Sie sind extrem verschleißfest, schlagzäh, thermisch beständig und elektrisch isolierend: Bauteile aus der Fertigung der Doceram GmbH in Dortmund kommen in Anwendungen zum Einsatz, bei denen Komponenten aus Metall versagen würden oder nur eine geringe Lebensdauer erreichen.

Zu den zentralen Anwendungsbeispielen der bei Doceram entwickelten und gefertigten Komponenten gehören automatisierte Schweißstraßen der Automobilproduktion, bei denen Roboter im Sekundentakt Bleche transportieren, positionieren und bearbeiten. Hier erreichen die Positions- und Zentrierstifte aus der schlagzähen, azurblauen Cerazur-Keramik rund 40mal höhere Standzeiten als die konventionellen Hartmetallstifte (Bild 1). Weitere Einsatzfälle gibt es z.B. im Textilmaschinenbau, in der Elektronikproduktion und in der Dentaltechnik: Für die Medizintechnik ist bei Doceram ein eigener Geschäftsbereich verantwortlich.

Den Schrumpfungsfaktor genau einkalkuliert

Die Produktion von Bauteilen aus Hochleistungs-Keramik unterscheidet sich grundsätzlich von den Prozessen der Metallbearbeitung. Aus einen hochreinen, isostatisch unter sehr hohem Druck verpressten Pulver werden zunächst Rohlinge geformt und bearbeitet. Anschließend erhalten diese Halbzeuge in einem Sinterofen bei vierstelligen Temperaturen ihre endgültige Form. Dabei schrumpfen sie um rund 20%. Da die Bauteile nach dem Sintern aufgrund ihrer extremen Härte nur mit sehr hohem Aufwand zu bearbeiten sind, ist stets eine endkonturnahe Fertigung das Ziel.

Das hat auch Auswirkungen auf die Konstruktion. Christian Galla, verantwortlich für die Prozessplanung (Bild 2): „Wir berechnen bei jeder Pulvercharge die Schrumpfung in Prozent bis auf vier Stellen hinter dem Komma.“ Die Konstruktions- und/ oder Fertigungsdaten müssen dann jeweils entsprechend angepasst werden.

Serienfertigung als Ausnahme

Auch aus anderen Gründen werden die Konstrukteure – die in einem neuen Gebäude mit direktem Blick auf das Trainingszentrum von Borussia Dortmund untergebracht sind – bei ihrer Arbeit gefordert. Das Katalogprogramm der Bauteile für die Schweißtechnik ist sehr umfangreich, weil es eine große Vielfalt an Anwendungsfällen und Werksnormen gibt. Außerdem entwickelt und fertigt Doceram kundenspezifische Bauteile aus verschiedenen Keramikwerkstoffen und Verbundkonstruktionen, z.B. für Prüfanlagen in der Elektronikindustrie.

Damit die Konstrukteure ihre Aufgabe bestmöglich erfüllen, nutzen sie modernste 3D CAD-Software, die seit 2010 auf SOLIDWORKS von Dassault-Sytémes aufbaut. Die Betreuung hat die DPS Software GmbH übernommen.

Effiziente Variantenkonstruktion mit SOLIDWORKS

Zu den „Basics“ der SOLIDWORKS Lösungen bei Doceram gehört eine umfassende

Materialdatenbank. Sie ermöglicht es den Konstrukteuren, aus der CAD-Zeichnung Kennwerte wie Festigkeit, Dichte und Gewicht des jeweiligen Bauteils zu ermitteln.

Intensiv genutzt wird auch das Zusatzprogramm „Toleranz“, das die Bauteilmaße und die Fertigungsvorgaben an die individuellen Anforderung des Kunden anpasst. Christian Galla: „Dieses Programm bringt beim Konstruieren und Projektieren von Keramikbauteilen große Vorteile, weil das Einhalten enger Toleranzen deutlich aufwändiger ist als beim Konstruieren mit Metall.“  

Zeichnen war gestern: Konfigurieren statt konstruieren

Das Erzeugen von Varianten – das in der Projektierung bei Doceram zum Tagesgeschäft gehört – wird durch den Produktkonfigurator „DriveWorks“, der Teil des SOLIDWORKS Portfolios ist, erheblich erleichtert (Bilder 3 und 4). Ulrike Rißmann, in der Konstruktion von Doceram verantwortlich für die SOLIDWORKS-Programme: „Wir können in DriveWorks sehr einfach die CAD-Daten von Bauteilen verändern und variieren. Das spart viel Zeit und vermeidet Doppelarbeit.“

Zurzeit wird dieses Tool noch ausschließlich auf der Ebene der Einzelkomponenten genutzt – das heißt für die Aufnahmen der Positionier- und Zentrierstifte und für die Keramikstifte selbst. In Zukunft soll diese komfortable Art der Variantenkonstruktion aber auch für komplette Baugruppen verwendet werden. Dann wird es z.B. möglich sein, die Zusammenbauzeichnungen direkt aus DriveWorks zu erzeugen. Ulrike Rißmann: „Unser Ziel ist es hier, nicht mehr zu zeichnen, sondern ausschließlich mit den intelligenten 3D-Modellen in SOLIDWORKS zu arbeiten.“

