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Kompaktere Konstruktionen möglich

SEW führt 3D-CAD-System in kurzer Zeit ein
Kompaktere Konstruktionen möglich

Ein Baukastensystem erlaubt den Kunden von SEW-Eurodrive das individuelle Konfigurieren von Antrieben. Erleichtert wird dies durch das 3D-CAD-System Solid Works. Funktionalitäten wie Kollisions- und Montageüberprüfungen führen zudem zu kompakteren Produkten bei gleichen Leistungsdaten.

Dipl.-Ing. Ralf Steck ist freier Fachjournalist in Friedrichshafen

Die SEW Eurodrive GmbH & Co, Antriebstechnikherstellerin aus Bruchsal, betreibt rund um den Globus neun Fertigungs- und mehr als 45 Montagewerke. Die Trennung dieser Bereiche ergibt sich aus einem Baukastensystem, das den Kunden Freiheiten bei der Wahl einzelner Komponenten bietet. Die dadurch mögliche Mehrfachnutzung von Bauelementen ist unabdingbar für die großen Produktionsmengen von etwa einer Million Einheiten pro Jahr. SEW erreicht damit kurze Lieferzeiten bei hoher Zuverlässigkeit.
Die Anforderungen an die Entwicklung bei SEW lassen sich aus dem Vorstehenden ableiten. Die Serienfertigung mit hoher Bauteilvarianz erfordert eine hohe Flexibilität. Ein PDM-System zum Verwalten der vielen Teile ist nahezu unumgänglich. Doch zunächst suchten die Bruchsaler nach einer 3D-CAD-Lösung. Mitte 2000 wurde ein Projektteam aus Mitarbeitern der drei Bereiche Elektronikentwicklung, Elektromotoren- und Getriebekonstruktion gebildet, welches ein umfangreiches Pflichtenheft erstellte.
Die Grundforderung in dieser Aufstellung war die Durchgängigkeit der Daten auch in der Verbindung mit der Elektronikkonstruktion. Aus den Platinenlayouts sollten automatisch 3D-Modelle inklusive aller Elektronikkomponenten wie Kondensatoren und Spulen erstellt werden können. Weitere wichtige Rollen spielten die Verbindungen zu FEM-Berechnungen und zu den Systemen der Formen- und Werkzeugbauer. Ein Leistungsvergleich verschiedener CAD-Lösungen wurde anhand komplexer Bauteile durchgeführt, darunter ein Gussgehäuse eines Motors, das mit zahlreichen Rippen, Entformschrägen und Radien die Modellierfunktionen der Systeme forderte. Ein umfangreicher Zusammenbau testete die Leistung bei großen Baugruppen. Die Solid Works Deutschland GmbH aus Unterhaching konnte mit ihrem gleichnamigen System knapp den zweiten Platz erreichen. Das Preis-/Leistungsverhältnis und die leichte Erlernbarkeit waren aber besser. Die SEW-Verantwortlichen entschieden sich deswegen für Solid Works.
Die Auswahlgruppe bildete in der Einführungsphase den Grundstock des Pilotteams, in dem Key-User aus allen Entwicklungsbereichen zusammengefasst waren. Diese erhielten im Dezember 2000 eine fünftägige Schulung und wurden in einem separaten Raum, herausgelöst aus dem Alltagsgeschäft, von einem Mitarbeiter der Solid Line AG aus Walluf betreut. In dieser Phase übten sie das Modellieren. Dabei entstanden eine Vielzahl von Normalien und Standardteilen; deren am Markt verfügbare Daten nicht die SEW-Anforderungen erfüllten. Die Schnittstellen zu den Zusatzprogrammen wurden getestet und eingerichtet, schwierige Teile durchgesprochen, Zeichnungsrahmen erstellt und Altdaten übernommen. Zudem entstand eine an die SEW-Anforderungen angepasste Konstruktionsrichtlinie.
