„First time right“ – mit einfacher Verformungs-Simulation

„First time right“ – mit einfacher Verformungs-Simulation

Gezielte Verformung: So kann man das Grundprinzip bezeichnen, nach dem die Sicherheits-Kontaktleisten der ASO GmbH in Lippstadt arbeiten. Damit sie diese Aufgabe optimal erfüllen, setzen die Konstrukteure des Unternehmens auch ein praxisgerechtes Simulationswerkzeug ein: Die DPS Software GmbH empfahl den ASO-Ingenieuren den Einsatz der Simulations-Software von SOLIDWORKS.

Wenn eine schwere Maschinentür selbsttätig zufährt, ein Rolltor oder die Omnibustür schließt oder eine automatische Toranlage in die Endlage fährt, kommen Sicherheits-Kontaktleisten als Schließkantensicherung zum Einsatz. In vielen Fällen stammt diese Sicherheitseinrichtung, die zur Gruppe der taktilen (Sicherheits-)Sensorik gehört und laut Norm der „Absicherung von Quetsch- und Scherstellen“ dient, von der ASO GmbH in Lippstadt.

Das 1984 gegründete Unternehmen hat hier eine starke Marktposition, breite Expertise und bietet seinen Kunden ein umfangreiches Programm an taktilen Schutzeinrichtungen „made in Germany“, zu dem neben den Sicherheitskontaktleisten der „Sentir edge“-Serie auch Sicherheits-Schaltmatten und –Bumper gehören.


Auslösen des Stopp-Signals und Aufnahme von kinetischer Energie

Zu den Aufgaben der zehn Konstrukteure – insgesamt beschäftigt ASO rund 170 Mitarbeiter in der Unternehmenszentrale – gehört die Anpassung der Profile aus thermoplastischem Elastomer (TPE) an die in der Kundenspezifikation angegebenen Werte. Konstruktionsleiter Markus Horstkemper: „Das Profil übernimmt mehrere Funktionen. Es stellt bei Berührung einen elektrischen Kontakt her, wenn die Leiste gegen ein Hindernis fährt. In diesem Fall berühren sich zwei leitfähige Elastomerelemente im Innern des Profils. Unmittelbar danach müssen sich die Elastomere, die aus Kammern und Stützen aufgebaut sind, gleichmäßig und kontrolliert verformen – und zwar so, dass sie bei diesem Prozess, der nur wenige Millisekunden dauert, möglichst viel Energie aufnehmen. Damit wird gewährleistet, dass das Personal bestmöglich geschützt ist.“ Das Profil hat also eine ähnliche Aufgabe wie die Autokarosserie beim Crash und ist aus einer ausgeklügelten Kombination von Kammern und Stützen aufgebaut.

Ziel: „First time right“ bei der Entwicklung neuer Profile

Als kundenorientiertes Unternehmen hat ASO unterschiedlichste Profile entwickelt, die im eigenen Werk hergestellt werden. Markus Horstkemper. „Im vergangenen Geschäftsjahr haben wir rund 60.000 Sicherheitssysteme gefertigt und dafür auf unserer 2K/ 3K-Extrusionsanlage rund 830.000 Meter Profile verarbeitet.“

Sobald ein neues Profil entwickelt wurde, muss ein Werkzeug dafür gebaut werden. Diese Werkzeuge sind teuer, ihre Fertigung aufwändig. Deshalb ist ASO bestrebt, möglichst wenige – am besten gar keine – Optimierungsschleifen zu fahren. Zu diesem Zweck wird nun das SOLIDWORKS-Tool „Simulation“ von Dassault Systèmes genutzt. Markus Horstkemper: „Wir prüfen damit, ob die neue Profilkonstruktion eine frühzeitige Kontaktierung, eine gleichmäßige Verformung und die gewünschte Energieabsorption gewährleistet.“

ASO arbeitet seit rund zehn Jahren mit SOLIDWORKS und wird dabei von der DPS Software GmbH unterstützt. Die ersten „Gehversuche“ mit der Simulation unternahmen die Konstrukteure aber in Eigenregie. Konstrukteur Cristian Iglesias: „Das Simulations-Tool nutzt die gleiche Oberfläche wie SOLIDWORKS und ist damit einfach zu bedienen.“ Der Anwender hat die Wahl zwischen einer 2D- und 3D-Simulation, wobei die schnellere 2D-Variante, d.h. die Kollisionssimulation einer „Profilscheibe“, für ASO meist völlig ausreicht: „Wir stellen dann lieber die Vernetzung feiner, als die doch sehr rechenintensive 3D-Simulation zu nutzen.“

Vergleich von realem Test und Simulation

Mit der Genauigkeit der 2D-Simulation des nichtlinearen Werkstoffs TPE sind die Verantwortlichen von ASO vollauf zufrieden.“ Markus Horstkemper: „Die Ergebnisse der Simulation sind nah an der Realität. Das konnten wir über Hochgeschwindigkeitsaufnahmen an vorhandenen Profilen verifizieren: Wir können sicher sein, dass sich das Material so verhält wie berechnet.“

Den entsprechenden Beweis haben die Konstrukteure bereits angetreten: Parallel zu den ersten Simulationen wurde der gleiche Verformungstest gemäß EN 13856-1, bei dem das Profil auf einen genormten Prüfkörper trifft, in der Realität durchgeführt und mit einer High-Speed-Kamera aufgenommen.

