Das Presswerk in Schwerte besteht seit 1957. Seit Mitte 2021 gehört es zur Schweizer Montanstahl AG, einem familiengeführten Produktions- und Serviceunternehmen rund um hochwertige Spezialprofile aus Stahl und Edelstahl. Dessen kaufmännischer Geschäftsführer Michael Stumm sagt: „Das Warmstrangpressen ist für uns eine ideale Ergänzung, um die wachsende Nachfrage nach kundenspezifischen Produkten in kleinen Mengen und mit komplexen Geometrien noch besser bedienen zu können. Der Herstellungsprozess eines solchen Stahlprofils erfordert eine hohe technische Expertise, die bei unserem Tochterunternehmen Montanstahl GmbH in Schwerte reichlich vorhanden ist.“
Moderner Maschinenpark
Für die wirtschaftliche Produktion ist neben dem Knowhow der Mitarbeitenden auch modernes Equipment erforderlich – vor allem im Werkzeugbau. Hier ist Montanstahl mit zwei HSC-Horizontal-Bearbeitungszentren sowie zwei Vertikal-Fräsmaschinen zur drei- und fünfachsigen Bearbeitung gerüstet. Auch im Bereich der Konstruktion und NC-Programmierung ist das Unternehmen inzwischen gut aufgestellt. „Bis vor drei Jahren hatten wir vier verschiedene Systeme für die CAD/CAM-Programmierung“, erläutert der ehemalige Werksleiter Meinolf Wortmann, der jetzt als technischer Berater tätig ist. „Mit diesen inhomogenen Softwares mussten wir zunächst die 2D-Zeichnungen unserer Kunden für die Werkzeuge aufbereiten. Anschließend konstruierten wir die Matrizen mit ihren 3D-Einlaufgeometrien sowie die weiteren Werkzeugkomponenten. Auf Basis dieser Zeichnungen wurden die jeweiligen NC-Programme für die Fräsbearbeitung erzeugt. Das war ein enormer manueller Aufwand, begleitet von Problemen mit den Datenschnittstellen, Datenbank und teilweise mit dem Support der verschiedenen Softwarelieferanten.“ Konstruktionsleiter und Programmierer Detlef Weichmann ergänzt: „Deshalb wollten wir ein einheitliches System, das sowohl 2D- als auch 3D-CAD sowie ein NC-Programmiersystem umfasst. Es sollte zudem die aktuell effizientesten Konstruktions- und Bearbeitungsstrategien unterstützen. Wichtig ist für uns die Funktion der Freiformflächen.“
Problemlose Einrichtung
Bei der Suche nach einem passenden CAD/CAM-System wurden die Verantwortlichen auf Hypermill von Open Mind aufmerksam. Nach den ersten Gesprächen mit Uwe Braunsdorf, dem zuständigen Technischen Gebietsvertriebsleiter, und einigen Programmier- und Frästests war klar, dass das Produkt die Anforderungen hinsichtlich der CAD- und CAM-Fähigkeiten erfüllt. Auch rückblickend bedauert Detlef Weichmann die Kaufentscheidung nicht: „Die Umstellung von den vorherigen Systemen lief absolut problemlos.“
Fokus Automatisierung
Uwe Braunsdorf erkannte früh ein weiteres Verbesserungspotential: „Ich war davon überzeugt, dass sich die Prozesse bei Montanstahl vom Eingang der Kundenzeichnung bis hin zum fertigen Werkzeug mit Hilfe des Automation Centers automatisieren und erheblich beschleunigen lassen. Dafür sprachen die eher kleinen Stückzahlen, die große Variantenvielfalt und die immer ähnlichen Konstruktionsabläufe.“ Mit seiner Idee konnte er Meinolf Wortmann, damals auch für Entwicklungsbelange verantwortlich, überzeugen und übergab dann das Projekt an den IT-Lieferanten. Hagen Rühlich, Senior Projektmanager beim CAD/CAM-Entwickler, übernahm die Koordination: „Die Automatisierung bei Montanstahl war für uns ein besonderes Projekt. In der Regel sind wir damit befasst, mit dem Automation Center die CAM-Programmierung für Zerspanungsmaschinen zu automatisieren. Hier hatten wir eine viel umfassendere Aufgabe zu realisieren.“
Prozesse automatisieren, Durchlaufzeiten verkürzen
