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Intralogistik

Simulationen helfen, damit in Ihrer Firma alles unfallfrei ankommt

Bild zu Blog Nummer 96 Intralogistik

Festigkeitsnachweise bei Flurförderfahrzeugen, Robotern und Regalen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode

Die Simulation mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) durchdringt immer mehr Bereiche und ergänzt den experimentellen Versuch.

Was ist Intralogistik?

Als Intralogistik bezeichnet man die logistischen Material- und Warenflüsse, die sich innerhalb eines Betriebsgeländes abspielen. Hierzu bedarf es Gestelle, Regale, Hochregallager, Roboter, Flurförderzeuge, Gabelstapler, Hubarbeitsbühnen und was sonst noch so alles kreucht und fleucht, um Teile in einer Fabrik oder Lagerhalle zu lagern, zu bewegen oder von A nach B zu bringen.

Im Video von Mitsubishi https://www.youtube.com/watch?v=wQ8TE-oXnmE zeigt sich, was für einen Unsinn man mit z.B. mit Gabelstapler anrichten kann. Ob es das Zerstören ganzer Hochregallager ist, oder gar das Aufspießen von Autos. Gabelstapler bringen es immerhin auf eine Höchstgeschwindigkeit von bis zu 25 km/h, was bei Kurvenfahrten allemal ausreichend ist, um das Gefährt mitsamt der Last zum Kippen zu bringen.

Viele der im Video gezeigten Nutzungen fallen aber eher in den Bereich des unvorhersehbaren Missbrauches. Zumindest ist mir noch kein rechnerischer Nachweis untergekommen, bei dem ein großer Stapler einen kleinen Stapler mit Nutzlast trägt. Ich glaube, dass gehört eher in die Rubrik „grober Unfug“. Aber wenn Sie sowas rechnerisch nachweisen wollen, wir von Merkle & Partner stehen bereit 😊

Aufgabe der Simulation

Aufgabe der Simulation ist es, über Festigkeitsnachweise, dynamische Untersuchungen (z.B. das Überfahren von Schwellen), Standsicherheitsnachweise (Stabilitätsbetrachtungen z.B. bei einer ausgefahrenen Hubbühne) sicher zu stellen, dass alle Bauteile bei regulärem Gebrauch, aber auch bei einem vorhersehbaren Missbrauch ausreichend dimensioniert sind.

Hierzu werden sowohl die tragenden Bauteile als auch die Verbindungselemente wie Schrauben und Schweißnähte mit FEM rechnerisch untersucht und bewertet. Die Bewertung erfolgt in der Regel nach FKM-Richtlinie, die Schrauben werden nach VDI 2230 bewertet.

Nachfolgend sind einige Lastszenarien zusammengestellt, die bei der FEM-Berechnung von Flurförderfahrzeugen betrachtet werden können:

  • Aufheben und Beschleunigen von Traglasten
  • Schutz bei herabfallenden Lasten
  • Instabiles Gleichgewicht bei seitlichem Umkippen oder Kippen über die Achsen
  • Beschleunigen, Bremsen, Kurvenfahren
  • Schwellenüberfahrt
  • Fahrt gegen Hindernis, vorwärts rückwärts oder schräg
  • Ein- und Aussteigen
  • Vorhersehbare Missbrauchslasten (wo kann der Fahrer draufsteigen)
  • Taumeln des Fahrers in der Kabine, gegen Türen usw.

Die verschiedenen Kippszenarien und das Crashverhalten werden oft noch rein experimentell nachgewiesen, aber auch hier bietet die Simulation immer mehr Möglichkeiten. Der Vorteil der FEM-Simulation beim Kippen oder beim Crash ist, dass ein umgefallenes Fahrzeug im Rechner wesentlich schneller wieder aufgestellt ist als in Realität. Auch nehmen die Bits und Bytes beim virtuellen Crash keinen Schaden, während die physische Hardware im Extremfall zerstört ist.

Hohe Lager sind teilweise auf Rollen verschiebbar und können kippen. Profile von Regalen können bei zu hoher Last knicken und einstürzen. Und dann ist noch das Verhalten bei einem Erdbeben…

Auch hier gibt es entsprechende Normen wie den Eurocode, IBC oder die DIN EN 16681, die einzuhalten sind.

Bei Robotern kommen zusätzlich die Beschleunigungslasten zum Tragen, die aufgrund der Bewegung entstehen und teilweise mehr als 5 g betragen können. Oft sind hier aber auch die Sicherheitszäune und Schutzeinhausungen zu betrachten, die in der Lage sein sollten, einen durchgegangenen falsch programmierten Roboter zu zähmen.

Auch das Thema Gewichtseinsparung und Leichtbau bekommt eine immer größere Rolle. Insbesondere Hubarbeitsbühnen mögen einen möglichst tiefen Schwerpunkt, damit sie stabil sind, gleichzeitig sollte der Korb mit dem Mitarbeiter nicht zu stark schwanken, was eine Frage der Steifigkeit ist. Beides sind Themen, die für eine rechnerische Optimierung prädestiniert sind.

Merkle & Partner setzt sich mit der Berechnung von Fahrzeugen oder Einrichtungen der Intralogistik seit mehr als 30 Jahren auseinander und kann hier komplexeste Modelle rechnen. Sie fahren mit einem Gabelstapler in ein Hochregallager und wollen wissen, was passiert, kein Problem. Wir übernehmen aber auch den weit häufigeren Fall, dass Sie Bauteile, Baugruppen oder Maschinen normgerecht nachweisen bzw. Schwachstellen beheben bzw. optimieren müssen. Die zunehmende Automatisierung und das autonome Verhalten von Robotern und Flurförderfahrzeugen kreieren neue spannende Lastfälle.

Auch bei Schadensfällen, wenn z.B. Schweißnähte im Einsatz bei Ihren Kunden reißen, helfen wir Ihnen bei der Suche nach der Ursache weiter und suchen gemeinsam mit Ihnen nach konstruktiven Lösungen.

Ihr Stefan Merkle

PS: Wenn Sie auch die klimatischen Verhältnisse in Ihren Hallen interessiert, dies ist ein Thema für unsere CFD Strömungsabteilung: Lesen Sie gerne dazu meinen Blog https://www.merkle-partner.de/aktuelles/blog/kuehlen-gefrieren-und-vereisung-bei-lebensmitteln, hier betrachten wir ganze Logistikzentren.

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