Spritzgussmaschinen energieeffizienter steuern

Dynamisch regelbare Servopumpe S. 34

Was wäre wenn? – Freie Bahn für Simulationen

CAE-Funktionen in CAD-Systemen S. 42

Verbundwerkstoffe stehen vor Großserieneinsatz

CFK - Konstruktion und Fertigung S. 16

P R O M O T I O N

Vom Schaltschrank bis zum Roboterkopf W E I D M ü l l E R : D u R C h g ä N g I g E P R O F I N E T / A I D A - R O b O T E R v E R K A b E l u N g

2/12 Februar/März ISSN 1618-002XEine Publikation der WIN-Verlag GmbH & Co. KG D: Euro 14,40 CH: SFr 24,50 A: Euro 14,90

www.digital-engineering-magazin.de Innovative Lösungen für Konstrukteure, Entwickler und Ingenieure

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Editorial

Liebe Leser,2011 war für Autofahrer in Deutsch-land das bisher teuerste Tankjahr. Nach Angaben des ADAC wurden vor allem Dieselfahrer im vergangenen Jahr ge-zwungen, tiefer in ihre Tasche zu greifen. 2011 mussten die Verbraucher im bun-desweiten Durchschnitt nach Berechnun-gen des Autoclubs für einen Liter Super E10 1,522 Euro auf den Tisch legen, 11,7 Cent mehr als noch 2010. Stärker ausge-prägt war der Aufwärtstrend beim Diesel. Der ADAC verzeichnete für den Selbst-zünderkraftstoff ein Plus von 19,7 Cent auf 1,411 Euro im Jahresdurchschnitt. In der Spitze lag der Literpreis für Super sogar bei 1,612 Euro, für Diesel bei 1,499 Euro. Und die ersten drei Wochen dieses Jahres haben gezeigt, dass die Spritpreise in nächster Zeit wohl auch nicht spürbar nach unten gehen werden.Also sind wir auch in Zukunft auf Gedeih und Verderb den Mineralölkonzernen aus-geliefert. Die Tankausgaben lassen sich nur senken, indem man entweder weni-ger fährt oder ein Fahrzeug mit niedrige-rem Spritverbrauch wählt. Die wenigen Elektrofahrzeuge, die im Moment zum Kauf angeboten werden, sind nämlich für viele Autofahrer noch viel zu teuer in der Anschaffung und ermöglichen eine zu geringe – nicht praxistaugliche – Reich-weite mit einer vollen Akkuladung. Also werden Fahrzeuge mit Ottomotoren in den nächsten Jahren auch weiterhin den Löwenanteil bei den Neuzulassungen ausmachen. Dies haben die Autoher-steller erkannt und optimieren kontinu-ierlich ihre konventionellen Motoren so, dass sie weniger Sprit verbrauchen. Aller-dings macht die kraftstoffeffiziente Opti-mierung von Verbrennungsmotoren, zum Beispiel durch eine Start-Stopp-Automa-tik oder durch den Einsatz eines Turbo-laders, ein Fahrzeug um durchschnittlich 50 Kilogramm schwerer. Bei Hybridfahr-zeugen nimmt das PKW-Gewicht durch die spezielle Batterie noch stärker zu. Des-halb muss das zusätzliche Gewicht an an-

derer Stelle wieder eingespart werden. Leichtbau heißt hier das Erfolgsrezept. Bis 2030 wollen deshalb die Automobil-hersteller den Anteil von Leichtbautei-len im Fahrzeug von 30 auf 70 Prozent steigern. Dies belegt eine neue Studie der Unternehmensberatung McKinsey & Company. Hochfester Stahl wird danach herkömmliche Stähle in vielen Bereichen ablösen und seinen Marktanteil in der Au-tomobilindustrie von 15 auf 40 Prozent steigern. Damit bleibt er der wichtigs-te Leichtbauwerkstoff, während Carbon-faser-Verbundstoffe mit 20 Prozent pro Jahr am schnellsten wachsen. Besonders im Luxus-Segment kommen zunehmend faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz. Aber Carbon ist teuer. Deshalb ist es für die Automobilhersteller von zentraler Bedeutung, mit Carbonfaser-Herstel-lern eng zusammenzuarbeiten. BMW zum Beispiel ist mit der SGL Group ein Joint Venture eingegangen. Das neue Gemeinschaftsunternehmen SGL Auto-motive Carbon Fibers wurde zur exklu-siven Versorgung der BMW Group mit Carbon faser-Halbzeugen gegründet. Weil Carbon heute noch rund 50-mal teurer ist als Stahl, muss BMW die Kosten von carbonfaserverstärkten Kunststoff-Teilen (CFK) auf ein Zehntel senken, um künftig Großserien profitabel bauen zu können.Für Konstrukteure bedeutet dies, dass sie sich zunehmend mit dem Hightech-Werkstoff beschäftigen müssen. Durch seine besonderen Eigenschaften erlaubt das heute in der Verarbeitung noch sehr teure Hightech-Material nämlich neue Einsatzzwecke und damit auch neue Kon-struktionskonzepte – im Fahrzeug- und im Schiffsbau, in der Luftfahrt und in vie-len anderen Branchen. Mehr darüber le-sen Sie in unserem Schwerpunkt „CFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung“ auf den Seiten 16 bis 29.

IhrRainer Trummer, Chefredakteur

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4 Inhalt

Lenord + Bauer setzt auf PFLITSCH Kabelverschraubungen: Zuverlässige Sensoren für die inter- nationale Schienenverkehrstechnik. 40

Simulation & Visualisierung

CAE-Funktionalität in CAD-Systemen

Uwe Burk, Country Manager Central Europe bei SolidWorks, plädiert für Wirtschaftlichkeit durch Simulation. 42

Siemens PLM Software: verstärkte Eingliederung der Simulation in CAD und PLM sowie neue Rollen für Kon- strukteure und Simulationsexperten. 44

Wolfgang Lynen, Marketing, Manu- facturing Solutions bei Autodesk: FEM-Simulation steht jetzt jedem Konstrukteur und Ingenieur offen. 47

CAD & Design

Praxisbericht: Busbauer VISEON setzt auf CATIA V5 und ENOVIA SmarTeam. 50

QualityPark AviationCenter verwirklicht die Idee, allen Passagieren Liegekomfort auf Langstreckenflügen zu bieten. 52

TITELSTory: Weidmüller Roboterverkabe-lung: Durchgängiges Installationssystem für die Übertragung von Energie, Signalen und Daten im Automobilbau. 30

Aktuell

Aktuelle Wirtschaftsmeldungen Menschen und Märkte 6

Aktuelle Technikmeldungen Trends und Technologien 8

rückblick: 5. europäische HyperWorks- Technology-Konferenz in Bonn. 12

Technologieschaufenster der Fertigungstechnik: METAV, 28. Februar bis 3. März in Düsseldorf. 13

Veranstaltungskalender 14

Im Fokus

CFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

EADS Innovation Works optimiert CFK-Landeklappe des Airbus A340 mit Ansys. 16

HDW entwickelt U-Boote mit Verbund- werkstoffen und nutzt FiberSIM-Software von Siemens PLM Software. 20

Großserieneinsatz von Verbundwerk- stoffen: BMW baut Composite-Fahrgast- zelle für das neue Elektroauto i3. 24

Flugzeugteilehersteller Premium Aerotec: Die CFK-Wertschöpfungskette im Griff. 28

Technologie-Lösungen

Installationssystem für die roboter- verkabelung in der Autoindustrie: durchgängiges Verdrahtungskonzept auf Basis von PROFINET. 30

Duflex baut Spezialmaschinen – Auto- matisierungspartner für die komplexen Steuerungsaufgaben ist die Jetter AG. 32

Spritzgussmaschinen energie- effizienter steuern mit dynamisch regelbarer Servo-Pumpe. 34

Sonderschweißanlage von CLooS für Kraftwerkskomponenten: Qualitätsschweißungen in Rekordzeit. 36

Höhenverstell-Elemente gleichen Niveaus und Neigungen aus – vom Sondermaschinenbau bis zum Aufstellen von Windkraftanlagen. 38

Fokus CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) – Konstruktion, Simulation und Fertigung: Überall dort, wo ein stark belastbarer und trotzdem leichter Werkstoff mit hoher Steifigkeit und Festigkeit ge-fragt ist, nutzen Konstrukteure zunehmend die Vor-teile von CFK. Durch seine besonderen Eigenschaf-ten erlaubt das heute in der Verarbeitung noch sehr teure Hightech-Material neue Einsatzzwecke und damit auch neue Konstruktionskonzepte – im Fahr-zeug- und im Schiffsbau, in der Luftfahrt und vielen anderen Branchen (Seite 16).

