Neues CAM-Lösungspaket von OPEN MIND Schruppen und ... · 7/15 September/Oktober D, A, CH: Euro 14,40 | ISSN 1618-002X Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure

7/15 September/Oktober D, A, CH: Euro 14,40 | ISSN 1618-002Xwww.digital-engineering-magazin.de

Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure

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Industrie 4.0 | Internet der Dinge

Neues C AM -Lösungspaket von OPEN MIND

Schruppen und Schlichtenneu erfunden

Neue PotenzialeZerspanungswerkzeuge additiv fertigen

GrafiklösungenFotorealistisches Echtzeit-Rendering ersetzt Produktfotos

KommunikationOPC UA in der Automatisierung: Wie Geräte miteinander sprechen

| EDITORIAL | 003

Liebe Leser, alle zwei Jahre wird die Main-Metropole Frank-furt im September zum Mekka der Automobi-listen. Dann öffnet mit der IAA die weltgrößte Automobilausstellung für zehn Tage ihre Pforten und lockt wieder hunderttausende Besucher an, die sich über die neuesten Fahrzeuge, Trends und technologischen Highlights informieren wollen. Dieses Jahr ist es am 17. September soweit.

Auf der weltweit wichtigsten Mobilitätsmes-se zeigen dann rund 1.000 Aussteller ihre Inno-vationen. Das Motto der diesjährigen IAA lautet „Mobilität verbindet“ und weist auf den Mega-trend des vernetzten und automatisierten Fah-rens hin, der neben der Elektromobilität die Automesse prägen dürfte.

Mit verbesserten Reichweiten von 250 bis 400 Kilometern steht in Frankfurt auch eine neue Ge-neration von Elektroautos mit leistungsstärke-ren Batterien am Start. Die Hersteller möchten mit den neuen Fahrzeugen so mehr Flottenbe-treiber für die E-Mobilität begeistern. Damit aber Elektroautos in den nächsten Jahren weiter aus der Nische fahren können, müssen sie meiner Meinung nach deutlich günstiger werden. Der Schlüssel dazu liegt in der Batterietechnologie.

Zu einem weiteren großen Trend entwickelt sich das autonome Fahren. Auch wenn hier Sen-soren, Kameras und Steuerungssysteme ei-nen wichtigen Kern dieser Technologie bilden,

ermöglicht das digitale Kartenmaterial erst die Navigation von autonomen Autos. Denn damit ein autonomes oder hochautomatisiertes Fahr-zeug sicher fahren kann, muss es erst einmal wissen, wo es sich befindet. Das bisherige Kar-tenmaterial reicht hier nicht aus, vielmehr sind hochaufgelöste Karten erforderlich. Das haben auch die drei deutschen Premium-Hersteller Audi, BMW und Daimler erkannt und sich vor kurzem auf den Erwerb des Kartendienstes Nokia Here geeinigt. Dafür machen sie immerhin 2,8 Milliar-den Euro locker. Die drei Partner wollen so unab-hängiger von IT- und Internetunternehmen wie Apple und Google sein.

Konstrukteure und Entwickler jedenfalls stehen in den nächsten Jahren vor großen Herausforde-rungen. In das Automobil zieht nämlich immer mehr IT- und Automatisierungstechnologie ein. Durch vernetzte, über das Internet verbundene Systeme entstehen aber auch spezielle Sicher-heitsrisiken. Vor kurzem machte hier das Beispiel zweier Software-Experten die Runde, die sich in einen Jeep Cherokee gehackt hatten und unter anderem das Gaspedal des Fahrzeugs über das Internet steuern konnten. Hier sind wirkungsvolle Schutzmechanismen dringend erforderlich.

Ihr Rainer Trummer, Chefredakteur

Rainer TrummerChefredakteur

Faszination Automobilentwicklung

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DIGITAL ENGINEERING Magazin 07-2015

004 | INHALT |

Titelstory: Das CAM-Paket hyperMILL MAXX Machining von OPEN MIND ermöglicht seinen Kunden mehr Performance beim Fräsen. Zwei unabhängige Module innerhalb des Paketes beschleunigen sowohl das Schruppen als auch das Schlichten. Eines der Highlights ist die Schlichtstrategie „Tangentiales Ebenen-schlichten“. 18

AKTUELL

WirtschaftstickerMacher und Märkte 6

Messe-Duo für durchgängige ProzesseMotek und Bondexpo in Stuttgart 10

Mehr Prozesseffizienz Bei der Version 4.0 von Tebis wurde unter anderem die Benutzeroberfläche verbessert 12

Trends und TechnologieNeue Produkte und Verfahren 13

VeranstaltungskalenderWas, wann, wo? 16

CAD & DESIGN

Titel: Schruppen und Schlichten neu erfundenDas CAM-Paket hyperMILL MAXX Machining ermöglicht einen Performance-Sprung 18

Zehn Experten nehmen StellungCAM-Spezialisten erläutern, was die wichtigsten Trends in diesem Bereich sind 20

Direkt ins CockpitCAD-Direktmodellierer in der Entwicklung mechatronischer Systeme für die Luftfahrt 24

Weltweit verteiltCAD-Daten mittels automatischer Konvertierung weltweit nutzen 26

BRANCHE: AUTOMOTIVE

Der Platzhirsch von SilverstoneKingston University erleichtert ihren Formula-Student-Boliden durch 3D-Druck 28

Wie Audi schweißtIn Halle N60 produzieren 850 Roboter Audi-A3-Karosserien 30

Wissenstransfer: Methoden zum ErfolgDas Automotive Simulation Center verknüpft Wissen zu neuen Entwicklungsmethoden 32

<Im Bereich der Automation beschäftigen wir uns diesmal in zwei Artikeln (S. 40 und S. 44) mit dem Kommunikationsstandard zur Maschinenanbin-dung OPC-UA – ein Enabler in Sachen Industrie 4.0. Als solcher gilt auch RFID (S. 42), hier in der Funktion eines Prozessoptimierers in der Steckdo-senproduktion. RFID hilft auch im Kampf gegen die Produktpiraten (S. 50) – die, neben China – wer hätte es gedacht – insbesondere aus Deutschland kommen. Die hohen Kräfte für die Werkzeugma-schine erzeugen besonders effizient Hydraulik-aggregate (S. 48). Und Kabel, die sogar im Meer überleben, gibt es ab Seite 46.

>Additive Fertigung bahnt sich ihren Weg in den Mainstream. Wir sprechen mit ei-nem Dienstleister über seine Erwartungen (S. 52), schauen bei einem Industrie-Designer rein, wie er den 3D-Druck nutzt (S. 54) und zeigen, dass sich sogar Hochleis-tungswerkzeuge additiv fertigen lassen (S. 56).

Die Automobil-Branche ist einer der Motoren unserer Wirtschaft. Wir schauen hinter die Kulissen – wie Audi seinen Karosseriebau in Halle N60 in Ingolstadt automatisiert hat (S. 30), wie das Wissen von Wissenschaft-lern, Dienstleistern und Softwareentwicklern seinen Weg in die heiligen Simulationshallen der Autobauer findet (S. 32) und wie ein Rennstall seinen Boliden mit 3D-Druck fit für die neue Saison macht (S. 28).

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| INHALT | 005

SIMULATION & VISUALISIERUNG

Numerischer Schlepptank als AlternativeStrömungssimulation unterstützt Schleppversuche 35

Auf Sieg ausgelegtAnalyse eines Weltmeisterschaftsstadions mit Multiphysics-Tools spart Zeit und Geld 38

ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION

Optimierung von StrukturenOPC UA: Mächtiges Protokoll mit unzähligen Funktionen und Freiheitsgraden 40

In den richtigen KanälenRFID sichert die automatisierte Montage von Kanalsteckdosen 42

Wie Geräte miteinander sprechenOPC-UA auf dem Weg zum globalen Standard der Gerätekommunikation 44

Kabel für Meer und EisRobuste Kabel für Meeres- anwendungen auch in der Arktis 46

Energieeffizient und hochverfügbarHydraulik-Aggregate für die Werkzeug- maschinen der Automobilindustrie 48

Wider die ErsatzteilpiraterieRFID verhindert den Einsatz illegal nachgebauter Ersatzteile 50

SPECIAL: ADDITIVE FERTIGUNG

„Wir brauchen Leuchtturmprojekte“Im Interview: Die Sicht eines AM- Konstruktions- und Fertigungsdienstleisters 52

Design- und ProduktionswerkzeugErfahrungen eines Industriedesign-Studios mit einem Desktop-3D-Drucker 54

Die neuen PotenzialeSelbst widerstandsfähige Zerspanungs- werkzeuge lassen sich additiv fertigen 56

HARDWARE & PERIPHERIE

Mehr Performance auf der RennpisteFormel-1-Rennstall Sauber setzt bei der CFD- Analyse auf das Moonshot-System von HP 58

Reiseziel MarsUS-Raummission erreicht hohe Effizienz – auch dank professioneller Grafiklösungen 60

Visualisierung statt ProduktfotosAktuelle Grafikkarten und Software machen Produkte schneller „echt“ 62

EDITORIAL 3

MARKTPLATZ 65

IMPRESSUM 66

VORSCHAU 66

Titelthemen

REDAKTIONELL ERWÄHNTE FIRMEN UND INSTITUTIONEN

AMD [S. 60], Ansys [S. 15, 38], Audi [S. 30], Automotive Simulation Center Stuttgart [S. 32], Bosch Rexroth [S. 30], Brunner Elektronik [S. 24], CAMTECH [S. 20], Camtek [S. 21], CD-adapco [S. 35], Cenit [S. 13], Cideon [S. 6], Concept-Laser [S. 56], Dassault Systèmes [S. 6], DP Technology [S. 21], EDAG [S. 8], Harting [S. 44], HAWE Hydraulik [S. 48], HP [S. 58], Inneo Solutions [S. 26], InterCAM [S. 21], KU e-Racing [S. 28], Lapp [S. 46], Liqui Moly [S. 6], LMD [S. 52], Makerbot [S. 54], Mapal [S. 56], Mecadat [S. 9], Mesago [S. 8], Missler Software [S. 22], MSC Software [S. 14], MVTec [S. 13], National Instruments [S. 14], NSK [S. 13], Nvidia [S. 62], Open Mind [S. 18, 22], Orbital ATK [S. 60], P. E. Schall [S. 10], Perspectix [S. 8], Phoenix Contact [S. 40], PTC [S. 6], Rittal [S. 14], Sauber Motorsport [S. 58], Schott Systeme [S. 13, 22], Sescoi [S. 23], Siemens [S. 13, 24, 42], Siko [S. 15], Simufact [S. 13], SolidCAM [S. 23], Stratasys [S. 9, 28], Supernova Design [S. 54], Tebis [S. 12, 23], Transcat PLM [S. 14], Transtec [S. 8], Turck [S. 50], VDMA [S. 52], Yaskawa [S. 15].

