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Rahmenkonstruktion Mit Know-how die Kosten für Rahmen im Rahmen halten

| Autor / Redakteur: Evelyn Konrad / Dietmar Kuhn

Im zweiten Teil der Artikelserie „Konstruieren in Blech“ (Teil 1 siehe unten) geht es um die günstige Herstellung von Rahmen. Einfache Rahmenkonstruktionen bestehen häufig aus einzelnen, verschweißten Halbzeugen. Dabei bieten Konstruktionen aus Blech Vorteile. Sie benötigen weniger Einzelteile und Schweißnähte – und sie sind damit günstiger.

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Trumpf bietet unter anderem Seminare, Workshops und Beratungen zur Teilegestaltung mit Blech. Darin entwickeln Experten von Trumpf gemeinsam mit den Kunden optimierte Konstruktionslösungen.
Trumpf bietet unter anderem Seminare, Workshops und Beratungen zur Teilegestaltung mit Blech. Darin entwickeln Experten von Trumpf gemeinsam mit den Kunden optimierte Konstruktionslösungen.
(Bild: Trumpf)

Fenster-, Bilder- oder Gehäuserahmen, Rahmen für Maschinenabdeckungen oder für Kanaldeckel – Rahmenstrukturen gibt es in unterschiedlichen Größen und Funktionen. Der Aufbau ist immer ähnlich: Vier Ecken, eine Öffnung in der Mitte und niedrige Wände, die im 90°-Winkel aufgesetzt sind. Je nach Bedarf sind Löcher zum Positionieren oder Schraubengewinde eingelassen.

Rahmenkonstruktion bietet viel Potenzial für Kostensenkungen

So groß wie die Vielfalt an Anwendungen für solche Strukturen sind auch die möglichen Einsparpotenziale. Während eines Workshops zur Teilegestaltung mit Blech optimierten Trumpf-Mitarbeiter ein Kundenwerkstück und reduzierten die Herstellkosten eines Rahmens für eine Gehäuseabdeckung um 52 %. Der Rahmen ist 300 mm × 300 mm groß und im Gehäuse einbetoniert. Auf dem Rahmen ist ein Deckel befestigt.

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Die ursprüngliche Konstruktion beruht auf einem klassischen Baukastenprinzip. Der Rahmen besteht aus acht verschweißten Halbzeugen mit je 3 mm Materialstärke. Vier 300 mm lange Winkel geben dem Rahmen die gewünschte Form und vier Knotenbleche sorgen für die nötige Stabilität an den Innenecken. Eine Bohrmaschine bringt die acht Positionierlöcher zum Befestigen des Deckels in den Rahmen ein. 16 Schweißnähte halten die Einzelteile zusammen.

Die Materialkosten für eine solche Herstellung sind vergleichsweise gering. Dafür ist der Positionier- und Schweißaufwand sehr hoch. Für den Schweißvorgang ist zum Beispiel eine spezielle Vorrichtung notwendig.

Zwei Blechteile mit Laschen ersetzen acht Halbzeuge und vereinfachen Rahmenkonstruktion

Eine deutlich günstigere und einfachere Lösung haben die Konstrukteure von Trumpf entwickelt. Anstatt acht Halbzeuge nutzen sie zwei jeweils 600 mm lange Blechteile mit zwei Laschen für den Boden des Rahmens. Eine Trulaser 2D-Laserschneidmaschine schneidet in einem Schritt die Kontur, die Positionierlöcher für den Deckel und die Positionierhilfen, um die zwei Blechteile zusammenzufügen. Eine Trubend-Biegemaschine bringt die einzelnen Blechteile in die gewünschte Form.

Vor dem Schweißvorgang können sie über die Positionierhilfen leicht zusammengesetzt werden. So ist keine aufwendige Positioniervorrichtung zum Schweißen notwendig, eine Standardspannvorrichtung reicht aus. Zudem ist der Schweißaufwand reduziert, da der Rahmen aus weniger Einzelteilen besteht. Acht Schweißnähte reichen aus, um den Rahmen zu stabilisieren. Diese Variante ist somit in Summe um etwa 52 % günstiger als die ursprüngliche Konstruktion.

Ideale Rahmenkonstruktion hänge von Größe und Material des Bauteils ab

Bei dem quadratischen Rahmen aus Baustahl mit 300 mm Kantenlänge ist die Variante aus zwei Blechteilen die günstigste. Es gibt jedoch weitere Möglichkeiten, Rahmen aus Blech zu gestalten. Welche Konstruktion am besten ist, hängt von der Größe und dem Material des Bauteils ab. Kleine, eher schachtelförmige Rahmenstrukturen sind häufig am günstigsten aus nur einem Blechteil hergestellt, da so noch weniger Schweiß- und Positionieraufwand notwendig ist. Der Nachteil bei dieser Variante ist der Verschnitt im Innenteil des Rahmens.

Ab einer gewissen Größe – die genauen Grenzwerte sind abhängig vom genutzten Material – ist daher die zweiteilige Variante besser. Diese Blechteile lassen sich auf den Blechen effizienter verschachteln, sodass weniger Material verloren geht. Dafür nimmt der Fügeaufwand zu. Bei besonders großen Rahmen lohnt sich sogar eine Lösung aus vier einzelnen Blechteilen. Im Prinzip stehen sich Verschnitt und Fügeaufwand gegenüber. Je größer die Struktur, desto größer sind die Einsparpotenziale beim Verschnitt, wenn der Rahmen aus mehreren Teilen besteht. Sind sie größer als die Mehrkosten beim Fügen, lohnt sich die Teilung. Wer seine Rahmenstrukturen nach diesem Prinzip prüft und die sinnvollste Blechkonstruktion wählt, kann viel Geld sparen.

Zum ersten Teil der Artikelserie „Konstruieren in Blech“ geht es hier.

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