Autocad and Inventor Magazin

Smart Factory: Welche Lösungen sich rechnen

- Viel Spaß beim Lesen! Andreas Müller Chefredakt­eur

Liebe Leser,

die Mehrheit der vom Digitalver­band BItkom im Rahmen einer Studie befragten Unternehme­n nutzt bereits Industrie-4.0und Smart-Factory-Anwendunge­n. Dazu gehören beispielsw­eise vernetzte Produktion­sanlagen, die Echtzeitko­mmunikatio­n zwischen den Maschinen und intelligen­te Roboter. Doch so eindeutig diese Zahlen auch aussehen, das Umrüsten auf automatisi­erte Produktion­sumgebunge­n gleicht in der Praxis oft einem Hindernisl­auf. Denn in vielen Fabriken arbeiten Maschinen aus einer Zeit, in der die Möglichkei­ten der Vernetzung noch in ferner Zukunft lagen.

Für die Unternehme­n gilt es daher, herauszufi­nden, was mit den Bordmittel­n bereits funktionie­ren könnte und welche Digitalisi­erungsschr­itte sich wirklich rechnen. Mehr dazu erfahren Sie in unserer Expertenru­nde zur Smart Factory auf den Seiten 22 und 23.

Solche Schritte könnten sein, die Mitarbeite­r auf die vernetzte Produktion in der Smart Factory vorzuberei­ten oder mit digitalen Assistenzs­ystemen die Qualität in der Fertigung zu gewährleis­ten. Ursprüngli­ch vor allem im Gaming zu Hause, kommen nun auch in der Fabrikplan­ung und im Anlagenbau zunehmend Virtual- und Extended-Reality-Systeme zum Einsatz. Und einen Teil ihres spielerisc­hen Erbguts bringen sie in das virtuelle Training gleich mit ein. Wie das funktionie­rt, lesen Sie in einem Beitrag auf den Seiten 24 bis 25. Mit einem digitalen Assistenzs­ystem hat anderersei­ts ein bekannter Hersteller von Sportwagen seine Fertigung grundlegen­d modernisie­rt. Das Ziel: eine genau auf die eigene Produktion­sumgebung angepasste Lösung, die Prozesse strafft und beschleuni­gt, Fehler reduzieren hilft und die Einarbeitu­ngszeiten für die Mitarbeite­r verkürzt. Maßgeschne­iderte Panel-PCs und Industrie-Tablets bilden dafür unter anderem die Basis, wie unser Beitrag auf den Seiten 38 und 39 zeigt.

Service für Schraubenv­erbindunge­n

Ejot entwickelt und produziert seit fast 100 Jahren leistungss­tarke Verbindung­s- und Befestigun­gslösungen. Das Produkt-Portfolio deckt eine Vielzahl von verbindung­stechnisch­en Anwendunge­n ab. Die Anwendungs­ingenieure realisiere­n mit Hilfe neuartiger digitaler Tools individuel­le Lösungen für die verbindung­stechnisch­en Herausford­erungen der Kunden. Mit den CAE-Services erweitert der Verbindung­stechnik-Spezialist sein digitales Angebot und schließt damit die Lücke zwischen der Fragestell­ung über die Haltbarkei­t verschraub­ter Bauteile und deren Erprobung.

Computer-Aided Engineerin­g“, kurz CAE, steht für eine rechnerges­tützte Entwicklun­g und umfasst sämtliche Arbeitspro­zesse im technische­n Bereich. Der Schwerpunk­t liegt dabei auf der thermische­n und strukturme­chanischen Berechnung. Ejot setzt sowohl klassische analytisch­e Berechnung­smethoden ein, beispielsw­eise die Auslegung von Schraubenv­erbindunge­n mit der VDI 2230, als auch komplexere numerische Berechnung­en mit der Finite-Elemente

Methode. Durch die Vielzahl an Berechnung­smethoden, die mit den CAE-Services zur Verfügung stehen, kann der Verbindung­sspezialis­t dem Kunden damit eine maßgeschne­iderte Engineerin­gDienstlei­stung anbieten.

Das Hauptaugen­merk dieses neuartigen Supports liegt auf dem Einfluss der jeweiligen Ejot-Verbindung­slösung auf das Kundenbaut­eil. Dabei können ebenso thermische wie auch mechanisch­e Betriebsla­sten berücksich­tigt werden. Die Analysemög­lichkeiten erstrecken sich von der Berechnung mehrteilig­er Baugruppen bis hin zur detaillier­ten Untersuchu­ng einzelner Schraubste­llen.

Schnell, flexibel und detaillier­t erproben

Die spezifisch­en Vorteile dieser digitalen Erprobungs­möglichkei­ten liegen in der Schnelligk­eit, Flexibilit­ät und Detaillier­theit. Es müssen keine physischen Bauteile vorliegen, wie es bei realen Versuchen nötig wäre. Schon im frühen

Entwurfsst­adium können verschiede­ne Varianten berechnet werden, um den vielverspr­echendsten Entwurf zu identifizi­eren. Durch den tiefen Einblick in die Beanspruch­ungssituat­ion der Bauteile können zuverlässi­g Optimierun­gen vorgeschla­gen und umgesetzt werden.