Branche

Konsumgüter- und Freizeitindustrie

outdoor-Ausrüster Haglöfs nutzt ENoVIA V6 Apparel Accelerator für Best Practices in Design und Entwicklung. 54

Cleveland Golf: Mithilfe von Simulation Golfschläger maximal auf Zielgruppen zuschneiden. 56

Hohe Qualitätsstandards und gestei- gerte Wirtschaftlichkeit: Warwick produziert Bassgitarren mit CAD/CAM- Software von Mastercam. 58

Hardware

Warum AMD openCL unterstützt (open Computing Language), eine plattform-unabhängige Schnittstelle für parallele Berechnungen. 60

Software für Strömungssimulation rechnet mit NVIDIA-Grafikprozessoren, um Resultate erheblich schneller zu liefern. 62

3D-Eingabegerät SpaceController mit speziellen Funktionen für Design, 3D-Computergrafik und Rendering. 64

Redaktionell erwähnte Firmen in dieser Ausgabe3Dconnexion S. 10, ADES S. 42, AMD S. 60, Altair Engineering S. 12, 56, Ansys S. 16, Autodesk S. 47, BMW S. 24, CADFEM S. 16, Cane Creek S. 42, Cenit S. 7, Cimatron S. 11, Cleveland Golf S. 56, Cloos S. 36, Dassault Systèmes S. 7, 9, 54, EADS S. 28, Friedhelm Loh Goup S. 7, Gaumer Process S. 42, Haglöfs S. 54, InterCAM S. 58, Jetter AG S. 32, Landshut-er Innovations- und Technologiezentrums S. 24, NAFEMS S. 6, NVIDIA S. 62, OpenMind S. 8, Pflitsch S. 40, Premium Aerotec S. 28, Seal Systems S. 7, Siemens S. 20, Siemens PLM S. 44, Simulayt Limited S. 7, SolidWorks S. 42, 52, SpaceControl S. 64, SPI S. 52, Steinmüller S. 36, Transcat PLM S. 10, 50, Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V. S. 13, VISEON S. 50, VISTAGY S. 20, Wagener & Simon WASI S. 38, Warwick S. 58, Weidmüller S. 8, 30.

EDITorIAL 3

TITELBILD-HINWEIS 6

IMPrESSUM 65

VorSCHAU 66

DIGITAL ENGINEErING-Marktplatz 55

Titelthemen

Sie suchen einen Automatisierungs-

partner für komplexe Steuerungsaufgaben

im Maschinenbau? Oder für zuverlässi-ge Sensoren in der Schienenverkehrs-

technik? – Finden Sie innovative und

praxisgerechte Tech-nologielösungen ab

Seite 30.

CAE-Funktionalität in CAD-Systemen: Unterschiedli-che Simulationen stehen heute jedem Konstrukteur und Ingenieur direkt am CAD-Arbeitsplatz offen, um rasch eine Konstruktion zu überprüfen, zu verbessern und damit die Wirtschaftlich-keit der Produktentwicklung durch Simulation zu erhöhen. Die verstärkte Eingliederung der Simulation in CAD und PLM bringt neue Aufgaben für Konstrukteure und Simu-lationsexperten (Seite 42).

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14 Aktuell Veranstaltungskalender

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Schwindt CAD/CAM-Technologie GmbHCallenberger Str. 896450 CoburgTel.: 0 95 61 - 55 60-0Fax: 0 95 61 - 55 60-10E-Mail: info@schwindt.euInternet: www.schwindt.eu

Ihr Dienstleister für CATIA und PLM

Hier die nächsten CATIA Kurse:CATIA V5 FlächenkurseCATIA V5 Basiskurs

Kostenlose CATIA Thementage:CATIA for Creative DesignWerkzeugbau und NC-Manufacturing

Aktuelle Termine undOrte fi nden Sie unterwww.schwindt.eu

oder auf Anfrage unterFreecall: 0800-CATIAV6

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Mit unserer aktuellen Software MDESIGN 2010 bietet Drive-Concepts das vollständige Paket zur Auslegung, Nachrechnung und Optimierung von Getrieben, Lager und Wellen bis hin zur Lastverteilungsberechnung der Verzahnungen. Nie war die Berechnung ganzer Getriebe einfacher!

Im Rahmen des TEDATA Wissensupdate veranstaltet DriveCon-cepts in 2012 die bewährten Kurse zur Getriebe-, Wellen- und Schraubenberechnung. Weiterhin werden spezielle Kurse zu Windenergieanlagen und Verzahnungsberechnung angeboten.

7.3. Verzahnung nach Norm8.3. Windturbinen Knowhow9.3. MDESIGN author13.3. Schraubenberechnung14.3. Wellenberechnung15./16.3. Getriebe berechnen

Infos & Anmeldung: www.driveconcepts.com/event.html

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Transcat PLM GmbH Am Sandfeld 11c76149 KarlsruheTel.: +49 7 21 - 9 70 43 - 0Fax: +49 7 21 - 9 70 43 - 9 71events@transcat-plm.comwww.transcat-plm.com

NEU: Das Webseminar „CATIA V5 und V6 im gleichzeitigen Ein-satz“ zeigt Ihnen auf, wie Sie bereits heute den strategischen Weg nach V6 starten können, ohne Ihre Anforderungen nach Multi-CAD aus dem Auge zu verlieren. Zudem zeigen wir Ihnen neue Möglichkeiten der hybriden Modellierung mit multiplen, nativen Multi-CAD Datenformaten.Datum: 28.02.2012, Zeit: 11:00–11:45, Ort: eigener Arbeitsplatz

V6 Starter Seminare Infos und Anmeldung unter:http://www.transcat-plm.com/de/training/kursdatenbank.html

kostenfreie Webseminare zu wichtigen Themen rund um CATIA, ENOVIA, SIMULIA, 3DVIA Composer

Infos und Anmeldung unter www.transcat-plm.com/vera

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CADFEM GmbHANSYS Competence Center FEMMarktplatz 285567 Grafi ng b. MünchenTel.: +49 (0)8092-7005-0Fax: +49 (0)8092-7005-77E-Mail: info@cadfem.deInternet: www.cadfem.de

Technische InformationstageANSYS Strukturmechanikstatisch/dynamisch – linear/nichtlinear – implizit/explizit Von Ingenieur zu Ingenieur und anhand von Beispielen aus der Praxis vermitteln die Veranstaltungen einen technischen Überblick über die Simulationsmöglichkeiten des Programms ANSYS in verschiedenen strukturmechanischen Anwendungs-bereichen.Die Teilnahme ist kostenfrei.www.cadfem.de/strukturmechanik

• 07.02.12 in Hannover• 23.02.12 in Frankfurt• 28.02.12 in Stuttgart• 07.03.12 in Chemnitz• 13.03.12 in Stuttgart• 28.03.12 in Kassel• 19.04.12 in Nürnberg

Weitere Termine und Themen:www.cadfem.de/infotage

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H COMSOLMultiphysics GmbHBerliner Straße 437073 GöttingenTel.: +49-(0)551-99721-0Fax: +49-(0)551-99721-29E-Mail: info@comsol.deInternet: www.comsol.de

COMSOL Multiphysics Workshops und TrainingskurseUnsere Software ist ein Werkzeug für virtuelle Produktentwick-lung basierend auf der Finite-Elemente-Methode. In unseren Veranstaltungen erlernen Sie verschiedene Modellierungstech-niken und erstellen selbständig Simulationsmodelle. Wir zeigen Ihnen, wie Sie COMSOL Multiphysics eff ektiv und produktiv für Ihr eigenes Aufgabengebiet einsetzen können. Im Mittelpunkt stehen die vielfältigen Möglichkeiten, physikalische Phänomene miteinander zu koppeln.

Einführung in dieMultiphysik-Simulation:www.comsol.de/events

Trainingskurse:www.comsol.de/training

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CFturbo® Software &Engineering GmbHUnterer Kreuzweg 101097 DresdenTel.: 0351 / 40 79 04 - 79Fax: 0351 / 40 79 04 - 80E-Mail: info@cfturbo.deInternet: www.cfturbo.de

Die CFturbo® Software & Engineering GmbH ist ein Dienst-leistungs- und Softwareunternehmen mit Hauptsitz in Dresden und einem Büro in München. Tätigkeitsschwerpunkte sind CAE-Berechnungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der Turbomaschinen. Dazu gehören Auslegung, Entwurf, Simu-lation - insbesondere CFD und FEM, Optimierung, Prototypen-bau und Konstruktion von Turboladern, Turbinen, Verdichtern, Ventilatoren, Gebläsen und Pumpen. Die Firma entwickelt und vermarktet das Turbomaschinen-Entwurfsprogramm CFturbo® und führt kundenspezifi sche Softwareentwicklungen durch.

