Allgemeines

Im Kontext von Produktentwicklung, Fertigung und Prüfung nimmt die Abhängigkeit von einer effizienten Prozessführung zu, die eng mit dem umfassenden Einsatz rechnergestützter Werkzeuge verbunden ist. Der Einsatz von Computer Aided Design (CAD) und Solid Modeling spielt bei dieser technologischen Entwicklung eine zentrale Rolle. Diese Werkzeuge ermöglichen eine präzise Modellierung der nominalen Produktgeometrie, wobei die Funktionalität dieser Werkzeuge im Laufe der Jahrzehnte ständig erweitert wurde. Es besteht jedoch eine Diskrepanz zwischen der Genauigkeit real gefertigter Produkte und ihrer nominellen Konstruktion. Eine wesentliche Einschränkung der derzeitigen Werkzeuge und Methoden ist die unzureichende Berücksichtigung geometrischer Variationen, die während des Fertigungsprozesses oder im Betrieb auftreten können. Dieses Problem führt zu Inkonsistenzen in den Bauteilgeometrien und damit zur Nichteinhaltung internationaler Toleranzstandards. Um dieser Herausforderung zu begegnen, konzentriert sich das vorgeschlagene Projekt „Berücksichtigung von Bauteilverformungen in der konstruktionsbasierten Toleranzsimulation“ (Def@ShapeCAT) auf das Konzept der Skin Model Shapes. Dieser innovative Ansatz wurde als neues Paradigma für die Modellierung der Produktgeometrie unter Berücksichtigung der Formvariabilität auf der Basis diskreter Geometriedarstellungsschemata entwickelt. Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt zielt darauf ab, die Lücke zwischen theoretischem Design und praktischen Fertigungsergebnissen zu schließen und diese stärker an internationale Standards anzupassen.

Ziele

Mit den steigenden Anforderungen an die Fertigung und Montage komplexer Bauteile sind Präzision und Zuverlässigkeit zu entscheidenden Faktoren geworden, um die Produktqualität zu gewährleisten und die Kundenerwartungen zu erfüllen. Darüber hinaus hat die Notwendigkeit, die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen, zu einer starken Verlagerung hin zur frühzeitigen Erkennung und Lösung von Problemen in der Konstruktionsphase geführt, um die Produktentwicklungszeiten zu verkürzen. Als Antwort auf diese Herausforderungen zielt dieses Projekt darauf ab, das Konzept der Skin Model Shapes für die Modellierung der realen physischen Werkstückoberfläche im Gegensatz zum nominalen Modell zu nutzen. Dieser Ansatz konzentriert sich auf die Oberflächenmodellierung mit Hilfe von Konstruktionswerkzeugen, die Simulation und mathematische Modellierung integrieren, um eine realistische und virtuelle Vorhersage der Auswirkungen von geometrischen Bauteilvariationen und Toleranzvorgaben auf wichtige Produkteigenschaften und schließlich das Gesamtproduktverhalten zu ermöglichen.

Trotz zahlreicher Forschungsarbeiten zu geometrischen Bauteilabweichungen hat die Fokussierung auf isolierte Betrachtungen sowohl während der Fertigung als auch im Betrieb häufig zu suboptimalen Ergebnissen geführt. In diesem Projekt wird versucht, den Anwendungsbereich zu erweitern, indem potenzielle Bauteilabweichungen, die während des Herstellungsprozesses auftreten können, sowie die Möglichkeit elastischer Bauteilverformungen während des Betriebs berücksichtigt werden. Das Projekt zielt darauf ab, neue Ansätze und Methoden zu entwickeln, um diese beiden Phänomene der Bauteilabweichung und -verformung zu integrieren, um ein umfassenderes und effektiveres Management geometrischer Variationen auf der Basis von Hautmodellformen zu ermöglichen.