7 Einblicke in den Konstruktions- und Simulationsprozess

• Zielsetzung formulieren in Form eines Pflichtenheftes

• Lösung entwickeln als Optimum innerhalb der jeweils vorgegebenen Randbedingungen

• Produkt der Konstruktionsarbeit sind Pläne oder Verfahrensbeschreibungen, z.B. in Form von technischen Zeichnungen

• Phasen im Konstruktionsprozess:

  Planen -> Konzipieren -> Entwerfen -> Ausarbeiten

• Der Detailierungsgrad der Entwicklung sinkt dabei

55 % Material

25% Personal

13% Maschine

7% Werkzeug

1. Aufgabenstellung

2. Bauteilanforderungsliste (Betriebstemperatur, Belastungen, Umgebungsbedingungen)

3. Transformation der Bauteilanforderungen (Fertigungsverfahren, Anwendungsbereich)

4. Werkstoffgrundauswahl

5. Anforderungsprofilmatrix für Werkstoffe

• feste Randbedingungen (z.B. Anschlussgeometrie)

• Mindestanforderung (z.B. E-Modul)

• Wunschforderung (z.B. Farbe)

1. Hilfsmittel zur Werkstoffauswahl

• Datenbanken

• Recherchen

• Praxisnahe Laborversuche

1. Werkstoffauswahl

• Schnappverbindungen

• Scharniere

• Gleitlager

• Schraubverbindungen

• Klebverbindungen

• Rippen

• Pressverbindungen

• Zahnräder

• Einlegeteile

• Schweißverbindungen

• Preisinformationen

• Verarbeitbarkeit

• Wirtschaftlichkeit des Fertigungsverfahrens

• Angaben zu Medienbeständigkeit bei gleichzeitiger mechanischer Belastung

• Erfahrungswerte

• Gewicht

• Materialeinsatz (Kosten)

• Funktionsintegration

• Dämpfung

-> Zur hinreichenden Auslegung müssen zahlreiche Einflussgrößen berücksichtigt werden

Was wird unter Dimensionierung verstanden?

Dimensionierung kann verstanden werden als das Festlegen aller Maße (Dimensionen) eines Bauteils, bei dem ein Versagen unter der erwarteten Last nicht auftritt.

Was ist Versagen?

Ein Versagen liegt vor, wenn das Eigenschaftsprofil des Werkstoffes vom Anforderungsprofil des Bauteils abweicht und eine vollständige Funktionsweise des Bauteils nicht mehr sichergestellt werden kann.

Analytische/ vereinfachte Berechnung

• Vordimensionierung

• Auslegung einfacher Bauteile

• zulässig bei kleinen Verformungen

numerische Berechnung/ Überprüfung

• numerische Methode

• komplexe Geometrien

• Erfassung von Nichtlinearitäten

empirische/ experimentelle Überprüfung

• Bauteiltests

• Vergleich mit ähnlichen Bauteilen

• basiert auf Expertenwissen

Zulässige Spannung (Festigkeitsnachweis):

Zulässige Dehnung (Steifigkeitsnachweis):

Geometrieerstellung -> Preprocessing -> FE-Berechnung -> Postprocessing

Vorteile:

• Analyse sehr komplexer Systeme

• Funktionalität, Stochastik, einzelne Parameter

• Extremsituationen

• Dynamisches Systemverhalten

• Kostengünstiges Experimentierfeld

Nachteile:

• Aufwand

• reduzierte Abbildung der Realität

• Bewertung und Interpretation

-> Herausfoderungen bei der Simulation

• Konsequente Umsetzung

• Verteilungsform der Eingangsdaten

• Ergebnisanalyse

• Vernachlässigung entscheidender Systemparameter

Füllverhalten

• Analyse der Füllbarkeit

• Materialauswahl

• Angussbalancierung

• Identifikation von Bauteilfehlern

Rheologische Auslegung

• Füllverhalten des Bauteils

• Füllzeit, Zykluszeit

• Angussposition

Mechanische Auslegung

• Berechnung von Schließkräften

• Werkzeugverformung

Thermische Auslegung

• Definition der Kühlkanäle

• Temperaturverteilungen

SS2022: E-Modul bestimmen

SS2020: zulässiger Hinterschnitt, Querkraft Q, axiale Fügekraft F

WS20-21: Schließkraft F

WS19-20: Schließkraft F