Mehr als „nur“ ein CAD- und CAM-System
Montanstahl GmbH | Schwerte, Deutschland
Durch die intelligente Verschmelzung von CAD, CAM und weiteren Technologien bietet hyperMILL ideale Voraussetzungen für viele Anwendungsfälle in der Fertigung. Das integrierte hyperMILL CAD bietet dabei dem Anwender alle wichtigen Funktionalitäten etwa für die 2D- und 3D-Konstruktion von Werkzeugen. Bei der Montanstahl GmbH in Schwerte sorgt die Prozessautomatisierung mit Schwerpunkt CAD für eine Zeiteinsparung von fast 90 Prozent – und das schon ab Eingang der Kundenzeichnung. Entstanden ist diese Prozessautomatisierung in enger Zusammenarbeit der Montanstahl-Mitarbeiter mit den Automatisierungs-Experten von OPEN MIND.
Das Presswerk in Schwerte besteht schon seit 1957. Seit Mitte 2021 gehört es zur Schweizer Montanstahl AG, einem leistungsstarken, familiengeführten Produktions- und Serviceunternehmen für hochwertige Spezialprofile aus Stahl und Edelstahl. Dessen kaufmännischer Geschäftsführer Michael Stumm erklärt: „Das Warmstrangpressen ist für uns eine ideale Ergänzung, um die wachsende Nachfrage nach kundenspezifischen Produkten in kleinen Mengen und mit komplexen Geometrien noch besser bedienen zu können. Der Herstellungsprozess eines solchen Stahlprofils erfordert eine hohe technische Expertise, die bei unserem Tochterunternehmen Montanstahl GmbH in Schwerte reichlich vorhanden ist.“
Warmstrangpressen ist ein Fertigungsprozess zum Formen von Spezialprofilen mit einem konstanten Querschnitt. Die Montanstahl GmbH fertigt auf diese Weise Voll- und Hohlprofile mit komplexen Geometrien
Bild: Montanstahl
„Früher benötigte der Programmierer für die Konstruktion eines Druckrings bis zu acht Stunden. Mit hyperMILL Automation Center erfolgt das automatisch und wir sind in der Spitze bei gut einer Stunde“.
Detlef Weichmann, Konstruktionsleiter Montanstahl GmbH
Für die wirtschaftliche Produktion ist neben dem Knowhow der Mitarbeiter auch modernes Equipment erforderlich – vor allem im Werkzeugbau. Hier ist die Montanstahl GmbH mit zwei HSC-Horizontal-Bearbeitungszentren sowie zwei Vertikal-Fräsmaschinen zur drei- und fünfachsigen Bearbeitung gut gerüstet. Auch im Bereich der Konstruktion und NC-Programmierung ist das Unternehmen inzwischen perfekt aufgestellt.
Das war nicht immer so. „Bis vor drei Jahren hatten wir vier verschiedene Systeme für die CAD/CAM-Programmierung“, erklärt der ehemalige Werksleiter Meinolf Wortmann, der jetzt als technischer Berater tätig ist. „Mit diesen inhomogenen Softwarelösungen mussten wir zunächst die 2D-Zeichnungen unserer Kunden für die Werkzeuge aufbereiten. Anschließend konstruierten wir die Matrizen mit ihren 3D-Einlaufgeometrien sowie die weiteren Werkzeugkomponenten. Auf Basis dieser Zeichnungen wurden die jeweiligen NC-Programme für die Fräsbearbeitung erzeugt. Das war ein enormer manueller Aufwand, begleitet von Problemen mit den Datenschnittstellen, Datenbank und teilweise mit dem Support der verschiedenen Softwarelieferanten.“
Um die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, investierte Montanstahl unter anderem in HSC-Bearbeitungszentren, auf denen die erforderlichen Werkzeuge bearbeitet werden.
