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Generatives Design erfindet den Schwermaschinenbau neu

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Mit generativem Design konnte Claudius Peters Teile eines Klinkerkühlers neu konstruieren und 25% Material einsparen

Claudius Peters stellt seit 113 Jahren pneumatische Förderanlagen, Silos, Klinkerkühler, Mühlen und Verpackungssysteme her, die weltweit in Zement-, Kohle-, Aluminiumoxid- und Gipswerken eingesetzt werden. Um für den Wettbewerb im 21. Jahrhundert gewappnet zu sein, hat das Unternehmen vor Kurzem einen digitalen Wandel eingeleitet. Die Technologie des generativen Designs stellt einen absolut neuen Ansatz für die Konstruktion von Bauteilen dar und ist im Unternehmen zu einem entscheidenden Faktor der Innovation geworden. Durch die Anpassung dieser Technologie an traditionelle Fertigungsmethoden kann das Unternehmen Material und Energie einsparen und Vorlaufzeiten reduzieren.

Die digitale Transformation eines Maschinenbau-Dinosauriers

Claudius Peters (CP) wurde 1906 gegründet und stellt nun seit mehr als 100 Jahren Maschinen und Anlagen her. Aber anstatt an seiner ehrwürdigen Geschichte festzuhalten, setzt CP auf Innovation, um sich in ein agiles Unternehmen zu verwandeln.

Schon vor Jahren wurden digitale Tools in der Konstruktion eingeführt, aber das Unternehmen erkannte auch, dass im 21. Jahrhundert weitere digitale Fähigkeiten und eine Kultur erforderlich sind, die sich am Ansatz des „Design Thinking“ und Experimentierens orientieren. In Zusammenarbeit mit Technologiepartnern wie Autodesk wurden bei CP neue Tools implementiert, um die Prozesse des Vertriebs, der Konstruktion und Entwicklung und der Fertigung miteinander zu verbinden.

Außergewöhnliche Designlösungen mit generativem Design

„Doch wir hörten an diesem Punkt nicht mit der Innovation auf“, so Thomas Nagel, Chief Digital Officer und Operations Director des Unternehmens. Nach einem Vortrag über generatives Design in Fusion 360 war Thomas Nagel so beeindruckt von der Technologie, dass er kurzerhand einen Workshop für sich und sein Team organisierte.Anhand von Konstruktionszielen und Einschränkung erzeugt und untersucht die generative Designsoftware zahlreiche Konstruktionslösungen. Nachdem das Team mit einigen fiktiven Teilen experimentiert hatte, begannen sie ein „richtiges“ Bauteil zu optimieren – den Schubboden eines Klinkerkühlers, einer großen Anlage, die Zementklinker von 1.400 °C auf 100 °C abkühlt.

Noch während des Trainings überprüfte das Team das erste Ergebnis: „Wir nannten es ‚das Alien-Teil‘“, sagt Thomas Nagel. „Wir waren vom Resultat überrascht. Wie konnte es sich so sehr von unserem bereits optimierten Bauteil unterscheiden? Und das bei einer Gewichtsreduzierung um 30 bis 40 Prozent?“

Image courtesy of Claudius Peters

Generative Design for Industrial Machinery

On-Demand Webinar

Generative Design nutzt künstliche Intelligenz um Ingenieuren die Möglichkeit zu geben, eine Vielzahl an Designlösungen zu generieren und zu evaluieren. In diesem Webinar erfahren Sie wie Industrieunternehmen Konstruktion, Material und Fertigungsmethoden optimieren können.

 

Image courtesey of Claudius Peters

Materialeinsparungen von 20 kg pro Teil

Die skeptischen Ingenieure von Claudius Peters führten Berechnungen und FEM-Analysen mit dem „Alien-Teil“ durch und waren erstaunt, dass es besser war als ihre konventionell optimierte Version des Bauteils. Das Team untersuchte anschließend die Geometrie, um ein geeignetes Fertigungsverfahren zu finden. Ursprünglich für die additive Fertigung optimiert, musste das Team die Ergebnisse des generativen Designs auf traditionelle Fertigungsverfahren wie Schweißen oder Metallguss übertragen.

Letztendlich entschied sich das Team für eine Konstruktion, bei der das Gewicht des Bauteils durch Materialeinsparungen um 20 kg reduziert werden konnte, wodurch etwa 100 € pro Teil eingespart werden. Da sich oft 60 bis 100 dieser Teile in einem Klinkerkühler befinden, spielen Gewichts- und Kosteneinsparungen eine große Rolle.

 

„Wir waren völlig überrascht von der Form des Bauteils, und was generatives Design aus unserer bisherigen Konstruktion gemacht hat. Wie konnte es sich so sehr von unserem konventionell optimierten Teil unterscheiden? Und das bei einer Gewichtsreduzierung um 30 bis 40 Prozent?“

- Thomas Nagel, Operations Director, Claudius Peters