Das Optimum herausholen - Integrierte Leuchtenentwicklung auf SOLIDWORKS Basis

LEDs machen völlig neue Lichtkonzepte möglich, stellen den Leuchtenkonstrukteur aber auch vor neue Herausforderungen, beispielsweise aufgrund ihrer punktförmigen Lichtquelle und des relativ großen Abstrahlwinkels. Optik-Simulationssoftware hilft dabei, die gewünschte Lichtverteilung zu erzielen – optimalerweise ist sie in das CAD-System integriert. Genau auf solch eine Lösung auf Basis von SOLIDWORKS setzt RZB in Bamberg. SolidLine unterstützt das Unternehmen bei der effizienten Nutzung der Entwicklungsumgebung.

Im Jahr 1939 gründete Rudolf Zimmermann die RZB Rudolf Zimmermann Bamberg GmbH & Co. KG und fertigte zunächst Elektroinstallationsmaterial, wie damals üblich hauptsächlich aus Porzellan. Sein Sohn Dr. Alexander Zimmermann übernahm 1977 die Leitung des Unternehmens; seit diesem Zeitpunkt verlagerte sich der Schwerpunkt des Produktprogramms immer mehr auf Leuchten für den Innen- und Außenbereich. Heute erwirtschaften 500 Mitarbeiter einen Umsatz von etwa 100 Millionen Euro.

Waren nach dem Zweiten Weltkrieg eher einfache Kugel- und Ovalleuchten im RZB-Programm zu finden, änderte sich dies nach der Firmenübernahme durch den Sohn des Gründers. Der studierte Lichttechniker versammelte eine Mannschaft hochkarätiger Entwickler und Designer um sich, die bis heute immer wieder preisgekrönte Leuchtenmodelle präsentieren. Inzwischen stehen in der Leuchtenausstellung am Stammsitz des Unternehmens über 40 Designpreise vom Red Dot Award und dem IF Design Award über den Designpreis Deutschland bis hin zum US-amerikanischen Good Design Award.

Die RZB-Leuchten werden über den Elektrofachhandel vertrieben und geben vor allem Industrie- und Gewerbebauten Licht: vom Büro über Flure bis hin zu den Eingangs- und den Außenbereichen. Die Fertigungstiefe bei RZB-Leuchten ist sehr groß, sogar die etwa 40 Spritzgussformen, die pro Jahr benötigt werden, entwickelt und fertigt RZB mit SOLIDWORKS und SplitWorks selbst. Die hauptsächlich verwendeten Materialien sind Thermo- und Duroplastkunststoffe, Glas und Metall. Insgesamt 7.500 verschiedene Leuchten werden im Katalog angeboten, aber alles in allem sind 32.000 Typen aktiv lieferbar, weil RZB in vielen Fällen auch nach Jahrzehnten noch Ersatzteile liefert.

Bis ins Jahr 2000 arbeiteten die Entwickler mit einem Unix-basierten 3D-CAD-System, allerdings mussten sich ein Dutzend Kollegen aus der Produktkonstruktion und die Betriebsmittelkonstrukteure lediglich sieben der sehr teuren CAD-Arbeitsplätze teilen. In der Evaluation eines PC-basierten Nachfolgesystems konnte sich SOLIDWORKS aufgrund seiner einfachen Bedienung und des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses durchsetzen. Heute arbeiten die Konstrukteure mit 34 SOLIDWORKS Lizenzen.

„Alles beginnt mit und in SOLIDWORKS“, sagt Dr.-Ing. Sergio Drawert. Und tatsächlich entstehen schon sehr früh im Entwicklungsprozess erste Detail- und Grobskizzen im CAD-System. Designerin Lisa Dorsch ergänzt: „Nach den ersten Handskizzen gehen wir sehr schnell in SOLIDWORKS, unter anderem, um die Proportionen möglichst von vornherein richtig zu sehen.“ Dorsch arbeitet selbst in SOLIDWORKS und kann so ihre Designs genau nach ihren Vorstellungen umsetzen.

