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DER KONSTRUKTEUR 10/2017

DER KONSTRUKTEUR 10/2017

WERKSTOFF- /

WERKSTOFF- / VERBINDUNGSTECHNIK LASTGERECHT KONSTRUIERT PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Im Leichtbau steckt großes Potenzial für den Maschinenbau. Leichtbau hilft dabei, den Materialeinsatz zu reduzieren und Herstellungssowie Life-Cycle-Kosten signifikant zu drücken. Ein Weg zum Leichtbau ist Topologie- Optimierung. In einer Studie wurde nachgewiesen, dass sich Leichtbau durch Topologie-Optimierung schnell rechnen kann. Untersuchungsgegenstand der Studie war die Standardlösung einer statischen, gewichtsintensiven Maschinenkomponente – konkret wurde ein Nadelbettenträger, ein Teil des Gestells einer Flachstrickmaschine, in den Blick genommen und einer Topologie-Optimierung unterzogen. Mittels einer linearstatischen und einer Modalanalyse wurde das Bauteil validiert. MATERIALEINSATZ REDUZIEREN Die Materialeinsparung durch die Topologie-Optimierung lag bei rund 30 %. Das Gewicht reduzierte sich von 251,2 auf 173,8 kg. Die anfallenden Herstellungskosten gingen um knapp 7 % runter. Materialeinsparungen im Leichtbau haben generell großes Potenzial zur Reduktion der Herstellungskosten. Die anfallenden Kosten für Rohstoffe und Materialien machen laut Statistischem Bundesamt 46 % des Bruttoproduktionswerts im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland aus. Energie hat zum Vergleich nur einen Anteil von 2,1 %. Im untersuchten Business-Case haben die Materialkosten wie zu erwarten den stärksten Einfluss auf die Kosteneinsparung im Herstellungsprozess. Durch die Gewichtseinsparung muss der Hersteller auch für die Transportkosten weniger tief in die Tasche greifen, ein überaus positiver Sekundäreffekt. Für die Umsetzung der Leichtbaulösung würden einmalige Entwicklungskosten anfallen. Die Investition in diese Entwicklung wäre bei gleichbleibendem Produktionsvolumen nach acht Monaten amortisiert und würde durch die Einsparung bei den DURCH TOPOLOGIE-OPTIMIERUNG KÖNNEN DIE HERSTELLUNGSKOSTEN FÜR EIN STATISCHES BAUTEIL UM FAST 7 % GESENKT WERDEN Stückkosten mittelfristig eine höhere Rendite erwirtschaften. Weitere denkbare Effekte durch die Materialeinsparung sind möglicherweise kürzere Nachbearbeitungszeiten und Umsatzsteigerungen durch das geringere Gesamtmaschinengewicht. 76 DER KONSTRUKTEUR 10/2017

Mal was extrem Leichtes für alle Konstrukteure: 01 Leichtbaulager aus dem 3D- Drucker wiegen 90% weniger als vergleichbare Lager. 02 01 Nadelbettenträger vor der Topologie-Optimierung 02 Topologie-optimierter Nadelbettenträger Durchgeführt wurde die Studie beim Flachstrickmaschinenhersteller H. Stoll AG & Co. KG in Reutlingen. Die von der Leichtbau BW GmbH initiierte Arbeit entstand aus einer Kooperation des WBK Institut für Produktionstechnik Karlsruhe und des DLR Instituts für Fahrzeugkonzepte Stuttgart. Die Leichtbau BW GmbH ist eine baden-württembergische Landesagentur zur Wirtschafts-und Wissenschaftsförderung. Aufgabe des 100-prozentigen Landesunternehmens ist es, Industrie und Forschung dabei zu unter stützen, die Potenziale im Leichtbau zu heben: Die Landesagentur re präsentiert ein Netzwerk von mehr als 1 400 Unternehmen und 200 Forschungseinrichtungen, das alle Bedarfe im Leichtbau-Bereich abdeckt. WENIGER MATERIAL – WENIGER KOSTEN „Wir haben in den vergangenen Jahren bereits eine deutliche Kosten ersparnis aus unseren Maschinen herausgeholt – und jetzt noch einmal sechseinhalb Prozentpunkte auf einen Schlag. Selten haben wir in so kurzer Zeit so viel erreicht”, sagt der Entwicklungsleiter des beteiligten Unternehmens. „Mit Blick auf einen Anteil der Materialkosten am gesamten Herstellungsprozess von 46 Prozent stellt eine Kostensenkung um sechseinhalb Prozentpunkte durch Leichtbau einen erheblichen Wettbewerbsvorteil dar”, sagt der Geschäftsführer der Leichtbau BW GmbH, Dr. Wolfgang Seeliger. Gleichzeitig ließen sich auch wertvolle Ressourcen einsparen. Seeliger: "Die Anwendung des Business Cases auf den deutschen Maschinenbau würde einen reduzierten Stahlverbrauch pro Jahr von 1,53 Millionen Tonnen zur Folge haben. Dadurch könnte der jährliche CO 2 -Ausstoß um rund zwei Millionen Tonnen vermindert werden, das entspricht den jährlichen Emis sionen einer Stadt wie Lübeck.“ Leichtbau-Linearsysteme aus Aluminium ermöglichen hochdynamische Bewegungen mit bis zu 10m/s. Gewicht und Antriebsenergie einzusparen ist ein branchenübergreifender Trend. Moderne Konstrukteure verzichten auf überflüssiges Material und konzentrieren sich auf die reine Funktion. Franke Drahtwälzlager und Leichtbau-Linearsysteme sind hierbei erste Wahl. Informieren Sie sich über Leichtbaulager aus 3D-Druck, Aluminium, Kunststoff sowie über kundenspezifische Linearsysteme aus Aluminium auf der Motek, Halle 4, Stand 4414. Oder auf www.franke-gmbh.de und www.leichtbaulager.de. Bilder: wbk Karlsruhe, H. Stoll www.leichtbau-bw.de Light Bearings for Innovation

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