Dieser methodische Ansatz, der nicht unbeträchtlichen Aufwand erforderte, zeigt heute seine positive Wirkung: Da die Modelle von Beginn an unter kompetenter, durchgehender Betreuung sauber aufgebaut wurden, lassen sie sich problemlos wieder verwenden. Auch die derzeit laufende PDM-Einführung profitiert davon. Dabei stellte sich unter anderem heraus, dass der 3D-Einsatz mehrere Datensätze je Teil erfordert. So wurde im 2D-System der Rotor der Elektromotoren als ein Teil geführt, heute besteht er aus Welle, Blechen und der Vergussmasse. Auch die Ölfüllung der Getriebe ist heute ein 3D-Teil – mit dem Vorteil, dass bei gegebenem Ölstand das benötigte Ölvolumen auf Knopfdruck ermittelt wird, anstatt durch Auslitern des Getriebes.
Ab April 2001 wurden die restlichen Mitarbeiter blockweise mit dem neuen System vertraut gemacht. Wieder erhielten sie eine dreitägige Inhouse-Grundschulung von Solid-Line-Mitarbeitern, an die sich ein zweiwöchiges Training on the Job unter Anleitung der Key-User anschloss. Zwei weitere Schulungstage gaben Einblick in die Zeichnungsableitung und die Arbeit mit Baugruppen. Heute werden bei SEW 60 Solid-Works-Lizenzen im Netzwerk genutzt, während Altdaten bei kleineren Änderungen weiterhin auf dem alten 2D-System aktualisiert werden. Der Komplettausstieg aus dem Altsystem ist in Planung.
Parallel dazu ist die Einführung eines PDM-Systems im Gange. Die Wahl fiel hier auf eine Lösung des Karlsruher Unternehmens Eigner, die sowohl mit Solid Works als auch mit dem verwendeten Elektronik-CAD-Programm nahtlos zusammenarbeitet.
Die PDM-Lösung ist nach Meinung der SEW-Verantwortlichen eine Notwendigkeit: „Ohne PDM können zwei Entwickler das selbe Teil nacheinander vom Server auf die lokale Platte kopieren, bearbeiten und so beim zurückkopieren auf den zentralen Speicherort gegenseitig kaputtschreiben“, erklärt Hubert Ermel, Leiter Entwicklung Controlling. „Jetzt kann jedes Teil nur ausgecheckt werden, wenn es freigegeben ist, so dass solche Probleme zuverlässig verhindert werden.“ Mit der Freigabe werde zudem automatisch ein Tiff-Bild der Zeichnung erzeugt und in dem digitalen Zeichnungsarchiv des Unternehmens abgelegt. Auf dieses haben unter anderem die weltweit verteilten Fertigungswerke Zugriff, die so in der Lage sind, Zeichnungen bei Bedarf selbst auszudrucken. „Unser Endprodukt ist ganz überwiegend die Zeichnung“, so Ermel weiter, „da beispielsweise für die meisten Wellentypen fertige NC-Bearbeitungsprogramme existieren, in denen nur noch bestimmte Parameter anhand der Zeichnung geändert werden.“
Mit den externen Formen- und Werkzeugbauern tauschen die Bruchsaler hingegen 3D-Daten aus. Meist wird die grobe Form eines Gussteiles bei SEW entwickelt, geht dann als Solid-Works-Modell zum Formenbauer, der seine Anpassungen anbringt und schließlich die Datei wieder an SEW zurückgibt. 3D-Daten werden darüber hinaus für das Rapid Prototyping genutzt.
