FEM-getriebene Hydraulikentwicklung mit PTC Creo

Finite-Elemente-Simulation zur Produktentwicklung könnte ein Firmencredo bei Thiele Hydraulik sein. Das Unternehmen hat sich für PTC Creo entschieden und wird von INNEO bei der Nutzung dieses Systems unterstützt.

Schneller zur Konstruktion

Wenn FEM keine Exotendisziplin ist, sondern ein selbstverständlicher Bestandteil der Produktentwicklungsprozesskette, dann entstehen effizient gestaltete Produkte, die an die an sie gestellten Anforderungen gut angepasst sind. Horst Thiele Maschinenbau wurde im Jahr 1967 in Neuenstadt an der Kocher gegründet, neben dem Gründer sind heute dessen Söhne Ewald als Geschäftsführer und Konstruktionsleiter sowie EDV-Leiter in der Unternehmensführung tätig. Das Unternehmen hat sich von Beginn an auf Hydraulikkomponenten spezialisiert; war man anfangs eher in der Mobilhydraulik tätig, so haben heute industrielle Anwendungen sowie hydraulische Drehantriebe einen wichtigen Anteil am Umsatz.

55 Mitarbeiter arbeiten aktuell bei Thiele und bedienen Kunden aus dem Maschinenbau ebenso wie Fahrzeughersteller. Thiele-Komponenten sind in den Feuerwehrfahrzeugen von Iveco-Magirus ebenso verbaut wie in Untertagefahrzeugen. Weitere Kunden finden sich im Pressenbau oder unter Kraftwerksausrüstern. Gemeinsamkeiten der Anforderungen der Thiele-Kunden sind hohe Belastungen und Zuverlässigkeit. Beispielsweise sind die Sicherheitsventile in Kraftwerken federbelastet, und die Thiele-Zylinder halten das Ventil gegen den Federdruck offen. Muss die Dampfturbine notabgeschaltet werden, muss der Zylinder sofort entlasten, damit sich das Ventil in 0,2 Sekunden schließen kann.

Simulationen lassen sich zügig erstellen

Ewald Thiele hatte schon während des Studiums viel mit der Finite-Elemente-Simulation gearbeitet und wollte diese Technologie nach dem Studium im väterlichen Betrieb verstärkt einsetzen. Dazu suchte er ein CAD-System, das es ihm ermöglichte, Simulation in den Prozess zu integrieren, statt ein eigenes System mit Schnittstellen zum CAD-Modell nutzen zu müssen. Eine weitere wichtige Anforderung war die Parametrik. Die Produkte bei Thiele beruhen zwar auf Grundmodellen, sind aber praktisch immer an die Anforderungen des Kunden angepasst. „Ich brauche eine Speichern unter-Funktionalität“, erklärt Ewald Thiele, „ich will ein ähnliches Projekt öffnen können, dieses unter dem neuen Namen abspeichern und dann die Maße ändern, die ich ändern muss. Das ist effizientes Arbeiten.“

Im Jahr 1997 sollte in einem Benchmark das richtige System für diese Anforderungen gefunden werden, es setzte sich schließlich PTC Creo beziehungsweise das Vorgängersystem Pro/Engineer 15 durch. „Mir hat vor allem die souveräne Demo des INNEO Mitarbeiters Klaus Raab gefallen“, erinnert sich Thiele, „der modellierte das Teil, das wir ihm vorlegten, in sehr kurzer Zeit und erläuterte dabei jeden einzelnen Schritt.“ Schon damals wurde die FEM-Funktionalität mitgekauft und installiert, um Verbesserungen durchführen zu können. Thiele berichtet: „Da hat sich zum Glück bei der Hardware sehr viel getan, wenn ich früher eine Optimierung laufen ließ, dauerte das eine Nacht, heute kann ich mir nicht einmal einen Kaffee holen, bevor die Simulation fertig ist.“ Durch diese hohe Geschwindigkeit lassen sich in annehmbarer Zeit Sensitivitätsstudien durchführen, bei denen man einen Parameter, zum Beispiel ein Maß, in bestimmten Grenzen freigibt und beispielsweise zehn Punkte in dieser Spanne berechnet. Tut man dies mit mehreren Parametern, kann man sehen, welcher dieser Parameter welchen Einfluss auf die Lebensdauer oder die Festigkeit hat und kann die Form entsprechend optimieren. „Das Modell konstruiert sich sozusagen selbst“, erklärt Thiele.

Leichte Bedienbarkeit: Creo Simulate

„Creo Simulate ist von jedem bedienbar“, sagt Thiele. „Man muss sich natürlich mit der Materie an sich auskennen, aber das Programm selbst ist in Vergleich zu früheren Lösungen extrem einfach zu bedienen.“ Seit kurzer Zeit setzt Thiele Creo ein. Er hat gute Erfahrungen gemacht: „Die Bedienung ist besser als im Vorgängersystem – wir nutzten bisher Pro/Engineer Wildfire – und das System ist in vielen Bereichen stabiler geworden.“ Was Thiele besonders gefällt: Sogar zwanzig Jahre alte Daten, die aus den ersten Tagen der Creo-Nutzung stammen, lassen sich heute noch problemlos öffnen. Selbst Konstruktionselemente, die es in aktuellen Versionen nicht mehr gibt, werden zuverlässig aufgebaut.

