DE102013215746A1

DE102013215746A1 - Method for producing a connecting element

Info

Publication number: DE102013215746A1
Application number: DE102013215746.0A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Claudia-Camilla Malcher; Thomas Mueller; Philipp Emanuel Stelzig
Original assignee: ubimake GmbH
Current assignee: ubimake GmbH
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015018650A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements umfasst Schritte zum Bereitstellen von Geometriedaten zu verbindender Bauteile, zum Festlegen einer relativen Positionierung der zu verbindenden Bauteile, zum Festlegen von Randbedingungen für Teiloberflächen der zu verbindenden Bauteile, zum Berechnen einer Einhüllenden, die die zu verbindenden Bauteile umhüllt, zum Subtrahieren der zu verbindenden Bauteile von einem durch die Einhüllende eingeschlossenen Raumbereich, um ein Optimierungsraumgebiet zu erhalten, zum Übertragen der festgelegten Randbedingungen auf zu den Teiloberflächen der zu verbindenden Bauteile komplementäre Teiloberflächen des Optimierungsraumgebiets, zum Berechnen einer Geometrie für das Verbindungselement, wobei die Geometrie für das Verbindungselement als Teilmenge des Optimierungsraumgebiets berechnet wird, wobei die Geometrie mit einem Optimierungsalgorithmus so berechnet wird, dass die festgelegten Randbedingungen an den Teiloberflächen des Optimierungsraumgebiets erfüllt sind. A method for producing a connecting element comprises steps for providing geometric data for components to be connected, for determining a relative positioning of the components to be connected, for determining boundary conditions for partial surfaces of the components to be connected, for calculating an envelope which encloses the components to be connected, for Subtracting the components to be connected from a space area enclosed by the envelope to obtain an optimization space area for transmitting the specified boundary conditions to sub-surfaces of the optimization space area complementary to the sub-surfaces of the components to be connected, to calculate a geometry for the connection element, the geometry for the connection element Compound is calculated as a subset of the optimization space area, wherein the geometry is calculated with an optimization algorithm so that the specified boundary conditions at the sub-surfaces of the Opt Imierungsraumgebiets are met.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements gemäß Patentanspruch 1. The present invention relates to a method for producing a connecting element according to claim 1.

