Effizienter Einsatz des 3D-Direktmodellierers für einfache FEM-Modellaufbereitung und schnelle Neukonstruktionen

Die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH setzt auf SpaceClaim. Das Forschungsunternehmen des Salzgitter Konzerns – ein Dienstleister für Kunden aus vielen Industriebereichen – konzentriert sich auf Prozesse zur Verarbeitung und Anwendung von metallischen Werkstoffen. Das Unternehmen nutzt SpaceClaim, um CAD-Daten jeglichen Formats für die Finite-Elemente (FEM)-Analyse aufzubereiten, vorhandene CAD-Modelle umzukonstruieren oder mit wenigen Handgriffen neu zu erstellen. SpaceClaim ist der Marktführer für Direktmodellierungs-Software, die es allen Ingenieuren ermöglicht, in 3D zu arbeiten.

Kunden stellen Salzgitter Mannesmann Forschung in der Regel CAD-Daten zur Verfügung, die nicht eins zu eins in der FEM-Software verwendet werden können, zum Beispiel weil Toleranzen zwischen den Systemen nicht gleich sind, sich Lücken in der Geometrie auftun oder Flächen doppelt vorhanden sind. „Wir suchten deshalb nach einem System, mit dem man ein Modell schnell für die FEM aufbereiten kann, ohne ein CAD-Experte sein zu müssen“, erklärt Dr.-Ing. Alexander Häse, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Strukturmechanik und Umformtechnik. Außerdem benötigte Salzgitter Mannesmann Forschung eine Software für die Neukonstruktion von Werkzeugen, die bei der Produktion von nahtlosen oder geschweißten Rohren verwendet werden. Diese Werkzeuge bestimmen später nicht nur die Form, sondern auch die mechanischen Eigenschaften der Produkte.

„Mit SpaceClaim ist Konstruieren wirklich einfach: Ich kann direkt im dreidimensionalen Raum gestalten und sehe sofort die Auswirkungen“, sagt Häse, und man merkt ihm dabei an, dass ihm die Arbeit mit SpaceClaim Spaß macht. „Es ist, als ob ich Teile im realen Raum bewegen und verändern würde: Ich fasse eine Kante an und modifiziere sie so, wie ich es brauche, ohne über irgendwelche Eingabemasken vorzugehen“, beschreibt er. „Auch wenn ich das System mal ein, zwei Monate nicht benutzt habe, beherrsche ich es trotzdem noch. Das ist bei anderen CAD-Systemen meiner Meinung nach nicht so.“

Ein großes CAD-System anzuschaffen, hätte umfangreiche Schulungen erfordert, während gerade Gelegenheitsanwender die komplexe Handhabung nach ein paar Wochen oft wieder vergessen haben. „Die Lernkurve mit SpaceClaim verläuft sehr steil“, erklärt der Berechnungsingenieur, „und auch die Hilfe, unterstützt durch Video-Tutorials, ist sehr gut strukturiert.“ Häse konnte bereits nach einer eintägigen Schulung beim SpaceClaim-Vertriebspartner Lino GmbH mit dem System arbeiten und nach ein paar Stunden Vertiefung setzte er SpaceClaim im ersten Projekt zur FEM-Modellvorbereitung ein.

Wenn ein Kunde zum Beispiel eine neue Maschine bzw. ein Bauteil konstruiert hat, erhält Salzgitter Mannesmann Forschung den Auftrag, eine Festigkeits- oder Lebensdaueranalyse zu erstellen. Bevor die CAD-Neutral- oder Nativ-Daten in einem FEM-System analysiert werden können, müssen Bohrungen und Verrundungen am CAD-Modell entfernt oder die Geometrie repariert werden. Aus rechentechnischen Gründen ist es vorteilhaft die für die Tragfähigkeit nicht relevanten Bauteile/Bereiche zu vereinfachen. „SpaceClaim bietet uns hier vorgefertigte Werkzeuge, die genau das abdecken, was wir brauchen“, sagt Häse. Das konnte in der Vergangenheit je nach Modell sehr lange dauern, jetzt sind das wenige Mausklicks. Während eine komplette Modellbereinigung und -vorbereitung vor SpaceClaim vier, fünf Stunden dauerte, erledigen wir das jetzt in fünf Minuten.“

Bei der Umformsimulation importiert Salzgitter Mannesmann Forschung analysierte Geometrien wieder in SpaceClaim, um sie zu vermessen. So entsteht ein iterativer Prozess, um zum Beispiel die Rohrform einer Pipeline im Zusammenspiel zwischen dem Simulationstool und SpaceClaim so anzupassen, dass die geometrischen Eigenschaften der Pipeline optimal auf die Umgebungsbedingungen und den Verwendungszweck abgestimmt sind.

Ein anderes Anwendungsfeld ist die Werkzeugkonstruktion. „Die Neu- oder Umkonstruktion optimierter Werkzeuge für die Rohrproduktion funktioniert in SpaceClaim sehr einfach. Das ist umso wichtiger, als in der FEM-Software nur rudimentäre CAD-Tools vorhanden sind“, erläutert Häse. So hat sich SpaceClaim zum Beispiel bewährt, als ein Fertigungsbetrieb in eine Schweißkonstruktion zusätzliche Bleche einschweißte und danach Häses Abteilung diese Baugruppe nachkonstruieren musste, um eine Lebensdauerberechnung durchzuführen. „Dies war eins von jenen Projekten, die wir ohne SpaceClaim nur mit viel Aufwand hätten realisieren können“, sagt der Ingenieur. „Allein über dieses eine Projekt hat sich unsere Investition in SpaceClaim fast amortisiert.“ Ein Grund mehr für Häse, nach weiteren Anwendungsfeldern Ausschau zu halten, um mehr Profit aus dem flexiblen Direktmodellierer zu ziehen.

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