Komfortabel konstruieren

Der Autor Dipl.-Ing. Gunther Weser ist Geschäftsführer der GWJ Engineering GbR, Braunschweig

Software zur Auslegung, Nachrechnung und Optimierung von Maschinenelementen gibt es schon seit Anfang der 80-iger Jahre im Markt. Trotzdem dominieren bei der konstruktionsunterstützenden Berechnung zur Zeit noch selbstprogrammierte Software oder die Rechnung von Hand. Auch die Vorgehensweise: „Wir dimensionieren einfach so groß, dass wir keine Probleme haben“, ist heute ebenfalls noch anzutreffen. Bei Sonderanwendungen werden komplexe FEM-Berechnungen durch-geführt.

Sieht man sich die derzeitige Verbreitung von CAD- und FEM-Systemen an, ist es doch erstaunlich, dass der Einsatz von Standard-Berechnungsprogrammen immer noch nicht selbstverständlich ist. Bei häufig auftretenden Berechnungsproblemen im Maschinenbau, sowie dem Lösen anspruchsvoller Sonderanwendungen sind die Anforderungen an eine Standard-Berechnungssoftware analog zu einem CAD-System zu sehen. Einfache Bedienbarkeit und eine logisch aufgebaute Bedienoberfläche sind erforderlich. Die Software sollte dem Anwender während der Berechnung aussagekräftige Hinweise und Informationen geben und eine gute Online-Hilfe bieten. Weiterhin muss eine qualifizierte Hotline für einen entsprechenden Anwendersupport zur Verfügung stehen. Dazu muss der Softwarelieferant natürlich über ausreichendes Know-how in Berechnungsfragen verfügen. Wenn ein Anwender spezielle Berechnungsprobleme selbst nicht lösen kann, sollte ebenfalls die Möglichkeit eines Beratungs- oder Engineering-Auftrages bestehen.

Eine Standardsoftware für die Berechnung von Maschinenelementen ist beispielsweise Kisssoft. Diese Software kann bereits mit über 20 Jahren Erfahrung und Know-how aufwarten. Sie zeichnet sich durch einen hohen technischen Standard aus. Die Berechnungen basieren auf anerkannten Normen wie DIN, ISO, VDI-Richtlinien oder Agma. Dank moderner Oberfläche und komfortabler Bedienung bietet die Software eine sehr gute Interaktivität.

Durch die berechnungsgestützte Konstruktion entfallen über- bzw. unterdimensionierte Bauteile was zu teilweise erheblichen Kosteneinsparungen führt. Vergleicht man zusätzlich den mittleren Zeitbedarf für das Durchführen verschiedener Berechnungen von Hand oder mit Kisssoft, so wird das enorme Potenzial deutlich, das im Einsatz einer praxisgerechten und zuverlässigen Berechnungssoftware steckt. Die Amortisierungszeit für die Anschaffung der Software beträgt je nach Umfang der eingesetzten Berechnungsmodule ca. 6 bis 12 Monate.

Um eine weitere Effizienzsteigerung im Entwicklungsprozess zu erzielen, integriert das Braunschweiger Unternehmen GWJ Engineering als langjähriger „Kisssoft Business Opera-tion and Solution Partner“ die Berechnungen in 3D CAD-Systeme. Mit Solidkiss, den Direktintegrationen von Kisssoft in CAD, wird die Berechnung von gängigen Maschinenelementen, wie Zahnrädern, Wellen, Schrauben und Welle-Nabe-Verbindungen, direkt aus dem CAD heraus ermöglicht. Dabei stehen annähernd 100 verschiedene Berechnungsmodule zur Verfügung. Zur Zeit ist Solidkiss für die CAD-Systeme Solidworks, Solid Edge und Inventor erhältlich. Über ein entsprechendes Menü kann die gewünschte Berechnung vom CAD-System aus gestartet werden – beispielsweise die Berechnung eines Stirnradpaares.

