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Enabler der Konstruktion Diese Technologien haben Game-Changing-Potenzial

Autor: Ute Drescher

Simulation, Leichtbau, smarte Komponenten – welche Entwicklungen werden sich durchsetzen? konstruktionspraxis hat mit den „Enablern der Konstruktion“ Unternehmen ausgezeichnet, deren Lösungen Konstruktion und Entwicklung nachhaltig verändern können.

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konstruktionspraxis hat mit den „Enablern der Konstruktion“ die Unternehmen gekürt, die mit ihren Lösungen Konstruktion und Entwicklung in Zukunft voranbringen können.
konstruktionspraxis hat mit den „Enablern der Konstruktion“ die Unternehmen gekürt, die mit ihren Lösungen Konstruktion und Entwicklung in Zukunft voranbringen können.
(Bild: ©Eric Milos - stock.adobe.com)

Die Digitalisierung der Industrie verschafft vielen Unternehmen die Chance, effizienter zu arbeiten, wettbewerbsfähiger zu werden und mit ganz neuen Produkten und Dienstleistungen an den Markt zu gehen. Um diese Chancen zu nutzen, werden sich auch Konstruktion und Entwicklung verändern.

konstruktionspraxis hat anlässlich ihres 30-jährigen Jubiläums diejenigen Technologien identifiziert, die Konstrukteure und Entwickler – aus Sicht der Redaktion – dazu verhelfen, den Produktentwicklungsprozess zu verbessern, neue Ideen umzusetzen und wettbewerbsfähige Maschinen zu entwickeln. Die Anbieter dieser Lösungen zeichnet konstruktionspraxis mit dem Award „Enabler der Konstruktion“ aus. Hier die Kategorien und die dazugehörigen Award-Gewinner:

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Hexapoden: Physik Instrumente

Die Herausforderung: Mehrachsige Positioniersysteme müssen Positionen exakt reproduzieren, Genauigkeiten bis in den Sub-Mikrometerbereich oder hohe Durchsatzraten liefern und dabei robust und zuverlässig arbeiten sowie vernetzbar sein.

Die Lösung: Die Hexapoden von Physik Instrumente (PI) zeichnen sich unter anderem durch Bahntreue, Wiederholgenauigkeit und Ablaufebenheit, eine hohe, für alle Bewegungsachsen gleiche Dynamik und einen kompakten Aufbau aus. Zudem bieten sie eine Wiederholgenauigkeit im Nanometerbereich.

Was bringt's? Hexapoden sind vielseitige Komplettlösungen, die auch komplexe Bewegungsprofile ohne besonderen Aufwand umsetzen.

Datenkommunikation: Weidmüller

Die Herausforderung: Im Zuge der Digitalisierung gilt es, den enormen Datenfluss schnell und zuverlässig zu gestalten.

Die Lösung: Die Single Pair Ethernet (SPE)-Technologie – für die Weidmüller sich in Technologiepartnerschaften mit anderen Unternehmen engagiert – benötigt nur noch ein Adernpaar zur Übertragung von Daten und Power (Power over Dataline PoDL) und schafft einheitliche Steckgesichter für die Anschlusstechnik.

Was bringt's? Daten lassen sich platzsparend und zuverlässig umsetzen, eine normierte Infrastruktur erleichtert die Umsetzung.

Elektrokonstruktion: Eplan und Rittal

Die Herausforderung: Im Steuerungs- und Schaltanlagenbau entstehen komplexe Stromlauf- und Verdrahtungspläne, die es mit vielen manuellen Arbeitsschritten schnell und fehlerfrei umzusetzen gilt – unter hohem Zeit- und Kostendruck.

Die Lösung: Rittal bietet mit Virtual Prototyping ein durchgängiges Datenkonzept für den automatisierten Schaltschrankbau sowie die nötigen Komponenten. Vernetzt mit passender Engineering-Software vom Schwesterunternehmen Eplan entstehen durchgängige Automatisierungslösungen.

