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High-End-Kamerafertigung mit CAD/CAM>> Das Traditionsunternehmen Sinar AG in Feuerthalen ist weltweit berühmt für seine High-End-Fachkameras. Aber auch Spezialgeräte für die Mikrobiologie, Medizinal- und Messtechnik werden hier nach modernsten Konstruktions-methoden gefertigt. Wie dieser hohe Qualitätsstandard mit einem optimalen Workflow im 3D-CAD/CAM-Bereich erreicht und ständig optimiert wird, aber auch, was das Unternehmen als Spezialgerätehersteller ausmacht, wird in diesem Fachbericht analysiert und beschrieben.

Die Firma Sinar wurde 1948 von Carl Koch gegründet. Das Familienunternehmen ent­wickelt, produziert und vertreibt Kamera­systeme für die Berufsfotografie. Seit 1992 bietet Sinar digitale Aufnahmesysteme im High­End­Bereich an. Rund 50 Mitarbeiter entwickeln und fertigen am Standort Feu­erthalen bei Schaffhausen im Bereich der professionellen digitalen Fotografie ge­meinsam mit der Jenoptik Laser, Optik, Sys­teme GmbH (Sinar ist inzwischen eine 100 %ige Jenoptik­Tochter) und mit Part­nern anspruchsvolle digitale Fototechnik für professionelle Fotografen – vom Modul

prüft und zertifiziert. Also die gesamte Wertschöpfungskette kann damit abge­deckt werden; ob Konstruktionsunterstüt­zung bei Fremdfirmen, die Prototypenher­stellung und Beratung zur effizienten Tei­legestaltung, Integration von Elektronik, Montage, Kalibrierung, Serienfertigung oder der gesamte Vertrieb.

Wie es zum caD/caM- System kam

Mit der komplexen Strategie des Unterneh­mens als Lohnfertiger für die Hightech­In­dustrie werden hohe Herausforderungen an die Konstruktion und Produktion, aber auch an die Projektplanung und Logistik gestellt. Norbert Schorpp, Produktionslei­ter und seit über 20 Jahren bei Sinar, erklärt hierzu: «Das offene CAD/CAM­System von Solidworks ist ganz wichtig für uns, um auch mit Fremddaten arbeiten zu können. Ohne CAD müssten wir hier selbst Pläne erstellen, was natürlich einen deutlich hö­heren Aufwand ergibt. Früher wurden zwei verschiedene, einfache Programme für die Serie und für die Programmierung im Pro­totypenbau in 2D verwendet. So musste man jeweils immer separat die Modelle in 2D, dann die Prototypen und zum Schluss das Maschinenprogramm programmieren, was einen enormen Arbeitsaufwand be­deutete. Dies wurde inzwischen vollstän­dig mit dem CAD­Solidworks bzw. Pro­grammiersystem SolidCAM ersetzt.» Hier­durch können nun aus den Entwürfen di­rekt die Prototypen in einem Serienstand erstellt werden, was natürlich enorme Zeit­ und Kostenvorteile bringt – Vorteile, wel­

Ulf Mühl, Entwickler und Konstrukteur bei Sinar, konstruiert mit Solidworks die wegwei-sende Mittelformatkamera «arTec». Im Vordergrund der Prototyp, welcher mit Original-Objektiven auf detaillierte Funktionalitäten real begutachtet und überprüft werden kann.

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bis zur kompletten Systemlösung. Der Ver­trieb wird ebenfalls in Feuerthalen für über 47 internationalen Vertretungen abge­wickelt.

Das konsequente Baukastensystem um­fasst Digitalbacks, Digitalobjektive, Auf­nahmesoftware und Kamerakomponenten mit Weltruf. Mit diesem Know­how fertigt das Unternehmen nicht nur High­End­Ka­meratechnik; zunehmend werden Spezi­alanfertigungen, wie Mess­ und Prüfgeräte, Analysegeräte für die Mikrobiologie, Medi­zin­ und Messtechnik in einer hohen Ferti­gungstiefe von bis zu 100 % hergestellt, ge­

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che heute im harten Wettbewerb unerläss-liche Voraussetzung für Spezialaufträge bedeutet.

