Kärcher steigert mit hyperMILL® die Effizienz im Prototypenbau: Schnell und sicher zum gefrästen Einzelteil

Innovative Produkte erfordern kreative Entwickler und einen Prototypen­bau, der die Ideen schnell und effizient umsetzt. Zum dafür benötigten Equipment gehört ein CAD/CAM-System, das universell einsetz­bar und einfach zu bedienen ist. hyperMILL® von OPEN MIND überzeugt bei Kärcher zudem mit umfang­reichen Strategien zur 5-Achs-Bearbeitung und prozess­sicheren Programmier­ergebnissen.

Heute schon gekärchert? Sicher wissen Sie, dass „kärchern“ umgangs­sprachlich für „mit einem Hochdruck­reiniger reinigen“ steht. Wenn es ein Unter­nehmen schafft, dass sein Name als Verb sogar in den Duden aufgenommen wird, muss man über die Bedeutung der Produkte nicht viele Worte verlieren. Als wichtigsten Wachstums­faktor nennt der Reinigungs­geräte­hersteller die Innovation: Mehr als 1.000 Mitarbeiter arbeiten in Forschung und Entwicklung, aktuell hält Kärcher über 630 aktive Patente, und etwa 90 Prozent aller Produkte sind fünf Jahre alt oder jünger.

Jedes neue Produkt entsteht zunächst im seit 1988 bestehenden Prototypenbau. Leiter Achim Sanzenbacher beschreibt: „Wir sind zwölf Mitarbeiter, die jede Woche zwischen 600 und 800 Prototypen­teile aus Stahl, Messing und Kunst­stoffen produzieren.“ Das sei nur möglich, erklärt der gelernte Modell­bauer, weil die haupt­sächliche Arbeit am Computer statt­findet, vor allem an CAD/CAM- und anderen Programmier­systemen. Für die nach­folgenden Arbeiten stehen 5-Achs-Bearbeitungs­zentren, 3D-Drucker und Blech­bearbeitungs­maschinen zur Verfügung.

Kärcher legt großen Wert darauf, dass die Prototypen im eigenen Haus entstehen. Denn das verkürzt die Zeit bis zum Markt­eintritt und sorgt dafür, dass keinerlei Know-how zu früh nach draußen dringt. Daher genießt der Prototypen­bau besondere Aufmerksamkeit und Unter­stützung, wenn es um Investitionen geht, die den Weg zum funktionalen Erstmuster weiter beschleunigen. Ein Beispiel ist die CAD/CAM-Technologie, welche die Prototypen­bauer schon seit Anfang der 90er Jahre nutzen.

„Bei dem Test konnten wir hyperMILL® unter Praxisbedingungen erleben. Danach war ich mir sicher, dass dieses CAD/CAM-System für uns die optimale Lösung ist – einfach in der Programmierung, schnell bezüglich der Zerspanung und überzeugend im Fräsergebnis.“

Michael Wussack, einer der vier CAM- und Fräs-Spezialisten im Prototypingteam

Fortschrittliche CAD/CAM-Lösung

Seit November 2018 setzen Sanzenbacher und sein Team in der Zerspanung das System hyperMILL® von OPEN MIND ein, das besondere Stärken in Strategien für die 5-Achs-Bearbeitung zu bieten hat. Den Anstoß für die Neuinvestition kam jedoch aus einer anderen, ebenfalls wichtigen Ecke. „Wir hatten mit unserem bisherigen CAM-Ausrüster Service­probleme, die darin gipfelten, dass uns keine Updates für Software und Postprozessoren geliefert wurden“, erwähnt Achim Sanzenbacher und stellt klar: „Wir können es uns nicht leisten, mit veralteten Systemen zu arbeiten. Unsere Teile werden immer komplexer, so dass wir jede Weiter­entwicklung und gerne auch gelegentliche Applikations­unterstützung unseres CAM-Herstellers nutzen wollen.“
Bei der Wahl des neuen CAD/CAM-Systems achtete das aus vier Personen bestehende Zerspanungs­team auf ein ansprechendes Service­angebot und natürlich auf den technologischen Fortschritt. Es lud zunächst die Top Vier der in Frage kommenden CAD/CAM-Anbieter zu einem Benchmark ein, bei dem ein anspruchs­volles 5-Achs-Bauteil mit einer gewendelten Nut programmiert und anschließend gefräst werden sollte – unter den im Prototypen­bau üblichen Voraus­setzungen. Das heißt, die CAD-Daten gibt es am Morgen und abends soll das Teil fertig sein – in nur einer Aufspannung gefräst.
Zwei der angefragten Softwareanbieter traten erst gar nicht an. „Ihnen war die Vorbereitungs­zeit wohl zu kurz“, mutmaßt Achim Sanzenbacher. Kein Problem damit hatte Steffen Völker, Technischer Projekt­manager und Anwendungs­spezialist für den Formen- und Prototypen­bau bei OPEN MIND. Er stellte sich mit dem CAM-System hyperMILL® der Aufgabe und erfüllte sie mit Bravour. Bis am Nachmittag war das Benchmark-Teil auf einer Hermle C400 gefräst. Michael Wussack, einer der vier CAM- und Fräs-Spezialisten im Prototyping­team, war von dieser Darbietung völlig überzeugt: „Bei diesem Test konnten wir hyperMILL® unter Praxis­bedingungen erleben. Danach war ich mir sicher, dass dieses CAD/CAM-System für uns die optimale Lösung ist – einfach in der Programmierung, schnell bezüglich der Zerspanung und überzeugend im Fräs­ergebnis.“

