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Simulation as a Service On-Demand-Lösung ermöglicht kosteneffektiven Simulationseinsatz

Edelrid, ein Spezialausrüster für den Bergsport aus Isny im Allgäu, setzt für die Entwicklung seiner Produkte für Bergsteiger punktuell auf die Möglichkeiten der Simulation mit Ansys. Da das nicht täglich erforderlich ist, nutzt Edelrid dafür die On-Demand-Lösung eCADFEM.

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Sicher ist sicher: Ausrüstung für Bergsteiger muss höchsten Anforderungen genügen. Der Hersteller Edelrid setzt für die Entwicklung auf Ansys und die On-Demand-Simulationsplattform eCADFEM. So kommt Simulation bedarfsorientiert und effizient zum Einsatz.
Sicher ist sicher: Ausrüstung für Bergsteiger muss höchsten Anforderungen genügen. Der Hersteller Edelrid setzt für die Entwicklung auf Ansys und die On-Demand-Simulationsplattform eCADFEM. So kommt Simulation bedarfsorientiert und effizient zum Einsatz.
(Bild: Martin Pötter/Third Pole)

Franz ist leidenschaftlicher Klettersportler. Jetzt ist er soweit und will die schwierige Route durchsteigen, für die er seit einigen Monaten intensiv trainiert hat. Die rund 30 m lange Felspassage wird ihm alles abverlangen, deshalb zählt jedes Gramm an Gewicht, das er bei sich trägt. Die 24 Karabinerhaken, die er zur Absicherung benötigt, ziehen schwer an seinem Hüftgurt. Die ersten Meter laufen gut, die Klettertechnik sitzt, die Bewegungen sind ruhig und kontrolliert. Mit jeder platzierten Zwischensicherung verliert die Ausrüstung an seinem Klettergurt an Gewicht, doch langsam schwindet die Kraft.

Gewicht der Karabiner ist ausschlaggebend

Die Bewegungen werden hektischer, die Muskeln der Unterarme brennen. Nur noch 5 m, der letzte Karabiner wird platziert und das Seil darin eingehängt. Noch 4 m, noch 3 m, noch 2 – plötzlich reicht die Kraft nicht mehr aus, den winzigen Griff festzuhalten. Franz stürzt ins Seil. Nach 6 m freiem Fall bremst die Dehnung des Seils seinen Sturz und überträgt die teils enormen Kräfte über die Karabinerhaken an die Wand. Zum Glück sind die Karabiner stark genug, um den Belastungen Stand zu halten. Aber wären sie nur ein wenig leichter gewesen, hätte es vielleicht geklappt. Denn Klettern am Limit bedeutet immer maximalen Einsatz von Kraft und Kondition. Am Ende zählt tatsächlich jedes Gramm.

Strenge Vorschriften für die Entwicklung

„Wenn es um die Entwicklung neuer Produkte geht, sind wir Tüftler und Vordenker“ erklärt Daniel Gebel, Leiter der Innovationsabteilung bei Edelrid . „Unser Erfindergeist treibt uns um und lässt uns nicht ruhen, so dass wir die Dinge immer wieder neu denken. Dabei liegt unser Fokus darauf, den praktischen Einsatz einfacher und vor allem sicherer zu machen.

Über EDELRID: Edelrid ist Technologiespezialist in den vier Marktbereichen Sport, Safety, Adventure Parks und Industrie.

Karabiner im Klettersport unterliegen mit der PSA-Verordnung (Persönliche Schutz-Ausrüstung) und der EN12275 strengen Vorschriften und Normen, um die Sicherheit für die Sportler zu garantieren. Beispielsweise müssen Karabiner entlang ihrer Längsachse mindestens 20 kN aushalten, ohne zu brechen. Zusätzlich gibt es noch vorgeschriebene Prüfungen in Querrichtung und mit geöffnetem Schnapper.

Simulation sorgt für mehr Zeit- und Kosteneffizienz

Für die Sportler ist neben der Festigkeit das Gewicht ihrer Ausrüstung ein entscheidender Faktor. Die Herausforderung für Hersteller von Kletterausrüstung ist somit, die Karabiner so leicht wie irgendwie möglich zu gestalten, ohne die erforderlichen Bruchfestigkeiten zu unterschreiten. Neben dem Einsatz von hochfesten Aluminiumlegierungen kann dieser Kompromiss durch optimale Formgebung und Profilgestaltung erreicht werden. „Früher haben wir nach dem Trial-and-Error-Prinzip gearbeitet. Jetzt bietet uns die strukturmechanische FEM-Simulation mit Ansys erhebliche Vorteile“, betont Georg Öttl aus der Hardwareentwicklung. „Die Entwicklungsprozesse sind dadurch nicht nur erheblich günstiger, sondern auch deutlich schneller geworden.“

eCADFEM: Wieviel Ansys-Software darf es sein?