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006 | AKTUELL | Macher & Märkte

TITEL: OPEN MIND

Mit dem neuen CAM-Soft-ware-Paket, hyperMILL MAXX Machining, verschafft OPEN MIND seinen Kunden einen Performance-Sprung beim Fräsen. Zwei unabhängige Module innerhalb des Pake-tes beschleunigen sowohl das Schruppen als auch das Schlichten. Eines der High-

lights ist die Schlichtstrategie „Tangentiales Ebenenschlichten“. Dabei kommt der neue konische Tonnenfräser zum Einsatz, der sehr große Bahnabstände ermöglicht. So sind Bearbeitungszeit-Einsparungen von bis zu 90 Prozent möglich. Und das bei gleicher oder besserer Oberflächengüte als beim Abzeilen mit Kugelfräsern. Die neue Strategie ist ein-fach zu programmieren, schafft kollisions-geprüfte Fräsbahnen und ist prozesssicher umzusetzen.Erste Einsätze in der Praxis bestätigen die Testangaben des Herstellers. Auf der EMO 2015 in Mailand wird das neue Paket hyperMILL MAXX Machining vorgestellt und mit dem kommenden Release hyperMILL 2016.1 verfügbar sein.

OPEN MIND Technologies AGArgelsrieder Feld 5 D-82234 WeßlingTel.: +49 8153 933 – 500Fax: +49 8153 933 – [email protected]

D A S S A U L T S Y S T È M E S

Dassault Systèmes überarbeitet Solidworks-Online-Gateway Dassault Systèmes, Lösungsanbieter für 3D-Design, 3D-Digital Mock-Up und Pro-duct Lifecycle Management (PLM), hat „MySolidWorks“ erweitert. Das ist ein On-line-Gateway mit zentralem Zugang zu allen Solidworks-Communities und -In-halten und wurde im vergangenen Jahr eingeführt. Dank der jetzt zur Verfügung stehenden Funktionen können die 2,7 Mil-lionen Solidworks-Nutzer ihre Konstrukti-onsfähigkeiten vertiefen und Know-how austauschen. Zudem erhalten sie über das Portal Antworten auf Fragen rund um So-lidworks. Auf MySolidWorks lässt sich über mobile Endgeräte oder direkt vom Desk-top aus zugreifen. Neben den bereits vor-handenen umfangreichen Inhalten (Fo-ren, Blogs, Videos und 3D ContentCentral)

kommen folgende neue Services hinzu: MySolidWorks Training – 120 neue Online-Schulungsmodule plus Vorbereitungskur-se für die Solidworks-Zertifizierung. My-SolidWorks Drive verbindet cloudbasierte Dateispeicherdienste wie Dropbox und Google Drive mit MySolidWorks. My Var ermöglicht Fachhändlern die Weiterga-be von Informationen und technischen Inhalten an ihre Anwender. Fachhändler können ihre Inhalte für Blogs, Videos und Nachrichten bereitstellen und einen Ver-anstaltungskalender veröffentlichen, bei-spielsweise für Webinare und Seminare.

MySolidWorks Manufacturing Network zielt darauf ab, ein Netzwerk unter Solid-works-Anwendern und Fertigungsunter-nehmen zu knüpfen, die über Know-how

in den Bereichen 3D-Druck, Blechbearbeitung, CNC-Bearbeitung und Spritzgießen verfügen.

Der Schmierstoff-Anbieter Liqui Moly baut sein Geschäft für Boots- und Schiffbedarf aus. In diesem Zuge wird Jan Volk Director Business Develop-ment (Boat and Marine). Laut dem Un-ternehmen verfügt er über die nötige Erfahrung, damit das Unternehmen in diesem speziellen Segment national und international stärker wachsen kann.

Cideon, Unternehmen der Friedhelm Loh Group, verstärkt mit Reno Sta-

schinski die Geschäftsführung beim SAP-Lösungsanbieter Cideon Soft-ware. Staschinski soll insbesondere die Zukunft im Bereich CAD-Schnittstellen-lösungen für SAP-PLM bei Cideon mit-gestalten.

Jane Wachutka, Executive Vice Pre-sident und Chief Technology Officer (CTO) bei PTC, ist als eine der Top-CIO/CTO-Führungskräfte in den Vereinig-ten Staaten für ihr Engagement im

Bildungsbereich, insbesondere für die MINT-Fächer (Mathematik, Informa-tik, Naturwissenschaft und Technik) vom „StemConnector“, einem Kon-sortium aus über 152 Unternehmen, Verbänden, politischen Organisatio-nen, Regierungsbehörden, Universitä-ten und akademischen Institutionen gewürdigt worden. Seit Jahren un-terstützt PTC den MINT-Bereich mit Programmen wie First und dem IoT Academic Program.

RICHTIGSTELLUNG

In der Ausgabe 5/2015 ist uns im Artikel „Standard für die Fertigungsindustrie“ (Seite 50-51) leider ein Fehler unterlaufen. Die Zeile über der Überschrift verweist fälschlicherweise auf das „Requirements Interchange Format (RIF)“ anstatt auf den internationalen Standard ReqIF, um den es im Artikel geht. Wir bitten den Fehler vielmals zu entschuldigen.

KURZ

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Dassault hat die zentrale Anlaufstelle seiner Online-Community überarbeitet.

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008 | AKTUELL | Macher & Märkte

Elektrische AutomatisierungSysteme und KomponentenInternationale FachmesseNürnberg, 24. – 26.11.2015

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F O R M N E X T

Neue Messe am StartDie formnext, Messe und Kon-gress für additive Technologi-en und den Werkzeugbau, fin-det vom 17. bis 20. November in Frankfurt am Main statt. Die formnext zeigt unter dem Dach der eindrucksvoll gestalteten Messehalle 3 aktuelle Entwick-lungen der additiven Techno-logien im Zusammenspiel mit konventionellen Verfahren und einem Fokus auf dem Werk-zeug- und Formenbau. Im Be-reich des 3D-Drucks haben sich bereits führende Unternehmen wie Alphacam, Arburg, Arcam, Concept Laser, EOS, Envision-tec, Materialise, Prodways, Re-alizer, Renishaw, Ricoh, Sisma, SLM, Stratasys und viele andere als Aussteller angemeldet. Auch der Werkzeug- und Formenbau ist auf der formnext 2015 pro-minent vertreten. Audi Werk-

zeugbau zeigt mit einer großen Sonderschau sein weltweit füh-rendes Know-how und gewährt einen Ausblick in die Zukunft der Automobilproduktion. Der Schreibgeräte-Hersteller Lamy gibt mit seinem Werkzeug-bau detaillierte Einblicke in die Kompetenz des deutschen Marktführers. Zahlreiche wei-tere Werkzeug- und Formen-bauunternehmen aus Deutsch-land und dem Ausland werden zudem ihr Leistungsspektrum präsentieren. Da rüber hinaus haben renommierte und in-novative Unternehmen und Organisationen aus den Berei-chen Forschung, Materialien, Maschinenbau, Messtechnik, Prototypenbau, Service, Weiter-verarbeitung und Zubehör ihre Messeteilnahme als Aussteller bestätigt.

T R A N S T E C

Sieben-Millionen-Auftrag vom KIT erhaltenDas Karlsruher Institut für Tech-nologie (KIT) baut für den „For-schungshochleistungsrechner“ (ForHLR) bis Ende 2015 einen High-Performance-Cluster mit über 1.100 Rechenknoten auf. Den Zuschlag für diesen Auf-trag – Gesamtvolumen 6,9 Millionen Euro – hat der HPC-Spezialist Transtec erhalten. Es ist der größte Einzelauftrag der Geschichte des Unterneh-mens. Das KIT ist Technische Universität des Landes Baden-Württemberg und nationa-les Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft. Es betreibt unter anderem Grund-lagen- und angewandte For-schung in Bereichen wie Ma-terialwissenschaften, Umwelt,

Energie oder Nanotechnologie. Wegen zahlreicher, rechenin-tensiver Datenanalysen und komplexen Simulationen ent-schied sich das KIT zum Aufbau einer HPC-Cluster-Lösung im eigenen Rechenzentrum. Trans-tec konnte sich in dem EU-wei-ten Ausschreibungsverfahren ForHLR Phase 2 (TED 2014/S 162-290100) gegen namhaf-te und international agierende Wettbewerber behaupten. Aus-schlaggebend war, dass trans-tec gemeinsam mit seinem Technologiepartner Lenovo eine integrierte Gesamtlösung anbieten konnte, die neben der hohen Performance vor allem eine extrem hohe Energieeffizi-enz bietet.

P E R S P E C T I X

Aluca optimiert AngebotserstellungAluca, Anbieter in der Her-stellung hochwertiger Ein-richtungen für Nutzfahrzeu-ge, setzt im Vertrieb auf die Konfigurationssoftware „P’X5 Sales Solution“ des Züricher Softwareanbieters Perspec-tix. Damit spart Aluca bis zu 50 Prozent Arbeitszeit bei der Angebotserstellung. Der Auf-wand zur Kontrolle und zum Einspielen von Produkten in das Warenwirtschaftssystem sinkt um bis zu 30 Prozent. Die Kommunikation zwi-schen Vertriebsaußen- und Innendienst wurde durch die Austauschmöglichkeiten der Software deutlich verbessert. Die P’X5 Sales Solution un-terstützt die technische In-dustrie in der Konfiguration, Projektierung und Preiskalku-lation von variantenreichen

Produkten. Die Geschäftslei-tung hat sich bereits im Mai 2013 zu einer Zusammenar-beit mit Perspectix entschlos-sen. Das Angebot des etwa 120 Mitarbeiter starken Un-ternehmens richtet sich vor allem an Kunden diverser Branchen mit eigenen Fuhr-parks. Sonderbauten sind bei Aluca keine Seltenheit, da das Unternehmen viel Wert auf kundenindividuelle Be-treuung legt.

E D A G

Auto in WolfshautBei Leichtbauprojekten im Automobilbau geht es der-zeit überwiegend um den Einsatz von leichten Materia-lien wie Aluminium, Carbon, Magnesium oder Faserver-bundwerkstoffe. Doch diese Ansätze im PKW-Leichtbau genügen nicht mehr, um die ambitionierten Gewichts- und Emissionsziele für die Fahrzeuge der mobilen Zu-kunft zu erreichen. Lösungen zeigt beispielsweise der Ent-wicklungsdienstleister EDAG

auf der 66. Internationalen Automobil-Ausstellung (IAA) (17. bis 27. September in Frankfurt am Main). Das Un-ternehmen präsentiert dort als Deutschland-Premiere ihr PKW-Konzept „Light Cocoon“. Der Cocoon ist komplett in einer bionisch inspirierten Skelettstruktur gestaltet, ge-nerativ im 3D-Druck gefertigt und mit einer ultraleichten Stoffhaut des Outdoor-Spe-zialisten Jack Wolfskin über-zogen. Dass die Kombination von bionischem Design und generativer Fertigung mehr als eine Utopie ist, zeigt das Wiesbadener Entwicklungs-unternehmen mit weiteren, konkreten Technologiebei-spielen, die zeitnah Realität werden könnten.

