Entwicklung eines Composite-Systemträgers einer Transporteinheit für einen Industrieroboter
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- Gerd Klein
- vor 6 Jahren
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Transkript
1
2 Entwicklung eines Composite-Systemträgers einer Transporteinheit für einen Industrieroboter Konzept-Studie Jan Hertwig Monika Kreutzmann P+Z Engineering GmbH Dr. Thomas Burkart Hannover,
3 Übersicht P+Z Engineering GmbH Entwicklung Composite-Systemträger Idee und Motivation der Konzept-Studie Konzeptentwicklung Umsetzung des Konzeptes Design Simulation Fertigung und Prüfung Zusammenfassung
4 Unternehmensprofil P+Z Engineering GmbH Gegründet 1967 Mitarbeiter > 900 Umsatz > 74 Mio. Shareholder ARRK Corporation (Japan) Leistungsspektrum Kompetenzen Branchen Konstruktion Technische Berechnung & Simulation Erprobung & Versuch Elektrik & Elektronik Projekt- & Qualitätsmanagement Automobilindustrie Luft- und Raumfahrtindustrie Sonder- und Nutzfahrzeugbau Maschinen- und Anlagenbau Medizintechnik
5 Idee und Motivation der Konzept-Studie Idee Entwicklung eines Tooling-Systemträgers aus Composite unter Berücksichtigung marktüblicher Anbindungssysteme und Lasten im Betrieb Motivation hohe Beschleunigungen Leichtbau bringt Vorteile präzise Positionierung hohe Steifigkeit nötig sehr viele Lastwechsel geringe Materialermüdung ideales Material: CFK
6 Vorgehensweise Vorgehensweise: Definition der Annahmen & Erstellung Lastenheft Definition Herstellungsverfahren Konzeptentwicklung Konstruktion / Detaillierung Simulation Kostenbewertung Fertigung Prüfung des Bauteils
7 Lastenheft Massen: Teile, die am Systemträger befestigt/bewegt werden: 200kg Systemträger Abschätzung aus Alu oder Stahl: 4-5kg Ziel: 2kg Beschleunigungen: Normalbetrieb horizontal 2g Normalbetrieb vertikal 0,5g Nothalt horizontal 6g Nothalt vertikal 3g Torsion bei ungleichmäßiger Beladung 250Nm Lastwechsel: kurze Taktzeit Zyklen 5s 2 5 Mio / Jahr
8 Konzeptentwicklung Anforderungen & Herstellungsverfahren < 200 Stück / Jahr Prepreg Autoklav Bauteil Gewichtsreduktion hat oberste Priorität Konzeptentwicklung Schalenbauweise: Kostengünstige Fertigung Hohes Widerstandsmoment hohe Struktursteifigkeit in Belastungsrichtung
9 Konstruktion und Detaillierung Konstruktion / Detaillierung Geometrie: Entfernen von Material in gering belasteten Bauteilbereichen Anbindungsflächen: Große formschlüssige Klebeflächen Durchdringungsrichtung entgegengesetzt der Belastungsrichtung
10 Konstruktion und Detaillierung
11 Simulation Simulation Masse je 50kg Modellierung im Preprozessor ANSA Einspannung Simulation der Beschleunigungen quasistatisch in MSC Nastran längs vertikal quer Torsion Bezeichnung des Lastfalls Vielfache der Erdbeschleunigung X Y Z Normalbetrieb horizontal längs Nothalt horizontal längs Normalbetrieb horizontal quer Nothalt horizontal quer Normalbetrieb vertikal 0 0 1,5 Nothalt vertikal Torsion Nothalt 250Nm
12 Simulation Auslegung in der Simulation: Missbrauchslastfälle: Tsai-Wu-Versagenswert < 0,9 Betriebslasten: Maximale Dehnung in alle Richtungen < 0,5% Materialwerte der T700-Faser-Matrix-Kombination Kennwert Größe E-Modul E MPa E-Modul E MPa Schubmoul G MPa Festigkeit R1t MPa Festigkeit R1c MPa Festigkeit R2t 120 MPa Festigkeit R2c 200 MPa Festigkeit S 90 MPa
13 Simulationsergebnisse Torsion Nothalt Torsion (asymmetrische Beladung) reale Verformung Verformung 10 fach überhöht
14 Simulationsergebnisse quer Nothalt quer reale Verformung Verformung 10 fach überhöht
15 Simulationsergebnisse längs Nothalt längs reale Verformung Verformung 10 fach überhöht
16 Simulationsergebnisse CFK-Versagenswerte nach Tsai-Wu kritischster Missbrauchs-Lastfall: Nothalt längs längs max. 0,87
17 Simulationsergebnisse Maximale Dehnung im CFK kritischster Betriebs-Lastfall: Normalbetrieb quer quer max. 0,48%
18 Gewichts- / Kostenbewertung Gewichtsreduktionspotential: Δ 2kg (von 4-5kg ~2kg) 50 % Gewichtsreduktion Kostenbewertung: Werkzeugkosten: Bauteilpreis: 900
19 Fertigung des Bauteils gefertigt durch Europe
20 Prüfung des Bauteils Der Systemträger wurde einer Ultraschall- & CT-Prüfung unterzogen
21 Prüfung des Bauteils Der Systemträger wurde einer Ultraschall- & CT-Prüfung unterzogen
22 Zusammenfassung Komplette Entwicklung eines Tooling-Systemträgers für einen Industrieroboter Lastenheft Konzept Konstruktion Simulation Fertigung Prüfung
23 P+Z Engineering - Dynamik für Ihre Entwicklung P+Z Engineering GmbH, Anton-Ditt-Bogen 3, D München Telefon: +49 (0) 89 / , Telefax: +49 (0) 89 / info@puz.de, Ansprechpartner: Dr. Thomas Burkart Teamleiter Simulation Composites, Festigkeit und Methoden Telefon: +49 (0) 89 / Telefax: +49 (0) 89 / Mobil: +49 (0) 176 / t.burkart@puz.de We are a key member of the ARRK global network.
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