Den Schalter umlegen

Programmierung einer Spritzgussmaschine für Einlegeteile.

Anton Wildberger
Konstruktionsleiter bei der Kraus & Naimer GmbH

„Mit Autodesk® Moldflow® bekommen wir einen besseren Einblick, wie sich das Material in der Realität verhalten wird. So können wir uns sicher sein, dass die Teile, die wir produzieren auch wirklich brauchbar sind.“

Als Lorenz Naimer und Franz Kraus 1907 in einer kleinen Kellerwerkstatt in Wien die Firma Kraus & Naimer GmbH gründeten, steckte die Elektrizität noch in den Kinderschuhen. Schaltgeräte im heutigen Sinne gab es noch nicht und so experimentierten und entwickelten die Firmengründer viel auf dem Gebiet der elektrischen Spezialapparate. Im Lauf der Firmengeschichte leisteten die Inhaber Pionierarbeit im Bereich der Schaltgerätetechnik. 1949 stellte Kraus & Naimer den ersten Nockenschalter der Welt im Baukastenprinzip vor, dessen Weiterentwicklungen mittlerweile Industriestandard sind.

Das österreichische Familienunternehmen hat sich heute auf die Herstellung von Nocken- und Lasttrennschalter spezialisiert. Gemäß dem Firmenslogan „Bewährtes kontinuierlich verbessern“ gehören Qualität und Innovation nach wie vor eng zusammen. So ist es nicht verwunderlich, dass der kleinste Nockenschalter der Welt ebenfalls von Kraus & Naimer entwickelt wurde.

Kraus & Naimer fertigt einen Großteil der Schalterbauteile selbst. Bei der Produktion der Kunststoffbauteile setzt das Unternehmen auf Autodesk Moldflow. (Bilder: Kraus & Naimer GmbH)

Hohen Anforderungen gewachsen sein

1.100 Mitarbeiter an insgesamt acht Produktionsstandorten in Österreich, Deutschland, Irland, Brasilien, Neuseeland, Ungarn und den USA sowie an Vertriebsstandorten auf der ganzen Welt sorgen dafür, dass jährlich etwa 4,3 Mio. Industrieschalter produziert und verkauft werden. Ihren Einsatz finden diese beispielsweise im Maschinen- und Schaltschrankbau, in der Eisenbahnindustrie, sowie in Photovoltaikanlagen und Kraftwerken. Daneben fertigt das Unternehmen auch Schalter, die an die spezifischen Anforderungen von Kunden angepasst werden.

Alle Produkte müssen strengen Anforderungen entsprechen, wie Anton Wildberger, Konstruktionsleiter bei Kraus & Naimer, erklärt: „Unsere Schalter sollen nicht nur sehr langlebig sein, die geltenden Normen und Vorschriften geben uns auch ein enges Korsett vor – etwa hinsichtlich der Materialien, die verwendet werden dürfen.“ Auch im elektrischen Betrieb müssen sie ein hohes Maß an Sicherheit gewährleisten. So dürfen die Schalter beispielsweise bei einem Kurzschluss oder bei anderen elektrischen Belastungen nicht zu brennen beginnen.

Qualitativ hochwertig zu produzieren und rasch zu liefern, ist für die Mitarbeiter von Kraus & Naimer selbstverständlich. Besonders stolz ist das Unternehmen auf seinen hohen Fertigungsanteil, denn für die Produktion der Schalter kommen hauptsächlich selbst hergestellte Bauteile zum Einsatz. Auch die Werkzeuge, mit denen die Kunststoffbauteile für die Schalter im Spritzgussverfahren gefertigt werden, konstruieren und bauen die Wiener selbst. Damit sie diese optimieren und damit die Kundenaufträge noch schneller abwickeln können, kommt bei der Werkzeugauslegung seit Februar 2012 die Software Autodesk® Simulation Moldflow® zum Einsatz.

Die Lösung liefert umfassende Simulationswerkzeuge für den Kunststoff-Spritzguss. Damit können die Konstrukteure den Verlauf des Spritzgussprozesses bereits vor dem Bau des Werkzeugs simulieren, validieren und optimieren.

Simulation der Füllzeit eines Schlossrings mit Autodesk Simulation Moldflow.

