Mathematik-Tool Mit PTC Mathcad zu langlebigen Getriebegehäusen

Redakteur: Jan Vollmuth

ZF Wind Power, hat sich auf die Entwicklung, die Fertigung und den Vertrieb von Getriebegehäusen spezialisiert. Dabei verlassen sich die Ingenieure und Wissenschaftler auf PTC Mathcad, um die vitalen Berechnungen vorzunehmen, zu evaluieren und auszutauschen.

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(Bild: ZF)

Betrachtet man eine Windturbine in der Prärie, werden die gewaltigen Kräfte deutlich, die die notwendige Rotation erzeugen, um einen Generator zu betreiben. Aber die Sache hat einen Haken – die Windräder rotieren nur mit 15 Umdrehungen pro Minute, ein normaler Generator benötigt dagegen mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute, um 60 Hz Wechselspannung zu produzieren.

Höhere Rotationsgeschwindigkeiten erzeugen

Die Lösung? Eingepasst in die Umbauung (oder „Nacelle“) der meisten Windräder befindet sich ein besonderes Getriebegehäuse. Im Prinzip besteht dieses einfach nur aus großen Getrieben, die kleinere antreiben, um schnellere Rotationsgeschwindigkeiten für den Generator zu erzeugen.

In der Realität ist das aber gar nicht so einfach. Das Getriebegehäuse wird mit so viel Drehmoment, Vibration und anderen Umgebungsstörungen belastet, dass es lange vor anderen Anlagenkomponenten zu Ausfällen kommt. Wie sich inzwischen gezeigt hat, benötigen Getriebegehäuse ein besonders innovatives und überlegtes Engineering, um die geforderte Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und damit Effektivität sicherzustellen.

Spezialisiert auf Getriebegehäuse

ZF Wind Power, hat sich auf die Entwicklung, die Fertigung und den Vertrieb dieser kritischen Anlagenteile spezialisiert. Vom Sitz in Antwerpen, Belgien, blickt das Unternehmen auf 100 Jahre Entwicklung und Bau von Übertragungen für alle möglichen industriellen Anwendungen zurück. Das Team der Ingenieure bei ZF Wind Power hat es sich zum Ziel gesetzt, die kompaktesten und kosteneffektivsten Lösungen für die Windenergie-Branche herzustellen.

Ein Geheimnis des Erfolges sind die PTC Produkte PTC Mathcad, PTC Creo und PTC Windchill. Die Ingenieure und Wissenschaftler verlassen sich auf PTC Mathcad, um die vitalen Berechnungen vorzunehmen, zu evaluieren und auszutauschen. „Wir verwenden PTC Mathcad in der Getriebeentwicklung“, sagt Bert Beirinckx, Senior Technology Engineer. „Wir müssen sehr viele komplexe Berechnungen anstellen, die mehrfach benötigt werden. PTC Mathcad unterstützt uns bei deren Durchführung.“

Auf die Konstruktion konzentrieren

Es sind einige wenige PTC Mathcad-Experten, die die Standards und Kalkulationen programmieren. Rund 90% im Team nutzen einfach die erstellten Arbeitsblätter und können sich auf die Konstruktionsprobleme konzentrieren, anstatt sich mit Problemen zu beschäftigen, die bereits gelöst wurden.

Natürlich tippt kein seriöser Ingenieur einfach Zahlen in eine Formel, ohne die zugrundeliegende Formel auch zu verstehen. Das ist einer der Gründe, dass PTC Mathcad eine derart hohe Akzeptanz im Team habe, so Beirinckx. Die beiden wichtigsten Eigenschaften von PTC Mathcad sind in seinen Augen die natürliche mathematische Schreibweise sowie die Verwaltung von Einheiten.

Natürliche mathematische Schreibweise

Im Gegensatz zu Excel-Tabellen oder Visual Basic Scripts zeigt PTC Mathcad die Gleichungen in notizbuchähnlicher Form an. Stellt eine Ingenieur eine Formel infrage, kann er das Problem direkt adressieren. „Im Vergleich zu anderen gängigen Möglichkeiten für die Umsetzung von Berechnungen, lassen sich PTC

Mathcad-Blätter sehr einfach lesen“, sagt Beirinckx. „In Visual Basic kann ich die Formel nicht direkt erkennen. Ich habe einmal eine halbe Stunde damit verbracht, Kommata und Klammern zu zählen. Klammer zu, das macht drei, das macht zwei, jetzt wieder Klammer auf – das ist ein mühsamer Prozess!“

Und das Beste: Findet jemand ein Problem innerhalb einer Standardberechnung, kann dies in den PTC Mathcad-Blättern sehr leicht korrigiert und an die Kollegen im Team weitergegeben werden.

Einzigartige Einheitenverwaltung

PTC Mathcad ist das einzige Einheiten unterstützende System, das Arbeiten mit gemischten Systemen in einer einzigen Gleichung ermöglicht (z.B. Englisch und SI) und trotzdem korrekte Resultate liefert. Aus Sicht von Beirinckx trägt die Einheitenverwaltung wesentlich dazu bei, die Gültigkeit seiner Formeln zu überprüfen. „Wenn die Einheiten nicht passen oder es zu unerwarteten Einheiten kommt, weiß man, dass etwas nicht stimmt.“

„Diese Art der Einheitenkonvertierung findet man in keiner anderen Anwendung“, sagt Beirinckx. Ob eigenschaftsbasierte oder mathematische Schreibweise, er ist begeistert von PTC Mathcad. „Das sind Merkmale, die wirklich zählen und PTC Mathcad so einzigartig machen.“ (jv)

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