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Zeit und Kosten im Rahmen

Design-Iterationen automatisiert bei Trek Bicycle

Zeit und Kosten im Rahmen

Die Trek Bicycle Corporation setzt bei der Konstruktion und Entwicklung ihrer Fahrräder auf Siemens-Software. Beim Rennrad Madone gelang es dem amerikanischen Produzenten, gute Aerodynamik mit Komfort zu verbinden und gleichzeitig Zeit sowie Kosten beim Produktdesign zu sparen.

(Bild: Siemens PLM Software) [1]

(Bild: Siemens PLM Software)

Das Design von Fahrrädern basiert zum Teil auf komplexer Physik. Zentrale Herausforderung für den Fahrradhersteller Trek ist dabei der Kompromiss aus aerodynamischer Optimierung und Fahrqualität – wie etwa bei der Entwicklung des neuen Madone-Rennrads. Dazu setzte das Unternehmen auf die Kombination aus numerischer Strömungsmechanik (Fluid Dynamics, CFD) und Finite-Elemente-Analyse (FEA). Die Lösung bestand in einer Rohr-in-Rohr-Konstruktion, die Aerodynamik und Komfort trennt. Was noch fehlte, war ein Werkzeug zur Optimierung des Rahmendesigns. Wichtig war dem Unternehmen, dass dieses Tool sich in die vorhandene Applikationsarchitektur, bestehend unter anderem aus der Computer Aided Engineering (CAE)-Software Simcenter Star-CCM+ und der Computer Aided Design(CAD)-Lösung SolidWorks – einfügt. Fündig wurden die Ingenieure erneut bei Siemens PLM Software und seiner Heeds-Software, die die Schnittstelle zwischen verschiedenen Engineering-Tools bildet und die Optimierung eines Designs automatisiert.

Für die Rahmenkonstruktion setzt Trek auf die Anwendungen Heeds und Simcenter Star-CCM+ von Siemens. (Bild: Siemens PLM Software) [2]

Für die Rahmenkonstruktion setzt Trek auf die Anwendungen Heeds und Simcenter Star-CCM+ von Siemens. (Bild: Siemens PLM Software)

Suche nach dem Optimum

Heeds erfasst und automatisiert den aktuellen Konstruktionsworkflow eines Ingenieurs. Die Daten basieren auf den vom Benutzer gewählten Konstruktions- und Analysewerkzeugen. Beim Madone-Rennrad wurde diese Software unter anderem dazu eingesetzt, die optimale, aerodynamische Anbringung der Wasserflasche zu definieren, um das Rad unter Realbedingungen schneller zu machen. Im einem ersten CAD-Modell wurden dazu die Wasserflaschen an beliebigen Punkten am Unterrohr und am Sitzrohr montiert. Die Software veränderte dann die Flaschenpositionen und passte die Wiederholungs-Eingabewerte (Iterationswerte) schrittweise an die vorherigen Widerstandsreaktionen an. Nach 140 Iterationen zeigte das Endergebnis eine Verringerung des Gesamtwiderstands um 5,5 Prozent, wenn die Flasche möglichst niedrig und in Richtung des Tretlagers platziert wird.

Zusammenhänge aufdecken

Einen Vorteil der Software sehen die Ingenieure des Fahrradherstellers in der sogenannten ensemblebasierten Analyse, bei der bisher unbekannte Zusammenhänge zwischen Designvariablen und Leistungsmerkmalen aufgedeckt werden können. Vor der Einführung dieser Software mussten die Ingenieure manuell in der Regel 30 bis 50 verschiedene Design-Iterationen für ein gegebenes Problem analysieren. Die Software führt in der gleichen Zeit 500 bis 1.000 Iterationen durch. Die Siemens-Lösung ermöglichte es, ein aerodynamisches Rennrad mit maximalem Fahrkomfort entwickeln und dabei beim Produktdesign erheblich an Zeit und Kosten einzusparen.