CFturbo®-Schulungen08.02.2012, Dresden14.03.2012, Dresden18.04.2012, Dresden09.05.2012, Dresden13.06.2012, Dresden11.07.2012, Dresden

http://www.cfturbo.de/training.html

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CENIT AkademieIndustriestraße 52-5470565 StuttgartTel.: +49 711 7825-3393Fax: +49 711 782544-4393E-Mail: training@cenit.dewww.cenit.de/akademie

Die CENIT Akademie unterstütz Anwender, Führungskräfte und Administratoren im Produkt Lifecycle Management (PLM). Das Angebot umfasst Kurse in den Bereichen CATIA, PDM, NC, DELMIA, FEM sowie Systemadministration. Aber auch Branchenkurse für Automobil und Luftfahrt gehören zum Portfolio.

Kostenlose Web-Seminare zu aktuellen PLM-Themen und Produkten. Beispielsweise zu Dymola, 3D VIA Composer uvm.

www.cenit.de/akademie

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GOM - Gesellschaft fürOptische Messtechnik mbHMittelweg 7-838106 BraunschweigTel.: +49 531 39029 0Fax: +49 531 39029 15E-Mail: info@gom.comInternet: www.gom.com

GOM Inspect EinführungsseminareNetzbearbeitung und Inspektion von 3D-PunktwolkenDie kostenlose GOM Inspect Software eröff net den freien Zugang zur 3D Datenbearbeitung für alle. Anwender aus den Bereichen RP, CAD/CAM, CAE und CAQ erlernen in diesem Seminar den Umgang mit GOM Inspect. Die eintägigen GOM Inspect Einführungsseminare bieten praktische Übungen zu Datenimport, Netzbearbeitung, 3D-Inspektion, 2D-Inspektion, GD&T, Prüfberichte, Daten-Export, etc.

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15AktuellVeranstaltungskalender

PLZ Anbieter Firma/Anschrift Schwerpunkte Termine

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MSC.Software GmbHAm Moosfeld 1381829 MünchenTel.: 089 / 431 987 0Fax: 089 / 436 17 16E-Mail:info.de@mscsoftware.comInternet:www.mscsoftware.com

Nastran, Adams & Marc User MeetingsMSC Software lädt alle Anwender zu deutschsprachigen User Meetings für Nastran, Adams und Marc ein. Sie erwarten inte-ressante Anwendervorträge und themenbezogene Diskussi-onsgruppen. Nutzen Sie diese Gelegenheit für den fachlichen Dialog und die Diskussion mit Referenten, Anwendern und Entwicklern.Mehr Informationen unterhttp://pages.mscsoftware.com/UserMeetings.html

Nastran User Meeting8. - 9. Mai 2012Adams User Meeting9. - 10. Mai 2012Marc User Meeting10. - 11. Oktober 2012Veranstaltungsort:Hotel und Konferenzz. DolceAndreas-Danzer-Weg 185716 M.-Unterschleissheim

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Software Factory GmbHParkring 485748 Garching bei MünchenTel.: 089 / 323 501-10Fax: 089 / 323 501-53E-Mail: cad@sf.comInternet: www.sf.com

Workshops, Seminare und Consulting zu folgenden Themen:

• Software-Entwicklung mit Pro/TOOLKIT und J-Link für Creo Parametric (Pro/ENGINEER) • Anpassungen von Windchill • Migration von Pro/INTRALINK 3.x Datenbanken • Wanddickenprüfung in Creo Parametric (Pro/ENGINEER) mit PE-WALLCHECK

Software Factory – die TOOLKIT | EXPERTENfür Creo und Windchill

• Entwicklerworkshop Pro/ TOOLKIT auf Anfrage• JLink Entwicklerworkshop auf Anfrage• Workshop Windchill Customization auf Anfrage• Inhouse Workshops auf AnfrageInfos auf www.sf.com oder per Email an cad@sf.com

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KISSsoft AGUetzikon 48634 HombrechtikonSwitzerlandTel.: +41 55 254 20 50Fax: +41 55 254 20 51E-Mail: info@KISSsoft.AGInternet: www.KISSsoft.AG

Die KISSsoft AG stellt Maschinenbau-Berechnungsprogramme für die Nachrechnung, Optimierung und Auslegung vonMaschinenelementen (Zahnräder, Wellen, Lager, Schrauben, Federn, Passfedern, Presssitze und andere) her.KISSsoft bietet auf der Grundlage von internationalenBerechnungsstandards (ISO, DIN, AGMA, FKM, VDI etc.) weitgehende Optimierungsmöglichkeiten. Die Anwendung erstreckt sich vom einfachen Maschinenelement bis zur auto-matischen Auslegung von kompletten Getrieben. Schnittstel-len zu allen wichtigen CADs runden dieses Angebot ab.

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DSC Software AGAm Sandfeld 1776149 KarlsruheTel.: 07 21/ 97 74-1 00Fax: 07 21/ 97 74-1 01E-Mail: info@dscsag.comInternet: www.dscsag.com

DSC Lösungen erweitern den Leistungsumfang von SAP in den Bereichen Product Lifecycle Management und Dokumenten-Management um:• eine intuitive und effi ziente Bedienoberfl äche

mit intelligenter Prozessunterstützung• die Integration von Produktentwicklung und

Fertigungsplanung• zahlreiche praxisnahe Zusatzlösungen,

Integrationen für CAx, Offi ce und vieles mehr

Aktuelle Veranstaltungen fi nden Sie aufwww.dscsag.de

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Megatech Software GmbHStandorte:• Hamburg• Berlin• Düsseldorfwww.megacad.de

Die Megatech Software GmbH entwickelt seit 25 Jahren CAD-Konstruktionsprogramme und ist damit einer der ältesten und erfahrensten Anbieter dieser Art auf dem deutschen Markt. Im Mittelpunkt: MegaCAD, die 3D/2D-Spezialsoftware zum freien Konstruieren ohne Einschränkungen.Ausgereifte Funktionen sorgen für ein extrem einfaches und schnelles Arbeiten vom ersten Entwurf bis zur produktions-reifen Lösung. Lernen Sie die Vorteile von MegaCAD jetzt ken-nen - in einem kostenfreien und unverbindlichen Workshop für Konstrukteure.

Aktuelle MegaCAD Kennen-lern-Workshops zu ausge-wählten Themen:www.megacad.de(unter Service + Support)

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AutoForm bietet Softwarelösungen für den Werkzeugbau und die Blechumformung an. Deren Einsatz verbessert die Zuver-lässigkeit in der Planung, reduziert die Anzahl der Werkzeug-erprobungen und verkürzt die Tryout-Zeiten. Dies führt zu höchster Qualität bei der Bauteil- und Werkzeugkonstruktion und maximaler Verlässlichkeit in der Fertigung. Zudem werden Pressenausfallzeiten und die Ausschussrate in der Fertigung erheblich reduziert. Das Lieferspektrum wird abgerundet durch maßgeschneiderte Trainings, Fortbildungen, konkreten Imple-mentierungsprojekten und Consultingaktivitäten.

Softwaretrainings:www.autoform.com/trainingFortbildung:www.autoform.com/fundamental-trainingConsulting:www.autoform.com/consultingVeranstaltungen:www.autoform.com/events

7000

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PROCAD GmbH & Co. KGVincenz-Prießnitz-Str. 376131 KarlsruheTel.: 07 21 / 96 56-5E-Mail: info@procad.deInternet: www.procad.de

Webinar: Kosten- Nutzenbetrachtung von PLM-Projekten

Die Anschaff ung von PLM- und ECM-Lösungen kostet Geld. Das Webinar gibt an Hand von Beispielen aus PLM-Projekten Hinweise, wie schnell sich aber diese Kosten amortisieren lassen:Konkrete Einsparpotentiale durch Teilewiederverwendung und Dublettenvermeidung, Nutzen durch eine transparente Koordi-nation von Änderungsabläufen, Nutzen durch die Automatisie-rung bei der Erstellung von Anlagendokumentationen.Vorgestellt wird auch der PRO.FILE ROI-Kalkulator.

