Kärcher steigert mit hyperMILL® die Effizienz im Prototypenbau
Alfred Kärcher Vertriebs-GmbH |
Winnenden (Baden-Württemberg), Deutschland
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.“
Steffen Völker (rechts), Anwendungsspezialist bei OPEN MIND für den Formen- und Prototypenbau, unterstützt Michael Wussack (links) und seine Kollegen bei Bedarf auch vor Ort.
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.“
Von links nach rechts: Die Kärcher-Prototypenbauer Achim Sanzenbacher und Michael Wussack freuen sich über die Unterstützung von Steffen Völker und Aleš Vurušič von OPEN MIND.
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.
hyperMILL® bietet in seinem Flächen- und Kavitätenpaket 13 verschiedene 5-Achs-Zyklen. So kann der Programmierer für jedes noch so anspruchsvolle Frästeil die richtige Strategie wählen.
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.“
Galerie
Um prozesssichere Fräsprogramme zu erzeugen, nutzen die Prototypenbauer das CAD/CAM-System hyperMILL® von OPEN MIND.
5-Achs-Bearbeitung gehört zu den wichtigsten Technologien im Prototypenbau. Einmal gespannt und von fünf Seiten komplett bearbeitet – die lange Laufzeit nutzen die Prototypenzerspaner fürs Programmieren des nächsten Bauteils.
Bei Kärcher werden 600 bis 800 Prototypenteile pro Woche hergestellt. Eine bevorzugte Technologie ist das 5-Achs-Fräsen.
Ein beispielhaftes Bauteil ist das Knotenstück der Pistole EASY!Force für den Profihochdruckreiniger HDS. Es wird in der Prototypenabteilung fünfachsig gefräst. Die anspruchsvolle Kontur enthält unter anderem Anschlüsse für den Schlauch und das Strahlrohr.
Das Knotenstück aus Messing ist Teil des Griffelements der Hochdruckreinigerpistole EASY!Force. Diese enthält auch mechanische Komponenten, wie zum Beispiel Hebel, die (als Prototyp) ebenso wie die Halbschalen mit einem 3D-Drucker produziert werden.