Partnerschaftliche Unterstützung garantiert

Noch eine weitere Überzeugung war nach diesem Tag gewachsen, wie Achim Sanzenbacher hervorhebt: „Wir waren uns alle einig, dass wir mit OPEN MIND einen fairen Partner gefunden haben, der uns den Service bietet, den wir uns wünschen.“
Aleš Vurušič, der zuständige Key Account Manager von OPEN MIND, und Steffen Völker pflegen generell einen engen Kontakt zu ihren Kunden. Für den Anwendungs­fachmann heißt das, aktiv auf seine Kunden zuzugehen. Bei Kärcher meldete sich Steffen Völker in der Anfangs­zeit jede Woche, um nach Problemen – sei es mit der Programmierung oder bauteil­bedingt – zu fragen und sie nach Möglich­keit gleich zu beheben. Allzu viel kam nicht auf ihn zu, denn er attestiert den CAM-Anwendern im Prototypen­bau bei Kärcher eine große Fach­kenntnis: „Mit ihrer CAM-Erfahrung benötigten die Programmierer kaum Unter­stützung bei ihrer täglichen Arbeit.“
Michael Wussack und seine Zerspanungskollegen besitzen jeweils eine hyperMILL® Expert-Lizenz mit sämtlichen 13 5-Achs-Zyklen aus dem Flächen- und Kavitäten­paket sowie die Module Schruppen und Schlichten aus dem Performance-Paket hyperMILL® MAXX Machining. Der Key-User erklärt: „Wir haben uns sehr schnell mit hyperMILL® zurechtgefunden, denn die Ober­fläche ist sinnvoll und übersichtlich strukturiert. Vor allem ist die Bedien­philosophie in jedem Zyklus gleich.“ Ein Umstand, den Aleš Vurušič damit erklärt, dass OPEN MIND die gesamte Software selbst entwickelt.

CAM und CAD aus einem Guss

Das gilt auch für hyperCAD®-S, das „CAD für CAM“-System, das OPEN MIND speziell für CAM-Programmierer entwickelt hat, um die Abläufe beim NC-Programmieren zu beschleunigen. „Es ist voll in hyperMILL® integriert“, freut sich Michael Wussack. „So kann ich, ohne über eine Schnitt­stelle gehen zu müssen, zwischen CAM und CAD hin und her wechseln. Das spart enorm viel Zeit und Nerven.“
Gerade im Prototypenbau müssen Bauteile oft noch für die Fräs­bearbeitung angepasst werden, denn vielfach wurden sie für die spätere Serien­fertigung im Spritz- oder Druck­guss entwickelt. Zum Fräsen wird dann noch eine Stütz- oder Spann­fläche benötigt, es muss ein Radius angepasst oder ein Loch geschlossen werden. Genau hierfür ist hyperCAD®-S mit seinen schnellen und einfach einzusetzenden Zeichen-, Flächen- und Solid­funktionen gemacht.

Großer Baukasten mit 5-Achs-Strategien

Was die Anforderungen der Fräsbearbeitung anbelangt, unterscheidet sich der Prototypen­bau von der Serien­fertigung grundlegend. Bei Einzel­teilen kommt es nicht darauf an, aus der Bearbeitungs­zeit die letzten Zehntel­sekunden herauszuholen. Mehr Zeit wird gespart, wenn möglichst schnell ein praktikables, prozesssicheres NC-Programm zur Verfügung steht, das im Idealfall in nur einer Aufspannung zu einem fertigen Bau­teil führt. Insofern ist die 5-Achs-Bearbeitung für den Prototypen­bau eine ideale Technologie. Damit lassen sich fast alle Bauteile von fünf Seiten komplett bearbeiten. Das führt auch zu längeren Lauf­zeiten, die Michael Wussack und seine Kollegen nutzen, um bereits das nächste Teil zu programmieren.
hyperMILL® zeigt gerade im 5-Achs-Fräsen seine Stärken. Grundsätzlich stehen mehrere Anstell­strategien zur Verfügung, sodass für jede Geometrie und jede Maschinen­kinematik eine passende Lösung gewählt werden kann. „Die Programmierung ist einfach“, wie Michael Wussack betont, „da sie sich im Prinzip am dreiachsigen 3D-Fräsen bzw. am Fräsen mit angestelltem Werkzeug orientiert. Zu bekannten 3D-Strategien wie Ebenen­schlichten oder Restmaterial­bearbeitung gibt es lediglich ein Extrafenster, um die 5-Achs-Anstellungen zu ergänzen.“

