Schwermaschinenhersteller setzt auf Generative Design

Claudius Peters (CP), ein über hundert Jahre alter Hersteller von Schüttgutverarbeitungsanlagen, macht sich mit Generativem Design fit für das 21. Jahrhundert. So optimierte das Team mithilfe des Ansatzes eine Komponente aus einem der Kernprodukte für die Zementindustrie – einen Klinkerkühler.

05. April 2019
Claudius Peters, manufacturer of cement plant equipment, applied generative design technology to lightweight and improve the structural integrity of its Clinker Cooler, a heavy but essential piece of concrete cooling equipment.
Das neue Komponentendesign ist deutlich leichter als das Original. (Bild: Claudius Peters)

Thomas Nagel, Chief Digital Officer und Operations Director bei Claudius Peters (CP), wurde 2017 erstmals auf den Generativen Design-Ansatz von Autodesk aufmerksam und entschied sich, in diesen Bereich zu investieren. Nur ein Jahr später wurde CP für seine Leistungen bei der Einführung von Generativem Design als Innovator of the Year von Autodesk ausgezeichnet. Zu den Zielen der Initiative gehören die Steigerung der Kundenzufriedenheit, die Verbesserung der Qualität sowie die Reduzierung von Durchlaufzeiten und Kosten.

Die Generative Design-Software von Autodesk zahlt genau auf diese Ziele ein: Sie berücksichtigt Designziele und -beschränkungen und zeigt in kürzester Zeit Dutzende Umsetzungsmöglichkeiten auf. So optimierte das Team mithilfe des Generativen Design-Ansatzes eine Komponente aus einem der Kernprodukte für die Zementindustrie – einen Klinkerkühler.

Die Klinkerproduktion verbraucht viel Energie und macht die Zementindustrie zu einem der weltweit größten CO2-Emittenten. Anfang der 2000er-Jahre begann CP mit der Entwicklung eines Klinkerkühlers der nächsten Generation. Der sogenannte ETA Cooler ist auf einen möglichst sparsamen Energieverbrauch ausgelegt. »Einer der größten Vorteile unseres ETA Coolers ist der hervorragende thermische Wirkungsgrad«, sagt Nagel. »Diese Energieeinsparungen tragen dazu bei, die Umweltauswirkungen der Zementproduktion zu reduzieren«. Heute ist das Hauptgeschäft von Claudius Peters der Austausch bestehender Klinkerkühler durch ETA Cooler zur Effizienzsteigerung in Zementwerken.

Generatives Design führt zu Gewichtsreduktion

CP entschied sich für Generatives Design, um eine Komponente des ETA Coolers zu optimieren. Dabei handelt es sich um ein Schwermetallteil, das kürzlich neu entwickelt wurde, um überschüssiges Material zu entfernen.

»Unsere Branche verwendet keine 3D-Druckteile – das ist zu teuer«.

— Thomas Nagel

Jeder Kühler besteht aus 50 bis 60 dieser Teile. »Diese sind mit Förderbahnen verschraubt, die den geschmolzenen Klinker durch den ETA Cooler transportieren.

Dieses Gussteil wurde immer wieder optimiert«, sagt Maximilian Lerch, Konstrukteur bei CP. »Das Ziel war es, das Gewicht und die damit verbundenen Kosten des Metalls zu senken. Schon eine kleine Gewichtsoptimierung hätte einen großen Effekt.« Nach einer ersten vierstündigen Sitzung zu Generativem Design hatte das Team das erste Ergebnis: »Wir nannten es The Alien Part«, sagt Nagel. Das Ergebnis hat überrascht, denn es unterschied sich stark von dem bereits optimierten Teil und war sogar 30 Prozent bis 40 Prozent leichter.

Kombination von generativ konstruierten Teilen und traditioneller Fertigung

Das Team begann, das Design zu analysieren, um so die beste Produktionsmöglichkeit herauszufinden. »Generative Designs verwenden normalerweise 3D-Druck oder andere additive Herstellungsverfahren, um das Produkt herzustellen«, sagt Nagel. »Unsere Branche verwendet keine 3D-Druckteile – das ist zu teuer. Aber mit Ideen aus dem Generativen Design und der traditionellen Optimierung haben wir nur eine Woche gebraucht, um das Teil zurückzuentwickeln, damit wir es mit traditionellen Fertigungsmethoden herstellen können«.

Mit Inventor- und FEM-Analysen testete das Team verschiedene Fertigungslösungen mit der Gießerei von CP. »Wir haben uns entschieden, von einem Gussteil zu einer Lösung mit lasergeschnittenen Platten und Schweißen überzugehen«, sagt Nagel.

Auch das Gewicht des Transportteils ließ sich um etwa 20 Kilogramm reduzieren. Das Unternehmen rechnet dadurch mit Einsparungen von etwa 100 Euro pro Teil, multipliziert mit 60 oder mehr Teilen pro Kühler. Darüber hinaus bedeutet weniger Gewicht auch niedrigere Versandkosten sowie weniger Auswirkungen auf die Umwelt. »Vom ersten entwickelten Prototyp waren wir überzeugt, dass uns Generatives Design helfen wird, niedrigere Kosten für unsere Produkte zu erzielen und unsere Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen«, sagt Nagel. »Ich erwarte, dass die Komponente noch in diesem Jahr eingesetzt wird«.

Die Potenziale des Generativen Designs ausschöpfen

CP befindet sich nun an dem Punkt, an dem sich das Generative Design zum Standardprozess für die Optimierung bestehender oder die Konstruktion neuer Teile entwickelt. »Wir werden weitere Teile identifizieren, an denen wir in Zukunft Optimierungen und Materialreduzierungen vornehmen«, so Nagel. »Wenn wir unsere Reise mit Partnern wie Autodesk fortsetzen, bleiben wir auf dem Markt wettbewerbsfähig«.