Weltweit ist ein Zugriff auf CAD-Daten möglich
Die Variantenfunktionalität, die sich bei dem neuen CAD-System hinter dem Begriff Konfigurationen verbirgt, nutzen die SEW-Entwickler nur in bestimmten Bereichen. Gerhard Schell, CAD-Betreuer: „Auf den ersten Blick scheinen die Konfigurationen für unser Baukastensystem ideal geeignet, aber die schiere Masse an Varianten macht dies für unsere Zwecke unmöglich – und auch nicht praktikabel.“ Soll eine Variante entstehen, wird das entsprechende Grundteil aus dem PDM-System ausgecheckt, mit einer neuen Teilenummer kopiert und geändert. Die von SEW selbst erstellten Normteile beruhen dagegen auf der Konfigurations-Funktionalität, denn hier ist die Zahl der Varianten begrenzt und die Datensatzgröße geringer. Schell: „Wir nutzen Konfigurationen eben genau dort, wo es geht und nutzt.“
Anwenderinnen wie Yvonne Heyner freuen sich über die praktische Arbeit mit Solid-Works: „Das räumliche Arbeiten ist sehr angenehm. Durch die dreidimensionale Ansicht und die Möglichkeit, schnell Schnitte zu generieren, kann man sich gut in den Modellen orientieren.“ Die Bedienoberfläche ließe sich mit aussagekräftigen Icons gut erlernen und bedienen, so die Anwenderin. Die Zeichnungserstellung hingegen sei etwas schwieriger als mit dem Altsystem – wobei sich aber „gerade hier in den neueren Versionen viel getan hat“, so Heyner. Sehr gelungen sei die Funktionalität für das Erzeugen von Explosionsansichten.
„Auch in der Kommunikation ist die 3D-Konstruktion sehr praktisch“, so Yvonne Heyner weiter. „So nutzen wir beispielsweise E-Drawings, wenn wir mit einem Zulieferer oder Kunden etwas abstimmen möchten.“ Dabei handelt es sich um kleine ausführbare Dateien, die von Solid Works erzeugt werden und sich gut per E-Mail versenden lassen. Sie beinhalten einen Viewer sowie das 3D-Modell. Der Empfänger der Datei kann so das Solid-Works-Modell auch ohne CAD-System auf seinem eigenen Rechner betrachten.
Für SEW hat sich der Einsatz des 3D-CAD-Systems bereits gelohnt. Einige Produkte sind schon jetzt kompakter und damit flexibler einsetzbar, weil sich bereits während der Konstruktion Kollisionen einfach besser abschätzen und damit die Sicherheitsabstände verringern lassen. Die Konstruktion benötigt allerdings noch etwas mehr Zeit als früher. Hubert Ermel dazu: „Man darf nicht vergessen, dass wir immer noch beim Aufbau unseres Baukastens sind. Je mehr Bauteile wir mit Solid Works konstruiert haben, desto schneller werden wir aufgrund der Wiederholteile, die eingesetzt werden können.“
Insgesamt sind die SEW-Mitarbeiter mit der Implementierung zufrieden. Hubert Ermel: „Sowohl CAD- als auch PDM-Einführung sind sehr problemlos gelaufen.“ Zudem erwarten die Bruchsaler noch Synergieeffekte, beispielsweise, wenn auf Basis der dreidimensionalen Platinen und Gehäuse der Wärmestrom in der Regelelektronik präzise berechnet werden kann, was noch kompaktere Geräte ermöglichen soll. Ermel: „Solid Works beeinflusst direkt unsere Produkte.“
Der Anwender
Die SEW-Eurodrive GmbH & Co. wurde 1931 als Süddeutsche Elektromotoren Werke gegründet. Das Unternehmen befindet sich noch im Besitz der Familie des Gründers. Seit der Eröffnung des ersten Montagewerkes im Ausland 1968 firmiert das Unternehmen unter SEW. Es besteht inzwischen aus neun Fertigungs- und mehr als 45 Montagewerken und liefert in alle Länder rund um den Globus. Etwa 8000 Mitarbeiter erwirtschaften einen Umsatz von fast einer Milliarde Euro. Das Drehmomentenspektrum der Antriebe reicht von 20 Nm bis zu einem Mega-Nm, die Leistung der Motoren von 0,09 bis 160 kW. Die leistungsstärksten Antriebe kommen bei Observatorien oder Stadiondächern zum Einsatz.
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