Der Entwurf und die Herstellung von Verbindungselementen ist eine zentrale Aufgabe der Ingenieurmechanik. Verbindungselemente dienen der Verbindung mechanischer Bauteile. Dabei wird eine Vielzahl von Anforderungen an Verbindungselemente gestellt. Sollen zu verbindende Bauteile relativ zueinander in fester Position gehalten werden, so muss ein Verbindungselement entsprechend starr ausgebildet sein. Soll ein Verbindungselement eine relative Bewegung zweier zu verbindender Bauteile ermöglichen, so muss das Verbindungselement beispielsweise elastisch und/oder dämpfend ausgebildet werden. Verbindungselemente können auch kinematischen Anforderungen unterliegen, um eine relative Bewegung verbundener Bauteile in festgelegte Richtungen zu ermöglichen. Daneben sollen Verbindungselemente im Allgemeinen auch wenig materialintensiv ausgebildet sein, um die Materialkosten und die Massen und Trägheitsmomente der Verbindungselemente gering zu halten. Es hat sich gezeigt, dass der Entwurf und die Herstellung individualisierter Verbindungselemente mit hohem Zeit- und Kostenaufwand verbunden sein kann. The design and manufacture of fasteners is a central task of engineering mechanics. Connecting elements are used to connect mechanical components. In this case, a variety of requirements for fasteners is made. If components to be connected are to be held in a fixed position relative to one another, then a connecting element must be correspondingly rigid. If a connecting element allows a relative movement of two components to be connected, then the connecting element must be formed, for example, elastic and / or damping. Fasteners may also be subject to kinematic requirements to allow relative movement of connected components in fixed directions. In addition, connecting elements should generally also be designed with little material in order to keep the material costs and the masses and moments of inertia of the connecting elements low. It has been found that the design and manufacture of individualized fasteners can be associated with high time and cost.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben. An object of the present invention is to provide a method for producing a connecting element. This object is achieved by a method having the features of claim 1. In the dependent claims various developments are given.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements umfasst Schritte zum Bereitstellen von Geometriedaten zu verbindender Bauteile, zum Festlegen einer relativen Positionierung der zu verbindenden Bauteile, zum Festlegen von Randbedingungen für Teiloberflächen der zu verbindenden Bauteile, zum Berechnen einer Einhüllenden, die die zu verbindenden Bauteile umhüllt, zum Subtrahieren der zu verbindenden Bauteile von einem durch die Einhüllende eingeschlossenen Raumbereich, um ein Optimierungsraumgebiet zu erhalten, zum Übertragen der festgelegten Randbedingungen auf zu den Teiloberflächen der zu verbindenden Bauteile komplementäre Teiloberflächen des Optimierungsraumgebiets, zum Berechnen einer Geometrie für das Verbindungselement, wobei die Geometrie für das Verbindungselement als Teilmenge des Optimierungsraumgebiets berechnet wird, wobei die Geometrie mit einem Optimierungsalgorithmus so berechnet wird, dass die festgelegten Randbedingungen an den Teiloberflächen des Optimierungsraumgebiets erfüllt sind. Vorteilhafterweise ermöglicht dieses Verfahren eine automatisierte interaktive Generierung einer Geometrie für ein Verbindungselement. Dadurch ist die Durchführung des Verfahrens vorteilhafterweise nur mit einem geringen Konstruktionsaufwand verbunden. Vorteilhafterweise bietet das Verfahren eine inhärente simulative Validierung der durch das Verfahren erhältlichen Geometrie für das Verbindungselement. Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass ein Verbindungselement mit der durch das Verfahren erhältlichen Geometrie an das Verbindungselement gestellte mechanische Anforderungen erfüllt. A method for producing a connection element comprises steps for providing geometric data for components to be connected, for determining a relative positioning of the components to be connected, for determining boundary conditions for partial surfaces of the components to be connected, for calculating an envelope which encloses the components to be connected, for Subtracting the components to be connected from a space area enclosed by the envelope to obtain an optimization space area for transmitting the specified boundary conditions to sub-surfaces of the optimization space area complementary to the sub-surfaces of the components to be connected, to calculate a geometry for the connection element, the geometry for the connection element Compound is calculated as a subset of the optimization space area, wherein the geometry is calculated with an optimization algorithm such that the specified boundary conditions at the sub-surfaces of the Op are fulfilled. Advantageously, this method enables automated interactive generation of geometry for a connector. As a result, the implementation of the method is advantageously associated with only a small design effort. Advantageously, the method provides inherent simulative validation of the geometry for the fastener obtainable by the method. This advantageously ensures that a connecting element satisfies the mechanical requirements imposed on the connecting element by the geometry obtainable by the method.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Festlegen eines die zu verbindenden Bauteile umgebenden verbotenen Raumbereichs, in den sich das Verbindungselement nicht erstrecken darf. Dabei wird der verbotene Raumbereich ebenfalls von dem durch die Einhüllende eingeschlossenen Raumbereich subtrahiert, um das Optimierungsraumgebiet zu erhalten. Dadurch lassen sich zusätzliche Anforderungen an die Geometrie des durch das Verfahren erhältlichen Verbindungselements vorgeben. Dies ermöglicht es, das durch das Verfahren erhältliche Verbindungselement für einen konkreten Anwendungsfall mit gegebenenfalls komplexen Erfordernissen zu optimieren. So ermöglicht das Verfahren beispielsweise eine Herstellung von Verbindungselementen, die unter beschränkten räumlichen Platzverhältnissen einsetzbar sind. In one embodiment of the method, this comprises a further step for defining a forbidden space area surrounding the components to be connected, into which the connecting element may not extend. In this case, the forbidden space area is also subtracted from the space area enclosed by the envelope to obtain the optimization space area. As a result, additional requirements can be imposed on the geometry of the connecting element obtainable by the method. This makes it possible to optimize the connection element obtainable by the method for a specific application with possibly complex requirements. For example, the method makes it possible to produce connecting elements which can be used under limited spatial conditions.