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Simulation Weniger Gewicht für mehr Effizienz und Kapazität

Quelle: Fachartikel von Cadfem 5 min Lesedauer

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Laut statistischem Bundesamt haben im Jahr 2021 alleine in Deutschland über 5 Millionen LKW und Zugmaschinen Güter mit einem Gewicht von mehr 3,1 Milliarden Tonnen befördert. Weil trotz wachsendem Volumen der Energieverbrauch sinken soll, müssen Produkte und Prozesse effizienter werden. Die Schwarzmüller-Gruppe minimiert deshalb das Eigengewicht ihrer Transportlösungen – und setzt dafür auf Simulation.

Die rund 150 verschiedenen Transportlösungen von Schwarzmüller decken ein enormes Einsatzspektrum ab. Im Sinne der Energieeffizienz optimiert das Unternehmen seine Lösungen mit Simulation.(Bild: Schwarzmüller)
Die rund 150 verschiedenen Transportlösungen von Schwarzmüller decken ein enormes Einsatzspektrum ab. Im Sinne der Energieeffizienz optimiert das Unternehmen seine Lösungen mit Simulation.
(Bild: Schwarzmüller)

Wer regelmäßig auf der Autobahn unterwegs ist, begegnet unweigerlich den Produkten von Schwarzmüller: Der Schriftzug des Nischenanbieters für Anhänger und Aufbauten ist im Güterverkehr allgegenwärtig. Denn der Spezialist für individuelle Transportlösungen aus Österreich beliefert in 21 Ländern die Bauwirtschaft, die Rohstoff- und Wertstoffindustrie sowie Transport-, Logistik- und Infrastrukturunternehmen. Die Kunden der Schwarzmüller-Gurppe legen – nicht erst seitdem die Energiepreise in die Höhe schießen – großen Wert auf immer leichtere, energieeffizientere Produkte. Denn jedes eingesparte Kilo bedeutet weniger Kosten.

Simulation als strategisches Entwicklungswerkzeug

Leichtbau ist somit auch ein Dauerbrenner bei den Entwicklungsingenieuren von Schwarzmüller. Die Strategien zur Gewichtsreduktion reichen von der Werkstoffauswahl über kleinere Designmodifikationen bis hin zum Denken völlig neuer, innovativer Ansätze. Für Trendaussagen zur Machbarkeit sind auch CAD-nahe, konstruktionsbegleitende Berechnungen üblich.

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Für die präzise Lösung komplexer physikalischer Fragestellungen setzt Schwarzmüller dagegen auf detaillierte Simulationen durch Spezialisten. Solche Aufgaben wurden bis ins Jahr 2021 an externe Dienstleister vergeben. Die Entscheidung, sie im eigenen Haus zu implementieren, reifte mit dem steigenden Bedarf. Weniger Aufwand beim Handling, weniger Wartezeiten, mehr Unabhängigkeit – es gibt viele Gründe für eine Inhouse-Simulationslösung.

Gemeinsam mit der Cadfem (Austria) GmbH wurde ein auf die individuellen Anforderungen von Schwarzmüller zugeschnittenes Konzept entwickelt. Neben simulationsgestützten Topologieoptimierungen zur Gewichtsreduktion der Trägerstrukturen entpuppten sich Schwingungsanalysen als Thema mit Handlungsbedarf.

Mit Ansys Workbench können unterschiedliche Analysemethoden von einer zentralen Plattform aus angewendet werden.

Harald Bruhns, Head of Digital/Orga bei Schwarzmüller

Solche und andere Aufgaben werden inzwischen im eigenen kleinen Berechnungsteam mit Ansys Simulationswerkzeugen bearbeitet. „Mit Ansys Workbench können unterschiedliche Analysemethoden von einer zentralen Plattform aus angewendet werden,“ fasst Harald Bruhns, Head of Digital/Orga bei Schwarzmüller, die neue Unabhängigkeit bei der professionellen Simulation zusammen.

Neben den Kostenvorteilen profitiert das Entwicklungsteam von den zeitsparenden kurzen Wegen und dem besseren Verständnis für die Physik in den eigenen Produkten. Wer selbst rechnet, bekommt viel tiefere Einblicke als derjenige, der sich „nur“ mit den Ergebnissen auseinandersetzen muss. Optimierungspotenziale werden so noch schneller und genauer identifiziert, Ideen für Neu- und Weiterentwicklungen können in kurzer Zeit objektiv miteinander verglichen werden, ohne dass reale Prototypen gebaut werden müssen.

Weil weniger mehr ist: Topologieoptimierung

Bei der Topologieoptimierung wird ein Bauteil über die Identifikation der maßgeblichen Lastpfade auf die optimale Struktur hin analysiert. Ansys ermittelt dazu die effiziente Materialverteilung innerhalb des festgelegten Designraums. Neben den relevanten mechanischen Belastungen werden auch wichtige konstruktions- oder fertigungsbedingte Vorgaben einbezogen.

Die Topologieoptimierung ist ein sehr gutes Beispiel, wie das Verständnis für unsere Baugruppen verbessert wird. Mit den daraus generierten Informationen können wir noch zielgerichteter optimale Konzepte ableiten.

Harald Bruhns, Head of Digital/Orga bei Schwarzmüller

Bisher wurden bei Schwarzmüller auf verschiedenen Wegen immer wieder Gewichtsreduktionen erzielt, welche durch reale Tests aufwändig abgesichert werden mussten. Mit der systematischen Topologieoptimierung sind weitergehende signifikante Einsparungen bei einzelnen Baugruppen von rund 20 Prozent mit geringerem Aufwand möglich, was sich auch durch geringere Materialkosten bemerkbar macht. Die Schwarzmüller-Produkte werden genaustens auf solche Einsparpotenziale analysiert, die sich – ganz wichtig – weder auf die Sicherheit noch auf die Funktionalität auswirken. Oft führen die Simulationen mit Ansys nicht nur zu leichteren, ressourcenschonenden Lösungen, sondern tragen sogar zu Leistungssteigerungen bei, also zur Erhöhung der Transportkapazität. Mehr Leistung. Weniger Gewicht.

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In der Ruhe liegt die Kraft: Schwingungen reduzieren

Qualität bei Anhängern und Fahrzeugaufbauten bedeutet auch, dass sie während des Transports Schwingungen aufnehmen und von der Ladung fernhalten. Vibrationen durch unebene Fahruntergründe oder stark schwingende Zugmaschinen können zu Beschädigungen der transportierten Ware führen. Oder sie erzeugen für die Umwelt lästigen Lärm. Mit strukturdynamischen Simulationen in Ansys Mechanical werden solche Effekte beziehungsweise ihre Entstehung nachgebildet, analysiert und aus den Ergebnissen Gegenmaßnahmen abgeleitet.

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Simulation ermöglicht es dem technischen Schwarzmüller-Team, unerwünschten Schwingungen vorab mit erheblich geringerem Aufwand und höherem, objektiven Detailverständnis zielgerichtet vorzubeugen. Das Ergebnis ist für die Kunden im wahrsten Sinne des Wortes „spürbar“ im Vergleich zu vielen anderen Produkten, deren Dämpfung auf dem traditionellen und branchenüblichen Weg einer rein experimentellen Untersuchung des Fahrvorgangs basiert.

Unterstützt von Cadfem

Geht es um Simulationen mit Ansys, ist die Cadfem (Austria) GmbH der Partner von Schwarzmüller. Schon vor der Einführung hat die Zusammenarbeit begonnen, die zu einem vertrauensvollen und engen Austausch auf Augenhöhe geworden ist: von der Aus- und Weiterbildung der Anwender – die bei Schwarzmüller vor allem über die in jeder Hinsicht flexibel nutzbaren Cadfem E-Learning-Formate erfolgt – über akute Problemlösungen durch den Anwendersupport bis hin zur Beratung rund um den perspektivischen Ausbau der Ansys-Infrastruktur.

Weitere Infos zum E-Learning von Cadfem.

Ausblick

Eines ist sicher: Das Anwendungsspektrum der detaillierten Simulation bei Schwarzmüller wird nach den schon früh sichtbaren Erfolgen bei den beschriebenen Einsatzgebieten zeitnah ausgebaut. Ein erster Schritt soll die Etablierung einer dezidierten Berechnungsabteilung sein, die sich dann mit der virtuellen Analyse und Optimierung von Fragestellungen zur Betriebsfestigkeit und Schweißnahtbewertung beschäftigen wird. Weitere Ideen und Pläne liegen bereits in der Schublade.

Mit Digital Engineering zu mehr Material- und Energieeffizienz

Topologieoptimierungen sind eine Option, um schon bei der Konstruktion simulationsgestützt material- und energieeffizientere Produktlösungen auf den Weg zu bringen. Auf was es dabei ankommt und welche andere Optionen Konstrukteure noch haben, ist auf der Cadfem-Themenseite zur Materialeffizienz zusammengefasst.

Zur Themenseite Materialeffizienz.

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