|
|
|
|
|
Genaue Bauteilanalyse: „Ansys hat uns überzeugt“
Die Komatsu Hanomag GmbH, Hannover, hat vor 2 Jahren das FEM-Berechnungssystem Ansys eingeführt, um die Konstruktionsteile ihrer Baumaschinen genauer analysieren und besser optimieren zu können, als bis dahin. Die bis heute gemachten Erfahrungen mit dem System, wie auch mit der Betreuung durch Cadfem sind durchaus positiv. Ein noch umfänglicherer Einsatz ist fest geplant.
Bei Baumaschinen ist es anders als beim privaten Pkw. Hier spielt „Liebe“ weniger eine Rolle, sondern es kommt mehr auf Robustheit, Zuverlässigkeit und Produktivität an. Dennoch sind Baumaschinen nicht nur mit der Grabe- und Ladefunktion ausgestattet, sondern sie sind auch Fahrzeuge. Das macht sie komplex. Dementsprechend müssen ihre Entwickler mit Gebilden umgehen, die oft mehr als 10.000 Teile umfassen und in der Summe, mechanisch, elektrisch und softwaretechnisch einwandfrei funktionieren müssen. Ohne eine erstklassige CAD/CAM/PLM-Ausstattung geht dabei schon lange nichts mehr. Umweltbewusstsein und Kostenbetrachtungen sowie natürlich die Zuverlässigkeit aller Bauteile verlangen nun auch modernste Berechnungsmethoden. So sehen es auch die Verantwortlichen bei Komatsu Hanomag in Hannover.
Näher am Kunden
Die Komatsu Hanomag GmbH, in Hannover immer noch als „die Hanomag“ bekannt, hat als Industrieunternehmen Wurzeln, die bis in das Jahr 1835 reichen. 1989 übernahm der japanische Baumaschinenhersteller Komatsu Anteile der Hanomag AG und seit 2002 ist die Komatsu Hanomag GmbH eine 100%ige Tochter des weltweit zweitgrößten Baumaschinenherstellers.
Komatsu Hanomag baut in Hannover Radlader verschiedener Größen und Leistungen.
Komatsu operiert auf allen relevanten Märkten dieser Welt, nicht nur vertrieblich, sondern auch mit eigenen Entwicklungscentern und eigenen Produktionen. Das ist sicher auch die Motivation gewesen, in Hannover zu investieren und damit den Arm in der EU zu stärken - eben näher am Kunden zu sein, deren spezifische Herausforderungen zu verstehen und die in Produkte umzusetzen. „Made in Germany bzw. Made in Europe ist zudem für viele Kunden immer noch ein mitentscheidendes Kaufkriterium“, wie Jörg Hermanns, stellvertretender Leiter des Europäischen Technologie Centers (EUTC) ergänzt.
Auf dem Hannoverschen Werksgelände, ca. 200.000 m2 groß, werden 3 wesentliche Maschinentypen produziert:
- 2 Baureihen von Radladern, bis hinauf zu 353 PS
Eine Baureihe von 6 bis 50 Tonnen Einsatzgewicht wird komplett in Hannover gefertigt, die andere aus japanischen Baugruppen zusammenmontiert.
- Mobilbagger von 14 bis 22 Tonnen
Um die Qualitäten vor Ort in der Hand zu haben und flexibel auf Anforderungen des Marktes reagieren zu können, betreibt das Unternehmen in Hannover auch eine eigene Fertigung.
Komatsu betreibt weltweit an verschiedenen Standorten so genannte Technologie Center. „Das Europäische Technologie Center ist ein Zusammenschluss aller in Europa angesiedelten Entwicklungsabteilungen mit dem organisatorischen Mittelpunkt in Hannover“, wie Hermanns erklärt.
Rund 45 Mitarbeiter entwickeln, testen und erproben hier die so genannten kleinen Radlader und Mobilbagger. Auch in der Serienbetreuung sind sie tätig.
Neben der Serie entstehen in Hannover auch kundenspezifische Produkte. Die Abteilung „Working Gear“ ist in der Lage, einzelne Maschinen speziell auszustatten. Dazu gehören etwa spezielle Greifer oder stärkere Scheinwerfer (wenn der Anteil an Nachtarbeit besonders hoch ist) und vieles mehr.
Zurzeit verlassen das Werk in Hannover rund 1.400 Maschinen pro Jahr.
Die allgemeine CAD-Situation bei Komatsu ist auf der mechanischen Seite geprägt durch Pro/Engineer (im Augenblick noch in der Version Wildfire 4).
„Im EUTC haben wir rund 40 Arbeitsplätze mit dieser Software, welche in großer Breite und entlang des gesamten Prozesses genutzt wird“, legt Dirk Fahlbusch, CAD/EDV-Administrator bei Komatsu Hanomag dar. Als PDM-System kommt PDM/Link von PTC zum Einsatz.
