Simulation in der Mechanik

Damit die Mechanik wunschgemäß funktioniert, müssen alle Komponenten und ihr Antrieb perfekt aneinander angepasst sein.

Mit Simulation die Anzahl an Prototypen senken

Schwingungsfähige, mechanische Baugruppen befinden sich in vielen Anlagen und Maschinen. Außer dem Schwingungsverhalten bei periodischer Erregung analysieren Berechnungsingenieure auch das dynamische Verhalten mechanischer Baugruppen bei Stößen, auftretende Lagerkräfte und die sichere Funktion der Konstruktion. Damit der Aufwand überschaubar und wirtschaftlich bleibt, lohnt sich der Einsatz einer Software für die Simulation mechanischer Systeme.

Aufgabe

Mechanische Komponenten virtuell simulieren und analysieren

In Nahezu allen Bereichen müssen mechanische Komponenten höchste Anforderungen an Sicherheit und Effizienz erfüllen und günstig in der Fertigung sein. Außer in der Antriebstechnik spielen mechanische Systeme zum Beispiel in folgenden Applikationen eine wesentliche Rolle:

  • Lenkgetriebe
  • Fahrwerke von Fahrzeugen und Flugzeugen
  • Bowdenzugsysteme
  • Band- und Seilzüge (z. B. in Kranen und Förderbandanlagen)
  • Verschlussmechanismen (z. B. von Türen, Kofferraumklappen und Sicherheitssystemen)
  • Kinematiken (z. B. in Baggerarmen)
  • Mechanismen in landwirtschaftlichen Maschinen und Textilmaschinen (z. B. Koppel- und Kurvenscheibengetriebe)

Diese sind aus unterschiedlichen mechanischen Elementen aufgebaut:

  • Wellen und Achsen
  • Zahnrad-, Kurvenscheiben und Koppelgetriebe
  • Seil- und Bowdenzüge
  • Elastische Tragwerke
  • Gelenke und Kupplungen
  • Federn- und Schwingungsdämpfer

In vielen Fällen werden die mechanischen Baugruppen von elektrischen Motoren sowie hydraulischen und pneumatischen Aktuatoren angetrieben. In vielen Fällen werden einzelne mechanische Bauteile zu Baugruppen zusammengefasst. Die Baugruppen werden in der Regel von elektrischen Motoren sowie hydraulischen und pneumatischen Aktuatoren angetrieben. Damit die Mechanik wunschgemäß funktioniert, müssen alle Komponenten und ihr Antrieb perfekt aneinander angepasst sein. Erregungen im Antrieb und Resonanzen im mechanischen System müssen dafür miteinander abgeglichen werden. Deshalb analysieren Berechnungsingenieure unter anderem Ermüdungen und die Auswirkung von Reibungen, Reibungsenergie innerhalb der einzelnen Baugruppen und des Gesamtsystems. Indem Sie Lasten, Lastspitzen und Reibungsverluste mit mechanischer Simulation ermitteln, erhalten Sie eine verlässliche Grundlage zur Auswahl geeigneter Antriebe und Aktuatoren und können wichtige Rückschlüsse auf die Dimensionierung der einzelnen mechanischen Komponenten ziehen.

Lösung

Modellierung und Simulation in der Mechanik

Mit einer Simulationssoftware entwickeln und analysieren Sie mechanische Bauteile und –gruppen wirtschaftlich, sicher und schnell. Sie Überprüfen die gewünschten Bewegungsabläufe bereits in der Entwicklungsphase und ermitteln auftretende Kräfte, Momente und Schwinungen. Durch Systemsimulation erhalten Sie direkte Rückmeldung über die Wechselwirkungen der Mechanik mit weiteren physikalischen Teilsystemen.

Beispiele aus der Praxis
  • Simulation der Mechanik von Türschlössern bei Huf Hülsbeck & Fürst

    Bereits in der Konstruktionsphase die zuverlässige Funktion elektrisch öffnender Heckklappenschlösser sicherstellen und Bedienbarkeit, Gewicht und Kosten optimieren.

    Fachartikel
  • Mechaniksimulation in der Entwicklung von Bowdenzügen bei BMW

    Spezifische Charakteristika von Bowdenzügen schnell und einfach in einem Simulationsmodell abbilden, das sehr gut mit der physikalischen Realität übereinstimmt.

    zur BMW-Anwendung
  • 25 Jahre branchenübergreifende Erfahrung mit multiphysikalischer Simulation

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    Nutzen

    Mit Simulation der Mechanik die Leistung mobiler und stationärer Arbeitsmaschinen steigern

    Höhere Geschwindigkeit und Präzision mobiler und stationärer Maschinen kann nicht allein durch eine gesteigerte Antriebsleistung erreicht werden. Der sichere und zuverlässige Betrieb wird trotz hoher Leistung vorausgesetzt. Dies erfordert, dass die Auswirkungen leistungsstarker Antriebsstränge auf die angeschlossenen, mechanischen Baugruppen untersucht werden. Durch Eigenfrequenzen und Lastüberlagerungen können bei gleichbleibender Konstruktion die entstehenden Kräfte zum Beispiel in Lagern überproportional zunehmen. Eine Simulation deckt frühzeitig problematische Beanspruchungen auf und liefert Informationen über die anliegenden Kräfte. Auf dieser Basis können Sie gezielt geeignete konstruktive Verbesserungsmaßnahmen vornehmen, deren Auswirkung Sie dabei direkt im Modell untersuchen.

