Optimierte Fördertechnik in der pharmazeutischen Industrie
„Seidenader Maschinenbau GmbH setzt bei der Modellierung einer Förderschnecke auf die Reverse Engineering Software Rapidform®-XOR™ aus dem Hause INUS Technology. Die Fördertechnik einer Inspektionsmaschine aus dem täglichen Einsatz war die Basis für das Grunddesign.„

Als Teil der Körber Medipak Gruppe fertigt die Seidenader Maschinenbau GmbH seit über 110 Jahren Maschinen für die pharmazeutische Industrie. Die langjährige Erfahrung in der Handhabung einer großen Palette von verschiedenen Pharmabehältern für flüssige und trockene Sterilprodukte, verbunden mit dem Anwenderwissen der Kunden, haben es ermöglicht, eine komplette Baureihe von halbautomatischen und vollautomatischen Inspektionsmaschinen für Parenteralia zu schaffen. In einer Inspektionsmaschine sind zwei unterschiedliche Förderschnecken eingebaut.

Messung Förderschnecke

Messung Förderschnecke

Um die bekannte hohe Seidenader-Qualität zu forcieren, werden alle Arbeitsschritte der Inspektionsmaschine eingehend erfasst und weiter optimiert. Entsprechend dieser Zielsetzung entwickeln die Ingenieure von Seidenader die Fördertechnik weiter. Hierzu benötigt die Entwicklungsabteilung die 3D-Daten von sechs Förderschnecken als Bauteile von drei Inspektionsanlagen. Die Schnecken stellen den letzten Stand einer praktischen Entwicklungstreihe dar.

Seidenader Maschinenbau GmbH setzte für die Modellierung von sechs Förderschnecken die umfassendste Scan-Zu-CAD-Softwarelösung, Rapidform®-XOR™ ein, die als Ergebnis einer praktischen Versuchsreihe entwickelt worden sind, um mittels präziser Ergebnisse den Entwicklungsstand der Bauteile zu sichern.

Hochgenaue Geometrie für den optimalen Teiletransport
Die erstellten 3D-Modelle auf Basis der eingesetzten Bauteile sind vollwertige Abbilder der Förderschnecken. Die erzeugten Flächen liegen mit einer hohen Genauigkeit auf den Scandaten und spiegeln somit das reale Objekt präzise wider.

“Die Sicherung des Entwicklungsstandes mit der Möglichkeit der späteren Reproduzierbarkeit erfordert eine genaue Kopie der modifizierten Förderschnecken. Durch den Einsatz der Software Rapidform® XO Redesign™ ist dieses optimal gelungen.“
- Franz Seidinger, Projektingenieur, Seidenader Maschinenbau GmbH -

Je Inspektionsanlage kommt ein Pärchen bestehend aus einer längeren und einer kürzeren Schnecke zum Einsatz. Die Förderschnecken bestehen aus Kunststoff und sind 380 bzw. 700 mm lang und haben einen Durchmesser von 60 mm. Die Oberflächengeometrie der Förderschnecken wird aus Windungen mit veränderlichen Steigungen gebildet. Die Messgenauigkeit wird im Ergebnis besser als 0.1 mm erwartet. Die Oberfläche ist glatt, für die Vermessung wird die Oberfläche mit einem Anti-Reflexionsmittel weiß mattiert. Während der Messung ist ein besonderes Interesse auf die saubere Erfassung der Oberflächengeometrie zu legen. Das Messergebnis wird als ein Polygonalmodell ausgegeben.

Polygonalmodell Förderschnecke

Polygonalmodell Förderschnecke

Vom 3D-Scan zu einer CAD-Datei
Die Förderschnecken werden mit einem 3D-Scanner ATOS der Firma GOM vermessen. Das Messsystem besteht aus einer Messkamera ATOS, uncodierten Messmarken und der Auswertesoftware ATOS. Die uncodierten Messmarken sind die Grundlage für die Orientierung der einzelnen Messbilder des ATOS-Scanners. Mit Hilfe von zwei Kameras wird das zu vermessende Objekt aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen, so dass alle relevanten Objektbereiche aufgenommen sind. Dabei wird eine Punktwolke von der Oberfläche der Schnecke erzeugt. Aus der erzeugten Punktwolke generiert die Software ATOS ein Polygonalmodell. Das Polygonalmodell wiederum ist die Grundlage für den folgenden Reverse Engineering Prozess. Hierfür wird mit XOR™ ein Kurvennetzwerk über das Polygonalmodell gelegt, aus dem die endgültigen Freiformflächen erstellt werden können. Die CAD-Modelle der Schnecken werden somit vollständig über die 3D-Scandaten modelliert.

Erkennen Sie sofort die Vorzüge des 3D-Scans
Für den parametrischen Aufbau des CAD-Modells wird das Polygonalmodell in XOR importiert und mit dem Mesh Buildup Wizard™ optimiert. Eine wesentliche Konstruktionshilfe ist die Ausrichtung der Schnecken über das Zentrum der Schnecke. Die so definierte Rotationsachse liegt mittig im Bauteil und rationalisiert den Konstruktionsprozess.

