Katharina Klein

• Der Einsatz von automatisierten Shuttlesystemen in Hochregallagern, insbesondere bei Systemen mit kleinen Ladeeinheiten, ist in den letzten Jahren stark angestie- gen. Spezifisch für den Einsatz von Shuttle-Systemen im Vergleich zu konventionellen Regalbediengeräten ist die erhöhte zyklische Belastung der Tragkonstruktion des Re- gallagers selbst. Die Shuttle-Fahrzeuge bewegen sich auf Fahrschienen im Regallager, die gleichzeitig zum Lastabtrag der eingelagerten Güter in die Regalstützen beiträgt. Durch diese deutlich erhöhte zyklische Beanspruchung rückt die Gefahr des Ermü- dungsversagens in den Vordergrund. Anstelle eines kostenintensiven Monitorings der relevanten Bauteile über die gesamte Lebensdauer der Regalanlage ist vielmehr die Sicherstellung der Ermüdungsfestigkeit bereits in der Planungsphase naheliegend. Die Besonderheiten der ermüdungsbeanspruchten Regalbauteile liegen unter anderem in der Verwendung dünnwandiger, kaltgeformter, nicht geschweißter sowie verzinkter Bauteile, die zudem eine Vielzahl von Kerben ausweisen. Diese resultieren zum einen aus den engen Biegeradien und zum anderen aus den für Regalbauteile typischen Stanzungen. In diesem Projekt wurde zunächst eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt, um ein geeignetes Nachweiskonzept für die Ermüdungsbeanspruchung von automati- sierten Hochregallagern mit Shuttle-Systemen zu identifizieren. Dabei kristallisierte sich das Kerbdehnungskonzept aufgrund seiner hohen Flexibilität und umfassenden Anwendbarkeit als geeignetes Konzept heraus. Bei diesem Konzept können die zahl- reichen Eingangsparameter in den Nachweis sowohl analytisch abgeschätzt als auch numerisch und/oder experimentell ermittelt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt, um eine geeignete Vorgehensweise bei der Nachweisführung ermitteln zu können. Da- zu zählen unter anderem dehnungsgeregelte Wöhlerversuche, Incremental Step Tests und spannungsgeregelte Wöhlerversuche sowie zahlreiche Voruntersuchungen wie Ei- genspannungsmessungen, Rauheitsmessungen und Härtemessungen. Die numerischen Untersuchungen umfassten neben der Simulation des Herstellungsprozesses der Fahr- schiene auch rein elastische sowie elastisch-plastische Volumenelementsimulationen und Simulationen mit Schalenelementen. Dadurch ergibt sich eine große Variations- breite der Eingangsparameter für den Nachweis. Ein Ziel der Arbeit ist es, die wesentlichen Unterschiede für die auf verschiedenste Weise ermittelten Eingangsparameter zu identifizieren und zu analysieren, wie sich die Ermittlung eines Eingangsparameters, d. h. analytisch, experimentell oder numerisch, auf die rechnerische Lebensdauer auswirkt. Weiterhin sollen Empfehlungen für die ei- gentliche Ermittlung dieser Eingangsparameter gegeben werden, um unterschiedliche Vorgehensweisen bereitzustellen, die sich im numerischen und experimentellen Auf- wand und der daraus resultierenden rechnerischen Lebensdauer unterscheiden. Dies wurde durch eine umfangreiche Parameterstudie und Sensitivitätsanalyse realisiert. Diese Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, durch das flexible und vielseitige Kerb- dehnungskonzept zu navigieren, um die geforderte Lebensdauer der Fahrschiene eines automatisierten Hochregallagers wirtschaftlich und zuverlässig zu ermitteln.
• The use of automated shuttle systems in high-bay warehouses, particularly in systems with small load units, has increased significantly in recent years. One of the particular attributes of shuttle systems compared to conventional stacker cranes, or even manual storage, is the cyclical load on the supporting structure of the racking system itself. The shuttle vehicles move on rails in the racking system, which also serves to transfer the load to the rack supports for the stored goods. This greatly increases cyclic load on the racking components, brings the risk of fatigue failure to the forefront. Instead of cost extensive monitoring methods of the relevant components over the entire service life of the racking system, it is more cost effective to ensure fatigue resistance in the design phase. The characteristics of components subject to fatigue loading include the use of thin-walled, cold-formed, and galvanized components, which are generally not welded. Other attributes include the large number of notches resulting from the tight bending radii on one hand and the numerous punched holes typical of racking systems on the other. In this project, extensive scholarly research was carried out to identify a suitable fa- tigue analysis for the fatigue loading of automated high-bay warehouses with shuttle systems. The local strain approach emerged as a appropriate concept due to its high flexibility and comprehensive applicability. This concept is characterized by it abili- ty to have numerous input parameters of the fatigue analysis that can be estimated analytically, as well as determined numerically and/or experimentally. As part of this work, extensive experimental and numerical investigations were conducted to deter- mine a suitable procedure for fatigue analysis. These investigations included strain- controlled Wöhler tests, incremental step tests, and stress-controlled Wöhler tests, as well as numerous preliminary investigations, such as residual stress measurements, roughness measurements, and hardness measurements. In addition to simulating the manufacturing process of the rail, the numerical investigations included purely elastic and elastic-plastic volume element simulations and shell element simulations. This resulted in a wide range of input parameters for the fatigue analysis. The objective of the presented work is, among other aspects, to identify the essen- tial differences for the input parameters determined in various ways and to analyse how the determination of an input parameter, i.e. analytically, experimentally or nu- merically, affects the calculated service life. Furthermore, recommendations for the analytical, experimental, or numerical determination of these input parameters are to be given in order to provide different procedures that vary in numerical and ex- perimental effort and the resulting calculated service life. This has been conducted through an extensive parameter study and sensitivity analysis. This work is intended to contribute to navigating through the flexible and versatile local strain approach in order to determine the required service life of the rails of an automated high-bay warehouse, economically and reliably.