Die Kunst des Rotationsgießformenbaus - Cimatron

REPORTAGE
Mit Hilfe dieser
Aluminiumform werden
später die Kunststoffteile
hergestellt.
Mit Cimatron gehts besser:
Die Kunst des
Rotationsgießformenbaus
Kunst kommt von Können. Und das ist bei der Firma Maus Modell- und Formenbau,
Karlsruhe, reichlich vorhanden. Das kann jeder mit den Händen greifen, der durch
den Betrieb läuft. Für alle CAD/CAM-Aufgaben setzen die badischen Spezialisten
Software von Cimatron ein. Die neueste Version von Cimatron E wird auf der Euro-
Mold vorgestellt.
Schon mal was von Rotationsgießformen
gehört, hochverehrtes Publikum? Wenn
nicht, dann wird es Zeit. Es könnte sich echt
lohnen.
Das Rotationsgießen (nicht Schleuderguss!)
wurde Anfang der 40er Jahre in den
USA erfunden. Bei dem Verfahren wird,
ganz grob gesagt, Kunststoffpulver in eine
Form gefüllt, welches dann unter Wärmeeinwirkung
schmilzt und — weil die Form
rotiert — schichtweise das Teil bildet. Die im
Rotationsschmelzverfahren eingesetzten
Werkzeuge müssen nicht so extremen
Druckbelastungen wie beispielsweise im
Blasverfahren oder beim Spritzguss standhalten,
was sich positiv auf die Kosten und
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Realisierungszeiträume auswirkt.
In früheren Jahren wurde das Verfahren
hauptsächlich für die Produktion von Kleinserien,
vorzugsweise großer Teile, eingesetzt.
Das Verfahren wird heute vornehmlich
für die Herstellung von Prototypen, Pilot-,
Klein- und Mittelserien herangezogen. Die
Stückzahlen der Serienfertigung reichen
von wenigen hundert Einheiten bis zu
80 000 Einheiten pro Jahr. Die Anwendungsvielfalt
ermöglicht maßgeschneiderte
Lösungen für unzählige verschiedene Produkte.
Das ist kein Spruch. Wer den Musterraum
bei Maus sieht, weiß, dass es stimmt.
Die Formen für das Rotationsschmelz-
verfahren sind von ›spezifischer‹ Art. Der
Weg ihrer Herstellung ist mit folgenden
Schritten beschrieben:
1. Herstellung eines Positiv- bzw. Ur-
Modells,
2. Abnehmen des Gießereimodells
(Negativ-Schalen),
3. Herstellung der Gießform aus Sand/
Keramik,
4. Gießen der Aluminium-Formschalen des
späteren Werkzeugs,
5. Endbearbeitung und Veredelung der
Formschalen, Rahmenbau und Komplettierung
der Werkzeuge.
Um diese Schritte gehen zu können,
bedarf es eines enormen Wissens und Könnens.
Bei der Firma Maus in Karlsruhe ist
beides reichlich vorhanden. Das Unternehmen
wurde 1925 von August Maus in
Ettlingen gegründet - schon damals mit
dem Arbeitsgebiet Modelleinrichtungen für
Gießereien.

Bereits Anfang der 60er Jahre wurden
die ersten einfachen Rotationsformen hergestellt.
1970 kam aus Platzgründen
der Umzug nach Karlsruhe. Die Herstellung
von Rotationsgießformen
erhielt einen großen Schub durch
den Abschluss eines Lizenzvertrages
mit der amerikanischen Firma
Kelch (heute Norstar), dem Marktführer
für Rotationsgießformen aus Aluminiumguss.
Das war 1986.
Immer bestrebt, die eigene Qualität zu
verbessern, wurde 1998 die Beschichtung für
Rotationsgießformen BMC entwickelt. Heute
verlassen mehr als die Hälfte aller Rotationsgießformen
BMC-beschichtet das Haus.
Die Herstellung solcher Formen macht
»rund 99 Prozent unseres Geschäftes aus«,
wie der derzeitige Geschäftsführer Mathias
Maus erklärt. Mit über 40 Mitarbeitern wird
das gesamte bereits angedeutete Arbeitsgebiet
abgedeckt: Design- und Konstruktionsberatung,
Modellbau, Erstellung von
3D-CAD/CAM-Daten, NC-Bearbeitung,
produktionsbereite Formen, Oberflächenbeschichtungen,
Zubehör für Rotationsformen,
Reparatur und Änderungen.
Alles das wird aus einer Hand geliefert,
was letztlich bedeutet, Fabrik und Manufaktur
zugleich zu sein — ganz sicher ein
Vorzeigebetrieb Made in Germany.
In Sachen CAD/CAM ist Maus erst relativ
spät aktiv geworden, nämlich Ende der 90er
Jahre, dann aber sehr konsequent. Kollegenerfahrungen,
sowie ein eigener Benchmark,
brachten Cimatron eindeutig als
Sieger hervor. Maus: »Es war kein anderer
Hersteller dabei, der das, was ich wollte,
annähernd in der Zeit gekonnt hätte wie
Cimatron.«
Ein Beispiel dafür, was mit Rotationsgießteilen
gemacht werden kann.
