Einen Leichtbau-Rettungsschlitten aus Faserverbundwerkstoffen haben Studierende der FH Rosenheim entwickelt. Für die strukturmechanische Auslegung und die Anordnung der Composite-Lagen wurde die Simulationssoftware Ansys und Ansys Composite PrepPost eingesetzt.
Um mit den steigenden Anforderungen bei Bergwachteinsätzen mithalten zu können, müssen auch die Rettungsgeräte weiterentwickelt werden. Moderne Werkstoffe wie Faserverbundmaterialien werden in Rettungsgeräten wie Akja und Gebirgstrage derzeit kaum verwendet. Doch gerade deren Leichtbaupotenzial bei hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten kann die Einsatzbedingungen für Retter verbessern.
Daher haben Studierende der FH Rosenheim in einer industriellen Projektarbeit ein universelles Leichtbaurettungsgerät aus Faserverbundwerkstoffen entwickelt. Das studentische Team, genannt Res-Q, wollte damit eine Alternative schaffen, die leichter und stabiler ist als die gängigen Rettungs- oder Transportschlitten in Wannenform. Die Bergwacht Bayern definierte die Anforderungen: Als wesentliche Eigenschaften für einen wirtschaftlichen Erfolg kristallisierten sich ein geringes Gewicht, Einsatzfähigkeit im Sommer wie im Winter sowie Verbesserungen in der Bedienbarkeit, beim Bremssystem, den Holmen und der Lebensdauer heraus.
Der neue Rettungsschlitten wurde mit dem Programm Catia V5 entworfen, beginnend mit der Wanne als zentralem Element. Alle anderen Bauteile wurden quasi um die Wanne herum konstruiert. Da Faserverbundwerkstoffe besondere Eigenschaften haben, für die auch eigene Konstruktionsrichtlinien gelten, verwendeten die Studierenden auf die Simulation der Lagen und Matten besonders viel Zeit und Sorgfalt.
Anders als ein homogen aufgebautes Metall, das in alle Bauteilrichtungen gleiche Eigenschaften aufweist, müssen beim Faserverbundwerkstoff die Faserorientierungen in der FEM-Analyse (Finite Elemente Methode) berücksichtigt werden. Da unterschiedliche Orientierung zu abweichenden Eigenschaften führt, bietet eine Simulationssoftware die Möglichkeit, verschiedene Varianten zu testen.
Die Rosenheimer untersuchten den gewünschten Lagenaufbau mit Ansys Composite PrepPost. Diese Software berücksichtigt den Umstand, dass im Faserverbundwerkstoff drei Arten des Materialversagens möglich sind: Faserbruch, ein Bruch zwischen den Fasern oder ein Delaminieren, also ein Abtrennen der Lagen voneinander. Kritische Bereiche an einem Bauteil lassen sich anhand des so genannten inversen Reserve-Faktors, den die Software für jeden Knotenpunkt angibt, erkennen. Beim Betrachten wichtiger Lastfälle half Ansys Workbench Mechanical – untersucht wurden das Ablassen mit Retter, das Aufheben und Tragen des Verunglückten, das Fahren mit Rad sowie das Abseilen.
Die maximale Deformation und die maximale Spannung erwiesen sich bei den Simulationen unter den angenommenen Randbedingungen als unproblematisch. Als maximale Last, die sich auf die etwa 1,2 m² des Rettungsgerätes verteilen könnte, nahmen die Studierenden 850 kg an – was sogar noch eine gewisse Sicherheitsreserve beinhaltete. Denn wenn ein verunglückter Skifahrer mit der Trage transportiert wird, können bei einem Fangstoß Belastungen von etwa 600 kg realistischerweise auftreten. Da aber die Simulationen keine bedenklichen Bereiche erkennen ließen, wurden mit Ansys Composite PrepPost die Faserkennwerte, der Lagenaufbau und die Faserorientierung weiter optimiert.
Weil im Einsatz auch die Holme großen Belastungen – insbesondere Biegebeanspruchungen – ausgesetzt sind, sollte auch deren Verhalten per Simulation näher betrachtet werden. Damit wollten die Studierenden zum Beispiel ein mögliches Knicken ausschließen.
Was die Rosenheimer entwickelt hatten, haben sie als Prototyp schließlich auch in Handarbeit gebaut. Im Vergleich zu den bestehenden Systemen des Akja und der Gebirgstrage wies der entwickelte Rettungsschlitten zahlreiche Vorteile auf, die auch die geschätzten höheren Kosten erklären und rechtfertigen.
Jann Stoff, Gerhard Friederici Cadfem, Grafing
Weitere Informationen Über den Software-Anbieter Cadfem: www.cadfem.de
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