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Einhüllende als konvexe Hülle berechnet. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine einfache Geometrie für die Einhüllende. Dadurch vereinfachen sich vorteilhafterweise nachfolgende Berechnungsschritte des Verfahrens. In one embodiment of the method, the envelope is calculated as a convex hull. Advantageously, this results in a simple geometry for the envelope. This advantageously simplifies subsequent calculation steps of the method.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Einhüllende in Form eines Quaders berechnet, der die zu verbindenden Bauteile umhüllt. Der Quader kann beispielsweise parallel zu Achsen eines Koordinatensystem angeordnet werden. Vorteilhafterweise besitzt die Einhüllende dadurch eine besonders einfache und übersichtliche Geometrie, wodurch sich die Erstellung der Einhüllenden wie auch die weitere Berechnung vereinfachen. In one embodiment of the method, the envelope is calculated in the form of a cuboid, which encloses the components to be joined. The cuboid can be arranged, for example, parallel to axes of a coordinate system. Advantageously, the envelope thereby has a particularly simple and clear geometry, which simplifies the creation of the envelope as well as the further calculation.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Festlegen eines Materials für das Verbindungselement. Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren dadurch eine Berücksichtigung spezieller Materialeigenschaften des für das Verbindungselement vorgesehenen Materials. Beispielsweise können eine Dichte und/oder eine Elastizität des für das Verbindungselement vorgesehenen Materials berücksichtigt werden. In one embodiment of the method, this comprises a further step for fixing a material for the connecting element. Advantageously, the method thereby enables a consideration of special material properties of the material provided for the connecting element. For example, a density and / or an elasticity of the material provided for the connecting element can be taken into account.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Berechnen der Geometrie für das Verbindungselement Schritte zum Diskretisieren des Optimierungsraumgebiets, zum Initialisieren einer Materialdichteverteilung, zum Assemblieren einer Steifigkeitsmatrix, zum Assemblieren eines Kraftvektors, zum Einprägen der Randbedingungen auf die Steifigkeitsmatrix und den Kraftvektor, zum Aktualisieren der Steifigkeitsmatrix unter Verwendung der Materialdichteverteilung, zum Berechnen einer geänderten Materialdichteverteilung, und zum Extrahieren der Geometrie aus der Materialdichteverteilung. Vorteilhafterweise ermöglicht dieser Algorithmus eine zuverlässige und robuste Berechnung einer Geometrie für das Verbindungselement. Dabei lässt sich der Algorithmus vorteilhafterweise auf einfache Weise implementieren und mit geringem Berechnungsaufwand durchführen. Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht in der inhärenten simulativen Validierung der durch das Verfahren berechneten Geometrie, die sich durch den Verfahrensschritt zur Aktualisierung der Steifigkeitsmatrix unter Verwendung der Materialdichteverteilung ergibt. In one embodiment of the method, computing the geometry for the Connecting element Steps for discretizing the optimization space area, initializing a material density distribution, assembling a stiffness matrix, assembling a force vector, impressing the boundary conditions on the stiffness matrix and the force vector, updating the stiffness matrix using the material density distribution, calculating a changed material density distribution, and Extract the geometry from the material density distribution. Advantageously, this algorithm enables a reliable and robust calculation of a geometry for the connecting element. In this case, the algorithm can advantageously be implemented in a simple manner and carried out with little computation effort. A particular advantage of the method is the inherent simulative validation of the geometry computed by the method resulting from the step of updating the stiffness matrix using the material density distribution.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Berechnen der geänderten Materialdichteverteilung ein weiterer Schritt zur Berechnung einer Beurteilungsfunktion. Dabei werden das Aktualisieren der Steifigkeitsmatrix und das Berechnen einer geänderten Materialdichteverteilung unter Verwendung der jeweils zuletzt geänderten Materialdichteverteilung solange wiederholt, bis die Beurteilungsfunktion einen festgelegten Schwellenwert erreicht hat. Damit ermöglicht das Verfahren eine iterative Optimierung der Materialdichteverteilung des durch das Verfahren erhältlichen Verbindungselements. Vorteilhafterweise erfolgt dabei während jeder Iteration eine inhärente Validierung der sich ausbildenden Geometrie des Verbindungselements. In one embodiment of the method, after calculating the changed material density distribution, a further step is carried out for calculating a judgment function. In doing so, the updating of the stiffness matrix and the calculation of a changed material density distribution are repeated using the respectively last changed material density distribution until the evaluation function has reached a defined threshold value. Thus, the method enables an iterative optimization of the material density distribution of the connecting element obtainable by the method. Advantageously, during each iteration an inherent validation of the forming geometry of the connecting element takes place.