Hier kann dann mit Hilfe der Grobauslegung auf Basis von nur wenigen Eingabedaten, wie Leistung, Drehzahl, Übersetzung, ein erster Vorschlag für eine entsprechende Stirnradstufe erfolgen. Danach besteht die Möglichkeit eine Optimierung der gesamten Stirnradstufe hinsichtlich verschiedener Kriterien wie Übersetzungsverhältnis, Geräusch, Gewicht, Reibverhalten oder Festigkeit durchzuführen.

Ist die Berechnung einschließlich der exakten Zahnform abgeschlossen, werden die Daten automatisch an das CAD-System übergeben. Auf Knopfdruck werden dann die 3D-Modelle im CAD-System generiert. Dies erfolgt durch eine automatische Bauteilkonstruktion auf Basis der berechneten Daten. Die Berechnungsinformationen werden direkt im Bauteil abgespeichert, so dass diese dem Konstrukteur im Fall weiterer Modifikationen jederzeit wieder zur Verfügung stehen. Eine gesonderte Verwaltung der Berechnungsdaten kann damit entfallen. Soll zu einem späteren Zeitpunkt das Zahnradpaar neu ausgelegt werden, wird die Berechnung direkt aus dem 3D-Modell aufgerufen und durchgeführt. Auf Basis der neuen Berechnungsdaten können die vorhandenen Zahnräder an die neue Geometrie angepasst (Bidirektionalität) oder optional als neue 3D-Modelle generiert werden. Die CAD-Modelle können für den Zusammenbau oder Kinematikuntersuchungen verwendet werden.

Eine Fertigung z. B. von Stirnrädern aus Kunststoff auf Basis der erzeugten 3D-Modelle ist über eine entsprechende CAM-Software ebenfalls denkbar und wird bereits von einigen Anwendern praktiziert.

Weiterhin unterstützt Solidkiss den Konstrukteur auch bei der Erstellung fertigungstechnischer Zeichnungen. Wird von einem 3D-Zahnrad eine 2D-Zeichnungsableitung erstellt, so können auf Knopfdruck die dazugehörigen Herstelldaten auf die Zeichnung platziert werden. Dies erspart dem Konstrukteur das mühsame Zusammentragen der entsprechenden Daten und vermeidet außerdem Übertragungsfehler.

Neben den Zahnrädern stehen Welle-Nabe-Verbindungen und Schrauben in Solidkiss für die Berechnung und automatische Bauteilkonstruktion mit oben genannter Intelligenz zur Verfügung.

GWJ Engineering bietet neben den Produkten Solidkiss und Kiss-soft seinen Kunden entsprechenden Hotline-Support, regelmäßig stattfindende Seminare sowie Berechnungsdienstleistungen.

Internet

Ausführliche Informationen

Solidkiss für Solidworks

Solidkiss für Solidedge

Solidkiss für Inventor

Zur Modellierung und Berechnung von Wellen bietet Solidkiss einen eigenen neuen Wellengenerator, der derzeit für Solidworks verfügbar ist. Dieser ermöglicht die Modellierung von Wellen auf einfache Art und Weise. Der Wellengenerator übernimmt und steuert den bidirektionalen Datenaustausch zwischen Berechnung und der 3D-Geometrie im CAD. Änderungen der Wellengeometrie können bequem durchgeführt und sofort in der Berechnung überprüft werden. Die Wellenberechnung ermöglicht die Ermittlung von Durchbiegung, Kraft- und Momentenverläufen bis hin zur Festigkeitsberechnung nach DIN oder FKM-Richtlinie sowie die Berechnung von Eigenfrequenzen. Außerdem verfügt der Wellengenerator über eine Geometrieanalyse. So können Geometriedaten, die ursprünglich im CAD erzeugt wurden direkt auf Knopfdruck in den Wellengenerator und somit in die Berechnung übernommen werden.