Virtual Engineering

Berechenbare Bauteiloptimierung von sachs engineering

Vor dem Hintergrund kürzerer Produktzyklen, gestiegener Qualitäts- anforderungen und verstärktem Preisdruck sind zunehmend effizientere Entwicklungsprozesse gefragt. Virtual Engineering eröffnet dabei erhebliche Einsparpotenziale: Mit Hilfe computergestützter Methoden lassen sich Entwicklungszeit und -kosten um bis zu 30 Prozent reduzieren.

Simulierte Eventualitäten

"Überall dort, wo Strukturen analysiert, Bauteile optimiert oder Produktinnovationen realisiert werden, sind virtuelle Werkzeuge nicht mehr wegzudenken. Sie sparen Zeit und liefern überzeugendere Lösungen, da alle Eventualitäten bereits im Vorfeld simuliert werden können", macht René Heydeck, Leiter Personalmanagement der sachs engineering GmbH, deutlich. Schwerpunkte des 30-köpfigen Ingenieur-Unternehmens sind CAD-Konstruktionen, FEM- Berechnungen, sowie Optimierungsverfahren. Spezialisiert hat man sich dabei auf biomechanische Methoden, die sich am Vorbild der Natur orientieren. Zum Kundenkreis von sachs engineering zählen Unternehmen aus der Automobilindustrie, dem Maschinenbau, der Automatisierungstechnik sowie der Luftfahrtindustrie, darunter so renommierte Namen wie Daimler, Siemens, Bosch und EADS. Neben der Zentrale am Bodensee unterhält das Ingenieur- Unternehmen Dependancen in Krakau, Belgrad und seit kurzem auch in Berlin-Adlershof.

Partnerschaftliche Produktentwicklung

Das Leistungsspektrum der sachs engineering GmbH erstreckt sich über den gesamten Entwicklungsprozess. Neben der Ideenfindung und der Konzepterstellung, bei der verschiedene Varianten durchgespielt werden, erarbeitet das Unternehmen Konstruktionspläne, erstellt Prototypen und entwickelt diese bis zur Serienreife weiter. Zum Einsatz kommen dabei sowohl bewährte CAD-Tools und FEA- Programme als auch selbst entwickelte CAE-Werkzeuge. Besonderer Wert wird bei sachs engineering auf die enge Zusammenarbeit mit den Kunden gelegt. "Unsere Mitarbeiter sind häufig während der gesamten Projektlaufzeit im Unternehmen des Kunden, um gemeinsam mit den Mitarbeitern vor Ort eine optimale Lösung für die jeweilige Aufgabenstellung zu erarbeiten", erklärt René Heydeck. Dass sich diese Strategie auszahlt, zeigt der hohe Anteil an Folgeaufträgen.

Maßgeschneiderte Alternativen

Bei der Entwicklung neuer Automodelle spielt das Design eine immer wichtigere Rolle. Aerodynamische Formen und leichtere Materialien sparen Benzin und tragen somit zur Entlastung der Umwelt bei. Allerdings darf dies nicht zu Lasten der Sicherheit gehen. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode ( FEM) können die Festigkeit der  Karosserie, die Lebensdauer besonders verschleißanfälliger Komponenten sowie thermodynamische Materialveränderungen exakt berechnet und auch ohne kostenintensive Crash-Tests realitätsnah simuliert werden. "Unsere technischen Berechnungen liefern den Kunden wertvolle Hinweise, wie sie ihre Produkte und Prozess optimieren können. Da wir jedes Problem interdisziplinär analysieren, kommen wir häufig zu alternativen Lösungswegen, auf die der Kunde von alleine nicht gekommen wäre", betont René Heydeck.

Evolutionäre Gestaltung

Im Flugzeugbau spielt das Gewicht der Bauteile eine besondere Rolle. Denn mit jedem Kilo mehr an Bord steigt der Kerosinverbrauch und somit die Kosten für die Fluggäste. Um den Kerosinverbrauch möglichst niedrig zu halten, setzt man verstärkt auf Leichtbauweise und die Verwendung von Faserwerkstoffen. Mit Hilfe von Methoden, die auf der Evolutionstheorie und genetischer Algorithmik basieren, ermittelt sachs engineering Sensitivitäten der Konstruktion und errechnet Einsparpotenziale im Rahmen vorgegebener Konstruktionsparameter. Auf diese Weise lassen sich Bauteile um bis zu 60 Prozent ihres ursprünglichen Gewichts "verschlanken". Die Methoden SKO und CAO wurden gemeinsam mit dem Institut für Materialforschung und Biomechanik des Forschungszentrums Karlsruhe entwickelt. "Die Natur ist nach wie vor der beste Konstrukteur. Nur das Optimum setzt sich in der Evolution durch und genauso verhält es sich bei der Konstruktion von Bauteilen", erläutert René Heydeck, die für ein Ingenieurbüro ungewöhnliche Herangehensweise.

Spannungsfreie Strukturen

Halten Bauteile den Anforderungen der jeweiligen Aufgabenstellung nicht stand, entspricht die Form des Bauteils nicht der Funktion, die es zu erfüllen gilt. Mit einer sich an biologischen Wachstumsgesetzen orientierenden Software optimiert sachs engineering die Topologie und Gestaltung komplexer Bauteile. Das  CAE-Werkzeug FormUp ermittelt, welches Bauteildesign für die jeweilige Beanspruchung am geeignetsten ist, wie ein Bauteil möglichst spannungsfreie gestaltet werden muss oder welche Versteifungen an welcher Stelle am wirkungsvollsten sind. Zum Einsatz kommt die Software z.B. bei der Entwicklung von Motorkomponenten. Die Bauteile müssen extremen Temperaturen von bis zu 1000 Grad Celsius standhalten. Weiß man, an welcher Stelle sie sich besonders ausdehnen oder sogar reißen, können die gefährdeten Stellen entweder verstärkt oder in ihrem Design verändert werden.

Passgenaue Implantate

"Seit dem letzten Jahr erhalten wir verstärkt Aufträge aus der Medizintechnik. Da der Greifer eines Roboters nach ähnlichen Prinzipien funktioniert wie ein menschlicher Arm, lassen sich unsere Methoden sehr leicht auf den medizinischen Bereich übertragen", skizziert René Heydeck das neue Kundensegment. So lässt sich mit computergestützten Methoden berechnen, wie sich künstliche Arterien für Herzinfarktpatienten, sogenannte Stents, mit dem menschlichen Gewebe verbinden, wie hoch die Lebensdauer künstlicher Herzklappen ist oder welchen Belastungen Dentalimplantate standhalten können. Damit Implantate ein menschliches Körperteil wirklich ersetzen können, müssen sie der Natur so ähnlich wie möglich sein. Virtuelle Simulationen leisten hierzu einen wichtigen Beitrag.

Innovative Forschungsimpulse

"Was uns von anderen Ingenieurbüros unterscheidet, ist unsere enge Kooperation mit renommierten Forschungsinstituten. Von dieser Partnerschaft profitieren unsere Kunden, da aktuelle Forschungsergebnisse direkt in unsere Lösungen einfließen", verdeutlicht René Heydeck den Wettbewerbsvorteil der sachs engineering GmbH. Langjährige Forschungspartner sind z.B. das Institut für Materialforschung und Biomechanik des Forschungszentrums Karlsruhe sowie der Fachbereich Maschinenbau der Fachhochschule Reutlingen. Aktuell ist sachs engineering an verschiedenen BMBF- Projekten beteiligt, deren Zielstellung es ist, neue Konstruktionsmethoden zu entwickeln, die sich am Vorbild der Natur orientieren.

Text: Ariane Steffen

Kontakt:

sachs engineering GmbH

René Heydeck

Rudower Chaussee 29 D-12489 Berlin

Tel: +49 (0) 30 / 692 00 66 10

Fax: +49 (0) 30 / 692 00 66 19