3D-CAD-Software Verpackungsmaschinen-Hersteller geht mit 3D-CAD-Software neue Wege in der Konstruktion

Mineralwasserflaschen, Tiefkühlsnacks, Biskuits, Geflügelpasteten in der Dose, Margarineschachteln, Tee-Pads – all diese Produkte werden mit Maschinen von Schubert verpackt. Herzstück dabei ist die Konstruktion. Hier kommt die 3D-CAD-Software SolidWorks zum Einsatz, mit dem Hauptvorteil einer enormen Zeiteinsparung bei der Konstruktion.

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Schuler Konstruktionen GmbH & Co. KG

Gerhard Schubert GmbH - Verpackungsmaschinen

Das 1965 von Gerhard Schubert gegründete Familienunternehmen produziert am Stammsitz in Crailsheim jedes Jahr rund 115 Verpackungsanlagen mit einem Gesamtwert von etwa 100 Millionen Euro.

Die Verpackungsexperten bei Schubert müssen bei der Konstruktion ihrer Maschinen nicht nur mit unterschiedlichsten Produktabmessungen und Gewichten zurechtkommen. Die Kunden führen in immer kürzeren Abständen neue Verpackungsbehälter, neue Karton- und Gebindemaße sowie –formen ein. Für die Konstrukteure ist es unter diesen Rahmen-bedingungen äußerst schwierig, Termin- und Kostenrahmen einzuhalten. Die Komplexität der Maschinen hat deutlich zugenommen.

„Allein 700 Baugruppen zählten wir in Rekordzeiten“, so Ralph Schubert, Sohn von Unternehmensgründer Gerhard Schubert und Leiter des Technischen Büros sowie der Montage.

Ein Baukasten-System von nur noch sieben Baugruppen

Um diese teuren und nicht leicht zu beherrschenden Sonderanfertigungen zu verhindern, begannen die Konstrukteure bei Schubert Verpackungsmaschinen schon in den 70er Jahren mehr und mehr auf Standards umzustellen. Dafür „zerlegten“ sie die Verpackungsmaschinen in typische Funktionskomplexe wie etwa „Maschinengehäuse“, „Übergabe“, „Gruppieren“, „Lineartransport“, „Setzroboter“ oder „Mensch/Maschine-Schnittstelle“.

Anschließend normierten sie die Gestalt- und Maßvarianten für die einzelnen Baugruppen. Dadurch wurde die Vielfalt um zwei Zehnerpotenzen verringert. Lohn der Anstrengung war ein Baukasten-System von nur noch sieben Baugruppen, mit dem fast alle Varianten dieser Maschinengruppe exakt nach Kundenwunsch flexibel aufgebaut werden können.

3D-CAD-Software unterstützt die Konstruktion

Im Jahr 2000 schaffte Schubert dann das dreidimensionale CAD-System SolidWorks an, nachdem man schon jahrelang mit 2D solide Grundlagen geschaffen hatte. Entscheidendes Kaufkriterium war, dass SolidWorks „leicht zu erlernen und zu bedienen“ ist, wie Ralph Schubert hervorhebt.

Wichtig war ihm auch die flexible Programmierschnittstelle API, denn die Vorteile der Standardisierung sollten so schnell wie möglich für eine Automatisierung ständig wiederkehrender Konstruktionsarbeiten genutzt werden. So begann ein Team von Konstrukteuren umgehend, Methoden der Variantenprogrammierung zu erproben. Das bestehende Baukasten-Konstruktionssystem bot hierfür ausgezeichnete Voraussetzungen.

Individuelle Module vom Softwarehaus

Im Jahre 2004 entschied Schubert zudem, externe IT-Kompetenz ins Team zu holen, um die neuesten Methoden und Tools für die Varianten-Entwicklung einzusetzen. Die Wahl fiel auf das Softwarehaus Schuler Design Automation (SDA). Die Nürnberger Spezialisten für automatisiertes Design um Geschäftsführer Christoph Jüttner empfahlen sich vor allem durch intime Kenntnis der CAD-Basissoftware SolidWorks, der ausgereiften Programmier-schnittstelle API und konnten sogar Erfahrungen auf dem Verpackungssektor vorweisen.

Automatisierte Konstruktionsschritte

Als erste Baugruppe realisierte das Team den sogenannten Klappenstempel. Dieser entnimmt den noch ungefalteten Rohkarton aus dem Magazin und richtet die Seitenwände in einer Art Matrize auf.