Was bringt's? Der komplexe Prozess läuft schneller ab, Daten aus Planung und Konstruktion lassen sich mit der Fertigung vernetzen, Fehler bei Bestückung und Verdrahtung vermeiden und manuelle Arbeitsschritte automatisieren.

Leichtbau: R+W

Die Herausforderung: Leichter und kompakter: Neukonstruktionen und Weiterentwicklungen sollen so effizienter werden. Das gilt längst nicht mehr nur in der Luft- und Raumfahrt.

Die Lösung: R+W hat die Kupplung der Torqlight-Modellreihe SL in Zusammenarbeit mit Universitäten entwickelt. Sie verbindet High-Tech-Materialien mit besonderen Beschichtungen in einem leichten und kompakten Design.

Was bringt's? Im Vergleich zur Standardbaureihe sinkt das Gewicht der Kupplung um bis zu 60 %. Das modulare Konzept ermöglicht die Umsetzung individueller Anwendungsbedürfnisse.

Oberflächenfunktionalisierung: GGB

Die Herausforderung: Sollen Bauteile relativ zueinander Gleitbewegungen ausführen, musste bisher mit zylindrischen Gleitlagern konstruiert werden – ein Nachteil für komplexe Geometrien.

Die Lösung: Mit den tribologischen Polymerbeschichtungen Tribo Shield von GGB lassen sich Metallkomponenten mit komplexen Gleitflächen direkt beschichten.

Was bringt's? Konstrukteure können so kompakter, leichter und ohne zusätzliche Gleitlager designen.

Intelligente Stromversorgungen: Wago

Die Herausforderung: Komponenten in digitalen und vernetzten Umgebungen müssen die Ausstattung für eine intelligente, sich selbst überwachende Anlage mitbringen und sich schnell und einfach integrieren lassen.

Die Lösung: Die Stromversorgung Pro 2 von Wago kann über ein Kommunikationsmodul (aktuell IO-Link und Modbus RTU, geplant auch Ethernet-basierende Protokolle wie MQTT, Ethernet IP, Profinet) mit der SPS oder einem IoT-Gateway verbunden werden. Das ermöglicht die Kommunikation über standardisierte Protokolle, was den Aufwand für die Implementierung verringert.

Was bringt's? Daten aus der Stromversorgung können gespeichert und zur Energieoptimierung analysiert werden. So lassen sich Fehlerzustände rechtzeitig signalisieren.

Intelligente Werkzeuge: LMT Tools

Die Herausforderung: Fertigungsabläufe zu optimieren und die Produktivität zu erhöhen gehört zu den obersten Zielen im Maschinen- und Anlagenbau.

Die Lösung: Die intelligenten Werkzeuge von LMT sammeln, speichern und analysieren Daten über den Prozess und ihren Zustand. So lässt sich Verschleiß frühzeitig erkennen.

Was bringt's? Prozessüberwachung und -analyse lassen sich voll ausschöpfen und so Effizienz und Prozesssicherheit erhöhen.

Simulation: Cadfem

Die Herausforderung: Die wachsende Komplexität macht es zunehmend schwieriger, die Auswirkungen einer Konstruktionsentscheidung abzusehen.

Die Lösung: Die Simulationssoftware Discovery Live ermöglicht es Konstrukteuren, quasi in Echtzeit auszuprobieren, wie sich Änderungen auf das Design auswirken. Zudem veredelt Cadfem die Lösungen von Ansys mit den Cadfem Ansys Extensions und weiteren Dienstleistungen.

Was bringt's? Konstrukteure gewinnen Spielraum zum Experimentieren und erhalten Unterstützung.

Prototypen: Protolabs

Die Herausforderung: Bei Designänderungen kostet jeder neue Prototyp neben Zeit auch Geld.

Die Lösung: Protolabs bietet im Expressverfahren gefertigte Spritzguss-, CNC-bearbeitete und 3D-gedruckte Prototypen an und hilft mit Designempfehlungen bei der Optimierung.

