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Überzeugendes Software-Gesamtpaket

: Mecadat


Erfolg und kontinuierliches Wachstum der Piekenbrink Composite GmbH aus Laupheim (D) sprechen eine deutliche Sprache. Denn die Schwaben verfügen über großes Know-how und viel Erfahrung bei der Herstellung von Composite-Strukturteilen, die insbesondere im Flugzeugbau zum Einsatz kommen. Bei CAD und CAM spielt VISI, das im deutschsprachigen Raum von Mecadat vertrieben wird, sowohl bei der Konstruktion von Vakuumhauben wie auch beim Fräsen von Ureol-Modellen und Faserverbundwerkstoffen eindrucksvoll seine Stärken aus.

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Der Arbeitsplatz von Günther Nothelfer mit dem geöffneten CAM-Modul VISI Machining und dem von ihm konstruierten Tischkicker aus Ureol.

Der Arbeitsplatz von Günther Nothelfer mit dem geöffneten CAM-Modul VISI Machining...

„Wir sind ein Spezialist für Faserverbundkunststoffe und fertigen mit zahlreichen Verfahren Composite-Strukturteile sowie artverwandte Produkte aus unterschiedlichen Werkstoffen und Werkstoffkombinationen. Unsere Kunden schätzen unser langjähriges Know-how sowie die hohe Flexibilität dank kurzer Wege“, unterstreicht Björn Piekenbrink, Geschäftsführer der Pieckenbrink Composite GmbH. „Die Kunden erhalten bei uns alles aus einer Hand: also vom CAD, dem Modell- und Werkzeugbau über die Herstellung von Prototypen bis hin zur Serienproduktion.“

Aushärtung von Compositen

Bei den für die Aushärtung von Compositen nötigen Verfahren kommen die im eigenen Haus hergestellten Vakuumhauben (Permanent Vacuum Bag, kurz PVB) aus 2-Komponenten-Elastomer zum Einsatz. In Laupheim beginnen fast alle Composite-Prozesse mit einer Form – meist aus Aluminium –, also dem Urwerkzeug, und einem Modell aus Ureol/Blockmaterial, einem im Modellbau weitverbreiteten Werkstoff aus mit Füllstoffen gesättigten Polyurethan- und Epoxidharz. Letzteres dient auch zur Formgebung bei der Herstellung der Artikel-spezifischen Vakuumhauben. Egal mit welchem Verfahren, ob das Infusion ist, getränktes Harz oder per Roboter gelegt, die Vakuumhauben von Piekenbrink reduzieren in der Composite-Serienfertigung Rüst- und damit Taktzeiten und sorgen für erhöhte Prozesssicherheit.

Um diese passgenau und oberflächenoptimiert herstellen zu können – verwendet wird hierfür eine Art Lackierpistole – fräsen die Schwaben zunächst einen Formkörper aus Ureol, Mastermodell genannt. Doch bis es soweit ist, sind zuvor einige Schritte notwendig – und VISI. Die 3D-Branchenlösung aus dem Hause Hexagon (früher Vero Software) ist eine aktuell 22 Module umfassende Produktfamilie
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Dieser Tischkicker wurde mit VISI Modelling konstruiert und auf der fünfachsigen F. Zimmermann FZU.010 komplett aus Ureol gefräst. Dabei handelt es sich um ein Kundengeschenk, das in kleiner Serie hergestellt wurde.

Dieser Tischkicker wurde mit VISI Modelling konstruiert und auf der fünfachsigen...

für den Werkzeug- und Formenbau. „Wir bilden mit VISI die CAD/CAM-Prozesskette bis hin zum 5-Achs-Fräsen durchgängig ab. Wir haben VISI vor rund zehn Jahren zunächst ausschließlich zur NC-Programmierung im 2,5D-Bereich zum Fräsen und Bohren angeschafft“, berichtet Marcel Klose, Abteilungsleiter CAD/CAM und Tooling. „Das deutlich verbesserte Bearbeitungsergebnis und die neuen Möglichkeiten, die sich durch die CNC-Bearbeitung erschlossen, waren dann für uns der Anlass, den Fräsbereich kräftig auszubauen, auch mit weiteren CAM-Modulen von VISI.“