Für den Datenaustausch nutzt Thiele die Shrinkwrap-Funktion, bei der Creo eine Baugruppe virtuell in eine Folie einschweißt, das resultierende Modell besteht am Ende nur aus den Außenflächen, der innere Aufbau fehlt völlig und auch die Detaillierung der Außenhaut lässt sich individuell einstellen. So lassen sich Flansche, Bohrungen und Anschlussflächen genau übergeben, während alle Details, die Geschäftsgeheimnisse bilden könnten, verschwinden. Der Kunde kann die Modelle – die im Step-Format geliefert werden – für seine Konstruktion nutzen, während das geistige Eigentum Thieles im Haus bleibt. Weitere positive Punkte aus Sicht von Ewald Thiele sind die Verbesserungen im Baugruppen- und im Zeichnungsmodus sowie die Funktionen zur Erzeugung geometrischer Muster, beispielsweise für Bohrungen.

NC-Programmierer nutzen Creo NC

Mit dem Umstieg auf Creo hat das Unternehmen ein weiteres Glied der Prozesskette integriert: Für die NC-Programmierer wurde Creo NC angeschafft. „Auch hier wollte ich diese Speichern unter-Philosophie umsetzen, die wir im Konstruktionsbereich erfolgreich umgesetzt haben“, erläutert Thiele. Zwar mussten die Programmierer zunächst eine Creo-Modellierschulung durchlaufen, bevor die in das NC-Modul einsteigen konnten, das lohnte sich aber, wie Programmierer Martin Matzke sagt: „Zunächst einmal ist die grafische Darstellung viel besser als in unserem alten System, da haben wir mehr Überblick. Und Creo spart Zeit, denn wir haben die kompletten Spannvorrichtungen und Spannplatten in Creo modelliert und können nun die komplette Spannsituation als Baugruppe aufbauen. Das ermöglicht es zum einen, potenzielle Kollisionen schnell zu erkennen, zum anderen können wir die Spannsituation besser an die Maschinenbediener weitergeben.“

In einem Rüstplan definiert der Programmierer die Aufspannung, auf der sein NC-Programm basiert. Dieser Rüstplan dient dann dem Maschinenbediener als Information, wie er das Teil auf die Maschine spannt. Diese Rüstpläne wurden früher als Handskizze an die Maschine gegeben, wenn das erste Teil gespannt war, konnte man die Situation fotografieren und hatte so eine Dokumentation für weitere Fertigungsaufträge. Heute gibt der NC-Programmierer ein Bild der in Creo aufgebauten Aufspannung weiter – so werden Daten, die schon bestehen, weitergenutzt, es entsteht kein zusätzlicher Aufwand und die Anweisungen im Rüstplan sind verständlicher.
Die Durchgängigkeit hat große Vorteile: Wird an einem Teil etwas geändert, muss dieses in Creo NC nur aktualisiert werden, dann sind die Werkzeugwege an die neue Geometrie angepasst. Matzke sagt: „Creo NC schlägt, wenn man mit der Programmierung beginnt, Werkzeugwege vor, die meist schon viel Sinn ergeben. Wir prüfen die dann noch einzeln und verändern bei Bedarf einzelne Parameter. Aber das geht schnell von der Hand.“ Dafür bietet Creo NC einige sinnvolle Tools wie Filterfunktionen, mit denen sich beispielsweise alle 10-Millimeter-Bohrungen an einem Modell finden lassen. Dann kann der NC-Programmierer all diese Bearbeitungen in einem Zyklus zusammenfassen. Thiele wirft ein: „Unser Anspruch war, dass wir schneller und angenehmer zum NC-Programm kommen. Das ist uns gelungen. Unsere Programmierer haben noch satzweise programmieren gelernt und sind entsprechend anspruchsvoll. Creo NC hat sie überzeugt.“

Zufrieden mit der Systemlandschaft

Der Komponentenhersteller nutzt die von INNEO entwickelten Startup TOOLS, beispielsweise um Evolventenverzahnungen zu erzeugen. Lobende Erwähnung findet auch der Parametermanager, der es ermöglicht, importierte Teile mit eigenen Parametern wie einer Thiele-internen Zeichnungsnummer zu versehen. INNEO hat auch KeyShot empfohlen, eine Renderingsoftware von Luxion, die INNEO vertreibt. Bei Thiele werden Angebotsbilder mit KeyShot erstellt. Da die Rendersoftware zwar ein eigenständiges Programm, aber über Plugins eng mit Creo verzahnt ist, kann auch hier einfach auf die Creo-Modelle zugegriffen werden. Ewald Thiele betont: „Die Software ist intuitiv und die Kunden erkennen oft nicht, dass wir ihnen nur ein Rendering schicken statt eines Fotos.“ Der Geschäftsführer ist jedenfalls zufrieden mit seiner Systemlandschaft: „Wir können das Programm in allen Bereichen nutzen, von der Konstruktion mit Parametrik über die Simulation bis hin zur NC-Programmierung direkt auf dem CAD-Modell.“