CAD in großen Dimensionen

Innovationen sind das Geschäft des süddeutschen Hydraulik-Spezialisten Schnupp. Noch imposanter als die Ausmaße und die Gewichte der Pressen und der damit gefertigten Teile sind die Kräfte, die in den Kolossen wirken: 4000 Tonnen Schließkraft bei einem Umformdruck bis zu 4000 bar zwingen fast alle Materialien in die gewünschte Form.

Die Pressensysteme sind für die Verfahren IHU (Innenhochdruckumformung) und AHU (Aussenhochdruckumformung) geeignet. IHU ist eine seit Jahren bekannte Technologie, die heute durch die Leichtbauweise im Automobilbau eine Renaissance erlebt und sich unter anderem durch die Umformung höherfester Stähle, Gewichtsreduktion durch geeignete Materialien, Senkung der Werkzeugkosten sowie die Verkürzung der Umformstufen auszeichnet.

AHU hingegen formt ebene Blechteile um, indem über ein Wirkmedium Druck ausgeübt wird. Es kommt dadurch zu einer gleichmäßigen Ausdehnung des Materials und gleichzeitig zu einer Kaltverfestigung auch in schwach umgeformten Bereichen. Die Bauteile haben weniger Einfallstellen, sind beulsteifer und maßgenauer. Das Verfahren bietet unter anderem die Vorteile eines großen Ziehverhältnisses, der gleichmäßigen Ausstreckung sowie der Kaltverfestigung auch in schwach umgeformten Bereichen.

Ebenso beeindruckend wie die Pressen selbst, ist der Aufwand mit dem sie entstehen: Die Entwicklungszeit von der ersten Konzeption bis zur Abnahme beträgt etwa anderthalb Jahre, ganze sechs Monate davon sind Konstruktionszeit. Pressen dieser Art sind ¿ genau gesehen ¿ Einzelstücke, mit ähnliche Funktionen, aber differierenden Abmessungen und Details.

Von der Fläche zum Volumen und zurück

Die gewaltigen Pressen entstanden in der Vergangenheit ausschließlich mit dem 2D-CAD-Programm Mechanical Desktop von Autodesk. Um die Vorteile der 3D-Konstruktion zu nutzen und vor allem die neue Autodesk-Software Inventor, setzte der Fertiger auf einen ¿sanften Umstieg¿. Möglich ist dies durch die Autodesk-Produkte Mechanical Desktop (2D) und Inventor (3D), die ¿Hand in Hand¿ arbeiten.

Schnupp ist bereits seit vielen Jahren Anwender von Autodesk Produkten. Lange Zeit arbeitete man erfolgreich mit Mechanical Desktop doch die steigenden Anforderungen ließen das Unternehmen über dieses Hilfsmittel ¿hinaus wachsen¿. Ein Grund war beispielsweise die Konstruktion der beschriebenen 4000 Tonnen-Presse: Bauteile in großen Dimensionen wie etwa Schweißteile (ein Teil wiegt rund 42 Tonnen bei Abmessungen von 3,50 ´ 3,50 ´ 1,50 Metern) und große Baugruppen mit 5000¿6000 Einzelteilen brachten Mechanical Desktop an seine Leistungsgrenzen. Der Umstieg auf ein neues System wurde notwendig.

Für Konstruktionsleiter Rudolf Schano zeichnete sich schon zu diesem Zeitpunkt eine Entscheidung ab: Da man bei Schnupp in der Vergangenheit gute Erfahrungen mit Autodesk-Produkten gemacht hatte und der CAD-Hersteller mit dem Inventor über ein ergänzendes 3D-Produkt verfügt, räumte man dieser Lösung Priorität ein. Die Kompatibilität der Autodesk-Produkte zueinander sowie zu dem von Autodesk entwickelten DWG-Dateiformat, das sehr weit verbreitet ist, erleichterten die Entscheidung.

Im November 2000 startete Schnupp in die 3D-Welt der Konstruktion mit einem klaren Schnitt: Bestehendes wird mit Mechanical Desktop bearbeitet, die erwähnte Presse hingegen komplett neu mit Inventor konstruiert. Dazu erhielten die Mitarbeiter eine Schulung und konnten sich danach selbst mit dem Programm vertraut machen.

