Rexroth Hydraudyne

Schnellere und genauere Konstruktion von Hydraulikzylindern

Rexroth (Logo)Rexroth Hydraudyne ist ein Geschäftsbereich der Bosch Group, eines deutschen Industrieunternehmens, dessen geschäftliche Aktivitäten verschiedene Bereiche von der Automobiltechnologie bis hin zu Breitbandnetzwerken abdecken. Rexroth Hydraudyne mit Sitz in den Niederlanden beliefert Unternehmen weltweit mit großen, spezialisierten Hydraulikzylindern. Diese Zylinder werden zum Antreiben und Steuern verschiedener Mechanismen eingesetzt. Bei einem wichtigen Auftrag des Unternehmens ging es um ein Gezeitensperrwerk (ein Tor zwischen einem Binnengewässer und dem Meer) im Hartelkanal, etwa 16 km südlich von Rotterdam.

Die Ingenieure bei Rexroth Hydraudyne verwenden für die Entwicklung großer industrieller Hydraulikzylinder PTC Mathcad, eine visuelle Konstruktionsumgebung, die es Ingenieuren aus allen Bereichen ermöglicht, anhand einer Vielfalt von Datenquellen während der Konstruktionsphase eines Produkts alle mathematischen Formeln und Berechnungen zu dokumentieren. Obwohl jeder einzelne Zylinder ein individuelles Produkt ist, sind die dafür verwendeten Berechnungen in hohem Maße standardisiert und für maximale Zuverlässigkeit optimiert. Durch den zehnjährigen Einsatz von PTC Mathcad konnte das Unternehmen beträchtliche Einsparungen bei den Produktionskosten und eine effektivere Zusammenarbeit mit seinen Partner in der Industrie erreichen.

Die interne Abteilung für Forschung und Entwicklung bei Rexroth Hydraudyne ist für die technische Entwicklung sämtlicher Zylinder verantwortlich. "Es gibt keinen zweiten Versuch", erklärt Marc Moolenaar, Leiter der technischen Entwicklung. "In den meisten Fällen erstellen wir für jeden Auftrag nur einen Zylinder, damit wir zuerst einen Prototyp testen können. Wir sind eine echte "Engineering-to-Order"-Organisation. Gleich beim ersten Mal muss alles passen. Das beutetet, dass wir hohe Anforderungen an unsere technischen Berechnungen stellen."

PTC Mathcad wird von mehr als 1,5 Millionen Ingenieuren weltweit verwendet. Es ermöglicht die Arbeit mit mathematischen Ausdrücken unter Verwendung standardmäßiger mathematischer Notation, jedoch mit der zusätzlichen Möglichkeit, ganz einfach Neuberechnungen zu erstellen und Daten anzuzeigen, zu präsentieren und zu veröffentlichen, sogar im Web. PTC Mathcad erleichtert den Ingenieuren die Kommunikation der Grundprinzipien ihrer Berechnungen, wodurch die Qualitätssicherung und Verifizierung von Entwürfen sowie die Wiederverwendung häufiger Kalkulationsroutinen erleichtert werden.

"Meistens ist die Hydraulik nur ein Bestandteil einer größeren Einheit", erklärt Moolenaar. "Viele Unternehmen arbeiten parallel daran. Und natürlich sehen sich alle unsere Konstruktionsdaten an. Häufig überprüfen die Kunden unsere Berechnungen. Beispielsweise um sicherzustellen, dass wir die richtigen Verfahren, Standards uns Sicherheitsmargen angewendet haben. Daher sind Berechnung und Verdeutlichung eng miteinander verknüpft. Mit PTC Mathcad können wir stets die richtige Dokumentation bereitstellen. PTC Mathcad spielt bei der Kommunikation mit unseren Partnern in der Industrie eine entscheidende Rolle. Die einheitliche und genaue Präsentation unserer Berechnungen hilft unseren Kunden, zu verstehen, was genau wir machen. Sie erhalten genau das, was sie sehen. Das ist ein unschätzbarer Vorteil."

Die Situation vor der Einführung von PTC Mathcad

Rexroth Hydraudyne verwendet PTC Mathcad seit 1993. Zwei Drittel der 16 Konstruktionsingenieure des Unternehmen verwenden das Paket täglich. Vor der Einführung von PTC Mathcad arbeiteten die Ingenieure bei ihren Berechnungen mit einer maßgeschneiderten Software. Obwohl diese Lösung zuverlässig war, erwies sie sich als wenig flexibel. Neue Zylindertypen, neue Konstruktionsstandards oder neue Anwendungen brachten stets neue Softwareänderungen mit sich, die sehr zeit- und ressourcenintensiv waren. Die Ingenieure benötigten eine flexiblere Lösung, und die Wahl fiel auf PTC Mathcad.

"Der Umgang mit der Software ist einfach zu erlernen", betont Kees van de Grint, leitender Konstruktionsingenieur. "Es ist fast alles möglich, und man hat die Freiheit, die Berechnungen ganz individuell zu gestalten. Man beginnt einfach mit einem leeren Bildschirm, genau so, als würde man auf einem neuen Blatt Papier anfangen."

Dank der selbst dokumentierenden Benutzeroberfläche ermöglicht PTC Mathcad den Ingenieuren das Kombinieren von Formeln, Text und interaktiven Grafiken in einem einzigen Arbeitsblatt. Anders als bei den meisten Berechnungspaketen, Tabellen oder Programmiersprachen kann über die "Notizblock"-Oberfläche von PTC Mathcad natürliche mathematische Notation angezeigt und verarbeitet werden, wobei Eingaben ganz einfach über die Tastatur oder über Anklicken der Menüs erfolgen, sodass keine Programmierung erforderlich ist. Die "Live"-Schnittstelle ermöglicht es Ingenieuren, Variablen oder Zahlen zu verändern und das Ergebnis sowie die zwei- und dreidimensionalen Graphen sofort zu neu berechnen.