In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Randbedingungen als kinematische Randbedingungen und/oder als Kraftrandbedingungen festgelegt. Kraftrandbedingungen ermöglichen beispielsweise eine Festlegung, welche Werte auf Teiloberflächen der zu verbindenden Bauteile wirkende Kräfte annehmen dürfen. Kinematische Randbedingungen können beispielsweise als Verschiebungsrandbedingungen festgelegt werden. In one embodiment of the method, the boundary conditions are defined as kinematic boundary conditions and / or as force boundary conditions. For example, force boundary conditions make it possible to determine which values may be assumed to act on partial surfaces of the components to be connected. Kinematic constraints can be set, for example, as shift boundary conditions.

In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses einen weiteren Schritt zum Herstellen des Verbindungselements. Vorteilhafterweise ist durch das Verfahren dadurch ein für einen konkreten Anwendungsfall optimiertes Verbindungselement erhältlich, das festgelegte mechanische Anforderungen erfüllt. In one embodiment of the method, this comprises a further step for producing the connecting element. Advantageously, the method thus provides a connection element which is optimized for a specific application and which satisfies defined mechanical requirements.

In einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Herstellen des Verbindungselements durch ein additives Verfahren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine wirtschaftliche Herstellung von Verbindungselementen in geringer Stückzahl. Beispielsweise kann die Herstellung des Verbindungselements mittels eines 3D-Druckers erfolgen. In one embodiment of the method, the production of the connecting element takes place by an additive method. This advantageously allows economical production of fasteners in small quantities. For example, the production of the connecting element can take place by means of a 3D printer.

In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Verbindungselement durch ein Schichtbauverfahren hergestellt. Dabei kann das Verbindungselement aus einer Folge aufeinander folgender dünner Schichten aufgebaut werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine kostengünstige Herstellung des Verbindungselements. Das Verfahren ist dabei vorteilhafterweise auch anwendbar, wenn das Verbindungselement eine komplexe dreidimensionale Geometrie aufweist. In one embodiment of the method, the connecting element is produced by a layer-building method. In this case, the connecting element can be constructed from a sequence of consecutive thin layers. Advantageously, this allows a cost-effective production of the connecting element. The method is advantageously also applicable if the connecting element has a complex three-dimensional geometry.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of embodiments, which will be described in connection with the drawings. Showing:

1 eine erste Ansicht zu verbindender Bauteile; 1 a first view of components to be connected;

2 eine zweite Ansicht der zu verbindenden Bauteile; 2 a second view of the components to be connected;

3 eine perspektivische Darstellung der zu verbindenden Bauteile im Kontext verbotener Raumbereiche; 3 a perspective view of the components to be connected in the context of prohibited areas of space;

4 eine schematische Darstellung eines Optimierungsraumgebiets; 4 a schematic representation of an optimization space area;

5 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungselements; 5 a perspective view of a connecting element;

6 eine perspektivische Darstellung des Verbindungselements mit den zu verbindenden Bauteilen; 6 a perspective view of the connecting element with the components to be joined;

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbindungselements; und 7 a flow diagram of a method for producing a connecting element; and

8 ein Ablaufdiagramm eines Geometrieberechnungsverfahrens. 8th a flow chart of a geometry calculation method.

7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines Verbindungselements. Das Verfahren 300 eignet sich zur interaktiven Generierung von Verbindungselementen zur Verbindung beliebiger mechanischer Bauteile in beliebiger räumlicher Anordnung zueinander. Dabei erlaubt das Verfahren eine Vorgabe zusätzlicher Rand- und Nebenbedingungen, die durch das Verbindungselement zu erfüllen sind. Das Verfahren führt gleichzeitig eine inhärente simulative Validierung des durch das Verfahren erzeugten Verbindungselements durch, um eine Einhaltung der vorgegebenen Rand- und Nebenbedingungen durch das durch das Verfahren erhältliche Verbindungselement sicherzustellen. 7 shows a schematic flow diagram of a method 300 for producing a connecting element. The procedure 300 is suitable for the interactive generation of connecting elements for the connection of any mechanical components in any spatial arrangement to each other. The method allows a specification of additional marginal and secondary conditions that are to be met by the connecting element. The method simultaneously performs inherent simulative validation of the method generated by the method Connecting element to ensure compliance with the specified marginal and secondary conditions by the obtainable by the process fastener.

