Ein wichtiges Ziel des Forschungsprojektes ist die Bereitstellung einer Methodik und damit einer ganzheitlichen Vorgehensweise zum Toleranzmanagement für mechatronische Komponenten. Dies betrifft besonders die Produktentwicklung in der die Geometrie und die erforderlichen Prozesse eines mechatronischen Produktes festgelegt werden. Jedes Produkt das konstruiert, gefertigt und montiert wird, weicht in seinen Eigenschaften von den erdachten oder entwickelten Idealeigenschaften ab, die sich dann auf Produkteigenschaften auswirken. Bestimmte Produkteigenschaften können als funktionelle Toleranzketten betrachtet, so dass die Auswirkungen der Abweichungen nicht nur geometrischer Funktionsgrößen analysiert werden können. Beispielsweise ist die Verriegelungskraft eines Steckverbinders nicht nur von dem Hinterschnitt einer Verriegelungsnase abhängig, sondern auch von den Materialeigenschaften der Bauteile. Diese Betrachtungsweise ist in dem jetzigen Stand der Technik selten und wird wenig in dem Produktentstehungsprozess und der zugehörigen Toleranzbetrachtung einbezogen. Mit der im Projekt beteiligten Hochschule werden die Geometriemerkmale mit der Fertigungsmesstechnik für die Simulationsmodelle hier als Toleranzmodelle bezeichnet erfasst. Damit ist eine Validierung der Simulationsmodelle mit vorhanden gefertigten Bauteilen oder speziell gefertigten Grenzmustern möglich.

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Abb. 1: Visualisierung der Projektvorgehensweise zur Erstellung der Richtlinie

Die Abb. 1 verdeutlicht die Vorgehensweise, dass nach der Identifikation der wesentlichen Produktmerkmale zunächst ein Toleranzmodell erarbeitet wird. Das Toleranzmodell hat den Zweck die wichtigsten Beitragsleister der betrachteten Produkteigenschaften und Merkmale zu erfassen. Dieses Toleranzmodell soll in der Lage sein, auch Verformungen der Bauteile durch die Montage oder durch äußere Belastung in die Toleranzanalyse mit einbeziehen zu können. Die strukturmechanische Simulation mit der Finiten Elemente Methode (FEM) ermöglicht beispielsweise das Verformungsverhalten einer Komponente bei der Montage berechnen zu können. Aus dem Computersimulationsmodell kann ein einfacheres Metamodell, das ausreichende Genauigkeit und minimale Rechenzeit aufweist, erzeugt werden. Dieses Metamodell kann dann in die Toleranzsimulation integriert werden, um zusätzlich die Abweichungen durch verformbare Teile zu berücksichtigen. Mit der messtechnischen Erfassung der ausgeführten Produkte der Kooperationspartner oder extra angefertigte Prototypen als Referenz bzw. Grenzmuster kann das Toleranzmodell validiert werden. Die an der HTW vorhandene Fertigungsmesstechnik bzw. Koordinatenmesstechnik ist in der Lage mit abgestimmten Messstrategien nicht nur die Streuung zu erfassen, sondern auch die vorliegenden Verteilungen der Bauteileigenschaften bereitzustellen. Mit der durchgeführten Toleranzsynthese oder Toleranzoptimierung kann die mechatronische Komponente gezielt verbessert werden. Die resultierende Richtlinie, die ein abgestimmte Vorgehensweise beschreibt, kann insbesondere das Verhalten der Produkte vorhersagen und es kann mit den statistischen Verteilungen eine Aussage darüber getroffen werden, wieviel von den gefertigten Produkten mit Ihren Abweichungen die vorgegeben Grenzen der Produkteigenschaften einhalt