Virtuelle Prozessketten verkürzen die Produktentwicklung

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Aufgrund der schwierigen Rahmenbedingungen entschieden sich die beteiligten Firmen dafür, den so dringend benötigten Prüfling unter Verwendung virtueller Prozesskettenabläufe zu realisieren. Da die Eckdaten bekannt waren, ging es zunächst darum, das physikalische Wirkprinzip, die Leistungsdaten und die verfügbaren Materialien in Bezug zu bringen. Aus den Ansätzen der Ideenfindung und den Ergebnissen von Datenbankrecherchen wurde ein 3D-Modell generiert, das als Einzelteil oder mit zu Baugruppen zusammengefassten Norm- und Kaufteilen physikalisch verknüpft wurde.

Entwickelte Bauteile in die 3D-Baugruppe integriert

Die zu implementierenden Zahnräder und andere Kraftübertragungen wurden unter Zuhilfenahme von CAE dimensioniert und berechnet. Mit Hilfe dieser Software konnten Festigkeitsnachweise geführt werden, die beispielsweise bei Zahnrädern die Lebensdauer und das Abwälzverhalten berücksichtigen. Die so entwickelten Bauteile konnten nun als Modelle in die 3D-Gesamtbaugruppe integriert werden.

Als weiteres Tool der virtuellen Produktentwicklung kam die Mehrkörpersimulation (MKS) zum Einsatz. Damit konnten genaue Erkenntnisse über die physikalischen Parameter dokumentiert werden. Dazu zählten Wege oder Winkel, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräfte und Lasten. Alle Auswirkungen der Veränderung von Parametern wurden zu jedem Zeitpunkt der Simulation analysiert und dokumentiert und die Erkenntnisse umgehend konstruktiv berücksichtigt.

Eingangsgrößen wie Antriebsmomente, virtuelle Federraten und Störlasten ließen sich frei über Zeitfunktionen oder in der Realität gemessene Kurven generieren und auf das Modell übertragen. Besonders wichtig waren hier die Ausrichtung im Raum und die Beachtung aller Bauteilparameter wie Material oder Reibkoeffizienten.

FEM garantiert erfolgreiche virtuelle Produktentwicklung

Der Garant für die erfolgreiche virtuelle Produktentwicklung war der Einsatz des Entwicklungswerkzeugs FEM. Die Finite-Elemente-Methode bot die Möglichkeit, physikalische Einflussnahmen auf das zu entwickelnde Objekt zu simulieren, die Auswirkungen aufzuzeigen und die Erkenntnisse konstruktiv zu berücksichtigen.

Die Grundlage für FEM bildet ein Modell, das aus einem dreidimensional generierten Netz besteht, welches sich wiederum aus einer großen, endlichen (finiten) Anzahl und einer kleinen, aber nicht unendlich (infiniten) kleinen Anzahl von Elementen zusammensetzt. Auf dieses Netzmodell wurden die Randbedingungen angesetzt, wie etwa Kontaktbedingungen, Lager, Freiheitsgrade der Lager, zulässige Verschiebungen, Lasten (Kräfte, Drehmomente), Gewichtsbelastung und Verbindungselemente.

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