Leistungsstarke CAD-Plattform

Konstruiert wird bei Piekenbrink mit dem 3D-CAD-Modul VISI Modelling, das innerhalb der VISI-Familie die Basis für alle weiteren Ausbaustufen bildet, zum Beispiel auch für die in Laupheim verwendeten CAM-Bausteine von VISI Machining. Da die Schwaben keine Werkzeugaufbauten haben, keine Kühlung benötigen oder Anspritzpunkte definieren müssen, ist für sie der Funktionsumfang von VISI Modelling völlig ausreichend. Positiv betrachten sie, dass VISI von Haus aus sehr gut mit Fremddaten umgehen kann. Denn jede von ihren Kunden angelieferte CAD-Datei – meistens im Step-Format – wird nach dem Einlesen erst einmal auf Gültigkeit, also auf Verwendbarkeit geprüft und gegebenenfalls repariert. Das ist mit den Analyse- und Reparaturfunktionen von VISI ruckzuck zu erledigen.

Dabei kann es sich um ein vom Kunden bereits fertig konstruiertes Laminierwerkzeug handeln, oder um das CAD-Modell des herzustellenden Artikels. „In diesem Fall konstruiere ich zuerst das Werkzeug, von dem dann das Mastermodell für die Vakuumhaube abgeleitet wird. Meistens wird die Haubenkontur entgegen den eigentlichen Bauteildetails in diesem oder jenem Bereich spezifisch geändert,
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um entweder Spannungen zu vermeiden, Bereiche zu verstärken oder formspezifisch die Prozessdrücke in Form von ‚überzeichneten Konturen‘ zu unterstützen“, erklärt Günther Nothelfer, der für die Konstruktion und NC-Programmierung zuständig ist. „Hinzu kommen zusätzliche Dinge wie zum Beispiel Fließhilfen oder die Dichteinrichtung. Zudem egalisiere ich zum Beispiel Übergänge und lege Vorhaltungen fest, damit die Haube an den entsprechenden Stellen Positionierung erhält.“ Ist alles fertig, wird die Haubenkonstruktion zusammen mit dem Kunden noch einmal durchgesprochen und gegebenenfalls nachgearbeitet.

Kombinierte Anwendung von Flächen- und Volumenmodellierung

Bei einem aktuellen Automotive-Teil waren noch weitere Aspekte zu berücksichtigen, da es Kunden gibt, welche die Vakuumhauben nicht zur Herstellung von Composite-Teilen nutzen, sondern zum Beispiel um Interieurteile zu beledern. Hier befindet sich zwischen Trägermaterial und Leder ein Schaumstoff, als Außenhaut dient dann das PVB. In einem Wärmeprozess wird das Ganze dann mit Hilfe eines Klebstoffs unter Vakuum miteinander verbunden. Weil das Leder sich immer wieder anders verhält, kann nur der Kunde beurteilen, ob hier noch etwas mehr oder weniger vorgehalten oder vielleicht noch an einer anderen Stellschraube justiert werden muss. „Bei allen diesen Arbeiten kann man nicht ‚nach Schema-F‘ vorgehen. Darum ist es für uns sehr wichtig, dass sich diese Modifikationen am Haubenmodell ebenso schnell wie unkompliziert realisieren lassen“, unterstreicht Nothelfer. „An dieser Stelle zeigt sich eine weitere Stärke von VISI Modelling: Denn als Hybridmodellierer nutzt das System den hier verwendeten Parasolid-Kern sowohl für die Volumen- als auch für die Flächenmodellierung.“
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Gegenüber vielen anderen rein parametrisch arbeitenden CAD-Produkten am Markt lässt sich mit VISI direkt modellieren, was das Arbeiten deutlich beschleunigt.