„Zunächst ging es darum, die Abläufe im Werkzeugbau bei Montanstahl zu verstehen“, schildert Hagen Rühlich. „Der Werkzeugbau ist ein komplexer Prozess, so musste das Knowhow der Mitarbeitenden, z.B. in Bezug auf den Einfluss thermischer und mechanischer Aspekte auf die Werkzeuggeometrie unbedingt einfließen.“ Montanstahl ist auf die Herstellung von Sonderprofilen spezialisiert. Kunden wenden sich mit individuellen Anforderungen an Materialeigenschaften und Profilgeometrie an das Unternehmen – oft mit einer 2D-Zeichnung. Je nach Profilgeometrie und Werkstoff unterscheiden sich die Werkzeuge, insbesondere die Matrizen, die entscheidend für die Formgebung verantwortlich sind. Besonders wichtig für den fehlerfreien Fluss des Stahls ist ihre komplexe Einlaufgeometrie. Auch die weiteren druckaufnehmende Werkzeugkomponenten wie Untersätze, Spezialhinterteile etc. müssen angepasst werden. Einen wesentlichen Part bei der Suche nach einer optimalen Prozesslösung übernahm Anwendungstechniker Alexander Fischer aus dem Automatisierungsteam von Martin Hermann, Automation Technology Manager bei Open Mind. Gemeinsam mit den beiden CAD/CAM-Anwendern von Montanstahl, Detlef Weichmann und Helmut Wecke, bildeten sie ein Team, das Schritt für Schritt alle wiederkehrenden Abläufe automatisierte. Über ein Jahr kamen Alexander Fischer und Martin Hermann immer wieder nach Schwerte. Vor Ort stimmten sie sich mit den Werkzeugspezialisten von Montanstahl ab und besprachen Feedback zu Zwischenständen und Anforderungen. Das System wurde schrittweise erweitert, indem die Anforderungen in Automation Center-Skripte umgesetzt wurden.
Konstruktionszeit reduziert
Heute kann Montanstahl nach Eingang der Kundenzeichnung und der wichtigsten Rahmendaten die Kalkulation und Angebotszeichnung nahezu auf Knopfdruck erstellen. Auch die Konstruktion der Matrize samt Einlaufkontur und des Untersatzes erfolgt auf Basis einer 2D-Zeichnung weitgehend automatisiert. Weitere notwendige Werkzeugkomponenten wie etwa Druckringe werden ebenfalls automatisch konstruiert. Dazu entwickelte das Team eine Farbcodierung. Das bedeutet, die Einlaufgeometrie wird in Sektionen unterteilt, wobei Höhen, Schrägen, Radien und anderen Merkmalen verschiedene Farben zugewiesen werden. „Das eingefärbte Bauteil wird anschließend weiteren Automatisierungsschritten übergeben“, erläutert Detlef Weichmann. „Konstruktionsbefehle werden entsprechend der Farbcodierung automatisch ausgeführt, so dass am Ende die Matrize und alle weiteren Werkzeugkomponenten komplett in 3D-konstruiert sind.“ Früher benötigte der Programmierer bis zu acht Stunden für ein solches Werkzeug. „Heute sind wir im besten Falle und in der Spitze bei gut einer Stunde“, sagt Weichmann. „Das spart uns nicht nur viel Zeit, es macht uns auch sehr flexibel. Z.B. bei Änderungswünschen des Kunden. Dann ändere ich einfach das Bauteil im 2D-CAD entsprechend ab, passe meine Farbstruktur an und lasse die Automatisierung nochmal durchlaufen. Dies im 3D-CAD manuell zu ändern, würde viel länger dauern. So haben wir uns einen wichtigen Wettbewerbsvorteil verschafft“ „Die automatisierte NC-Programmierung haben wir in einer zweiten Phase geplant, da bei uns das Einsparpotential bei der 2D- bzw. 3D-Konstruktion deutlich größer ist“, fügt Weichmann hinzu. „Wir nutzen zum Erstellen des Fräsprogramms bereits die Feature-Makro-Technologie, so dass wir für diesen letzten Schritt nicht länger als 20 Minuten brauchen. Aber natürlich werden wir auch diesen noch komplett automatisieren.“
Erfolgreicher Knowhow-Transfer
Im Projektverlauf wurden die Montanstahl-Mitarbeitenden in der CAD/CAM-Automatisierung geschult. Da die Hypermill Automatisierungstechnologie als No-Code-Lösung konzipiert ist, sind dafür keine Programmierkenntnisse nötig. Mit den Bausteinen im System können CAD/CAM-Anwender eigene Automatisierungen vornehmen. „Einfachere Automatisierungen, z.B. für die unterstützenden Werkzeugkomponenten wie Druckringe, haben wir schon selbst geschrieben“, bestätigt Detlef Weichmann.
