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18.01.2023

Simulation als Schlüssel zum Erfolg

Bei Neuentwicklungen nutzt Hatebur modernste Simulationsmethoden, um die Machbarkeit innovativer technologischer Konzepte zu validieren und die höchste Leistung und maximale Zuverlässigkeit ihrer Umformmaschinen unter verschiedensten Arbeitsbedingungen zu erreichen.

Solche Simulationen erlauben es, verschiedene Lösungsansätze noch vor der Beschaffung der ersten Komponenten zu überprüfen und zu vergleichen. Hatebur stellt so sicher, dass die Erwartungen an effiziente, materialsparende Prozesse sowie einen langen, zuverlässigen Betrieb erfüllt werden können. 

Systemsimulation physikalisch-technischer Systeme und Anlagen

Hatebur verwendet die Systemsimulation nicht nur für die endgültige Designvalidierung und die Abstimmung von Parametern, sondern auch für das vertiefte Verständnis aller physikalischen Wechselwirkungen in den komplexen Hochleistungssystemen. Um wirklich innovativ und führend in der Branche zu sein, müssen Ingenieure alle Einflüsse und Abhängigkeiten im Funktionssystem verstehen, um robuste Lösungen für die Herausforderungen zu finden. Daher ist es unerlässlich, alle relevanten physikalischen Phänomene genau zu modellieren. Falls sich die Maschine nicht wie erwartet verhält, bietet ein Systemsimulationsmodell einzigartige Einblicke in die Physik aller funktionalen Subsysteme und Komponenten, was die Fehlersuche erheblich erleichtert und hilft, diese Herausforderungen zu meistern.

Die Investition in ein Systemmodell zur funktionalen Validierung und Optimierung zahlt sich nicht nur durch eine reduzierte Anzahl von Prototypen, sondern auch durch eine beschleunigte Maschineninbetriebnahme aus. Das Verhalten der Maschine lässt sich zuverlässig vorhersagen, unabhängig von ihrem Fertigungs- und Montagestand. Dies gilt sowohl für rein mechanische, elektrische und hydraulische Steuerungen als auch für elektrohydraulische und elektromechanische  Steuerungen und Regelungen.

Fallbeispiel «Servohydraulischer Anschlag»

Hatebur setzt den physikalisch-umformtechnischen Ansatz «Die Druckspannung erhöht das Formänderungsvermögen» beim Warmscheren mittels des servohydraulischen Anschlags um. Dadurch wird der Scherausbruch minimiert oder sogar eliminiert. Darüber wurde in unserer NetShape-Ausgabe 2/2018 ausführlich berichtet. Die präzise Kraftüberlagerung während des Abschervorgangs erfolgt in einer Zeitspanne, die bis zu fünfmal kürzer ist als die eines Lidschlags. Auf die Auslegung der Regelstrecke (Zylinder, Servoventil, Wegmesssystem, Drucksensoren und Reglereinheit) wurde demzufolge ein besonderes Augenmerk gelegt. Die Modellierung des Antriebs wurde mittels SimulationX realisiert. 

Simulation mittels Finite-Elemente-Methode

Durch vertiefte Berechnung einzelner Bauteile oder ganzer Funktionsbaugruppen können mittels der FE-Methode zuverlässige Aussagen zur Belastung oder zum Deformationsverhalten eines Systems unter Betriebsbedingungen gemacht werden. Bei Hatebur setzen wir auf die extrem leistungsfähige Software Ansys. Die Ausgangslage für den Einsatz einer FEM-Berechnung kann sehr unterschiedlich sein: Dauerfestigkeitsnachweise für neue oder bestehende Systeme, Gewichtsoptimierung für eine noch effizientere Auslegung kinematischer Systeme, Verifizierung von Lösungen, lange bevor die Komponenten in der Praxis zum Einsatz kommen.

Fallbeispiel «Fertigung neuer Pressteil-Geometrien»

Für die effiziente Fertigung neuer Pressteil-Geometrien werden innovative Lösungen bei der Auslegung der Stadienfolge benötigt. Diese neuen Umformsequenzen haben direkten Einfluss auf die Belastung der gesamten Umformmaschine. Im iterativen Zusammenspiel zwischen Verfahrens- und Produktentwicklung werden die neuen Anforderungen aus den Prozessen mit den Möglichkeiten bestehender und zukünftiger Umformmaschinen abgeglichen. Mittels fokussierter FEM-Berechnungen werden verschiedene Belastungsmuster vertieft analysiert. Im Zentrum stehen die Komponenten, welche direkt durch den Kraftfluss des Umformprozesses belastet werden. Mittels eines umfangreichen Simulationsmodells wird das komplette System mit allen relevanten Bauteilen abgebildet.

Anhand dieses Modells werden die Anforderungen aus den verschiedenen Umformsequenzen systematisch durchgerechnet. Die Ergebnisse wie Spannungen, Dehnungen oder Kontaktverhalten werden anschliessend im Fachteam analysiert und Optimierungsmöglichkeiten werden diskutiert. Die aufgedeckten Ansätze werden über mehrere Iterationsschritte in die Simulation eingebunden, wodurch die Lösungsfindung Schritt für Schritt angetrieben wird.

Auf Basis jahrzehntelanger Erfahrung in der Anwendung der Finite-Elemente-Methode mit der Software Ansys können so für Schlüsselbauteile Geometrieoptimierungen erarbeitet werden, welche für neue wie auch für bestehende Belastungsmuster eine deutliche Reduktion der Bauteilbelastungen an neuralgischen Stellen ermöglichen.

Simulation in der Softwareentwicklung

Auch in der Softwareentwicklung wird mit Simulationen gearbeitet. Neue Funktionen werden nach dem Programmieren in der Simulationsumgebung getestet. So wird die Inbetriebnahmezeit verkürzt und die Prozesssicherheit erhöht. Bei Änderungen an bestehenden Maschinen können neue Programmteile nach erfolgreichem Test über die Fernwartung auf die Maschinensteuerung geladen werden. Die Simulation kommt uns auch bei schwierigen Bedingungen in der Lieferkette entgegen. So kann die Software für eine Neumaschine in der Simulationsumgebung entwickelt und getestet werden, auch wenn die Hardware noch nicht verfügbar ist.