FE-DESIGN GmbH - Anwendungsbeispiel

Erhöhung der Steifigkeit eines Traktorumlenkhebels

Aufgabenstellung des Kunden

Bei einem bestehenden Umlenkhebel eines Traktors führten die auftretenden Belastungen zu starken Verformungen und unzulässig hohen Spannungen. Dies erforderte einen kompletten Neuentwurf der Komponente mit höherer Steifigkeit bei gleichbleibendem Gewicht.

Unsere Lösung: Topologieoptimierung

Als Ausgangspunkt für den Neuentwurf wurde zunächst der maximal verfügbare Bauraum ermittelt. Zur Berechnung einer Struktur mit maximaler Steifigkeit bei vorgegebenem Zielgewicht wurde Topologieoptimierung angewandt. Um Funktion und Herstellbarkeit zu gewährleisten, wurden Fertigungsrestriktionen formuliert, die die Lagerbereiche unverändert ließen und Hinterschnitte in Auszugsrichtung der Gießformen vermieden. In einem iterativen Prozess startete TOSCA Structure eine FE-Analyse und variierte gemäß der erhaltenen Analyseergebnisse die Materialverteilung des aktuellen Designs bis zur Erreichung der optimalen Struktur.

Erfolg für den Kunden

Sehr zügig konnte in einem komplett automatisierten Prozess ein völlig neues Design ermittelt werden, das eine optimale Materialverteilung im vorgegebenen Bauraum darstellt. In einer Validierungsanalyse des geglätteten Designs wurde sichergestellt, dass Anforderungen an Spannung und Verschiebungen erfüllt wurden. Dieses wurde anschliessend in ein CAD System überführt. Das hieraus abgeleitete neue Design wies gegenüber dem ursprünglichen Bauteil eine 50% höhere Steifigkeit bei gleichbleibendem Gewicht auf.