Berechnungsprogramm Berechnungstool DesignSpace macht Optimierung der Bauteile möglich

Für den Konstrukteur ist ANSYS DesignSpace ein hilfreiches Tool, wenn es darum geht auf schnellem und einfachem Weg seine Konstruktion zu hinterfragen, zu optimieren und dadurch technische Sicherheit zu erlangen, sowie gegebenenfalls den Nachweis für die korrekte Auslegung zu dokumentieren. Die Schopfheimer AFT konnte mit dieser Software für seine Bauteile einen hohen Optimierungsgrad erreichen.

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CADFEM Germany GmbH

GWJ Technology GmbH

MESYS AG

AFT Automatisierungs- und Fördertechnik GmbH & Co. KG

Aus dem heutigen Konstruktionsalltag sind CAE und CAD kaum noch wegzudenken. Die immer komplexeren Formen und Baugruppenstrukturen und die Kürze der Zeit, in der ein neues Produkt realisiert werden muss, rücken auch den Einsatz von FEM Anwendungen immer weiter in den Vordergrund.

Die Möglichkeiten der FEM-Anwendung mit ANSYS DesignSpace nutzt auch die AFT Automatisierungs- und Fördertechnik, Schopfheim, die sich auf Fördertechniken und Transportsysteme hauptsächlich für die Automobilindustrie, aber auch für andere Anwendungsbereiche spezialisiert hat. Für ein gelungenes Zusammenspiel aller Modulbausteine garantiert die Kompetenz als Engineering- und Montagedienstleister – angefangen bei der Flur- und Deckenfördertechnik über Umsetzer und Heber bis zur Lager- und Kommissioniertechnik.

Transportieren am Boden und in der Luft

Elektrohängebahnen haben sich als rationelle, flurfreie Fördersysteme in der Industrie bewährt. In anderweitig nicht nutzbaren Hallenebenen angebracht, wie unter der Decke, ermöglichen sie ein geräuscharmes und effizientes Transportieren, Sortieren, Speichern, Puffern und Bereitstellen von Gütern und Waren - und das auch über Steigungen und Gefällstrecken. Zudem lassen sich die EHB-Fahrzeuge auf Wunsch exakt positionieren.

Die Bodenflächen bleiben bei dieser Art der Fördertechnik frei und stehen damit komplett als Produktions- und Arbeitsflächen zur Verfügung. Für die reibungslose Anbindung an Fertigungsanlagen und Montagelinien sorgen z.B. Hub-Senkstationen oder Bauteileheber, natürlich ebenfalls von AFT.

Mit dem Bodentransportsystem BTS hat AFT eine kostengünstige und vielseitig einsetzbare Alternative zum fahrerlosen Transportsystem entwickelt und erfolgreich am Markt eingeführt. Durch eine mechanische Spurführung auf Kurs gehalten und durch Schleifleitungen mit Energie versorgt, sind nahezu uneingeschränkte Möglichkeiten der Fahrkursgestaltung gegeben. Dank der externen Stromquelle entstehen weder Ausfallzeiten durch Laden von Batterien, noch Aufwendungen für deren Entsorgung.

Mit dem 1999 erstmals eingesetzten BTSi erweiterte AFT die Palette der Flurförderfahrzeuge um induktive, also berührungslose Energieübertragung.

Optimieren und Beschleunigen der Konstruktion

In Schopfheim arbeiten zur Zeit 19 Konstrukteure und Zeichner in der Konstruktions- und Entwicklungsabteilung Mechanik. Sie haben Zugriff auf eine moderne Entwicklungs-Infrastruktur mit den Konstruktionssystemen Autodesk Mechanical Desktop 2006, Autodesk Inventor 10, Catia V5, Autocad 2D und Logocad 2D. Für Berechnungen stehen die konstruktionsnahen Werkzeuge ANSYS DesignSpace und MDesign zur Verfügung. Als Hardware-Plattform werden Workstations von HP eingesetzt.