Konstruktionsleiter und Programmierer Detlef Weichmann ergänzt: „Deshalb wollten wir ein einheitliches System, das sowohl 2D- als auch 3D-CAD sowie ein NC-Programmiersystem umfasst. Es sollte zudem die aktuell effizientesten Konstruktions- und Bearbeitungsstrategien unterstützen. Wichtig ist für uns die Funktion der Freiformflächen.“ Bei der Suche nach einem passenden CAD/CAM-System wurden die Verantwortlichen auf hyperMILL von OPEN MIND aufmerksam. Nach den ersten Gesprächen mit Uwe Braunsdorf, dem zuständigen Technischen Gebietsvertriebsleiter, und einigen Programmier- und Frästests war klar, dass hyperMILL die Anforderungen hinsichtlich der CAD- und CAM-Fähigkeiten komplett erfüllt. Auch rückblickend bezeichnet Detlef Weichmann die Kaufentscheidung als Volltreffer: „Die Umstellung von den vorherigen Systemen auf hyperMILL lief absolut problemlos. Dank der Vor-Ort-Unterstützung der OPEN MIND Spezialisten kamen wir sehr schnell voran, so dass wir schon bald von unserer neuen Software in der Konstruktion und NC-Programmierung profitierten.“
CAD/CAM-Programmierer Detlef Weichmann: „hyperMILL ermöglicht uns neben einer effizienten NC-Programmierung, auch die Automatisierung unserer komplexen Prozesse – von der Konstruktion bis hin zum fertigen Presswerkzeug. Wir konnten durch diese Automatisierung die Konstruktionszeit auf bis zu ein Achtel minimieren. So sind wir in der Lage, flexibel und mit kurzen Antwortzeiten auf Kundenwünsche zu reagieren.“
Alles aus einer Hand: hyperMILL ist eine modulare CAD/CAM-Komplettlösung, die modernste CAM-Technologien auf der eigenen CAD-Plattform bereitstellt. Die hyperMILL-Automatisierungslösungen zählen weltweit zu den fortschrittlichsten.
Fokus Automatisierung
Uwe Braunsdorf erkannte früh ein weiteres Verbesserungspotential: „Ich war davon überzeugt, dass sich die Prozesse bei Montanstahl vom Eingang der Kundenzeichnung bis hin zum fertigen Werkzeug mit Hilfe des hyperMILL AUTOMATION Centers automatisieren und erheblich beschleunigen lassen. Dafür sprachen die eher kleinen Stückzahlen, die große Variantenvielfalt und die immer ähnlichen Konstruktionsabläufe.“
Mit seiner Idee konnte er Meinolf Wortmann, damals auch für Entwicklungsbelange verantwortlich, überzeugen und übergab dann das Projekt an die Automatisierungs-Experten von OPEN MIND. Hagen Rühlich, Senior Projektmanager beim CAD/CAM-Entwickler, übernahm die Koordination: „Die Automatisierung bei Montanstahl war für uns ein besonderes Projekt. In der Regel sind wir damit befasst, mit dem hyperMILL AUTOMATION Center die CAM-Programmierung für Zerspanungsmaschinen zu automatisieren. Hier hatten wir eine viel umfassendere Aufgabe zu realisieren: Die Entwicklung einer vollständigen Prozesslösung, mit einem hohen Automatisierungsgrad in der 3D-Konstruktion.“
Prozesse verstehen, automatisieren, Durchlaufzeiten verkürzen
„Zunächst ging es darum, die Abläufe im Werkzeugbau bei Montanstahl zu verstehen“, erklärt Hagen Rühlich. „Der Werkzeugbau ist ein komplexer Prozess, so musste das Knowhow der Mitarbeiter, z.B. in Bezug auf den Einfluss thermischer und mechanischer Aspekte auf die Werkzeuggeometrie unbedingt in die Prozesslösung einfließen.“
Montanstahl ist auf die Herstellung von Sonderprofilen spezialisiert. Kunden wenden sich mit individuellen Anforderungen an Materialeigenschaften und Profilgeometrie an das Unternehmen – oft mit einer 2D-Zeichnung.
Sie stehen stellvertretend für eine gelungene Zusammenarbeit von Montanstahl und OPEN MIND: (von links nach rechts) CAD/CAM-Programmierer Detlef Weichmann, OPEN MIND Projektkoordinator Hagen Rühlich und der technische Berater Meinolf Wortmann.
Je nach Profilgeometrie und Werkstoff unterscheiden sich die Werkzeuge, insbesondere die Matrizen, die entscheidend für die Formgebung verantwortlich sind. Besonders wichtig für den optimalen Fluss des Stahls ist ihre komplexe Einlaufgeometrie. Auch die weiteren druckaufnehmende Werkzeugkomponenten wie Untersätze, Spezialhinterteile etc. müssen individuell angepasst werden.
Einen wesentlichen Part bei der Suche nach einer optimalen Prozesslösung übernahm Anwendungstechniker Alexander Fischer aus dem Automatisierungsteam von Martin Hermann, Automation Technology Manager bei OPEN MIND. Gemeinsam mit den beiden Montanstahl CAD/CAM-Anwendern Detlef Weichmann und Helmut Wecke bildeten sie ein Team, das Schritt für Schritt alle wiederkehrenden Abläufe automatisierte.
Im Hintergrund wirkten Experten aus anderen OPEN MIND Abteilungen mit, Rühlich hebt hervor: "Da wir unsere Software vollständig selbst entwickeln, können wir flexibel weitere Experten in Projekte einbinden und sehr schnell auf neue oder geänderte Anforderungen reagieren."