Die formnext findet vom 17. bis 20. November in Frankfurt statt.

Leichtbau der Zunkunft: Neue Ma-terialien und Bionik. Bild: EDAG

Die 3D-Ansicht in der P’X5 Sales So-lution vermittelt eine gute Vorstel-lung von der fertigen Fahrzeugein-richtung. Bild: Aluca

Macher & Märkte | AKTUELL | 009

Elektrische AutomatisierungSysteme und KomponentenInternationale FachmesseNürnberg, 24. – 26.11.2015

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S T R A T A S Y S

3D-Druck im SchiffbauDie Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA) nutzt nun additive Fertigungstech-nologie von Stratasys zur Her-stellung maßgeschneiderter Prototypen-Komponenten für Schiffsmodelle. Der Bedarf an 3D-Druck wurde zunächst ex-tern gedeckt, bis HSVA erkann-te, dass mit der Verwendung der Technologie im eigenen Haus weitere Zeit- und Koste-neinsparungen erzielt werden konnten. Nach der Installation des Objet Eden 350V im Jahr 2013 war das Unternehmen in der Lage, schnell und kosten-günstig stabile Hochleistungs-Prototypenteile aus Kunststoff zu erzeugen. „Ein Schiff ist eine komplexe geometrische Form mit vielen komplizierten Form-stücken, die maßstabsgetreu erzeugt werden müssen“, er-

klärt Michael Neumeier, Kon-strukteur bei HSVA. „Die tra-ditionelle Anfertigung eines Schiffsruder-Prototypen aus Holz oder Plastik ist ein sehr an-spruchsvoller und arbeitsinten-siver Vorgang und dauert nor-malerweise bis zu drei Wochen. Mit unserem Stratasys-3D-Dru-cker können wir innerhalb ei-nes Tages Teile produzieren, die nach dem Reinigen bereit sind für die Endmontage.“

M E C A D A T

Auf Euromold und FakumaMecadat, Hersteller von CAM-Software, stellt auf der Euro-mold (22. bis 25. September in Düsseldorf) und auf der Fakuma (13. bis 17. Oktober in Friedrichshafen) Visi als CAM-Branchenlösung für den Werkzeug- und Formenbau in den Mittelpunkt des Messe-auftritts. „Visi setzt auch in der neuen Version 21 wieder den Fokus auf maßgeschneiderte Funktionen für die Werkzeu-gerzeugung“, unterstreicht Ralph Schmitt, Vorstand der Mecadat AG. Serienspritz-gusswerkzeuge für höhere Stückzahlen besitzen in der Regel Mehrfachkavitäten – sogenannte Formnester – und können je Spritzzyklus gleich mehrere Teile aus Kunststoff zur gleichen Zeit produzie-ren. Diese Werkzeuge stellen

spezielle Anforderungen an das CAD-System, da trotz der oft großen Anzahl von Form-nestern – bis zu 64 – ein einfa-ches Handling und schnelles Ändern möglich sein sollte. Hier setzt nun die Solidgrup-pentechnologie von Visi an. Die integrierten Solidgrup-pen wurden in der Version 21 nochmals erweitert. Nun las-sen sich sogenannte Abbilder einer identischen Geometrie-struktur in einer Werkzeug-baugruppe festlegen.

Der Druck eines Schiffsruders-Proto-typen schlägt herkömmliche Ferti-gungsstrategien um Längen.Bild: Stratasys

Visi 21: Mehrfachkavitäten besser handeln. Bild: Mecadat


len Werkzeugbahnen wird im Gleichlauf gearbeitet, Vollschnitte und abrupte Rich-tungswechsel lassen sich vermeiden. Die Bearbeitung beginnt mit dem Eintauchen des Werkzeugs und dem annähernd spi-ralförmigen Abfahren von Werkzeugbe-wegungen, die sich am Ende immer mehr der Sollkontur nähern. Der Fräser arbeitet hierbei weitgehend mit der Mantelseite. Ein innovativer Algorithmus des Systems sorgt dafür, dass immer das gleiche Volu-men pro Fräszahn abgetragen wird. Damit kann man das Werkzeug optimal auslas-ten, aber nicht überlasten und es entsteht ein insgesamt großes Spanvolumen pro Zeiteinheit. Mit anderen Worten, es lässt sich innerhalb kürzester Zeit ein sehr ho-her Materialabtrag erzielen.

Voraussetzung für eine optimale Bearbei-tung ist auch eine dynamische Anpassung des Vorschubs an die vorhandenen Schnitt-bedingungen. Der Anwender gibt also kei-ne festen Werte für den Vorschub an, son-dern „Best-case“-Eckdaten, die die jeweilige Werkzeugmaschine und das Werkzeug fah-ren können. Der Werkzeugweg wird dann unter Berücksichtigung des Spanvolumens und eines harmonischen Verlaufs automa-tisch berechnet. Die Schrupp-Strategien sind sowohl für weiche als auch für sehr harte Werkstoffe geeignet.

Die Praxistauglichkeit steht mittlerwei-le außer Frage, wie sich schon bei zahlrei-chen Anwendern gezeigt hat. Die zu erzie-lenden Geschwindigkeitsvorteile liegen zwischen 20 und 70 Prozent, je nach Auf-gabe. Im Durchschnitt werden oft 30 bis 50 Prozent erreicht.

Daneben gibt es weitere Vorteile: Durch den „sanften“ Eingriff der Werkzeuge wer-den diese geschont, wodurch die Stand-zeit steigt.

In Technik und Wirtschaft werden Ver-besserungen von einigen Prozentpunk-ten bejubelt, zum Beispiel ein System, das um zehn Prozent schneller läuft oder

ein Motor, der einige PS mehr hat.Dass es aber bei Fräsarbeiten möglich

ist, um Faktoren schneller zu werden – was bereits Anwender bestätigten –, das ist au-ßerordentlich und lässt sich nur mit einem echten Technologiesprung begründen.

OPEN MIND macht einen solchen Sprung nach vorne. Mit dem neuen Perfor-mance-Paket hyperMILL MAXX Machining beginnt gewissermaßen eine neue Ära des Fräsens. Alles, was man bisher über Fräs-zeiten aus der Praxis wusste, muss neu ge-dacht werden: Es geht viel, viel schneller.

Power mal zweihyperMILL MAXX Machining ist ein hoch-effizientes Power-Paket für das Schrup-pen und Schlichten. Beide Module ermög-lichen ein großes Einsparpotenzial bei gleichzeitig hohen Qualitätsansprüchen.

Das Schruppmodul ist die Lösung für High-Performance-Cutting-Bearbeitun-

gen (HPC) in trochoidalen Werkzeugbe-wegungen. Diese Operationen sind nicht nur deutlich schneller als konventionelles Schruppen, sondern bieten auch weitere Vorteile.

Das Schlichtmodul umfasst die Bear-beitung von Ebenen und Freiformflächen mit unterschiedlichen Tonnenfräsern. Beim Vorschlichten und Schlichten sind deutliche Beschleunigungsfaktoren mög-lich, die man gerne mit sechs-, acht- und zehnmal schneller oder gar noch höher ansetzen darf – bei besserer Oberflächen-qualität gegenüber der Bearbeitung mit Kugelfräsern.

Schneller schruppenBereits seit über vier Jahren bietet OPEN MIND Strategien für die HPC-Bearbeitung an, die es erlauben, deutlich höhere Span-volumina pro Zeiteinheit zu erzielen und gleichzeitig Werkzeuge und Maschinen zu schonen. Die Zyklen lassen sich für 2D-, 3D- und 5-Achs-Simultanaufgaben einset-zen und zwar voll integriert in das Gesamt-system. Für die Erzeugung der trochoida-

N E U E Ä R A D E S F R Ä S E N S

Schruppen und Schlichten neu erfunden hyperMILL MAXX Machining ist das neue Performance-Paket für hocheffizientes Schruppen und Schlichten der OPEN MIND

Technologies AG. Mit der innovativen CAM-Lösung lässt sich viel Zeit einsparen bei gleichzeitig hoher Qualität.

VON KARL OBERMANN

018 | CAD & DESIGN | Titelstory: OPEN MIND hyperMILL MAXX Machining Anzeige

Schruppen mit hyperMILL MAXX Machining: großer Material-abtrag in kurzer Zeit.

HPC-Bearbeitung in trochoidalen Werkzeugbahnen.


Anzeige Titelstory: OPEN MIND hyperMILL MAXX Machining | CAD & DESIGN | 019

Schneller schlichten „Als einer der ersten CAM-Hersteller hat sich OPEN MIND mit der Bearbeitung durch spezielle Fräser auseinandergesetzt, die sehr große Radien nutzen“, so Peter Brambs, Principal Engineer of Product In-novation bei OPEN MIND.

Das Ergebnis ist das Schlichtmodul in hyperMILL MAXX Machining. Eine hoch-effiziente Methode für das Vorschlichten und Schlichten von Ebenen und Freiform-flächen mit verschiedenen Tonnenfräsern. Erst im Zusammenspiel mit den richtigen CAM-Strategien können diese Werkzeug-typen ihr volles Potenzial in der industriel-len Anwendung entfalten.

Das Optimierungspotenzial ist so groß, dass Bearbeitungen mit Tonnenfräsern jetzt für zahlreiche Fertigungsunterneh-men von großem Interesse sein dürften. Bis zu 90 Prozent Zeiteinsparung Speziell für die Ebenen-Bearbeitung hat OPEN MIND die neue Strategie „Tangen-tiales Ebenenschlichten“ entwickelt. Wird diese zusammen mit dem neuen konischen Tonnenfräser eingesetzt, las-sen sich Zeiteinsparungen von bis zu 90 Prozent realisieren. Aufgrund der großen Radien der konischen Tonnenfräser, zum Beispiel R = 500 Millimeter, sind Bahn-abstände von sechs und acht Millime-tern durchaus machbar. Daraus resultie-ren stark verkürzte Fräszeiten. „Bei einem aktuellen Praxisbeispiel geben unsere Kunden eine Laufzeitverkürzung von drei Schichten auf drei Stunden an“, sagt Peter Brambs, „da steckt locker der Faktor acht drin.“ Und das bei optimalen Ober-flächenqualitäten.

Die CAM-Innovation „Tangentiales Ebe-nenschlichten“ ist sowohl für einfache als auch für schwer zugängliche Ebenen ein-setzbar. Da alle Werkzeugbahnen nicht nur automatisch, sondern auch kollisions-geprüft erzeugt werden, ist eine hohe Pro-zesssicherheit gegeben.

Bauteile mit vielen unterschiedlichen Ebenen, wie sie beispielswiese im Werk-zeug- und Formenbau vorkommen, bieten ein großes Potenzial.