In großen Dimensionen denken

Bis auf kleinere Probleme verlief der Start reibungslos: Die riesigen Abmessungen der Presse brachten selbst den Inventor an seine Grenzen. Abhilfe wusste der Autodesk-Support: Mit einigen Feineinstellungen ließ sich das Problem beheben und das Programm lief von da an einwandfrei und brachte auch korrekte Ergebnisse. Schano sieht in dieser Hinsicht keine Probleme: ¿Anwender, die normal große Teile konstruieren, werden davon überhaupt nichts merken.¿

An der Konstruktion der neuen 4000-Tonnen-Presse waren vier Personen beteiligt, davon jeder für verschiedene Baugruppen verantwortlich. Für den Start mit der neuen Software war es vorteilhaft, dass die Konstrukteure räumlich nahe beieinander sitzen, so dass sie sich gegenseitig helfen und ¿voneinander abgucken¿ konnten. Die Vorgehensweise erscheint auf den ersten Blick altbacken, ist aber sehr effizient, denn erste Ideen entstehen (noch immer) auf dem Papier. Sie werden danach diskutiert, bis das Konzept so weit verabschiedet ist, dass sich der Einsatz von CAD lohnt.

Tücken bei der Konstruktion

Auch wenn die moderne CAD-Software so manches möglich macht: Die Konstrukteure müssen darauf achten, dass die konstruierten Teile auch gefertigt werden können, da es sich um sehr große Einzelteile handelt. ¿Da stehen die Monteure dann hinter einem und fragen, ob man denn wahnsinnig geworden sei, so etwas zu konstruieren¿, plaudert Schano aus der Praxis. Durch den engen Kontakt mit der Fertigung würden ¿Planungsfehler¿ allerdings bei Schnupp frühzeitig erkannt und korrigiert.

Auf die Frage, welche konkreten Vorteile der Einsatz des Inventors bringt, hat Schano ein Beispiel parat: Der Oberholm (¿das Kopfstück der Presse¿) besteht aus etwa 40 Einzelteilen. Dies sind zwar einfache Geometrien (rechteckige Platten, 3,50 ´ 3,90 Meter), die aber weitere Konstruktionsdetails verlangen. Die Platten werden im Rechner als Baugruppe zusammengesetzt und später in der Fertigung zusammengeschweißt. Am Rechner wird dann das Bauteil mit ¿Bearbeitungen¿ wie beispielsweise Bohrungen oder Gewinden versehen ¿ genau wie in der Fertigung auch. An kritischen Stellen kann man das Teil abfasen oder abrunden und damit Schweißnähte andeuten. Diese Baugruppe wird dann in die Zusammenbauzeichnung übernommen. Inventor unterstützt dabei den Konstrukteur während der einzelnen Arbeitsschritte durch automatisierte Abläufe und 3D-Ansichten.

Früher musste jede einzelne Platte mit den entsprechenden Bohrungen und Gewinden versehen werden ¿ ein ziemlich fehleranfälliges Verfahren, das vor allem auch nicht der Produktion entsprach.

Die Kombination von Mechanical Desktop und Inventor sieht Schano für die Aufgaben bei Schnupp als den richtigen Weg: ¿Bei der Konstruktion der Presse kann der Inventor seine Stärken voll ausspielen. Die Mitarbeiter sind begeistert ¿ wer kann, nutzt nur noch den Inventor¿, fasst er zusammen. Man hat zwar keine konkreten Vergleichszahlen, aber der Konstruktionsleiter schätzt, dass man mit dem Einsatz der neuen CAD-Software mindestens 25 Prozent schneller konstruiert als vorher.

Stefan Graf

Das mittelständische Unternehmen Schnupp Hydraulik ist spezialisiert auf Hydraulik-Technik, insbesondere die Entwicklung und Fertigung von Aggregaten, Werkzeugwechselwagen und Pressen, die weltweit im Einsatz sind. Innovativ zeigte sich der Hersteller bei der Entwicklung einer Kombipresse, die es ermöglicht, das konventionelle Streck- und Tiefziehen, das Innenhochdruckumformen (IHU) sowie das Außenhochdruckumformen (AHU) auf ein und derselben Presse auszuführen.

Zu den Kunden zählen viele bekannte Hersteller der Automobilbranche und namhafte Zulieferer.

Seit Mitte der 80er Jahre wird bei Pressen in der Automobilindustrie die Technologie der ¿stößelwegabhängigen Niederhalterregelung¿ genutzt. Bei dieser Technologie hat man es mit schnell wechselnden, großen Kräften zu tun, die präzise geregelt werden müssen. Das patentierte Pressensystem von Schnupp erfüllt diese Anforderungen durch hochentwickelte Hydraulik zusammen mit intelligenter Regeltechnik.

Links: http://www.autodesk.de, http://www.schnupp.de