Mit Sicherheit belastbar: Schweißnaht- und FKM-Nachweise nach Richtlinie – Dienstleistung und Software aus einer Hand

In der Produktentwicklung wird heutzutage nichts dem Zufall überlassen. Ob eine Komponente Belastungen standhält, ist berechenbar. Schon lange vor dem ersten Prototyp können mit Hilfe von modernen Simulationsmethoden Verformungen und Spannungen für alle relevanten Lastfälle ermittelt werden.

Nachgewiesen wird die Festigkeit in der Regel gemäß der sogenannten FKM-Richtlinie. Das Ergebnis: Ein Auslastungsgrad. Liegt er unter Berücksichtigung des gewählten Sicherheitsfaktors unter 100 Prozent, ist das Bauteil ausreichend dimensioniert.

Hintergrund: Nachweisbar belastbare Maschinenbauteile dank rechnerischem Festigkeitsnachweis gemäß FKM-Richtlinie

Simulationen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) liefern Aussagen über Spannung und Verformung eines Bauteils.

Auf dieser Basis sind grobe Ableitungen möglich, ob das Bauteil an entsprechenden Stellen die zulässige Spannung überschreitet. Dabei bleiben aber viele Einflussfaktoren auf die Festigkeit eines Bauteils unbeachtet. Dazu zählen: 

  • Fertigungseinflüsse, wie beispielsweise Oberflächenbeschaffenheit oder Verfestigungen
  • Konstruktive und form-bedingte Kennwerte, beispielsweise bei dünnwandigen Strukturen oder in Bezug auf den effektiven Durchmesser bei Achsen und Wellen
  • Materialeigenschaften und Werkstoffkennwerte, beispielsweise in Bezug auf Plastifizierung oder Rissbildung
  • Die Überlagerung und zyklische Abfolge von Lastfällen

Das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) hat vor diesem Hintergrund den sogenannten „Rechnerischen Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen“ (allgemein „FKM-Richtlinie“ genannt) definiert. Dieser einheitlich strukturierte Berechnungsalgorithmus zur Bewertung von Festigkeit und Lebensdauer hat sich im deutschsprachigen Raum als sicherer Standard etabliert und wird laufend weiterentwickelt. 

In wenigen Minuten zum vollflächigen, visualisierten FKM-Nachweis mit AutoFENA

Zur Führung des FKM-Nachweises bietet sich die Nutzung von Rechenprogrammen an. Zwar können mit viel Ingenieurverstand versagenskritische Punkte identifiziert werden. Spätestens jedoch, wenn Überlagerungen und Abfolgen von Lastfällen entstehen, werden Nachweis und Darstellung der Festigkeit  

  • komplex,  
  • aufwändig und  
  • aufgrund manueller Dateneingaben letztlich unsicher. 

Das FKM-Berechnungsprogramm AutoFENA, entwickelt von der ihf Ingenieurgesellschaft, erledigt diesen Prozess in wenigen Minuten.  

Dabei nutzt das Programm per Schnittstelle die Daten aus der FEM-Software (z. B. SIMULIA Abaqus) und bietet so einen automatisierten Workflow, durch den beliebige Lastfall-Kombinationen problemlos analysiert und dargestellt werden können. Durch Rückspielen der Ergebnisse in die FEM-Software entsteht eine 3D-Visualisierung des Auslastungsgrades über die gesamte Oberfläche des untersuchten Bauteils.

Selber machen oder extern vergeben? Kommt drauf an.

Dank leistungsstarker und intuitiv anwendbarer FKM-Berechnungssoftware wie AutoFENA sind solche Nachweise im Standardfall einfach zu führen. Bei komplexeren Aufgabenstellungen ist jedoch Expertenwissen über die Richtlinie und Projekterfahrung gefragt: Denn durch spezielle zulässige Annahmen (u.a. die Annahme des plastischen Flecks) können beispielsweise zusätzliche Tragreserven eines Bauteils ausgeschöpft werden. Mehr darüber erfahren Sie in unserer Case Study über den FKM-Nachweis an einer Kupplungskomponente.

Darüber hinaus unterstützen wir Sie natürlich auch bei Kapazitätsengpässen oder Zeitdruck: Unsere erfahrenen Simulationsingenieure liefern genaue und zuverlässige Ergebnisse in kurzer Zeit. Wir bieten:

  • FKM-Nachweise nach Richtlinie (linear)
    • Statische Festigkeitsnachweise
    • Ermüdungsfestigkeitsnachweise bei zyklischen Lasten
  • Schweißnahtnachweise nach Richtlinie

Warum sollten Sie mit Wölfel und ihf zusammenarbeiten?

Wölfel hat in den vergangenen Jahrzehnten selbst hunderte Simulationsprojekte erfolgreich durchgeführt. Von dieser Erfahrung profitieren nicht nur die Kunden, die uns mit der Durchführung von richtlinienkonformen FKM- oder Schweißnahtnachweisen beauftragen, sondern auch unsere Kunden im Softwarevertrieb: Wir kennen die Programme, die wir anbieten, selbst bis ins Detail. Und natürlich vertreibt Wölfel nur Software, die unsere eigenen Simulationsingenieure auch persönlich empfehlen. So können wir Sie optimal und transparent bei der Software-Beschaffung beraten und erstklassigen Support sicherstellen. Der Anbieter von AutoFENA, die ihf Ingenieurgesellschaft, ist nicht nur irgendein Softwareentwickler, sondern aktiv an der Weiterentwicklung der FKM-Richtlinie selbst beteiligt. So ist gewährleistet, dass alle Veränderungen aktuell und verlässlich im Programm aufgenommen werden.

Nehmen Sie jetzt Kontakt auf, wenn Sie mehr Effizienz, Geschwindigkeit und Sicherheit beim FKM-Nachweisverfahren und damit für Ihre gesamten Konstruktionsprozesse erreichen möchten.

Sicherheit gewinnen, Risiko minimieren

Aufwand reduzieren (z. B. keine manuelle Auswahl versagenskritischer Punkte)

Effizienz steigern dank geführten Prozesses zwischen FEM- und FKM-Software

Material-Reserven ausreizen

Statische und zyklische Nachweise

Kompetenter Support und Service mit ergänzendem Know-How von ihf

Referenzen

Case Study: "Festigkeitsnachweis einer Kupplungskomponente nach FKM-Richtlinie" 1.79 MB
Case Study "Festigkeitsnachweis einer Kupplungskomponente nach FKM-Richtlinie"

In dieser Case Study demonstrieren wir detailliert den statischen und zyklischen FKM-Nachweis zur Sicherstellung der Haltbarkeit einer Klemmnabe – und gehen speziell auf die Stärken einer Abstützung auf FE-Ergebnisse ein. Verpassen Sie nicht diesen praxisbezogenen Einblick in die Vorteile des software-gestützten, FE-basierten FKM-Nachweises. Füllen Sie einfach rechts das Formular aus und das PDF erreicht Sie per E-Mail (Absender: Wölfel-Gruppe).


Kontaktieren Sie mich gerne persönlich

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Ich unterstütze Sie gerne bei numerischen Simulationen und berate Sie beim Erarbeiten, Optimieren und Automatisieren Ihrer Simulationsprozesse.

Dr.-Ing. Manuel Eckstein