Simulation Mit Mehrkörpersimulation Antriebskomponenten optimieren

Wirken mehrere mechanische Bauteile aufeinander, unterstützt die Mehrkörpersimulation dabei, das dynamische Zusammenspiel der Komponenten vorherzusagen. Im Produktentwicklungsprozess hilft das, Kosten zu sparen.

Simulation unterstützt dabei, Produkte zu optimieren und Kosten zu senken. Im Designprozess hilft die simulationsgestützte Konstruktion dabei, die Produktqualität zu erhöhen, Über- und Unterdimensionierung zu vermeiden und vor allem virtuelle Prototypentests vorzunehmen. Dabei können gewisse Betriebsszenarien sehr flexibel abgebildet und ganz neue Ideen getestet werden, bevor die reale Prototypenerstellung beginnt. Im Troubleshooting – also während eine Maschine schon in Betrieb ist – dient Simulationssoftware dazu, akute und kostenintensive Probleme im Feld zu erkennen, sodass sie sich schnell und effizient lösen lassen.

Laut der VDMA Trendbefragung Simulation + Visualisierung 2017 nutzen 73 % der Unternehmen bereits Simulation begleitend zur Konstruktion. Wachstumsfelder sehen die befragten Teilnehmer vor allem in der Virtuellen Inbetriebnahme (57 %), Strukturmechanik, z.B. Lebensdaueranalyse (47 %), Kinematik (47 %) und Mechatronik sowie Strömungsanalyse (beide 45 %). Hauptgründe, warum Simulation noch nicht eingesetzt wird, sind fehlende Personalressourcen (71 %) und hohe Einführungskosten, z.B. von Software (50 %).

Ein großer Pluspunkt der Mehrkörpersimulation (MKS) ist es, mit Massensteifigkeiten, Dämpferkraftelementen und gezielter Einbindung von elastischen Körpern, die Gesamtdynamik einer Maschine sehr effizient abbilden zu können. Das heißt, auch das dynamische Verhalten von großen Maschinen oder komplexer Kinematiken lässt sich mit MKS effizient simulieren. Dies unterscheidet MKS auch von der Finite-Elemente-Methode (FEM).

Einen detaillierten Einblick in die Mehrkörpersimulation und wie sich damit Antriebskomponenten optimieren lassen, wird Dr.-Ing. Manuel Eckstein von der Wölfel Engineering GmbH & Co. KG auf dem Update Antriebstechnik geben. Das Praxisforum für Konstrukteure findet am 14. September 2021 in Würzburg statt.

Dr.-Ing. Manuel Eckstein wird anhand zweier Praxisbeispiele die Vorteile der MKS erläutern. Zum einen wird es um eine Delta-Kinematik gehen, deren Designprozess von einer virtuellen Inbetriebnahme durch Simulation ergänzt wurde. Konkret gab es die Fragestellung, wie man mit der sehr filigranen Bauweise dennoch eine entsprechende Positioniergüte gewährleisten kann. In der virtuellen Inbetriebnahme wurde untersucht, ob sich die Güte – in sehr kleinem Maßstab im Mikrometerbereich – trotz der relativ elastischen Strukturen abbilden lässt.

Im zweiten Beispiel geht es um ein Baggergetriebe eines Schaufelradbaggers, der bereits in Betrieb war – also eine Simulation im Troubleshooting. Mithilfe von MKS konnten die stationären Lasten des Zahneingriffs sowie die realen dynamischen Lasten nachvollzogen werden, um Varianten für Designoptimierungen ableiten zu können.

Details zum Simulationsvorgang und Ergebnisse der beiden Praxisbeispiele gibt es am 14. September 2021 auf dem Update Antriebstechnik.

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