Leichtbau mit System Adapterplatte ist 80 Prozent leichter dank intelligentem Stahlersatz

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Kann ein mechanisch hochbelastetes Strukturbauteil aus massivem Stahl durch eine Kunststofflösung ersetzt werden? Ein Projekt von Barlog Plastics und Viebahn Systemtechnik zeigt, dass es möglich ist: Die neue Adapterplatte besteht aus nur drei statt knapp zwei Dutzend Einzelteilen und wiegt statt 19,5 nur noch 4 Kilogramm.

Transportgestelle spielen in der weltweiten Unternehmenslogistik eine wichtige Rolle. Damit werden beispielsweise schwere Motoren über weite Strecken zwischen OEM-Werken transportiert. Für das Handling werden die Motoren meist einseitig über eine Adapterplatte an einem geeigneten Transportgestell befestigt. Das Gestell entspricht in seinen Abmessungen etwa einer Euro-Palette.
Die Adapterplatte muss dabei hohe Kräfte, Drehmomente und dynamische Beschleunigungen aufnehmen – beispielsweise beim Transport über unebene Straßen. Deshalb werden solche Bauteile traditionell aus Stahl gefertigt. Die Herstellung erfolgt meist aus mehreren spanend bearbeiteten Einzelteilen und ist entsprechend aufwendig.

Kunststoff als Stahlalternative im Fokus

„In Zeiten des Klimawandels wird zudem das hohe Gewicht solcher Stahlkonstruktionen zunehmend kritisch hinterfragt“, erklärt Erik Schoppmann, Betriebsleiter der Viebahn Systemtechnik GmbH in Wiehl. Das Unternehmen entwickelt und produziert Hochleistungs-Ladungsträger für die Automobilindustrie. „Wir interessieren uns deshalb schon seit Langem für leichtere Kunststoffalternativen. Schließlich prüfen wir seit Jahren jeden unserer Fertigungsschritte auf seine Umweltrelevanz.“

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Geeigneter Werkstoff für den Metallersatz

Für die Entwicklung der Kunststofflösung gewann Viebahn Systemtechnik Barlog Plastics als Projektpartner. Zu Beginn analysierten die Ingenieure die bestehende Stahlgeometrie und prüften ihre Übertragbarkeit auf eine Kunststoffkonstruktion. Als Werkstoff kam Grivory GVL-6H HP zum Einsatz – ein Polyamid mit partiell aromatischen Anteilen und einer Verstärkung aus 60 Prozent Langglasfasern. „Grivory ist ein bewährter Werkstoff für den Metallersatz, den wir bereits mehrfach erfolgreich eingesetzt haben“, erläutert Tobias Wiebel, Kunststoffexperte bei Barlog Plastics. Die Materialauswahl stützt sich auf die Erfahrung des Unternehmens in der Kunststoffentwicklung, Werkstoffanalyse und Produktentwicklung. Barlog Plastics bietet Compounds für zahlreiche Anwendungen der kunststoffverarbeitenden Industrie. Dazu gehören auch spritzgusstaugliche Werkstoffe mit besonderen Eigenschaften, etwa elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeleitfähigkeit.

Von Beginn an gemeinsam entwickelt

„Grivory GVL-6H HP bietet eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit und ist zugleich wirtschaftlich einsetzbar“, sagt Wiebel. Für die ersten Berechnungen wurde angenommen, dass die Adapterplatte einer dynamischen Belastung vom Vierfachen des Motorgewichts ausgesetzt ist. Das Motorgewicht beträgt rund 250 Kilogramm. Die ersten Berechnungen zeigten, dass sich die Aufgabe mit einer kunststoffgerechten Konstruktion lösen ließ. 
Barlog Plastics war dabei von Beginn an in das Projekt eingebunden. Das schuf optimale Voraussetzungen für die Entwicklung. Gemeinsam definierten die Projektpartner zunächst den verfügbaren Bauraum und bildeten ihn als 3D-Modell ab. Anschließend optimierten sie die Topologie und Geometrie der neuen Kunststoff-Adapterplatte in mehreren Simulationsschritten. So entstand zunächst ein virtuelles Strukturbauteil, aus dem sich die wesentlichen Lastpfade ableiten ließen.

Kunststoffgerechte Konstruktion und FEM-Analysen

Die Entwicklung der Adapterplatte umfasste mehrere aufeinander abgestimmte Schritte:

• Geometrieanpassung: Die Konstruktion wurde schrittweise an die Anforderungen des Kunststoffspritzgusses und des späteren Werkzeugs angepasst 
• FEM-Struktursimulationen: Mithilfe der Simulationen identifizierten die Entwickler mögliche mechanische Schwachstellen bereits in der digitalen Entwicklungsphase.
• Gezielte Optimierung: Rippenstrukturen und Wandstärken wurden so angepasst, dass die Adapterplatte die auftretenden Belastungen zuverlässig aufnehmen kann.
• Werkstoffgerechte Konstruktion: Anders als bei Stahlbauteilen wird beim Spritzgießen nur dort Material eingesetzt, wo es für die Funktion des Bauteils erforderlich ist.
• Neukonstruktion statt Übertragung: Die Adapterplatte wurde nach der Topologieoptimierung nicht einfach aus der Stahlversion abgeleitet, sondern für die Kunststofffertigung grundlegend neu aufgebaut.

Tipp: Bauteiloptmierung nach der Natur

Ein besonderes Highlight auf dem Konstruktionsleiter-Forum, das konstruktionspraxis am 28. und 29. Oktober 2026 in Würzburg veranstaltet, ist der Vortrag Bionik für Entscheider: Mit den Denkwerkzeugen der Natur zur nächsten Produktgeneration von Prof. Dr. Claus Mattheck vom KIT. 
Prof. Mattheck ist einer der führenden Experten für Biomechanik und beweist, dass die Natur die komplexesten statischen Probleme mit verblüffend einfachen Prinzipien löst. Er entmystifiziert die Bionik und macht sie als handfestes Werkzeug für den modernen Maschinenbau und die Produktentwicklung nutzbar. 
Ein Plädoyer für intelligentes Design, das Materialverschwendung stoppt und die Belastbarkeit maximiert.
 

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Parallel dazu entwickelten die Projektpartner das Spritzgussverfahren. Spritzgusssimulationen halfen unter anderem dabei, die optimalen Anspritzpunkte zu bestimmen. Außerdem analysierten die Entwickler die Ausrichtung der lasttragenden Fasern und legten mögliche Bindenähte gezielt in weniger belastete Bereiche.
Die Kombination aus Konstruktion, FEM-Analyse, Spritzgusssimulation und werkstofftechnischem Know-how ermöglichte eine durchgängige Entwicklung der Adapterplatte.

Die Kombination aus Konstruktion, FEM-Analyse, Spritzgusssimulation und werkstofftechnischem Know-how ermöglichte eine durchgängige Entwicklung der Adapterplatte.

Stahl-Einleger für eine optimale Krafteinleitung

Für die Krafteinleitung entschieden sich die Projektpartner frühzeitig für zwei Stahl-Einleger. Diese mussten konstruktiv und fertigungstechnisch so in die Kunststoffkonstruktion integriert werden, dass sich alle drei Komponenten – der Kunststoffträger und die beiden Einleger – im Spritzgusswerkzeug sicher miteinander verbinden.
Das Ergebnis überzeugte nicht nur in der Simulation, sondern auch in der Praxis. Neben den üblichen Belastungstests wurde die Adapterplatte zusätzlichen extremen Belastungen ausgesetzt.„Die Kunststoffvariante ist der Metallversion mechanisch ebenbürtig“, fasst Schoppmann die Ergebnisse zusammen. „Wir wollten sicherstellen, dass das Bauteil im praktischen Einsatz zuverlässig funktioniert – und nicht nur die abstrakten Anforderungen des Lastenhefts erfüllt.“

80 Prozent weniger Gewicht und 50 Prozent niedrigere Kosten

Mit einem Gewicht von nur vier Kilogramm ist die Grivory-Adapterplatte rund 80 Prozent leichter als die ursprüngliche Stahlvariante. Durch das Spritzgießen entfallen zudem mehrere aufwendige manuelle Montage- und Herstellungsschritte. Dadurch sinken die Herstellungskosten im Vergleich zur Stahlversion um rund 50 Prozent.
Auch für die Logistik ergeben sich deutliche Vorteile: Bei einer Gewichtsersparnis von 15,5 Kilogramm pro Adapterplatte reduziert sich die Nutzlast bei 52 Trägern pro Lkw-Transport um rund 800 Kilogramm. Nach Angaben der Projektpartner entspricht dies bereits auf einer Strecke von Hamburg nach München einer CO₂-Einsparung von rund 25 Kilogramm. Die Kunststofflösung trägt damit nicht nur zur Kostenreduzierung, sondern auch zur Verringerung des transportbedingten Emissionsaufwands bei.

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