Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUZielbranchen
Werkzeugmaschinenbau, Metallerzeugung und -bearbeitung, Maschinenbau
Problemstellung
Durch Leichtbau können die Achsdynamik und die Energieeffizienz von Bearbeitungszentren gesteigert werden. Ein sehr wirtschaftlicher Weg zu Leichtbaukomponenten ist deren optimale Gestaltung, d.h. den verwendeten Werkstoff maximal strukturmechanisch auszunutzen.
Lösung
Die Gestaltung von Komponenten bei minimalem Werkstoffeinsatz und ausreichender Steifigkeit bzw. Festigkeit ist die Uraufgabe eines Konstrukteurs, welche unter Einsatz von analytischen Berechnungen und viel Erfahrungswissen gelöst wurde. Mit der raschen Entwicklung der Rechentechnik und damit verbunden der numerischen Methoden (z.B. die Finite Elemente Methode / FEM) zur strukturmechanischen Berechnungen von Bauteilen (Verformungen, Spannungen etc.) hat sich auch die sogenannte Topologieoptimierung etabliert. Hierbei wird die geometrische Gestalt (Topologie) eines Bauteils seiner mechanischen Belastungen gerecht optimiert. Dadurch können erhebliche Gewichtseinsparungen bei benötigter Zielsteifigkeit erreicht werden. In den meisten Fällen ist die errechnete Bauteiltopologie im weiteren Schritt zu einer der Fertigung gerechten Topologie umzuwandeln. Die Experten am Fraunhofer IWU haben diese Methode erfolgreich zur Optimierung von unterschiedlichsten Komponenten wie Gestellkomponenten, dynamisch belasteten Bewegungseinheiten, Handlingssystemen, Karobau-Framern oder der Grundkörper von Umformwerkzeugen eingesetzt.