Der Klappenstempel muss jedes Jahr in hunderten Varianten nach immer neuen Kunden-Maßen konstruiert werden. Er belegt so einen beträchtlichen Teil der Konstruktionskapazität mit immer wiederkehrenden Routinevorgängen. Ein Klappenstempel besteht aus bis zu 50 Einzelteilen, Platten, Wände, Streben etc., die auf kleinstem Raum passgenau ausgelegt werden müssen.

Die Konstruktion folgt einem bestimmten Regelwerk, das in Grundzügen bereits für die bisherige manuelle CAD-Konstruktion Einsatz fand. Für die automatische Varianten-konstruktion mussten eine Reihe weiterer Regeln aufgebaut werden, um eine Vollautomatik zu gewährleisten. Hiermit realisierten die IT-Spezialisten auf Basis der API und SolidWorks das Variantenprogramm.

„Der Fortschritt gegenüber früher ist frappierend“, lobt Ralph Schubert die Arbeit der Nürnberger. „Die Eingabe von einigen wenigen Parametern reicht jetzt, um die fertige Konstruktion mit allen Einzelteilen, Ansichten, Bemaßungen, Toleranzen mitsamt der Konstruktionsstückliste automatisch zu erzeugen. Die Parameter, die sich aus dem Kundenauftrag ergeben, sind innerhalb von nur ein bis zwei Minuten am Bildschirm in gut visualisierte Masken eingetippt. Darauf startet man die automatische Konstruktion des neuen Klappenstempels, exakt nach Kundenvorgabe.“

Verbesserte Arbeitsabläufe, geringere Fehlerquote

Die altbekannten tausendfach geübten Handgriffe des Konstrukteurs entfallen nun fast komplett: Suchen geeigneter Vorgängerzeichnungen, Nachschlagen in Werksnormen, Heraussuchen von Normteilen, Zusammenfügen von Teilen, Zeichnungsnummer vergeben, Übertragen von Maßen von einem Teil auf das Nachbarteil, das eigentliche Zeichnen Linie für Linie und so weiter.

Als nächstes Modul wurde die Übernahme der Umrisszeichnung des Kartons aus der Kundenzeichnung in SolidWorks realisiert. Die Umrisszeichnung des ungefalteten Kartons wird von den meisten Kunden als DXF-File geliefert. Leider entstammen diese Dateien den verschiedensten CAD-Systemen. Häufig sind die Konturen dabei nicht geschlossen oder Linien sind doppelt, und der CAD-Konstrukteur muss die Umrisse jedes Mal aufwendig bereinigen, was bis zu einer halben Stunde kosten kann.

Mit dem neuen Modul von SDA entfällt diese manuelle Arbeit völlig, die fehlerfreie Kontur wird vollautomatisch in Sekundenschnelle erzeugt. Dieses Modul ist dermaßen unkompliziert, dass es heute direkt nach Eintreffen der Zeichnungsdaten per E-Mail im Sekretariat angewandt wird.

Die Kosten für die Variantenmodule amortisieren schnell

Aktuell sind gut 80 CAD-Arbeitsplätze im PC-Werksnetz angeschlossen, die in enger Integration mit dem im eigenen Hause entwickelten Produktionssteuerungssystem arbeiten. So ist schon von Beginn einer Neukonstruktion an eine mitlaufende Kalkulation am Werk, die zunächst mit Schätzkosten und später anhand der Arbeitspläne eine immer genauer werdende Preisvorschau liefert.

Die Kosten für die Variantenmodule amortisieren sich je nach Modul innerhalb von wenigen Monaten: „Hauptvorteil ist einmal die enorme Zeiteinsparung bei der Konstruktion, die ja nur noch wenige Minuten interaktiver Arbeit in Anspruch nimmt. Aber nicht minder wichtig ist im Vergleich zu früher die fast völlige Fehlerfreiheit der Konstruktionen, wodurch teure Nacharbeiten oder gar Neuanfertigungen, die früher unvermeidlich waren, weitgehend eliminiert werden konnten“ freut sich Ralph Schubert.

Auf dieselbe Weise plant Schubert, in der nächsten Zeit mehr und mehr Baugruppen in die automatisierte Variantenkonstruktion zu überführen. „Dieser Weg ist völlig richtig“, unterstreicht Ralph Schubert und sagt voraus, „dass dieses Verfahren in Zukunft von vielen anderen Anwendern aufgegriffen wird“.

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