Werkzeugradius und ZustellungWie sind die hohen Oberflächenqualitäten bei reduzierten Bearbeitungszeiten zu er-reichen? Im Wesentlichen geht es hierbei um das Zusammenspiel zweier Aspek-te: dem Werkzeugradius und der Zustel-lung. Diese beiden Größen bestimmen die Oberflächengüte eines Werkstücks.

Die Qualität der Oberfläche sinkt mit der Größe des Bahnabstandes und steigt mit zunehmendem Werkzeugdurchmesser. Das drückt auch folgende Tabelle aus:

Werkzeug-durchmesser

Zeilen-sprung Rautiefe

10 mm 0,2 mm 0,001 µm

10 mm 1,0 mm 0,025 µm

150 mm 0,2 mm 0,066 µm

Wer also eine kurze Bearbeitungszeit er-reichen möchte, zum Beispiel mit einem Zeilensprung von 5 anstatt 0,5 Millime-ter, muss den Werkzeugradius um ein Viel-faches vergrößern, um gleichzeitig eine geringe Rautiefe zu erreichen.

Zur Veranschaulichung ein Zahlenspiel: Wird für eine bestimmte Rautiefe ein Frä-ser mit 500 Millimetern Radius benötigt, muss im Arbeitsraum ein Werkzeug mit 1.000 Millimeter Durchmesser zum Ein-satz kommen. Man kann schnell erkennen, dass dies keine Lösung ist.

Wesentlich bessere Ergebnisse lassen sich erreichen, wenn nur ein Teil des Krei-ses, ein sogenanntes Kreissegment, am Fräser abbildet wird. Im hyperMILL MAXX Machining-Schlichtmodul kommen un-terschiedliche Werkzeugtypen in Tonnen-form zum Einsatz: • allgemeine Tonnenfräser• tangentiale Tonnenfräser und• konische Tonnenfräser „Alle genannten Fräsertypen werden in hyperMILL komplett unterstützt und sind zudem kollisionsgeprüft, wie man es sonst auch von unserem System kennt“, erläu-tert Peter Brambs.

Die Werkzeugdefinition in hyperMILL ist schnell und einfach. Bei der Simulation las-sen sich die neuen Fräsertypen genauso einsetzen wie konventionelle Werkzeuge.

„Die Programmierung gestaltet sich ein-facher als bei Kugelfräsern“, betont Peter Brambs. Aus der Praxis ist zu hören, dass die Programmierung der Tonnenfräser-bahnen nur halb so lange dauert als beim Einsatz von Kugelfräsern.

Bis jetzt unterstützen folgende 5-Achs-Zyklen die automatische Ausrichtung der genannten Fräser:

• tangentiales Ebenenschlichten• Tangentialfräsen• 5-Achs-Nachbearbeitung • 5-Achs-Bearbeitung von Impellern, Blisks

und TurbinenschaufelnWeitere Zyklen sind in der Planungs- und Testphase und ermöglichen die kontinu-ierliche Erweiterung des Anwendungs-spektrums.

Die beiden Module des Pakets sind voneinander unabhängig und können separat erworben werden. hyperMILL MAXX Machining wird mit der kommen-den hyperMILL-Version 2016.1 verfüg-bar sein und erstmalig auf der EMO in Mailand (5. bis 10. Oktober) in Halle 4 am Stand C10 gezeigt. R T |

Karl Obermann ist freier Fachjournalist in Groß-habersdorf bei Nürnberg.

Hocheffiziente Schlicht-Strategie: „Tangentiales Ebenenschlich-ten“ im Werkzeug- und Formenbau.

Schnelle Ebenenbearbeitung von schwer zugänglichen Stellen am Beispiel eines Strukturteils.

Schlichten mit hyperMILL MAXX Machining: Schnell und komfor-tabel zu perfekten Oberflächen. Bilder: OPEN MIND

Peter Brambs arbeitet als

Principal Engineer of

Product Inno-vation bei

OPEN MIND.


Technologieentwicklungen. Allerdings muss unser extrem hoher Automatisie-rungsgrad gleichzeitig ausgereift und be-herrschbar sein. Deshalb setzen wir gern bereits bewährte Systeme ein, die durch fortschrittliche Technologie, Qualität und hohe Verfügbarkeit überzeugen. Bosch Rexroth ist hier ein zuverlässiger Part-ner für die Verbindungstechnik aus einer Hand. Im Detail heißt das für uns automa-tisierte Schrauberwechsel an Robotern zur Unterstützung der kurzen Taktzeiten sowie vollautomatisch und prozesssicher erzeugte Schweißpunkte, die den hohen Audi-Qualitätsstandards entsprechen.“

Qualität an 4.500 Schweißpunkten Bei der Fertigung von täglich 850 Karos-serien spielen die Faktoren Präzision, Zeit, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit do-minierende Rollen. Der A3 hat je nach Modell rund 4.500 Schweißpunkte bei un-terschiedlichsten Blechkombinationen. „Das vielfach felderprobte Rexroth-Mit-telfrequenz-/Gleichstrom-Schweißsystem PS6000 erfüllt an den hier eingesetzten 510 Schweißzangen unsere hohen Ansprü-che an prozesssichere Schweißqualität und Wirtschaftlichkeit. Mit dem adaptiven Strom-/Spannungsregler und der integrier-ten Prozessüberwachung nutzen wir zwei wichtige qualitätssichernde Module dieser Schweißsteuerung“, erläutert Mittel.

„Durch die integrierte Prozessüberwa-chung konnten die Prüfzyklen erweitert werden“, betont er und bestätigt die Vor-züge im alltäglichen Einsatz: „Die Wieder-holgenauigkeit des Schweißvorgangs ist sehr gut, mögliche Störgrößen werden eli-miniert und die Qualität der Schweißpunk-te überzeugt. Wir profitieren somit von der Qualitätsverbesserung und geringeren Be-triebskosten bei gleichzeitig hoher Flexibili-tät des Produktionssystems, die notwendig ist, um die unterschiedlichen Blechkombi-nationen sicher zu verschweißen.“

Keine Frage: Die 2012 von Audi neu in Betrieb genommene Halle N60 ist eine Glanzleistung in Sachen progressiver Technik und ein hoch-

modernes Industriegebäude, das seines-gleichen sucht. Auf rund 60.000 Quad-ratmetern Nutzfläche mit vier Kilometern Fahrstraßen gliedert sich die Halle in zwei Fertigungsebenen plus Fördertechnik und darüber liegenden Versorgungsstegen für alle relevanten Leitungen.

Der hohe Technologiestand basiert auf dem Audi-Produktionssystem APS, das mit Takt, Fluss, Pull und Perfektion eines der flexibelsten und effizientesten der Auto-mobilindustrie ist.

Lorenz Mittel, zuständig für Technolo-giethemen im Karosseriebau des A3 in In-golstadt, verweist nicht ohne Stolz auf den Umlauf und die hohen Stückzahlen: „Wir produzieren hier seit rund zweieinhalb Jahren in Serie. Den großen Stückzahlen-sprung von anfänglich rund 400 auf die heutigen 850 Fahrzeuge pro Tag haben wir in nur wenigen Wochen geschafft und

fertigen seither im Drei-Schicht-Betrieb täglich unterschiedliche, den Kundenwün-schen entsprechende Modelle des Audi A3 in freiem Mix.“

Hochautomatisierte FertigungDer A3 gilt durch puristisches Design und Funktionalität als Premium-Fahrzeug der Kompaktklasse. Dieser Erfolg basiert nicht zuletzt auf der hochautomatisierten Fer-tigung. Die komplette Karosseriebauli-nie ist in 130 Einheiten unterteilt und be-schäftigt rund 800 Mitarbeiter. Unter den insgesamt 850 Industrierobotern sind 429 Schweißroboter, 335 Handlingroboter und 86 Kleberoboter. Viele Roboter, die Einzel-teile wie zum Beispiel den Radhauskasten zusammenschweißen, sind in Gruppen zu-sammengefasst.

Audi setzt in puncto der Verbindungs-techniken Schrauben und Schweißen im Karosseriebau durchgängig auf Rexroth-Lösungen. Mittel begründet diese Ent-scheidung: „Bei der Planung einer Halle verfolgen wir konsequent die neuesten

M O D E R N E S C H R A U B - U N D S C H W E I S S T E C H N I K S C H A F F T B E I M A U D I A 3 S I C H E R E V E R B I N D U N G E N

Starke Verbindung Die Halle N60 bei Audi in Ingolstadt gilt als eine der modernsten und effizientesten Karosseriebauten weltweit. 850 Roboter

fertigen täglich ebenso viele A3. Beim Schweißen und Schrauben setzt Audi auf Rexroth-Systeme. VON HORST BIEDENBÄNDER

030 | BRANCHE | Automotive

Audi setzt bei den Verbindungstechniken Schrauben und Schweißen im Karosseriebau durchgängig auf Rexroth-Lösungen.


Vollautomatischer SchrauberwechselQualität ist auch das wichtigste Stichwort, wenn es um die zahlreichen Schraubver-bindungen des Audi A3 geht, von denen am gesamten Fahrzeug 250 in die obers-te Kategorie „sicherheitsrelevant“ einzu-ordnen sind. Damit wächst die Bedeutung der richtigen Auswahl der Verschraubung sowie der dafür am besten geeigneten Montagetechnik. Mittel bringt die Heraus-forderung auf den Punkt: „Unser hoher Au-tomatisierungsgrad, kurze Taktzeiten und möglichst geringer Platzbedarf erfordern in Halle N60 automatisierte Wechsel von Schraubern an den Robotern. Wir sparen zusätzliche Roboter ein, indem wir in der laufenden Produktion innerhalb weniger Sekunden verschiedene Schrauberkombi-nationen an den Robotern an- und abdo-cken können.“

Diese anspruchsvolle Aufgabe über-nimmt das Rexroth-Schraubsystem 350. Es ermöglicht den schnellen, verwechs-lungssicheren Werkzeugtausch und wird anhand des intuitiven Bediensystems BS350 programmiert und gesteuert. Die Schraubspindeln sind modular aufgebaut, so dass Audi sie exakt an den jeweiligen

Schraubfall anpassen kann. Zudem kön-nen Messwertgeber redundant ausgelegt werden und erfüllen somit die hohen An-sprüche der VDI2862-Richtlinien an sicher-heitskritische Verschraubungen. So bietet das Rexroth-Schraubsystem beim Anbau der Türen und der Heckklappenscharnie-re hochgenaue Schraubergebnisse – und das mit hohen Standzeiten, da die Spin-deln auf eine Million wartungsfreie Zyklen unter Volllast ausgelegt sind, so dass Audi von den hohen Standzeiten profitiert.