Automatismen und Hochleistungszyklen steigern die Effizienz

Mit zahlreichen Automatismen erleichtert OPEN MIND die 5-Achs-Programmierung. „Ein gutes Beispiel ist das so genannte automatische Indexieren,“ erklärt Aleš Vurušič, „durch das sich Bereiche, für deren Bearbeitung mehrere Werkzeug­anstellungen notwendig sind, in einer Operation programmieren und fräsen lassen.“ Diese Funktion sucht für die einzelnen Fräs­bereiche automatisch eine kollisions­freie, feste Werkzeug­anstellung. Bereiche, die sich nicht angestellt fertigen lassen, werden simultan fünfachsig gefräst.
Auch die automatische 5-Achs-Restmaterialbearbeitung ist hilfreich. Sie erkennt beim Schlichten unvollständig bearbeitete Restmaterial­bereiche und führt nach Definition des Referenzwerkzeugs und des Bearbeitungs­bereichs automatisch die erforderliche Bearbeitung durch. „Damit sparen wir enorm viel Zeit ein“, bestätigt Michael Wussack.
Für den Prototypenbau ist die Schruppbearbeitung eine wichtige Zerspanungsform. Schließlich werden die meisten Bauteile aus dem Vollen gefräst. Bei Kärcher leistet hierfür das Schrupp­modul des Performance-Paketes hyperMILL® MAXX Machining gute Dienste. Auch in das hyperMILL® MAXX Machining Schlicht­modul hat Kärcher investiert, selbst wenn es bisher noch kaum benötigt wurde. Achim Sanzenbacher ist sich sicher: „Es wird sich auszahlen, explizit bei der Bearbeitung die Elektro­motoren unserer Heißwasser­hochdruck­reiniger. Hier müssen wir zahlreiche Kühl­rippen schlichten, deren Dicke für Wärme­messungen exakt stimmen muss. Vom Einsatz eines Tonnen­fräsers und der entsprechenden Tangential­schlicht­strategie verspreche ich mir, dass sich die Fräs­zeiten um die Hälfte reduzieren.“

Sicher ist sicher

Die Zukunft sieht Achim Sanzenbacher in einer weiteren Automatisierung des Fräsbereichs: „Auch bei uns im Prototypen­bau geht es darum, die Zeit effizient zu nutzen und Maschinen mannarm in der Nacht sowie am Wochenende auszulasten.“ Der Anfang ist bereits gemacht, mit einer Hermle C22 mit Sechsfach-Paletten­wechsler.
Da Automatisierung höchste Prozesssicherheit erfordert, legt der Leiter des Prototypen­baus größten Wert auf zuverlässige Kollisions­kontrolle und -vermeidung. hyperMILL® stellt dafür effiziente Lösungen bereit, zum Beispiel Simulations­lösungen, die das gesamte Maschinen­umfeld mit einbeziehen. Für die 5-Achs-Simultan­bearbeitung berechnet hyperMILL® sogar selbst­ständig eine kollisions­freie Werkzeug­anstellung. Der Anwender legt nur noch fest, welche Drehachse in Abhängig­keit von der Maschinen­kinematik bevorzugt zur Kollisions­vermeidung genutzt werden soll.

Zeitgewinn beim Programmieren und Zerspanen

Achim Sanzenbacher ist zufrieden: „Bei OPEN MIND und seiner CAM-Lösung hyperMILL® passt das Gesamt­paket perfekt für unseren Prototypen­bau. Der Strategie-Baukasten ist sehr universell, die Bedien­oberfläche über alle Zyklen hinweg einheitlich und klar strukturiert. Die erzeugten Programme sind prozess­sicher. Zudem sind wir schneller geworden.“ Das kann er zwar nicht an bauteil­bezogenen Zahlen festmachen, „aber der Durch­lauf ist messbar gewachsen. Für mich ist hyperMILL® im Prototypen­bau momentan ganz weit vorne.“

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