Mehr Simulation, mehr Innovation
Unscheinbar und unverzichtbar: Hydraulikaggregate sorgen für die verlässliche Übertragung von großen Kräften. Die HAWE Hydraulik SE aus Aschheim bei München behauptet sich im globalen Wettbewerb durch wegweisende Lösungen „made in Germany“. Ein Schlüssel dafür ist die intensive Nutzung von Simulationstechnologie.
Mit umfassenden Simulationen loten HAWE Ingenieure systematisch Optimierungs-potenziale der Aggregate aus. Auch dort, wo man sie im Hydraulikbereich gar nicht vermutet.
„Ob Neu- oder Weiterentwicklung – unser Ziel ist, dass wir mit einem einzigen Prototyp auskommen, bevor ein Produkt in Serie geht.“ Stefan Macho, Leiter R&D Simulation, treibt seit über zehn Jahren den Einsatz der Simulation im Entwicklungsbereich von HAWE Hydraulik SE voran. Mit großem Erfolg: Die HAWE-Lösungen sind schneller und kostengünstiger marktreif. Ohne Abstriche bei der Qualität, dafür mit vielen neuen Ideen. Denn die virtuellen Prototypen, die am Bildschirm modelliert, analysiert und optimiert – kurz: simuliert – werden, enthalten alle Details. Die Möglichkeit, sie schnell und flexibel zu modifizieren gibt den Entwicklern viel Spielraum für frische, innovative Ansätze.
Komplexität beherrschen
Hydraulikaggregate sind alles andere als triviale Produkte. Das zuverlässige und intelligente Zusammenspiel von mechanischen, strömungsdynamischen, akustischen und regelungstechnischen Effekten ist Pflicht. Nicht nur jede physikalische Domäne muss beherrscht, sondern auch die Wechselwirkungen untereinander erkannt, bewertet und aufeinander abgestimmt werden. Mit digitalen Werkzeugen, mit Simulation, ist das möglich. Versuche am Prüfstand stoßen dagegen schnell an ihre Grenzen. Sie werden bei HAWE zur abschließenden Validierung des digital entwickelten Produktes durchgeführt.
Mit Simulation wird Komplexität zu einer Chance für Verbesserungen, für die Realisierung neuer Ansätze, für Innovation. Kleine, aber wichtige Details werden erkannt, Zusammenhänge transparent, Ideen schnell ausprobiert – sogar in Bereichen, die ein klassischer Entwicklungsprozess gar nicht adressiert.
HAWE Hydraulik für höchste Ansprüche
Traditionell zeichnen sich die kompakten Bauteile und Systeme von HAWE durch konsequente Stahlbauweise aus, die für extrem hohe Drücke (bis 800 bar) geeignet und sehr kompakt gebaut sind. Dies wird durch eine hohe eigene Fertigungstiefe erreicht, die unter anderem auch zu nahezu Leckage-freien Produkten führt. Strukturiert nach einem umfassenden Baukastenprinzip sind die HAWE-Hydraulikkomponenten in den verschiedensten Anwendungsszenarien zu finden.
Virtuell entwickelt: Das Kompaktaggregat InKA
Das kompakte Hydraulikaggregat InKA zeichnet sich durch seinen konsequent modularen Aufbau aus. Er erlaubt eine einfache Anpassung auf unterschiedliche Nutzvolumina und Förderströme und macht es vielseitig einsetzbar. Am Beispiel dieser Neuentwicklung lässt sich der Beitrag verschiedener Simulationsanwendungen aufzeigen.
InKA ist kompakt, robust und erheblich geräuschärmer als Vergleichsprodukte – auch weil während der Entwicklungsphase viele lasttragende Bauteile berechnet und virtuell optimiert wurden. Stefan Macho: „Eine solche Entwicklung in einem engen Zeitfenster ist eine besondere Herausforderung, wenn man die hohen Anforderungen bedenkt, die an das Aggregat gestellt werden. Dazu gehört – man denke an seine Vielseitigkeit und Modularität - das thermische Zustandsverhalten genauso wie die Kompaktheit und Dichtigkeit, die Geräuschminderung und Zuverlässigkeit. Und immer auch das kostenbewusste und zugleich ansprechende Design.“
Mechanik und Werkstoffe
Um diese Ziele zu erreichen, wurden unter anderem die Spannungsverteilungen in den Lagerschildern und im Drucksammelkanal mit Ansys Mechanical betrachtet, analysiert und auch durch die Ermittlung des bestmöglichen Werkstoffes für den vorgegebenen Druckbereich optimiert.
