Tolerance optimization of statically under- and over-constrained assemblies (TolOpt)
Third party funded individual grant
Acronym: TolOpt
Start date : 01.08.2018
End date : 31.01.2021
Extension date: 30.04.2021
Project details
Scientific Abstract
Auch wenn in Serie gefertigte Produkte scheinbar gleich sind, unterliegt jedes einzelne Produkt geometrischen Abweichungen, die sowohl die Funktion, als auch die vom Kunden wahrgenommene Qualität beeinflussen. Technisch zulässige Bauteilabweichungen werden dabei im Rahmen der Toleranzspezifikation derart eingeschränkt, dass die geforderten Produktanforderungen erfüllt werden. Da unnötig kleine Toleranzen die Fertigungskosten jedoch in die Höhe treiben, ist die Toleranzspezifikation stets eine Gratwanderung nach dem Motto “so eng wie nötig, so weit wie möglich“. In diesem Kontext zielt die Toleranzsynthese darauf ab, bei gegebenen Randbedingungen Toleranzen so zu vergeben, dass sowohl technische, als auch wirtschaftliche Gesichtspunkte bestmöglich erreicht werden.
In den vergangenen Jahren wurden daher unterschiedliche Toleranzsyntheseverfahren entwickelt, die diesen Zielkonflikt lösen sollen. Diese Verfahren weisen jedoch einige Unzulänglichkeiten auf. So gibt es beispielsweise keine Strategien wie statisch über- oder unterbestimmte Baugruppen behandelt werden sollten. Dabei werden bei Konstruktionen immer wieder Bauteile gezielt statisch unter- bzw. überbestimmt verbaut. Da bestehende Ansätze eine simultane Toleranzoptimierung von mehreren Schließmaßen ebenfalls kaum zulassen, herrscht hier weiterhin Forschungsbedarf. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird daher ein Vorgehen zur Toleranzoptimierung statisch unter- und überbestimmter Baugruppen mit mehreren Schließmaßen erarbeitet. Dieses Ziel wird erreicht, indem zuerst untersucht wird welche Einflussfaktoren die statische Bestimmtheit eines Systems beeinflussen können. Dabei wird besonderes Augenmerk darauf gelegt inwieweit sich unterschiedliche Einflussgrößen gegenseitig beeinflussen. Anschließend werden Methoden zur statistischen Toleranzsynthese sowohl für statisch unter- als auch statisch überbestimmte Baugruppen erarbeitet und jeweils an einer Demonstratorbaugruppe beispielhaft angewendet. Die wissenschaftliche Herausforderung bei statisch unbestimmten Baugruppen liegt darin, die Einflussgrößen und deren Wechselwirkungen mathematisch adäquat zu beschreiben, sodass mit Hilfe geeigneter Algorithmen die Toleranzoptimierung erfolgen kann. Anschließend werden die erarbeiteten Methoden auf Baugruppen mit mehreren Schließmaßen erweitert, sodass die simultane Toleranzoptimierung gesamter Baugruppen erfolgen kann.
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind somit verifizierte Methoden, die eine Toleranzoptimierung von statisch unter- und überbestimmten Baugruppen mit mehreren Schließmaßen erlauben. Durch den Einsatz dieser Methoden können zeit- und kostenintensive Iterationen vermieden werden, da Toleranzen schon zu Beginn der Produktentwicklung bestmöglich vergeben werden.