12.06.2019

Mechanik und Elektrotechnik verbinden

Software macht's möglich

Die Bereiche elektrische und mechanische Konstruktion waren früher strikt voneinander getrennt. Ein modernes integriertes Engineering, bei der alle Seiten in ein CAD-System hineinarbeiten und so ein gemeinsames Modell erzeugen können, bietet heute hingegen einige Vorteile. Welche, das zeigt das folgende Anwendungsbeispiel.

Autor: Karl Obermann


Kabel und Leiterplatten werden von vornherein mit ein konstruiert.
Bild: Lorch Schweißtechnik GmbH

Die elektrische und mechanische Konstruktion hatten in der Vergangenheit eigene Chefs, manchmal ging die Trennung der Bereiche bis hinauf zu den Hauptabteilungsleitern. Die jeweiligen Projekte wurden zwar abgesprochen, die Abstimmungen waren jedoch zeitaufwändig und die Arbeit manchmal nicht besonders effizient. So lässt es sich im Zeitalter der Mechatronik nicht gut weiterarbeiten. Manche Firmen haben bereits Konsequenzen gezogen und die Teams räumlich zusammengesetzt, andere haben sogar einen gemeinsamen Konstruktionsleiter ernannt. Noch deutlich weiter geht eine integrierte Konstruktion, bei der die Teams beider Bereiche in ein CAD-System hineinarbeiten und ein gemeinsames Modell erzeugen. Genau in diese Richtung arbeitet jetzt die Firma Lorch Schweißtechnik, die sich als Spezialist für Schweißanlagen für Industrie und Handwerk positioniert.

Am richtigen Platz

Eine Tendenz, hier wie anderswo: Die Software wird immer wichtiger. Heute steuert die Software unter anderem den Lichtbogen - der Schweißprozess wird einfacher, sicherer und schneller. Mit Hilfe der Mechatronik wird jetzt die Entwicklung beschleunigt und die Geräte werden deutlich kompakter. Bereits 2006 haben die Schweißer Solidworks eingeführt. Von Anfang an war DPS Software als Lieferant und Betreuer der Software dabei. Die DPS-Installation bei Lorch beinhaltet mittlerweile Solidworks, Solidworks Composer (für die Dokumentation) und das PDM-System Solidworks PDM Professional. Die Entscheidung für das PDM ist vor allem gefallen, weil man mit Solidworks Electrical und Mechanik-CAD nun noch mehr Daten erzeugt und ein zentrales Verwaltungssystem für diese Anwendung benötigt. Durch den mechatronischen Ansatz ist die Entscheidung für ein PDM-System absolut notwendig geworden, auch wenn man schon früher an einen Einsatz wegen der Mehrwerte wie bessere Speicherzeiten, relationale Datenbank, erhöhte Transparenz und Audit-Sicherheit gedacht hat. Dazu sei noch angemerkt, dass es eine direkte Kopplung von Solidworks Electrical ans PDM gibt. Mit zwei Buttons können die Projekte und Daten ein- und ausgecheckt werden und es entsteht somit ein kontrolliert gesteuerter Workflow. "Als vor rund fünf Jahren Solidworks Electrical herauskam, haben wir uns schon dafür interessiert, konnten es zunächst aber nicht einsetzen, weil das System noch zu stark auf den Schaltschrankbau fixiert war. Für einen Anlagenbauer mit elektrisch/mechanisch integrierten Teilen (siehe Bild) ging es noch nicht. Das hat sich aber bald geändert und wir konnten einsteigen", wie Paul Giesinger, F & E Technologiemanager Mechatronik berichtet. Nach intensiver Vorbereitung inklusive Nutzerausbildung, begann eine sechsmonatige Testphase, eng begleitet durch DPS. Giesinger: "In dieser Phase war die Unterstützung durch DPS beim Erlernen der Basisfunktionen und für das passende Einrichten des Systems sehr wichtig." Die Aufgabe von Lorch war es, die Software so lange auszuprobieren, "bis wir wussten, wie sie im Detail funktioniert und bis eine selbständige Beherrschung gegeben war". Live ging das System dann im Herbst 2017.

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Grenzen überwinden

Die Software Solidworks Electrical kommt von der französischen Firma Trace. Das Elektropaket selbst war vorher schon datenkompatibel und lief unter einer Benutzeroberfläche. Drei unterschiedliche Pakete stehen zur Verfügung:

  • • Solidworks Electrical Schematics, ein 2D-Paket für die Schaltplanentwicklung. Es umfasst, was für die schnelle und sichere Schaltplanentwicklung nötig ist und verfügt über eine umfangreiche Bauteilbibliothek.
  • • Solidworks Electrical 3D. Um die in diesem Artikel genannten Vorteile der Mechatronik zu erfahren, braucht man die Integration ins 3D und das leistet Solidworks Electrical 3D. Es setzt eine Solidworks-Basislizenz voraus. Durch die Verbindung wird die 3D-Darstellung der elektrischen Komponenten bewerkstelligt. Anwender von Electrical 3D ist der klassische Solidworks-Konstrukteur. Bei ihm erscheinen alle elektrischen Komponenten mit echten Abmessungen in seiner Baugruppe. Der Hersteller liefert ca. 500.000 Bibliotheksteile bereits mit.
  • • Solidworks Electrical Professional enthält beide vorher genannten Einzelpakete, die dann nur eines einzelnen Installations- und Lizenzierungsschrittes bedürfen.

Solidworks Electrical bietet Vorteile bei der Kabelverlegung, bis hin zur Konstruktion von Kabelbäumen. Die Leitungsführungslösung im System ermöglicht stark vereinfachtes automatisches Verlegen von Drähten, Kabeln und Kabelbäumen aus dem 3D-CAD-Modell heraus. Die detaillierten Informationen zur Leitungsführung sind sofort für alle am Projekt beteiligten Benutzer verfügbar. Die Software ermöglicht den Benutzern ein paralleles Arbeiten. Alle Entwurfsdaten werden in Echtzeit zwischen Elektrik und Mechanik synchronisiert, sodass Inkompatibilitäten nicht mehr auftreten. Die Software erlaubt die Erstellung von Anlagenfließbildern, die nicht nur im Anlagenbau zu einer vollständigen Beschreibung der Produkte genutzt werden können.

Von unten nach oben

Bei Lorch sind nach der Entscheidung, pro Solidworks Electrical, Solidworks Electrical Schematics und Solidworks Electrical 3D eingeführt worden. Zunächst wird das Gehäuse an sich konstruiert. Dann werden Leiterplatten, Steckverbindungen oder Kabel eingearbeitet. Danach entsteht der Schaltplan. "Anhand des Schaltplans definieren wir die Steckerliste und die Kabel im Electrical", sagt Giesinger. Es findet also eine Konstruktion von unten nach oben statt. Im Englischen auch 'bottom up' genannt. Im Ergebnis passt alles zusammen und die Geräte werden kompakter. Ein neues Gerät zum 200A-WIG-Schweißen wiegt noch 7,5kg. Für Lorch ist eine andere Arbeitsweise nicht mehr denkbar. Ebenfalls sehr zu schätzen ist der Zeitvorteil. Weil z.B. die Kabelbäume virtuell genau eingepasst werden können, sind sie auch schon bestellbar. Bis dann die anderen Teile für den Bau des Prototyps in der Werkstatt ankommen, sind auch die Kabelbäume da. Sie müssen nicht erst dann vom Elektriker hineingearbeitet werden, um danach die wahren Längen der einzelnen Stränge abzumessen, sie rückwärts zu dokumentieren und dann bestellen zu können.

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