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ID-Consult GmbHIrmgardstr. 181479 MünchenTel.: 089 - 890 63 64-0Fax: 089 - 890 63 64-22E-Mail: info@id-consult.com

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ID-Consult – Die Entwicklung von „Winning Products“ erfordert immer effi zientere Prozesse, um auf die steigende Komplexität und Schnelligkeit im Markt zu reagieren und die individuellen Anforderungen der Kunden zu erfüllen.Die METUS® Methodik und Softwarelösung unterstützt in der frühen Entwicklungsphase durch eine ganzheitliche Inte-gration aller Beteiligten und deren Informationen und Wissen. Visualisierung und Transparenz von modularen Produktarchitek-turen führt zu signifi kanter Reduktion von Time-to-market und Kosten in allen Stufen der Wertschöpfungskette.

8. März 2012Expertenforum„Creating Winning Products“Allianz Arena, München

Hochkarätige Referenten erläutern Best Practices bei der Konzeption erfolgrei-cher Produkte.

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CFK bietet neben herausragenden Ma-terialeigenschaften, beispielsweise einer hohen spezifischen Steifigkeit

und hoher Festigkeit, auch die gestalte-rische Freiheit, die Faserausrichtung den auftretenden Kräfteflüssen anzupassen. Allerdings erfordert Leichtbau mit Faser-verbundstrukturen auch eine genaue Fes-tigkeitsanalyse, die üblicherweise virtuell anhand numerischer Berechnungen auf

der Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt wird. Hierbei gilt es, Design-Varianten vergleichend zu ana-lysieren und ein Strukturversagen mög-lichst vor der Testphase an physikalischen Prototypen auszuschließen.

Durch die Zusammenarbeit der Firmen EADS Innovation Works und CADFEM GmbH konnte unter Verwendung der Software-Lösungen ANSYS Compo site

PrepPost und ANSYS Mechanical APDL die numerische Untersuchung einer Last-einleitungsrippe (LIR) der äußeren Lande-klappe des Airbus A340-500/600 auf der Basis eines Schalenmodells durchgeführt werden. Dieses hochbelastete Bauteil be-findet sich innerhalb der Landeklappen-struktur und stellt die Anbindung zur Landeklappenkinematik dar. Das heißt, auftretende aerodynamische Lasten an

A U S L E G U N G U N D A N A Ly S E V o N C o M P o S I T E - S T r U K T U r E N I N D E r L U F T FA H r T I N D U S T r I E

Landeklappe für den A340 optimal gestalten V O n A L E x P L E B U C H , T I M O F r A M B A C H

Die Luftfahrt stellt neben weiteren Anwendungsfeldern – der Windenergie, dem Schiff- und Bootsbau

und der Herstellung hochwertiger Sportgeräte – eines der Haupteinsatzgebiete von faserverstärkten

Kunststoffen (Composites) dar. Hier gilt es, insbesondere aufgrund des direkten Zusammenhangs zwi-

schen Strukturgewicht und Kerosinverbrauch, gewichtssparend zu bauen, ohne dabei die geforderten

strukturmechanischen Aspekte zu vernachlässigen. Dies kann unter anderem durch die Verwendung

von CFK (kohlefaserverstärktem Kunststoff) erreicht werden. Zuverlässige Simulationstools stellen

hierbei ein etabliertes Werkzeug dar.

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16 Veranstaltungskalender Aktuell

PLZ Anbieter Firma/Anschrift Schwerpunkte Termine90

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17Im FokusCFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

dem Hochauftriebssystem Landeklappe werden von der LIR aufgenommen und in die Flügelstruktur eingeleitet. Zielset-zung der Untersuchung war es, die Ge-nauigkeit einer geschichteten 2,5D-Ana-lyse aus Schalenelementen im Vergleich zu einer 3D-Referenzrechnung aus Volu-menelementen zu bestimmen und den Aufwand für beide Simulationsansätze vergleichend gegenüberzustellen.

Die Ausgangslage des Projekts ist ein seitens EADS erstelltes Referenz-Netz so-wie die 3D-Geometrie der Rippe. Diese beiden Modellteile gilt es nun zu einem Berechnungsmodell mit geschichteter Tragstruktur zu verarbeiten. Der Work-flow der FE-Simulation der LIR kann Bild 1 zusammenfassend entnommen werden. Die einzelnen Schritte des Workflows wer-den im weiteren Kontext diskutiert.

Hohe Gestaltungsfreiheit in der ModellvorbereitungIm ersten Schritt wird die Geometrie des CAD-Modells der LIR aufbereitet. ANSYS Composite PrepPost arbeitet unter ande-rem mit geschichteten Schalenelemen-ten, hierfür ist eine Flächengeometrie der Struktur notwendig. Hierbei kommt bereits eine Kernfunktionalität innerhalb der Software, die Definition so genannter „Oriented Element Sets“ (OES), zum Ein-satz. Anstatt Mittelflächen des Volumens abzuleiten und später symmetrisch zu belegen, bietet ANSYS Composite Prep-Post die Möglichkeit, „Oriented Element Sets“ zu definieren, die eine beliebige Belegung in beide Normalenrichtungen zulassen. Somit können jeweils auch die Außenflächen einer Struktur genutzt werden. Für die Durchführung dieser LIR-Analyse wurden keine Mittelflächen ver-wendet. Diese Gestaltungsfreiheit ist von

hoher Bedeutung für die Belegung von komplexeren Strukturen unter Berück-sichtigung variabler Dickenverläufe.

Weiterhin werden entstehende Harz-Zwickel im Bereich von Hohlräumen von CFK-Strukturen berücksichtigt, indem Volumen-Geometrie in diesen Bereichen definiert und über Verbund-Kontakte an-gebunden wird (Bild 2). Zur Vernetzung der Zwickel werden isotrope SOLID-186-Elemente verwendet. Das Postprocessing der Solid-Elemente kann in der Mechani-cal-APDL-Umgebung erfolgen.

Automatische Vernetzung und realistische randbedingungenIm zweiten Schritt erfolgt die Vernetzung der Flächengeometrie der LIR. Hierzu kann entweder der Vernetzer von AN-SYS Mechanical APDL oder ANSYS Work-bench verwendet werden, wobei der Vernetzungsalgorithmus der Workbench sehr automatisiert abläuft, nahezu intui-

tiv bedienbar ist und so-mit zur Vernetzung der Rippen-Struktur gewählt wird. Als Elementen-Typ wird SHELL281 mit qua-dratischem Ansatz defi-niert.

Den dritten Schritt stellt die Verbindung des Referenz-Netzes der Landeklappe mit dem ANSYS-Netz der Rip-penstruktur dar. Dies geschieht im Rahmen von ANSYS Mechanical APDL. Die Verbindung

erfolgt über Niete, die vereinfacht durch starre BEAM188-Elemente abgebildet werden. Die Niet-Positionen konnten dabei dem CAD-Modell der LIR entnom-men werden und wurden zuvor als Lini-enkörper modelliert. Die Endknoten der Balken werden mit den Nachbarknoten der jeweiligen Modellteile vereinigt,

Bild 1: Workflow der FE-Analyse der A340-Compo-site-Lasteinleitungsrippe der Landeklappe.

Bild 2: Harz-Zwickel als Volumengeometrie.

Bild 3: Schematische Darstellung der Laminat-Definition in AnSYS Composite PrepPost.

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18 Im Fokus CFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

wodurch die Verbindung der Modelltei-le abgeschlossen ist. Die Gesamtanzahl der Nietkörper summiert sich auf über 300 Stück.

An dieser Stelle sind die Randbedin-gungen des Modells zu beschreiben. Als angenommener Lastfall liegt der so ge-nannte Ultimate Load Case „JAM TOO“ vor, der eintritt, wenn die Landeklappen im ausgefahrenen Zustand verklemmen. Die Lasteinleitung erfolgt in Form einer Lastspinne aus starren Balkenelemen-ten. Gelagert wird das Modell an den äu-ßeren Rippen des Klappensegments. Die Anbindung der Klappe mithilfe starrer Balkenelemente an externen Knoten mit gesperrten translatorischen, jedoch frei-

en rotatorischen Freiheitsgraden ermög-licht durch die gegebene Flexibilität eine realitätsnahe Lagerung.

Die Struktur der Landeklappenaußen-haut wird anhand eines verschmierten Laminats dargestellt. Dabei werden hö-her belastete Bereiche in unmittelbarer Umgebung der LIR durch dickeres Lami-nat verstärkt (Doppler).