Ulf Mühl, Entwickler und Konstrukteur, erklärt hierzu: «Wir haben seit 1998 Solid-works im Einsatz. Dieses Programm ist ein sehr intuitives, einfach bedienbares System und ermöglicht uns ein rationelles Arbeiten. Der Featurebaum ermöglicht eine einfache Orientierung beim Pro-grammieren.» Ein ganz wichtiger Punkt für die Konstruktion ist auch das STEP/IGES bzw. der Austausch anderer han-delsüblichen CAD-Formate, welche sehr nützlich sind, wenn es darum geht, mit hinzugezogenen externen Designern an einem Projekt gemeinsam zu arbeiten. Das «SmarTeam» leistet hier auch als PDM-Verwaltungssystem einen sehr nütz-lichen Beitrag.

effiziente produktentwicklung

Statt zehn Stunden an der Maschine zu pro-grammieren, sind mit effizienten Pro-grammier-Möglichkeiten Programmier-zeiten von rund einer halben Stunde reali-sierbar. Das macht auch viel mehr Spass, als die 2D-Daten mühselig umzusetzen und danach noch die Maschine separat zu programmieren. Denn «die Freude der Mitarbeiter an der Arbeit ist mit modernen Hilfsmitteln erst möglich, was oft in den Firmen unterschätzt wird. Es ist immer eine ‹Win-win-Situation› für die Unterneh-men. Das sollte man bedenken,» meint Norbert Schorpp.

Der Startschuss für die Konstruktions-umsetzung der komplett neu entwickelten Mittelformatkamera für Architekturfoto-grafen fiel im Februar. Dies macht die Schnelligkeit von der Produktidee, über

die Konstruktion zur Produktion deutlich: «Im Februar diesen Jahres war die Idee für diese neue Mittelformatkamera beschlos-sen, bereits Ende Juni konnten die Nullse-rien-Kameras als ‹Beta-Version› an Testfo-tografen gegeben werden, bevor sie nun auf der Photokina der Weltöffentlichkeit präsentiert wird. Dies zeigt deutlich, wie schnell wir sind,» erläutert Schorpp.

Als besondere Vorteile des Systems für die Kameraentwicklung erweisen sich hier-bei die virtuelle Montage, die Simulation von Kollisionen/Restmaterial und dass Teile bei sich wiederholenden Aufträgen so effizient jederzeit generiert werden kön-nen. Damit lassen sich virtuell Fehler früh-zeitig erkennen und ausschliessen. Das gilt auch besonders für Spezialaufträge ande-rer Produkte. Bei den Kameras werden hier z. B. die Bildkreise aus den entsprechenden Objektivbrennweiten direkt einberechnet

oder Festigkeitsberechnungen ermögli-chen am virtuellen Modell eine erste Ab-schätzung von Design, Haptik und Hand-ling. Denn diese Kameras müssen viel aus-halten und bestehen aus hochwertigen Materialien. Da bedeutet die virtuelle Vor-arbeit und die Datendurchgängigkeit die Einsparung aufwendiger Testreihen und damit enorm Zeit und Kosten.

Auch die «eDrawings» sind als kleine Dateien aus den Konstruktionszeichnun-gen ableitbar, welche sich dann zum Ab-gleich – gerade mit auswärtigen Teams – schnell hin und her senden lassen. «Die Importtools sind mit ihrer Featureerken-nung sehr geschickt; diese gewährleisten eine Offenheit des Systems mit anderen (Fremd-) Produkten.» erläutert Ulf Mühl an seinem Arbeitsplatz. Und «die jährli-chen Updates sind marktgerecht und sehr vorteilhaft, um immer durch die einflies-

Claude Bolli, Meister Kontrolle/Qualitätssicherung bei Sinar am Messplatz an der Mitutoyo BN 710, setzt den Nullpunkt an den Prototypen des Kameragehäuses der neuen Mittelformatkamera – den Rest erledigt das Messprogramm.

