Reverse Engineering - Spritzgusswerkzeug mit kleinen Hakenkavitäten

Spritzgusswerkzeug

GOM

Spinnkomponenten für Ringspinnmaschinen

Bei der Verarbeitung von Garnen in Spinnmaschinen werden sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht. Die Führung dieser Garne durch Ring und Läufer bei der Aufwicklung auf die Spindeln gilt als kritischer Punkt im Herstellungsprozess. Demnach kommt den Ringen und Läufern eine außerordentliche Bedeutung als Einzelkomponenten im Verbund aller Bauteile einer Spinnmaschine zu. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, treibt der Hersteller die Entwicklung dieser Bauteile ständig voran. Durch Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass sich die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Spinnmaschinen durch Optimierungen im Bereich der Läufer weiter steigern ließ. Die intelligente Nutzung vorhandener Ressourcen ermöglichte schließlich die Einbindung bereits bestehenden Materials bei der Konstruktion der weiterentwickelten Läuferwerkzeuge. Die vorhandenen Werkzeuge mussten lediglich an wenigen Stellen geändert werden, um den neuen Anforderungen zu entsprechen. Da diese Werkzeuge jedoch den letzten Stand einer praktisch ausgerichteten Entwicklung darstellten, war es zunächst notwendig, hierzu die entsprechenden CAD-Daten zu generieren.

ANFORDERUNGEN DES KUNDEN:

Im konkreten Fall beauftragte der Kunde die Vermessung eines Spritzgießwerkzeugs und den parametrischen Aufbau des dazu gehörigen CAD-Modells. Das CAD-Modell soll voll parametrisch und für den Kunden weiter bearbeitbar werden, um die Herstellung des weiterentwickelten Werkzeugs zu ermöglichen.

Spritzgießwerkzeuge bestehen in der Regel aus zwei Hälften, welche genau zueinander passen müssen. Um die Herstellung und den Spritzvorgang zu vereinfachen, sind die Werkzeuge so konstruiert, dass die Berührungsflächen zwischen den Hälften die Mittelebene des späteren Teils darstellen.

Für den Spritzvorgang werden beide Hälften durch zwei Halter mit großer Kraft gegeneinander gedrückt. Die Kavitäten zwischen den Hälften bilden die Form des späteren Teils. Nun wird unter hohem Druck heißer Kunststoff in diese Kavitäten eingebracht. Nach der Verfestigung des Kunststoffs werden die Hälften voneinander getrennt, und das Teil kann herausgenommen werden. In vorliegenden Fall waren es zwölf Kavitäten pro Werkzeug, welche kreisförmig um die Kunststoffzufuhr herum angeordnet waren.

Da das bisherige Werkzeug als Basis für die Weiterentwicklung diente, stand bei der geforderten Präzision das Reverse Engineering als Methode der Datengenerierung fest. In einzelnen Kundengesprächen erläuterte sigma3D seine Leistungsperformance sowie die erreichbaren Messergebnisse.

Das erzeugte 3D-Modell auf Basis des vorhandenen Werkzeugs ist ein vollwertiges Konstruktionsergebnis. Die Bauteilgeometrie ist durch den parametrischen Aufbau der CAD-Daten im Anschluss noch modifizierbar. Des Weiteren bietet das 3D-Modell die Präferenz, das Design des neuen Spritzgießwerkzeugs optimal auf die geforderte Funktionalität hin abzustimmen.

Messmethode:

ScanKamera - Streifenlichtprojektion

Das Werkzeug wird mit einer ScanKamera vermessen. Das Messsystem besteht aus einer Messkamera, uncodierten Messmarken und einer Auswertesoftware. Die uncodierten Messmarken sind die Grundlage für die Orientierung der einzelnen Messbilder der Scankamera. Das Streifenlichtprojektionssystem ist eine optische Messmaschine basierend auf dem Triangulationsprinzip. Zwei Kameras beobachten projizierte Streifenmuster. Mit Hilfe der zwei Kameras wird das zu vermessende Objekt aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen, so dass alle relevanten Objektbereiche erfasst sind. Für jeden Kamerapixel werden 3D-Koordinaten hochpräzise berechnet. Eine Auswertesoftware generiert ein Polygonnetz der Objektoberfläche. Das Polygonalmodell ist die Grundlage für den folgenden Reverse Engineering Prozess.

Konstruktion:

Für den parametrischen Aufbau des CAD-Modells wird das Polygonalmodell in die Konstruktionssoftware importiert. Eine wesentliche Konstruktionshilfe ist die Ausrichtung des Werkzeugs über die Auflagefläche und die Hauptbohrung. Die so definierte Ebene und Achse beschreiben das Koordinatensystem und vereinfachen den Konstruktionsprozess. 

Die Konstruktionsebene werden entsprechend der gewählt, mit der das Polygonalmodell geschnitten wird. Auf der ausgewählten Konstruktionsebene wird die die Schnittkonturen angezeigt. Diese gibt die Form der zylindrischen Aussenkontur wider. In dieser Konstruktionsebene wird die Schnittkontur aus einzelnen Konstruktionselementen (Gerade, Kreis, Spline) aufgebaut. Den Konstruktionselementen werden im Anschluss die entsprechenden Abhängigkeiten (horizontal, vertikal, fix, konzentrisch, tangential, etc.) zugeordnet. Für die volle Definition wird die Skizze zuletzt bemaßt. Parallel zum Konstruktionsprozess zeigt eine Abweichung-Visualisierung die Einhaltung der Toleranzvorgaben zu den Messdaten an. Das Ergebnis einer Skizze ist ein geschlossenes Profil für eine Flächen oder Volumen-Funktion.

Für die Konstruktion der Kavitäten, welche die eigentlichen Fertigungsteile ergeben, wird aus den 12 Kavitäten eine gemittelte Kavität berechnet. Mit einer Flächenfunktion werden Splines auf die Oberfläche dieser Kavität gelegt. Diese Splines bilden ein Kurvennetzwerk, welches durch zu einem zusammenhängenden Flächenverbund umgewandelt wird. Dieser Flächenverbund stellt eine Hälfte der Oberfläche des Fertigungsteils dar. Durch Spiegelung des Flächenverbundes an der Mittelebene erhält man die zweite Hälfte. Beide Flächenverbunde werden verbunden und in einen Volumenkörper überführt, welcher eines der zwölf Fertigungsteile widerspiegelt.

Da die Fertigungsteile und die Kanäle jeweils in zwölffacher Ausführung in dem Spritzgusswerkzeug vorhanden sind, wird der hierfür erstellte Volumenkörper über eine Kreismuster-Funktion zwölffach vervielfältigt. Diese Volumenkörper werden einer Boolean-Funktion vom Hauptkörper abgezogen, sodass das Werkzeug mit den Funktionsgeometrien übrig bleibt.

Ergebnis:

Das Ergebnis ist ein parametrisches 3D-Solid-Modell und  die Basis für die Erstellung einer 2D-Fertigungszeichnung.

Zusammenfassung:

"Unsere Anforderungen bei der Optimierung des Spritzgießwerkzeugs erfordern ein präzises 3D-Modell auf Basis von Scandaten. Mit der angebotenen Lösung der sigma3D GmbH ist dieses optimal gelungen.“

- Reiners + Fürst GmbH u. Co. KG, Jürgen Smekal, Projektleiter