Ausschlaggebend war die Ausgereiftheit

Ein Grund, warum sich das Unternehmen für diese Lösung entschied, war die jahrelange Erfahrung, die Autodesk Moldflow bei der Kunststoffsimulation besitzt. Anton Wildberger schätzt vor allem die Ausgereiftheit der Softwarelösung. Ein weiterer Pluspunkt ist für den Konstruktionsleiter die integrierte Materialdatenbank, wie er deutlich macht: „Jede Simulation ist immer so gut, wie die zugrunde liegenden Daten. Es ist erfreulich, dass Autodesk nicht nur die Angaben der Materialhersteller übernimmt, sondern diese auch durch eigene Tests validiert und anpasst. Dadurch steht uns für die Simulation eine wirklich herstellerbezogene und damit sehr realitätsnahe Materialdatenbank zur Verfügung.“ Denn obwohl einige Kunststoffe dieselbe Bezeichnung haben, unterscheiden sie sich durch feinste, abweichende Materialzusammensetzungen, wodurch es bei Simulation und Realität oft zu ungleichen Ergebnissen kommt.

Autodesk Simulation Moldflow liefert durch genaue Analysen wichtige Erkenntnisse zum Materialverhalten innerhalb der Kavitäten: Fließt der Kunststoff gleichmäßig in die gesamte Form? Kühlt er einheitlich ab? Kommt es irgendwo zu Einschlüssen oder Einfallstellen?

Simulation der Schwindung eines Schlossrings mit Autodesk Simulation Moldflow.

Probleme im Vorfeld lösen

Die Entwickler können so schon im Vorfeld mögliche Probleme identifizieren und beheben, die ohne Simulation oft erst nach der Fertigstellung zum Vorschein kamen. Das wirkt sich vor allem auch positiv auf die Ausschussrate bei den gefertigten Teilen aus. „Mit Autodesk Moldflow bekommen wir einen besseren Einblick, wie sich das Material in der Realität verhalten wird“, erläutert Anton Wildberger. „So können wir uns sicher sein, dass die Teile, die wir produzieren auch wirklich brauchbar sind.“ Das spart den Werkzeugbauern einige Korrekturschleifen, die Entwicklungen nicht nur verzögern, sondern auch verteuern. Nacharbeiten und erneute Prototypen bedeuten nämlich zusätzlichen Material- und Arbeitsaufwand.

„Die Kollegen in der Werkzeugkonstruktion bekommen durch die Simulationslösung genauere Konstruktionsdaten und gewinnen durch die Visualisierung des Spritzprozesses schon vor dem Bau des Werkzeugs ein besseres Verständnis für den gesamten Spritzvorgang. So können sie bereits im Voraus planen, wo beispielsweise Entlüftungen eingesetzt werden müssen. Auch die optimale Lage des Anspritzpunktes kann bereits in der Entwicklung festgelegt werden – ein hilfreicher Anhaltspunkt für den späteren Werkzeugbau", ergänzt Wildberger.

Spagat zwischen Materialverbrauch und Stabilität

Die Simulation mit Autodesk Moldflow hilft nicht nur Fehler zu vermeiden sondern auch die Werkzeuge zu verbessern. Durch computergestützte Tests kann so der optimale Mittelweg zwischen Materialverbrauch, Zykluszeit und Stabilität für eine Form ermittelt werden. Denn diese Parameter stehen in einem konkurrierenden Verhältnis: Je höher die Wanddicke, desto stabiler ist das Teil. Jedoch muss es dann auch länger in der Form bleiben, um ein nachträgliches Verziehen zu vermeiden. Das bedeutet wiederum, dass die Zykluszeit für einen Spritzgussvorgang länger wird.

Bei älteren Werkzeugen wurde meist konservativ auf eine höhere Wanddicke gesetzt, in der heutigen Zeit ist es allerdings wichtig, möglichst effizient zu produzieren. Das bedeutet, dass der Materialverbrauch und die Zykluszeiten so gering wie möglich gehalten werden müssen, ohne die Stabilität aufs Spiel zu setzen. „Autodesk Moldflow hilft uns, diesen Spagat zu meistern“, erläutert Anton Wildberger.

Hohe Einsparpotenziale

Mit der Simulationslösung erschließen sich bei Kraus & Naimer hohe Einsparpotenziale. Erste Ergebnisse können sich durchaus sehen lassen: Ein bereits bestehendes Werkzeug wurde mit Autodesk Simulation Moldflow optimiert. Dadurch konnten die Konstrukteure die Zykluszeit für ein Bauteil um 25 Prozent verringern. „Dieses Ergebnis bestätigte uns endgültig, dass sich die Investition in die Software gelohnt hat“, freut sich Anton Wildberger abschließend.