DesignSpace wurde Anfang 2003 eingeführt. Neben statischen Strukturberechnungen gehört das Optimieren von Schweißbaugruppen zu den wichtigsten Anwendungsgebieten bei AFT.

Nachdem man sich für das Einführen einer Software für konstruktionsbegleitende Berechnungen direkt am CAD-Arbeitsplatz entschieden hatte, sprachen mehrere Faktoren für die Auswahl von ANSYS DesignSpace. Nicht nur die anwenderfreundliche, einfache Handhabung, die keinen Rückgriff auf externe Spezialisten erfordert, sondern auch die Möglichkeit, große Baugruppen berechnen zu können, sprachen für die Software. Auch die Tatsache, dass bei AFT auf verschiedenen CAD-Plattformen konstruiert wird, zu denen DesignSpace durchgehend Schnittstellen bietet und die Option, die Berechnungsumgebung einfach innerhalb der Produktpalette zum weiterführenden FEM-Paket ANSYS Workbench ausbauen zu können, spielten bei der Auswahl eine Rolle.

Berechnen eines Schwenkarmes mit DesignSpace

Beispeilhaft für die Anwendung von DesignSpace ist die Berechnung eines Schwenkarmes in einem Hubgehänge. Das Hubgehänge kommt in der automobilen Endmontage zum Einsatz und dient dem Niveauausgleich für ergonomisches Arbeiten an den unterschiedlichen Montagestationen. Dabei bewegt sich die Elektrohängebahn synchronisiert zur darunter liegenden Werkerplattform. Je nach Montageplatz lässt sich die Hubhöhe individuell verändern.

Grundlage der Berechnung war die maximale Nutzlast von 2,5 t bei einer minimalen Verformung der Aufnahmepunkte. Dem entgegen standen der für die Endmontage des PKW wichtige Freiraum und die Zugänglichkeit, beispielsweise an die vordere Radaufhängung, Türen, und ähnliches. Der untere Hubrahmen, an dem die Schwenkarme befestigt sind, wird dabei als biegesteif vorausgesetzt.

Die Berechnung mit DesignSpace führte zu einer optimierten Durchbiegung der Schweißbaugruppe und verringerte gleichzeitig noch deutlich das Gewicht. Auch der Aufbau der Baugruppe konnte dem Kraftfluss entsprechend ausgelegt und angepasst werden.

Grundsätzlich ist zu sagen, dass die Berechnungsergebnisse abhängig von der Qualität der vorhandenen Daten sowie der richtigen Definition der Randbedingungen sind. Vorrausetzungen für die richtige Interpretation der Berechnungsergebnisse ist die Kenntnis der theoretischen Zusammenhänge der Festigkeitslehre und entsprechende Erfahrung.

Hoher Optimierungsgrad der Bauteile erreicht

Der Einsatz der Software DesignSpace bei AFT ermöglicht direkte Einsparungen bei der Entwicklungs- und Konstruktionszeit. Zudem haben die so untersuchten Bauteile in Bezug auf statische und dynamische Festigkeit einen hohen Optimierungsgrad. Kostenintensive Prototypen sind größtenteils überflüssig oder beschränken sich dann auf Funktionstests mit anderen Gewerken.

Kostenintensive externe Berechnungen sind auch nicht mehr notwendig. Außerdem lassen sich bei den endgültigen Serienprodukten durch das Optimieren unnötige Materialanhäufungen vermeiden.

Die Entscheidung für DesignSpace wurde durch die umfassende Beratung des Lieferanten CADFEM und der Teilnahme an einem eintägigen DesignSpace Schnuppertraining gefestigt. Ausschlaggebend für die Produktentscheidung waren auch ein umfassender Support und die nähe zum Standort in Stuttgart.

*Dipl-Ing. Daniel Mennel, Konstrukteur bei AFT

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