Technik-Highlight und AllrounderEines der Highlights im Karosseriebau des A3 ist der Anbau der Türen, bei dem die Verschraubung vollständig automatisiert ist. Die Karosserien werden in eine Sta-tion gefahren, fixiert und gemessen, so dass die beidseitig anfahrenden Schraub-roboter jederzeit die exakte Position der Karosserie und somit der Schraubstellen kennen. „Die Schrauber arbeiten wegen ihrer zuverlässig hohen Qualität und lan-gen Standzeiten sehr unauffällig. Bei jeder Schraubverbindung werden Größen wie Drehmoment und Drehwinkel überwacht und dokumentiert. Durch Zusammen-

führung des Schraubergebnisses und der fahrzeugbezogenen Schraubverbindung können diese Daten in unsere Dokumen-tationsdatenbank integriert werden. So-mit werden sämtliche Daten automatisch auf unserem eigenen Datenserver in der Halle abgespeichert“, betont Mittel.

Und dann verweist der Experte für die Technologieentwicklung noch auf einen weiteren Aspekt der Audi-Fertigungsphilo-sophie: „Unsere Straßenführer, also die An-lagenbediener, sind Allrounder. Sie müs-sen alle angewandten Techniken von den Schraubsystemen bis hin zu den Überwa-chungssystemen kennen, Teile bestellen, auf die Qualität achten und die Wartung selbst durchführen. Da ist es sehr hilfreich, dass wir mit Bosch Rexroth einen kompetenten Lie-feranten haben, der Schraub- und Schweiß-technik aus einer Hand liefert und mit dem wir sowohl langfristig als auch internatio-nal an anderen Audi-Standorten arbeiten können.“ J B I |

Dipl.-Inf. Horst Biedenbänder ist Produktmana-ger für den Bereich Widerstandsschweißen und Schraubsysteme bei der Bosch Rexroth AG.

Rexroth-Schweißsteuerungen PS6000 zum Erzielen von prozesssicherer Schweißqualität.

Das Rexroth-Mittelfrequenz-/Gleichstrom-Schweißsystem PS 6000 erfüllt an 510 Schweißzangen die hohen Ansprüche an prozesssichere Schweißqualität und Wirtschaftlichkeit bei Audi.

Rexroth-Schraubsystem 350 mit vollautomatisiertem Schrauberwechsel. Eines der Highlights im Karosseriebau des A3: Der Anbau der Türen, bei dem die Verschraubung vollständig automatisiert ist. Bilder: Bosch Rexroth


dung als Fußballstadion anzupassen. Die Renovierung kostete etwa 500 Millionen US-Dollar.

Novacap, ein staatliches brasilianisches Unternehmen mit Bauprojekten in Brasí-lia, fragte an, um die Sicherheit der Stadi-onkonstruktion im Hinblick auf die Wind-last zu überprüfen. Traditionell erfolgt dies, indem man ein maßstabsgetreu-es Modell baut und dieses im Windkanal testet, wobei die Belastungen am Modell gemessen werden. In letzter Zeit wurden Projekte durchgeführt, bei denen die Be-lastungen der Struktur mit Hilfe von CFD vorhergesagt und anschließend die CFD-Simulation im Windkanal validiert wurden. Inzwischen ist die Entwicklung der CFD-Si-mulation eines Stadions jedoch an einem Punkt angekommen, wo die Validierung im Windkanal nicht mehr obligatorisch ist, was viel Zeit und Kosten spart.

In diesem Fall musste die Validierung in nur 15 Tagen erfolgen, wesentlich schnel-ler, als es dauern würde, ein maßstabsge-rechtes Modell zu bauen und dieses im Windkanal zu testen.

Die SimulationNovacap lieferte ein Architekturmodell der Konstruktion. Das Stadion besteht aus

Das Estádio Nacional Mané Gar-rincha, ein Fußballstadion mit 70.000 Sitzplätzen in Brasília, wurde 2013 grundlegend reno-

viert und war Austragungsort für sieben Spiele des FIFA World Cups 2014 in Brasili-en, darunter auch ein Viertelfinale. Die Va-lidierung einer Stadionkonstruktion dieser Größe für Windlasten erfordert normaler-weise Windkanaltests, die zeit- und kos-tenintensiv sind und das Risiko von Skalie-rungsfehlern mit sich bringen.

Ein maßstabsgerechtes Modell, das in einen Windkanal passt, zeigt nicht ex-akt das gleiche Verhalten wie ein extrem großes Gebäude. Mit Unterstützung von CFD-Simulationsspezialisten nutzte der technische Berater des Projekts die Multi-physics-Simulationsfunktionen von Ansys, um die Sicherheit des Stadions nachzu-weisen.

Verwendet wurden CFD-Tools, um die Luftströmung um das Stadion herum

und den Druck auf das Stadiondach vor-herzubestimmen. Anschließend führte der Ingenieur eine Strukturuntersuchung durch, um die kombinierten Effekte von Wind, Stadion-Infrastruktur und Zuschau-ern zu ermitteln. Die Analytiker empfah-len mehrere Änderungen, unter anderem eine Erhöhung der Anzahl der Seile und der Seilspannung. Dies ist wahrscheinlich das erste Mal, dass die CFD-Analyse bei der Konstruktion eines großen Stadions in Brasilien als Ersatz für Windkanaltests ein-gesetzt wurde.

Die Analyse dauerte nur zwei Wochen. Die Simulation kostete lediglich ein Drittel der Windkanaltests und benötigte nur ein Zehntel der Zeit.

Große RenovierungErrichtet wurde das Estádio Nacional Mané Garrincha ursprünglich 1974 und nach dem brasilianischen Fußballspieler Mané Garrincha benannt. 2011 erfolgte ein nahezu Komplettabriss durch Spren-gung, um für das heutige Stadion Platz zu schaffen. Das neue Stadion ist mit einer neuen Fassade, einem Metalldach und Tri-bünen sowie einem tiefer liegenden Spiel-feld ausgestattet, das von jedem Platz aus eingesehen werden kann.

Beim Wiederaufbau wurde die untere Sitzreihe entfernt und die obere Sitzreihe in eine neue rechteckige „Schüssel“ integ-riert. Das Spielfeld wurde verkleinert, um das Stadion an seine alleinige Verwen-

M U L T I P H Y S I K - A N A L Y S E D E S S T A D I O N S I N B R A S Í L I A F Ü R O P T I M I E R T E S S Y S T E M D E S I G N

Auf Sieg ausgelegtAnalyse eines Weltmeisterschaftsstadions mit Multiphysics-Tools von Ansys erforderte nur ein Zehntel der Zeit von

bis dato gängigen Windkanaltests. VON PAULO DE MATTOS PIMENTA

038 | SIMULATION & VISUALISIERUNG | Multiphysics

Das 2013 grundlegend renovierte Estádio Nacional Mané Garrincha bietet Platz für 70.000 Fußball-Fans und war während der WM 2014 Austragungsort für sieben Spiele der Weltmeisterschaften. Bild: iStock.com/mtcurado

Strömungslinien und Luftdruck am Dach gemäß der CFD- Berechnung.

Multiphysics | SIMULATION & VISUALISIERUNG | 039

zwei unabhängigen Strukturen: Das Dach wird von Stützen getragen und ist unab-hängig vom Stadion, das aus Sitzen, Trep-pen und Rampen besteht. Das Dach hat ei-nen Durchmesser von 309 Metern und ist das größte Runddach der Welt. Der CFD-Designraum hat eine Ausdehnung von 6 Kilometern in horizontaler wie auch in ver-tikaler Richtung und ist damit etwas 20-mal größer als das Stadion.

Das Modell verwendet Hexaeder, Tet-raeder und pyramidenförmige Elemente und umfasst 20 Millionen Rechenzellen und 120 Millionen Freiheitsgrade. Das Simulationsteam entfernte in mehreren Durchgängen Details der Geometrie, die keinen Einfluss auf die Strömung haben, wodurch die Simulation ohne Einbußen bei der Genauigkeit beschleunigt wur-de. Die Windgeschwindigkeiten wurden der brasilianischen Bauordnung entnom-men, die eine Geschwindigkeit von 35 Metern pro Sekunde vorsieht. Das Team definierte den Wind aus zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen als Randbedingung am Rand des Lösungs-bereichs und verwendete das k-epsilon-Turbulenzmodell.

Vier Stunden dauerte die Simulation auf einem Hochleistungs-Rechencluster mit 12 Knoten, 24 Prozessoren und 96 Gi-gabyte Arbeitsspeicher. Das Resultat der Analyse lieferte die (positiven und negati-ven) Drucklasten, die der Wind auf die ver-schiedenen Elemente der Struktur ausübt.

Strukturanalyse Für die Strukturanalyse wandelte der Ingenieur das Design in ein Finite-Ele-mente-Modell mit 100.000 Stab- und Flächenelementen um. Mit Hilfe der An-sys-Workbench-Umgebung wurden die vom CFD-Modell berechneten Drücke in Ansys Mechanical übertragen. Ebenfalls berücksichtigt wurden durch Zuschauer auf den Tribünen verursachte Gewichtsbe-lastungen.

Zunächst führte der Ingenieur eine line-are statische Analyse mit allen ausgeübten

Belastungen durch. Eine dynamische Ana-lyse berechnete die Eigenschwingungs-formen und Schwingungsfrequenzen der Konstruktion. Die Modalanalyse wurde an der vorgespannten Konstruktion durchge-führt. Die niedrigste Frequenzmode war eine Drehschwingung bei unter 0,5 Hertz. Diese Schwingungsart stellte ein Problem dar, da die ursprüngliche Konstruktion kei-ne große Steifigkeit gegen Verdrehen be-saß. Akzeptabel war die niedrigste Biege-schwingung, die bei 0,8 Hertz lag. Durch manuelle Berechnungen bestimmte der Ingenieur den Verstärkungsfaktor der Kon-struktion.

Nun folgte die Beurteilung verschiede-ner Designänderungen mithilfe des CFD-Modells, um das Problem der Drehschwin-gung zu lösen. Die Simulation zeigte, dass durch zusätzliche Seile und durch Erhö-hen der Zugkraft in einigen der vorhan-denen Seile die Drehsteifigkeit der Kons-truktion verringert und die Frequenz der Drehschwingung auf über 0,8 Hertz er-höht werden konnte. Diese Änderungen wurden beim Bau berücksichtigt und die Konstruktion 2013 fertiggestellt. Erstmals kam das Stadion beim Eröffnungsspiel des Confederations Cup zum Einsatz, das Bra-silien gegen Japan gewann. Neben den Spielen der Weltmeisterschaft 2014 wird es auch Schauplatz einiger Fußballspiele der Olympischen Sommerspiele 2016 sein, die in Rio de Janeiro stattfinden. J B I |

Paulo de Mattos Pimenta ist Professor am Polytech-nikum der Universität São Paulo, Brasilien.

weil Qualität entscheidend ist

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Belastungen in Seilen und Dachträgern gemäß Be-rechnung durch die Strukturanalyse. Bilder: Ansys


anderem Über- und Unterwassertechno-logie für die Marine liefert, produzierte Lapp Muller ein stahlummanteltes Unter-wasser-Sonarkabel, das einem Druck von bis zu 60 bar standhält sowie eine Kont-rollleitung, die bis zu 700 bar widersteht.

