CUPRA optimiert mit PTC Creo die Konstruktion und Fertigung von Fahrzeugkomponenten

Vom Bildschirm zur Realität

Damit ein Wagen auf der Rennstrecke bestehen kann, sind unzählige Stunden an Arbeit und Hingabe erforderlich. Ein Teil dieser Arbeit hat mit dem Design und dem Bau der Fahrzeugkomponenten zu tun.

Für diese Aufgabe kam der Wendepunkt bei CUPRA im Jahr 1998, als das Unternehmen die parametrische Software von PTC einführte, die damals noch Pro/ENGINEER hieß. Vor der Implementierung der Software konnte das Team bestimmte Teile aufgrund ihrer inhärenten Komplexität nicht konstruieren. Die parametrische Software von PTC lieferte die Fähigkeiten, die CUPRA benötigte, um Komponenten erheblich schneller weiterzuentwickeln und ihre Performance zu testen. „Die Einführung der parametrischen Software von PTC war bahnbrechend. Sie veränderte die Art und Weise, wie wir in der Konstruktion arbeiten. Wir konnten unsere Effizienz steigern und Änderungen einfacher implementieren. Zudem wurde die Teileentwicklung drastisch beschleunigt und die Vorlaufzeit erheblich verkürzt, während die Qualität stieg“, erklärt Jaume Tarroja, Leiter Full Vehicle Design bei CUPRA Racing.

Eine exponentielle Weiterentwicklung mit PTC Creo

Zu Beginn kamen nur die Grundfunktionen der Software zum Einsatz. Neben anderen Anforderungen kamen weitere Module hinzu, um die Arbeit beim Entwurf neuer Komponenten für die Fahrzeuge bequemer und schneller zu gestalten. „Früher entwarfen wir die Komponenten in 2D und schickten sie dann so an die Fertigung – mit entsprechenden Fehlern, die sich nicht vermeiden ließen. Nun können wir uns das Fahrzeug in 3D mit allen eingebauten Komponenten ansehen. Tatsächlich können wir das komplette Fahrzeug auf dem Computer-Bildschirm visualisieren. Wir können das Auto in einer stabilen Umgebung ändern, ohne den Entwurf zu modifizieren. Das war für uns ein großer Fortschritt“, so Tarroja.

Das CUPRA-Team nutzt die Creo Software zwar in vollem Umfang, doch vier Bereiche stechen besonders hervor:

• Top-Down-Konstruktion. Bei der Top-Down-Konstruktion erhalten die Ingenieure ein Skelettmodell, das die allgemeine Struktur der Fahrzeuge definiert. Ebenso genießen Ingenieure bei der Konstruktion und beim Zusammenbau ihrer Komponenten den weiteren Vorteil, dass bei einer Umkonstruktion oder Variante des Skelettmodells Änderungen automatisch in alle Komponenten übernommen werden. Da das Skelettmodell einen kinematischen Mechanismus umfasst, lässt sich die tatsächliche Bewegung des Fahrzeugs rasch simulieren, um Durchdringungen oder Kollisionen zwischen den Komponenten zu bestimmen. Für CUPRA ist das ein grundlegender Schritt, der unzählige Fehler verhindert und stundenlange Entwurfswiederholungen einspart.
• Finite-Elemente-Teilesimulation. Diese Option ermöglicht es den Ingenieuren, die Lasten zu simulieren, die in einer realen Umgebung auf die Komponenten wirken. Sie zeigt sehr genau, ob der Entwurf korrekt ist und wo mögliche Schwächen liegen.
• Blechteilkonstruktion. Sie strafft die Konstruktion von Komponenten aus Metall. CUPRA konnte damit von Anfang an leichtere Teile mit besserer Performance, besseren Ergebnissen und wirtschaftlichen Einsparungen erreichen.
• Rohrleitungs- und Verkabelungskonstruktion. Sie ermöglicht es, das Layout elektrischer Verkabelungs- und Kühlsysteme zu simulieren. Für CUPRA bedeutete dies einen großen Schritt vorwärts, da früher Prototypen modelliert und an Zulieferer geschickt wurden, von denen sie dann repliziert wurden. Dank der Software von PTC können die Ingenieure von CUPRA nun alles am Computer simulieren, einschließlich der Verkabelung und der Rohrleitungen. Bei der Fertigung ist so sichergestellt, dass alles auf Anhieb funktioniert.

