Ingersoll – Mit PTC Creo erst modelliert, dann simuliert

CAD/CAM

Moderne hochkomplexe Werkzeuge fassen mehrere Bearbeitungen zusammen, um die Effizienz zu steigern. Seit fast 25 Jahren konstruiert Ingersoll sie mit PTC Creo und ebenso lange arbeitet man mit INNEO zusammen, um die Entwicklungsumgebung ebenso effizient zu gestalten.

Der Werkzeugspezialist Ingersoll ist für die Zerspanungsindustrie eine namhafte Größe. Das Unternehmen wurde 1887 in den USA gegründet und ist seit 1961 in Deutschland vertreten. Neben den Stammsitzen in Rockford, IL/USA und im hessischen Haiger unterhält Ingersoll weitere Fertigungsstandorte in Horrheim bei Stuttgart sowie in Wulften. Im Jahr 2001 wurde Ingersoll von den israelischen International Metalworking Companies (IMC) übernommen. Inzwischen sind knapp 600 Mitarbeiter bei der deutschen Ingersoll Werkzeuge GmbH beschäftigt.

Die Kunden des Werkzeugherstellers finden sich in der Automobilindustrie, bei Verzahnungsherstellern, aber auch im Werkzeug- und Formenbau sowie in Schiffbau und Aerospace. Das Unternehmen hat sich auf Werkzeuge für Fräsen, Drehen, Bohren und Stechen spezialisiert, die überwiegend aus einem Grundkörper und Wendeschneidplatten bestehen, die die Schneidgeometrie bilden. In Wulften arbeitet ein Team an PKD-/CBN-Werkzeugen und Wendeschneidplatten. Das Portfolio teilt sich in die Bereiche Standardwerkzeuge, die in Horrheim in Serie produziert werden, und Spezialwerkzeuge, die am Standort Haiger entwickelt und meist auch dort gefertigt werden.

Maßgeschneidert

Die Anforderung für einen Satz Spezialwerkzeuge kommt meist von den Herstellern der Bearbeitungszentren, die wiederum von ihren Kunden eine Bearbeitungsaufgabe gestellt bekommen, beispielsweise die möglichst effiziente Bearbeitung einer Kurbelwelle. Die Ingersoll-Werkzeugspezialisten arbeiten dann mit den Maschinenherstellern zusammen, um eine entsprechend effiziente Bearbeitungsstrategie zu entwickeln und die vom Auftraggeber geforderten Taktraten zu erreichen. Auf Basis dieser individuellen Bearbeitungsstrategie werden dann die passenden Werkzeuge konzipiert und gefertigt.

Ein herausforderndes Projekt des Werkzeugspezialisten war etwa die Entwicklung eines Leichtbauwerkzeugs. Es handelte sich dabei um ein Drehräumwerkzeug für die Bearbeitung von Kurbelwellen mit etwa 700 Millimetern Durchmesser. Das bislang eingesetzte Werkzeug erfüllte seine Aufgabe zwar sehr gut, war aber mit 120 Kilogramm so schwer, dass zum Wechsel ein Kran eingesetzt werden musste. Auch das Handling war mühsam und der Werkzeugwechsel dauerte pro Werkzeug eine halbe Stunde.

Schneller Wechsel

Die Ingersoll-Spezialisten fanden schließlich eine Lösung, die zwischenzeitlich patentiert wurde. Der Trick: Es wird jetzt lediglich der Außenring des Werkzeugs getauscht. Das Gewicht des Rings liegt unter 15 Kilogramm, so dass er auch von Hand gewechselt werden kann. Eine spezielle Verzahnung und Befestigungsklappen sorgen für die stabile Verbindung des Wechselrings mit der Nabe, so dass in der Bearbeitung kein Qualitätsverlust festzustellen ist. Die Werkzeugwechselzeit konnte somit auf 40 Sekunden pro Werkzeug reduziert werden. »Der Knackpunkt des Projekts war die Befestigung des Ringwerkzeugs auf der Nabe«, erinnert sich Olaf Singe, Leiter der Konstruktion und Entwicklung, »da bei der Bearbeitung hohe Axial- und Radialkräfte entstehen und zuverlässig aufgefangen werden müssen. Wir haben am Ende eine Schrägverzahnung entwickelt, die sich sozusagen selbst festzieht. Zudem sorgt die Verzahnung für die axiale und radiale Fixierung. Zusätzlich wird der Ring mit sechs Befestigungsklappen verspannt.« Und weiter: »Hier konnte Creo seine Vorteile ausspielen. Durch die Parametrik ließen sich neue Ideen schnell ausprobieren und wir nutzten die Berechnungsfunktionen von Creo Simulate, um die Festigkeit der unterschiedlichen Varianten zu berechnen. Dank unserer durchgängigen CAD/CAM Lösung konnten zudem die Prototypen sehr schnell gefertigt werden.«

Stets aktuell

Diese Durchgängigkeit war schon im Jahr 1995, als Creo noch unter dem Namen Pro/Engineer bekannt war, Ziel der Ingersoll-Spezialisten.