Sobald die Kollisionsfreiheit überprüft ist, generiert die Software das NC-Programm und die Führungsplatte wird aus dem aufgespannten Werkstück gearbeitet.

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Screenshot im Solidworks: Hier kann der Konstrukteur alle beweg-lichen Teile auf Kollisionsfreiheit, Einstellungsvorgaben usw. komfor-tabel überprüfen, bis der erste Prototyp direkt zur Nullserie geht.

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senden Neuerungen wettbewerbsfähig zu bleiben.»

Vom rapid prototyping zur produktion

Die Teile werden im Rapid Prototyping Verfahren wie z.B. SLS (Selektives Laser-Sintern) innerhalb drei Tagen in Kunststoff erstellt, um Designstudien zu erstellen, was eine detaillierte Begutachtung und deutlich schnellere Freigabe zur Fertigung ermöglicht. Darüber hinaus ist diese Hand-muster-Erstellung anschaulich für Kun-dengespräche und eine preisgünstigere Variante - im Gegensatz zur Prototypenfer-tigung aus Metall. Auch die wichtigsten Jus-tierschrauben, Zahnstangen, Klappen oder Feintriebe sind damit herstellbar. Die Hap-tik und die Möglichkeit, z. B. einen Kame-raprototyp bereits auf ein Stativ zu schrau-ben und das Handling zu testen ist hier ein wichtiger Gesichtspunkt. Wenn das Hand-muster die Freigabe für die Nullserie hat, kann auch zeitgleich mit der Programmie-rung des Spannwerkzeugs, des Gerätekof-fers usw. gegangen werden, da die Teile-Daten der Konstruktion als Negativ-Form direkt im SolidCAM zum NC-Maschinen-programm umgesetzt werden. Dies ge-schieht sozusagen «in einem Guss».

kleinserienmontage in der mechanischen Werkstatt

In der Mechanischen Werkstatt erfolgt die Montage der Kamerakomponenten und Zubehörteile, aber auch der mechanischen Komponenten für die Geräte der Lohnar-beitskunden aus anfangs erwähnten Bran-chen. Für Fremdkunden aus dem High-End-Bereich wird hier das geballte Know-

how aus Feinwerktechnik, Messtechnik und optischer Kompetenz angeboten, um (Klein-)Serien fertigen zu können. Hier endet nicht nur die mechanische Ferti-gung, sondern die Produkte werden in Prä-sentationskoffer zusammengebaut und mit den entsprechenden Prüfzertifikaten versehen verkaufsfertig verpackt.

Auch für kleine Stückzahlen ist es wich-tig, effizient zu programmieren und kon-struieren, denn es geht hier nicht mehr ohne das Argument «time-to-market»: die Vorgaben vom Produktmanagement sind meist «Umsetzung des Produkts sofort nach der Idee», so Schorpp. Dies verlangt höchste Flexibilität und Schnelligkeit ohne Umwege und darüber hinaus eine Kon-struktion mit Toleranz-Vorgaben, welche später im Messsystem direkt ableitbar sind. Daher ist es für Sinar sehr wichtig, schnell und ohne Umwege zum Messprogramm zu gelangen. Denn bei einem Lohnferti-gungs-Anteil von 60% muss das Unterneh-men für seine externen Kunden ein opti-males Zusammenspiel von Konstruktion und Fertigung gewährleisten.

