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Entwicklung

Anwendertreff Leichtbau 2019: Leicht konstruieren

| Autor/ Redakteur: Dorothee Quitter / Thomas Günnel

Komponenten, Baugruppen, Maschinen und Systeme in Leichtbauweise konstruieren: Wie das geht, erfahren Konstrukteure, Produktentwickler und –designer auf dem 4. Anwendertreff Leichtbau am 7. November in Würzburg.

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Leicht konstruieren: Beim Anwendertreff Leichtbau erfahren Konstrukteure, Produktentwickler und –designer, mit welchen Mitteln das gelingt.
Leicht konstruieren: Beim Anwendertreff Leichtbau erfahren Konstrukteure, Produktentwickler und –designer, mit welchen Mitteln das gelingt.
(Bild: K.Juschkat/Konstruktionspraxis)

Zu den Schwerpunkten des 4. Anwendertreffs Leichtbau gehören die Topologieoptimierung, die additive Fertigung, Composites, Kunststoff- und Feingussteile sowie Fügetechnologien für Materialhybride. Folgende Fragen stehen im Mittelpunkt:

  • Wie konstruiere ich leicht und dennoch stabil?
  • Lassen sich bionische Strukturen fertigen?
  • Wie können Funktionen integriert werden?
  • Wie lassen sich artungleiche Materialien verbinden?

Die Welt der Konstruktion wird zusehends komplexer, viele neue Ansprüche werden an die Entwickler herangetragen. So auch der Wunsch nach geringerem Gewicht, möglichst bei ähnlicher Festigkeit der Bauteile und Baugruppen. Die Berechnung erfordert, dass die im CAD generierten Strukturen auch simuliert werden können. Dies nicht nur an einzelnen Bauteilen, sondern auch an ganzen Baugruppen, um deren Zusammenspiel zu simulieren, zu studieren und schließlich zu optimieren. Mit „Altair Simsolid“ zum Beispiel erhält der Konstrukteur ein Simulationswerkzeug, das genau diesen Ansprüchen gerecht wird – Ralf Prinz von Inneo Solutions wird die Software vorstellen.

Topologieoptimierung und 3-D-Druck

Johannes Glamsch von der Universität Bayreuth stellt die kostenfreie Topologie-Optimierungssoftware „Z88 Arion“ und dessen Pedant „Z88 Aurora“ vor – eine ebenfalls kostenfreie Software zur Finiten-Elemente-Analyse. Der Referent stellt anhand ausgewählter Beispiele den Auslegungsprozess von mittels 3-D-Druck herstellbaren Leichtbau-Bauteilen anschaulich dar und beschreibt den Nutzen der Auslegetools für den Konstrukteur im Produktentwicklungsprozess.

Dr. Gereon Deppe von Amendate spricht über die Generierung komplexer bionischer Strukturen für die additive Fertigung. Mit der Software „MSC Apex Generative Design“ sollen optimale Bauteile in einem Bruchteil der Zeit und zu deutlich geringeren Kosten generiert werden. Es entstehen dabei organisch anmutende Strukturen, die eine materialschonende, effiziente und kostengünstige Produktion ermöglichen sollen.

Leichte Strukturen durch Composites

Die Anforderungen an hochbelastete Bauteile oder Gesamtsysteme im Maschinenbau lassen Faserverbundwerkstoffe speziell aus Kohlefaser geeignet erscheinen. Der Vortrag von Wulfram J. Schmucker von Avantgarde Technologie soll dem metallaffinen Ingenieur die unterschiedlichen Konstruktionsansätze aufzeigen, um zu einer werkstoffgerechten Konstruktion zu gelangen. Diverse Beispiele zeigen den Stand der Technik.

Dr. Maria Iuga-Römer von Comsol Multiphysics wird die Möglichkeiten effizienter Simulationsansätze für Composite-Bauteile vorstellen. Als Beispiel dient die Simulation einer Windturbinenschaufel aus laminiertem Verbundwerkstoff, welcher aus Kohlenstoff-Epoxid, Glas-Vinylester-Material und PVC-Schaumstoffen besteht – wobei Schaumstoff als Kernmaterial verwendet wird.

Fertigungsleichtbau mittels Gießen

Bei mechanisch hoch belasteten Kunststoffartikeln kommen häufig faserverstärkte Werkstoffe zum Einsatz, deren mechanische Eigenschaften anisotrop sind, das heißt abhängig von der Richtung der Faserorientierung. Um möglichst genaue Rechenergebnisse zu erhalten, ist es notwendig, die Faserorientierung aus dem Spritzgussprozess zu kennen und in die Strukturanalyse einfließen zu lassen. Dies gelingt durch Kopplung der Spritzgusssimulation mit der Strukturanalyse. Tobias Haedecke von Bahsys stellt diese Schnittstelle vor.

Für Leichtbauanwendungen bietet die Kombination verschiedener Materialtypen zusätzliche Optimierungspotenziale. Im Vortrag von Benedikt Fengler von Simutence wird an einem hybriden Referenzbauteil eine optimale Kombination aus diskontinuierlich und kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffen angestrebt. Alfred Brückner von Feinguss Blank wird innovative Ansätze zur Entwicklung mittels eines Digital Twins vorstellen. Das Ziel dabei sind Design-, Gewichts-, und Materialoptimierungen.

Fügetechnologien für Materialhybride

Jochen Rapp von Innotech wird in seinem Vortrag die Vorteile und Beschränkungen von Klebverbindungen zwischen zwei artungleichen Materialien für den Leichtbau vorstellen und die Vorgehensweise nach DIN 2304 erläutern. Sebastian Schlegel von der Technischen Beratung Verbindungstechnik diskutiert die grundsätzliche Herangehensweise an die Auslegung von Direktverschraubungen und erläutert, welche Schraube für welchen Einsatz geeignet ist.

Fachseminare als Ergänzung

Zur Vertiefung von ausgewählten Leichtbauthemen findet am Vortag und am Folgetag je ein Fachseminar statt:

  • Das Seminar „3-D-Druck in der direkten digitalen Fertigung“ (6. November) vermittelt die Technik, Eignung und Voraussetzung des 3-D-Drucks und gibt den Teilnehmern einen Überblick über die Entwicklungen, Möglichkeiten und Grenzen.
  • Das Seminar „Konstruktionsbionik“ (8. November) vermittelt einen Überblick zu den Möglichkeiten der Bionik bei der Entwicklung neuer Produkte. Die Teilnehmer gehen selbst auf bionische Lösungssuche und lernen die Prinzipien der bionischen Gestaltoptimierung kennen.

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