Ganzheitlicher Leichtbau-Entwicklungsprozess

Leichtbau BW: Konzeptleichtbau im Maschinenbau

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25 % weniger Kosten für den Hersteller und eine schnellere wie auch bessere Maschine für den Nutzer, der sich zudem über Energieeinsparungen von etwa 40 % beim Betrieb der neuen Maschine freuen kann – dank Konzeptleichtbau geht das. Beim Konzeptleichtbau fragt man nach den Funktionalitäten, die ein Produkt erfüllen muss. Design und Konstruktion werden dann genau darauf zugeschnitten, diese identifizierten Funktionen zu erfüllen.

Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer, Leichtbau BW GmbH, Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg, Stuttgart

Inhaltsverzeichnis

1. Mehrwert für Maschinenbau
2. Produktivität rauf und Kosten runter
3. Optimierte Maschine erlaubt schnellere Zykluszeiten
4. Marktpotenzial für den deutschen Maschinenbau
5. Virtual Reality mit der Leichtbau-App

Beim Stichwort Leichtbau denkt man vielleicht zuerst nur an die Substitution von schweren durch leichte Werkstoffe. Doch hinter dem Begriff verbirgt sich viel mehr. Konzeptleichtbau heißt das Gebot der Stunde. Wer sich beim Engineering und der Entwicklung frei von altem Ballast macht, kann Produkte neu denken und so erhebliche Kosteneinsparungen realisieren – ohne dabei auf teure Materialien oder komplexe Fertigungsprozesse zurückzugreifen.

Denn die Potenziale des konventionellen Leichtbaus, bei dem man schwere Materialien wie Stahl beispielsweise durch Aluminium und Carbonfasern ersetzt, sind in vielen Branchen weitgehend gehoben. Man muss einen Schritt weiter gehen und den Leichtbau anders verstehen und denken – und zuerst nach den Funktionalitäten fragen, die ein Produkt genau erfüllen muss. Design und Konstruktion werden dann genau darauf zugeschnitten, um diese identifizierten Funktionen zu erfüllen – Weglassen, was nicht benötigt wird, das ist die grundlegende Philosophie des Konzeptleichtbaus.

Mehrwert für Maschinenbau

Die Studie „Mit Konzeptleichtbau ungenutzte Potenziale heben“ der Leichtbau BW GmbH, Stuttgart, hat den ökonomischen und ökologischen Nutzen des Konzeptleichtbaus untersucht. Der Fokus der Studie liegt auf dem Mobilitätssektor und neuen Fahrzeugkonzepten, doch eines der sechs untersuchten Fallbeispiele beschäftigt sich mit der konkreten Anwendung des Konzeptleichtbaus im Maschinenbau. Denn dass Leichtbau als großen Mehrwert nicht nur leichtere, sondern aus Kundensicht auch bessere Produkte bedeutet, hat das Projekt PoKoGeLe gezeigt.

Hinter den Buchstaben verbergen sich nicht etwa leckere Geleefrüchte – PoKoGeLe ist die Abkürzung für „Potenzialfindung – Kosten- und Gewichtseinsparungen durch Leichtbau bei Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen“. In diesem Projekt ging es um die Frage, wie man mit leichtbaugerechten Konstruktionen die Herstellungskosten sowie das Gewicht einer Maschine senken kann, dabei Ressourcen schonen und gleichzeitig auch die Funktion der Maschine optimieren kann. Gerade im Hinblick auf die Produktivitätsanforderungen unterliegen Werkzeug- und Verarbeitungsmaschinen einem hohen Kostendruck. Die Arbeitsgeschwindigkeit der jeweiligen Maschine hängt dabei unzertrennlich mit der Masse der bewegten Teile zusammen. Der Wettbewerbsdruck erfordert immer bessere und preiswertere Produkte – mit Leichtbau lässt sich beides realisieren.

Produktivität rauf und Kosten runter

Um für die Praxis auch wirklich Ergebnisse ableiten zu können, wurden bei PoKoGeLe für zwei konkrete Fälle aus der Industrie Optimierungspotenziale erarbeitet – u. a. war die Firma Wilhelm Bahmüller Maschinenbau Präzisionswerkzeuge GmbH aus Plüderhausen einer der Industriepartner. Hier wurde eine Wellpappen-Verarbeitungsmaschine unter die Lupe genommen: In der Maschine gibt es einen Schlitten, der die Produktstapel im zyklischen Start/Stopp-Betrieb innerhalb der Maschine bewegt. Für diese Bauteilgruppe wurde das größte Potenzial zur Optimierung der Funktion der Maschine ermittelt.

