Getriebeberechnung in «Windeseile»

24.11.2009Redakteur: Redaktion SMM

Bei zahlreichen Unternehmen im Maschinenbau ziehen Entwicklung und Vertrieb nicht am gleichen Strang, wodurch es oftmals zur gegenseitigen Behinderung im Arbeitsprozess kommt. Meist sind sich beide Lager nur darin einig, dass die jeweils andere Seite noch nicht verstanden hat, was sinnvoll und prioritär für das Unternehmen ist. Zwei Anwendungen aus dem Haus Kisssoft zeigen auf, wie der Konstruktionsprozess in den Arbeitsalltag zu integrieren ist, um den gesamten Betriebsablauf zu optimieren.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Angehrn AG - Umformtechnik

Siemens Schweiz AG

CADFEM Germany GmbH

Fru. Das Spektrum für unterschiedliche Vorgehensweisen reicht vom Einkäufer, der für ein Kleinteil irgendwo einen günstigeren Anbieter findet und bei einer Maschine im Wert von etlichen tausend Euro einige Cent einsparen kann, mit der Folge, dass die Maschine beim Kunden innerhalb kurzer Zeit defekt ist und von einem Servicetechniker hinter dem Ural repariert werden muss ? bis hin zum Familienunternehmen, bei dem an der Spitze immer ein Techniker stand, und das seit Jahren schon Maschinen unter Herstellkosten verkauft, ohne es zu merken (getreu dem Firmenmotto: Gemacht wird, was technisch möglich ist). Zwei Anwendungen aus dem Haus Kisssoft werden hier als Beispiele dienen, wie der Konstruktionsprozess in den Arbeitsalltag zu integrieren ist, um den gesamten Betriebsablauf zu optimieren. Zudem soll anhand einer weiterführenden Applika tion die flexible Einsatzmöglichkeit der Kisssoft und KisssysSoftware und die Vereinbarkeit mit anderen Berechnungsmethoden aufgezeigt werden. Im Zuge stetig steigenden Zeit sowie Kostendruckes ist es nämlich sowohl den Ingenieuren wie auch den Verkäufern und schliesslich auch den Kunden ein Anliegen, die Auslegung der einzelnen Maschinenelemente, die Wechselwirkung mit ihrer Umgebung, den Kostenaspekt und die Lebensdauerwerte so genau und so früh wie möglich in den Entwicklungsprozess zu integrieren.

schnelle Abklärung von Herstellkosten

Entwickelt ein Ingenieur ein Getriebe, z.B. ein Industriegetriebe mit mehreren Stirnradstufen, ist er vollauf beschäftigt, die konstruktive Ausführung der Teile und die festigkeitsmässige Auslegung unter einen Hut bzw. in den vorhandenen Bauraum zu bekommen. Bereits seit Jahren bietet die Firma Kisssoft AG hierzu mit Kisssys eine Software an, die als Kombination der KisssoftMaschinenelementBerechnung mit einer Tabellenkalkulation, einem Kinematikmodul, einer 3DDarstellung und einer Programmiersprache dem Ingenieur stets alle wichtigen Parameter zur Auslegung eines Getriebes im Überblick zur Verfügung stellt. Durch Auslegungs und Optimierungsfunktionen kann er die technischen Aspekte seiner Konstruktion verhältnismässig einfach und komfortabel meistern. Die beiden ersten Fragen eines potentiellen Kunden lauten in der Regel aber nicht «Wie konstruieren Sie die Antriebswelle?», sondern «Wie gross wird das Getriebe?» und «Wie viel wird es kosten?».

Die GetriebegrösseDie erste Frage nach der Grösse des Ge-triebes kann der Ingenieur mit den Stan-dard-Getriebemodellen, die mit Kisssys zusammen ausgeliefert werden, sehr schnell beantworten: Die Modelle bein-halten eine Auslegungsfunktion, die nach Eingabe der Randbedingungen (Schmie-rungsart, Materialien, zu übertragendes Drehmoment und Drehzahl, Gesamt- übersetzung) im Idealfall mit vier Maus-klicks ? Aufteilen der Gesamtübersetzung auf die einzelnen Stufen, Auslegung von Stufe 1 und Stufe 2, Auslegen der Wellen und Lager ? einen ersten Entwurf für ein z.B. zweistufiges Getriebe erstellt. Wobei sich bei mehr Stufen die Anzahl der Maus-klicks entsprechend erhöht. Damit steht im Regelfall bereits nach 15 Minuten ein erster Grobentwurf zur Verfü-gung, mit entsprechenden Informationen zu Baugrösse und Gewicht. Ebenso kann leicht und vor allem schnell abgeklärt wer-den, ob für eine bestimmte Aufgabenstel-lung z.B. ein zwei- oder ein dreistufiges Getriebe besser geeignet ist ? oder ob es überhaupt Lösungen mit zwei Stufen gibt.Die KostenUm die zweite Frage der Kosten angehen zu können, wurden die Modelle um eine einfache Kostenrechnung erweitert. Diese basiert auf Kilopreisen für die relevanten Getriebeteile, also Wellen, Zahnrädern und dem Gehäuse und den Preisen für die Wälzlager in der Konstruktion, welche über Textdateien definiert oder auch im Bedarfsfall einzeln während der Kostenbe-rechnung eingegeben werden können. Eine vor einigen Jahren in der Firma L. Kissling in Zürich durchgeführte Analyse der Herstellkosten von typischen Getrie-beteilen wie Wellen, Ritzelwellen und Zahnräder hat deutlich gemacht, dass bei klassischen Getriebeteilen innerhalb eines gewissen Bereichs eine ziemlich genaue Kostenschätzung über das Gewicht der einzelnen Teile gemacht werden kann. Dabei ist zu beachten, dass bei der im Getriebesonderbau tätigen Firma die ty-pische Losgrösse in der Fabrikation zwi-schen zwei und zehn Stück beträgt. Es zeigte sich, dass die Variation der Herstell-kosten (über Nachkalkulation) eines glei-chen Teiles bei wiederholter Herstellung etwa gleich gross ist, wie der Unterschied zwischen den Herstellkosten von zwei un-terschiedlichen ? aber ähnlichen ? Teilen gleichen Gewichts. Trotz beträchtlicher Streuung der Kosten von einzelnen Ferti-gungsaufträgen war nach Auswertung der Kosten von hunderten Teilen im Bereich von 20 bis 2000 kg eine klare Tendenz zwi-schen Preis und Gewicht erkennbar.Logischerweise ist zu erwarten, dass bei einer Produktion in grösseren Serien etwas genauer differenziert werden muss, da dort die Streuung zwischen Wiederhollosen deutlich kleiner ist. Die grundsätzliche An-wendung dieser Vorgehensweise kann auch mit einem entsprechend verfeinerten Ansatz gemacht werden.Insgesamt erlauben diese Modelle einem Ingenieur, innerhalb von ein bis zwei Stunden ein angefragtes Getriebe so weit vorauszulegen, dass er die Machbar-keit, den notwendigen Bauraum (und das Gewicht) und die voraussichtlichen Kos-ten bereits ziemlich genau abschätzen kann.