Paradigmenwechsel in der konstruktionsnahen Berechnung

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Simulationsgetriebener Designansatz erforderlich

Darüber hinaus stellt sich die Frage, ob CAD-integrierte Berechnungsmethoden überhaupt die für einen Konstrukteur interessanten Fragen beantworten können. Für den Konstrukteur ist von Interesse, wo die relevanten Lastpfade liegen, an welchen Stellen Material eingespart werden kann, ohne die Integrität der Konstruktion zu beeinträchtigen, wo Material hinzugefügt werden muss, damit die Konstruktion trägt oder an welcher Position eine Sicke eingefügt werden sollte, um die Eigenfrequenz zu erhöhen.

Um diese für den Konstrukteur relevanten Fragen zu adressieren, ist ein simulationsgetriebener Designansatz erforderlich. Inverse Entwicklungsmethoden wie die Materialauslegung durch Topologieoptimierung oder die Dimensionierung durch freie Formoptimierung sind geeignete Methoden, um ein simulationsgetriebenes Design zu erstellen. Werden diese bereits in der Konzeptphase eingesetzt, können Iterationen zwischen Konstruktion und Berechnung eingespart werden.

Wesentliche, die Konstruktion betreffende Fragen, können so vom Konstrukteur auf direktem Wege selbst beantwortet werden und er muss für die nächste Konstruktionsphase oder Optimierung nicht mehr auf die Ergebnisse der Berechnungsabteilung warten.

Die konstruktionsnahe Entwicklung in der Praxis

Ein Beispiel für eine konstruktionsnahe Berechnung und Optimierung liefert ein vor kurzem durchgeführtes Projekt aus dem Automobilumfeld von des Ingenieurbüros belCAT Ingenieurbüro Stuttgart aus Stuttgart für die Firma Bosch.

In diesem Projekt sollte der Ventilhebel (Werkstoff: 42CrMo4) einer schelllaufenden Kolbenexpansionsmaschine lastgerecht und gewichtsoptimiert entworfen werden. Um den Ventilhebel, von dem insgesamt 30 Stück als Prototypen erstellt werden sollten, möglichst schnell und kosteneffizient fertigen zu können sollte auf die dem Musterbau zur Verfügung stehenden Fertigungsverfahren (Fräsen, Schmieden, Wasserstrahlschneiden, Blechumformung und Erodieren) zurückgegriffen werden. Wegen der geringen Stückzahl und aus Kostengründen wurden die Fertigungsverfahren Schmieden und Erodieren von vornherein ausgeschlossen. (Optimierung des Bauteils mit der Altair HyperWorks Suite)