Dank Anwendung mehrerer Leichtbauprinzipien konnten enorme Einsparungen realisiert werden: Um 25 % konnten die Herstellungskosten der Wellpappen-Verarbeitungsmaschine gesenkt werden. Die Masse an bewegten Teilen mitsamt der Antriebskomponenten fällt im Vergleich zur ursprünglichen Konstruktion um etwa 50 % niedriger aus – und da nun auch deutlich weniger Masse bewegt werden muss, erwarten die Konstrukteure im Betrieb eine Energieeinsparung von rund 40 %.

Optimierte Maschine erlaubt schnellere Zykluszeiten

Durch die Verringerung des Gewichts konnte als Sekundäreffekt auch die Masse des Rahmengestells verringert werden. Da das Gestell die Schwingungen aufnehmen muss, die im Betrieb der Maschine entstehen, mussten hierbei besondere Anforderungen im Hinblick auf die Steifigkeit des Gestells beachtet werden. Dank der Verringerung der bewegten Masse ist die Maschine im Betrieb nun auch weniger anfällig für Schwingungen. „Dadurch sind höhere Beschleunigungswerte möglich, wodurch spürbar schnellere Zykluszeiten gefahren werden können. Somit erhöht sich auch der Maschinenausstoß“, sagt Thomas Stober, Konstruktionsleiter Mechanik bei Wilhelm Bahmüller – also ein echter Mehrwert und gleichzeitig ein Wettbewerbsvorteil für den Kunden. Außerdem habe man durch die geringere bewegte Masse auch kleinere Motoren verbauen können und der Energieverbrauch sei so spürbar reduziert worden, erklärt Stober.

Marktpotenzial für den deutschen Maschinenbau

Das Forschungsprojekt PoKoGeLe ist ein Gemeinschaftsprojekt des Instituts für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD) der Universität Stuttgart, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart und des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Es stand unter der Förderung des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg. Die Leichtbau BW ist Kooperationspartner des Projekts und hatte die Schirmherrschaft inne.

Bei PoKoGeLe wurde ein neuartiger, ganzheitlicher und interdisziplinärer Ansatz entwickelt mit dem Ziel, innovative Leichtbaukonzepte zu realisieren. Basierend auf einer systematischen Verwendung und Integration von Leichtbauansätzen entlang des gesamten Produktentwicklungsprozesses konnte eine signifikante Massereduktion realisiert werden, die nahezu vollständig dem Konzeptleichtbau zuzuordnen ist.

Dieses Fallbeispiel zeigt, dass neben dem Mehrwert durch Leichtbau in der Betriebsphase – etwa durch Energieeinsparung – auch Kostenpotenziale im Bereich der Produktentwicklung und Produktion zu heben sind. Geht man beispielsweise von einem Umsatzvolumen in Deutschland von 297 Mrd. € im Maschinenbau aus und ließe sich durch Konzeptleichtbauansätze nur eine Kosteneinsparung von 2 % vom Umsatz realisieren, entspräche dies einem jährlichen Marktpotenzial in Deutschland von fast 6 Mrd. € (konservative Einschätzung auf Basis der für die Studie verwendeten Quellen). bec

Detaillierte Informationen zum Konzeptleichtbau im Maschinenbau:
hier.pro/49Ahn

Kontakt:
Leichtbau BW GmbH
Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg
Breitscheidstraße 4
70174 Stuttgart
Tel.: 0711 128988–40
Fax: 0711 128988–59
info@leichtbau-bw.de
www.leichtbau-bw.de
Geschäftsführer: Dr. Wolfgang Seeliger

Kontakt:
Wilhelm Bahmüller Maschinenbau Präzisionswerkzeuge GmbH
Wilhelm-Bahmüller-Straße 34
73655 Plüderhausen
Tel.: 07181 809–0
Fax: 07181 809–234
info@bahmueller.de
www.bahmueller.de
Geschäftsführer: Michael Holtmann


Bild: Leichtbau BW

PLUS

Virtual Reality mit der Leichtbau-App

Die Leichtbau BW hat vor kurzem eine kostenlose App für iOS und Android veröffentlicht. Die Augmented-Reality-Funktion der App können Sie auf dieser Seite ausprobieren. Nach der Installation gelangen Sie im Hauptmenü über den Button „Augmented Reality“ direkt zum Feature der App: Erfassen Sie mit der Kamera das obenstehende Bild und lassen Sie sich überraschen …

Die App ist unter dem Namen „Leichtbau“ im App Store von Apple (iOS) und dem Play Store von Google (Android) zu finden. Alternativ können Sie auch die nachfolgenden Links auf Ihrem Smartphone öffnen, um direkt zum Eintrag der Leichtbau App im jeweiligen Store zu gelangen:

www.leichtbau-bw.de/ios
www.leichtbau-bw.de/android

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