Als drei wichtige Kriterien, die damals
für Cimatron sprachen, nennt M. Maus »die
Funktionalität, das Preis-Leistungs-Verhältnis
und die Nähe
zur Cimatron- Zentrale in Ettlingen«.
Bevor nun der Einsatz und
die Erfahrungen mit der Software
näher erläutert werden,
zunächst ein Blick auf das CAD/
CAM-System selbst.
Fokussiert und doch
umfassend
Seit der Gründung im Jahr 1982
ist Cimatron einer der Pioniere
für integrierte 3D-CAD/CAM-
Lösungen für den Werkzeug-,
Formen- und Modellbau. Das Unternehmen
mit rund 250 Mitarbeitern hat weltweit
16 000 Lizenzen im Einsatz, im deutschsprachigen
Raum sind es 2 100.
Die Zentrale für Deutschland, Österreich
und die Schweiz befindet sich in Ettlingen
bei Karlsruhe, weitere Niederlassungen gibt
es in München, Hamm, Köln und Nürnberg.
Insgesamt arbeiten in diesem Vertriebsge-
biet 45 Mitarbeiter für ihre Kunden.
Die Cimatron-CAD/CAM-Lösungen
wurden von Anfang an fokussiert für den
Werkzeug-, Formen- und Modellbau entwickelt
— hierfür aber bietet man
umfassende Funktionalitäten. Von
der Werkzeugkonzeption über die
Formtrennung, den Formaufbau, die
Konstruktion von Düsen- und Auswerferseite,
die Elektroden-Konstruktion, die
Zeichnungserstellung und schließlich die
NC-Bearbeitung wird alles abgedeckt.
Zur Zeit aktuell ist Cimatron E, welches
Cimatron it ablöst. In der Praxis läuft dieser
Die Modelle werden in Uriol gefräst.
REPORTAGE
Vorgang jetzt gerade ab. »Wir geben den
Kunden durch die Installation beider Pakete
die Gelegenheit, einen weichen Übergang
zu schaffen«, so Herbert Gehl, Vertriebsleiter
Süd-West bei Cimatron.
Cimatron E ist ein modern konzipiertes
3D-System, auf der Basis des ACIS-Kerns,
lauffähig unter Windows auf gehobenen
Standard-PCs. Es besteht aus einem Basis-
Abformung der Modelle mit einem speziellen Gießereisand. Bei der Firma Maus sind insgesamt sechs Cimatron-Arbeitsplätze installiert.
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REPORTAGE
system und Zusatzmodulen, »so dass jeder
Anwender genau die Software zusammenstellen
kann, die er braucht«, wie die Marketingleiterin
des Unternehmens, Kerstin
Müller, erklärt.
Für die Werkzeugkonstruktion stellt
Cimatron E integrierte Module zur Verfügung,
um die Geometrie zu importieren, zu
trennen, Änderungen einzuarbeiten,
Einsätze und Schieber zu modellieren und
alle Werkzeugkomponenten und Elektroden
zu detaillieren. Im NC-Bereich ist die
Bearbeitung mit bis zu fünf-Achsen möglich,
inklusive HSC-Strategien. Nützliche
Dinge wie Restmaterialerkennung oder Fräsen
auf Netzen sind hier selbstverständlich.
Ganz wichtig in diesem Geschäft: die
Schnittstellen. Cimatron E wartet mit einer
beachtlichen Zahl hiervon auf: IGES, VDA,
SAT, DXF, DWG, STEP, STL und direkt, Catia,
Unigraphics, Autocad und Pro/Engineer.
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Der Aufbau eines
Werkzeugs in
Cimatron E,
bestehend aus
Standard- und
Nicht-Standard-
Bauteilen.
Cimatron E verfügt
über ausgefeilte
NC-Programmiermöglichkeiten.
Hier sieht man eine
3D-Zustellung mit
s-förmiger Verbindung.
Sehr interessant sind die so genannten
Quick Tools. Es handelt sich dabei um eine
Familie von Software-Werkzeugen, die
angereichert mit Expertenwissen, und ausgelegt
auf einfachste Bedienung, die Bearbeitung
stark verkürzen. Rund 50 bis 90
Prozent Zeitersparnis gegenüber konventioneller
Arbeitsweise sind nicht selten.
Quick Tools gibt es als
■ Quick Split
für die Formtrennung eines Flächenmodells
inklusive Schieber,
■ Quick Elektrode
für die Konstruktion und Fertigung von
Senkelektroden,
■ Quick Compare
für effektive Änderungen in der Artikelkonstruktion,
■ Mold Design
für den automatisierten 3D Formenaufbau,
■ Quick Concept
für die schnelle Erledigung von Konzeptund
Angebotsaufgaben.