Ergebnis: Weniger „Loops“, Kosten und Zeit gespart

Im Ergebnis „rechnet“ sich der Einsatz der SOLIDWORKS-Simulation für ASO ganz eindeutig. Markus Horstkemper: „Wir sparen ´Loops´ in der Entwicklung und müssen neue Werkzeuge seltener nachbearbeiten. Das spart nicht nur Kosten, sondern auch Zeit. Das Entwickeln, Fertigen und Einfahren eines neuen Werkzeugs kann mehrere Monate in Anspruch nehmen. Da ist es gut, wenn man Nacharbeitszyklen spart.“

Bei bisherigen Projekten konnte die komplette Entwicklungszeit durch die Simulation schon um zwei bis drei Monate verkürzt werden, und die Software kommt intensiv zum Einsatz: „Wir überarbeiten zurzeit eine komplette Serie von Profilen mit dem Ziel, möglichst wenig leitfähiges TPE-Material einzusetzen. Deshalb fahren wir zurzeit besonders viele Simulationen mit den Kontaktleisten. Wenn dieses Projekt abgeschlossen ist, werden wir das Tool verstärkt für die Entwicklung von Bumpern nutzen.“ Das sind taktile Schutzeinrichtungen mit groß dimensionierten Kontaktpuffern, die u.a. an Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und den Fluggastbrücken an Flughäfen zum Einsatz kommen.

Es gibt sicherlich nochmals präzisere (und teurere) Simulationswerkzeuge als das von SOLIDWORKS. Für ASO – und viele andere Anwender – bietet dieses Tool jedoch den optimalen Kompromiss an Funktionalität, Aussagefähigkeit und Bedienkomfort.

PDM sorgt für Transparenz

Noch vor der Einführung des Simulations Tools hat ASO mit Unterstützung von DPS das Product Data Management (PDM Professional) von SOLIDWORKS eingeführt. Markus Horstkemper: „Vor allem bei den Schaltmatten halten wir Daten aus einer Vielzahl von kundenspezifischen Projekten vor. Mit der wachsenden Anzahl von Projekten wurde es immer aufwändiger, die Projekte und Daten aufzufinden und zu verwalten.“

Mit SOLIDWORKS PDM hat ASO dieses Problem nun im Griff.  In den vergangenen zwei Jahren haben die Konstrukteure bereits knapp 5000 Zeichnungen in das PDM-System überführt – und damit nicht nur sich selbst, sondern auch den Kollegen in anderen Abteilungen die Arbeit erleichtert. Markus Horstkemper: „Wir steuern zum Beispiel unsere internen Freigabeprozesse über das System, das sehr leicht zu bedienen ist. Deshalb wird es auch vom Order Processing und von unserem Vertrieb intensiv genutzt.“

Varianten konfigurieren statt konstruieren – mit Macrosheet

Kürzlich hat ASO ein weiteres Tool in Betrieb genommen, das auf der SOLIDWORKS-Datenplattform aufsetzt: Macrosheet, eine Eigenentwicklung von DPS. Dieses Tool vereinfacht die Variantenkonstruktion deutlich, nach dem Motto „Konfigurieren statt konstruieren.“ Birgit Wißemann: „In Macrosheet wird für bestimmte Produkte, von denen es immer wieder neue Varianten gibt, eine Master- Datei hinterlegt. Der Anwender gibt dann die variablen Daten wie zum Beispiel Länge und Farbe der Kontaktleiste oder Art des Stromanschlusses ein, und die SOLIDWORKS-Konstruktionsdaten werden automatisch erstellt.“ Das heißt: Ein Konfigurator übernimmt lästige Wiederholarbeiten – immerhin benötigt man für jede kundenspezifische Schaltmatte fünf einzelnen Zeichnungen. Das schafft die Voraussetzung dafür, dass der Konstrukteur sich auf Aufgaben konzentrieren kann, die seine Kreativität erfordern.

Jobbox: Konstruktionsaufträge „out of the box“

In Kürze wird dieser Workflow nochmals besser, d.h. automatisierter, ablaufen. Denn bei ASO steht die ebenfalls von DPS entwickelte „Jobbox“ vor der Einführung. Das ist – einfach ausgedrückt – ein Tool, das die Ausführung von Wiederholaufgaben und den Datenimport in SOLIDWORKS vereinfacht. 

Cristian Iglesias erläutert, wie der Prozess im Zusammenspiel mit Jobbox und Marcrosheet künftig abläuft: „Ein Mitarbeiter im Order Processing gibt einfach über eine Excel-Liste die Maße und Spezifikationen der gewünschten neuen Variante z.B. einer Sicherheits-Schaltmatte ein. Diese Liste wird in der Jobbox hinterlegt und an das Macrosheet-Tool weitergegeben, das selbsttätig aus der Excel-Liste einen SOLIDWORKS-Zeichnungssatz erstellt.“ Damit ist nicht nur die Konstruktion selbst, sondern auch der Vorlaufprozess in hohem Maße automatisiert – der Kunde wird davon profitieren.

Für Arbeitsanweisung und Dokumentation: Der SOLIDWORKS Composer

Ein weiteres Tool, das ASO seit Kurzem nutzt, gehört zum SOLIDWORKS-Paket und erleichtert dem Personal in der Montage sowie dem Monteur vor Ort die Arbeit: Mit dem SOLIDWORKS Composer kann man – auf der Basis der SOLIDWORKS-Daten – das Montieren von komplexeren Komponenten wie z.B. der Steuerungsmodule ganz einfach visualisieren.

Markus Horstkemper: „Dieses Tool ist wirklich sehr anschaulich. Wir können damit Schritt für Schritt die Montage oder den Austausch von Bauteilen erklären.“ Die Verbindung zum ERP sorgt auch hier für eine durchgängige Datenwelt, und selbst animierte Bilder können integriert werden. Das vereinfacht den ASO-Konstrukteuren das Erstellen der technischen Dokumentation, und dem Personal erleichtert es die Montage und Inbetriebnahme der taktilen Schutzeinrichtungen im Werk und vor Ort.

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