Fraunhofer LBF: Simulations Software bringt Motorrad Sicherheit in Kurven-Paradiesen

Simulations-Software von Fraunhofer LBF und Stress & Strength schöpft Leichtbaupotenziale aus und verkürzt Entwicklungszeiten – Motorrad Sicherheit in Kurven-Paradiesen

Fortschritt wird bei Motorrädern gerne in Zahlen ausgedrückt: Gewicht, Leistung und Beschleunigung. Bei jeder Fahrt vertraut der Fahrer darauf, dass die Entwicklungsingenieure den sicherheitsrelevanten Konstruktionen seines Motorradrades verlässliche Betriebsfestigkeitsnachweise zu Grunde gelegt haben. Den in den letzten Jahren erzielten Fortschritten im Leichtbau von Fahrzeugkomponenten standen bislang häufig keine entsprechenden Entwicklungsmethoden für Betriebsfestigkeitsnachweise gegenüber. Mit LBF®.WheelStrength hat die Stress & Strength GmbH und das Fraunhofer LBF in Zusammenarbeit mit Aprilia und OZ ein optimales Werkzeug zur numerische Auslegung von Motorradrädern entwickelt. Ingenieuren in Forschung und Entwicklung verschaffen die LBF®.Products Freiräume: Leichtbaupotenziale auszuschöpfen, Entwicklungsprozesse und -zeiten zu optimieren und sichere und innovative Produkte herzustellen.

Der Schlüssel diese Freiräume zu eröffnen, liegt in der methodisch zuverlässigen und betriebsnahen Simulation der realen Beanspruchungen von Fahrzeugkomponenten, erläutert Oliver Ehl, Stress & Strength Geschäftsführer, das Konzept. Die Software unterstützt Ingenieure dabei die rechnerische Auslegung von Fahrzeugrädern von Motorrädern, PKWs, LKWs, Eisenbahnen und Flugzeugen vollständig zu berechnen, um die durch Normen vorgegebene Lebensdauer durch Simulation – zusätzlich zur experimentellen Erprobung – zu simulieren. Auf Basis des FE Modells (Finite Elemente) erfassen die Ingenieure und Informatiker die relevanten Lastannahmen und berechneten die tatsächlich auftretenden Bauteilbeanspruchungen.

Hierzu wurde am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ein Verfahren entwickelt, das zuverlässig zur rechnerischen Schwingfestigkeitsbemessung und Optimierung auch als Ermüdungsfestigkeitsnachweis für Motorradräder eingesetzt werden kann. Bei der Entwicklung der Methode ermittelten die Forscher zunächst die maximal zu erwartenden Betriebslasten – auf Basis der von Aprilia zur Verfügung gestellten Fahrzeugdaten und Materialien. Darauf aufbauend erstellten sie ein allgemeines Einsatzprofil, das die im Betrieb auftretenden mechanischen Beanspruchungen realistisch abbildet und etwa 300.000 km Bemessungslebensdauer entspricht. Aus der Gegenüberstellung mit den aus Normen und Standards bekannten Bauteilspannungszuständen, wurden anschließend die Methode und die Anforderungen zur betriebsfesten Auslegung von Motorradrädern abgeleitet.

Diese Methode und die numerischen Modelle wurden in die Software LBF®.WheelStrength eingearbeitet und weitgehend automatisiert. Die dadurch optimierte numerische Auslegung kann zur Verbesserung von Fahrzeugkomponenten sowie zur rechnerischen Lebensdauerprognose eingesetzt werden. Zielsetzung der Fraunhofer Forscher ist es, dass sich Simulation und experimenteller Nachweis durch Softwareeinsatz optimal ergänzen. „Die Benutzung beider Verfahren soll dazu führen, dass sowohl die Berechnung als auch der experimentelle Nachweis sich jeweils aus den Ergebnissen der „anderen Seite“ weiterentwickeln. Aus dieser Kombination entstehen letztlich innovative und zuverlässige Bauteile, erläutert Oliver Ehl die Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Die Software beschleunige und vereinfache Entwicklungsprozesse maßgeblich – von der Konstruktion und Berechnung über das Erstellen von Prototypen und experimentellen Testfahrten bis zur Serienproduktion. Dank der benutzerfreundlichen Arbeitsumgebung bildet die Software als Add-on zu den Programmen MSC.Patran und ANSYS komplexe Entwicklungsprozesse ab. Die FE-Simulation eröffnet insgesamt große Potenziale für Werkstoffe im Leichtbau für die gesamte Fahrzeugindustrie.

„LBF®.WheelStrength ermöglicht eine zuverlässige Auslegung und effiziente Optimierung von Komponenten bei verkürzten Entwicklungszeiten“ fasst Oliver Ehl zusammen. Damit werden Fortschritt in Forschung und Entwicklung sichtbar: Leistungsfähigere, leichtere und innovative Produkte, bei beschleunigten Entwicklungszeiten.

Die Stress & Strength GmbH entwickelt und vermarktet Software zur Struktur- und Systemanalyse im Bereich der Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit. Durch rechnerische Simulation realitätsnaher Bedingungen konzipiert das Softwarehaus – in enger Kooperation mit dem Fraunhofer LBF – Softwareprodukte zur Optimierung der Forschungs- und Entwicklungsarbeit für Ingenieure. LBF®.Products optimieren den gesamten Entwicklungsprozess sowie die Lebensdauer von Sicherheitsbauteilen. Als Add-on Lösungen erweitern sie FE-Pre-/Postprozessoren wie MSC.Patran und ANSYS.

Als FuE-Partner und Dienstleister für Unternehmen in den Branchen der Automobil-, Bahn-, Luftfahrtindustrie bietet die Software LBF®.WheelStrength / LBF®.HubStrength eine derzeit einzigartige, in höchstem Maße zuverlässige Festigkeitsbewertung von rotierenden Fahrzeugkomponenten an. Schulung, Support sowie individuelle Programmentwicklung runden das Leistungsangebot ab. In Kooperation mit dem Fraunhofer LBF entstehen weitere Softwarelösungen mit dem Versprechen: mit Sicherheit innovativ.