Durch Simulation zur Substitution in Guss
Bei der mechanischen Nachbearbeitung nimmt die optimierte Fahrwerksschwinge langsam ihre endgültige Gestalt an. FOTO: VOXELJET
FREDERIK VON SALDERN, FRIEDBERG
Der Landmaschinenhersteller Amazone hat die Simulationssoftware von Altair und einen 3-D-Drucker von voxeljet für die Optimierung einer Fahrwerksschwinge eingesetzt. Bei der Neukonstruktion des Bauteils zeigte sich, dass eine Gussbaugruppe gegenüber der aktuell gefertigten Schweißkonstruktion deutliche Gewichtsvorteile bietet.
Der deutsche Landmaschinenhersteller Amazone konnte 18 Prozent Gewicht bei der Herstellung eines Prototyps für neuartige Fahrwerksschwingen einsparen. Denn der Familienbetrieb aus Hasbergen bei Osnabrück druckte die Sandformen und -kerne für den Metallabguss kurzerhand mit dem industriell weltgrößten 3-D-Drucker für Sandformen, der VX4000 – ganz ohne teure Spezialwerkzeuge und nur mit einer CAD-Datei.
Unaufhaltsam schreitet die Evolution der Eggen voran, die Landwirte mit dem Traktor ziehen, um den Boden aufzulockern und auf das Säen vorzubereiten. Hersteller sind stets darum bemüht, die Geräte stabiler, langlebiger und gleichzeitig leichter zu machen, um beispielsweise die zulässigen Achslasten bei der Straßenfahrt einzuhalten. Zu diesen Herstellern gehört Amazone, der die Kompaktscheibenegge Catros mit Schwenkfahrwerk produziert. Dabei handelt es sich um ein gezogenes Gerät, das am Schlepper befestigt wird und in unterschiedlichen Konfigurationen zum Einsatz kommen kann. Die Kompaktscheibenegge wird für die flache und intensiv mischende Bodenbearbeitung mit einer Arbeitstiefe von bis zu 15 Zentimetern eingesetzt.
Die Fahrwerksschwinge verbindet das Gerät mit der Achse, um einen Transport des Geräts vom Hof zum Feld zu ermöglichen. Die ursprüngliche Schweißkonstruktion mit einem Gewicht von 245 Kilogramm und einer Schweißnahtlänge von 16,5 Metern war sehr komplex und fertigungsintensiv. Um Kosten zu reduzieren und das Bauteil stabiler und leichter zu gestalten, hat sich Amazone dazu entschieden, die Fahrwerksschwinge durch eine Gussbaugruppe zu ersetzen. Mithilfe der Topologieoptimierungssoftware „Inspire“ von Altair, Böblingen, konnte das Entwicklerteam von Amazone ein lastgerechtes und gießfähiges Design ableiten.
Dank der kraftgerechten Verteilung des Materials ist die gegossene Schwinge über 45 Kilogramm leichter als die Schweißbaugruppe. Durch Aussparungen erhält die Form eine Optik, die an Baumstrukturen oder Vogelknochen erinnern. Gleichzeitig sorgt die neue Formgebung für eine um 272 Prozent längere Lebensdauer, da das Design Steifigkeitssprünge in dem Gussbauteil im Vergleich zur Schweißbaugruppe vermeidet. Um die Materialgüte zu gewährleisten, haben die Experten von Altair mit der Inspire-Software zudem die Strömungen des Metalls während des Gießens simuliert. So konnten sie die Gefahr interner Defekte durch eingeschlossene Gase schon vor dem eigentlichen Gießprozess senken und damit die Qualität der Gussteile optimieren. Sebastian Kluge von Amazone: „Dank der optimierten, lastgerechten Gestaltung der Gussausführung konnte für die dritte Evolutionsstufe der Heckschwinge eine Erhöhung der Lebensdauer um einen Faktor 2,5 bei einer gleichzeitigen Gewichtsreduktion um ca. 18 Prozent im Vergleich zur Schweißbaugruppe erzielt werden. Das Erstellen der Sandform mittels 3-D-Druck ermöglicht eine schnelle Beschaffung von Prototypenbauteilen und somit eine starke Reduzierung von Entwicklungszeiten.
Frederick von Saldern, voxeljet AG, Friedberg