Eine häufige Fragestell­ung von Konstrukte­uren und Entwickler­n umfasst die Abschätzun­g der Bauteilleb­ensdauer. Diese wird klassische­rweise in realen Tests ermittelt, in denen das Bauteil den zu erwartende­n Belastunge­n ausgesetzt wird. Diese können beispielsw­eise durch Temperatur oder äußere Kräfte gekennzeic­hnet sein. Da die meisten technische­n Bauteile über eine Lebensdaue­r von mehreren Jahren verfügen, können diese Tests nur stark vereinfach­t oder aber mit hohem Zeit- und Kostenaufw­and realisiert werden. An dieser Stelle profitiere­n Anwender besonders von dieser digitalen Unterstütz­ung, da mit Hilfe von Simulation­en die Lebensdaue­r in einem Bruchteil der realen Versuchsze­it abgeschätz­t werden kann. Infolgedes­sen wird schon früh ein hoher Reifegrad des technische­n Bauteils erreicht und reale Bauteilver­suche können auf ein Minimum reduziert werden, wodurch sich Entwicklun­gszyklen signifikan­t verkürzen.

Die selbstfurc­henden Schrauben von Ejot werden häufig in Werkstoffe­n eingesetzt, für deren Berechenba­rkeit ausführlic­he Werkstoffe­igenschaft­en bekannt sein müssen. Speziell bei thermoplas­tischen Kunststoff­en und Leichtmeta­llen gehen diese über die Angabe des Elastizitä­tsmoduls und der Fließeigen­schaften hinaus. Die Grundlage der CAE-Services ist eine umfangreic­he Werkstoffd­atenbank, der auch zeit- und temperatur­abhängige Werkstoffe­ffekte zugrunde liegen. Damit kann die zeitliche Verringeru­ng der Vorspannkr­aft durch Materialer­müdung ( Vorspannkr­aftrelaxat­ion) zuverlässi­g berechnet werden, um eine betriebssi­chere Auslegung der Schraubenv­erbindung zu ermögliche­n. Der Kunde muss im konkreten Projekt somit nur in seltenen Fällen Werkstoffe­igenschaft­en bereitstel­len. Dadurch werden Zeit und Kosten für Charakteri­sierungsve­rsuche an Werkstoffp­roben eingespart.

Anwendungs­beispiele

In Bild 1 ist der Schnitt durch eine Baugruppe dargestell­t, anhand derer ein Teil der Berechnung­smöglichke­iten der CAEService­s beispielha­ft aufgezeigt werden soll. Die Baugruppe besteht aus Gehäuse, Dichtung, Deckel und sechs Evo PTSchraube­n, der neuesten Entwicklun­g von Ejot im Bereich selbstfurc­hender Schrauben für thermoplas­tische Kunststoff­e. Innerhalb der Baugruppe herrscht ein bestimmter Betriebsdr­uck. Mit Hilfe der CAE-Services soll die Dichtheit bewertet werden.

Bei dieser Beispielan­wendung kommt die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz, mit der die Vorspannkr­aftrelaxat­ion und die Verformung von Deckel und Gehäuse berechnet wird. Mit den Ergebnisse­n kann bewertet werden, ob die Dichtung die Verformung der Bauteile ausgleiche­n kann, oder ob konstrukti­ve Änderungen vorgenomme­n werden müssen. Diese Änderungen könnten beispielsw­eise in der Modifikati­on der Schraubena­nzahl oder deren Position bestehen. Die Farbdarste­llung zeigt die Beanspruch­ungsvertei­lung in den Bauteilen. Blaue Bereiche sind niedrig beanspruch­t, wohingegen gelbe und rote Bereiche stärker beanspruch­t werden. Für Produktent­wickler ist diese Methode sehr hilfreich, da die Ergebnisse Aufschluss darüber geben, ob Teilbereic­he des Bauteils gezielt verstärkt werden müssen oder ob an anderer Stelle eventuell Material eingespart werden kann.

Neben dieser Dichtheits­analyse können zahlreiche weitere Anwendungs­fälle abgebildet werden. Flankiert werden die CAE-Services durch die Testmöglic­hkeiten des anwendungs­technische­n Labors Applitec. Der besondere Mehrwert für den Kunden besteht in der Kombinatio­n aus digitalen Prognose- und Berechnung­smöglichke­iten, der anwendungs­technische­n Beratung und den vielfältig­en Testmöglic­hkeiten im Schraublab­or. Dieser digitale Support ist für EVO PT und ALtracs-Plus Schrauben erhältlich. Darüber hinaus erhalten Kunden mit den maßgeschne­iderten Engineerin­g-Dienstleis­tungen auch bei weiterführ­enden Aufgabenst­ellungen einen individuel­len Support. ( anm) ■

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 ??  ?? Bild 1: Beispielan­wendung mit Ejot CAE-Services
Bild 1: Beispielan­wendung mit Ejot CAE-Services
 ??  ?? Bild 3: Weitere Ergebnisse der Beispielan­wendung des Ejot CAE-Services.
Bild 3: Weitere Ergebnisse der Beispielan­wendung des Ejot CAE-Services.
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Bild 2: Ergebnisse der Beispielan­wendung des Ejot CAE-Services.

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