Ein Bauteil durch die ganze Kette — durchgerechnetes Beispiel

Experimentelle Fassung. Nicht an realen Messwerten erprobt, von keiner Prüfstelle begutachtet; die hinterlegten Werkstoffkennwerte sind Literaturstartwerte ohne eigene Prüfung. Nutzung auf eigene Verantwortung, ohne Gewähr für die Richtigkeit der Ergebnisse.

MATERIALWERK / Schicht-Werk · Stand 2026-09-02 · Version 1.0 Alle Zahlen stammen aus den tatsächlichen Rechenkernen der Werkzeuge, nicht aus einer Beispielrechnung nebenher.

Die Aufgabe

Ein Halter, 30 mm breit, 12 mm hoch, 90 mm freier Hebelarm. Am Ende zieht eine Kraft von 90 N. PETG, stehend gedruckt, weil das so auf die Platte passt. Rund 10 000 Lastwechsel über die Einsatzdauer, Umgebung bis 30 °C. Im Lastpfad sitzt eine scharfe Innenkante. Geforderte Sicherheit: 2.

Das ist ein Bauteil, wie es entsteht, wenn man es zeichnet und druckt, ohne zu rechnen.

Schritt 1 — wie gezeichnet

Der Halter trägt rechnerisch ein Fünftel dessen, was gefordert ist, und biegt sich um mehr als sechs Millimeter durch. Der erste Hinweis des Werkzeugs: drehen — liegend gedruckt steigt die zulässige Spannung um Faktor 1,54.

Schritt 2 — Profil korrigiert (aus PROFILWERK)

Die gesliceete Datei zeigte 0,24 mm Schichthöhe bei 0,4er Düse (Verhältnis 0,60), zwei Wandlinien und 235 °C. Korrigiert auf 0,20 mm, vier Wandlinien, Bahnbreite 1,13, 245 °C:

Verdoppelt, ohne dass das Bauteil sich geändert hätte. Nur der Slicer.

Schritt 3 — Bauteil gedreht

Last liegt jetzt in der Schichtebene: zulässig 29,1 MPa, Sicherheit 0,52.

Schritt 4 — Kerbe entschärft

Radien statt der scharfen Innenkante: zulässig 42,8 MPa, Sicherheit 0,77.

Der Lastpfad zeigt zugleich, wo es klemmt: Wirkungsgrad des Querschnitts 50 %, 35 % der Fläche tragen weniger als ein Drittel der Randfaserspannung.

Schritt 5 — Höhe erhöht

Von 12 auf 20 mm. Höhe geht mit der dritten Potenz in die Steifigkeit ein:

Erstmals in der Nähe der Vorgabe — aber mit doppelter Masse gegenüber dem Ausgangsteil.

Schritt 6 — LEICHTWERK

Dieselbe Last, dieselbe Sicherheit 2, Bauraum 30 mm breit, bis 30 mm hoch:

Schritt 6b — die Gegenprobe, die man nicht überspringen darf

Hier bricht die Kette, wenn man ihr blind folgt. LEICHTWERK rechnet statisch: keine Ermüdung, keine Einsatztemperatur, keine Kerbe. Das I-Profil mit W = 386 mm³ ergibt 21,0 MPa Biegespannung.

Für Sicherheit 2 im dynamischen Nachweis wären 1298 mm³ nötig — Faktor 3,4 über dem Vorschlag.

Das ist kein Fehler von LEICHTWERK; es steht in dessen Anleitung, dass der Entwurf durch LASTWERK gehört. Aber es zeigt, wie groß der Unterschied ausfällt: wer den Leichtbauvorschlag ohne Gegenprobe fertigt, baut ein Teil, das statisch mühelos hält und nach einigen tausend Lastwechseln bricht.

Schritt 7 — Sollbruchstelle

Der Halter soll bei grober Überlast nachgeben, bevor die Aufnahme dahinter Schaden nimmt. Zielkraft 400 N, PETG, umlaufende Rundkerbe, liegend:

Das untere Bandende liegt weit über der Betriebslast — tragfähige Auslegung.

Schritt 8 — das erste gefertigte Stück nachgemessen

Acht Maße mit dem Messschieber, SCANWERK zerlegt sie:

Empfehlungen: Maßversatz außen 0,022 mm, Innenmaße −0,135 mm — Bohrungen brauchen ihre eigene Kompensation. Z ist unauffällig, dort liegt kein Schwindungsproblem vor.

Was das Beispiel zeigt

1. Der größte einzelne Gewinn kam aus dem Slicer, nicht aus der Konstruktion. Schichthöhe, Wandzahl und Temperatur verdoppelten die zulässige Spannung, bevor am Bauteil etwas geändert wurde.
2. Orientierung und Kerbe zusammen brachten mehr als die Verdopplung der Bauhöhe — und kosten kein Gramm.
3. Ermüdung ist der Nachweis, der die Auslegung bestimmt. Statisch hält fast alles; bei 10 000 Lastwechseln fällt die zulässige Spannung von 42,8 auf 12,5 MPa.
4. Leichtbauvorschläge sind Entwürfe, keine Ergebnisse. Faktor 3,4 zwischen dem statisch optimierten Querschnitt und dem, der auch dynamisch trägt.

Was dieser Durchgang verändert hat

Die Gegenprobe in Schritt 6b musste zunächst von Hand über das Widerstandsmoment geführt werden, weil LASTWERK die Leichtbauquerschnitte nicht kannte. Das ist behoben: LASTWERK 1.9 rechnet Kastenprofil, I-Profil und Rippenplatte, LEICHTWERK 1.1 übergibt den gewählten Entwurf per Schaltfläche.

Im Werkzeug nachgerechnet ergibt derselbe Vorschlag Sicherheit 0,57 statt 0,60 aus der Handrechnung — der Unterschied stammt aus dem Wandanteil, den der Rechenkern berücksichtigt und die Handrechnung nicht. Die Aussage bleibt dieselbe.

Beim Ergänzen fiel ein zweiter Punkt auf: die Torsion des Kastenprofils gehört nach Bredt gerechnet, nicht nach Saint-Venant. Derselbe Querschnitt, gleiches Moment — 0,58° Verdrehung geschlossen gerechnet, 73° offen gerechnet. Ein geschlossenes Profil als offenes zu behandeln wäre grob auf der falschen Seite.

Alle Werte sind Abschätzungen mit Literaturkennwerten; eigene Probekörper liegen noch nicht vor. Keine Anwendung für sicherheitskritische, tragende, personenschützende oder medizinische Bauteile.

Schicht-Werk · www.schicht-werk.eu · office@schicht-werk.eu