Sonderdruck zum CAD.de-Newsletter Ausgabe 06/2011

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1 Sonderdruck zum CAD.de-Newsletter Ausgabe 06/2011 Solidworks bei Kern: Höchste Präzision ist angesagt Die Kern Micro- und Feinwerktechnik GmbH & Co. KG baut Bearbeitungszentren höchster Genauigkeit bis hin zu 1 µm am Werkstück. Das ist nur zu schaffen, wenn Maschine, Werkzeuge und Umgebung genau darauf ausgelegt sind. Für die Konstruktion dieser Highend-Maschinen nutzt Kern seit 2005 Solidworks, welches über eine Schnittstelle von Cideon direkt mit dem SAP-System gekoppelt ist. Jeder Techniker weiß, was 1 µm ist, eben der tausendste Teil eines Millimeters. Jeder Fachmann weiß aber auch, wie schwierig es ist, 1 µm Genauigkeit in der Fertigung wirklich hinzubekommen. Am ehesten traut man das noch Schleifverfahren zu, ggf. mit anschließender Feinstbearbeitung. Kern Micro- und Feinwerktechnik in Eschenlohe, Oberbayern, schafft das beim Fräsen! Die Kern Pyramid Nano dürfte mit die genaueste Serienfräsmaschine der Welt sein, wenn nicht die genaueste überhaupt. Die Geschichte von Kern beginnt 1962 in München, wo Kurt Kern sein Unternehmen für Feinwerktechnik gründete. Schon der Gründer erwarb sich den Ruf eines Auftragfertigers höchster Präzision. Sein Sohn Günter stieß 1981 bei einer Anfrage von IBM an die damaligen Grenzen der Machbarkeit: Es gab schlicht keine Maschine, welche die geforderten Genauigkeiten hätte produzieren können. Statt den Auftrag Kern Pyramid Nano, das vermutlich genaueste Serienbearbeitungszentrum weltweit. abzulehnen, baute Kern selbst eine entsprechende Maschine. Damit war der Grundstein gelegt für den Erfolg des Unternehmens im Bereich der Höchst- oder Ultrapräzision. Bereits 1987 gründete der Unternehmer die Kern Microtechnik in Murnau. Anfang der 90er Jahre wurden beide Unternehmen zur Kern Micro- und Feinwerktechnik verschmolzen und 2007 zog der Maschinenbau in ein neues Werk in Eschenlohe um. Heute beschäftigt das Unternehmen 140 Mitarbeiter in beiden Werken. Sie produzieren rund 50 bis 60 Maschinen pro Jahr aufgeteilt in die Baureihen Evo, Triton und Pyramid Nano. Diese werden in die ganze Welt verkauft, in den USA sogar über eine eigene Werksniederlassung. Unsere Kunden kommen unter anderem aus der Uhrenindustrie, der Medizintechnik, der Fernmeldetechnik, aus dem Bereich der Hartbearbeitung, aus der Schneidplattenindustrie, aus der Automobilindustrie, nennt Entwicklungsleiter Dr. Dennis Janitza, einige Einsatzbereiche.

