Effiziente Motorenentwicklung

Effiziente Motorenentwicklung

In neun Schritten
zur individuellen Lösung

Wann immer ein individuelles Antriebssystem in Serienqualität entwickelt und kurzfristig zum Laufen gebracht werden muss, ist die Erfahrung des Entwicklerteams maßgeblich für eine erfolgreiche Umsetzung des Projektes. Mit einer übergreifenden Planung und Steuerung erfüllt der von den Hanning Elektro-Werken angewandte Engineering-Prozess in klar definierten Etappen präzise die Vorgaben der Kunden und garantiert eine energieeffiziente Produktentwicklung.
Die Messlatte im globalen Markt liegt hoch. Ob Medizintechnik, Maschinenbau oder Prozesstechnik: Kunden aller Branchen erwarten für industrielle Anwendungen erstklassige und zukunftsfähige Antriebslösungen nach Maß. Individuell ausgelegte Motoren in Synchron- und Asynchronausführung mit speziellen Konstruktionsmerkmalen, die sicher und präzise arbeiten und dabei exakt ihre Einsatzanforderungen erfüllen. Gefragt sind passgenaue, variantenreiche und langlebige Produkte in Kombination mit hochwertigen elektronischen Steuerungen und kundenspezifisch abgestimmten Zubehör. Damit dabei alles rund läuft, wendet das Unternehmen Hanning einen Engineering Prozess an, der in neun strukturierten Etappen zum Ergebnis führt. Ganz gleich, ob es um ein neues Produkt geht oder um die Verbesserung einer kompletten Anlage – das gebündelte Leistungsspektrum des Engineering-Prozesses zeichnet sich durch hohe Planungssicherheit, professionelles Projektmanagement und eine große Fertigungstiefe aus. Der Prozess bietet Unterstützung entlang der kompletten Wertschöpfungskette und bildet zudem ein starkes Fundament für Innovationsimpulse und den kontinuierlichen technologischen Fortschritt.

Leistung ist Auslegungssache

In jeder der neun Etappen der Entwicklung stimmen sich die Ingenieure und Techniker von Hanning mit dem Kunden ab. Das Entwicklerteam klärt, welche Applikationsaufgabe der Kunde mit dem gewünschten Antriebssystem oder einer individuellen Antriebskomponente verfolgt. Es gilt dabei, die gesamte Einbausituation auf Kundenseite zu berücksichtigen, damit auch spezifische Details in die Überlegung aufgenommen werden. Ist das Konzept entwickelt, wird es mit allen definierten Anforderungen und Spezifikationen in einem Lastenheft aufgenommen. Daraufhin wird der Gesamtaufwand abgesteckt und das Projekt auf seine technische und wirtschaftliche Umsetzbarkeit überprüft. Im Pflichtenheft wird schließlich die technische Umsetzung des Antriebskonzepts festgehalten. Ist diese erste gemeinsame Basis gelegt, startet mit Etappe drei des Engineering-Prozesses die Motorenauslegung inklusive kundenspezifischer Schnittgeometrie. Dabei werden mit Hilfe erster Konzeptskizzen verschiedene Lösungsmodelle berechnet. Es folgen mehrere Berechnungs- und Analysephasen, bis der virtuelle Entwicklungsprozess in einer 3D-CAD-Konstruktion umgesetzt wird. Bei Hanning wird zum Beispiel für die Auslegung eines Synchronmotors ein Simulationssystem eingesetzt, das über Variantenoptimierung mittels Design Parameter simuliert. Bei dieser Berechnungsmethode werden mechatronische sowie mechanische Komponenten berücksichtigt und auf elektrotechnischer Seite der Anschluss mit dem Frequenzumrichter. Da die Finite-Elemente-Berechnung bei speziellen benutzerdefinierten und parametrierbaren Problemen aufwändig ist, geben die Entwickler die Grunddaten des Modells zunächst auf einem Rechner ein. Für die Rechenoperation selbst werden mehrere Computer geclustert, um jede freie Rechnerzeit für Teilberechnungen des Simulationsprogramms nutzen zu können. Das CAD-Modell wird automatisiert im Hintergrund erstellt, wobei das System gleich mehrere hundert Varianten mit ihren elektrischen und magnetischen Eigenschaften durchspielt. Erste Zwischenergebnisse werden gegeneinander bewertet und bestimmte Parameter immer weiter verbessert, was zu einer hohen Ergebnisgenauigkeit führt.

Modell der Originalverhältnisse

In den sogenannten Ergebniswolken werden die Lösungen grafisch am Monitor dargestellt. Die Motorenentwickler können nun zielsicher aus einer Übersicht unterschiedlicher Geometrien die geeignete Variante bestimmen. Auch können sie beispielsweise beurteilen, welchen Einfluss eine Änderung von Luftspalt oder Magnetstärke auf Wirkungsgrad und Rastmomente hat. Herausgefiltert wird letztlich das beste Ergebnis hinsichtlich Bauvolumen, Wirkungsgrad, Drehmomentwelligkeit, Materialeinsatz, Fertigungsaufwand und Prozesssicherheit. Ist ein Element ausgewählt, werden die ersten Produktdokumente automatisch erstellt. Das Team erhält einen Berechnungsreport und eine Detaildarstellung der Ergebnisse sowie einen Bericht über Betriebskennlinien und die Projektparameter. Dieser Simulationsvorgang versetzt Hanning in die Lage, die bestmögliche Motorenauslegung schon vor dem ersten Prototyp zu finden und zu bewerten. In der nun folgenden mechanischen Konstruktion, dem vierten Schritt des Engineering-Prozesses, entsteht ein 3D-Modell der Originalverhältnisse. Der Prototyp ist so konstruiert, dass er dem geplanten Serienmodell weitgehend entspricht. Mit Hilfe des Prototyps werden umfangreiche Tests zu Funktion und Betriebskennlinien durchgeführt, die erste reale Ergebnisse liefern. Die entscheidende Testphase im Schritt fünf findet sowohl bei Hanning im Labor als auch unter realistischen Bedingungen beim Kunden in der Applikation statt. Dort wird der Antrieb einem ersten Systeminteraktionstest ausgesetzt, auf seine Beständigkeit gegen Staub, Hitze oder Feuchtigkeit getestet und erneut gegen das Lasten- und Pflichtenheft geprüft. In Phase sechs erfolgt die Integration der Antriebslösung in die Gesamtanlage und im Folgeschritt kann die Serienproduktion starten. Eventuell wird der Antrieb noch fertigungstechnisch verbessert, bis alle Anforderungen ohne Wenn und Aber erfüllt sind. Vielfach geht der Kunde zunächst in eine Musterphase, in der die Gesamtfunktionalität der Anlage geprüft wird. Nach einem passenden Zusammenspiel aller Komponenten und einer beidseitigen Freigabe steht die Anlage zur Inbetriebnahme bereit.

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