Leichtbau bringt Maschinenbauern Wettbewerbsvorteil - Topologie-Optimierung senkt Kosten um 7%

04.10.2016

Der deutsche Maschinenbau steht unter zunehmendem Wettbewerbsdruck. Eine Reduktion der Kosten trägt maßgeblich dazu bei, sich auch auf internationalem Parkett zu behaupten. Leichtbau etwa hilft dabei, den Materialeinsatz und damit Kosten zu reduzieren. In einer Studie wurde nachgewiesen, dass sich die Herstellungskosten durch Topologieoptimierung an einem statischen Bauteil um knapp sieben Prozent senken lassen.

Ein Drittel weniger Material lässt Kosten um sieben Prozent sinken

Untersuchungsgegenstand der Studie war die Standardlösung einer statischen, gewichtsintensiven Maschinenkomponente - konkret wurde ein Nadelbettenträger, ein  Teil des Gestells einer Flachstrickmaschine, in den Blick genommen und einer Topologieoptimierung unterzogen. Mittels einer linearstatischen und einer Modalanalyse wurde das Bauteil validiert.

Die Materialeinsparung durch die Topologieoptimierung lag bei rund 30 Prozent. Das Gewicht reduzierte sich von 251,2 auf 173,8 Kilogramm. Die anfallenden Herstellungskosten gingen um knapp sieben Prozent runter.

Material verursacht fast 50 Prozent der Kosten

Materialeinsparungen im Leichtbau haben generell großes Potenzial zur Reduktion der Herstellungskosten. Die anfallenden Kosten für Rohstoffe und Materialien machen laut Statistischem Bundesamt 46 Prozent des Bruttoproduktionswerts im Verarbeitenden Gewerbe in Deutschland aus. Energie hat zum Vergleich nur einen Anteil von 2,1 Prozent.

Im untersuchten Business-Case haben die Materialkosten wie zu erwarten den stärksten Einfluss auf die Kosteneinsparung im Herstellungsprozess. Durch die Gewichtseinsparung muss der Hersteller auch weniger tief für die Transportkosten in die Tasche greifen, ein überaus positiver Sekundäreffekt.

Investition in Entwicklung nach acht Monaten amortisiert

Für die Umsetzung der Leichtbaulösung würden einmalige Entwicklungskosten anfallen. Die Investition in diese Entwicklung wäre bei gleichbleibendem Produktionsvolumen nach acht Monaten amortisiert und würde durch die Einsparung bei den Stückkosten mittelfristig eine höhere Rendite erwirtschaften. Weitere denkbare Effekte durch die Materialeinsparung sind möglicherweise kürzere Nachbearbeitungszeiten und Umsatzsteigerungen durch das geringere Gesamtmaschinengewicht.

Durchgeführt wurde die Studie beim Flachstrickmaschinenhersteller H. Stoll AG & Co. KG in Reutlingen. Die von der Leichtbau BW GmbH initiierte Arbeit entstand aus einer Kooperation des wbk Institut für Produktionstechnik Karlsruhe und des DLR Instituts für Fahrzeugkonzepte Stuttgart.

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