Zum letzteren Punkt nun einige nähere
Betrachtungen, weil diese Software auch
bei Maus installiert ist und sehr erfolgreich
eingesetzt wird. Quick Concept ist eine Art
Viewing- und Analyse-Software für den
Werkzeug- und Formenbau. Sie erlaubt
CAD-System-neutrale Untersuchungen von
Modellvarianten, erlaubt die Analyse von
Bauteilen durch das Legen von Schnitten
und das Abnehmen von Maßen, erlaubt die
Prüfung auf Herstellbarkeit und reduziert
die Durchlaufzeiten in der Konzept- und
Angebotsphase.
Das System liest und schreibt alle gängigen
CAD-Formate und automatisiert das
Auftrennen in Auswerferseite, Düsenseite
und Schieber. Formöffnungsbewegungen
können animiert werden. Ferner sind Winkelanalysen,
Volumen- und Flächenberechnungen
möglich. Sehr hilfreich ist auch der
automatische Vergleich zweier Modelle.
Änderungsstände und Abweichungen können
so leicht erkannt und bewertet werden.
Mathias Maus betont, dass er mit diesem
Tool »Produktions- und Teileanalysen in 15
bis 20 Minuten erledigen kann, für die ich
am CAD-System direkt zwei bis drei Stunden
benötigen würde.«
Über das Tagesgeschäft hinaus engagiert
sich Cimatron auch in Forschungsprojekten.
So gab das Unternehmen im Mai
2003 eine Beteiligung am EU-Forschungsprojekt
›Micro Milling‹ bekannt. (Ziele und
Teilergebnisse dieses Projekts werden in
unserem Jahresabschlussheft ›CAD/CAM-
Highlight‹ veröffentlicht.)
So viel zur Software selbst. Nun zurück zu
den Rotationsgießformen-Herstellern und
ihren Erfahrungen damit.
Maschinenbediener handhaben
auch CAD/CAM
Der erste Cimatron-Arbeitsplatz kam im
Dezember 1997 bei Maus ins Haus, der bislang
letzte im März 2003; insgesamt sind es
sechs. Auf fünfen davon sind CAD und CAM
installiert, auf einem nur CAD.
Die Arbeit damit läuft so ab, dass die
Geometrie über eine der genannten
Schnittstellen importiert wird. Dann wird
das Modell erstellt, die Zeichnungen und die
NC-Programme abgeleitet. Danach kann
gefräst werden. »Die NC-Programme werden
von jenen Mitarbeitern erstellt, die auch
an den NC-Maschinen arbeiten. So haben

Mit Quick Elektrode stellt Cimatron dem Anwender ein effizientes Werkzeug zur
Verfügung, um aus einem Bauteil Elektroden zu konstruieren.
sie jederzeit den vollen Durchgriff,
auch bei nötigen Programmänderungen
sowie Optimierungen
und müssen nicht
warten, bis ein speziell dafür
angestellter Programmierer
etwas tut«, erläutert Mathias
Maus.
Simuliert wird übrigens selten;
die Praktiker haben ihre
Teile, Werkzeuge und Maschinen
im Griff, so dass es meist
gleich ›passt‹. »In 5 Jahren«, so
erinnert sich Maus, »ist bei dieser
Vorgehensweise nur einmal
ein Futter kaputtgefahren worden.«
Die NC-Programmierung erfolgt
weitgehend individuell für
jedes Teil, die im System enthaltene
Automatismen können die
spezifischen Anforderungen der
Rotationsgießformenbauer nur
selten abdecken. Insgesamt ist
Die Gesprächsteilnehmer in Karlsruhe (v.l.n.r.): Mathias Maus, Oliver
Wandres, Kerstin Müller und Herbert Gehl.
man aber mit der Funktionalität
und dem Handling
des Systems sehr
zufrieden. Gerade die Integration
von CAD und
CAM (ohne Schnittstelle
dazwischen) wird als sehr
positiv beurteilt: »Das Arbeiten
in einer Software-
Umgebung macht uns das
Leben leicht.«
Besonders schätzt Maus
an Cimatron E, dass das
System gut mit allen
möglichen Datenmodellen
umgehen kann.
»Wo bei anderen Systemen
die Möglichkeiten
erschöpft sind und nichts
mehr geht, arbeite ich mit
Cimatron fröhlich weiter.
Wenn komplexe Teile z. B.
REPORTAGE
in Catia nicht mehr verrundet
werden können, machen wir das
in Cimatron. Anschließend wandeln
wir die Daten wieder in
Catia-Daten um.« Ähnlich läuft
es, wenn man an anderer Stelle
die Daten aus zwei unterschiedlichen
CAD-Systemen nicht
verschmelzen kann. Dann
macht es eben die Firma Maus
mit Cimatron. »Das sind dann so
die Momente, wo ich sage,
Cimatron ist genau richtig für
uns!«
Offensichtlich hat man mit
den positiven Erfahrungen bereits
auch einige Kollegenbetriebe
›angesteckt‹. Mathias
Maus: »Der eine oder andere
sagt heute schon, beim nächsten
Mal nehmen wir auch
Cimatron....«.