Neue Vorgehensweise für methodisches Toleranzmanagement an mechatronischen Komponenten

Forschungsprojekt “TolMan”

Bild Fehler in der Produktion verursachen Kosten – insbesondere bei mechatronischen Komponenten. Das Toleranzmanagement soll diese reduzieren, ein computergestütztes Verfahren zur Berücksichtigung aller Einflüsse gibt es bisher dafür jedoch nicht. Mit dem Forschungsprojekt “TolMan” leisten die Beuth Hochschule für Technik Berlin und die Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin einen großen Beitrag, um der Industrie dieses nun bereitzustellen. Das Projekt ist gefördert durch das Institut für angewandte Forschung Berlin (IFAF). Projektpartner sind OSRAM, Te Connectivity, Phoenix Contact Electronics und Dynardo sowie CADFEM und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg als assoziierte Projektpartner.

Die Sicherstellung der Produkt-Qualität, -Funktion und -Fertigungsfähigkeit erfolgt maßgeblich mittels Festlegung und Umsetzung von geometrischen Toleranzen der Einzelteile und Baugruppen. Bedeutendes Entwicklungswerkzeug ist die Toleranzanalyse mit Rückführung fertigungsbedingter Abweichungen in das Toleranzmodell bzw. -design aus der Qualitätssicherung. Geeignetes Toleranzmanagement führt zu Prozess-Vereinfachung und Kostensenkung in Fertigung und Montage, da Toleranzvorgaben den Betriebsmitteleinsatz sowie Abläufe wie die Montagereihenfolge und die intelligente Anordnung von Einzelteilen und Baugruppen maßgeblich beeinflussen. Eine bisher nicht verfügbare computergestützte Umsetzung von Richtlinien zur optimalen Toleranzfestlegungen würde dieses beheben. Basishaft zeigen sich ebenfalls die Zusammenführung von Toleranzoptimierung mit real vermessenen, geometrischen Verteilungsfunktionen sowie Kopplung mit elektromechanischen Eigenschaften.

Die Forscher der beiden Berliner Hochschulen entwickeln im Rahmen des “TolMan”-Forschungsprojekts deshalb das dringend benötigte computergestützte Toleranzmanagement für Konstruktion, Produktion und Montage. Dazu wird das übliche Toleranzmodell mit den real gemessenen Bauteilverformungen ergänzt und gekoppelt, um daraus eine neue Betrachtungsweise bzw. ein Simulationswerkzeug für das Toleranzmanagement bereitzustellen. Methodisch werden dazu die Messdaten der realen Bauteileigenschaften in Toleranzanalysen überführt und anhand dieser ein neues Toleranzmodell erstellt. Im Anschluss erfolgt dessen Validierung und – darauf basierend – die Optimierung der relevanten Zielgrößen über z.B. Metamodelle. Den Abschluss des Forschungsprojekts bildet die Definition einer Richtlinie für eine allgemeingültige Tolerierungsmethode. Per Leitfaden kann dann ein fertigungs- und kostenoptimiertes Toleranzdesign insbesondere für mechatronische Systeme erarbeitet werden. Unter anderem Produkt-Miniaturisierungen und Kosteneinsparung ließen sich so gezielt schneller vorantreiben.

Geleitet wird das vom IFAF geförderte Projekt von Prof. Dr.-Ing. Karsten Pietsch, Beuth Hochschule für Technik Berlin, und Prof. Dr.-Ing. Bernd Gawande von der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. Die Koordination erfolgt durch das Kompetenzzentrum Ingenieurwissenschaften. Projektpartner sind die Berliner Unternehmen bzw. Niederlassungen von OSRAM, TE Connectivity und PHOENIX CONTACT Electronics sowie Dynardo aus Weimar. Assoziierte Projektpartner sind CADFEM und die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit ihrem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik, Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack. Die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse ist für den 31.03.2020 vorgesehen.

Zu den Projektwebseiten:
– https://www.ifaf-berlin.de/projekte/tolman/
– https://projekt.beuth-hochschule.de/tolman/

11. SAXSIM – SAXON SIMULATION MEETING. Chemnitz, 26.03.2019:
– https://monarch.qucosa.de/landing-page/?tx_dlf[id]=http%3A%2F%2Fmonarch.qucosa.de%2Fapi%2Fqucosa%253A34094%2Fmets