Der Automations- und Robotikmarkt steht heutzutage unter immer stärker werdendem Druck. Entwicklungszeiten und -kosten einzusparen ist einer der wichtigsten Grundsätze, denn neue Produkte müssen schneller in den Markt eingeführt werden, als der Wettbewerb es tut. Unser Bericht zeigt, wie der italienische Hersteller von Planetengetrieben, die Firma Bettinelli, erfolgreich VPD- Lösungen einsetzt.
Weil in Fernost die Konkurrenz immer stärker wird, versuchen europäische Firmen vor allem bei der Konstruktion mechanischer und mechatronischer Systeme, verstärkt innovative und neue Technolgien in die bestehenden Produkt-Entwicklungen zu integrieren, um sich so Wettbewerbsvorteile zu verschaffen. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, setzen viele Firmen VPD Lösungen ein und können so die Effizienz bei der Entwicklung von Robotern und Automationssystemen steigern. So z.B. auch die Firma Bettinelli aus Bagnolo Cremasco.
Spezialität: Bewegungsumsetzung
Das Unternehmen beschäftigt sich seit 1953 mit der Herstellung von Präzisionsmaschinen. In den 80ern hat sich die Firma Bettinelli auf die Produktion spezieller Maschinen für Montagevorgänge und nockengesteuerter Systeme zur Bewegungsumsetzung spezialisiert und bedient internationale Kundschaft. Der Einsatz von MSC.Software Lösungen bereits in der Modellierungsphase, ist für Bettinelli S.p.A. zu einem strategischen Entscheid geworden. Das Unternehmen beschäftigt ca. 170 Mitarbeiter auf einem bebauten Areal von über 20 000 m². Dies bietet Platz für die Abteilungen: Planung, Entwicklung, Produk- tion, Kontrolle und Versand.
Geschwindigkeit und Gesamtleistung sind gerade bei spezialisierten und automatisierten Maschinen kritische Punkte. Man kennt die Grenzen des traditionellen Designprozesses bereits seit längerem, besonders wenn es darum geht, bestehende Produkte durch innovative Design- und Produktionsmethoden weiterzuentwickeln. Nur mit einer auf Simulation basierenden Entwicklung können unterschiedliche Lösungsansätze und die Funktion einer Maschine überprüft und abgenommen werden. Ing. Alessandro Samarani von Bettinelli erklärt: „Um die Anforderungen der beweglichen Komponenten unserer Maschinen zu erfüllen, haben wir lineare Bauteile verwendet, die von Motoren und Getrieben gesteuert werden und die sehr hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen benötigen, um Antriebszeiten zu reduzieren. Gleichzeitig müssen höchste Positionierungsstandards eingehalten und die Anforderungen für die allgemeine Bewegungskontrolle berücksichtigt werden.
Bedingungen an das kinematische System
Es ergibt sich zwangsläufig, dass die Getriebe im kinematischen System, die für die Bewegung der Baureihen verantwortlich sind, gewisse Grundbedingungen erfüllen müssen: Um schnelle und dennoch kontrollierte Bewegungen zu garantieren, müssen genaue Leistungsparameter erfüllt werden, wie
- Hohe Eingangsdrehzahl (RPM)
- Hoher Wert der Effizienzfaktoren
- Hohe Werte für das Abtriebsdrehmoment
- Niedrige Werte für das Spiel der Zahnräder, um eine gute Positionierung zu garantieren
Weiterhin müssen die Abmessungen optimiert werden, um innerhalb der Maschine so wenig Platz wie möglich zu belegen.
Um solche Leistungsparameter zu garantieren, hat sich Bettinelli entschieden, einen neuen Typ Planetengetriebe zu entwickeln.
Während der Designphase wurden folgende Anforderungen identifiziert:
- Prüfung des tatsächlichen Getriebeverhaltens durch eine Computersimulation
- Verringerung der Entwicklungskosten
- Dimensionierung der verschiedenen Getriebeteile in Abhängigkeit von Materialarten und mechanischen Spannungen, denen die Bauteile während des Betriebs der Maschine ausgesetzt sind.
Nachdem Bettinelli die gewünschte Getriebetypologie gewählt hatte, wurde beschlossen, kein existierendes Getriebe zu verwenden, sondern selbst ein Getriebe herzustellen. Deshalb war es wichtig, in kürzester Zeit festzustellen, ob das mathematische Simulationsmodell mit dem tatsächlichen System übereinstimmt.
Bettinelli wollte keinen realen Prototypen herstellen, um das gewünschte Zieldesign über rekursive Annäherungen zu erreichen.
Darum hat das Unternehmen entschieden, die Entwicklung und das Design neuer Produkte mit einer VPD-Lösung anzugehen. Diese Software-Lösung wird in der Industrie immer häufiger eingesetzt und ermöglicht es, ein Produkt vollständig virtuell zu entwickeln. So können Konstruktionszeiten und -kosten reduziert und gleichzeitig die höchste Übereinstimmung zwischen mathematischem Modell und dem Endprodukt erzielt werden. Bettinelli hat sich für zwei MSC.Software Produkte entschieden, die den Entwicklungsprozess des Unternehmens unterstützen sollen. Dabei handelt es sich um MSC.Adams für Mehrkörpersimulation und um MSC.Marc für die Finite Elemente Simulation.
Blick auf das Simu- lationsprogramm
Dank der MSC.Software VPD-Lösung konnten an den Getrieben verschiedenste Simulationen durchgeführt werden:
- Kinematische und dynamische Untersuchungen der Nocken
- Analyse der Übersetzungseffizienz der Getriebe
- Lösungen für die Probleme, die durch mechanische Kontakte ausgelöst werden
- Berechnung mechanischer Kräfte und Spannungen
- Untersuchung der Konstruktionstoleranzen (MSC.Adams Design of Experiment – Technologie – DOE ermöglicht eine Reihe virtueller Experimente, durch die sich eine physikalische Größe optimieren lässt)
- Dimensionierung der Systembauteile im Verhältnis zu den mechanischen Spannungen, welchen die Bauteile ausgesetzt sind.
Die Ergebnisse dieses Ansatzes waren sehr zufriedenstellend. Zusätzlich zur tatsächlichen Simulation des endgültigen Gesamtsystems konnte Bettinelli auch jedes einzelne Bauteil im Detail analysieren und im Zusammenhang mit den Projektanforderungen betrachten, ohne einen realen Prototypen bauen zu müssen. Bereits das erste Getriebe, das Bettinelli mit Hilfe von VPD entwickelt und produziert hat, funktionierte perfekt.
MSC.Marc KEM 460
MSC.Adams KEM 461
MSC-Produkte allg. KEM 462
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