Ist die Konstruktion abgeschlossen und freigegeben, wird programmiert, das Modell aus Ureol gefräst und anschließend im Formenbau in einigen Nuancen nachgearbeitet. Zudem wird das gefräste Modell noch mit einem Harz versiegelt oder lackiert. Für die Fräsbearbeitung sind bei Piekenbrink drei fünfachsige Portalfräsmaschinen zuständig, auf denen vorwiegend Ureol aus dem Vollen bearbeitet wird sowie der Beschnitt der Composite-Teile stattfindet. Gefräst werden aber auch Aluminiumformen. „Die Schritte beim Fräsen von Ureol und Composite sind in gewisser Weise ähnlich wie bei der Aluminiumbearbeitung, allerdings benötigen diese andere Schnittwerte“, betont Klose. „Ureol wird meist mit VHM-Werkzeugen bearbeitet, bei stark abrasiv wirkenden Composite-Materialien – vor allem CFK – kommen hingegen diamantbeschichtete Fräser (PKD) zum Einsatz.“ Die Fertigungsgenauigkeit liegt dabei meist im Bereich 2/100 Millimeter.

Absolut bewährt

VISI hat sich bei Piekenbrink absolut bewährt. „Wir sind heute in der Lage, auch kompliziert geformte und schwierig zu bearbeitende Composite-Teile mit kurzen Durchlaufzeiten absolut prozesssicher und in reproduzierbar hoher Qualität bohren und fräsen zu können“, zieht Björn Piekenbrink ein positives Fazit. „Ohne VISI hätten wir bei CAD und CAM vermutlich nicht so einfach unseren hohen Stand erreicht. Daher möchten wir auf die Vorteile von VISI mit seinem selbsterklärenden Bedienkonzept und den wirklich durchdachten Funktionen
keinesfalls mehr verzichten.“

Der Arbeitsplatz von Günther Nothelfer mit dem geöffneten CAM-Modul VISI Machining und dem von ihm konstruierten Tischkicker aus Ureol.
Dieser Tischkicker wurde mit VISI Modelling konstruiert und auf der fünfachsigen F. Zimmermann FZU.010 komplett aus Ureol gefräst. Dabei handelt es sich um ein Kundengeschenk, das in kleiner Serie hergestellt wurde.
Die 2019 installierte FZU.010 ist eine der insgesamt zwei fünfachsigen Portalfräsmaschinen von F. Zimmermann, die vorwiegend für das Composite- und Ureolfräsen größerer Teile verwendet werden.
Die Konturen der Composite-Teile, hier auf der Portalmaschine Gamma S von EiMa, werden bei Piekenbrink ausschließlich mit fünf Achsen simultan gefräst.
Auf der ebenfalls 5-achsigen POSmill H 800 U in Gantry-Bauweise werden kleinere Teile bearbeitet. Auch hier – wie bei allen anderen Fräsmaschinen – vertraut Piekenbrink bei der CNC auf Heidenhain.
Mastermodell aus Ureol für ein Automotive-Interieurteil (Kombiblende), das als Basis für die zu spritzende Vakuumhaube dient.
Die Flugzeug-Klimagehäuse aus glasfaserverstärktem Epoxidharz werden bei Piekenbrink per Prepreg-Auflegeverfahren in Serie hergestellt. Bevor die Gehäuse in den Autoklaven kommen, wird ein Vakuum erzeugt, bei dem die wiederverwendbaren Silikonhauben (PVBs) für die Verdichtung und die Form sorgen.
Im Autoklav werden Composite-Teile bei Temperaturen bis zu 400 °C und einem Druck von bis zu 10 bar ausgehärtet. Hier ein Einzelteil, das nicht mit einem PVB, sondern konventionell per Folie abgedichtet wird, unter der dann das Vakuum erzeugt wird.
Ein weiteres Produktsegment von Piekenbrink ist Militärtechnik. Hier die Montage von Sitzkomponenten für den Radpanzer Boxer.
Möchten auf die Vorteile von VISI keinesfalls mehr verzichten (v.l.n.r.): Geschäftsführer Björn Piekenbrink mit CAD-CAM-Abteilungsleiter Marcel Klose sowie Konstrukteur Günther Nothelfer.


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Bericht in folgenden Kategorien:
CAD-Software, CAM-Software, Werkzeug- und Formenbau

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