Was bringt's? Prototypen lassen sich mit dem Verfahren und dem Werkstoff fertigen, die auch für die Serienproduktion genutzt werden sollen. Designänderungen sind kurzfristig möglich; die Produkteinführungszeit sinkt.

Smarte Komponenten: ABB

Die Herausforderung: Industrie-4.0-fähige Komponenten für Maschinen und Anlagen müssen in Zukunft die Möglichkeit der Zustandsüberwachung bieten.

Die Lösung: ABB liefert mit dem Smart Sensor eine einfache und unkomplizierte Möglichkeit, die dafür nötigen Daten zu erfassen: für Motoren, Stehlager und Pumpen.

Was bringt's? Stillstandzeiten lassen sich um bis zu 70 % reduzieren. Gleichzeitig wird die Lebensdauer der Antriebe um bis zu 30 % verlängert und der Energieverbrauch um bis zu 10 % reduziert.

Sensorik: Leuze

Die Herausforderung: Aktuelle Sensoren werden den speziellen Anforderungen von Industrie-4.0-Anwendungen an die Datenkommunikation nicht gerecht. Welche Sensoren eigen sich für Industrie-4.0-Anwendung und welche Schnittstellen müssen eingeplant werden?

Die Lösung: Leuze Electronic behebt diese Problematik mit dem Dual-Channel-Prinzip: Während über den ersten Sensorkanal die Daten zur Prozesssteuerung in Echtzeit übertragen werden, laufen über den zweiten die Informationen für das Monitoring und die Analyse der Maschine – ohne zusätzliche physikalische Schnittstelle.

Was bringt's? Mit geringem konstruktiven und finanziellen Mehraufwand lassen sich die Anforderungen von Industrie-4.0-Applikationen und die Cloud-Anbindung umsetzen.

Mikrofluidik: Lee Hydraulics

Die Herausforderung: Sinkende Baugrößen und effizienter Betrieb bleiben wichtige Anforderungen der Industrie.

Die Lösung: Die Komponenten der Mikrofluidik von Lee bieten hinsichtlich Miniaturisierung sowie Effizienz viel Potenzial, vor allem in Kombination mit digitalisierten Lösungen wie der Mikro-Sensorik.

Was bringt's? Miniaturisierte Lösungen, die energieeffizient arbeiten.

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Die Herausforderungen für Konstruktion und Entwicklung

Auf der Produktseite wird die Forderung nach einer wirtschaftlichen Fertigung kleiner, individueller Losgrößen bis hin zu Stückzahl eins immer lauter. Das erfordert neuartige Konzepte für die Maschinen, die solche individualisierten Produkte fertigen. Sie müssen in Zukunft nicht nur modular aufgebaut, sondern auch intelligent vernetzt sein, damit sie sich schnell und einfach umrüsten lassen. Zunehmend werden auch Komponenten und Module verbaut, die mit künstlicher Intelligenz oder Funktionen des maschinellen Lernens ausgestattet sind. Auch die Verfahren der additiven Fertigung wachsen aus den Kinderschuhen und werden die Produktion verändern.

Daten liefern das Wissen

Darüber hinaus lassen sich in Zukunft deutlich mehr Daten aus der Produktion erfassen, die – richtig kombiniert – Rückschlüsse auf Effizienz und Qualität des Prozesses erlauben, der sich dann entsprechend optimieren lässt. Big Data, Anbindung an die Cloud sowie das IIoT eröffnen ganz neue Möglichkeiten für Hersteller und Betreiber, zum Beispiel auch Dienstleistungen anzubieten und sich so neue Geschäftsfelder zu erschließen.

Diese Herausforderungen verlangen auch Veränderungen in Konstruktion und Entwicklung, schon allein, um der steigenden Komplexität zu begegnen sowie die Time-to-market im Sinne der Wettbewerbsfähigkeit weiter zu verkürzen.

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Über den Autor

 Ute Drescher

Ute Drescher

Chefredakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht