Software: CAD - Tutorial - Bauteil - Toleranzen

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Toleranz als Eigenschaft von Modellparametern

Bei der Entwicklung des CAD-Modells haben wir bisher nur exakte Zahlenwerte für Maße und Materialparameter verwendet. Bei diesen "geplanten" exakten Zahlenwerten handelt es sich um Nennmaße oder im verallgemeinerten Sinn um Nennwerte.
Leider ist ein exakter Nennwert praktisch nie realisierbar. Deshalb muss für jeden Nennwert ein Wertebereich (Toleranzfeld) definiert werden, dessen Einhaltung garantiert, dass die Funktionalität der Lösung gewährleistet ist. Diesen zulässigen Wertebereich bezeichnet man auch kurz als Toleranz. Man unterscheidet unterschiedliche Toleranz-Typen:

• Maßtoleranzen
• Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächenangaben
• Funktionale Toleranzen (Bauelement-Parameter [z.B. R, C, L], Material-Kennlinien, Wandler-Kennfelder, Übertragungsfunktionen)

Wichtig für die Kommunikation sind die in der DIN ISO 286 für Maßtoleranzen definierten Begriffe:

Diese Begriffe kann man sinngemäß z.B. auch auf funktionale Toleranzen anwenden, indem man darin "maß" durch "wert" ersetzt.

Am Beispiel des Autodesk Inventor soll gezeigt werden, wie prinzipiell die allgegenwärtigen Toleranzen bei der Entwicklung von CAD-Modellen berücksichtigt werden können. Dabei beschränken wir uns vorläufig auf geometrische Toleranzen (Maß-, Form- und Lagetoleranz sowie Oberflächenangaben):

• In jeder .ipt-Modelldatei existiert eine Tabelle mit allen Maß-Parametern, welche in den Skizzen und Elementen verwendet werden (MFL > Verwalten > Parameter):
  
• Parametername
  1. "d0" ... "dn" in der Reihenfolge der Definition (Skizzen-Bemaßung, platzieren eines Elements, Bezugnahme auf vorhandenes Maß) für Modell- und Referenzparameter. Kompliziertere platzierte Elemente besitzen eigene Parameter, welche in dieser Tabelle nicht erscheinen (z.B. Gewindebohrung), aber Lücken in der sichtbaren Durchnummerierung der Parameternamen bewirken.
  2. "individuell" definierbare Bezeichner für zusätzliche vom Benutzer definierte Variable (welche es in unserem Beispiel nicht gibt).
• Gleichung
  1. Zahlenwert, welcher für ein Maß manuell eingetragen wurde (in Skizze oder Element).
  2. Formel mit Bezug auf andere Parameternamen des CAD-Modells (mit Operatoren und konstanten Werten)
     Beispiel: d15 = d14 (d14 repräsentiert ein "getriebenes Maß" und ist deshalb als "Referenzparameter" deklariert).
• Nennwert
  • Der aktuelle Wert ergibt sich aus der Berechnung der Parameter-Gleichung.
• Toleranz
  1. Das Symbol beschreibt, welche Toleranz-Kenngröße aktuell im Modell zu verwenden ist. Die Toleranzwerte selbst sind nicht direkt sichtbar in dieser Tabelle. Der Zugriff darauf wird noch beschrieben.
  2. Toleranzsymbol:
     • Nennwert N
     • oberer Wert = Größtmaß G
     • unterer Wert = Kleinstmaß K
     • Medianwert = Toleranzmittenmaß C
• Modellwert
  • Der aktuelle Wert eines Parameters ergibt sich aus der Berechnung der Gleichung unter Berücksichtigung aller aktuell gewählten Toleranz-Kenngrößen
  • Aus den aktuellen Modellwerten ergibt sich die Geometrie mit allen ihren Eigenschaften.
  • Durch gezieltes Setzen von Extremwerten mit Hilfe der Toleranz-Kenngrößen kann man das daraus resultierende Verhalten der Konstruktion z.B. für den Worst Case analysieren (Schlussmaße, Kollisionen, Masse, Volumen, Trägheitsmomente usw.).

Der Zugriff auf die Toleranz-Werte eines Parameters erfolgt innerhalb der Parameter-Tabelle über das Feld der zugehörige "Gleichung":

• Im Toleranz-Dialog kann man den Typ der Toleranzbeschreibung festlegen (z.B. "Abmaß"). Entsprechend des gewählten Toleranz-Typs sind dann die Eingabefelder gestaltet:
  
• Damit ist es möglich, für jeden Parameter dieser Parameter-Tabelle direkt oder indirekt die Lage des Toleranzbereiches in Bezug auf den Nennwert zu definieren.
• Wichtig: Nicht definiert werden kann im Autodesk Inventor die Verteilungsdichte-Funktion innerhalb der Toleranzgrenzen im Sinne der Streuung der real auftretenden Istwerte (z.B. Normalverteilt)!

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