Laminat-Definition an beliebig komplexer GeometrieSind die Randbedingungen definiert, kann im nächsten Schritt das Modell in ANSYS Composite PrepPost importiert und mit der Laminat-Definition begon-nen werden. Dies erfolgt nach einem in Bild 3 dargestellten, übersichtlichen Schema, das sich eng am Herstellungs-prozess orientiert. Dabei steht für je-

den Schritt der Prozesskette innerhalb der Software-Lösung eine umfangrei-che Werkzeugpalette zur Verfügung. Ei-nen wesentlichen Vorteil stellen dabei die implementierten Funktionen zur Definition der Materialreferenzrichtung dar. So kann beispielsweise die Faser-ausrichtung des Omega-Profils des LIR-Hauptkörpers anhand nur eines Koordi-natensystems erzeugt werden, sodass keine weiteren Winkelangaben und Vor-zeichenumkehrungen benötigt werden. Darüber hinaus bietet die Software wei-terführende Möglichkeiten, die anhand von überlagerten Koordinatensystemen, Referenzkanten und tabellarischen Wer-ten nahezu jede Faserorientierung an

beliebig komplexer Geometrie zulässt.Die Materialparameter des Werkstoffs HTS-RTM-6 werden von EADS IW zur Verfügung gestellt. Es wird ein symme-trischer Quadrax-Laminataufbau (0, 90, 45,-45) mit einer Lagendicke von 0,125 Millimetern und einer daraus resultie-renden Schichtdicke von 2 Millimetern gewählt. Die Materialmodellierung wird in ANSYS Composite PrepPost durchge-führt, indem zunächst ein neues Materi-al definiert und dieses anschließend zu einem „Fabric“ (Gelege) modelliert wird, um zu „StackUps“ (Schichtung) und gan-zen „Sub-Laminates“ zusammengefasst zu werden. Somit kann zum Beispiel ein 10 Millimeter dickes Laminat einer Komponente im Rahmen einer „Mode-ling Ply Group“ (Bild 3) aus fünf 2-Mil-limeter-Quadrax-StackUps oder einem

10-Millimeter-Sub-Laminat bequem zu-sammengesetzt werden, ohne die Ein-zellagen nochmals zu definieren. Als Alternative zur Erstellung neuer Mate-rialparameter und Laminate beinhaltet die Software eine Materialdatenbank mit vordefinierten Materialparametern und Laminaten gängiger Faserverbund-werkstoffe.

Die Belegung der vordefinierten Kom-ponenten („Element Sets“, Bild 3) kann, wie bereits angesprochen, in beide Nor-malenrichtungen völlig unabhängig von der vordefinierten Schalenorientierung erfolgen. Weiterführend sind Schäftun-gen der Lagen in bestimmten Bereichen realisierbar. Dazu wird eine vordefinier-te Kante ausgewählt und der benötigte Steigungswinkel festgelegt. Alternativ kann die Schäftung auch einer importier-ten CAD-Geometrie angepasst oder über Tabellenwerte beschrieben werden. Das Ergebnis der Laminat-Definition und Belegung lässt sich in ANSYS Composite PrepPost über „Section Cuts“ visualisieren. Die Bilder 4 a, b und c zeigen exemplari-sche Section Cuts. Teil a verdeutlicht dabei die Modellierung der Belegung im Front-bereich der Struktur, die, wie bereits ange-sprochen, nicht von Mittelflächen ausgeht. Teil b veranschaulicht im linken Bereich der Abbildung eine Schäftung des Lami-nats. Diese ist dabei nicht über die gesam-te Geometriehöhe konstant, sondern vari-abel. Im Bereich der Augen (Lasteinleitung) wird die Struktur durch zusätzliche Lagen verstärkt. Anhand dieser flexiblen Bele-gung kann selbst die in Bild 4 d dargestell-te 3D-Geometrie in einem Schalensystem umgesetzt werden.

Durch das verwendete Prinzip der „Mo-deling Ply Groups“ sind Belegungsstudi-en in ANSYS Composite PrepPost mit sehr geringem Aufwand durchführbar. Es ist dabei nicht notwendig, Geometrie und/oder Elemente erneut auszuwählen. Stattdessen können den bereits definier-ten Komponenten (OES) unterschiedliche Laminat-Varianten unmittelbar zugewie-sen werden. Für eine direkte Gegenüber-stellung der Berechnungsergebnisse un-terschiedlicher Modellvarianten wird das Ansichtsfenster gesplittet.

Umfangreiche Postprocessing-FunktionalitätenDen abschließenden Schritt der durch-geführten Analyse stellt das Postproces-sing dar. Hierbei kommen die umfang-

Bild 4: Visualisierung der Laminat-Belegung mithilfe von Section Cuts (a,b,c) und in 2,5D umgesetzte 3D-Geometrie (d).

a

c

b

d

19Im FokusCFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

reichen Postprocessing-Funktionalitäten des ANSYS Composite PrepPost zum Einsatz. Diese ermöglichen eine globa-le Darstellung der Ergebnisse unter Be-rücksichtigung eines oder mehrerer Ver-sagenskriterien (Puck, Hashin, MaxStress usw.). Dabei kann nach Belieben neben den Reserve-Faktoren (RF, auch IRF) die Versagensart, die versagende Lage und der maßgebende Lastfall ausgegeben werden. Weiterhin ist es anhand eines „Sampling Elements“ möglich, die Span-nungsverteilung (auch Dehnung) über die Laminatdicke zu plotten. Neben den üblichen intraplanaren Spannun-gen lässt die Software mithilfe von Post-Algorithmen auch einen Rückschluss über die Verteilung von transversalen Schubspannungen und interlaminaren Normalspannungen in gekrümmten Be-reichen zu. Diese werden entsprechend auch innerhalb der Versagenskriterien (wie Puck3D) berücksichtigt.

Der Vergleich der Simulationsergeb-nisse der Schalen-Analyse mit ANSYS Composite PrepPost und der Referenz-rechnung mit einem Solid-System zeigt weitreichend übereinstimmende Resul-tate. Sowohl die Gesamtdeformation als auch die Hauptdehnungen sind nahezu identisch und die Ergebnisse als qualita-tiv gleichwertig einzustufen. Ähnliches gilt auch für die intraplanaren Zug- und Druckspannungen (Bild 5) sowie die Schubspannungen. Im Blick auf die inter-planaren Spannungen kann die Software eine qualitative Aussage über die Vertei-

lung treffen. Die Abweichung der trans-versalen Schubspannungen ist gering.

Entwicklungsaufwand von Composites stark verkürztNach Aussage der Mitarbeiter von EADS Innovation Works, die die Referenzrech-nung durchgeführt haben, wurde eine Ersparnis des Zeitaufwands bei der Ver-wendung von ANSYS Composite Prep-Post von bis zu zwei Dritteln erzielt. Da-mit ist die Software insbesondere für die Vorauslegung auch von komplexeren Composite-Strukturen geeignet, ohne

dabei die Geometrie stark vereinfachen zu müssen. Es könnten in kurzer Zeit nicht nur mehrere Konstruktionsvarian-ten untersucht, sondern weiterführend auch Belegungsstudien dieser Varianten durchgeführt werden. Somit ist ANSYS Composite PrepPost ein innovatives, leis-tungsstarkes und einfach zu bedienen-des Pre- und Postprocessing Tool, das auf den bewährten ANSYS-Solver zurück-greift und das Potenzial besitzt, den Ent-wicklungsaufwand von Composites in der Auslegungsphase entscheidend zu verkürzen. to

Bild 5: Exemplarische, vergleichende Darstellung der ermittelten Zug-normal-Spannungen (a.1,a.2) und Druck-normal-Spannungen (b.1,b.2) in AnSYS Composite PrepPost (oben) und der referenzanalyse (unten). Bilder: CADFEM

20 Im Fokus CFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

Seit 2008 hat HDW den Anteil der Ver-bundwerkstoffe in neuen U-Booten um jährlich 10 Prozent erhöht. Die

Firma rechnet damit, dass diese Übernah-merate weiter steigen wird. Derzeit wer-den über 800 Quadratmeter der neuen U-Boot-Klasse (mit einer Länge von bis zu 65 Metern) aus Verbundwerkstoffen her-

gestellt. Das größte Verbundwerkstoff-teil ist eine doppelt gekrümmte, etwa 100 Quadratmeter große Platte (Seiten-längen: 10 x 6 Meter). Alle Verbundwerk-stoffteile von HDW werden seit 2008 mit-hilfe der Software FiberSIM entwickelt.

