07.12.2021 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

Wie Sie das Potenzial von Simulationssoftware effektiv nutzen

SimulationssoftwareQuelle: SEW-Eurodrive

Mit Unterstützung von Simulation steigert SEW-Eurodrive die Produktleistung um durchschnittlich 30 Prozent und spart dabei vom Entwurf zum finalen Produkt 50 Prozent aller explorativen Versuche ein. Was die Simulation im Unternehmen noch leisten soll, dazu hier mehr.

Simulationssoftware in der Praxis: Ohne die Motoren, Getriebe, Getriebemotoren und die zugehörige Automatisierungstechnik des süddeutschen Unter­nehmens SEW-Eurodrive würden unzählige Förderbänder, Getränkeabfüllanlagen, Kieswerke und vieles mehr wohl stillstehen. Das Familienunternehmen beschäftigt weltweit über 18.000 Mitarbeiter und macht einen Umsatz von mehr als 3,3 Milliarden Euro jährlich.

Simulationssoftware: Dynamische Prozesse abbilden

Der Traditionshersteller für Antriebstechnik setzt schon seit knapp 30 Jahren auf Simulation mit Ansys und wird dabei von Anfang an vom CAE-Partner Cadfem beraten. Bis vor sieben Jahren ging es dabei im Wesentlichen darum, eigene Berechnungsmethoden zu verifizieren. Jedoch gab es kaum Möglichkeiten, dynamische Prozesse und transiente Vorgänge wie das Systemverhalten oder Torsionsschwingungen abzubilden, die jedoch große Einflüsse auf den Antriebsstrang haben können.

Hinzu kam, dass der weltweite Markt durch neue Wettbewerber, die günstige Replikas anboten, immer fordernder wurde. SEW-Eurodrive muss seine Position heute weltweit verteidigen, sein Fachwissen in der Konstruktion immer wieder unter Beweis stellen und möchte zudem international weiter expandieren. Das Unternehmen sieht gute Marktchancen in seinen Kernmärkten, vor allem im Bereich der Automatisierungstechnik. Es benötigte dazu jedoch die richtigen Tools, um weiter wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln.

Kreative Neuaufstellung

Dr. Jörg Hermes, Geschäftsführer Innovation Mechanik bei SEW, erklärt: „Wir waren in der Konstruktion festgefahren und haben uns deshalb vor sieben Jahren entschlossen, eine komplette kreative Zerstörung vorzunehmen. Dafür bauten wir interdisziplinäre Ingenieurteams auf, in denen unter anderem Tribologen, Materialexperten, Chemiker und Strömungsmechaniker vertreten sind.“

Ziel war es in fünf Jahren 50 Prozent der Prüfstandsversuche einzusparen, um Kosten und Zeitaufwand zu reduzieren. Gleichzeitig sollte das Technologieniveau deutlich steigen. Um diese Herausforderung zu lösen, arbeitete SEW-Eurodrive eng mit Cadfem zusammen und setzte weiter auf Ansys. Heute lassen sich beispielsweise im CAD-System erstellte Körper einfach für die Simulation vorbereiten und in der Mehrkörpersimulation verwenden.

Markus Lutz, Leiter des Technologiekreises Berechnung & Simulation bei SEW-Eurodrive, kommentiert: „Wir waren jetzt plötzlich in der Lage, in einzelne Lager hineinzuschauen, in die spezifische Pressungsverteilung mit allen Effekten wie Passung, Temperatur, Nachgiebigkeit des Gehäuses, Bandeffekte in den Lagern und so weiter. Dadurch konnten wir die Lebensdauer einzelner Teile, aber auch von Systemen besser vorhersagen und zum Beispiel Lagervorspannungen zur Montage oder die Kippsteifigkeit genau ermitteln.“

Simulationssoftware
Markus Lutz, Leiter Technologiekreis Berechnung & Simulation, SEW-Eurodrive.