SOLIDWORKS PDM als Bindeglied zum ERP

Relativ neu in der CAD-Landschaft von Doceram ist das PDM-Modul von SOLIDWORKS, das den Überblick über den wachsenden Bestand an Konstruktionsdaten erleichtert und auch als Bindeglied zum ERP-System dient. Christian Galla: „Wir haben SOLIDWORKS PDM im Zuge der Digitalisierung vor etwa einem Jahr implementiert, um unsere Daten und Dokumentationen besser verwalten zu können. Dieses Ziel haben wir vollständig erreicht und dadurch die Zeichnungsverwaltung erheblich vereinfacht. Außerdem konnten wir dank der direkten Anbindung an das ERP-System auch die Datendurchgängigkeit wesentlich verbessern.“

Visualisieren und Simulieren

Neben den neun Arbeitsplätzen mit der Standardversion von SOLIDWORKS gibt es eine Workstation mit SOLIDWORKS Premium, die für die Simulation genutzt wird. Ulrike Rißmann: „Mit diesem Werkzeug führen wir Strukturanalysen und Finite-Elemente-Berechnungen durch. Das ist bei der Entwicklung von hoch beanspruchten Bauteilen eine sehr nützliche Funktion.“

Ein weiterer Arbeitsplatz ist mit SOLIDWORKS Professional und dem Composer ausgestattet, weil Doceram intensiv dessen Visualisierungsfunktionen einsetzt und damit die Durchgängigkeit der Daten von der Konstruktion ins Marketing gewährleistet. Geschäftsführer Stefan Veltum: „Aus den CAD-Daten generieren wir dreidimensionale Animationen und Bilder in Fotoqualität. Damit verbessern wir die Qualität unserer Dokumentationen ganz erheblich. Und wir sparen Zeit und Kosten, weil wir bei der Erstellung von Broschüren, Produktdatenblättern oder Messepräsentationen weitgehend auf Fotos oder separat erstellte 3D-Zeichnungen verzichten können.“ (Bild 5) Auch hier hat Doceram somit auf der Basis von SOLIDWORKS einen durchgängigen Datenfluss erreicht – in diesem Fall bis zum Marketing und zur Kundenansprache.

Neuentwicklung: Möglichkeiten von SOLIDWORKS bestens genutzt

Bei einer aktuellen Neuentwicklung hat Doceram die Möglichkeiten der 3D-Modell-gestützten Konstruktion mit SOLIDWORKS bestens genutzt. Mit dem „ModulMaster“ führt das Unternehmen aktuell eine sensorgesteuerte Schweißvorrichtung für das Buckelschweißen – d.h. für das Aufschweißen von Muttern und Schrauben auf einem Blech – im Markt ein. Stefan Veltum: „Der ModulMaster erfasst, ob eine Mutter oder Schraube vorhanden ist und sich in der richtigen Position befindet. Wenn das nicht der Fall ist, wird der Prozess gestoppt.“

Das System verhindert somit Stillstände in automatisierten Schweißstraßen und arbeitet effektiver und kostengünstiger als eine separate Bildverarbeitung. Zudem ist die Sensorik gut geschützt in der modularen Schweißvorrichtung untergebracht. Diese Innovation stößt auf großes Interesse: „Für die Autohersteller bedeutet das, dass sie Kosten sparen und Stillstandszeiten minimieren.“ Damit werden die Produkte von Doceram komplexer – was sich mit SOLIDWORKS gut abbilden lässt, auch mit den Besonderheiten der Keramikkonstruktion.

Der nächste Schritt: Automatische Kalkulation bei jedem Projekt

Bei der Optimierung der Konstruktionswerkzeuge plant Doceram einen innovativen Schritt in Richtung digitaler Pre-Sales-Service: die Entwicklung eines CAD-gestütztes Kalkulationswerkzeugs, das auf der Basis der SOLIDWORKS-Daten arbeitet. Christian Galla: „Wir werden Arbeitspläne und –kosten in diesem Programm hinterlegen und dabei sämtliche Produktionsparameter und Bearbeitungsschritte berücksichtigen. Dann werden wir in der Lage sein, dem Kunden innerhalb von 10 bis maximal 15 Minuten ein verbindliches Angebot für seine Anfrage zu erstellen.“

Mit dem Angebot entsteht dann schon der Konstruktionsvorschlag: Das ist Digitalisierung in der Konstruktion, die sowohl Doceram als auch dem Kunden großen Nutzen bietet – und von dort bis zu einem Online-Konfigurator ist es kein weiter Weg mehr. Schon jetzt hat Doceram eine durchgängige Nutzung der CAD-Daten bis in die CAM-Programmierung, die Fertigung, die Warenwirtschaft und ins Marketing verwirklicht – auf der Basis des SOLIDWORKS-Portfolios.

www.dps-software.de

www.doceram.com