Edelrid bezieht exakt den Umfang an Ansys-Software, der für die Simulationsaufgaben benötigt wird. Möglich macht dies eCADFEM License as a Service. Dieses Angebot des langjährigen Ansys-Partners CADFEM lohnt sich für Anwender, die Ansys nur sporadisch nutzen. Nach dem Prepaid-Prinzip wird genau das abgerechnet, was verbraucht wird. Besonders geschätzt wird von der eCADFEM-Community aus über 2.000 Anwendern der zugehörige CADFEM-Anwendersupport.

Mehr zu Ansys auf eCADFEM finden Sie hier

Werkzeugentwicklung: Erfahrung vs. Simulation

  • Basierend auf der Erfahrung und dem Gefühl des Designers wurden Schmiedewerkzeuge erstellt und die daraus entstandenen Prototypen nach den Normkriterien getestet. Da es mit dem Gefühl aber oft so eine Sache ist, war meist mehrmaliges Nacharbeiten der Werkzeuge notwendig, um sich dem Optimum zu nähern. Da jeder Revisionsschritt teils mehrere Monate dauerte, war dies sehr zeitintensiv und für die Werkzeugbearbeitung entstanden hohe Kosten.
  • Im Gegensatz dazu bietet die strukturmechanische FEM-Analyse die Möglichkeit, diese Annäherung an ein Optimum von geringem Gewicht und hoher Festigkeit digital zu vollziehen. Dazu werden die Normprüfungen simuliert und liefern dank multilinearer Materialeigenschaften aussagekräftige Resultate. Revisionen wie Profilstärke, Profilform und Achsabstände können in kurzer Zeit im CAD-System umgesetzt und erneut berechnet werden. Und die teuren Schmiedewerkzeuge müssen erst dann erstellt werden, wenn Design, Festigkeit und Gewicht optimal aufeinander abgestimmt sind. Das reduziert die Kosten erheblich.

Bildergalerie

Simulation und Messung stimmen überein

Nach dem Erstellen des CAD-Modells werden die drei Normprüfungen mit Ansys möglichst realitätsnah simuliert und aus den Ergebnissen die Rückschlüsse auf die Bruchlasten gezogen. Die Simulationen basieren darauf, dass zwei Bolzen mit „Externe Verschiebung“ (remote displacement) für den Lasteintrag sorgen und anhand der „Kraftreaktion“ (force reaction) in Kombination mit „plastischer Vergleichsdehnung“ (plastic strain) der Übergang zum plastischen Fließen aus den Daten abgeleitet werden kann. Daraus erfolgt dann ein Rückschluss auf die Höchstzugkraft (HZK).

In Bild 3 ist das Simulationsergebnis der plastischen Verformung zu sehen. Bei 0,31 Sekunden ist ein sprunghafter Anstieg zu erkennen. Dieser deckt sich mit dem Plateau in der Reaktionskraft im Bolzen A (Bild 4).

Dieser Punkt wurde als Übergang zum plastischen Fließen beziehungsweise zum Bruch identifiziert. Da nur der halbe Karabinerkörper simuliert wurde, lag die berechnete Höchstzugkraft längs mit offenem Schnapper somit bei 8,2 kN. Dieses Ergebnis stimmte genau mit den gemittelten Laborprüfwerten der ersten geschmiedeten Teile aus dem Werkzeug überein. Die Bruchstelle bei den Prüflingen lag im Bereich der größten plastischen Verformung in Bild 1.

Simulation bedarfsorientiert einsetzen

„Da wir ein verhältnismäßig kleines Team sind und aufgrund der jährlich wiederkehrenden Entwicklungszyklen in unserem Unternehmen, haben wir keinen permanenten Bedarf für FEM-Simulationen“, berichtet Georg Öttl. „Folglich könnten wir eine Jahreslizenz nicht ausreichend auslasten, so dass wir uns für eCADFEM entschieden haben. Diese On-Demand-Lösung von CADFEM bietet uns die Möglichkeit, die Vorteile von Ansys zielgerichtet und kosteneffektiv zu nutzen.“

Vorteile der Simulation on-Demand

Der Nutzen, der durch den Simulationseinsatz mit eCADFEM erzielt wird, ist vielfältig:

  • Neben dem Hauptfokus, der Sicherheit, umfasst er auch Einsparungen beim Material, indem dieses nur dort eingesetzt wird, wo es wirklich gebraucht wird. Dadurch werden die Produkte leichter, genauso wie durch die gezielte Auswahl des Materials.
  • Ferner lassen sich mehr Varianten und „kundenspezifische“ Auslegungen ausprobieren, wobei viele Simulationen und wenige Prototypen erforderlich sind. Das mindert die Kosten und beschleunigt den Entwicklungsprozess.
  • Ganz nebenbei lässt sich auch noch das Design ansprechender gestalten.

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