Dynamische Schuhsimulation

Ausgangslage & Projektbeschreibung

Arbeits- und Sicherheitsschuhe müssen zahlreichen gesetzlichen Anforderungen genügen, wodurch der Kompromiss zwischen maximalem Schutz und größtmöglicher Flexibilität für den Konstrukteur sehr herausfordernd wird und nur in zahlreichen Trial-und-Error Versuchen annähernd umsetzbar ist. Dies führt allerdings zu einer Überdimensionierung sowie zu langen Entwicklungszeiten für neue Schuhmodelle bei den KMU. Ziel des Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung, Erprobung und Validierung von Simulationsmodellen zur realitätsnahen Abbildung von Schuhkomponenten und kompletten Schuhen aus dem technischen Bereich (Arbeits- und Sicherheitsschuhe) in ihrem statischen und insbesondere dynamischen Verhalten.

Abb. 1: Simulation der Flexibilitätsprüfung mit Kappe und Einlage

Den KMU der deutschen Schuhbranche wird mit dem Forschungsprojekt ein Simulationsbaukasten bereitgestellt, mit dem sie in die Lage versetzt werden, neue Materialkombinationen und Konstruktionsbauweisen virtuell zu testen und innovative und individualisierte Schuhe zu entwickeln. Dazu werden am ITM FEM-Simulationsmodelle der einzelnen Schuhkomponenten mit verschiedenen Materialkombinationen erstellt. Zudem wird ein allgemeingültiges und parametrisiertes Schuhmodell erstellt. Ausgangspunkt sind die Entwürfe aus bei den KMU vorhandenen Schuh-CAD-Systemen. Die FEM-Modelle werden im Vergleich zu experimentellen Tests validiert, wobei die folgenden Prüfungen berücksichtigt werden: Fallhammerprüfung, Überrollprüfung, Flexibilitätstest eines Schuhs (Torsions- und Biegebelastung). Dazu werden am PFI diese leistungsfähigen Prüfmethoden weiterentwickelt. Mit den validierten Modellen werden schließlich Parameterstudien durchgeführt. Parallel zur Modellentwicklung wird eine am PFI vorhandene Datenbank mit häufig in Schuhen eingesetzten Materialien erweitert und den KMU bereitgestellt. Es werden Verfahrensanweisungen für die KMU auf Basis von numerischen Parameterstudien erstellt und die Wirtschaftlichkeit der entwickelten FEM-basierten Prozesskette analysiert. Das damit verfolgte übergeordnete Ziel ist es, den KMU der Schuhindustrie und verwandter Branchen Simulationsmethoden zugänglich zu machen, um deren Innovationspotenzial signifikant zu stärken.

Abb. 2: Abgleichen von Drehmoment-Drehwinkel-Kurven zwischen Experimente und Simulation für das grauen Gummistiefel (Schuhgröße 43)

Das Ziel des Projektes wurde erreicht.

Wir bedanken uns für die Förderung des Forschungsvorhabens IGF-Vorhaben Nr. 21374 BG, das im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) über die AiF aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurde.

Unser Dank gilt auch allen Firmen und deren Mitarbeitern für die tatkräftige Unterstützung bei der Bearbeitung des Projektes.