Hochfliegende Pläne

Analyse Gute 3D-CAD- und die Analyse-Software verkürzen die Durchgangszeiten von Projekten. Produkte werden optimiert und Zeit und Geld gespart. Ein Ingenieurbüro verdankt zahlreiche Entwicklungsaufträge seinen Tools zum Prüfen von Konstruktionen.

23. Mai 2008

Ein Unternehmen, das häufig an Großprojekten mitwirkt wie etwa bei der Entwicklung des derzeit größten Passagierflugzeugs der Welt, ist die iw-Maschinenbau GmbH aus Niestetal. Das Ingenieurbüro prüft mit der Analysesoftware Cosmos die konstruierten 3D-Modelle auf Herz und Nieren. Egal ob Sondermaschine, Spezialgetriebe oder Betriebsmittelkonstruktion, das mittelständische Unternehmen liefert präzise und sichere Produkte. Bis 2002 konstruierte man bei iw-Maschinenbau sowohl in 2D als auch in 3D. Doch die steigenden Anforderungen der Kunden lösten auch im Unternehmen ein Umdenken aus. Dipl.-Ing. Frank Grabow, Betriebsleitung bei der iw- Maschinenbau GmbH: »Um wettbewerbsfähig zu bleiben, kamen wir an den Punkt, an dem unser bislang verwendetes 3D-System diesen Anforderungen nicht mehr gerecht wurde und wir uns daher nach einer neuen Lösung umsehen mussten. Von 2D wollten wir uns gänzlich verabschieden.« Neben der Möglichkeit, den Konstruktionsprozess zu beschleunigen, erwartete das Unternehmen auch eine verbesserte Kommunikation mit angeschlossenen Unternehmen und mit Kunden. Sie sollten während des gesamten Entwicklungsprozesses über die einzelnen Schritte informiert sein und entsprechend reagieren können. Dies setzt voraus, dass Daten einfach und ohne zusätzlichen Zeitaufwand ausgetauscht werden können.

Ein weiteres wichtiges Kriterium für den Wechsel stellte die Konstruktionsprüfung dar. »Der Bau von Prototypen ist nicht nur zeit- sondern auch sehr kostenintensiv. Um den Schritt zwischen Konstruktion und Fertigung zu optimieren, blieb nur die Variante, die 3D-Modelle bereits während der Konstruktion zu analysieren und entsprechend auszulegen«, so Frank Grabow. Als SolidWorks als neuer Partner feststand, wurde ein fliegender Wechsel vollzogen, da die Einarbeitung bereits an realen Projekten stattfand. Heute liegen die Zeiteinsparungen laut Frank Grabow bei zirka 30 Prozent. Die Beratung, Implementierung und Einführung der Software übernahm der autorisierte SolidWorks-Partner Solidline AG.

Kalibrierprüfstand konstruieren

Wichtig sind für die iw-Maschinenbau Spannungsanalysen zur Festigkeitsbetrachtung, Verschiebungen zur Steifigkeitsermittlung, Frequenzanalysen für die Ermittlung der Eigenfrequenz oder für Aussagen über das Schwingungsverhalten. Ferner werden Bewegungssimulationen durchgeführt zur Ermittlung kinematischer Prozesse und von Lager-, Beschleunigungs- und Trägheitskräften.

Interessant wurde das bei der Entwicklung des A 380, bei der iw-Maschinenbau mitwirkte. Das Ingenieurbüro verantwortete bei diesem Großprojekt die Entwicklung und Konstruktion eines neuen Kalibrierprüfstandes für die hoch belasteten Stellantriebe der Landeklappen (Flugzeug-Flap-Aktuatoren) sowie eines Flugzeug-Flap-Aktuator- Dummies. Die Herausforderungen des Auftrages legte die Latte für Solid- Works hoch. Da der Kunde Catia V5 einsetzt, musste im ersten Schritt die Datenkompatibilität zu dessen CAD-System hergestellt werden. Dank des Dateikonverters in Solid-Works ein Leichtes, mit dem sich Daten nahezu mit allen mechanischen CAD-Produkten auf dem Markt austauschen lassen. Zudem sollte der Konzeptentwurf binnen zwei Wochen dem Kunden vorgestellt werden können. Die Entwicklung des Stahlgestelles stellte hohe Anforderungen an die Konstrukteure, da die Vorgaben des Kunden in Bezug auf die Steifigkeit eingehalten werden mussten. Weiterhin mussten der Flugzeug-Flap-Aktuator-Dummy und ganze Baugruppen des Prüfstandes inklusive der Schraubverbindungen auf ihre Festigkeit und insbesondere auch ihre Nachgiebigkeit hin überprüft werden, da diese in der Regelsoftware des Kalibrierprüfstandes berücksichtigt werden mussten. »Die Qualität der Kalibrierergebnisse hängen entscheidend von den Kenntnissen der Steifigkeit ab«, erläutert Grabow.