„Wenn ein U-Boot der Klasse 212A oder 214 auftaucht, sieht man nur aus Ver-

bundwerkstoffen hergestellte Teile“, so Marc Tillmanns, leitender Verbundwerk-stofftechniker bei HDW. Ebenso wichtig ist, dass HDW mithilfe von FiberSIM die Entwicklungszeit verkürzen und die Qua-lität der Verbundwerkstoffteile verbes-sern konnte. Darüber hinaus wurde die zur Herstellung erforderliche Arbeitszeit um 20 bis 30 Prozent reduziert.

„Schneller, leiser, tiefer“HDW setzt bereits seit über einem Jahr-hundert Meilensteine beim Bau von U-Booten. Das erste Test-U-Boot wurde

E N T W I C K L U N G V o N V E r B U N D W E r K S T o F F E N B E I H D W

Fertigungszeit verkürzt, Qualität verbessert V O n D r . O L I V I E r G U I L L E r M I n

Moderne Verbundwerkstoffe werden bereits seit den 50er Jahren in U-Booten eingesetzt, bislang wurden sie

jedoch nur für bestimmte Teile verwendet. Allerdings zeichnet sich in letzter Zeit ein Wandel zu einer viel

breiteren Nutzung ab. Eine wichtige rolle spielen dabei Tools wie beispielsweise die FiberSIM-Software von

VISTAGy für die Entwicklung von Verbundwerkstoffen. Die Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH (HDW),

ein Unternehmen von ThyssenKrupp Marine Systems, liefert den Beweis.

HDW wandte sich den Verbundwerkstoffen ursprünglich mit dem Ziel zu, das Gewicht zu reduzieren, eine bessere Bootsstabilität zu erzielen, die Stromlinienform zur Verringerung der Entdeckungswahrscheinlich-keit zu optimieren, die Echolotübertragung zu verstärken und die Her-stellungskosten durch die Verschmelzung von Teilen zu senken. Bilder: HDW

1897 gebaut, das erste U-Boot-Dockschiff „Vulkan“ 1908 von HDW an die kaiserliche Marine geliefert. Es bot damals Spit-zentechnologie und sollte die neu entstehende U-Bootflotte der kaiserlichen Marine unterstützen. Dieses Schiff wurde rich-tungsweisend für weitere Nachbauten.

Der Aufstieg von HDW zum führenden Hersteller konventio-neller U-Boote in der modernen Welt begann mit dem Aufbau der U-Boot-Flotte für die Deutsche Marine ab 1960. Heute ist die Werft weltweit führend im Bau von nicht-nuklearen U-Boo-ten. Mit 61 Booten ist die Klasse 209 das bisher meistgebaute dieselelektrische U-Boot der Nachkriegszeit.

Einzigartig sind die U-Boote der Klassen 212A und 214, die mit einem außenluftunabhängigen Antriebssystem ausgerüstet sind, das auf Brennstoffzellen basiert und das Boot wochenlang unter Wasser in Fahrt hält. HDW ist das einzige Unternehmen der Welt, das heute einen serienreifen Brennstoffzellenantrieb anbieten kann. Unter dem Motto „schneller, leiser, tiefer“ kom-men die HDW-U-Boote in 17 Marinen der Welt zum Einsatz.

Aufkommen der VerbundwerkstoffeVerbundwerkstoffe sind seetüchtig und bieten viele Vortei-le. Sie sind der rauen, salzigen Meeresumgebung gewachsen, korrosionsbeständig und weisen bessere Alterungseigenschaf-ten auf als Metalle. Darüber eröffnen Verbundwerkstoffe die Möglichkeit des „Materialdesigns“, da Fasern und Harze auf un-terschiedliche Weise kombiniert und die Fasern auf Last- und Spannungspfade ausgerichtet werden können. Dadurch wer-den die Verhältnisse von Gewicht zu Festigkeit und von Ge-wicht zu Steifigkeit verbessert.

Verbundwerkstoffe erleichtern weiterhin die Herstellung nahtloser komplexer Formen für eine bessere hydrodynami-sche Performance und Tarnkappen-Eigenschaften, da sie sich im Unterschied zu Metallblechen weitgehend über abgerun-dete Oberflächen legen lassen. Mit dem RTM-Verfahren (Resin

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„Wenn ein U-Boot der Klasse 212A oder 214 auftaucht, sieht man nur aus Verbundwerkstoffen hergestellte Teile“, so Marc Tillmanns, leiten-der Verbundwerkstofftechniker von HDW. Durch den Einsatz von Ver-bundwerkstoffen erzielt man eine schnittigere Silhouette und erzeugt weniger Kielwasser.

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22 Im Fokus CFK – Konstruktion, Simulation, Fertigung

Transfer Molding) beziehungsweise der gleichzeitigen Aushärtung großer Bau-teile ohne eine Vernietung oder Verbin-dung kleiner Teile wird außerdem eine Verschmelzung und Reduzierung der Anzahl der Teile möglich, was sich wiede-rum positiv auf die Fertigungsdurchlauf-zeiten und Kosten auswirkt.

Außerdem bieten Verbundwerkstoffe wertvolle mechanische Eigenschaften wie bessere Dauerfestigkeit und geringere Rissausbreitungsanfälligkeit als Alumini-um und andere Metalle, gesteigerte akus-tische Transparenz für verstärkte Echolot-übertragung (beispielsweise im Bugdom) sowie geringere Lebenszyklus- und War-tungskosten als Metallstrukturen. Derzeit wird FiberSIM von HDW zur Entwicklung

und Herstellung verschiedener Glas- und Kohlefaserausrüstungsteile genutzt. Da-von betroffen sind das gesamte obere Deck sowie die Kielabdeckungen, Turm-verkleidung, Propellerblätter und Ruder. HDW beabsichtigt, in naher Zukunft den Einsatz von FiberSIM auf die Konstrukti-on von Strukturteilen, beginnend mit ei-nem neuen, leichteren Ablagegestell für Torpedos, auszuweiten.

„Mit FiberSIM lässt sich der Wechsel von Metall zum Verbundwerkstoff schneller bewerkstelligen, und durch die Überprü-fung der Fertigungsdaten vor dem Ferti-gungsbeginn können Risiken minimiert werden“, erklärt Tillmanns.

FiberSIM-oberflächenAls sich HDW nach einem Anbieter von Verbundwerkstoff-Software um-sah, konnte VISTAGY mit umfangreicher Erfahrung in den Branchen Luft- und Raumfahrt, Kraftfahrzeug und Windener-gie aufwarten. Die Kenntnisse und Tech-nologien, die VISTAGY aus den Lektionen dieser Branchen gewonnen hatte, ließen sich auf die Marinefertigungsumgebung übertragen.

HDW wandte sich den Verbundwerk-stoffen ursprünglich mit dem Ziel zu, das Gewicht zu reduzieren und eine bessere

Bootsstabilität zu erzielen. Andere tech-nische Herausforderungen waren unter anderem Gewichtsverringerung, Redu-zierung der Entdeckungswahrscheinlich-keit, Verstärkung der Echolotübertragung und Einsparung von Herstellungskosten durch die Verschmelzung von Teilen.

Der Schritt von der manuellen zur au-tomatisierten Lösung mithilfe von Fi-berSIM erlaubt den Konstrukteuren von HDW, erste Entwürfe schneller umzuset-zen und sich bereits in einer frühen Ent-wicklungsphase einen Überblick über mögliche Folgen von Konstruktionsän-derungen zu verschaffen.

„FiberSIM erleichtert den Prozess, weil wir dank der Designüberprüfungstools wesentlich mehr Einzelheiten über die endgültigen Verbundwerkstofflaminie-rungen festhalten und sicherstellen kön-nen, dass sie richtig sind und den Spezi-fikationen entsprechen“, sagt Tillmanns. „Dazu gehören auch die Möglichkeiten des 3D-Schnitts und der Kernprobung.“

Durch den Einsatz der Machbarkeitssi-mulation von FiberSIM kann HDW präzi-se Flachmuster erstellen, die für die Fer-tigung erforderlich sind. Ankerstifte und Klebestellen werden nun mithilfe dieses virtuellen Fertigungssimulationsansatzes platziert – ein erheblicher Fortschritt im Vergleich zu den Trial-and-Error-Metho-den der Vergangenheit, die große Zeit- und Materialverluste mit sich brachten.

Da von HDW verschiedene Verbund-werkstoffe eingesetzt werden, haben sich die erweiterbare FiberSIM-Datenbank und die Anwendbarkeit der Simulation auf ein großes Werkstoffspektrum (wie NCF-Werkstoffe) als wertvoll erwiesen.

