gastkommentar

Digitaler Zwilling für Planetengetriebe

SEW-Eurodrive erweitert den neuen Baukasten für Präzisionsplanetengetriebe PxG® um einen digitalen Getriebezwilling und bietet Anwendern zusätzliche Mehrwerte bei Konfiguration und Leistungsfähigkeit. Die Digitalisierung physikalischer Prozesse im Getriebe ist das konsequente Ergebnis des Anspruchs an ein technologisch führendes Produkt. Von Philipp Abele, M. Sc., Berechnungsingenieur im Entwicklungskreis „Auftragskonstruktion Präzisionsgetriebe“ bei SEW-Eurodrive in Bruchsal.

Philipp Abele, M. Sc., ist Berechnungsingenieur im Entwicklungskreis „Auftragskonstruktion Präzisionsgetriebe“ bei SEW-Eurodrive in Bruchsal.

Philipp Abele, M. Sc., ist Berechnungsingenieur im Entwicklungskreis „Auftragskonstruktion Präzisionsgetriebe“ bei SEW-Eurodrive in Bruchsal.

SEW-Eurodrive erweitert den intelligenten Baukasten für kompakte Präzisionsplanetengetriebe der Produktfamilie PxG® um einen digitalen Getriebezwilling. Der Baukasten ordnet sich bezüglich Dynamik und Präzision zwischen den bestehenden Baureihen der Servo-Planetengetriebe PS.F und den Präzisions-Servogetriebemotoren ZN ein und kann mit kurzen Lieferzeiten bereitgestellt werden. Die Perfomance-Klasse P5.G ist der dynamische Allrounder, P6.G hat den Schwerpunkt auf Effizienz und P7.G zeichnet sich durch eine erhöhte Überlastfähigkeit aus. Die Baureihe besteht aus jeweils vier Baugrößen mit Übersetzungen von 3 bis 1000, die einen Drehmomentbereich von 20 bis 1000 Nm abdecken und in Verdrehspielen bis kleiner als eine Winkelminute verfügbar sind. Das Besondere ist die flexible Austauschbarkeit der Getriebekomponenten. Die durchgängigen Schnittstellen im Getriebe erlauben gezielt, einzelne Komponenten applikationsspezifisch auszuwählen. So gibt es beispielsweise viele marktüblichen An- und Abtriebsgeometrien.

Mehrkörpersimulation eines Plantengetriebes von SEW-Eurodrive.

Mehrkörpersimulation eines Plantengetriebes von SEW-Eurodrive.

Mehrwerte durch digitalisierte physikalischer Prozesse

Die zentrale Motivation für den digitalen Getriebezwilling aus Anwendersicht ist die bedarfsorientierte Bereitstellung von Informationen mit einem skalierbaren Tiefgang an Produktinformationen aus einem kontrollierten Datenbestand. Gleichzeitig sollen die Anforderungen der Getriebeentwickler wie ein generischer und besonders durchgängiger Entstehungsprozess unter Verwendung validierter Berechnungsmodelle mit einem hohen Wiederverwendungswert zur Abbildung der großen Variantenvielfalt berücksichtigt werden.

Die Bandbreite der Bedarfssituationen reicht dabei vom Entwurf einer technischen Anlage und der Inbetriebnahme bis zu deren Überwachung und Instandhaltung. So ermöglicht es die Skalierbarkeit der Informationstiefe im Entwurfsprozess, standardisierte Kataloginformationen durch individuelle Datenblätter zu ergänzen. Zur Inbetriebnahme der Anlage werden die Angaben der Betriebsanleitung um individuelle Randbedingungen aus der Projektierung erweitert. Das sichert eine zuverlässige Realisierung der Bewegungsaufgabe. Auch wenn die Getriebe der Produktfamilie PxG® für einen lebenslangen Einsatz konzipiert sind, können prozess- oder umweltbedingte Störungen auftreten. Hier helfen konfigurationsbezogene Anregungsfrequenzen der Maschinenelemente im Getriebe, um die zustandsbasierte Überwachung der Präzisionsgetriebe zu erleichtern.

Das ganze Konzept basiert auf einem kontrollierten Datenbestand, der von den Getriebeentwicklern während der Produktentstehung aufgebaut und auch zukünftig durch die Weiterentwicklung der Technik ausgebaut wird. Die Getriebedaten sind dabei das Berechnungsergebnis eines automatisierten Generierungsprozesses. Im intelligenten Baukasten mit seinen durchgängigen Bauraumschnittstellen entstehen durch die Wiederverwendung weniger hundert Norm- und Fertigteile Millionen an Getriebevarianten. Zur Absicherung dieser hohen Wiederverwendung von Berechnungsmethoden ist die Validierung ein wesentlicher und notwendiger Schritt. Ausgehend von Referenzbaugrößen wurden für die Produktfamilie PxG® Effekte analysiert, verstanden und bei physikalischer Relevanz virtuell abgebildet um diese in gezielten Grenzmustern zu bestätigen. Anschließend wurde die Methode auf die gesamte Produktfamilie in kürzester Zeit übertragen.

Die Digitalisierung physikalischer Prozesse stellt dabei den Übergang von der realen in die virtuelle Welt dar. Die Methodik sieht einen Vergleich von Messungen an realen Getrieben in definierten Prüfständen – sogenannten Referenzapplikationen – mit Simulationsergebnissen aus unterschiedlichen physikalischen Teilgebieten vor. Zur Bestimmung der Simulationsergebnisse sind physikalisches Verständnis, Modellierungswerkzeuge sowie die zugehörige Infrastruktur notwendig. Die SEW-Eurodrive hat als einer der größten Antriebstechnikhersteller weltweit für dieses anspruchsvolle Arbeitsgebiet beste Voraussetzungen. Ein interdisziplinäres Team bearbeitet das breite Aufgabenspektrum in Versuch und Simulation agil um die iterative Feinabstimmung zwischen realer und virtueller Welt durchzuführen. Die unterschiedlichen Blickwinkel und Erfahrungen der beteiligten Arbeitsbereiche fördern dabei das Gesamtverständnis.

Präzisionsplanetengetriebe PxG® von SEW-Eurodrive.

Präzisionsplanetengetriebe PxG® von SEW-Eurodrive.

Best practice – best effort

Ein konkretes Ergebnis dieser digitalen Transformation ist beispielsweise die Entwicklung einer simulationsbasierten Montage von Wälzlagern. Wälzlager sind ein wesentliches Element von Servoplanetengetrieben, wobei die Abtriebswelle mit einer in O-Anordnung angestellten Lagerung besonders wichtig ist. Die Lebensdauerberechnung auf Basis der Pressungsverteilung der einzelnen Wälzkörper und die Getriebesteifigkeit beruhen auf einem Steifigkeitsmodell. Durch den Einsatz der Finite-Elemente-Methode ist es möglich, die Berechnungsgenauigkeit, Montagemethodik und Steifigkeitsvorhersage von Wälzlagern durchgängig zu optimieren, um Wälzlager in Seriengetrieben oder applikationsspezifisch optimierten Ausführungen bestmöglich den Anforderungen entsprechend auszuführen.

SEW-Eurodrive berät Kunden und Interessenten auf konzeptioneller Ebene zu neuartigen, digitalen Anwendungen im Bereich der Präzisionsplanetengetriebe und unterstützt sie bei der praktischen Umsetzung von Digitalisierungsprojekten. Als Gestalter der digitalen Transformation kennen die Bruchsaler Antriebsspezialisten die Herausforderungen bei der Modellierung, Parameterbestimmung sowie Validierung im Maschinen- und Anlagenbau und sind offen für neue Fragestellungen, um den Anwender im Bereich der Antriebstechnik voranzubringen.

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