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Simulation Digitaler Zwilling führt zu zuverlässigen Fertigungsprozessen

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Wie Simulationstools den Entwicklungsprozess unterstützen können, hat Altair am ABB Twin Robot Xbar aufgezeigt und so das Ermüdungsverhalten verbessert.

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Der Schwerpunkt des Projektes lag auf der Verbesserung des Ermüdungsverhaltens eines Twin Robot Xbar (TRX), einer von ABBs Zuführsystemen, die Teile zwischen Fertigungsanlagen bewegen.
Der Schwerpunkt des Projektes lag auf der Verbesserung des Ermüdungsverhaltens eines Twin Robot Xbar (TRX), einer von ABBs Zuführsystemen, die Teile zwischen Fertigungsanlagen bewegen.
(Bild: ABB)

Roboterarme führen die gleiche Aktion immer wieder aus und unterstützen so den rund um die Uhr laufenden Herstellungsprozess heutiger Fertigungsanlagen. Dementsprechend ist die Bauteilermüdung ein kritischer Faktor, der bei falscher Auslegung die Zuverlässigkeit der Systeme beeinträchtigen kann. Für die Untersuchung der Produktlebensdauer spielen Simulationsmethoden eine wichtige Rolle, denn anders als physikalische Tests ermöglichen es Simulationstechnologien den Ingenieurteams, Probleme sehr schnell zu identifizieren und mögliche Verbesserungen zu prüfen – ganz ohne physikalische Prototypen bauen zu müssen. Um die Einbindung solcher Simulationstools in den Entwicklungsprozess zu unterstützen, hat ABB in Spanien auf die Hilfe der Altair Consulting Sparte zurückgegriffen. Der Schwerpunkt des Projektes lag auf der Verbesserung des Ermüdungsverhaltens eines Twin Robot Xbar (TRX), einer von ABBs Zuführsystemen, die Teile zwischen Fertigungsanlagen bewegen. So bestand die erste Aufgabe der Altair Ingenieure darin, zu belegen, dass eine Kombination aus Mehrkörperdynamik und Fatigue-Analyse die physikalischen Tests des Subsystems eines Werkzeugwechslers (ATC) präzise abbilden konnte. Zur Abschätzung des Strukturverhaltens des ATC erstellte das Altair Team mit Hilfe von Altair Motion View eine Mehrkörperanalyse mit flexiblen Körpern. Diese Modelle ermöglichten eine exakte Bewegungsdarstellung des ATC und boten dem Team die Möglichkeit, die für die Betriebsfestigkeitsanalyse benötigten Lasten zu ermitteln.

Mit den Ergebnissen wurden die erhaltenen Daten der Strukturdynamik untersucht und die Lebensdauer von kritischen Komponenten mit Motion Solve, dem Hyper-Works-MKS-Solver, berechnet. Für die Berechnung des Ermüdungsverhaltens des ATC kam anschließend Design Life zum Einsatz – die Fatigue-Analyse-Software von n-Code. Die mit Hilfe des virtuellen Analyseprozesses im ATC ermittelten kritischen Bereiche stimmten mit denen der physikalischen Tests von ABB gut überein, so dass das Team zur Untersuchung auf die Kombination aus Mehrkörperdynamik und Fatigue-Analyse vertrauen konnte.

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Ermüdungserscheinung reduziert

Aufgrund der positiven Ergebnisse aus der ersten Sondierungsphase hat ABB das Projekt von der Untersuchung der Effekte auf die Lebensdauer eines einzelnen Bauteiles auf das komplette TRX System erweitert. Es wurde ein Prozess zur Ermittlung eines parametrischen Modelles des TRX entwickelt, in dem ein vollständig kinematisches MKS-Modell, einschließlich Systemgelenken und Composit-Xbar sowie der mit CAD-Daten von ABB in Hyper View geprüften ATC Einheit, erstellt wurde. Genau wie bei der ATC-Untersuchung wurde die Bewegung des TRX akkurat abgebildet, so dass das Team die Altair-Lösung Motion Solve einsetzen konnte, um weiterführende Zyklen- und Lastberechnungen durchzuführen.

Für die Untersuchung der Ausfall-Wahrscheinlichkeit im TRX wurde erneut auf n-Code Design Life zurückgegriffen, wobei hier die gleichen Parameter wie für die Lebensdaueranalysen der korrelierenden Subsysteme verwendet wurden. Last- und Sensitivitätsanalysen mit einer Reihe von Simulationsszenarien wurden durchgeführt, um alle möglichen auftretenden Probleme und deren Lösungen zu untersuchen.

Die von Design Life gelieferten, und von Altair ausgewerteten Resultate ergaben, dass die für die Lebensdauer maßgeblichen wiederholten Belastungen in Zusammenhang mit den Xbar-Schwingungen standen. Diese Schwingungen wurden durch die Bauteilflexibilität und die Bewegungsabfolge der Ausleger beeinflusst. Durch Optimieren der Beschleunigungswerte im Bewegungsablauf konnten die resultierenden Spitzenkräfte verringert werden, was die Zuverlässigkeit im Betrieb signifikant verbessert hat. (jup)

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