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Gloveboxes entwickeln

Alle CAD-Daten im Kasten

Ob OLED-Bildschirm, LED oder Lithium-Ionen-Akku – viele moderne Produktionsprozesse und Forschungsvorhaben erfordern eine Inertgasatmosphäre. In der Forschung werden dafür Gloveboxes – 'Glaskästen' mit eingebauten Gummihandschuhen – eingesetzt. Doch auch komplette industrielle Produktionsprozesse werden in entsprechenden Einhausungen unter Sauerstoff- und Wasserausschluss durchgeführt. Das Unternehmen M. Braun fertigt solche Produkte und entwickelt sie mit einer Lösung von PTC. Der CAD/PLM-Anbieter Inneo unterstützt das Garchinger Unternehmen dabei.



Bild: M. Braun Inertgas-Systeme GmbH

In den frühen 70er Jahren kamen die ersten Gloveboxes mit Inertgasatmosphäre auf den Markt. Mit der Qualität der ersten Erzeugnisse unzufrieden, begannen die Ingenieure Hellmut Fölster und Gerhard Hinrichs, ein eigenes Produkt zu entwickeln, das ihren hohen Ansprüchen an Qualität und Technologie entspricht. Der Erfolg dieser Konstruktion führte im Jahr 1976 zur Gründung der M. Braun Labortechnische Geräte GmbH in Garching. Im Jahr 1994 wurde ein Entwicklungs- und Produktionsstandort in den USA eröffnet, 2002 ein weiterer Standort in Shanghai. Die Indus Holding AG übernahm das Unternehmen im selben Jahr und benannte es in M. Braun Inertgas-Systeme GmbH um. Etwa 235 Mitarbeiter, davon 150 am Stammsitz in Garching und 50 in den USA, entwickeln und montieren Anlagen, in denen Labor-, aber auch Fertigungstätigkeiten ohne Einfluss von Sauerstoff, Partikeln und Wasser ablaufen können. Vertriebsbüros unterhält M. Braun zudem in Großbritannien und Korea. Die Palette der Produkte reicht von Standard-Gloveboxen über individuell angepasste Anlagen bis zu Einhausungen kompletter Fertigungslinien, die bis zu zwölf mal fünf mal fünf Meter groß sein können. Unter anderem werden Xenonlampen, LEDs und OLED-Displays in solchen Anlagen gefertigt. Dabei kommen in der Anlage eingebaute Vakuumöfen mit Temperaturen bis 2.500 Grad Celsius zum Einsatz.

Seit Jahren mit Creo

Seit der Jahrtausendwende arbeitet M. Braun mit dem CAD-System PTC Creo, damals noch unter dem Namen Pro/Engineer bekannt. Aus einem Arbeitsplatz des parametrischen 3D-CAD-Systems sind inzwischen 16 Arbeitsplätze in Garching, sechs in den USA sowie eine Lizenz in China geworden. Ursprünglich wurde das Unternehmen direkt vom Hersteller betreut; nach einer Änderung der Vertriebsstrategie bei dem Softwarehersteller entschied sich M. Braun dann für die Betreuung durch PTC-Platinum-Partner Inneo. An den Standorten in den USA und China werden kleine bis mittlere Anlagen selbst konstruiert oder an die lokal verfügbaren Materialien angepasst, beispielsweise an lokale Blechstärken oder Schraubennormen. Als die US-Kollegen auf Creo umstiegen, wurde dort ein Anfangs-Datenbestand installiert, jedoch fand kein regelmäßiger Abgleich zum Hauptdatenbestand in Garching statt und die Daten entwickelten sich im Lauf der Zeit auseinander.

Um die Daten wieder zusammenzuführen und die Bestände miteinander abzugleichen, wurde im Jahr 2008 das PLM-System PTC Windchill installiert und eine Datenreplikation eingerichtet. Hartmut Ehrhard, Fachgruppenleiter mechanische Konstruktion, erläutert die Schwierigkeiten, die eine enge Anbindung der chinesischen Niederlassung an das PLM-System verhindern: „Der Datenbankserver in China ist komplett autark, er wurde ebenfalls zu Beginn mit einem Grundstock an Daten ausgestattet, so dass die Kollegen dort die Anlagen anpassen können. Das liegt zum einen daran, dass die Datenverbindung so langsam ist, dass die Replikation nicht funktioniert. Zum anderen ist es kaum möglich, ein stabiles VPN nach China aufzubauen.“ Seit Juli 2014 setzt M. Braun nun Creo 2.0 ein. Ehrhard erinnert sich:

Oberfläche im Ribbon-Look

„Natürlich war die neue Oberfläche im Ribbon-Look erst einmal eine Umstellung, aber die Anwender gewöhnten sich schnell daran. Wir setzen wegen unserer großen Baugruppen auf HP-Workstations vom Typ Z800. Die ermöglicht ein flüssiges Arbeiten.“ Die Creo-Arbeitsplätze sind mit dem AAX-Modul ausgestattet, das unter anderem die Navigation in großen Baugruppen beschleunigt und eine vereinfachte Darstellung von Bauteilen ermöglicht. Dies nutzen die Anwender unter anderem bei Lochblechen in den Böden und Decken der Gloveboxes. Mit Hilfe dieser Lochbleche wird eine laminare Strömung von oben nach unten erzeugt, die letzte Partikel nach unten und damit aus dem Arbeitsbereich herausdrückt. „Viele Funktionen, die früher in AAX zu finden waren, sind inzwischen in den Lieferumfang des Grundsystems übergegangen, aber wir benötigen AAX nach wie vor für bestimmte Funktionen“, sagt Ehrhard.

Die Mensch/Maschine-Modellierungslösung Manikin, mit der sich Menschenfiguren in Creo-Modelle integrieren lassen, wird für Ergonomieuntersuchungen eingesetzt, wie Ehrhard weiter erläutert: „Das Manikin-Modell lässt sich frei bewegen, bildet dabei aber die Freiheitsgrade der menschlichen Gelenke nach, zum Beispiel des Ellbogens, der sich nur in eine Richtung beugen lässt. So können wir genau prüfen, ob der Bediener einer Glovebox mit den Händen in den Gummihandschuhen alle Bereiche des Innenraums so erreicht, dass er seine Tätigkeit bequem verrichten kann.“ Festigkeitssimulationen, beispielsweise für die Tragfähigkeitsberechnung größerer Boxen und Maschineneinhausungen, werden mit PTC Creo Simulate durchgeführt.

Startup Tools

Wichtiger Bestandteil der Entwicklungsumgebung bei M. Braun sind die Startup Tools von Inneo. Neben dem integrierten Parametermanager ist die Verwaltung der Positionsnummern sehr wichtig für die Arbeitsabläufe bei M. Braun, wie Ehrhard sagt: „Unsere Anlagen werden unter anderem im Nuklear- und im Pharmabereich genutzt. In beiden Bereichen ist es sehr wichtig, dass Stücklisten in der einmal festgelegten Form bleiben und sich nicht automatisch umsortieren. Zudem dürfen einmal vergebene Positionsnummern nicht neu vergeben werden, auch wenn das ursprüngliche Teil weggefallen ist. Die Startup Tools stellen beides sicher.“ Zu den weiteren Komponenten der Startup Tools bei dem Hersteller zählen Bibliotheken für Norm- und Zukaufteile. Zudem werden in der Datenbank Standard-Konstruktionselemente als Makros, sogenannte UDFs, hinterlegt, beispielsweise Einnietmuttern, die sich über ein Menü definieren lassen. Eine Datenbank für Attribute und Benennungen ermöglicht das Übersetzen von Zeichnungen auf Knopfdruck, die Startup Tools tauschen die deutsche Bezeichnung dabei einfach gegen die entsprechenden englischen Pendants aus. „Das ist im Augenblick noch eine Baustelle“, sagt Ehrhard, „aber es wird uns in Zukunft viel Zeit sparen. Wir arbeiteten anfangs ohne Startup Tools, da wir damals ja direkt vom CAD-Systemhersteller betreut wurden. Deshalb können wir gut beurteilen, wie groß der Mehrwert ist, den uns Positionsnummernverwaltung, Parametermanager, Bibliotheken und die wesentlich einfachere Systemkonfiguration bringen.“

Aus Drei mach Eins

Für die Ausgabe der Zeichensätze für das Projektmanagement nutzen Ehrhard und seine Kollegen iPrint. Vor der Implementierung dieses Tools wurden nach der Freigabe drei Zeichnungssätze erstellt, je einer für Konstruktion, Projektmanagement und Montage. Heute beschränkt sich die Druckausgabe auf einen Satz, der zur Bestellung der Bauteile an Lieferanten weitergereicht wird. Die Montageabteilung – eine eigene Fertigung besitzt M. Braun nicht – nutzt inzwischen den 3D-Modellviewer PTC Creo View, um den Zusammenbau der Anlagen zu visualisieren. Der Zeichnungssatz der Konstruktion konnte eingespart werden, da die Daten in Windchill jederzeit zur Verfügung stehen.

Auch für die Ausgabe von Daten im PDF, DXF- oder STEP-Format ist iPrint zuständig. Ehrhard weiter: „Der Umstieg von Windchill PDMLink 9.1 auf Windchill 10.2 hat sich sehr gelohnt. Viele Dinge gehen einfacher, die mit der rechten Maustaste erreichbaren Befehle erleichtern das Arbeiten. Der Bildschirmaufbau, beispielsweise beim Scrollen, ist spürbar schneller geworden. Schließlich ist die indexierte Suche sehr schnell – zumindest wenn man die Attribute im Griff hat, und das wiederum ist eine Frage der Konstruktionsrichtlinien.“ „Wenn wir Creo oder Windchill aktualisieren, nutzen wie gerne die von Inneo angebotenen Schulungen“, sagt Ehrhard. „Dazu lassen wir auf unsere Arbeitsweise angepasste Workshops entwickeln und von Inneo durchführen. Das ist eine sehr effiziente Art und Weise, die Anwender auf den neuesten Stand zu bringen.“ Auch mit der Hotline ist der Fachgruppenleiter zufrieden: „Man gibt sich bei Inneo viel Mühe, alle Probleme zu lösen. Oft kommt einige Tage nach einem Hotlinekontakt ein Rückruf, bei dem der Inneo-Mitarbeiter nachfragt, ob das Problem gelöst ist.“

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