Design, produktion und Qualitätsmanagement verknüpft

In der Wareneingangskontrolle am Mess-platz prüft Claude Bolli, Leiter des Quali-tätsmanagements, mit seinem Team u. a. alle zur Nullserie vorbereiteten Prototypen oder Produkte in der laufenden Produktion – ob eigene Fachkamerakomponenten

oder empfindliche Messgeräte der Medi-zinal- oder Umwelttechnik mit Toleranzv-orgaben von max. +/- 0.005 mm. Bei der Produktentstehung können bereits die mei-sten Masse aufgrund der 3D-Daten aus den Zeichnungsdateien abgeleitet werden, auch wenn noch nicht alle Massangaben in den Konstruktionsplänen vorhanden sind. Das spart nützliche Zeit. Die Toleranzen und Ist-Werte der frei gegebenen Teile werden dann verglichen, um die Qualität bzw. die Tra-ceability, also die detaillierte Rückverfolg-barkeit der Produktionskette zu gewährlei-sten. In der vorgegebenen Toleranz zu pro-duzieren, kostet generell nicht mehr, als ohne. Mit den richtigen Werkzeugen und sicheren Prozessen kann man dies in der Produktion auch optimal umsetzen.

Michael Bertschinger überprüft am Monitor das Restmaterial am «SolidCAM». Vorn rechts die fertige Führungsplatte der «arTec» auf dem (in einem Durchgang aus dem Programm generierten) Werkzeughalter.

perSönlich

Franz Fässler, Geschäftsführer c-Works

«Als SolidCAM-Händler für die Schweiz ist es uns ein grosses Anliegen, mit einem kompetenten und moti-vierten Team für die Kunden eine kostengünstige und ge-winnorientierte Lösung zu finden. Dank den leistungs-starken und zuverlässigen Produkten von Solidworks sowie ‹SolidCAM› und ‹CIM-CO› können die Beratungs-dienstleistungen im CAD/CAM-und DNC-Bereich zukunftweisend und zielorien-tiert ermittelt werden. Dabei schätzen unsere Kunden das optimale Preis-/Leistungs-Angebot und gleichzeitig unsere ausführlichen Serviceleistungen bei der Schu-lung, Support und Postprozessorprogrammierung. Un-ser Team verfügt über ein langjähriges Know-how, be-geleitet mit einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit und Enthusiasmus.»

Beispiel der Prozessschritte des Kamerage-häuses der «arTec» aus dem vollen Werkstück am Horizontal-Bearbeitungs-zentrum H.Plus-300 von Matsuura mit bis zu 120 Werkzeugen.

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Der besondere Nutzen der Messplatz-Software Cosmos «Geopak-WIN» von Mitutoyo besteht aus dem Programmieren und dem gleichzeitigen Auslesen der IGES-Datei von der Konstruktionsabteilung: «Die manuelle Programmierung würde Circa-Werte ergeben, aber mit dem 3D-Programm landen wir punktgenau,» so Bolli. Hier zeichnet sich die besondere Sta-bilität durch die luftgelagerte Mineralguss-Platte mit einer Genauigkeit von +/- 1.5 my aus. Selbstverständlich gibt es heute deut-lich schnellere Messmaschinen, aber in der Kleinserienfertigung reicht die Geschwin-digkeit vollkommen aus. In der neusten Version von Cosmos «Geopak-WIN» lässt sich übrigens das Volumenmodell in Zu-kunft direkt einlesen, was momentan noch nicht möglich ist. So muss der Umweg über die Konvertierung der IGES-Dateien nicht mehr gemacht werden.

Fazit: Durchgängigkeit im gesamten Workflow

Am Programmierplatz in der Produktions-abteilung werden die CAM-Programme geschrieben. Der besondere Vorteil ist,