3D MeshSketch Extraktion Führungslinien

3D MeshSketch Extraktion Führungslinien

Im ersten Schritt wird die Freiformoberfläche des Schneckenverlaufs konstruiert. Die Freiformoberfläche ist eine Helix mit einer variablen Steigung. Hierzu werden die Führungslinien im 3D-Mesh-Sketch-Modus extrahiert. Die Funktion Section schneidet einen definierten Zylinder mit dem Polygonalmodell, das Ergebnis sind vier 3D-Polylinien. Diese 3D-Polylinien spiegeln somit exakt den Steigungsverlauf der Helix wider. Mit der Funktion Mesh Sketch wird der Querschnitt der beiden Windungsoberflächen erstellt. Im Überschneidungsbereich der Querschnittskizzen und der zuvor erzeugten 3D-Steigungslinien wird ein Punkt auf die Skizzenquerschnitte übertragen. Mit dem Befehl Pierce werden nun die Skizzenquerschnitte so verschoben, dass sie und die entsprechenden Linienskizzen sich in diesem Punkt miteinander schneiden. Dieser Vorgang schafft die Voraussetzungen für den folgenden Schritt, in welchem die eigentlichen Schneckenoberflächen gebildet werden.

MeshSketch Querschnitt Pierce

MeshSketch Querschnitt Pierce

Mit der Fuktion Surface Sweep werden die erstellten Querschnittsprofile entlang der jeweiligen Steigungslinien geführt. Das Ergebnis sind die beiden Oberflächen der Schneckenwindungen. Hierfür wird eine 3D-Steigungslinie als Pfad und die andere 3D-Steigungslinie als Führungskurve zur jeweiligen Querschnittskizze definiert. Der Lauf des Skizzenprofils entlang der 3D-Steigungslinien erzeugt die beiden Windungsflanken, welche sich im Endbereich der Schnecke überschneiden. Im Bereich dieser Überschneidung wird mit dem Befehl Trim Surface der überflüssige äußere Teil der Windungsflanken abgeschnitten.

Surface Sweep Schneckenverlauf

Surface Sweep Schneckenverlauf

Im nächsten Schritt werden die innere und äußere Begrenzungsfläche der Windungsflanken konstruiert. Ähnlich wie bei den Schneckenflanken wird in diesem Schritt die Oberfläche des äußeren Durchmessers dadurch gebildet, dass eine Querschnittsskizze entlang eines Pfades geführt wird. Hierzu wird im Anfangspunkt der Schraubenlinie mit der Funktion Mesh Sketch eine waagerechte Linie skizziert, welche die Länge des äußeren Durchmessers an der breitesten Stelle beidseitig um einige Millimeter übertrifft. In diesem Fall wird die Pfadlinie dadurch erstellt, dass mit der Funktion Helix ausgehend vom Endpunkt der Überschneidung der beiden Schneckenflanken eine Schraubenlinie gebildet wird, welche entlang des offenen Bereichs der Schneckenoberflächen verläuft. Mit der Funktion Surface Sweep wird die äußere Schneckenbegrenzungsfläche erzeugt. Dieses ergibt die Oberfläche des äußeren Zylinders. Die Überschneidung der Schneckenflanken mit der äußeren Zylinderoberfläche wird mit dem Befehl Trim Surface abgeschnitten. Der innere Zylinderdurchmesser wird über die gleichen Funktionen erstellt.

Oberflächen Schneckenflanken

Obeflächen Schneckenflanken

Trim Surface Schneckenflanken

Trim Surface Schneckenflanken

Mesh Sketch äußrer Begrenzungszylinder

Mesh Sketch äu rer Begrenzungszylinder

Helix äußrer Begrenzungszylinder

Helix äu rer Begrenzungszylinder

 

Im abschließenden Schritt werden die noch offenen Enden verschlossen. Hierzu wird an den Enden jeweils ein Kreis größer als der Außendurchmesser skizziert. Mit dem Befehl Fill Face werden zwei Kreisoberflächen erzeugt. Im Befehl Trim&Merge werden die beiden Kreisoberflächen und die Schneckenoberfläche miteinander verschnitten. Das Ergebnis ist ein Volumenkörper der Führungsschnecke.

Trim äußrer Begrenzungszylinder mit Schneckenflanken

Trim äu rer Begrenzungszylinder mit Schneckenflanken

Im letzten Schritt werden die Verrundungen an dem Solid angebracht. Mit der Funktion Fillet lassen sich die Solid-Kanten entsprechend Ihres Radius kombiniert auswählen und verrunden. Eine spezielle Funktion bietet die Möglichkeit, den Verrundungsradius aus dem Polygonalmodell zu extrahieren. Dies ist eine sehr nützliche Vorgehensweise, den richtigen Radius abzuleiten. Eine Tangentenfortsetzung der Verrundung ist in der Funktion ebenfalls enthalten.

Solid Führungsschnecke

Solid Führungsschnecke

Fillet Führungsschnecke

Fillet Führungsschnecke

Enviroment Mapping Führungsschnecke

Enviroment_Mapping_Führungsschnecke

Zur Kontrolle wird mit der Funktion Deviations aus dem Accuracy Analyzer die Oberflächenabweichung des Volumenkörpers zum Polygonalmodell anhand von Falschfarben geprüft.

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