Ein weiteres Beispiel ist die SBM-Gruppe aus Monaco – sie entwickelt, baut und in-stalliert so genannte Mooring-Systeme. Das sind verankerte Bojen, die am Mee-resboden mit einer Pipeline verbunden sind. Von dort aus können die Tanker mit Öl beladen werden. Lapp Muller hat für diese Systeme Steuerleitungen geliefert, die Signale zum Öffnen und Schließen der Ventile zuverlässig auf dem Meeresboden übermitteln und Transportleitungen, die den besonders extremen Bedingungen widerstehen.

„Heat“ für die ArktisIn der Arktis herrschen im Winter manch-mal Temperaturen von unter -50 Grad Cel-sius. Deshalb ist die Seefahrt in diesen ei-sigen Gebieten mit großem technischem Aufwand verbunden. Nautische Geräte müssen hier dauerhaft zuverlässig funkti-onieren. Die russische Firma Technomarin aus St. Petersburg, die auf die Entwicklung und Produktion von Funknavigations-ausrüstungen für die See- und Luftfahrt

Buchstäblich mit allen Wassern ge-waschen ist die Lapp-Tochter Lapp Muller SAS in Grimaud in Südfrank-reich an der Côte d’Azur. Das Un-

ternehmen entwickelt und fertigt unter anderem Sonderleitungen für Unterwas-ser-Applikationen, zum Beispiel für die Bereiche Öl & Gas oder für die Sicherheits- und Militärtechnik.

Jede Leitung wird nach Kundenwunsch und der jeweiligen Anforderung entwor-fen und produziert. Beispielsweise hat Lapp Muller Sonderleitungen für fernge-steuerte Tiefseefahrzeuge (ROV, remotely operated vehicle) entwickelt, Kombinati-onen aus Steuerleitungen und Koaxial-Ka-beln für die Videoüberwachung, schwim-mende ROV-Kontroll-Leitungen oder Kontroll-Leitungen zum Steuern der Bag-ger auf dem Meeresgrund. Für die fran-zösischen Firmen Comex und Comanex, beide projektieren bemannte und unbe-mannte Tiefseeeinsätze, hat Lapp Muller Versorgungssysteme entwickelt, die in bis zu 1.500 Metern Tiefe funktionieren.

In einer druckgeschützten Leitung mit einem Durchmesser von rund 90 Millime-tern stecken neben dem Beatmungssys-tem bis zu 20 verschiedene Anschluss-,

Steuer- und Datenleitungen. Ähnliche Sys-teme wurden auch für das italienische Un-ternehmen Saipem entwickelt.

Saipem stellt Maschinen, Plattformen und weitere Produkte für die Erdölgewin-nung, das Legen von Pipelines und das Bohren nach Gas- und Ölvorkommen her und installiert diese.

Marine-AnwendungenAuch in den nationalen Marinen werden Sonderleitungen gebraucht. Beispielswei-se hat Lapp Muller schwimmende Unter-wasser-Antennenkabel für U-Boote ent-wickelt. Für einen Weltkonzern, der unter

R O B U S T E K A B E L F Ü R M E E R E S A N W E N D U N G E N A U C H I N D E R A R K T I S

Kabel für Meer und EisIm Meer und am Meer müssen Kabel Nässe, aggressiven Salzen und (unter Wasser) auch hohem Druck widerstehen.

Maßgeschneiderte Kabel- und Verbindungstechnologie für diese extremen Bedingungen liefert beispielsweise

die Lapp-Gruppe. VON IRMGARD NILLE

046 | ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION | Kabellösungen

Die russische Firma Technomarin aus St. Petersburg verdrah-tet Leuchtfeuer und Navigationssysteme in der Arktis mit Lapp-Kabeln.

Ölflex-Heat-Leitungen kommen nicht nur mit Hitze, sondern auch tiefen Temperaturen gut zurecht.

Kabellösungen | ELEKTROTECHNIK & AUTOMATION | 047

spezialisiert ist, nutzt zur Verkabelung ih-rer Leuchtfeuer und Navigationssysteme in der Arktis ausschließlich Produkte von Lapp: „Da wir unsere Ausrüstungen an-gesichts der extremen Einsatzorte höchs-tens alle ein bis zwei Jahre warten können, brauchen wir sehr hochwertige und zuver-lässige Kabel. Deshalb haben wir uns für Lapp entschieden“, erklärt der Leiter von Technomarin. Das Unternehmen braucht insbesondere auch Kabel, die einfach zu installieren sind. Sie werden zum An-schluss von Solarsystemen, Batterien und Power-Modulen für die Leuchtfeuer und Navigationssysteme verwendet.

Ein Beispiel findet sich in der Meerenge Jugorstraße zwischen Karasee und Barents-see im Norden Russlands: Dort ist ein Wind-generator mit automatischem Schmiersys-tem, Solarmodulen, ein Akkumulatorsatz, ein Rundum-Positionslicht und ein Gerät, das es erlaubt, Schiffe und Flugzeuge bei

Notfällen schneller zu finden, mit Kabeln von Lapp ausgestattet. Ähnliche nautische Ausrüstungen wurden in der Nähe von Dik-son, Ausgangspunkt vieler Polarexpeditio-nen, oder für die Deckpeilungsbake in der Nähe des Hafens Tiksi an der Nordpolar-meerküste installiert.

Für diese extremen Einsatzorte wurden Kabel der Serie „Ölflex Heat“ verwendet. Diese Leitungen kommen nicht nur mit Hit-ze gut zurecht, sie sind vielmehr Alleskön-ner in den extremen Temperaturbereichen. Die Heat 180 EWKF beispielsweise ist eine Silikonleitung mit erhöhter mechanischer Festigkeit. Sie zeichnet sich durch gute Hy-drolyse- und UV-Beständigkeit sowie Be-ständigkeit gegen eine Vielzahl von Ölen, Alkoholen, pflanzlichen und tierischen Fet-ten und anderen chemischen Substanzen aus und hält Temperaturen bis zu -50 Grad Celsius aus, was für den Einsatz in der Ark-tis am Wichtigsten ist. Im Vergleich zu her-kömmlichen Silikonleitungen weist sie eine längere Lebensdauer im rauen Einsatz auf. Kerb- und einreißfeste Silikonmischungen reduzieren Beschädigungen durch mecha-nische Einwirkung und durch die Verwen-dung spezieller Additive in EWKF Silikon kann sogar teilweise auf armierte Leitungs-versionen verzichtet werden.

Ihre gute Flexibilität vereinfacht die Ver-legung bei limitierten Platzverhältnissen und nach der Beflammung zurückbleiben-des SiO2-Aschegerüst besitzt isolierende Eigenschaften.

Wenn noch niedrigere Temperaturen zu erwarten sind, verwendet Technomarin die Heat 205 SC. Diese Leitung eignet sich für

Temperaturen bis -100 Grad Celsius und funktioniert auch in aggressiven chemi-schen Medien zuverlässig. Sie hat eine hohe Durchschlags- und Verschleißfestigkeit, Reißfestigkeit und ist beständig gegenüber Hydraulikflüssigkeiten und Mikroben.

Es handelt sich um eine Aderleitung aus Fluorethylenpropylen (sprich: FEP), das heißt, das Isoliermaterial ist aus Teflon. Dieses Material ermöglicht den extremen Temperaturbereich. Darüber hinaus hat FEP sehr gute Eigenschaften im Blick auf die Beständigkeit gegen UV-Licht, Öle und andere Flüssigkeiten.

Für die Außen-Verkabelung der Positi-onslichter vertraut Technomarin auf Heat 180 SiF mit Litzenleitern und einer Tempe-raturbeständigkeit von -50 Grad bis +180 Grad Celsius. Herkömmliche Aderisolier-werkstoffe würden bei den extremen Tem-peraturschwankungen in der Arktis nach kurzer Zeit verspröden. Die Isolation auf Silikon-Basis ist bestens gewappnet und schützt gegen eine Vielzahl chemischer Substanzen.

Robuster AußenmantelFür Unternehmen der Öl- und Gas-Indus-trie oder des Bergbaus besteht die Mög-lichkeit, diese Leitungen mit einer zusätz-lichen Armierung zu versehen, um einen erhöhten mechanischen Schutz zu ge-währleisten. Darauf hat sich Camuna Cavi in Italien, ebenfalls ein Unternehmen der Lapp Gruppe, spezialisiert. J B I |

Irmgard Nille ist freie Journalistin aus Hamburg.

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Ferngesteuerte Tiefseefahrzeuge erforschen den Meeresgrund. Lapp-Kabel bringen Steuersignale auf bis zu 1.500 Meter Tiefe. Bilder: Lapp


Digital Engineering Magazin (DEM): Welchen Teil der Wert-schöpfungskette im Additive Manufacturing deckt LMD ab?Hümmeler: Unser Angebot reicht von der Ideenfindung und Be-ratung über die Konstruktion und Fertigung bis hin zur Nachbear-beitung. Wenn Montagearbeiten zu leisten sind oder Kunden Un-terstützung bei der Inbetriebnahme wünschen, sind wir auch zur Stelle. Wir decken die komplette „Produktzeitreise“ ab; meist geht es um Maschinenkomponenten, Greifer oder Prototypen. Schwer-punkte liegen in den Bereichen Verpackung – insbesondere von Lebensmitteln – Kunststoffe und Robotik sowie Automation. Wir fertigen additiv ausschließlich Kunststoffteile und setzen als Werk-stoffe Polyamid 12 und 6, Alumide oder das Polyurethan TPU ein. Wir arbeiten aber daran, unser Werkstoff-Spektrum zu erweitern. Seit wir vor 10 Jahren anfingen, ist zwar einiges vorangegangen. Doch es gibt noch viel zu tun.

DEM: Additive Manufacturing reift. Werden auch die Erwartungen von Neukunden reifer und realistischer?Hümmeler: Auch daran arbeiten wir! Oft beginnt die Kundenbe-ziehung damit, dass wir den Kunden besuchen, seine Fertigung ansehen und Problemstellungen erörtern. Dann steigen wir in den

kreativen Austausch ein – da-rüber, ob und wie ihn additiv gefertigte Lösungen weiter bringen. Von den ersten Skiz-zen arbeiten wir uns dann zu einer Konstruktion vor, die das ganze Potential der additiven Fertigung nutzt. Die Lösung kann auch in einer Kombina-tion von additiven und her-kömmlichen Metallbearbei-tungsverfahren liegen. Neue Kunden für Additive Manufac-turing zu begeistern, ist eine sehr beratungsintensive An-gelegenheit. Die Möglichkei-ten sind einfach noch nicht in

I N T E R V I E W : D I E S I C H T E I N E S A M - K O N S T R U K T I O N S - U N D F E R T I G U N G S D I E N S T L E I S T E R S

„Wir brauchen mutige Kunden und Leuchtturmprojekte“Michael Hümmeler, Geschäftsführer von LMD, spricht über die Erwartungen seiner Kunden in Sachen Additive

Manufacturing und über das Verbesserungspotenzial bei den AM-Anlagen.

