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Simulation/Leichtbau Abnehmen mit der FE-Methode

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente-Methode und eines Leichtbauansatzes in Stahl konnte das Gewicht eines Handschiebewagens deutlich reduziert werden.

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Deutlich weniger Gewicht bringt ein neuer strukturoptimierter Handschiebewagen der Volkswagen AG auf die Waage. Bei der Entwicklung spielte die FEM-Simulation eine entscheidende Rolle.
Deutlich weniger Gewicht bringt ein neuer strukturoptimierter Handschiebewagen der Volkswagen AG auf die Waage. Bei der Entwicklung spielte die FEM-Simulation eine entscheidende Rolle.
(Bild: iQoncept - Fotolia)

Ergonomie, Handhabungsfreundlichkeit und Energieeffizienz sind wegweisende Schlüsselbegriffe im industriellen Alltag. Deshalb wird heutzutage auch im Bereich der Inhouselogistik besonderes Augenmerk auf das Eigengewicht und eine mögliche Gewichtsreduktion gelegt und leistet damit einen Beitrag zu ergonomischen Arbeitsplätzen und einem ressourcenschonenden Einsatz von Materialien. Dies veranlasste die Markenplanung der Volkswagen AG zur Durchführung einer Konzeptstudie und der Konstruktion eines Handschiebewagens mit dem Ziel der Gewichtsoptimierung bei mindestens gleichbleibenden Kosten. Übergeordnete Ziele waren die Reduktion der benötigten Energie beim Bewegen des Wagens sowie eine Minimierung des Kraftaufwandes für den Werker.

Ziel: 20 % weniger Gewicht

Bei dem neu konstruierten Handschiebewagen handelt es sich um einen universellen Transportwagen, der für die Anlieferung von unterschiedlichen Transportbehältern genutzt werden kann. Der Einsatzbereich in der Automobilfertigung sieht vor, den Handschiebewagen sowohl manuell auf seinen Rollen als auch maschinell auf einem elektrischen Transportfahrzeug (Routenzug) zu bewegen. Aus diesen Vorgaben resultieren die bei der Berechnung berücksichtigten Lastkollektive.

Die Basis des Projektes stellt ein bereits von der Volkswagen AG verwendeter Handschiebewagen dar. Dieser kommt inklusive der Rollen und des abnehmbaren Handschiebebügels auf ein Gesamtgewicht von ca. 77 kg. Als Ziel der Baugruppenoptimierung wurde von der Volkswagen AG festgelegt, dass das Gesamtgewicht des bestehenden Handschiebewagens um mindestens 20 % auf maximal 61,6 kg reduziert werden sollte. Da die Rollen jedoch bereits konstruktiv vorgegeben waren und nicht verändert werden sollten, wuchs die notwendige Gewichtsreduktion an den verbleibenden Bauteilen sogar auf 25 % an.

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Wirtschaftliche Lösung: Leichtbau in Stahl

Zur Realisierung der Gewichtsreduktion wurden vom Fraunhofer IPA unterschiedliche Konzepte entwickelt. Die der Volkswagen AG vorgestellten Ansätze reichten dabei von einer Neukonstruktion aus Stahl bzw. Aluminium bis hin zu Konzepten, bei denen ein Multimaterialdesign eingesetzt wurde. Aus wirtschaftlichen Gründen fiel die Entscheidung auf einen Leichtbauansatz in Stahl.

Für eine optimale Kraftaufnahme und –einleitung in den Wagen wurde zwischen den Stellflächen der Transportbehälter und den Halteplatten für die Rollen eine Rippenstruktur aus dünnen Blechen realisiert. Diese bietet eine möglichst große Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Um den verwendeten Werkstoff optimal auszunutzen, wurde die Struktur konstruktionsbegleitend mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) optimiert. Um eine ausreichende Modellgüte des Handschiebewagens bei der FEM-Simulation erreichen zu können, musste bei der Erstellung des Rechenmodells auf zahlreiche Faktoren geachtet werden. Auf diese soll im Folgenden kurz eingegangen werden.

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