"Es ist fantastisch, so viele Möglichkeiten zu haben", so van de Grint. "Aber wenn Ihnen ein einheitlicher Ansatz und eine konsistente Präsentation wichtig sind, müssen Sie dies gut innerhalb der Abteilung organisieren." Aus diesem Grund begann er vor drei Jahren damit, ein Konstruktionshandbuch zu erstellen. Es ist als elektronische Bibliothek in PTC Mathcad verfügbar, sodass Informationen ganz einfach organisiert werden können. Dort sind die Methoden für die wichtigsten Berechnungen sowie Standardtext zur Verdeutlichung und für Zitate zu finden. Der Benutzer muss lediglich die entsprechenden Passagen oder die kompletten Berechnungen kopieren. Nach Eingabe einiger zusätzlicher Informationen zu Materialien und spezifischer Situation erledigt PTC Mathcad den mathematischen Teil automatisch, sodass die Ergebnisse sofort verfügbar sind.

Ergebnisse

"Selbst die Zeichnungen aus Intergraph SmartSketch, dem integrierten CAD-System, werden automatisch an die Berechnungen angepasst", erläutert van de Grint. "Das digitale Konstruktionshandbuch hat zu einer Verbesserung der Produktivität in der Konstruktionsabteilung geführt. Und da wir stets dieselben bewährten Formeln aus dem Konstruktionshandbuch verwenden, sind unsere Ergebnisse äußerst verlässlich." Das digitale Konstruktionshandbuch in PTC Mathcad umfasst mittlerweile 165 grundlegende Berechnungen und fünf Vorlagen.

Das Risiko von Fehlern wird weiterhin dadurch reduziert, dass die Benutzer Daten in der Form eingeben können, in der sie ihnen vorliegen. Egal, ob die Ingenieure Zoll, Millimeter oder Meter verwenden, PTC Mathcad wandelt die Messwerte automatisch um – ein Vorgang, bei dem sich häufig Fehler einschleichen, wenn er manuell ausgeführt wird. "Das Ganze ist äußerst praktisch, wenn man auf dem internationalen Markt agiert", meint van de Grint. "Durch Überprüfen der Einheiten können Sie schnell erkennen, ob sich Fehler in die Formeln eingeschlichen haben."

Der Wettbewerbsvorteil

Bei der Konstruktion eines Hydraulikzylinders ist eine korrekte Berechnung der Schale entscheidend. Sehr oft muss ein Zylinder enormen Kräften und Druck standhalten, daher handelt es sich hierbei um einen der teuersten Bestandteile des Zylinders. Je genauer ein Ingenieur die optimale Stärke der Schale berechnet, desto weniger Material wird benötigt. Das kann bei Kosten und Gewinn einen enormen Unterschied machen. "Auf diese Weise können wir wettbewerbsfähige Angebote unterbreiten", so van de Grint.

"Aus diesem Grund haben wir einige äußerst detaillierte Berechnungen in das Handbuch aufgenommen", fügt Moolenaar hinzu. "Wir haben sehr lange an einigen dieser Formeln gebastelt. Anschließend können sie jedoch immer wieder auf die gleiche Weise verwendet werden."

Es gibt jedoch auch Situationen, in denen Moolenaar diese Formeln nicht weitergeben möchte. "Sie haben die Möglichkeit, den Zugriff auf Ihre Berechnungen in PTC Mathcad für andere zu sperren. Schließlich möchten wir unsere Geschäftsgeheimnisse wahren", sagt er. "Sehr häufig sehen wir uns alternative Konstruktionen an, beispielsweise mit anderen Montageverfahren oder anderen Konstruktionsarten. Das ist natürlich nicht unsere eigentliche Aufgabe, aber manchmal macht es sich bezahlt, etwas zu ändern. In einigen Fällen können die Hydraulikzylinder viel günstiger produziert werden, wenn wir nur einige wenige Grundannahmen verändern. Beispielsweise könnte es sich als machbar erweisen, etwas weniger Beton zu verwenden. In einem solchen Fall benötigen Sie sehr gut dokumentierte Berechnungen. Andernfalls können Sie eine solche Änderung nicht bewerkstelligen."

PTC Mathcad kann sogar dabei helfen, den Umfang eines Projekts zu verändern. "PTC Mathcad bietet uns höchste Flexibilität bei der Erstellung von Berechnungen", fügt van de Grint hinzu. "Wir können unseren Kunden detaillierte Überlegungen zu allen unseren Entwürfen präsentieren. Wir vermeiden unnötige Risiken, indem wir strenge und bewährte Konstruktionsregeln einhalten. Auf diese Weise können wir den Kunden genau das bieten, was sie erwarten."

Über Bosch Rexroth AG

Bosch Rexroth AG, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Robert Bosch GmbH, konnte 2002 mit etwa 25.500 Mitarbeitern Verkäufe in Höhe von 3,62 Milliarden Euro verzeichnen. Das Unternehmen wurde im Mai 2001 durch den Zusammenschluss von Bosch Automationstechnik und Mannesmann Rexroth gegründet. Sein Produktangebot umfasst die Produkte und Services der ehemaligen Marken von Bosch Automation, Brueninghaus Hydromatik, Indramat, Lohmann + Stolterfoht, Mecman, Refu, Rexroth Hydraulics und Star. Rexroth bietet wichtige Antriebs-, Steuerungs- und Bewegungstechnologien für die Bereiche Mechanik, Hydraulik, Pneumatik und Elektronik sowie zugehörige Services in etwa 80 Ländern.