052 | SPECIAL | Additive Fertigung

LMD zeigt sein Dienstleistungsspektrum mechatronischer Komponenten und Systeme für die Verpackungs- und

Lebensmittelindustrie, die Automotive-Branche, die Luft- und Raumfahrt sowie den Maschinenbau auf der

Euromold 2015 in Düsseldorf in Halle 15, Stand G58. Bilder: LMD


Additive Fertigung | SPECIAL | 053

den Köpfen verankert. Wir laden deshalb regelmäßig zu kostenlosen Schnupper-workshops ein, um aufzuklären.

DEM: Welche Gründe führen die Anwen-der zur additiven Fertigung?Hümmeler: Die meisten Kunden starten erst einen Versuchsballon – das sind dann oft „Fummel-Aufträge“, wie wir sie nen-nen. Wenn wir diese Hürde überzeugend nehmen, kommen in der Regel Folgeauf-träge. Dabei finden wir oft Lösungen für Probleme, mit denen sich Kunden schon lange abgefunden haben, weil sie unlös-bar schienen und die der Kunde eventu-ell gar nicht mehr im Fokus hatte. Sowas spricht sich herum. Mancher Neukunde kommt denn auch, weil wir ihm empfoh-len wurden. Und das ist auch wichtig: Es braucht mutige Kunden und Leuchtturm-projekte, um unsere junge Technologie voranzubringen. Leider ist es oft so, dass wir erst gerufen werden, wenn ein Projekt auf Grund gelaufen ist und unter hohem Zeitdruck mit knappem Budget eine Lö-sung her muss.

DEM: Wie steht es um die Bereitschaft von Kunden, den Konstruktionsaufwand zu vergüten?Hümmeler: Es ist schwer, Kunden zu ver-mitteln, was wir leisten müssen, um ein Bauteil zu realisieren. Wir bieten keine 0815-Kataloglösung, sondern suchen eine individuelle Konstruktion für ganz konkre-te Fälle. Das ist ein kreativer Prozess, der mit Brainstormings und Skizzen beginnt. Dann prüfen wir, ob und wie sich unsere Ideen additiv fertigen lassen. Die Freiheits-grade sind in den schichtenden Verfah-ren enorm. Kanäle, Hohlräume, komplexe Geometrien, frei variierende Wanddicken – alles ist möglich. Wenn die Machbarkeit geklärt ist, beginnt die CAD-Konstruktion, die Übersetzung in Fertigungsdaten und erst dann kommen Fertigung und Nach-bearbeitung. Der Fertigungsprozess selbst ist keineswegs trivial, da heutige Anlagen ein Eigenleben haben, obwohl sie eine halbe Millionen Euro kosten. Auf Knopf-druck Einzelteile zum Spottpreis? – Das gibt es nicht. Leider haben euphorische Medienberichte falsche Erwartungen ge-schürt. Anlagen von der Stange liefern erst dann brauchbare Ergebnisse, wenn wir sie optimiert haben. Zusätzlich müssen wir die Konstruktionen und Dokumenta-tionen in gesicherten Rechenzentren ver-wahren und stehen rechtlich für Bauteile

gerade, die wir liefern. Gerade bei Bautei-len für Serienprozesse sind die Anforde-rungen hoch. Wir bewegen uns in einem hochinnovativen Feld mit hohen Risiken, die wir in sicheren Prozessen beherrschen müssen. Dafür sind oft einige iterative Durchläufe nötig, in denen wir Teile op-timieren. Das alles verursacht Kosten, die kein Mensch sieht. Strittig ist oft auch, wem der Datensatz der Konstruktion ge-hört. Gebe ich den raus, geht der Kunde zum Massenfertiger, der das dadurch na-türlich billiger anbieten kann – er spart sich ja die Mühen der Konstruktion. Doch ihren Wert bekommen die Teile erst durch unsere kreative Konstruktion. Es ist schwer, Kunden zu vermitteln, wie aufwändig der Gesamtprozess ist.

DEM: Wo sehen Sie als Anwender den größten Optimierungsbedarf der heuti-gen Anlagentechnik?Hümmeler: Prozesssicherheit und Pro-duktivität lassen sehr zu wünschen übrig. Die Anlagenbauer profitieren vom Hype. So lange Kunden für ihre Anlagen Schlan-ge stehen, haben sie wenig Optimierungs-druck. Doch die Anlagen können nicht hal-ten, was ihre Hersteller versprechen. Damit sie unsere Anforderungen erfüllen, müs-sen wir sie anhand unserer Erfahrungen umbauen und optimieren. Bei gefertig-ten Produkten stellen wir oft fest, dass die technischen Eigenschaften auf den drei Bauteilachsen XYZ variieren. Und da es keine Formen gibt, erfordert es feinste Ein-stellung der Parameter, damit die Bauteile im Zuge der Fertigung nicht „wegschwim-men“. Uns hilft hier unsere Erfahrung. Wer aber eine Anlage bestellt und gleich losle-gen möchte: das klappt nicht. Denn jede Maschine hat ihr Eigenleben: der Laserfo-kus variiert, die Laserleistung, die Einstel-

lungen. Wir bekommen aus zwei gleichen Anlagen mit den gleichen Parametern und dem gleichen Datensatz nicht zwei exakt gleiche Teile mit den gleichen technischen Eigenschaften heraus. Um mit der heuti-gen Anlagen-Technik Brauchbares zustan-de zu bringen, müssen Sie den komplet-ten Prozess durchdringen. Damit ist noch nichts über Nebenprozesse wie Material-Handling und Reinigung, sowie Auswahl und Kosten der Materialien gesagt. Wir be-treiben hier selbst Materialkunde, damit es irgendwie vorwärts geht. DEM: Vielen Dank, Herr Hümmeler, für die-ses interessante Gespräch! J B I |

Die Fragen stellte Peter Trechow, freier Journalist aus Berlin – im Auftrag des VDMA.

ADDITIVE FERTIGUNG IM VDMA

Die Arbeitsgemeinschaft Additive Manufactu-ring (AG AM) befasst sich innerhalb des VDMA mit industriellem 3D-Druck. Ziel ist, die Wertschöp-fungskette zusammenzubringen: Anwender aus Automotive und Maschinenbau, Materialliefe-ranten und AM-Anlagenbauer, Dienstleister und Forscher. Die über 90 Mitglieder erarbeiten in den Feldern Automatisierung und Maschinenabnahme für Additive Manufacturing Know-how, um davon zu profitieren.

BranchentreffAm 2. Dezember findet in Frankfurt beim VDMA der Branchentreff „Industrielle Fertigung mit Addi-tive Manufacturing“ statt. Experten berichten im Zusammenhang mit AM zu Konstruktionssoftware, Engineering und Fertigung sowie zur Veredelung von Bauteilen.

Um mit der heutigen Anlagen-Technik Brauchbares zustande zu bringen, müssen Sie den kompletten Prozess durchdringen“, MICHAEL HÜMMELER, LMD.


Unterstützung stellt NX hohe Anforderun-gen an die Grafikkarte.“

Deshalb werden die Dell-3600-Worksta-tions der OA-Ingenieure mit für den pro-fessionellen Einsatz konzipierten AMD-FirePro-W5000-Grafikkarten ausgestattet.Jim Maul, führender Ingenieur der Abtei-lung für ingenieurtechnische Werkzeu-ge und Analysen, entwickelte konkret eine standardmäßige, für CAD optimierte Workstation-Konfiguration basierend auf einem 1620er Prozessor mit vier Kernen sowie 32 GByte Arbeitsspeicher.

„Zwar verfügen wir für anspruchs-vollste Berechnungen über einen Hoch-leistungs-Rechnerverbund, aber vie-le Ingenieure führen ihre strukturellen, thermischen und fluiddynamischen Si-mulationen auch auf ihrer Ingenieurs-Workstation durch. Außerdem stellen wir so sicher, dass jedem Mitarbeiter die nö-tige Rechenleistung zur Verfügung steht, wann auch immer er sie braucht. Die Kombination aus Dell-Workstation und einer professionellen AMD-Grafikkarte garantiert genau das.“

Wenn in Zukunft Astronauten an Bord des neuen Space-Launch-Systems der NASA in den Weltraum aufbrechen,

dann werden hierzu nicht zuletzt die von Orbital ATK entwickelten und gefertigten Feststoff-Boosterraketen beitragen. Die Orbital ATK Flight Systems Group stellt neben Feststoff-Antriebssystemen auch die Raketentriebwerke für das Notfall-Ret-tungssystem her, das sich oben auf der Orion-Raumkapsel befindet und bei even-tuellen Problemen während des Starts die Besatzung in Sicherheit bringen soll.

Die Orbital ATK Flight Systems Group gehört zu Orbital ATK (OA), einem langjäh-rigen Lieferanten und Geschäftspartner von Regierungen und militärischen Ein-richtungen. Das Unternehmen beschäftigt in den USA mehr als 14.000 Mitarbeiter. Im Bundesstaat Utah entwickeln über 2.000 Beschäftigte Feststoffraketen für die zivi-le Raumfahrt sowie für militärische bezie-hungsweise wehrtechnische Anwendun-gen. Zudem fertigt OA auch zahlreiche andere Produkte für die Luft- und Raum-

fahrt. Hierzu zählen Täuschkörper für den militärischen Bereich sowie Komponenten aus Verbundwerkstoffen für die militäri-sche und zivile Luft- und Raumfahrt.

In den Anlagen mit einer Gesamtfläche von annähernd 50 Hektar entwerfen, fer-tigen, testen und liefern hochspezialisier-te Teams Bauteile für eine breite Palette an Kunden wie etwa das US-Verteidigungs-ministerium, die NASA und diverse andere Unternehmen.

Performance auf AbrufOrbital ATK sieht sich häufig mit der Heraus-forderung konfrontiert, komplexe Werkzeu-ge für nur einen ganz bestimmten Zweck anfertigen zu müssen. Hierzu verwenden die Konstrukteure und Fertigungstechniker modernste CAD/CAM/CAE-Software, vor al-lem NX von Siemens PLM. „Bei NX handelt es sich um ein CAD-Werkzeug der höchsten Klasse, das dementsprechend grafikinten-siv ist“, erläutert Nathan Christensen, Lei-ter der Abteilung für ingenieurtechnische Werkzeuge und Analysen. „Als Modellie-rungsanwendung ohne Multithreading-

U S - R A U M M I S S I O N E R R E I C H T H O H E P R O Z E S S E F F I Z I E N Z – A U C H D A N K P R O F E S S I O N E L L E R G R A F I K L Ö S U N G E N V O N A M D

Reiseziel MarsOrbital ATK ist einer der US-Dienstleister, der Systeme und Komponenten für die

zivile und militärische Luft- und Raumfahrt entwickelt. Bei den turnusmäßigen

Upgrades der Workstation-Hardware fällt seit Jahren die Wahl wiederholt auf

Grafiklösungen von AMD. VON ANTOINE REYMOND

060 | HARDWARE & PERIPHERIE | Grafiklösungen für Ingenieure

Erste statische Testzündung der von OA entworfenen Feststoff-Boosterrakete für das neue Space-Launch-System der NASA. Die Rakete erzeugt eine Schubkraft von etwa 16.000 Kilonewton, die Kraft von 14 Boeing 747-400 beim Start mit maximaler Schubkraft.

