Software

Geprüfte Qualität

Neben der präzisen Ausführung von Aufträgen, spielt die Durchlaufzeit für Formen- und Werkzeugbauer eine immer größere Rolle. Einer der Gründe sind die länger werdenden Prozesse von der Idee bis zur finalen Produktion auf Kundenseite, die den Druck auf die Hersteller erhöht. Sie müssen die Verzögerungen ausgleichen, aber am Ende dennoch ein vernünftig konstruiertes Produkt liefern. Das größte Einsparpotenzial liegt dabei in der Entwicklungsphase. Lösungen wie Solidworks Flow Simulation sollen helfen, die Entwurfs- und Testzyklen zu reduzieren – und das bei steigender Qualität der Formen und Werkzeuge.


Um Qualitätsmängeln im Werkzeug- und Formenbau vorzubeugen, werden Prototypen gebaut, mit denen sich das Verhalten der Konstruktion unter realen Bedingungen prüfen lässt. Dieser Ansatz führt jedoch zu weiteren Kosten und Verzögerungen im Entwicklungsprozess. Einsparungen bringen hier virtuelle Tests, beispielsweise mit Solidworks Flow Simulation zur numerischen Strömungssimulation (CFD), um die Funktionsweise von Werkzeugen und Formteilen bereits in einem frühen Stadium zu untersuchen. Ein großer Mehrwert liegt in der engen Verzahnung der Solidworks CAD und Flow Simulation Software. Hier haben Anwender die Möglichkeit, aus ihrer gewohnten Umgebung heraus das Strömungsmodell aufzubauen, zu berechnen und schnell Varianten zu erzeugen. Mithilfe von Schnittdarstellungen lässt sich die Verteilung wichtiger Ergebnisse wie Geschwindigkeit, Druck, Verwirbelung und Massenanteil anzeigen und mittels Strömungstrajektoren sowohl das innere als auch äußere Verhalten des Modells untersuchen. Erst der Vergleich verschiedener Varianten und Strömungscharakteristika ermöglicht einen tieferen Einblick in das Produktverhalten und lässt Tendenzen erkennen, um letztlich das Produkt gezielt zu verbessern.

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Eines der wachsenden Einsatzgebiete für die Fluidströmungssimulation ist die Untersuchung, wie die Strömung die Temperatur der Komponenten einer Konstruktion beeinflusst. Solidworks Flow Simulation ermöglicht hier die Ermittlung der optimalen Ein- und Auslassbedingungen für konkrete Konstruktionsziele, beispielsweise die gleichmäßige Temperierung im Werkzeug und im Formteil oder die optimale Dauer der Vorwärmzeit beziehungsweise Abkühlzeit der Komponenten. Damit können eine Vielzahl von Fertigungsprozessen simuliert und verbessert werden, bei dem Fluide eine Rolle spielen.

Thermische Balance

Das Unternehmen World Kitchen LLC, das Geschirr, Kochtöpfe, Pfannen, Besteck und Haushaltsgeräte entwickelt, hat mithilfe von Solidworks Flow Simulation die Produktion von Backformen der Marke Pyrex optimiert und rationalisiert. Bei der Herstellung dieser Produkte kommt das Thermoformverfahren zum Einsatz, bei dem geschmolzenes Glas bei einer Temperatur von 1150 Grad Celsius durch eine Reihe von Krümmer fließt, um am Ende in eine Form zu fallen, in der es dann zu verschiedenen Backformen gepresst wird. „Wenn die Formmaschinen zu kühl sind, sieht das Glas faltig aus. Sind die Formmaschinen zu warm, verschmilzt das Glas mit dem Metall, sodass es nicht mehr aus der Form geholt werden kann“, erläutert Mark Cooley, Senior Mold Designer, das Problem. „Daher ist das akkurate Strömen des Wassers und der Kühlung so wichtig. Wenn diese thermische Balance erreicht ist, entsteht hochwertiges Glas, ohne dass die Metallformen, die wir in der Fertigung verwenden, mit dem Glas verschmelzen.“

Durch komplexe strömungsphysikalische beziehungsweise thermische Simulationen mit Solidworks Flow Simulation gelang es World Kitchen, die eigenen Maschinen so einzurichten, dass die gewünschte thermische Balance schneller erreicht wurde. So konnten 40 Prozent der Konstruktionszeit und 230.000 US-Dollar an Entwicklungskosten gespart werden. „Die Simulationslösung versetzt uns in die Lage, schon vorab zu kalte oder zu warme Punkte ausfindig zu machen“, betont Cooley. „Jetzt können wir hoch erhitzbare Komponenten und Qualitätsprodukte entwickeln, die weder thermische Probleme noch Ausfallzeiten oder zusätzliche Kosten verursachen.“

Simuliertes Fließverhalten

Ein weiteres Einsatzgebiet der CFD-Software sind Kunststoff-Extrusionsprozesse, wie etwa die Herstellung komplexer Fensterprofile aus PVC. Dabei lassen sich unterschiedliche Geschwindigkeitsverteilungen im Extrusionswerkzeug aufgrund von Druckverlusten und unterschiedlicher Fließverhalten von Kunststoffen sichtbar machen, die zu ungleichen Endprodukten führen können. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse über das Verhalten des Füllmaterials kann das Werkzeugkonzept entsprechend optimiert werden. Auch das Wärmemanagement des Werkzeugs spielt hierbei wieder eine wichtige Rolle, da nur eine ausgeglichene Temperaturverteilung im Werkzeug mit der optimalen Ermittlung der Wandstärken eine fehlerfreie Extrusion im Formteil gewährleistet. Die Simulation des Verhaltens von Füllmaterialien während des Spritzgießvorgangs können Anwender mit Solidworks Partnerprodukten abdecken, mit dem Ziel, die Interaktion zwischen dünneren und dickeren Bereichen des Formteils zu evaluieren, so dass keine Hohlräume oder Einfallstellen im Produktionsprozess auftreten.


M

it der aktuellen Version 2013 seiner Lösungspalette hat Solidworks auch die CFD-Software mit neuen Funktionen ausgestattet. Anwender im Werkzeug- und Formenbau profitieren beispielsweise von der optimierten Vernetzungstechnologie zur verbesserten Geometriedarstellung durch das Berechnungsnetz. Dadurch wird eine genaue Repräsentation der Geometrie mit einer geringeren Zellenanzahl erreicht. Zusammen mit der nochmals gesteigerten Multi-Core-Nutzung führt der Einsatz der Simulationssoftware zu deutlichen Effizienzsteigerungen, da sich Anwender voll und ganz auf die Lösungsfindung und das schnelle Durchspielen von Varianten konzentrieren können. Solidworks Flow Simulation kann als ein fester Bestandteil der Entwicklung unmittelbar zur Linearisierung der Konstruktionsprozesse beitragen. Die Software liefert Antworten auf Fragen bei der Entscheidungsfindung und beeinflusst direkt die Werkzeug- und Formkonzeption. Sie ist damit ein wirtschaftliches Muss für alle Unternehmen, die eine effiziente Produktentwicklung anstreben. -sg-


Carola von Wendland, München

Solidworks Deutschland GmbH, München, Tel. 089/960948-400, http://www.solidworks.de

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