Bei RZB arbeiten bei der Neuentwicklung einer Leuchte zwei Bereiche Hand in Hand: auf der einen Seite die Designer, die sich um das Äußere der Leuchte kümmern, auf der anderen Seite die Lichtdesigner, deren Aufgabe es ist, die Lichtabstrahlung der neuen Lampe zu optimieren. Dazu nutzen sie das in SOLIDWORKS integrierte OptisWorks, mit dessen Hilfe sich der Strahlengang im Reflektor und das Lichtbild beziehungsweise der Lichtkegel der neuen Leuchte berechnen lassen. Gerade bei den neuen LED-Leuchten ist dies sehr wichtig, um ein angenehmes, blendfreies Abstrahlverhalten zu erzielen.

„Bei dieser Optimierung sind viele Iterationsschleifen üblich, am Reflektor der Ledona-Leuchtenreihe haben wir eineinhalb Jahre gearbeitet“, sagt Drawert, „doch strahlt diese LED-Leuchte mit einem sehr angenehmen, weichen Licht, das nur in einem sehr schmalen Bereich von 60 Grad unterhalb der Leuchte einen direkten Blick in die LED ermöglicht. Während dieser Entwicklung wurden mehrere Hundert Strahlungsberechnungen angestellt.“

Müsste dabei jedes Mal die Geometrie in einem aufwendigen Datenaustauschprozess aus dem CAD- ins Strahlensimulationssystem übertragen werden, würde dies viel Zeit kosten, die sich die RZB-Entwickler sparen können. Zudem ist der Prozess viel einfacher zu durchlaufen, sodass die Hemmschwelle, eine weitere Simulation zu beginnen, sehr klein ist. „Und das kommt der Qualität der Reflektoren zugute“, wirft Drawert ein, „wenn der Aufwand für die Strahlensimulation zu groß ist, verzichtet man gerne mal aus Zeitgründen auf die letzten Prozent an Perfektion. Auch bei der Ledona ergab sich zwischendurch ein etwas unschöner Verlauf am Rand des Lichtkegels, den wir dann noch perfektioniert haben.“ Zudem lassen sich die 3D-Geometrien im VRML-Format exportieren und in ein Lichtplanungsprogramm übernehmen, in dem sich die Ausleuchtung von Räumen berechnen lässt.

Doch nicht nur die Lichtabstrahlung der LEDs hat ihre Besonderheiten, sondern auch die Wärmeentwicklung: Hochleistungs-LEDs, wie sie in den RZB-Leuchten zum Einsatz kommen, produzieren relativ viel Wärme auf sehr engem Raum. Deshalb muss der Kühlkörper sehr genau an die LEDs angepasst werden. Zudem sind die Kühlkörper oft sehr groß und werden als Designelement ausgeführt. Lisa Dorsch bringt es auf den Punkt: „Da ist es sehr praktisch, wenn ich mit dem Kollegen, der für die Wärmesimulation zuständig ist, direkt am Modell diskutieren kann, wie man den Kühlkörper so verändert, dass sowohl die Optik als auch die Funktion stimmen.“

Drawert ergänzt: „Das Verrückte am Markt für LED ist, dass etwa jedes Vierteljahr eine neue Generation auf den Markt kommt, die mehr Licht und weniger Wärme abgibt; wir haben aber etwa neun Monate Vorlauf in der Konstruktion. Zum Glück arbeitet die technische Entwicklung für uns: Wenn wir mit den aktuellen Werten rechnen, haben wir eine eher zu sichere Auslegung für die LED-Generation, mit der die Leuchte schlussendlich gefertigt wird.“

Die Wärmesimulationen werden mit SOLIDWORKS Flow Simulation integriert im CAD-System berechnet. Auch hier gilt: Die einfache Übergabe der Geometrie- und Materialdaten erleichtert den Durchlauf von mehr Iterationsschleifen, was der Qualität der Leuchte zugutekommt. Ebenfalls mit einer integrierten Lösung, in diesem Fall Moldflow, berechnen die Konstrukteure Füllsimulationen für Spritzgusswerkzeuge.

Der RZB-Workflow geht weiter in die Visualisierung, wo mit der externen Lösung Cinema 4D und dem SOLIDWORKS Modul PhotoWorks realistische Darstellungen für das Marketing und für die Kommunikation mit dem Kunden erstellt werden. Schließlich endet der in SOLIDWORKS laufende Prozess in der Arbeitsvorbereitung: TopsWorks bildet eine Schnittstelle zu TruTops, dem Programmiersystem für Trumpf-Laserschneid- und Blechbiegemaschinen. TopsWorks gleicht die Konstruktionsdaten eines Blechteils unmittelbar mit allen relevanten Fertigungsdaten ab und sorgt dafür, dass das gefertigte Blechteil der SOLIDWORKS Geometrie entspricht. Für Frästeile kommt CAMWorks zum Einsatz. Da RZB viele Maschinen für die Fertigung selbst baut, sind auch sie bis zur letzten Schraube als SOLIDWORKS Modell abgebildet. Doch die Daten, die in der SOLIDWORKS Entwicklungsumgebung generiert werden, reichen weit in andere Bereiche des Unternehmens hinein. So werden die grafischen Inhalte für die Dokumentation aller Leuchten im SOLIDWORKS Composer erstellt. Zur Verwaltung der CAD-Daten kommt ein PDM-System zum Einsatz.

Der weitere Ausbau der Entwicklungsumgebung ist bereits in Vorbereitung, wie Drawert erläutert: „Wir werden ab dem nächsten Jahr SOLIDWORKS Electrical nutzen, um die elektrische Verkabelung der Leuchten abzubilden. Bisher fehlen die Anschlussleitungen im CAD-Modell oder sie werden ‚von Hand‘ als Splines erstellt. Auch hier versprechen wir uns von der integrierten Lösung eine weitere Effizienzsteigerung und können durch das vollständigere Modell zudem eine potenzielle Fehlerquelle abstellen. Derzeit sind wir bei den Vorarbeiten, nächstes Jahr gehen wir dann in den produktiven Einsatz.“

„Alle Aspekte der Entwicklung in einer Umgebung zu halten hat große Vorteile“, so Drawert weiter. „Die Kommunikation zwischen den Abteilungen, beispielsweise Konstruktion und Fertigung, ist extrem einfach, weil alle am selben Model arbeiten und immer derselbe Stand garantiert ist. Sogar unsere Messestände entwickeln wir inzwischen in SOLIDWORKS.“

Besonders wichtig ist Drawert die einfache Bedienbarkeit des CAD-Systems: „Bei uns arbeitet eben nicht nur die Konstruktion mit SOLIDWORKS, sondern auch die Designer oder die Arbeitsvorbereiter. Da sie nicht den ganzen Tag das CAD-System nutzen, muss gewährleistet sein, dass das System so einfach ist, dass sie trotzdem effizient arbeiten können. Wir haben kürzlich zwei Designer eingestellt, bei denen sich wieder einmal zeigte, dass es möglich ist, innerhalb weniger Tage in das System einzusteigen.“

Mit SolidLine verbindet RZB eine lange Geschichte. Schon von den Anfängen im Jahr 2000 an unterstützt das Systemhaus den Leuchtenspezialisten bei der Installation und dem Betrieb der Entwicklungsumgebung, der Schulung der Anwender und mit einer Hotline. „Die Reaktionszeiten sind sehr kurz, uns wird immer schnell geholfen“, verdeutlicht Drawert. „Bei Bedarf senden wir ein Teil an SolidLine und bekommen dann direkt am Beispiel Hilfe.“ Zudem werden die RZB-Mitarbeiter regelmäßig durch Experten von SolidLine in zweitägigen Schulungen pro Jahr weitergebildet, vor allem dann, wenn der Umstieg auf eine neue Version von SOLIDWORKS ansteht.

„Wir sind Referenzkunde für SolidLine und geben unsere Erfahrungen gerne weiter“, fasst Sergio Drawert zusammen. „Die Tatsache, dass wir alle Aspekte der Produktentwicklung bis in die Fertigung in einer integrierten, nahtlosen Umgebung abarbeiten können, ist unglaublich hilfreich.“ Es gibt keine Medienbrüche und keine Verluste durch Konvertierungen; alle RZB-Mitarbeiter nutzen stets gemeinsam dasselbe, immer aktuelle Modell. Die Qualität der Leuchten steigt, weil das Bamberger Unternehmen sehr effizient optimieren und die berühmten letzten fünf Prozent herausholen kann. Und SolidLine hilft dabei, das hohe Niveau zu halten und auszubauen. Und nicht zuletzt finden die für RZB zuständigen Ansprechpartner bei SolidLine immer wieder einen Tipp oder eine Erweiterung, mit der der Leuchtenhersteller seine Prozesse noch weiter abrunden kann.

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