Schon damals war INNEO mit von der Partie und half bei der Implementierung, die anfangs bei den NC-Programmierern nicht auf Zustimmung stieß – ihr voriges NC hatte alle Anforderungen erfüllt, weshalb der Umstieg auf den ersten Blick mehr Aufwand als Ertrag versprach. Susanne Klamma aus der Ingersoll-IT-Abteilung berichtet: »Es zeigte sich aber schnell, dass die Verbindung von CAD und CAM viele Vorteile hat. So kann ein Modell, sobald es in der Konstruktion ausgecheckt wurde – beispielsweise für eine Änderung – nicht mehr auf die Maschinen gegeben werden. Das verhindert, dass veraltete Teile gefertigt werden.« Inzwischen haben einige Mitarbeiter von der CAD- in die CAM-Abteilung und andere in die andere Richtung gewechselt, was zu einem tieferen Verständnis der Anforderungen der jeweils anderen Abteilung führte. »Die Daten sind immer aktuell«, fährt Klamma fort. »Sobald sich eine Geometrie im CAD-Bereich ändert, wird das CAM-Modell regeneriert und die Werkzeugwege werden neu berechnet. In den meisten Fällen ist damit die Anpassung erledigt, nur selten muss manuell nachgearbeitet werden. Der Programmierer erhält bei jedem Laden das jeweils aktuelle Modell auf den Bildschirm, das Arbeiten an einem veralteten Modell wird vom System nicht zugelassen. Das spart viel Zeit und verhindert Fehler.«

3D-Modelltests

Ein wichtiges Werkzeug für die Entwicklung ist das NC-Simulationssystem Vericut von CGTech, das ebenfalls von INNEO bei Ingersoll eingeführt wurde, inzwischen aber extern betreut wird. Vericut ermöglicht die komplette Simulation von Bearbeitungsvorgängen in einem detaillierten 3D-Modell der jeweiligen Bearbeitungsmaschine. Potenzielle Crashes und andere ungewollte Ereignisse lassen sich so sehr zuverlässig erkennen. Klamma schreibt seit 30 Jahren die Postprozessoren für die eigenen Maschinen selbst: »Das ist für mich ein Teil der Denkweise in Prozessketten, die wir bei Ingersoll schon immer leben. Integrierte Systeme, die einen nahtlosen Datenfluss ermöglichen, sind bei uns erste Priorität.« Und so ist die CAD/CAM-Installation auch über eine selbst geschriebene Schnittstelle nahtlos in das PDM-System, das nicht von PTC stammt und von der Muttergesellschaft IMC vorgegeben wurde, eingebunden.

An den beiden Hauptstandorten in den USA und in Haiger stehen zwei PDM-Systemserver, die ihren Datenbestand ständig gegenseitig abgleichen. Alle anderen Standorte arbeiten ebenfalls auf diesen Servern. Für sie ist überwiegend lesender Zugriff notwendig, was diese Architektur ermöglicht. Singe fügt aus Sicht der CAD-Anwender an: »Wir arbeiten viel mit Familientabellen, um ganze Serien von Werkzeugen schnell zu erstellen. Dank der Parametrik in Creo ist das Erzeugen neuer Produkte aus bestehenden Geometrien sehr einfach. Das kommt uns gerade im Sonderwerkzeugbau sehr entgegen, denn die meisten Sonderwerkzeuge basieren auf einem Serienwerkzeug, das abgewandelt und ergänzt wird.«

Enge Partnerschaft

Mit INNEO ist die Zusammenarbeit auch nach fast 25 Jahren nach wie vor eng und gut, wie Singe weiter sagt: »Wir bekommen viel Unterstützung, die Hotline nutzen wir regelmäßig. Bei Updates nutzen wir die Updateunterstützung, die INNEO bietet, um die neuen Funktionen so schnell wie möglich effizient nutzen zu können. Unter anderem haben wir gemeinsam eine Lösung zum virtuellen Auswuchten entwickelt, die berechnet, welche Unwucht eine Geometrie beim Drehen aufweist. So können wir sehr einfach Werkzeuge modellieren, die von Anfang an virtuell gewuchtet sind.« Auch bei den neuesten Entwicklungen unterstützt INNEO die Ingersoll-Entwickler. Singe erläutert: »Wir haben inzwischen drei Kunststoff- und einen Metall-3D-Drucker. Creo unterstützt die Additive Fertigung sehr gut und wir arbeiten mit INNEO daran, dass möglichst optimal in unsere Prozesse einzubinden.« Auch in Sachen Infrastruktur tut sich einiges, wie Klamma ergänzt: »Wir sind schon vor einigen Jahren auf Remote-Workstations umgestiegen, bei denen der Konstrukteur keine spezielle Workstation am Arbeitsplatz mehr benötigt, sondern die im Rechenzentrum stehende Rechnerleistung nutzt. Auch hier konnte uns INNEO bei der Planung und Umsetzung unterstützen. Wir sind gemeinsam auf einem guten Weg – und das wird sicher noch lange so weitergehen.«