Erfahrung mit Analysesoftware

Ersten Kontakt mit der Analysesoftware Cosmos hatte iw-Maschinenbau durch das Tool CosmosXpress, das bereits mit der Standard-Lizenz angeboten wird. Heute nutzt das Unternehmen CosmosWorks Professional und CosmosWorks Designer, die ebenfalls komplett in die CAD-Umgebung integriert sind und sich ohne Zeitverlust aus der Konstruktion heraus starten lassen. Im ersten Projektschritt wurden bei der Demontage des alten Prüfstandes entsprechende Kontrollmaße ermittelt, die der neuen Entwicklung zugrunde gelegt werden sollten. Hierfür verwendete iw-Maschinenbau mobile Rechner, auf denen SolidWorks installiert war. Insgesamt vier Mitarbeiter arbeiteten zirka vier Monate an der Entwicklung des neuen Kalibrierprüfstandes mit 285 Baugruppen und 2.960 Teilen, wobei ein Teammitglied ausschließlich für die Konstruktionsprüfung verantwortlich war. Dabei wurden alle hoch belasteten Baugruppen konstruktionsbegleitend mit CosmosWorks analysiert und die Ergebnisse in iterativen Schritten in die Konstruktion eingearbeitet. Somit konnte iw-Maschinenbau weitgehend auf den Bau von Prototypen verzichten, da soweit möglich alle Lastfälle virtuell in SolidWorks und Cosmos entwickelt und simuliert wurden. Anschließend wurden die CAD-Daten über eine CAD-CAM-Schnittstelle zur Fertigung direkt auf 5-Achs-Fräsmaschinen übermittelt. Noch während der Detailkonstruktion konnte der in SolidWorks entwickelte Stahlbau aufgebaut, geprüft und qualifiziert werden.

Zu den wichtigsten Funktionen der Cosmos-Software zählen für Frank Grabow die Bewegungssimulation bei der Spannungs- und Verschiebungsdarstellung und die grafische Darstellung der Spannungs- und Verschiebungsverläufe an bestimmten Kanten. Auch die punktuelle Sensierung von Spannungen und Verschiebungen sowie der Export von Knotenverschiebungen in Excel- Dokumente helfen dem Unternehmen bei der optimalen Auslegung seiner Konstruktionen. Im Rahmen des Projektes wurden 12 verschiedene Analysen durchgeführt und je nach Anwendung zwischen zwei bis drei alternative Konstruktionen miteinander verglichen. Dies führte zu Konstruktionsänderungen wie etwa bei der Geometrie der Bauteile, der Anordnung der Absteckbolzen und der Vorspannung der Schraubverbindungen. Ferner hatten die Analysen Einfluss auf die Materialauswahl der Bauteile. Es konnten dabei nicht nur günstigere Materialien ausgewählt, sondern auch an weniger belasteten Stellen des Bauteils Materialeinsparungen erreicht werden. Extrem zeitsparende Faktoren während der gesamten Konstruktionsphase waren laut Frank Grabow sowohl die hohe Anzahl der von SolidWorks bereitgestellten unabhängigen Schnittstellen wie igs, Step, sat oder x_t, die es ermöglichten sehr schnell Zukaufteile aus verschiedenen CAD-Systemen zu integrieren, als auch die Möglichkeit, dynamische Simulationen durchzuführen. Aufwendige kinematische Untersuchungen erübrigten sich.

Carola von Wendland

Erschienen in Ausgabe: 03/2008