Möglichkeiten der Rechnerunterstützung bei der last- und fertigungsgerechten Verrippung technischer Kunststoffbauteile

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist heute fest in den Konstruktions- und Entwicklungsprozeß technischer Bauteile eingebunden. Die Ergebnisse solcher Struktursimulationen verwendet der Konstrukteur, um die vorliegende Bauteilgeometrie in einem iterativen Prozeß optimal an die jeweilige Lastsituation anzupassen. Mit steigender Rechnerleistung sind in den letzten Jahren eine Reihe von Ansätzen entwickelt worden, mit denen dieser zeitaufwendige Optimierungsvorgang zumindest teilweise auf den Rechner verlagert werden kann. Mit solchen Algorithmen lassen sich heute sowohl lastadaptierte Grobentwürfe für ein Bauteil erzeugen, als auch bestehende Bauteile nachträglich optimieren. Wenn viele dieser Optimierungsverfahren auch unter rein mechanischen Gesichtspunkten zu beeindruckenden Ergebnissen gelangen, so können fertigungsspezifische Randbedingungen in der Regel nicht oder nur sehr eingeschränkt berücksichtigt werden. In der vorliegenden Arbeit werden aus diesem Grund zwei unterschiedliche Ansätze untersucht, die den Konstrukteur bei einem typischen Teilaspekt der Konstruktion von Kunststoffbauteilen, nämlich der Positionierung von versteifenden Rippen, unterstützen sollen. Auf Basis eines bestehenden Optimierungsverfahrens, dem sogenannten SKO-Verfahren (Soft-Kill-Option) wird eine geeignete Rippenstruktur automatisch auf Basis von FEM-Rechnungen erzeugt. Es zeigt sich allerdings, daß verschiedene spezifische Eigenschaften dieses Ansatzes das SKO-Verfahren als nur bedingt geeignet für eine automatische Verrippung erscheinen lassen. Im zweiten Teil der Arbeit wird deshalb ein neues Verfahren entwickelt, das auf Basis einer Energiebetrachtung an jedem Punkt des Bauteils den lokal optimalen Rippenverlauf bestimmt und in einem Designvorschlag umsetzt. In einem interaktiven Prozeß kann der Konstrukteur anhand dieser Informationen über eine graphische Schnittstelle eine geeignete Rippenstruktur erzeugen. Dabei lassen sich auch fertigungsspezifische Restriktionen berücksichtigen. Anhand mehrerer Beispiele werden beide Verfahren erläutert und diskutiert.