Herausforderungen für HDW• Verringerung des Gewichts und

Verbesserung der hydrodynamischen Eigenschaften des U-Boots

• Reduzierung der Fertigungskosten durch die Verschmelzung von Teilen

• Verringerung der Echolot- und Ge-räuschsignatur für bessere Tarnkap-pen-Eigenschaften

• Verbesserung von Qualität und Fes-tigkeit der Verbundwerkstoffteile

Vorteile des Einsatzes von FiberSIM • Zuverlässige Simulation verringerte

das mit dem Einsatz von Verbund-werkstoffen in einem größeren Teilespektrum verbundene Risiko und sorgte somit für ein geringeres Gesamtgewicht des U-Boots

• Mit dem prädiktiven Designprozess können Konstrukteure Probleme vor der Fertigung erkennen und korrigieren

• Kürzere Fertigungszeit und höhere Qualität

• Erhöhte Teilegenauigkeit und -quali-tät durch konsistente Daten inner-halb der Lieferkette

In diesem Bild eines U-Boots der Klasse 214 wird die Trennlinie zwi-schen den Verbundwerkstoffen (oben) und dem Metall (rumpf) besonders deutlich. Das gesamte obere Deck sowie die Kielabde-ckungen, Turmverkleidung, Pro-pellerblätter und ruder wurden von HDW mithilfe von FiberSIM entwickelt und hergestellt.

Beim Design und der Kon-struktion nicht-nuklearer

U-Boote verfügt HDW über sehr viel Erfahrung. Das Un-

ternehmen hat U-Boote an die Marinen von 17 Ländern

geliefert.

Verbesserte Verknüpfung im EntwicklungsprozessEin von HDW durch den Einsatz von FiberSIM erzielter wichti-ger Vorteil ist die Möglichkeit, mit sehr dicken Laminaten zu ar-beiten. Über und unter der dicken Kernschicht können solche Laminate viele zusätzliche Schichten aufweisen. Die Software verfolgt exakt die in das Verbundwerkstoffteil einfließenden Werkstoffmengen, wodurch HDW-Konstrukteure in der Lage sind, das Werkstoffgewicht, den Schwerpunkt und andere Träg-heitseigenschaften genau zu ermitteln, die für das strukturelle Design des U-Boots kritisch sind.

HDW stellte fest, dass der Einsatz der VISTAGY-Software die Feh-lerwahrscheinlichkeit verringerte, da Konstruktion und Ferti-gung verknüpft wurden. Hierdurch wird die Gefahr einer Fehlin-terpretation seitens der Logistikkette verringert (das Schneiden der Verbundwerkstoffschichten wird von HDW extern in Auftrag gegeben). Mit der FiberSIM-Laser-Projection-Software können HDW-Konstrukteure außerdem Konstruktionsfehler verringern und die Prozesszeiten beim Schichtaufbau der Verbundstoff-teile deutlich reduzieren, da sich die Konturen der einzelnen Schichten direkt mithilfe des Layup-Tools anzeigen lassen.

„FiberSIM hat uns eine verbesserte Verknüpfung zwischen den einzelnen Konstruktionswerkzeugen und größere Flexi-bilität bei der Erstellung von Dokumentationsmaterial und Schichtunterlagen ermöglicht, damit die Konstrukteure in der Fertigungshalle schnell und einfach auf wichtige Daten zugrei-fen können“, so Verbundwerkstofftechniker Tillmanns. „Dadurch können wir die Gesamtqualität über den gesamten Entwick-lungsprozess von der frühesten Planungsphase bis hin zur Fer-tigung verbessern und rationalisieren.“

Darüber hinaus dient die Software zur Entwicklung von Teilen für mehrere Fertigungsprozesse, darunter das RTM-Verfahren sowie manuelles Prepreg- und Nass-Layup.

„Es steht außer Zweifel, dass die Verbundwerkstoffe bei uns in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen werden“, er-klärt Tillmanns. „Unsere Strategie, eine erstklassige Methodik rund um FiberSIM zu entwickeln, um unseren gesamten Pro-zess von der Planung bis hin zur Fertigung ständig zu verbes-sern, ist daher ein wichtiger Bestandteil unseres nachhaltigen Erfolgs.“ to

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Querschnitt des Details einer Sandwich-Platte während einer FiberSIM-Modellierungssitzung. Solche Platten werden im Schiffbau für den Bau von Composite-rumpf- und Deck-Strukturen eingesetzt. Die farbigen Linien stellen den Kern (braun) und die Composite-Lagen mit ihren verschiedenen Ausrichtungen (gelb, blau, grün) dar. Die Lagen sind mit einem namen unter Angabe ihrer Fertigungsschritte beschriftet. Bild: Siemens

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30 Publireportage: Roboterverkabelung Verbindungstechnik

Für die Übertragung von Energie, Signalen und Daten im Automobil-bau gemäß den Anforderungen

der Automatisierungsinitiative Deut-scher Automobilhersteller (AIDA) bietet Weidmüller erstmalig ein durchgängi-ges Installa tionssystem, das der Verkabe-lungsrichtlinie für PROFINET entspricht. Eingesetzt wird dieses beispielsweise bei der Roboterverkabelung. Dabei re-duziert das Installationssystem nicht nur den Montageaufwand um rund 50 Pro-zent, sondern besteht aus aufeinander abgestimmten Einzelsteckkomponenten für die Verdrahtung der Schlauchpakete.

Mit ihnen kann der Anwender per „Plug & Play“ die drei Basiselemente der indus-triellen Automation – Energie, Signale, Daten – stecken und somit eine ganz-heitliche Lösung realisieren.

Ein freier Steckverbinder stellt die Ver-bindung vom Schaltschrank zum Robo-terfuß her. Schlauchpaket eins verbin-det den Roboterfuß mit Achse 3 und Schlauchpaket zwei verbindet schließlich Achse 3 mit dem Roboterkopf. Dank die-sem Installationskonzept werden allen Anwendern gleich mehrere Vorteile gebo-ten: Minimaler Montageaufwand bei der Installation und ein schneller Austausch

der Schlauchpakete beim Service. So lässt sich mit den PushPull-Steckverbindern mit wenigen Handgriffen der Energie-, Signal- und Datenstrang austauschen. Die robusten Metallgehäuse der Steckverbin-der sind eigens für raue Umgebungsbe-dingungen auf eine lange Lebensdauer ausgelegt.

PushPull-Steckverbinder und neu-artige Anschlussdosen bilden die Ba-sis für einen neuen Verkabelungsstan-dard bei PROFINET-Installationen in der Automobil indus trie. Er besteht aus Steck-verbindern der Variante 14, ausgestattet mit zwei verschiedenen Einsätzen für Da-

D U r C H G ä N G I G E S I N S T A L L A T I o N S S y S T E M I M A U T o M o B I L B A U

Dreifach durchdacht – ganzheitlich umgesetztBisher konnten Anwender in der Automobilindustrie auf kein durchgängiges Verdrahtungskonzept auf Basis

von ProFINET zurückgreifen. Das von Weidmüller angebotene Installationssystem dient der Übertragung

von Energie, Signalen und Daten im Automobilbau gemäß den Anforderungen der Automatisierungsinitiati-

ve Deutscher Automobilhersteller (AIDA)* . Das Installationssystem für die roboterverkabelung ist durch-

gängig konzipiert und entspricht der Verkabelungsrichtlinie für ProFINET. Spezielle aktive und passive

Komponenten sowie entsprechendes Werkzeug komplettieren das in Kupfer- oder Lichtwellenleiter-(LWL-)

Technik ausgeführte Installationssystem.

Weidmüller PrOFInET/AIDA- roboterverkabelung

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31Publireportage: Roboterverkabelung Verbindungstechnik

ten und Signale und dem PushPull-Steck-verbinder für die Energie. Das System komplettiert eine Doppelanschlussdose für die Energie (24V) und Daten (Ethernet) sowie eine Einfachanschlussdose für Sig-nale. Steckverbinder und Anschlussdosen besitzen RJ45-Module: Dank RJ45-Modu-len mit STEADYTEC-Technologie erhöht sich die Anzahl der Steckstellen in einem Channel. Maximal sechs Steckstellen sieht die PROFINET-Spezifikation vor. Jede zu-sätzliche Steckstelle in einem Category 5 Channel erhöht allerdings die elektri-schen Verluste und beeinträchtigt die ge-samte Übertragungsstrecke. Weidmüller setzt deswegen auf RJ45-Komponenten der Kategorie 6A, da diese gegenüber CAT5-Komponenten eine deutlich höhere Systemreserve bei der Datenübertragung bieten. Der PushPull-Steckverbinder für die Energieleitungen ist mit einem fünf-poligen Einsatz für 16 A ausgestattet, der PushPull-Signalsteckverbinder besitzt ei-nen zehnpoligen Hybrideinsatz.