Zu erwähnen ist das Feature für parametrische Flächen- und Freihandflächenkonstruktion, das bei CUPRA in der Komponentenkonstruktion zum Einsatz kommt. Die Kurven und Formen der entwickelten Teile können damit vollkommen frei gestaltet werden. Zu diesem Zweck nutzt es die Modellierung von mehrstufigen Teilbereichen für bessere Steuerung der Flächen und feinere Detaillierung, ohne die vorhandene Form zu ändern.

Neben all diesen Fähigkeiten umfasst die Roadmap von CUPRA neue PTC Creo Features, welche die Wettbewerbsfähigkeit von CUPRA erhöhen werden. Zu den neuen Modulen, die implementiert werden sollen, gehören KI-gestütztes generatives Design, optimierte Konstruktion für additive Fertigung und Behavioral Modeling. Tarroja bestätigt: „Im Umfeld mechanischer Komponenten bietet uns PTC Creo unübertroffene Stabilität und Präzision.“

Ergänzend dazu unterstützt CUPRA außerdem die PTC Windchill Software, eine PLM-Lösung. Windchill ist ein Informationsmanagementsystem, mit dem Daten und Prozesse kostengünstig durch den gesamten Komponentenlebenszyklus hindurch integriert werden können, von der ersten Idee über Konstruktion und Fertigung bis hin zur Wartung des Produkts.

Im Falle von CUPRA wurde die Anwendung im Jahr 2014 implementiert und brachte das Produktmanagement massiv voran. Mit Windchill ist es möglich, eine Komponente oder ein vollständiges Fahrzeug zu ändern, in dem Wissen, dass das gesamte Team mit einem Klick die aktuelle Version erhält. Dadurch werden Fehler und der Zeitaufwand reduziert.

Zwei Jahrzehnte der Optimierung des Konstruktions- und Fertigungsprozesses von Komponenten

Nach mehr als 20 Jahren der Verwendung von PTC Lösungen ist CUPRA hochzufrieden mit den Ergebnissen. Tarroja meint dazu: „In unserer wettbewerbsorientierten Welt muss ein Fahrzeugmodell Jahr für Jahr besser werden. Es sind kontinuierliche Verbesserungen erforderlich, um die Fertigungskosten zu senken.“ Und PTC Lösungen spielen dabei eine zentrale Rolle. „Die Konstruktions-Tools von PTC haben stets mit dem Fortschritt der Branche Schritt gehalten, wodurch wir mehr Möglichkeiten für Verbesserungen hatten“, betont er.

CUPRA genießt darüber hinaus weitere Vorteile. Beispielsweise konnte CUPRA die Effektivität bei der Teilekonstruktion erhöhen. „Wir können die Komponente am Computer in 3D erzeugen und sämtliche Belastungstests durchführen, bevor das Teil hergestellt wird. Dadurch können wir Konstruktionsfehler reduzieren. Das fertige Teil funktioniert auf Anhieb perfekt. Auf diese Weise kann die Time-to-Market für ein neues Fahrzeug um mehr als 20 % verkürzt werden“, so Tarroja.

Parallel dazu konnte CUPRA das Gewicht der Komponenten senken und den Konstruktionsprozess optimieren. Tatsächlich erreichen die Komponenten in der Regel eine Gewichtsoptimierung von rund 10 %, ohne Änderungen an ihren mechanischen Eigenschaften. Das wird größtenteils durch Finite-Elemente-Module erzielt. Insgesamt wird durch die überlegenen Creo Funktionen für Blechteilkonstruktion eine Kostensenkung von etwa 15 % für die Komponenten erzielt.

Und schließlich wurde die Konstruktions- und Fertigungsdauer reduziert. Besonders deutlich lässt sich dies am Beispiel des Achsschenkels veranschaulichen, einem hochkomplexen Teil, das sämtliche Elemente auf der Vorderachse miteinander verbindet. Mit den Tools der PTC Creo Software konnte das CUPRA Team die Komponente verbessern, indem es das Gewicht unter Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften reduzierte. Tarroja erklärt: „Auch wenn die Entwicklungsdauer einer Komponente je nach Komplexität und Volumen der Teile unterschiedlich ist, können wir sie mit PTC Creo doch innerhalb von zwei Wochen zur Fertigungsreife bringen.“

Kurz: CUPRA bringt die Welt des Rennsports mit PTC Creo Software vorwärts.