Leichtbauoptimierte Gestaltung einer Greiferschaufel

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde die leichtbauoptimierte Gestaltung der Greiferschaufel einer Verpackungsmaschine durch Ausnutzung der Potentiale additiver Fertigungsverfahren untersucht. Durch die Reduktion der bewegten Massen wird eine Erhöhung der Taktzeiten angestrebt, wobei wirtschaftliche Aspekte zunächst vernachlässigt werden. Dazu wurde zunächst ein Werkstoffwechsel vorgenommen. Die ursprüngliche Greiferschaufel wurde aus Polyamid 12 gefertigt, die leichtbauoptimierte additiv gefertigte Geometrie aus TiAl6V4. Nach der Klärung aller Rand- und Zwangsbedingungen, wie beispielsweise die Funktion, die Belastungssituationen und zu berücksichtigende Anschlussmaße, wurden Überlegungen zur mechanische Überlegungen zur optimalen Materialanordnung angestellt. Im Anschluss wurden numerische Simulationen durchgeführt, um die Feingestaltung der Greiferschaufel auszuführen.

Die leichtbauoptimierte Greiferschaufel weist eine Masseeinsparung von 30% bei einer gleichzeitig enormen Steifigkeitszunahme im Vergleich zum Ausgangsmodell auf. Bei der Betrachtung der resultierenden Beanspruchungen konnte eine Erhöhung der Tragfähigkeit um den Faktor 10…15 generiert werden. Neben der leichtbauoptimierten Gestaltung ist demnach durch den Hochleistungswerkstoff zusätzlich eine enorme Performacesteigerung zu verzeichnen. Weitere Vorteile sind die supportoptimierte Gestaltung der Schaufel, da nur Funktionsflächen mit Support versehen werden, die grundsätzlich eine Nacharbeit erfordern, und die additiv eingebrachte, maschinenlesbare Direktmarkierung, die eine kontinuierliche Dokumentation und Rückverfolgbarkeit ermöglicht.