    Komplexe Bewegungen mit mechanischer Simulation beherrschen

    Ob beim Ein- und Ausklappen von Flugzeugfahrwerken, in Roboterarmen oder bei Verarbeitungsprozessen in Montageanlagen – ausgefeilte Mechaniken ermöglichen komplizierteste Bewegungen auf engstem Raum. Je komplexer die Bewegung, desto aufwändiger ist die Konstruktion und desto schwieriger ist das Übertragungsverhalten der Kräfte und Momente zu ermitteln. Anhand eines Simulationsmodells können Sie Ihre Entwürfe spielerisch ausprobieren: kostengünstig, schnell und risikofrei. Auf einem Systemmodell basierende Optimierungsanalysen ermitteln diejenigen Parameter mit dem größten Einfluss auf die Eigenschaften der Baugruppe. Mittels darauf aufbauender, automatisierter Variantenstudien bestimmen Sie schnell und komfortabel die am besten geeignete Konfiguration.

    Mit mechanischer Simulation Entwicklungen im Fahrzeugbau beschleunigen

    Nicht nur in der Automobilindustrie stellen OEMs hohe Anforderungen an die Qualität zugelieferter Komponenten. Durch Erprobung und Simulation in der Fahrzeugentwicklung sorgen Sie für die funktionale Sicherheit Ihrer Systeme.

    Neben Zuverlässigkeit und Sicherheit spielt der Komfort eines Fahrzeugs in der Entscheidung der Kunden eine wichtige Rolle. Die Dämpfungseigenschaften eines Fahrwerks beeinflussen zu großen Teilen den Fahrkomfort und das sichere Fahrverhalten. Schwingungen aus Motor und Triebstrang sowie Fahrbahneinflüsse werden über das Fahrwerk und die Motorgetriebelager in die Fahrgastzelle übertragen. Auch der Kontakt zwischen Rad und Boden wird vom Fahrwerk maßgeblich beeinflusst. Anhand eines Systemmodells, bestehend aus Antriebstrang sowie den elastischen und dämpfenden Eigenschaften der Radaufhängung und der Motorlager simulieren und optimieren Sie den Komfort eines Fahrzeugs.

    Bowdenzüge, wie sie beispielsweise in Motorhauben, Türen und Heckklappen verbaut werden, können bei Karosserievibrationen in Schwingung geraten, mit benachbarten Teilen in Kontakt kommen und dadurch Klappergeräusche verursachen. Anhand eines virtuellen Modells simulieren Sie die Bewegung des Bowdenzugs bei Anregung und auch der Kraftbedarf bei Betätigung. Besonders in der Großserienfertigung stellen Sie mit Hilfe dieser Ergebnisse die gewünschte Funktionalität bei minimalen Kosten sicher.

    Die Mechanik einer Trommelbremse mit automatischer Nachstelleinrichtung muss bei Vor- und Rückwärtsfahrt sowie in der Funktion als Feststellbremse auch bei Temperaturänderungen zuverlässig funktionieren. Berücksichtigt das mechanische Simulationsmodell die temperaturveränderlichen, mechanischen Eigenschaften, können Sie anhand dessen den Einfluss konstruktiver Parameter auf das Bremsverhalten unter verschiedenen Umweltbedingungen untersuchen. Somit senken Sie den Aufwand für Prototypentests erheblich.

    In einem elektrischen Fensterheber arbeiten die Hebemechanik, der Servomotor mit Getriebe und die Steuerung Hand in Hand. Neben dem zuverlässigen Betrieb muss auch die Sicherheit in Form eines Einklemmschutzes gewährleistet sein. Eine Software zur Systemsimulation dient dabei nicht nur zum Überprüfen der Konstruktion in der Entwurfsphase, sondern auch als Basis für Optimierungsrechnungen. Anhand solcher Analysen ermitteln Sie automatisiert die optimalen Parameter für die Konstruktion.

    Exklusives Insiderwissen aus der SimulationX-Community

    Alstom, Daimler, Liebherr, Karl Mayer, Voith Paper u.v.m. setzen mechanische Simulation in ihrer Entwicklung ein und optimieren mit multiphysikalischer Simulation ihr technisches Gesamtsystem.

    zu den Branchen

    Mit SimulationX für Einsteiger schwierige, multiphysikalische Aufgaben einfach lösen

    Die Simulationssoftware können Sie leicht in ihren Berufsalltag integrieren, schnell erlernen und bedienen. Und das Beste – Sie können Ihre gewohnten Arbeitsweisen weiter nutzen.

    SimulationX für Einsteiger