Nach dem Warmstrangpressen werden die Profilstäbe zwischengelagert. Vor der Auslieferung erfahren sie noch diverse Richtvorgänge, so dass sie Richttoleranzen bis zu ±1.0mm einhalten.
Die Montanstahl GmbH fertigt ausschließlich Sonderprofile. Diese werden mit dem Kunden hinsichtlich Funktion, Geometrie, Werkstoff und Abmessungen abgestimmt.
Über ein Jahr kamen Alexander Fischer und Martin Hermann immer wieder nach Schwerte. Vor Ort stimmten sie sich direkt mit den Werkzeugexperten von Montanstahl ab und besprachen Feedback zu Zwischenständen und Anforderungen. Die Prozesslösung wurde schrittweise erweitert, indem die Anforderungen direkt in hyperMILL AUTOMATION Center-Skripte umgesetzt wurden. Montanstahl-Programmierer Weichmann ist von der Zusammenarbeit begeistert: „Das Engagement der beiden OPEN MIND Kollegen war so ansteckend, dass es auch uns stark motivierte. Dank des schrittweisen Vorgehens und unseres kontinuierlichen Feedbacks profitierten wir sofort von der Automatisierung – ohne auf den Projektabschluss warten zu müssen. Vom ersten Tag an konnten wir Teilbereiche nutzen und hatten weniger manuellen Aufwand, bis die Automatisierung komplett war.“
Konstruktionszeit auf bis zu ein Achtel der Zeit reduziert
Heute kann Montanstahl nach Eingang der Kundenzeichnung und der wichtigsten Rahmendaten die Kalkulation und Angebotszeichnung nahezu auf Knopfdruck erstellen. Auch die Konstruktion der Matrize samt Einlaufkontur und des Untersatzes erfolgt auf Basis einer 2D-Zeichnung weitgehend automatisiert. Weitere notwendige Werkzeugkomponenten wie etwa Druckringe werden ebenfalls automatisch konstruiert. Dazu entwickelte das Team eine Farbcodierung. Das bedeutet, die Einlaufgeometrie wird in Sektionen unterteilt, wobei Höhen, Schrägen, Radien und anderen Merkmalen verschiedene Farben zugewiesen werden. „Das eingefärbte Bauteil wird anschließend weiteren Automatisierungsschritten übergeben“, erklärt Detlef Weichmann. „Konstruktionsbefehle werden entsprechend der Farbcodierung automatisch ausgeführt, so dass am Ende die Matrize und alle weiteren Werkzeugkomponenten komplett in 3D-konstruiert sind.“
Die fürs Warmstrangpressen benötigten Werkzeuge sind vielteilig. Sie umfassen neben der formgebenden Matrize auch zahlreiche ergänzende Werkzeugkomponenten wie Druckringe.
Früher benötigte der Programmierer bis zu acht Stunden für ein solches Werkzeug. „Heute sind wir im besten Falle und in der Spitze bei gut einer Stunde“, freut sich Weichmann. „Das spart uns nicht nur viel Zeit, es macht uns auch sehr flexibel. Zum Beispiel bei Änderungswünschen des Kunden. Dann ändere ich einfach das Bauteil im 2D-CAD entsprechend ab, passe meine Farbstruktur an und lasse die Automatisierung nochmal durchlaufen. Dies im 3D-CAD manuell zu ändern, würde viel länger dauern. So haben wir uns einen wichtigen Wettbewerbsvorteil verschafft“
„Die automatisierte NC-Programmierung haben wir in einer zweiten Phase geplant, da bei uns das Einsparpotential bei der 2D- bzw. 3D-Konstruktion deutlich größer ist“, argumentiert Weichmann. „Wir nutzen zum Erstellen des Fräsprogramms bereits die Feature-Makro-Technologie, so dass wir für diesen letzten Schritt nicht länger als 20 Minuten brauchen. Aber natürlich werden wir auch diesen noch komplett automatisieren.“
Erfolgreicher Knowhow-Transfer
Während der Realisierung des Projektes wurde Knowhow zur CAD/CAM Automatisierung auf die Montanstahl Mitarbeiter weitergegeben. Die hyperMILL-Automatisierungstechnologie ist eine sogenannte No-Code-Lösung und erfordert daher keinerlei Software-Programmierkenntnisse. Durch eine Vielzahl von praxisorientierten Bausteinen können CAD/CAM-Anwender selbst sehr schnell und flexibel eigene Automatisierungen vornehmen. „Einfachere Automatisierungen, zum Beispiel für die unterstützenden Werkzeugkomponenten wie Druckringe, haben wir schon selbst geschrieben", bestätigt Detlef Weichmann. „Bei komplexen Aufgaben können wir uns auf die Unterstützung der Spezialisten von OPEN MIND verlassen, mit denen wir nach wie vor in engem Austausch stehen.“