2 Kunden, wie etwa Rolex, IWC, Zeiss, die Fraunhofer Institute und viele andere mehr, brauchen die extrem hohen Genauigkeiten an ihren Werkstücken und sind bereit, dafür das nötige Umfeld zu schaffen. Dazu gehören neben der Maschine auch die nötigen Werkzeuge und eine entsprechende Fertigungsumgebung. Hier wiederum spielt die Temperaturstabilität eine große Rolle. Natürlich ist es auch unabdingbar, Messsysteme zu haben, die diesem Genauigkeitsbereich gewachsen sind und auch das CAM-System muss so exakte Bahnen erzeugen, dass Interpolationsfehler nicht am Werkstück zu sehen sind. Was bei einer Maschine mit einem Hundertstel Genauigkeit vielleicht nicht auffällt, wird hier gnadenlos auf das Werkstück übertragen. Von CAD nach ERP Kern hat in früheren Jahren mit einem CAD- System konstruiert, welches primär für den Formen- und Werkzeugbau geeignet war. Im Jahr 2005, sind wir dann hier auf Solidworks umgestegen, erklärt Dr. Janitza. In 2009 führte Kern ein ERP-System von SAP ein. Der Systemlieferant war Cideon. Da dieser Anbieter auch über eine eigene CAD- SAP-Kopplung verfügte, die Cideon Conversion Engine für SAP PLM, haben die Konstrukteure bei Kern genau geprüft, ob ihre Anforderungen bezüglich PDM nicht auch mit dieser Direktschnittstelle zu erfüllen wären. Mit der Lösung von Cideon wurde unser Lastenheft zu 97 Prozent erfüllt, so Dr. Janitza, für die restlichen 3 Prozent haben wir andere Lösungen gefunden. Das 5-Achs-Zentrum Kern Triton verbindet Oberflächengüte und Genauigkeit in idealer Weise mit Produktivität. Damit war die Entscheidung in Eschenlohe gefallen und etwa drei Monate nach der SAP- Einführung, im April 2009, wurde auch die Kopplung von Solidworks an das ERP-System aktiv geschaltet. Dazu Dr. Janitza: Dabei kam es uns sehr zustatten, dass unsere PLM- Betreuer von Cideon auch beste Kenntnisse des ERP-Systems hatten, das hat uns sehr viel geholfen. Die Software-Pakete im Überblick Solidworks, das darf man wohl sagen, ist heute eines der klassischen CAD-Systeme für alle Belange des Maschinenbaus. Die Software basiert auf einem parametrischen 3D-Kern, Parasolid, und erlaubt es, Teile und Baugruppen voll parametrisch zu konstruieren und somit ein intelligentes Produktmodell zu erzeugen. Das hilft später wieder für vielfältige Auswertungen und Weiterverwendungen der Modelle, bis hin zur Konfiguration. Solidwors-Arbeitsplatz bei Kern, ausgeführt als 2-Schirm-Lösung.

3 Neben soliden Grundfunktionen bietet Solidworks eine Vielzahl von Zusatzmodulen an, etwa für Blechkonstruktionen Schweißkonstruktionen Gussformkonstruktionen Konstruktionen flexibler und starrer Rohrsysteme Konstruktionen von elektrischen Kabeln, Kabelbäumen und Leitungsführungen Integration von ECAD und MCAD Bewegungssimulation Bauteilberechnungen und einiges mehr Dazu kommen noch Pakete externer Anbieter, die entsprechend zertifiziert sind. Nun zur CAD-ERP-Kopplung: Die Cideon Conversion Engine für SAP erlaubt es, CAD- Modelle, Zeichnungen, 3D-Views und allgemeine Konstruktionsdokumente in ein Neutralformat umzuwandeln und für eine Abspeicherung in SAP zu sorgen. Hierauf kann dann unternehmensweit zugegriffen werden, soweit erlaubt. Auch hier die wichtigsten Vorteile im Überblick: Kern Bearbeitungszentrum als 3D-Modell. CAD Direktintegration in SAP PLM Von der Konstruktion, über Fertigung bis zum Service sind alle Informationen in einem System Vermeidung doppelter Datenerfassung und Sicherstellung durchgängiger Freigabeabläufe im gesamten Unternehmen Durchgängige Bereitstellung von aktuellen Zeichnungen, Modellen und View-Files für andere Abteilungen, wie z.b. die Arbeitsvorbereitung Keine Kosten für ein zusätzliches Produktdatenmanagement System (PDM), da volle Integration in SAP Komfortables Arbeiten mit SAP aus SolidWorks heraus - der gewohnten Arbeitsumgebung des Konstrukteurs Automatisierte, statusgesteuerte TIFF und PDF-Generierung für Zeichnungen möglich Einfache Installation, Aktivierung als Solidworks Zusatzanwendung Flexible Konfigurierbarkeit und Möglichkeiten zur Sprachanpassung Solidworks ist bei Kern über eine Schnittstelle von Cideon an SAP gekoppelt.

