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Erdbebensicherheit für technische Komponenten

Simulationstechnologie zur Prüfung erdbebengerechter Auslegung installierter Geräte.

Erdbebensicherheit für technische Komponenten

IEEE 693, eine Norm für das seismische Design, vor allem für Umspannwerke. (Bildquelle: @Merkle & Partner GbR)

Zwar sind Erdbeben in Europa und Deutschland vergleichsweise selten. Dennoch müssen Komponentenhersteller für Umspannanlagen, Steuerungssysteme, bis hin zu Batterie-Systemen, den Nachweis nach IEEE 693 erbringen. Die Qualifizierung lässt sich laut Norm auch über Simulationen erbringen. Dabei bieten entsprechende Simulationsberechnungen neben Zeit- und Kostenersparnis noch zusätzlich Vorteile.

Die Norm IEEE 693 ist eine Erdbeben-Norm, für die erdbebengerechte Auslegung, speziell von installierten Geräten in Umspannwerken. Mit statischen Beschleunigungstests und Rütteltischen werden Komponenten auf ihre Sicherheit bei Erdbebensituationen getestet. Das ist wichtig, um Gefahren bei sich lösenden Teilen, im Falle eines Bebens, zu minimieren.

Diese Norm wird zunehmend auch in anderen Industriebereichen eingesetzt. Dabei ist ein physischer Test zur Qualifizierung der Produkte nach IEEE 693 nicht mehr nötig. Im Rahmen der ingenieurstechnischen Berechnung mittels Simulation lassen sich für quasistatische Beschleunigungen, bis hin zur standardisierten IEEE 693 Required Response Spectrum (RSS) Methode, die gleichen Lasten rechnerisch ansetzen, wie sie bei den Schütteltests am Rütteltisch Anwendung finden.

Der Vorteil der numerischen Berechnungen liegt dabei nicht nur in der Zeit- und Kostenreduktion, da zeitintensive Vorbereitungen und kostenintensiver Materialverbrauch vermieden werden. Es geht vielmehr auch um die Sichtbarmachung möglich kritischer Faktoren. So muss beim Real-Test eruiert werden, was die möglichen Gründe für ein Versagen der Teile ist. Das ist nicht immer ersichtlich. Numerische Berechnungen dagegen zeigen auch kleinste Fehlerstellen oder machen Faktoren sichtbar, die sich über die reine Betrachtung gegebenenfalls nicht zeigen würden.

„Der große Vorteil im Simulationsmodell liegt darin, dass wir die Konstruktion der Teile gleich „vor Ort“ optimieren und auch noch testen können. Damit lassen sich schon im Vorfeld oftmals kostenintensive Entwicklungsphasen sehr gezielt verringern“, so Dipl.-Ing. (TU) Stefan Merkle, Geschäftsführer der Merkle & Partner GbR.

Das Ingenieurbüro Merkle & Partner GbR in Heidenheim wurde 1989 von Luft- und Raumfahrtingenieur Stefan Merkle gegründet und zählt zu den ersten und führenden Dienstleistern für ingenieurwissenschaftlicher Berechnungen und Simulationen in Deutschland. Am Hauptsitz Heidenheim und den Niederlassungen Wolfsburg, Homburg/Saar und Erfurt bearbeiten die 50 Mitarbeiter jedes Jahr rund 500 Kundenprojekte aus den Kerngebieten Strukturanalyse, Strömungssimulation und virtueller Produktentwicklung. Zum Kundenkreis zählen namhafte Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau, der Luft- und Raumfahrttechnik, der Automobilindustrie, der Konsumgüterindustrie und dem Schiffbau.

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