt.

Bis Ende 2005 arbeitete man im Bereich der Folgeverbundwerkzeuge mit einem 2D-System, das nicht mehr weiterentwickelt wurde und deshalb zur Ablösung anstand. Schon seit über zwei Jahren hatte man verschiedene Systeme angesehen und getestet, wobei sich mehrere Favoriten herausbildeten, darunter das in der Betriebsmittelkonstruktion eingesetzte 3D-Midrangesystem. Letztlich gab Logopress, eine nur für Solid-Works verfügbare Zusatzlösung für Folgeverbundwerkzeuge, den Ausschlag für dieses System. Logopress ist eine französische Entwicklung, die typische Aufgabenstellungen bei der Entwicklung der Folgeverbundwerkzeuge abdeckt. Zu diesen zählt die Erstellung des Streifenbildes, also die Anordnung der zu stanzenden Teile auf dem Blech, sodass wenig Verschnitt entsteht. Auch die optimale Abfolge der Bearbeitungsschritte lässt sich in Logopress planen. Neben Logopress sprachen auch die Performance bei umfangreichen Baugruppen und die einfache Bedienung für Solid- Works. Zur Entscheidungsfindung wurden zunächst zwei Heraeus-Mitarbeiter auf das System geschult, die dann zwischen September und Dezember 2005 mit der neuen Entwicklungsumgebung ein Werkzeug konstruierten. Erst als dieses Pilotprojekt erfolgreich abgeschlossen war, fi el der Startschuss für die komplette Einführung von SolidWorks mit der Schulung weiterer acht Mitarbeiter. Konstruktionsleiter Manfred Gresch sagt: »Seit Mai 2006 fahren wir jetzt im Volllastbetrieb und haben mit den ersten Werkzeugen den kompletten Zyklus vom Entwurf über Konstruktion und Fertigung bis hin zur Serienfertigung durchlaufen - und das erfolgreich.«

Sicherheit bei der Preisfindung

Meist ist die Grundlage eines Projektes ein 3D-Modell des benötigten Bauteils, das der Kunde liefert. Mit dem neuen System stellt dies kein Problem mehr dar: Das Modell wird in SolidWorks eingelesen, die Abwicklung auf Knopfdruck erledigt SolidWorks oder die spezialisierte Software Logopress. Dann wird die Lage der Teile im Streifen festgelegt. Hier entscheidet sich ein großer Teil der Fertigungskosten, denn wenn es gelingt, einen möglichst schmalen Streifen möglichst effizient zu nutzen, sinken die Werkstoffkosten erheblich. Die Heraeus-Werkzeugkonstrukteure sind durch die einfache Bedienung und die Unterstützung der notwendigen Arbeitsschritte durch Solid- Works und Logopress in der Lage, schon in der Angebotsphase ein Werkzeug in Grundzügen durchzukonstruieren und damit belastbare Daten für die Kalkulation zu erhalten. Da SolidWorks auf Knopfdruck sehr genaue Angaben zu Volumen und Oberfläche liefert, lässt sich die benötigte Materialmenge schnell errechnen - die Oberfläche ist bei beschichteten, beispielsweise vergoldeten Materialien wichtig. So kann das Angebot auf Basis realer Werte statt mit Schätzwerten erstellt werden - mehr Sicherheit bei der Preisfindung ist die Folge.

Auch die Schrittfolge lässt sich mit Logopress optimal definieren. Die Funktionen der Software beruhen auf der Erfahrung einer großen Anzahl von Kunden. Durch die Arbeit in 3D ist dabei in jedem Schritt klar, wie das Teil augenblicklich aussieht.

Software aus Erfahrung

Nach und nach entsteht so das oft sehr komplexe Werkzeug. »Wir merken schon jetzt, dass die Arbeit anschaulicher und für Dritte verständlicher wird«, sagt Konstrukteur Siegfried Walter, »aber wir erwarten weitere Verbesserungen unserer Abläufe, wenn wir erst einmal auf bestehende Teile zurückgreifen und diese in neuen Projekten wieder verwenden können.«

»Ein Bereich, in dem uns SolidWorks besonders gut unterstützt, sind Kontaktspitzen«, ergänzt Gresch. »Die Spitzen von elektrischen Kontakten werden im Gesenk geprägt, das heißt, im Folgeverbundwerkzeug sind formgebende Werkzeuge integriert. Gerade in deren Form steckt viel eigenes Know-how, um eine zuverlässige Kontaktierung zu gewährleisten. Schließlich sind diese Kontakte Schnittstellen zwischen elektronischen Systemen und damit wichtig für die Qualitätsanmutung des Endproduktes. Wir fertigen diese Einsätze deshalb immer intern. Aus der Form der Kontakte ergeben sich recht komplexe Geometrien, die sich jedoch in SolidWorks sehr gut erzeugen lassen. Wir können dann die Geometrien direkt als Basis für die Ansteuerung der HSC-Fräsmaschine nutzen, mit der die Einsätze hergestellt werden.«

Ist das Werkzeugmodell komplett, werden die Zeichnungen erstellt. Für die interne Fertigung werden 3DModelle direkt weiterverwandt, neben dem angesprochenen HSC-Fräsen unter anderem beim Drahterodieren. Auch externe Dienstleister werden genutzt, allerdings nur zur Herstellung der grob vorgefrästen Rohlinge; hier reichen Zeichnungen aus. Manfred Gresch sagt: »Die Projekte haben eine kurze Durchlaufzeit und müssen termingerecht fertig sein. Die SolidWorks-Einführung musste daher unter Realbedingungen erfolgen, ohne die laufenden Arbeitsprozesse zu stören. Deshalb war uns sehr daran gelegen, einen verlässlichen Partner für die Einführung und den Betrieb der neuen Lösung zu finden. Für SolidLine sprach zunächst einmal, dass das Systemhaus sowohl SolidWorks als auch Logopress vertreibt und entsprechend kompetente Ansprechpartner bietet. Die Unterstützung war und ist hervorragend.«

Michael Kilian, SolidLine/ps

Erschienen in Ausgabe: 07/2007