4 Vollständige Konstruktion in Solidworks Wenn es um die Konstruktion und Entwicklung geht mechanisch und elektrisch machen wir alles selbst hier im Haus, wie Dr. Janitza betont. Dazu gehören auch Design und Ergonomie, im Zweifelsfall holt man sich einen freien Designer in die Entwicklungsabteilung, der dann mit hilft. Konstruktion und Design werden vollständig in Solidworks erstellt, wobei klar das Konzept gilt: form follows function. Die Arbeit der Entwickler beginnt stets mit der Definition der Funktionen einer Maschine. Hierbei wird kein CAD-System benötigt, ggf. aber die PDM-Funktionalität, um erstens Informationen einzuholen und zweitens die Funktionsdefinitionen abzuspeichern. Im zweiten Schritt werden Konzepte für die Funktionserfüllung erarbeitet. Hier kann das CAD-System schon Hilfsdienste leisten. Die Ergebnisse halten die Entwickler meist an ihren Arbeitsplätzen. Nach der Konzeptauswahl beginnt die eigentliche Konstruktion hier wird genutzt, was Solidworks zu bieten hat. Ein darauf folgender Design-Review betrachtet sowohl die Funktionserfüllung, die Korrektheit der Konstruktion, wie auch den Bereich Design und Ergonomie, sagt Entwicklungsleiter, Dr. Janitza. Die Konstruktion wird vollständig in 3D angelegt, so dass das 3D-Modell später die Referenz darstellt, für alle nachfolgenden Schritte. Für alle einfachen Berechnungen nutzt Dr. Dennis Janitza, Entwicklungsleiter bei Kern, zeigt Kern die in Solidworks enthaltenen ein hochgenaues Bearbeitungszentrum in der Montage. Berechnungsmöglichkeiten. Wenn es um komplexe mechanische und thermische Analysen geht, werden externe Dienstleister beauftragt. Während der Konstruktion werden sämtliche 3D-Daten, wie auch die Zeichnungen und alle Zusatzdokumente in SAP gespeichert. Dort kommt es dann zu den Verknüpfungen mit den Materialien. Verwendungsnachweise und SAP-Stücklisten werden automatisch durch das System erstellt. Die Zeichnungsköpfe werden ebenfalls automatisch mit SAP-Daten gefüllt. Einer der Punkte, der bei einer direkten Kopplung von CAD und ERP oft diskutiert worden ist, betrifft das Ein- und Auschecken großer Baugruppen. Dr. Janitza berichtet, dass dies hier gut gelöst sei, selbst bei ganzen Maschinen ist das in rund 2 Minuten erledigt. Dazu trägt auch die komfortable Hardware-Situation bei: 64-bit Workstations mit 8 GB Arbeitsspeicher sind die Basis.

5 Im Grunde ist mit dem hier geschilderten Ablauf die Arbeit der Entwickler zu Ende. Die 3D- Modelle finden zur Zeit noch Verwendung in der Qualitätssicherung. In der Montage hat man bisher noch rein mit Zeichnungen gearbeitet (PDF), im Augenblick erfolgt aber gerade die Installation des ersten CAD-fähigen Rechners, so dass die Monteure künftig auch auf 3D- Modelle Zugriff haben. Was die Zukunftsaspekte angeht, so bereiten Dr. Janitza und seine Kollegen das Thema Konstruktionskonfiguration vor und streben ferner an, immer mehr zu einer papierlosen Fertigung zu gelangen. Man darf gespannt sein, was den Konstrukteuren der vermutlich genauesten Bearbeitungszentren der Welt noch alles einfällt. Schon auf der EMO in Hannover wird möglicherweise das eine oder andere Geheimnis gelüftet. 1 µm wie macht man das? Maschinentechnisch sieht Kern folgende Maßnahmen vor: alle Achsen werden hydrostatisch ausgeführt. Sie laufen somit in einem Ölfilm, wodurch Reibung und Anfahreffekte entfallen gezieltes Temperaturmanagement alle Maschinen haben ein zentrales Kühlaggregat, welches hilft, die Temperaturen in engen Grenzen zu halten (+/- 0,25ºK) reibungslose Antriebe bei denen die Mutter der Gewindespindel ebenfalls hydrostatisch ausgeführt ist. direktes Messsystem mit einem Auflösungsvermögen von 0,005 µm spezielle, auf höchste Präzision abgestimmte Hauptspindeln spezieller Werkstoff, Kern Amorith, für die Maschinenbasis (Steifigkeit, Stabilität, Dämpfung) 100 Prozent Kontrolle jeder Achse bevor sie verbaut wird Karl Obermann - Impressum: CAD.de Adilostrasse München Tel: Fax: info@cad.de Presse: presse@cad.de Web: