Prototypenentwicklung für Industriesteckvorrichtungen: Simulation first!

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Beim Einsatz des Spritzgussverfahrens können sich Konstruktion und fertiges Spritzgussteil unterscheiden. Die Folge sind Mehrkosten- und zeitintensive Korrekturen. Hier ist beschrieben, wie das Unternehmen PC Electric seine Arbeitsabläufe verbessert und beschleunigt hat.

Prototypenentwicklung: Unternehmen, die Industriesteckvorrichtungen, Elektro- sowie Baustromverteiler, Prüfgeräte oder Schalter benötigen, kennen womöglich PC Electric. Die österreichische Firma entwickelt und fertigt kundenspezifische Sonderausführungen und hat eine Vielzahl an passender Lösungen für viele Einsatzzwecke parat. Dabei kann das Unternehmen auf seine 50-jährige Fertigungshistorie zurückblicken. Mit heute über 900 Mitarbeitern an fünf Standorten, investiert es jährlich 5 Prozent des Umsatzes in Forschung und Entwicklung.

Prototypenentwicklung: CAD und 3D

Wenn man wie PC Electric etwa 22.000 Artikel im Portfolio hat und jährlich fünf bis sechs Produktreihen komplett neu entwickelt, dann merkt man schnell: Der Teufel steckt im Detail. Die Qualität der Produkte sowie die Zufriedenheit der Kunden haben für den Experten für CEE Steckvorrichtungen höchste Priorität – kein Wunder also, dass jedes Bauteil perfekt konstruiert werden muss. Bedenkt man, dass an diesen Steckvorrichtungen nicht selten Ströme von bis zu 125 Ampere fließen oder Spannungen von bis zu 1000 Volt anliegen, wird klar: Hier ist Perfektion gefragt.

Damit die weltweiten Kunden von PC Electric sich auf die gelieferte Qualität verlassen können, werden die Spritzgussteile nach international geprüften Standards hergestellt. Das Unternehmen betreibt zudem ein eigenes Prüflabor und ein prozessorientiertes, integriertes Qualitätsmanagementsystem. Bei der Entwicklung der Neuprodukte setzt PC Electric auf aktuelle CAD- und 3D-Konstruktionslösungen.

Herausforderung bei der Prototypenentwicklung

In der Vergangenheit stieß das Unternehmen jedoch prozessual mehr und mehr an Grenzen: Immer wieder kam es bei der Prototypenentwicklung der Spritzgusswerkzeuge zu Lufteinschlüssen, Einfallstellen und weiteren Qualitätsmängeln. Das Problem: Diese Fehler wurden oft erst nach Fertigstellung des Prototyps erkannt. Nicht selten brauchte es drei bis vier Versuche, um sich schrittweise hin zum Optimum zu bewegen und das finale Werkzeug zu entwickeln, das für die Serienfertigung geeignet war. Bei Designerweiterungen drehten die Entwickler bisweilen sogar zehn Runden, bis der „neue“ Prototyp den strengen Qualitätskriterien entsprach.

In diesem Zuge entschloss sich das Unternehmen 2015 Solidworks Plastics einzuführen, eine Software, die für die simula­tionsgestützte Konstruktion zur Herstellung von Kunststoffteilen entwickelt wurde. Damit fokussierten sich die Fachleute bei PC Electric auf Qualitätsverbesserungen und erhofften sich zudem Performance-Gewinne. Kon­struktionsschwächen und daraus resultierende Fabrikationsfehler sollten – bestenfalls gänzlich – vermieden werden. Der Einsatz der neuen Software stellte einen Meilenstein für das Unternehmen dar und so zahlt diese Investition auf das Ziel ein, den Wirkungsgrad der Produkte zu steigern und parallel die Investitions- und Betriebskosten zu senken.

Komplexe Bemusterung

Vor 2015 wurde noch ohne Simulation entwickelt. Seinerzeit blieb den Technikern keine andere Option, als auf Erfahrungswerte im Spritzguss zurückzugreifen. Obwohl es offensichtlich war, dass der Weg „Trial-and-Error“ nicht mehr zeitgemäß war und vor allem die Effizienz darunter litt, stieß man mit der Entscheidung pro Solidworks Plastics nicht überall auf offene Ohren, wie Projektleiter Andreas Puttinger von PC Electric berichtet: „Ganz zu Beginn haben Kollegen Bedenken geäußert. Wir haben häufig gehört: ‚Kann denn das, was da am PC angezeigt wird, tatsächlich so sein? Ist das denn realistisch?‘“ Doch nach wenigen Testläufen waren die Anwender überzeugt, denn die virtuellen Simulationen entsprachen den realen Prototypen. Seitdem unterstützt die Software die Mitarbeiter dabei, nachhaltig Ressourcen und Zeit zu sparen.

Prototypenentwicklung: Heute ist die Simulation Alltag

Inzwischen ist die Arbeit mit der Simulation Alltagsroutine geworden. Der interne Prozess wurde so angepasst, dass sämtliche Formteile unter Einsatz von Solidworks Plastics bearbeitet werden. Probleme wie Einfallstellen, Lufteinschlüsse oder eine ungleichmäßige Nachdruckwirkung beziehungsweise Temperaturverteilung gehören jetzt der Vergangenheit an. Seit Einführung der Simulationssoftware gelingt es dem Unternehmen, kleinere Teile binnen ein bis zwei Stunden zu simulieren; größere wie Wandverteilergehäuse brauchen knapp einen Tag. Im Vergleich zu dem früher genutzten Prototyping-Verfahren konnten durch die Simulation die Durchläufe verkürzt und effizienter gestaltet werden.

Und das ist nicht alles: Heute geht auch die Arbeit an der Spritzgussmaschine deutlich schneller vonstatten, da es der Maschinenbediener bei der Konfiguration der Fertigung an der Maschine deutlich leichter hat. Die Entwicklung geht heute zügig von der Hand und mit der anschließenden Simulation erhält der Ingenieur sofort belastbare Ergebnisse, über seine Auslegung – effizienter lassen sich Konstruktionsarbeiten heute kaum realisieren.

Die Autorin Susanne Woiton ist Eurocentral Digital Marketing & Communications Senior Manager bei Dassault Systèmes.

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