Weiterer Vorteil von CAT 6A ist die voll-ständige Kompatibilität zu Bestandsinstal-lationen, also zu allen gängigen Switchen und Netzwerkkarten von 10 MBit/s bis 10 GBit/s. Zehn Gigabit-Ethernet (10 GbE) ist in den Standards der IEEE 802.3 de-finiert und gilt speziell für die physikali-sche Übertragung über Twisted-Pair-Ka-bel in Kupfer. Die Vorschrift wurde 2006 verabschiedet und beschreibt die Hoch-geschwindigkeitsdatenübertragung über alle vier Leiterpaare eines Datenkabels im Vollduplex-Betrieb über eine Strecke von 100 Metern (10GBASE-T). Soll die Strecke weiter als 100 Meter reichen, kommen Lichtwellenleiter (LWL) zum Einsatz. Und hier spielt der STEADYTEC-Baukasten von Weidmüller sein ganzes Können aus. Der Anwender kann wahlweise RJ 45- oder LWL-Steckereinsätze verwenden. Speziell in der industriellen Bildverarbeitung be-steht der Anwenderwunsch nach grö-ßerer Bildauflösung und schnellerer Ver-arbeitung. Die STEADYTEC-Technologie lässt Übertragungsraten von 10 MBit/s bis 10 GBit/s nach IEEE 802.3 zu. Anwender können ohne Adaption bis 10 GBit/s fah-ren und sind damit zukunftssicher aufge-stellt, sie müssen die verfügbare Übertra-gungsrate aber nicht völlig ausreizen.

Aktive und passive Steckkomponenten Das Weidmüller-Installationssystem kann in Kupfer- oder LWL-Technik ausgeführt

sein. Durchgängig für die Roboter ver- kabelung konzipiert, besteht es aus aktiven und passiven Steckkomponen-ten (gemäß Verkabelungsrichtlinie für PROFINET beziehungsweise EtherNet/IP) sowie Zubehör, das die Verbindung vom Schaltschrank bis in den Roboterkopf ge-stattet. Bislang setzten Anwender hier-bei vorrangig auf Kupferleitungen. Doch die Automationsanforderungen verlan-gen nach immer höheren Datenmengen bei gleichzeitiger Immunität gegenüber elektromagnetischen Einflüssen, was dazu führt, dass vermehrt Lichtwellenleiter auf Basis von polymer optischen Fasern (POF) Verwendung finden. Bei der Konzeption der IE-Steckverbinder mit STEADYTEC-Technologie realisierte Weidmüller sein durchgängiges Plattformkonzept deswe-gen für die Kupfer- oder LWL-Verkabe-lung. Dem Anwender wird so freigestellt, in welcher Technologie er seine Installati-on von der Feld- bis in die Management-ebene ausführt. Vertraut er beispielswei-se auf POF-Lichtwellenleiter, dann kann er mit dem „FreeCon-Active-Repeater“ seine LWL-Verkabelung in Echtzeit diag-nostizieren. Die neue Technologie wurde für PROFINET durch die PROFIBUS-Nut-zerorganisation spezifiziert. Außerdem entspricht der „FreeCon-Active-Repeater“ den Spezifikationen der AIDA.

Generell unterliegen Lichtwellenleiter auf Basis von polymeroptischen Fasern (POF) einem natürlichen Alterungsprozess, der die Dämpfung der Faser sukzessive er-höht. Um stets die sichere Übertragung der Ethernet-Daten zu gewährleisten, über-prüft „FreeCon Active“ den taktsynchro-nen Datenaustausch (IRT= Isochronous Real-Time) für die gesamte Übertragungs-strecke im Blick auf das optische Budget, so etwa vom Schaltschrank bis zum Ro-boterkopf. Die übergeordnete Steuerung wird über PROFINET vom Gerät alarmiert, sobald die Dämpfung einen kritischen Wert erreicht hat. Hierbei ermittelt der

PROFINET-POF-Repeater erstmals exakt, zu welchem Zeitpunkt welches Schlauch-paket ausgetauscht werden muss. Zudem liefert das Gerät bei der Inbetriebnahme einer Anlage auf Knopfdruck präzise Infor-mationen über die Dämpfung und Länge der Verkabelung. Das spart langwieriges Messen, Dokumentieren und Zertifizie-ren. Ferner integrieren „FreeCon-Active-Repeater“ in einem Modul die Daten- und Energieübertragung, was die Anlagenver-fügbarkeit erhöht und Vorteile in der Ins-tallation bietet.

Beim Weidmüller-Installationssystem für die Übertragung von Energie, Signalen und Daten im Automobilbau setzen An-wender wahlweise auf Kupfer- oder LWL-Technik. Weidmüller gibt ihnen hierfür jeweils ein präzise abgestimmtes Kom-ponentenpaket an die Hand, das ent-sprechenden Standards nicht nur voll entspricht, sondern selbst neue Installati-onsstandards setzt und außerdem zu-kunftssicher ausgelegt ist. bw

* Automation Initiative of German Domestic Auto-mobil Manufacturers kurz: AIDA

- Definiert die Standards in der Automatisierungs-technik für den Automobilbau.

- Bekennt sich klar zu PROFINET. * AIDA = Volkswagen, Audi, Porsche, Daimler und

BMW

Weidmüller „FreeCon-Active-repeater“: Um eine sichere Übertragung der verwendeten Ether-netdaten zu gewährleisten, überprüft „FreeCon Active“ in Echtzeit die gesamte Übertragungs-strecke im Blick auf ihr optisches Budget, und zwar beispielsweise vom Schaltschrank bis zum roboterkopf.

Weidmüller „FreeCon-Active-repeater“: PrOFInET-POF-repeater zur Diagnose von Lichtsignalen. Das Gerät ermittelt genau, wann die Dämpfung einen kritischen Punkt erreicht hat und ein Schlauchpaket ausge-tauscht werden muss. Die Leuchtdioden sig-nalisieren deutlich einen Alarm bei Toleranz-überschreitung.

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Vorschau

Im nächsten Heft (erscheint am 12. März 2012)

CAD & DESIGN

Produktkonfiguration & CAD-Automation

Beispiel einer Anlagenkonfiguration. Bild: Perspectix

Welche Faktoren sollten bei der Wahl einer Konfigurationssoft-ware berücksichtigt werden? Die Schwierigkeit bei Konfigu-rationsproblemen liegt in den Abhängigkeiten zwischen den Komponenten. Die Möglichkeiten zur Formulierung der Ab-hängigkeiten sind daher wichtige, aber nicht alleinige Kriterien. Je nach Zielgruppe erhält die Gestaltung der Oberfläche sehr hohes Gewicht, die Anpassung der kaufmännischen Angebots-kalkulation wird zum K.-o.-Kriterium oder die Möglichkeiten zur Gestaltung von Dokumentvorlagen werden besonders wichtig. Mehr dazu im nächsten Heft.

BRANCHE

Medizintechnik

SPECIAL

MechatronikDie Bedeutung der elektrischen Automationskomponenten und Steuerungen komplexer Maschinen und Anlagen nimmt stetig zu. Für einen Maschinen- und Anlagenbauer sind eine termingerechte Inbetriebnahme und hohe Softwarequalität von entscheidender Bedeutung. Bisher findet die Inbetriebnah-me der Maschine – und damit des komplexen Zusammenspiels zwischen Mechanik und Steuerung – zumeist anhand eines Testaufbaus in den eigenen Hallen oder erst vor Ort beim Kun-den statt. Mechatronics Concept Designer von Siemens bietet erstmalig die Möglichkeit, die mechanische Konstruktion und die elektrische Automatisierung in einem Entwicklungssystem zu vereinen.

Praxisberichte

Innovative Baugruppen und Komponenten

Lesen Sie in Anwender- und Praxisberichten, welche innovativen und kostensparenden Tech-nologielösungen neu auf dem Markt sind. Im nächsten Heft berichten wir über hybride und elektrische Antriebstech-nologien.

Virtuelle Inbetriebnahme mit dem Mechatronics Concept Designer von Siemens.Bild: Siemens PLM Software

Der intelligente, „anziehbare“ roboter Ekso ermöglicht Querschnittgelähmten, erstmals wieder aufzustehen und zu gehen. Der kali-fornische Hersteller Ekso Bionics nutzte zur Verwirklichung des roboters virtuelle Entwick-lungstools. Im Bild: Amanda Boxtel im Oktober 2011 auf dem Münchner Karlsplatz.Bilder: Ekso Bionics