dass das Programm für alle Abteilungen leicht bedienbare, anwendbare Durchgän-gigkeit im Workflow gewährleistet: jeder Einzelne kann am CAD/CAM-System nach seinem Wissensstand an dem Projekt ar-beiten, durch die Prozessstruktur fliessen automatisch alle Veränderungen bzw. Op-timierungen in das Gesamtsystem ein. Je nach Operation – ob Fräsen, Drehen oder Bohren, öffnet Michael Bertschinger die CAD-Datei; ein neuer Dateiname wird ver-geben und der eigene Nullpunkt wird neu gesetzt. Wenn das Rohmodell nun be-stimmt und die Geometrie des fertigen Teils festgelegt ist, geht die Programmie-rung des zu bearbeitenden Teiles los. Da-nach werden die Jobs (ob Tasche, Loch etc.) und dann die Konturen gewählt. Wenn der Konstrukteur nicht nach Tole-ranzen gearbeitet hätte, hat man die Mög-lichkeit der Tiefenkorrektur: Die Profiltiefe ist entsprechend mit allen neuen Toleranz-Verschiebungen verknüpft, sodass nicht alles manuell nachgerechnet werden muss. Auch die Restmaterialanzeige ist ein sehr wichtiges Feature. «Dies gewährleistet ei-nen kollisionsfreien und fast immer ein-wandfreien Durchlauf. Dieses brauchen wir am meisten. Wenn es hier virtuell klappt, dann gibt es auch keine Kollision auf der Maschine. Voraussetzung ist aller-dings, das Spannmittel korrekt konstruiert und positioniert zu haben,» resümiert Bertschinger.

Ist das Spannmittel für den Prototyp fer-tig, kann die Serie darauf gleich anlaufen. Der NC-Code am Ende ist so schnell mit einem Mausklick erstellt. In der Regel wird das berechnete Programm über den Cim-co-Editor geprüft. Vom DNC-Server (DNC Max) wird nun das Programm einfach «per Fernbedienung» auf die Vertikal-Fräsma-schine (mit Zugspindel und C-Achse) mit den eingespannten Werkstücken gesendet und der Auftrag für die neue Führungs-platte der neuen Mittelformatkamera «ar-

Die verkaufsfertige Mittelformatkamera „arTec“ für Architekturfotografen, welche Sinar auf der Photokina am 23.–28.09. auf den Markt bringt.

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Conception d’appareils de photo en CAD

L’entreprise suisse de tradition Sinar AG à Feuerthalen est connue dans le monde entier pour ses caméras pro-fessionnelles supérieures. Par des méthodes de cons-truction de pointe, elle fabrique également des appareils spéciaux pour les besoins de la microbiologie, de la technique médicale et de la métrologie en petite série. Cet article décrit et analyse comment cette entreprise atteint et maintient son haut niveau de qualité avec une procédure optimisée de son secteur CFAO en 3D tout en expliquant aussi les caractéristiques qui déterminent l’entreprise en tant que telle.

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Konstruktion und CAx >> DenK- unD WerKplAtz SChWeiz

Michael Bertschinger, Programmierer SolidCAM, Ulf Mühl, Entwickler/Konstrukteur und Norbert Schorpp, Leiter Produktion bei Sinar.

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Tec» oder irgendein anderes Teil eines Me-dizingerätes z.B. läuft real ab. Eine ge-wünschte Postprozessor-Anpassung kann für alle handelsüblichen CNC-Steue-rungen direkt bei der C-Works GmbH in Schöftland ausgeführt werden. Dank der gesamten Durchgängigkeit von CAD/CAM ist ein Einsparpotenzial von bis zu 70 % realisierbar. <<

Autor und Fotograf Markus Frutig, Redaktor SMM

InformationSinar AGStadtweg 24, 8245 FeuerthalenTel. 052 647 07 07marketing@sinarcameras.comwww.sinarcameras.com

Jenoptik Laser, Optik Systeme GmbHD-07745 Jenawww.jenoptik-los.de

Mitutoyo (Schweiz) AG8902 UrdorfTel. 044 736 11 50www.mitutoyo.ch

Newemag AG6343 RotkreuzTel. 041 798 31 00www.newemag.ch

Solid Solutions AG8048 ZürichTel. 044 434 21 21www.solidsolutions.chwww.solidworks.de

C-Works GmbHOberdorf5040 SchöftlandTel. 062 739 14 50info@c-works.chwww.c-works.chwww.solidcam.ch

Bilder: 1 2 3 4 5 6 9 Markus Frutig/SMM,

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