Transporte stellen für Bauteile und Produkte eine erhebliche mechanische Belastung dar. Vibrationen, Erschütterungen und Stöße wirken auf Materialien und Konstruktionen ein, lange bevor sie ihren Einsatzort erreichen. Gerade in industriellen Lieferketten, in denen empfindliche Komponenten, komplexe Baugruppen oder schwer transportierbare Geräte bewegt werden, ist die zuverlässige Vorhersage solcher Beanspruchungen entscheidend. Virtuelle Transportsimulationen ermöglichen eine realitätsnahe Nachbildung dieser Belastungen – präzise, reproduzierbar und ohne kostenintensive physische Testreihen.
Durch physikalisch korrekte Modelle z.B. nach IEC-Normen, z.B. der DIN EN IEC 60721und auf Messdaten basierende Anregungsprofile können kritische Spannungen, Verformungen und Schwingungen bereits in der Entwicklungsphase ermittelt werden. Auf diese Weise lassen sich Bauteile und Verpackungen so gestalten, dass sie den tatsächlichen Transportbelastungen standhalten und Funktionssicherheit auch nach dem Transport gewährleistet ist.
Simulation realer Transportumgebungen
Eine Transportsimulation bildet die verschiedenen Phasen des Warenflusses ab – vom innerbetrieblichen Handling über den Straßentransport bis hin zu Luft- und Seefracht. Grundlage sind definierte Belastungssequenzen, die reale Transportbedingungen nachbilden. Diese umfassen beispielsweise vertikale und horizontale Erschütterungen, Fall- und Stoßereignisse sowie Langzeitvibrationen.
Jede Simulation basiert auf einer Sequenz von Belastungen, die nacheinander auf das Bauteil oder die Verpackung wirken. Dazu gehören Falltests aus definierten Höhen, Kompressionen durch Stapellasten und insbesondere stochastische Vibrationsanregungen, wie sie bei Lkw- oder Bahntransporten auftreten. Die Lastzeitverläufe werden mit spezifischen Leistungsdichtespektren (PSD) beschrieben, die die tatsächlichen Schwingungsintensitäten aus Feldmessungen widerspiegeln.
Durch die Kopplung dieser Eingangsdaten mit einem detaillierten FEM-Modell lassen sich örtliche Spannungen und Deformationen im Bauteil berechnen. Auf Basis dieser Ergebnisse wird erkennbar, ob eine Konstruktion auch unter dynamischen Einflüssen stabil bleibt oder ob kritische Schwachstellen vorhanden sind.
Random-Vibration und dynamische Prüfungen
Ein zentraler Bestandteil der Transportsimulation ist die Random-Vibration-Analyse, bei der das Verhalten des Bauteils unter zufällig verteilten Schwingungsanregungen untersucht wird. Im Gegensatz zu Sinusschwingungen, die nur eine einzelne Frequenz anregen, bildet das Random-Verfahren das gesamte Frequenzspektrum realer Transportvibrationen ab.
Für die Berechnung werden leistungsdichtespektrale Anregungen auf definierte Kontaktflächen oder Lagerpunkte des Modells aufgebracht. Dadurch wird sichtbar, wie sich dynamische Energie über den Frequenzbereich verteilt und welche Eigenfrequenzen zu erhöhten Beanspruchungen führen. Diese Methode erlaubt eine realistische Bewertung der Belastung während eines kompletten Transports – insbesondere bei Bauteilen, die über längere Zeiträume gleichmäßigen Schwingungen ausgesetzt sind, etwa bei Lkw- oder Schienentransporten.
Der Einsatz nichtlinearer Materialmodelle und kontaktbasierter Kopplungen innerhalb der FEM-Simulation stellt sicher, dass Verformungen, Dämpfungseffekte und plastische Reserven physikalisch korrekt berücksichtigt werden. Auf diese Weise können Mikrorisse, Lockerungen oder Resonanzschäden bereits im virtuellen Prototyp erkannt und konstruktiv vermieden werden.
Vertikale Vibrationsprüfung kompletter Packstücke
Neben der Simulation einzelner Komponenten spielt die Untersuchung kompletter Transportverpackungen und Einheitssendungen eine zentrale Rolle. Dabei werden die Systeme mit vertikalen Random-Vibrationsprofilen beaufschlagt, die charakteristische Beschleunigungsniveaus und Frequenzspektren abbilden.
Ziel ist die Bewertung der Schutzwirkung der Verpackung und der Strukturerhaltung des Produkts innerhalb des Gesamtsystems. Durch eine numerische Nachbildung der Belastung über den gesamten Frequenzbereich lässt sich prüfen, ob das Verpackungssystem Schwingungen ausreichend dämpft oder ob zu hohe Belastungsspitzen auf das Produkt übertragen werden.
In Industriezweigen wie Maschinen- und Anlagenbau, Energie- oder Behälterbau ist dieser Aspekt besonders relevant. Großbauteile oder Aggregate, die häufig als Einheit auf Paletten oder Gestellen transportiert werden, erfahren eine Vielzahl an Vibrationen, die in der Simulation zuverlässig abgebildet werden können.
Vom virtuellen Test zum sicheren Produkt
Unsere Simulationen ermöglichen die frühzeitige Erkennung und Vermeidung von Schäden und Ausfällen. Sämtliche Transportphasen können digital abgebildet und die Konstruktion gezielt auf real auftretende Belastungen abgestimmt werden. Darüber hinaus eröffnen sich Optimierungspotenziale – etwa durch Anpassung von Wandstärken, Verstrebungen oder Haltepunkten.
Die gewonnenen Ergebnisse dienen als Nachweis, dass ein Produkt den mechanischen Einwirkungen während des Transports standhält, ohne unzulässige Verformungen oder Funktionsverluste zu erleiden.
Fazit
Virtuelle Transportsimulationen verbinden praxisnahe Belastungsszenarien mit der Präzision moderner FEM-Analysen. Sie bilden die Grundlage, Produkte sicher, effizient und normgerecht auf den Transport vorzubereiten – unabhängig davon, ob sie per Straße, Schiene, See oder Luft befördert werden. In Kopplung mit Richtlinien zur Festigkeitsbewertung, wie z.B. der FKM-Richtlinie oder VDI 2230, lassen sich so verbindliche Aussagen zur Festigkeit ihrer Bauteile machen.
Wenn bei Ihren Anlagen Schäden auf dem Transportweg auftreten, so lassen sich gezielte Optimierungen erarbeiten, um diese zu vermeiden. Fragen Sie uns dazu gerne unverbindlich nach einem kostenlosen Beratungstermin an.