Software: CAD - Tutorial - Optimierung - Toleranzen im CAD-Modell

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Toleranzberechnungen im CAD-Modell

Die bisherige Dimensionierung der Biegefeder unter Einbeziehung der numerischen Optimierung berücksichtigte nur idealisierte, "exakte" Nennwerte für die Abmessungen und Materialeigenschaften:

• Natürlich ist es praktisch unmöglich, "exakte" Nennwerte für ein Bauteil zu realisieren.
• Betrachtet man die tatsächlich auftretenden Werte an einer Menge "gleicher" Bauteile, so bewegen sich diese Werte in gewissen Streubereichen um ihre Nennwerte:
  1. Toleranz = Breite des Streubereiches (nur Betrachtung der Grenzwerte!)
  2. Streuung = konkrete Verteilungsdichtefunktion (Häufigkeitsverteilung im Toleranzbereich)

Stand der Technik in CAD-Systemen ist die Berücksichtigung der Toleranzgrenzen für Modell-Parameter ohne die zugehörigen Verteilungsdichtefunktionen innerhalb dieser Grenzen. Die Möglichkeiten zur Toleranz-Analyse sind dabei sehr beschränkt, wie man am Beispiel von Autodesk Inventor sieht:

• Es existieren Tools zur Berechnung linearer Toleranzketten, wobei man diese Toleranzketten ohne Bezug auf vorhandene Modellgeometrie definieren muss (MFL > Konstruktion > Berechnung > Toleranzberechnung):
  
• Nur für Modellparameter (d.h., die "direkten" Maß-Parameter) können Toleranzen definiert werden:
  
• Für jede Bemaßungsgröße kann man einzeln manuell festlegen, welcher konkrete Wert aus ihrem Toleranzbereich im CAD-Modell benutzt wird ("ausgewertete Größe": oberer/unterer Wert, Medianwert, Nennwert). Dies ermöglicht die Berechnung von nichtlinearen Toleranzketten, wobei man untere und obere Grenze von Schlussmaßen getrennt ermitteln muss, was umständlich und fehleranfällig ist.
• Für die zusätzlich definierten Benutzerparameter können nur Nennwerte verwendet werden. Toleranzen z.B. von Material-Eigenschaften können also nicht direkt im CAD-Modell berücksichtigt werden.

Fazit:

• Möglichkeiten zur Untersuchung der Auswirkungen von Parameter-Streuungen auf das Verhalten des CAD-Modells sind im CAD-Programm nur ansatzweise implementiert.
• Universelle externe Tools zur Toleranz-Analyse (z.B. OptiY) ermöglichen die im Rahmen der Six-Sigma-Methode erforderlichen, modellbasierten statistischen Analysen.

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