Wie die Simulationssoftware Zeit und Geld spart

„Insgesamt konnten wir die teuren 50 Prozent unserer Tests reduzieren, aber die dadurch erlangte Zeitersparnis ist für uns noch wertvoller“, erklärt Dr. Hermes. „So benötigen wir für die Planung, den Bau und die Inbetriebnahme eines Getriebeprüfstands mit einer Leistung von 500 Kilowatt oft mehr als sechs Monate. Simulation liefert uns die Ergebnisse dagegen schon in zwei Wochen.“ Ergänzend zur Simulationssoftware Ansys sei die langjährige Partnerschaft mit Cadfem und deren Expertise mit Simulation für diesen Erfolg ausschlaggebend. Man profitiere auch von Schulungen, dem Hotline-Support, Updates und den Diskussionen auf der jährlichen Simulationskonferenz des deutschen CAE-Anbieters.

Markus Lutz fügt hinzu: „Zwar führen wir immer noch Prüfstandsversuche durch, aber wir machen sie dank Simulation jetzt zielgerichteter, in kleinerem Maßstab und kostengünstiger. Dies gilt insbesondere für die Validierung von Materialien oder Einzelteilen. Mit der Simulation ist die physikalische Validierung kein teurer iterativer Prozess mehr; in 99 Prozent der Fälle benötigen wir nur noch eine Validierung für ein System.“

Durch den Einsatz von Ansys-Simulationssoftware ist es SEW-Eurodrive zudem gelungen, die Leistung von Einzelteilen, wie den Planetenträgern eines Präzisionsgetriebes oder die Gehäusefestigkeit eines Industrie-Rührers, um durchschnittlich 30 Prozent zu steigern.

Ansys-Simulation spiele auch bei der Entwicklung der neuen Industriegetriebe der X.e-Reihe eine große Rolle, fährt Lutz fort: „Mit der flexiblen Mehrkörpersimulation haben wir die Verformung aller Teile sowie des Gehäuses und der Lager des Industriegetriebes genau berechnet. Dadurch konnten wir eine exakte Auslegung der Mikrogeometrie entwickeln, was zu einer erhöhten Belastbarkeit der Verzahnung und zu einer Geräuschreduzierung führte. Die Strömungssimulation half uns zudem bei der Verbesserung des Ölflusses und der Benetzung des Innenraums. Sie führte auch zu einer höheren thermischen Grenzleistung und einem niedrigeren Ölstand im Getriebe.“

Simulation in Vertrieb und Showroom

Der Wert von Simulation zeigt sich auch auf anderen Ebenen: Lässt sich die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Kombinationen der vielen Einzelteilen in einem System mithilfe von Simulation schnell berechnen, eröffnet das auch dem Vertrieb neue Wege. Viele Großkunden fordern inzwischen Simulation bereits im Beratungsgespräch ein.

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Dr. Jörg Hermes, Geschäftsführer Innovation Mechanik, SEW-Eurodrive

Dr. Hermes erläutert: „Simulation unterstützt uns dabei, unser Detailwissen zu demonstrieren. Auf der Hannover Messe 2019 hatten wir zum ersten Mal einen digitalen Zwilling eines unserer Getriebe dabei. Die Besucher konnten sehen, wie das Getriebe funktioniert, und einzelne Teile vergrößert betrachten, um bestimmte Vorgänge zu verstehen, etwa wie die Ölschmierung. Auch veröffentlichen wir seit 2020 eine Informationsreihe.“

Diese zeigt regelmäßig wie SEW bestehende Getriebemotoren optimiert und so up-to-date hält.

Simulationssoftware: Ein Ausblick

Da sich in der Simulationssoftware nun komplette Systeme, einschließlich einzelner Teile und deren Festigkeit und Schwingungen, abbilden lassen, ist der nächste logische Schritt für Markus Lutz die Akustik: „Wir wollen das Getriebe in der Simulation hörbar machen. Und das wollen wir quantitativ und qualitativ tun. Ähnlich wie Sounddesigner für Autotüren wollen wir sicherstellen, dass unsere Getriebe nicht zu laut sind und eine angenehme Akustik haben.“

Künftig soll die Simulation in der Entwicklung, der Beratung, der Produktion und während des Betriebs beim Anwender zum Einsatz kommen, schließt Dr. Hermes.

Der Autor Alexander Kunz arbeitet im Corporate Marketing bei CADFEM.

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