Rendering des NASA-Space-Launch-Systems inklusive zweier von Orbital ATK (OA) entwickelter Feststoff-Boosterraketen beim Ab-heben von der Startrampe. Die SLS-Trägerrakete soll Raumschiffe zu einer Mond- und später eventuell sogar zur Marsmission in den Orbit befördern.


Grafiklösungen für Ingenieure | HARDWARE & PERIPHERIE | 061

AKT entwickelt eigene SoftwareDie Ingenieure und Programmierer von Orbital ATK entwickeln auch spezielle Si-mulationssoftware für die US-Regierung, die US-Luftwaffe, andere kommerziel-le Unternehmen sowie für den Gebrauch im eigenen Haus. Ein Beispiel hierfür ist „Hero“, ein hoch spezialisiertes Programm zur Simulation von Wärmeübertragung, Verschleiß und Abschmelzung (Ablation).

Die selbst entwickelten Programme nut-zen die Vorzüge des OpenCL-Protokolls und profitieren von der Leistungsfähigkeit des AMD-FirePro-W5000-Grafikprozessors. Dieser Verbund aus OpenCL und W5000 bietet eine deutliche Beschleunigung der Berechnungen im Vergleich zum aus-schließlichen Einsatz des Hauptprozessors.

„Die Rechenleistung des Grafikprozes-sors ist beeindruckend, wir erzielen damit hervorragende Ergebnisse“, kommentiert Christensen. „Bei einigen Analysearten zahlt sich OpenCL besonders aus, wes-halb sich die AMD-Grafikkarten beispiels-weise ideal für statistische Auswertungen und komplexe thermische Analysen eig-nen. Gegenüber der alleinigen Verwen-dung des Hauptprozessors hierfür haben wir einen deutlichen Leistungsschub ver-zeichnet. Die Hero-Software für die Ablati-onssimulation nutzt die spezifische Perfor-mance von Grafikprozessoren besonders effektiv und liefert mit dieser Technologie schneller Ergebnisse.“

Heath Dewey, leitender Programmie-rer und Entwickler von GPU-spezifischem Quellcode für die Software Hero, fügt hin-zu: „AMD-FirePro-W5000-Grafikkarten be-eindrucken in Kombination mit unserer hausintern entwickelten Software mit sehr hoher Leistung und Zuverlässigkeit. Der üppige Grafikspeicher und die enorme Re-chenleistung der Grafikkarten erlauben es, mit Hero an extrem umfangreichen Fi-nite-Elemente-Modellen Sichtfaktorbe-rechnungen mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen.“

Optimale Nutzung des IT-BudgetsDa Ingenieure unbedingt Hardware zur Ver-fügung haben müssen, die ihren Aufgaben gewachsen ist, arbeitet Orbital ATK an einem Drei-Jahres-Zyklus für die Hardwareaktuali-sierung. Angesichts Hunderter Workstations in den Ingenieurabteilungen des Unterneh-mens stellt die Aktualisierung der Hardware jedoch einen erheblichen Kostenfaktor dar. Maul merkt hierzu an: „Wann immer wir eine solche Aktualisierung vornehmen, spielt der

Preis eine wichtige Rolle, da wir unsere Kauf-entscheidungen gegenüber dem Manage-ment des Unternehmens und der IT-Abtei-lung rechtfertigen müssen. Folglich legen wir großen Wert auf ein gutes Preis-Leis-tungsverhältnis der Grafiklösungen. Auch und gerade in dieser Hinsicht bietet AMD Vorteile, denn wir erhalten die benötigte Leistung zu einem relativ erschwinglichen Preis. Deshalb haben wir uns bei jeder der drei letzten Hardwareaktualisierungen für AMD-Karten entschieden.“

Maul ergänzt, dass er vor der letzten Ak-tualisierung der Workstations die Kosten einer anderen Grafiklösung mit praktisch identischer Leistung betrachtet hat. „Wir nutzen einige Anwendungen, bei denen je nach Fall die eine oder andere Grafik-karte eine geringfügig höhere Leistung erbringt. Beispielsweise verwenden einige unserer Ingenieure Citrix XenDesktop für den CAD-Fernzugriff, weshalb wir auch die Karte eines anderen Anbieters in Augen-schein nahmen. Sie kostete etwa 200 US-Dollar mehr. In Anbetracht der Tatsache, dass wir gleich Hunderte Grafikkarten zu beschaffen hatten, schien uns der enorme Aufpreis gegenüber einer eher marginalen Leistungsverbesserung – speziell bei die-ser einen Anwendung – im Rahmen un-serer Budgetgrenzen nicht gerechtfertigt.“

Zuverlässigkeit und kontinuierliche OptimierungAMD-Grafikkarten kommen bei Orbital ATK seit 2009 zum Einsatz und laut Chris-tensen sind die Ingenieure und Anwender mit der Grafikleistung überaus zufrieden: „Die Grafikkarten sind für viele der von uns verwendeten Anwendungen zertifiziert und auch die Zuverlässigkeit der FirePro-Lösungen ist beeindruckend.“

Maul führt weiter aus: „Wir arbeiten ge-meinsam mit Lieferanten kontinuierlich an der Versorgung unserer Ingenieure

mit den besten und zugleich kostenef-fizientesten Werkzeugen, und AMD hat sich als unser Partner inzwischen bestens bewährt. Unsere Ansprechpartner bei AMD unterstützen uns nach Kräften. Mit jeder Aktualisierung verzeichnen wir ei-nen deutlich Leistungsschub. So hat sich beispielsweise alleine der integrierte Gra-fikspeicher im Rahmen der letzten Aktua-lisierung von 512 MByte auf 2 GByte ver-vierfacht.“ J B I |

Antoine Reymond ist ISV Alliances Manager bei AMD in Irvine, Kalifornien, USA.

AMD-FIREPRO-W5000 IN KÜRZE

Arbeitsspeicher: 2 GByte GDDR5.

Rechenleistung: 1,3 TFlops Rechenleistung bei einfacher Genauigkeit und 79,2 GFlops Gleitkom-ma-Rechenleistung bei doppelter Genauigkeit.

Technologien: AMD-Eyefinity-Technologie unter-stützt bis zu drei Monitore. AMD-PowerTune-Technologie optimiert den Stromverbrauch des Grafikprozessors. AMD-ZeroCore-Power-Technologie: reduziert den Stromverbrauch im Leerlauf.

OA entwickelt auch eigene Software, beispielsweise „Hero“ zur thermischen Analyse. Das Simulationsergebnis gibt das Wärme-dämmverhalten nach der Einwirkung eines erosiven Gases bei 2.760 Grad Celsius wieder. Bilder: AMD und Orbital ATK

Regelmäßig aktualisiert OA hunderte Worksta-tions. Auch diesmal fiel die Wahl auf AMD-Gra-fiklösungen: Die W5000 bringt mit 2 GByte vier-mal so viel Arbeitsspei-cher wie ihre Vorgänge-rin mit; bei der bereits verfügbaren Nachfolge-rin W5100 sind es sogar 4 GByte.

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066 | VORSCHAU | Ausgabe 8/15 – erscheint am 13. Oktober 2015


IMPRESSUMHerausgeber und Geschäftsführer: Hans-J. Grohmann ([email protected])

DIGITAL ENGINEERING MAGAZIN im Internet: http://www.digital-engineering-magazin.de

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Mitarbeiter dieser Ausgabe: Horst Biedenbänder, Jean-Marc Diss, Stephen Ferguson, Axel Grigoleit, Peter Kemptner, Irmgard Nille, Karl Obermann, Paulo de Mattos Pimenta, Guido Radig, Antoine Reymond, Prof. Dr. Axel Schumacher, René Steiner, Wolfgang Stoll, Alexander F. Walser, Peter Widmer, Robert Wilmes, Olaf Wilmsmeier.

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ISSN 1618-002X, VKZ B 47697Dieses Magazin ist umweltfreundlich auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt.

Außerdem erscheinen bei der WIN-Verlag GmbH & Co. KG: Magazine: AUTOCAD & Inventor Magazin, DIGITAL MANUFACTURING, e-commerce Magazin, digitalbusiness CLOUDPartnerkataloge: AUTOCAD & Inventor Solution Guide, DIGITAL ENGINEERING SOLUTIONS, IBM Business Partner Katalog

IM NÄCHSTEN HEFT

Virtual Reality und Visualisierung

Augmented und Virtual Reality dringen durch Smartphones, das Internet der Dinge und Indus-trie 4.0 mehr und mehr in unseren Alltag vor. Wir beleuchten Techniken, die es Ingenieuren und Unternehmen leichter machen, ihre Produkte zu entwickeln, abzusichern und an den Mann bezie-hungsweise an die Frau zu bringen.

Branche: Verpackungs- und Lebensmittelindustrie

Aus Verbrauchersicht wird sie wohl oft unter-schätzt und maximal sanft belächelt, bevor sie in den Abfall wandert. Verpackung aus der Sicht des Ingenieurs ist jedoch ein höchst spannendes und oft wenig triviales Thema, soll sie doch sein Pro-dukt möglichst sicher zum Kunden und Verbrau-cher bringen. Nicht nur bei Lebensmitteln kann das sogar sehr emotional werden. Wir befassen uns insbesondere mit der Automatisierung von Verpackungsprozessen.

GPU-Computing und Simulation

Grafikkarten sind heute kleine Super-Computer mit tausenden von parallel rechnenden Prozes-sorkernen. Die Einführung der massiv-parallelen Verrechnung der Systemkomponenten kommt der Realität deutlich näher als das klassische Nacheinander von Berechnungen. Das hat insbe-sondere Einfluss auf die Art und Weise, wie heute Ingenieure Systeme über Simulation absichern. Wir schauen einerseits, was sich auf Hard- und Software-Seite tut, und anderseits, was das für die Anwender bedeutet.

Weitere Themen: Produktkonfiguration Industrielle Bildverarbeitung und Sensorik Trends und Lösungen aus der Fluidtechnik Internet der Dinge und Produktentwicklung

Aus aktuellem Anlass sind Themenänderungen möglich.

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Neues CAM-Lösungspaket von OPEN MIND Schruppen und ... · 7/15 September/Oktober D, A, CH: Euro 14,40 | ISSN 1618-002X Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure