Herzlich Willkommen. Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA

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1 Herzlich Willkommen Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA 6. HyperWorks Anwendertreffen für Hochschulen 07.November 2011, World Conference Center Bonn

2 Hochschule Bochum - Bochum University of Applied Sciences Blue Box AW B C A C D1 E D3 D2 Campus Hochschule Bochum F Mensa Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

3 Hochschule Bochum - Zahlen (Stand 2010) Studierende Frauen Ausländer/-innen 803 Neuanfänger WS10/ Absolvent(inn)en Mitarbeiter (VZÄ) Professoren 118 Wissenschaftliche 62 Verwaltung &Technik 118 Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

4 Fachbereiche / Studiengänge FB A FB B FB V Architektur Bauingenieurwesen Vermessungswesen und Geoinformatik FB E Elektrotechnik und Informatik FB E+M Mechatronik-Zentrum NRW FB M Mechatronik und Maschinenbau CC - Kompetenzzentren CC Construction CC Engineering FB W Wirtschaft CC Business IZK Institut für zukunftsorientierte Kompetenzentwicklung DVZ Datenverarbeitung, Medien, Bibliothek,... Service Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

5 Zur Person Stefan Binder Stefan Binder Wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fachbereichs M am Institut für CAD/CAE Lehrbeauftragter für die Lehrveranstaltungen CAE/FEM mit CATIA V5 R19 (Studiengang Bachelor Maschinenbau) CAD für Mechatroniker (Studiengang Master Mechatronik) CAE/FEM für Mechatroniker (Studiengang Master Mechatronik) CAD im PLM Umfeld (Studiengang Master CAE) CAE/FEM-Systeme und Anwendung (Studiengang Master CAE) Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

6 Impulsgeber Abschlussarbeit von Herrn Phillip Limbach Pumpengehäuse Abschlussarbeit von Herrn Nicolas Hoppe Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA Fallbeispiel 1: Strukturoptimierung Gussgehäuses eines Multikanal-Impulsgebers Fallbeispiel 2: Optimierung thermischer und mechanischer Eigenschaften eines Pumpengehäuses unter Berücksichtigung des Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

7 Fallbeispiel 1: Motivation des Entwicklungspartners ursprüngliches Gehäuse und Neukonstruktion Entwicklung eines neuen Impulsgebergehäuses mithilfe des Verfahrens der Topologieoptimierung Zielsetzung: Reduzierung der Herstellungskosten Herstellung mittels gusstechnischer Fertigung Gewichtsreduktion zur Verringerung auftretender Beschleunigungskräfte Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

8 Ablauf der Neukonstruktion Fallbeispiel 1: Ablauf der Neukonstruktion FE-Analyse des Ist Zustandes mit CATIA V5 nach Kundenvorgaben Definition des Bauraums zur Topologieoptimierung durch HyperShape/CATIA Topologieoptimierung durch HyperShape/CATIA mit Fertigungsrestriktion Umsetzung des Designvorschlages FE-Analyse der Neukonstruktion Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

9 Fallbeispiel 1: Vergleich Alt- und Neukonstruktion Vergleich des ursprünglichen Gehäuses (orange) mit der Neukonstruktion (grün) Zahlen 27% Volumen-, bzw. Gewichtseinsparung Reduzierung des Gesamtmaterialverbrauchs um 86% 10% weniger Spannungen im Bauteil Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

10 Fallbeispiel 2: Motivation des Entwicklungspartners Musterteil Laserteilschmelzen mit innenliegenden Kanälen Pumpengehäuse optimal an den Fertigungsprozess des Laserstrahlschmelzens anpassen Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Neukonstruktion des Pumpengehäuses Volumenreduzierung Reduzierung der Bauteile Kühlleistung und Festigkeit des Gehäuses nachweisen Ziel: funktionsfähiger, physikalischer Prototyp Existierendes Pumpengehäuse Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

11 Analyse Ist-Zustand FEM-Analyse Bestimmung der Kühlleistung Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Varianten Bestimmung der Kühlleistung Topologieoptimierung des Pumpengehäuses Topologieoptimierung Interpretation des Designvorschlags Neukonstruktion des Gehäuses für den Laserstrahlschmelzprozess CAD Modell Analyse der Neukonstruktion FEM-Analyse nicht OK! OK! Fallbeispiel 2: Ablauf der Neukonstruktion Analyse des Ist-Zustands Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Topologieoptimierung des Pumpengehäuses Neukonstruktion des Pumpengehäuses Analyse der Neukonstruktion Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

12 Fallbeispiel 2: Bestimmung der Kühlleistung virtueller Versuchsaufbau in SolidWorks Flow Simulation aufgenommene Leistung Temperatur Kühlmedium Vergleich mit der Neukonstruktion Modell vorne Modell hinten Enthalpie Differenz [W] Kühlmedium Temperatur Ø [ C] vorne Ist Zustand 269,8 206 hinten Ist Zustand 20,55 20,38 Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

13 Fallbeispiel 2: Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Netzkühlung vorne innenliegende Kühlkanäle mit Abstand 2 mm bei homogener Flächenkühlung kurzer Weg des Kühlmediums radial von innen nach außen Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

14 Fallbeispiel 2: Neukonstruktion der Kühlkreisläufe Kühlkreislauf rückseitig Ist: gefräste Kühlkanäle im Abstand von 6 mm Neu: innenliegende Kühlkanäle im Abstand von 2 mm bei konturnaher Kühlung konstanter Abstand zur Innenkontur Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

15 Fallbeispiel 2: Temperatur Kühlmedium Kühlmedium Temperatur Ist-Zustand Kühlmedium Temperatur Netzkühlung Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

16 Fallbeispiel 2: Topologieoptimierung HyperShape/CATIA Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

17 Fallbeispiel 2: Topologieoptimierung Designvorschlag Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

18 Fallbeispiel 2: Umsetzung des Designvorschlags CAD Modell Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

19 Fallbeispiel 2: Finales Design CAD Modell ausgelegt für das Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen für die anschließende Bearbeitung optimiert Integration der Kühlkreisläufe Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

20 Materialvolumen Fallbeispiel 2: Vergleich Alt- und Neukonstruktion Zahlen Volumenreduzierung 68 % Kühlleistung > +100% Ist Zustand vorne Neukonstruktion vorne Reduzierung Volumen [%] 193,166 44,088 77,180 Ist Zustand hinten Neukonstruktion hinten Reduzierung Volumen [%] 373, ,137 63,560 Ist Zustand gesamt Neukonstruktion gesamt Reduzierung Volumen [%] 566, ,225 68,200 Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

21 Fallbeispiel 2: FE-Analyse Lastfall 25 bar max. Druck erwartungsgemäß höhere Spannungen und Verformungen weiterhin keine Funktionsbeeinträchtigung Bereich von Mises Spannung max. (MPa) Verformung max. (mm) Ringraum Laufrad 17,60 0,0005 O Ring Nut 14,42 0,0009 Eintrittskanal 0,0015 Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Q&A Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

23 Kontakt Stefan Binder Hochschule Bochum Lennershofstraße Bochum Tel Copyright 2011 Hochschule Bochum, CAD/CAE Institut Entwicklungsprozess mit HyperShape/CATIA I Stefan Binder I

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