Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierte Fachbodenregale durch den Einsatz von höchstfestem Stahl

Weltweit wird die Lagertechnik durch den boomenden Online-Handel und die begrenzten Flächenkapazitäten geprägt, es werden zunehmend vertikale Lagerkonzepte in Stahl ausgeführt. Die technische Ausführung von Regalanlagen folgt der rasanten Entwicklung in der Logistik nur schleppend. Auch das Potential von modernen höchstfesten Stähle, die sich im Automobil- und Maschinenbaus längst durchgesetzt haben, wird in der modernen Lagertechnik nicht ausgeschöpft. Das Forschungsvorhaben hat das Ziel, die werkstoffspezifischen, fertigungs- und bemessungstechnischen Grundlagen zum Einsatz von höchstfesten Mehrphasenstählen in Fachbodenregalen zu erarbeiten. Fachbodenregale und ihre oft kastenförmigen Stützen sowie die Fachböden sind für den Einsatz von höchstfesten Stählen prädestiniert, bislang fehlen jedoch wissenschaftliche Untersuchungen. Es werden Grundlagen zur Auswahl von hochfestem, verzinkten Bandmaterial und zur Rollprofilierung von Regalstützen und Fachböden erarbeitet. Offene, für kmU der Metallverarbeitung interessante Fragestellungen z.B. zur erhöhten Rückfederung, größeren Maschinenkräfte, vermehrter Rissbildung im Bereich der Biegeradien, Dauerhaftigkeit des Korrosionsschutzes werden bearbeitet. Die Tragfähigkeit von perforierten Regalstützen und Fachböden aus höchstfestem Mehrphasenstahl wird experimentell und numerisch bestimmt. Ferner werden die Regalstützen in ihrer Geometrie so optimiert, dass sie die Werkstofffestigkeit bei geringstmöglicher Flächeneinsatz bestmöglich ausnutzen, was einen wirtschaftlichen Gewinn für die Einlagerung generiert. Von den Ergebnissen des Forschungsprojekts profitieren Unternehmen der gesamten Wertschöpfungskette wie der Stahlproduktion, Werkstofftechnik und Metallverarbeitung, Stahlleichtbau, Regalbau (Fachbodenregale) und Planung (Ingenieurbüros). Das Forschungsprojekt ist vor allem für die letztgenannten Branchen, überwiegend kmU, bedeutend, da diese aus Kapazitätsgründen zwingend auf allgemeine Forschungen angewiesen sind.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Eignung verschiedener, hochfester Stähle für den Einsatz bei Fachbodenregalen untersucht. Insbesondere der hochfeste Baustahl S550 (fy=550N/mm²), der Dualphasenstahl CP780 (fy=440N/mm²) und der Complexphasenstahl CP980 (fy=780N/mm²) zeigten bei der Werkstoffcharakterisierung (Zug-, Biege-, Stanz-, Clinchversuche) vielversprechende Ergebnisse, sodass aus diesen Stählen Demonstratorbauteile hergestellt wurden.

An den Demonstratorstützen (T- und C-förmige Querschnitte) wurden Stützendruckversuche durchgeführt, die zeigten, dass durch den Einsatz hochfester Stähle hohe Tragfähigkeiten bei geringer Querschnittsdicke erreicht werden konnten. Allerdings zeigte sich eine erhöhte Gefährdung gegenüber lokalen und globalen Stabilitätsphänomenen.

Durch numerische Parameterstudien zur Optimierung T- und kastenförmiger Fachbodenregalstützen konnte gezeigt werden, dass bei kurzen und mittellangen Stützenlängen durch gezielte Querschnittsanpassungen die Gefährdung gegenüber lokalen Stabilitätsphänomenen reduziert und somit die hohe Materialfestigkeit besser ausgenutzt werden kann. Durch den Einsatz von hochfesten Stählen konnte im Vergleich zu aktuell üblichen normalfestem Stahl bei gleicher Stützentragfähigkeit erheblich Material eingespart werden. Der Einsatz bei Bauteilen mit großer globaler Schlankheit ist im Einzelfall zu prüfen.

Zukünftig ist eine Anwendung hochfester Stähle im Bereich des Fachbodenregalbaus möglich. Auf Grundlage der Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens können die Regalhersteller die Einsatzmöglichkeiten von hochfesten Stählen bei Bauteilen mit anderen Abmessungen und Querschnittsdicken prüfen, sodass zukünftig Fachbodenregalstützen für den effizienten Einsatz hochfester Stähle entwickelt werden können. Bei Nutzung höchstfester Stähle für den Regalbau wird es auch eine Rolle spielen, in wie weit sich diese höchstfesten Stahlbleche und zu welchen Kosten beschaffen lassen.