Kompaktheit durch Flachdichtung
Auch die Möglichkeit einer Flächenpressung von Dichtungen wurde untersucht und optimal gestaltet. Denn InKA sollte als Erstes in dieser Kategorie mit einer Flachdichtung ausgestattet werden, die wiederum zur kompakten Bauweise beiträgt. Dazu muss in jedem Flächenbereich eine verlässliche Flächenpressung anliegen. Würde die kritische Flächenpressung unterschritten, entsteht eine Leckage und Öl tritt aus.
Geräuschentwicklung reduziert
Auch in der Aggregatentwicklung häufig vernachlässigte, aber beim Kunden willkommene Eigenschaften bietet InKA. So wurde ein Potenzial hinsichtlich weniger Körperschall und einer effizienteren Temperaturverteilung in modifizierten Rippengeometrien identifiziert und ebenfalls mit Hilfe von Ansys Mechanical ausgeschöpft. Ergebnis: InKA ist ca. 7dB leiser als bisherige Aggregate seiner Leistungsklasse der Hausmarke HAWE.
Thermisches Verhalten unter Kontrolle
Nachdem beim Ölrücklaufverhalten im Aggregat unerwünschte Temperaturschichten auftraten, konnte deren Entstehung durch eine simulationsgestützte Detailbetrachtung mit Ansys Fluent nachvollzogen und geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die zu einer Durchmischung führen. Das thermische Verhalten des gesamten Aggregats wiederum wird über ein Netzwerkmodell auf dem Wege einer Systemsimulation unter Berücksichtigung verschiedener definierter Lastzyklen betrachtet.
Innovation als Grundhaltung
Alle genannten (und nicht genannten) Optimierungen sind Teil des Gesamtsystems InKA. „Irgendwann kommt man zu dem Punkt, an dem man feststellt, dass die Simulation mehr kann. Dazu müssen die Domänen enger zusammenrücken, um noch mehr Nutzen aus den einzelnen Domänen zu holen,“ fasst Stefan Macho zusammen und meint damit: Jede optimierte Variante kann tatsächlich erst dann umgesetzt werden, wenn sie sich auch im Zusammenspiel mit den anderen Komponenten und physikalischen Prozessen innerhalb des kompletten Produktsystems bewähren. Diese Wechselwirkungen zu beherrschen ist ohne verlässliche Simulationstechnologie praktisch unmöglich.
Die zielgerichtete Weiterentwicklung des INKA Hydraulikaggregates ist ein Beispiel für das in den Unternehmensgrundsätzen von HAWE festgeschriebene Bekenntnis zur Innovation. Die konsequente Nutzung von Simulationstechnologien ist einer der Schlüssel dafür, die enge Partnerschaft mit den Spezialisten von CADFEM unterstreicht den Anspruch von HAWE, immer auf dem aktuellen Stand von Technik und Methodik zu sein. Denn Innovation bezieht sich nicht nur auf die Produkte, sondern schließt auch alle Abläufe und Systeme bei HAWE mit ein.
HAWE Hydraulik und CADFEM
Bei der Einführung und beim Ausbau von Simulation vertrauen die Verantwortlichen von HAWE Hydraulik auf die partnerschaftliche Unterstützung der CADFEM Germany GmbH. Diese reicht von der Beratung und der Beschaffung der notwendigen Ansys Software über den Anwendersupport, der Aus- und Weiterbildung der Anwendenden bis hin zur Konfiguration und Einrichtung der passenden Hardware-Lösungen. Weil es funktioniert, stellt sich HAWE immer wieder als Referenzkunde zur Verfügung.
