Umformprozesse simulieren mit «Stampack»

Frühzeitig wissen, dass alles stimmt

| Redakteur: Luca Meister

Bereits während der Testphase der Umformstufen stellt Kunrath den Kunden Vorserienteile zur Verfügung, die in dieser hochmodernen 3D-Laserschneidanlage beschnitten werden.
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Bereits während der Testphase der Umformstufen stellt Kunrath den Kunden Vorserienteile zur Verfügung, die in dieser hochmodernen 3D-Laserschneidanlage beschnitten werden. (Bild: Kunrath)

Die Berthold Kunrath GmbH hat sich auf Werkzeuge für komplexe Stanz- und Ziehteile spezialisiert. Um bereits in der frühen Konstruktionsphase sicherzustellen, dass die Ziehstufen die gewünschte Teilequalität erzeugen, simulieren die saarländischen Spezialisten mit Stampack den Umformprozess. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Integration der Simulationssoftware in «VisiI Modelling».

mei. Was macht das Familienunternehmen Kunrath so erfolgreich? Thomas Schumacher muss nicht lange überlegen. «Es ist unser Know-how, gepaart mit starker Kundenorientierung, hoher Termintreue, kurzen Entscheidungswegen und die Bereitschaft, auch mal Neues zu wagen.» Dafür sei man am Markt inzwischen sehr bekannt. Schumacher weiss, wovon er spricht. Denn als einer der drei Geschäftsführer des 1980 gegründeten Familienunternehmens, das am Firmensitz im saarländischen Theley in zwei Gesellschaften zusammen 71 Mitarbeiter beschäftigt, kennt er die Wünsche der Kunden – vorwiegend die grossen Hersteller von KFZ-Abgastechnik – sehr genau. Diese werden von der Berthold Kunrath GmbH mit komplexen Werkzeugen in Platten- oder Gussbauweise für die Blechumformung ausgerüstet. Hierzu zählen modular aufgebaute Werkzeuge in Folge- und Folgeverbundtechnik bis 3,6 Meter Länge, Transfer- und Handeinlegewerkzeuge sowie Hilfsziehwerkzeuge für Prototypen und Kleinserien. In einem zweiten Gebäude ist die BK Stanz- und Umformtechnik GmbH untergebracht, wo auf modernen mechanischen und hydraulischen Pressen bis zu drei Millimeter dicke Zieh-, Stanz- und Biegeteile produziert werden. «Was uns besonders auszeichnet, ist unsere Lösungskompetenz», betont Schumacher. «Wir bieten alles aus einer Hand, angefangen von der Werkzeugkonstruktion, über eine moderne Zerspantechnik bis hin zur Montage und Ausprobe.»

Durchgängige 3D-CAD- und CAM-Infrastruktur

Auf einen weiteren Aspekt, der von grosser Bedeutung für den Projekterfolg sei, weist Geschäftsführer-Kollege Günter Görgen hin. Nämlich die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden, die möglichst schon bei der Definition von Form und Material für das zu produzierende Teil beginnen sollte. Eine Dienstleistung, die immer stärker nachgefragt wird. «Unverzichtbar ist hierfür eine hochmoderne und komplett durchgängige 3D-CAD- und CAM-Infrastruktur, über die wir verfügen, sowie zunehmend das Thema Umformsimulation.» Damit spricht Maschinenbauingenieur Görgen eine Vorgehensweise an, die bei Kunrath stark an Bedeutung gewonnen hat und die massgeblich von ihm mit initiiert worden ist. Gemeint ist die FEM-Simulation von ein- oder mehrstufigen Blechumformprozessen mit der Software «Stampack» vom spanischen Spezialisten Quantech. «Wir simulieren inzwischen alle Umformstufen mit Stampack und erkennen jetzt sofort, ob diese funktionsfähig sind und die Blechdicke des eingezogenen Bauteils überall innerhalb der Toleranz liegt», erklärt Prokurist Marco Schorr, der bei Kunrath auch die Konstruktion verantwortet. Denn ob ein Umformprozess wie geplant funktioniert oder nicht, hängt oft von Nuancen ab, die man als Konstrukteur schwer voraussehen kann.

Stampack, das auf einem eigenen Rechner installiert ist und mit dem sich der Umformprozess auch bei dickeren Blechen gut simulieren lässt, ergänzt bei Kunrath die fünf 3D-CAD-Arbeitsplätze, an denen mit «Visi Modelling» gearbeitet wird. Visi ist eine Produktfamilie des britischen Herstellers Vero Software, die speziell auf den Werkzeug- und Formenbau zugeschnitten ist. Die Anregung, Umformprozesse zu simulieren, kam von der Men at Work GmbH, die das Simulationstool nicht nur im Vertriebsprogramm hat, sondern Umformsimulation auch als Dienstleistung anbietet. Das Systemhaus und Konstruktionsbüro aus dem badischen Bietigheim betreut bei Kunrath seit vielen Jahren den CAD- und CAM-Bereich. Hier decken die Saarländer ihren gesamten Workflow inzwischen mit Visi ab – von der Angebotsphase und Kalkulation über die Konstruktion bis hin zu den NC-Programmen für die Fräs- und Erodiermaschinen.

Dreidimensional hineinprojiziert

Die Umformsimulation ist heute in Theley ein fester Bestandteil des Workflows. Marco Schorr nennt als Beispiel die vertiefte Methodenplanung bei einem Folgeverbundprozess. «Wir bauen im 3D-CAD mit Visi Modelling das Werkzeug sozusagen um das Streifenlayout herum auf und beginnen als Erstes mit den Wirkflächen», beschreibt der Konstruktionsleiter die grundsätzliche Vorgehensweise und verweist auf die wichtige Rolle der Grösse und Materialdicke der 2D-Platine. Diese wird bei Kunrath im Vorfeld mit dem Modul «Visi Blank» definiert, in dem das vom Kunden angelieferte 3D-Modell sozusagen virtuell flachgedrückt wird.

Hieraus ergibt sich dann das Streifenlayout, aus dem sich die Anordnung und Anzahl der Umformstufen sowie die benötigte Presskraft ableiten lassen. «Erst wenn ich die exakte Grösse der Platine kenne, woraus sich dann auch der interne Werkzeugvorschub ergibt, kann ich anfangen zu konstruieren.» Das sei ein wichtiger Punkt, wo man mit der Umformsimulation eine Menge Zeit und Aufwand einspart. «Was wir früher per Messschieber ermittelt haben, übertragen wir heute aus Stampack und projizieren dies im 3D-CAD in unser Werkzeug und erhalten so die genaue Platinengeometrie.» Dabei geht es auch um so wichtige Details wie den exakt richtigen Abstand zwischen den Stationen, der sich aus dem Vorschub ergibt und der möglichst gering sein sollte, um Verschnitt zu vermeiden. «Das ist Wertschöpfung für den Kunden, denn durch ein schlecht konstruiertes Werkzeug entstehen schon mal 30 000 Euro pro Jahr und mehr an zusätzlichen Kosten durch den höheren Materialverbrauch», erläutert der Konstruktionsleiter. «Das machen wir dem Kunden plausibel.»

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