Mit Hilfe dieser Ausstattung schaffen die Ingenieure komplett auskonstruierte virtuelle Modelle, „bis hinunter zur Ventilfeder im Motor“, wie Fahlbusch sagt, „die wir als virtuelle Prototypen nutzen können.“
Auf der Elektroseite wird neben Pro/Diagram und Pro/Cabeling auch noch das 2D-Tool Stheno eingesetzt. Die Kabelbäume am Ende des Prozesses entstehen mit Pro/Cabling. „Hierdurch erhalten wir perfekte Unterlagen für den Subunternehmer, der sie dann baut“, so Fahlbusch.
Alle in Hannover entwickelten Maschinen - wie dieser Mobilbagger - werden ausführlich getestet, bevor sie in Serie gehen.
Was den Baumaschinenspezialisten bis vor 2 Jahren noch gefehlt hat, war ein leistungsfähiges FEM-Berechnungssystem.
Wenn schon, dann richtig
„Bis vor 2 Jahren haben wir FEM-Analysen etwas stiefmütterlich behandelt“, erklärt Jörg Hermanns. „Wir haben für die Berechnungen ein Tool von PTC, Pro/Mechanica, mitbenutzt, das eine erste konstruktionsnahe Abschätzung von Strukturen zulässt. Dafür nutzen wir es übrigens immer noch.“
Da Hermanns aber die Möglichkeit eines „echten“ FEM-Systems kannte, war er damit nicht länger zufrieden. „Wir haben dann überlegt, eine Stelle für einen Berechnungsingenieur zu schaffen und eine leistungsfähige FEM-Software einzuführen.“
Mit der Entscheidung dafür kam Alexander Spies als Berechner an Bord und es begann die Suche nach einem geeigneten System. Nach einer näheren Betrachtung der in Frage kommenden Pakete fiel die Entscheidung für Ansys von der Ansys Inc., hier vertreten durch Cadfem.
Besonders überzeugt haben die Baumaschinen-Spezialisten der modulare Aufbau von Ansys, die Unterstützung einer strukturierten Vorgehensweise sowie die vielfältigen Anpassungsmöglichkeiten am Berechnungsmodell hinsichtlich der eigenen Aufgaben. Ansys, als eines der großen Systeme am Markt, ist so umfangreich, dass zukünftige Einsatzfälle nicht „verbaut“ sind und bietet auch Sicherheit, was Weiterentwicklungen anbelangt. Letztendlich hat es auch eine Rolle gespielt, dass Alexander Spies schon positive Erfahrungen mit Ansys hatte.
Mit der Entscheidung für Ansys war auch Cadfem als Systempartner gesetzt. „Cadfem ist hier in Hannover vertreten und was uns während der Auswahlphase an Kompetenz und Service offeriert wurde, hat uns ebenfalls überzeugt“, so Spies.
Durchgehende Nutzung
Nach einer gewissen Anlaufphase wird Ansys mittlerweile durchgehend eingesetzt für alle Bauteile, welche die Konstrukteure im EUTC entwerfen und dafür eine Optimierung wünschen. „Oder umgekehrt, wenn wir im Testbetrieb einen Bauteilschaden feststellen, dann machen wir eine FEM-Analyse und zeigen die Schwachstellen auf“ (Spies).
 Das Bild zeigt das Oberdeck eines Baggers, als Berechnungsmodell in Ansys.
Dafür werden aus dem großen Ansys-Baukasten folgende Module eingesetzt:
* Strukturmechanische Packet
* Optimierungstool - Designexplorer
Zum Einsatz kommt auch die Ansys-Workbench, mit der man durchaus zufrieden ist, wie in Hannover zu hören war.
Sehr interessant ist auch die Hardware-Situation am Ansys-Arbeitsplatz. Nachdem Alexander Spies zunächst an einer Konstruktions-Workstation gearbeitet hat, wurde inzwischen ordentlich aufgerüstet: Die große Menge der Jobs, die mittlerweile vorliegen, verlangen nach einer deutlich schnelleren Bearbeitung. Zu diesem Zweck wurde eine HP Z820 (bereits mit 16 Rechenkernen) angeschafft und noch durch eine Tesla-Karte (von Nvidia) verstärkt.
„Dieses Gespann schafft es nun, die Jobs in 7- bis 13-facher Geschwindigkeit zu berechnen, als meine alte Workstation“, wie Spies mitteilt. Eine äußerst spannende Konstellation, wie man sieht, die bislang erst von wenigen im Maschinenbau genutzt wird. Hier hat das EUTC die Nase vorn.
Durch die hohe Rechenpower können auch umfangreiche FEM-Netze generiert werden, und zwar in 3D, es geht hier leicht hinauf bis auf mehrere Millionen Netzknoten.
Der Berechnungsablauf
Der Berechnungsablauf beginnt im Grund mit einem Formular, mit dessen Hilfe der Konstrukteur seine Berechnungsaufgabe präzisiert. Gegebenenfalls wird auch eine persönliche Besprechung des Jobs vorgenommen.
