Def@ShapeCAT: Berücksichtigung von Bauteilverformungen in der gestaltbasierten Toleranzsimulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Benjamin Schleich
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469126611

Aufgrund unvermeidbarer Fertigungsungenauigkeiten sind geometrische Abweichungen an jedem gefertigten Bauteil beobachtbar. Die Toleranzanalyse bietet ein Werkzeug, um die Auswirkungen dieser Bauteilabweichungen auf die Funktion mechanischer Baugruppen und Produkte quantitativ zu bewerten. Dieses Werkzeug wird neben seiner starken Verbreitung in der Produktentwicklung zur Unterstützung der Vergabe funktionaler Toleranzen ebenso in der Vorserien- und Serienentwicklung genutzt, um die Prozessplanung, die Toleranzverifikation, die Fehler-Ursachen-Untersuchung und die Fertigungs- und Montageprozessoptimierung zu unterstützen. Aufgrund dieser Bedeutung wurden in der Vergangenheit verschiedene Verfahren und Methoden zur Toleranzanalyse erarbeitet, die allerdings allesamt schwerwiegende Schwachstellen und Einschränkungen teilen. Als Reaktion darauf wurde in den letzten Jahren ein Rahmenwerk für die gestaltbasierte Toleranzanalyse auf Basis sog. Skin Model Shapes entwickelt, das diese Schwächen bestehender Verfahren, wie die mangelnde Übereinstimmung mit internationalen Tolerierungsnormen und die fehlende Berücksichtigung von Formabweichungen, überwindet. Allerdings ist dieses methodische und rechnerunterstütze Rahmenwerk bisher auf die Analyse der Abweichungen starrer Bauteile beschränkt, obwohl gemeinhin anerkannt ist, dass sich diese Abweichungen mit weiteren physikalischen Effekten, wie Temperaturausdehnung und Verformungen überlagern. Um dies zu überwinden zielt das vorliegende Projekt auf die grundlagenwissenschaftliche Erarbeitung von neuen Ansätzen und Verfahren zur Berücksichtigung von Bauteilverformungen in der gestaltbasierten Toleranzanalyse auf Basis von Skin Model Shapes ab. Insbesondere sollen neue Methoden für die Berücksichtigung von strukturellen und lokalen Bauteilverformungen und deren Wechselbeziehungen mit geometrischen Bauteilabweichungen in der Toleranzanalyse erarbeitet werden. Diese Methoden werden zudem in einer prototypischen Applikation für die Toleranzanalyse auf Basis von Skin Model Shapes implementiert, um deren Anwendbarkeit nachzuweisen. Zusammenfassend wird das Projekt somit deutlich zum wachsenden Bedarf an anspruchsvollen Methoden des rechnerunterstützten Toleranzmanagements beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen