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" Werte 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)
• Um unliebsame Überraschungen bei der späteren Fertigung und Nutzung einer Konstruktion zu vermeiden, sollte möglichst schon mit dem CAD-Modell eine Analyse zu den Auswirkungen der bekannten bzw. geplanten Toleranzen erfolgen!

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

• Nur für Baugruppen existieren Tools zur Berechnung linearer Toleranzketten, wobei man diese Toleranzketten ohne Bezug auf vorhandene Modellgeometrie definieren muss (MFL > Konstruktion > Berechnung > Toleranzberechnung):
  

  Hinweis: Ist die MFL-Registerkarte "Konstruktion" leer, so liegt das an den überflüssigen Hintergrundprozessen von Autodesk Inventor! Dann sollte man die laufende Inventor-Applikation beenden und mittels Taskmanager alle Autodesk Inventor-Prozesse beenden.

  Hinweis: Die inzwischen unter MFL > Konstruktion > Analysieren verfügbare Toleranzanalyse ist eine kostenpflichtige Erweiterung, die aber bei einer Bildungslizenz enthalten ist (Wer möchte kann dies gerne ausprobieren). Der zusätzliche Funktionsumfang ist dafür eher gering und beschränkt sich im Wesentlichen auf eine bessere Übersicht durch Anzeigen der Toleranzkette im 3D-Modell sowie die Verfügbarkeit zusätzlicher Verteilungsdichtefunktionen, welche wir mit OptiY ebenfalls umsetzen können.

• In Bauteilen können nur für Modellparameter (d.h., die "direkten" Maß-Parameter) 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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