Alexander Spies an seinem Arbeitsplatz im EUTC. Der Rechner, ein HP Z820, ist zusätzlich mit einer Tesla-Karte für schnelle Berechnungen ausgestattet.
Dann erfolgt die Übertragung des 3D-Modells an Ansys. „Dafür hat sich die Parasolid-Schnittstelle bewährt“, stellt Spies fest.
Nun beginnt der Berechner seine Arbeit mit der Vereinfachung des Modells und der Vernetzung.
Nach dem Anbringen der Kräfte und Randbedingungen wird der Job an den Solver, die eigentliche Berechnungseinheit abgeschickt. Ansys verfügt über mehrere Solver; der bestmögliche wird ausgesucht.
Ist der Berechnungsvorgang abgeschlossen, erfolgt das Postprozessing mit der Ergebnisdarstellung: Spannungen, Verformungen, Biegespannungen usw. „Darstellung und Auswertung kann bequem über die Workbench gehandhabt werden“, so Spies.
Am Ende geht der Berechnungsingenieur die Ergebnisse mit dem Konstrukteur durch. Falls nötig, erfolgt eine Migration des Bauteils im CAD-System, die dann im Ansys nochmals kontrolliert wird.
Den Schlusspunkt setzt der Abschlussbericht.
Die Erfahrungen, die man entlang dieser Prozesskette mit Ansys gemacht hat, sind durchwegs positiv. Alexander Spies: „Die Benutzeroberfläche des Systems ist in großen Teilen selbsterklärend und einfach, da wo ich alleine nicht weiter komme, erhalte ich schnelle Hilfe von Cadfem. Mit der Genauigkeit sind wir sehr zufrieden. Und für die Geschwindigkeit haben wir mit der geschilderten Hardware selbst gesorgt.“
„Zum Thema Genauigkeit möchte ich auch noch etwas anmerken. Die Systemgenauigkeit ist deutlich höher als das, was wir an Eingabeparameter liefern können. Wenn eine unserer Maschinen im Sand gräbt und plötzlich auf einen Stein stößt, dann gibt es eine schlagartige Belastung der Struktur. Wie groß die aber ist, können wir nur abschätzen. Es gibt viele Situationen, bei der ein Bagger- oder Radladerfahrer die Kräfte, welche auf die Maschine wirken, viel mehr beeinflusst, als man vorausberechnen kann - also muss man dabei mit Annahmen arbeiten, die viel gröber sind, als die Berechnungsfehler des FEM-Systems“, stellt Jörg Hermanns klar.
Dennoch bemühen sich die Spezialisten in Hannover, auch diese Situation noch zu verbessern, indem man an Prototypen Messungen vornimmt und daraus Spannungen errechnet und diese dann wieder an den Geräten nachmisst. Das ist aufwendig, führt aber ganz klar zu einer Verbesserung des virtuellen Modells und damit wiederum zu genaueren Berechnungen bei künftigen Aufgaben.
Die Gesprächspartner in Hannover (v.l.n.r.): Dirk Fahlbusch, Alexander Spies und Jörg Hermanns.
„Neben den derzeit durchgeführten Berechnungen im Bereich der Strukturmechanik planen wir langfristig auch Strömungssimulationen durchzuführen“, erklärt Jörg Hermanns. „Auch bei diesem Schritt wissen wir, dass wir uns auf das Engagement und die vielfältigen Erfahrungen aus dem Hause Cadfem verlassen können.“
Ansys und CADFEM
Ansys ist eine der führenden CAE- und Multiphysik-Software-Umgebungen, mit den Schwerpunkten Strömungssimulation (CFD) und Strukturmechanik. Durch den Kauf der Firma Ansoft wurde das Spektrum um Produkte zur Simulation elektromechanischer sowie nieder- und hochfrequenter elektrischer und magnetischer Phänomene erweitert. Eine Workbench, die alle notwendigen Pakete für eine konstruktionsbegleitende Berechnung enthält, soll den Berechnern die Arbeit erleichtern.
Cadfem, gegründet 1985, bietet für die numerische Simulation ein umfassendes Spektrum an führenden Software-Lösungen, inklusive aller nötigen Services wie Schulung, Support und Consulting.
Seit der Gründung ist das Unternehmen ein enger Partner von Ansys in Mitteleuropa. Als Ansys Competence Center FEM vertreibt CAD-FEM die FEM-Software und erbringt alle notwendigen Dienstleistungen. Cadfem hat zurzeit ca. 130 Mitarbeiter.
www.komatsu-kohag.com
www.cadfem.de
- Karl Obermann -
|
|
|
Anzeige:
|
Alle Produkt-, Schrift-, Firmennamen und Logos sind Warenzeichen oder eingetr. Warenzeichen der jeweiligen Firmen
© 2024 CAD.de by is-point, Lenggries | Datenschutz
|