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FEM Zielgerichtete Simulation erhöht die Lebensdauer

Autor / Redakteur: Dr. Klaus Wilhelm, Dipl.-Ing. Wolfgang Hildensperger, Dr.-Ing. Stephan Vervoort, Evelyn Gebhardt / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Durch einfache FEM- und Fatigue-basierte Konstruktionsänderungen konnten Lebensdauer und Haltbarkeit einer Nutzfahrzeugachse bei gleichem Material- und Kosteneinsatz um das 5-fache verbessert, zielgerechte Prüfstandtests abgeleitet und die Anzahl der benötigten Prototypen signifikant reduziert werden.

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Hohe Lebensdauer, reduzierte Anzahl an Prototypen bei gleichem Material- und Kosteneinsatz: Dies ist AL-KO bei der Entwicklung einer Achse gelungen.
Hohe Lebensdauer, reduzierte Anzahl an Prototypen bei gleichem Material- und Kosteneinsatz: Dies ist AL-KO bei der Entwicklung einer Achse gelungen.
(Bild: AL-KO/André Becker)

Die Frage, wie alt man selbst wird, kann einem auch die beste Simulationssoftware nicht beantworten. Wenn es aber um die Lebensdauer von Produkten geht, gibt es einige Hilfsmittel, die entscheidende Antworten liefern können. Lebensdauersimulation hat sich in den letzten Jahren von einer Nischenanwendung zu einer in der Produktentwicklung immer häufiger eingesetzten Lösung entwickelt. Die Lebensdaueranalyse hilft, Entwicklungskosten und -zeit einzusparen, reduziert den Bedarf an realen Tests und Prototypen und liefert Aussagen über die Sicherheit und Haltbarkeit von Produkten. Außerdem unterstützt die Lebensdaueranalyse Unternehmen dabei, das Risiko von Rückrufaktionen sowie Gewährleistungskosten zu reduzieren.

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Lebensdaueranalyse als Standardprozedur einbinden

Die Grundvoraussetzung für eine zuverlässige Lebensdauervorhersage sind präzise Eingabegrößen. Neben dem verwendeten Material, der Geometrie und anderen Randbedingungen sind es insbesondere die Lasten, für die eine genaue Angabe entscheidend sind, da sich die Lebensdauer bei nur 10 % höheren Lasten in der Regel halbiert. Natürlich kann man Betriebsfestigkeitsuntersuchungen auch mit physischen Langzeittests durchführen, diese sind jedoch sehr aufwendig und teuer. Um diese Kosten und diesen Zeitaufwand zu vermeiden bzw. zu reduzieren, ziehen immer mehr Unternehmen die Ermüdungsanalyse heran. Mit der HBM-Ncode-Produktsuite hat das süddeutsche Unternehmen AL-KO eine Lösung gefunden, die Lebensdaueranalyse als Standardprozedur in seine Produktentwicklung einzubinden. So ist das Unternehmen dank Simulation in der Lage, die kritischen Stellen eines Bauteils bereits aus den ersten Konzeptentwürfen zu bestimmen und zielgerichtet die vielversprechendste Variante zur Weiterentwicklung auszuwählen.

Über AL-KO

AL-KO ist ein global agierender Konzern mit drei Unternehmensbereichen: Fahrzeugtechnik, Garten & Hobby und Luft- und Klimatechnik. Weltweit hat das Unternehmen mehr als 40 Niederlassungen auf allen Kontinenten, beschäftigt rund 4000 Mitarbeiter und erwirtschaftete 2014 einen Jahresumsatz von 705 Millionen Euro. Das Portfolio von AL-KO reicht von der Entwicklung und Produktion von Fahrwerks- bzw. Chassis-Technik bis hin zum Zubehör für Reisemobile, Caravans, Nutzfahrzeuge oder Nutzanhänger – beispielsweise Anti-Schlingerkupplungen, elektrische Rangierantriebe, Lastenträger und Luftfederungen.

Der Einsatz von Simulationswerkzeugen

Für den Bereich Simulation ist bei AL-KO Wolfgang Hildensperger, Senior Referent für FEM und Betriebsfestigkeit, verantwortlich. Dazu gehören sowohl FEM-Berechnungen als auch Betriebsfestigkeitsanalysen, darüber hinaus ist er zuständig für den Schluss zwischen FEM, Betriebsfestigkeit, Versuch sowie die Anleitung von Konstrukteuren und die konstruktionsbegleitende Berechnung. Die Abteilung führt seit Jahren regelmäßig Lebensdaueranalysen durch, die FE-Analyse wird bereits seit zehn Jahren intensiv betrieben.

AL-KO setzt in seiner Vorentwicklungs- und Versuchsabteilung verschiedene CAE- und CAD-Werkzeuge ein, darunter Ncode Glyphworks zur Aufbereitung und Auswertung der gemessenen Signale und Ncode Designlife für die numerische Lebensdaueranalyse.

Der Ablauf der Lebensdaueranalyse bei AL-KO ist eine Kombination aus virtuellen und physikalischen Entwicklungs- und Testprozessen, wobei die Daten, die aus dem jeweiligen Prozessschritt gewonnen werden, als Eingabegröße für den nächsten Schritt dienen. So liefert der Versuch mit der HBM-Messtechnik Lasten, die mit Ncode Glyphworks aufbereitet und ausgewertet werden, und Ncode Designlife liefert anhand dieser Daten in Verbindung mit einer FEM-Analyse eine Lebensdaueranalyse.

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