Das Verfahren 300 zur Herstellung eines Verbindungselements wird nachfolgend anhand eines konkreten Anwendungsbeispiels erläutert. Das Anwendungsbeispiel sieht den Entwurf und die Herstellung eines Verbindungselements vor, das dazu dient, einen Tablet-Computer an einer Lenkstange eines Fahrrads zu befestigen. Der vorgestellte Anwendungsfall ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Das Verfahren 300 eignet sich zur Herstellung beliebiger Verbindungselemente. The procedure 300 for the preparation of a connecting element will be explained below with reference to a concrete application example. The application example provides for the design and manufacture of a connector which serves to attach a tablet computer to a handlebar of a bicycle. However, the presented application is only to be understood as an example. The procedure 300 is suitable for the production of any connection elements.

In einem ersten Verfahrensschritt 301 des Verfahrens 300 werden Geometriedaten 100 miteinander zu verbindender mechanischer Bauteile 110 bereitgestellt. Die Geometriedaten 100 geben eine räumliche Geometrie der zu verbindenden Bauteile 110 an. Die Geometriedaten 100 der zu verbindenden Bauteile 110 können beispielsweise in Form von CAD- oder STL-Daten bereitgestellt werden. In a first process step 301 of the procedure 300 become geometry data 100 interconnected mechanical components 110 provided. The geometry data 100 give a spatial geometry of the components to be connected 110 at. The geometry data 100 the components to be connected 110 can be provided for example in the form of CAD or STL data.

1 und 2 zeigen schematische perspektivische Ansichten beispielhafter zu verbindender Bauteile 110 aus unterschiedlichen Blickrichtungen. Die zu verbindenden Bauteile 110 umfassen eine Halteschale 111 für einen Tablet-Computer und drei Klemmelemente 112. Die Halteschale 111 ist dazu vorgesehen, einen Tablet-Computer aufzunehmen. Die Klemmelemente 112 sind dazu vorgesehen, an einen Fahrradlenker eines Fahrrads angeklemmt zu werden. Es soll ein Verbindungselement erzeugt werden, das die Halteschale 111 mit den Klemmelementen 112 verbindet, um eine Befestigung eines Tablet-Computers an einem Fahrradlenker zu ermöglichen. 1 and 2 show schematic perspective views of exemplary components to be connected 110 from different perspectives. The components to be connected 110 include a holding cup 111 for a tablet computer and three clamping elements 112 , The holding cup 111 is intended to accommodate a tablet computer. The clamping elements 112 are intended to be clamped to a bicycle handlebar of a bicycle. It is to be produced a connecting element, which is the holding shell 111 with the clamping elements 112 connects to allow attachment of a tablet computer to a bicycle handlebar.

In einem zweiten Verfahrensschritt 302 des Verfahrens 300 wird eine relative Positionierung 120 der zu verbindenden Bauteile 110 festgelegt. Die relative Positionierung 120 der zu verbindenden Bauteile 110 kann beispielsweise durch Bezugnahme auf ein Koordinatensystem eines virtuellen Raums erfolgen. Die relative Positionierung 120 kann beispielsweise interaktiv mittels eines CAD-Systems festgelegt werden. In a second process step 302 of the procedure 300 becomes a relative positioning 120 the components to be connected 110 established. The relative positioning 120 the components to be connected 110 can be done, for example, by reference to a coordinate system of a virtual space. The relative positioning 120 For example, it can be set interactively using a CAD system.

In 1 und 2 ist die beispielhafte relative Positionierung 120 der zu verbindenden Bauteile 110 so gewählt, dass der Tablet-Computer oberhalb des Fahrradlenkers angeordnet werden kann. In 1 and 2 is the exemplary relative positioning 120 the components to be connected 110 chosen so that the tablet computer can be placed above the bicycle handlebar.

In einem dritten Verfahrensschritt 303 des Verfahrens 300 werden Randbedingungen 140 für Teiloberflächen 130 der zu verbindenden Bauteile 110 festgelegt. Die Randbedingungen 140 können beispielsweise als kinematische Randbedingungen 141, etwa als Verschiebungsrandbedingungen, und/oder als Kraftrandbedingungen 142 festgelegt werden. Kinematische Randbedingungen 141 können beispielsweise angeben, dass eine Teiloberfläche 130 der zu verbindenden Bauteile 110 fest im Raum fixiert, also unbeweglich, sein soll. Kraftrandbedingungen 142 können beispielsweise eine maximale auf eine Teiloberfläche 130 der zu verbindenden Bauteile 110 wirkende Kraft angeben. In a third process step 303 of the procedure 300 become boundary conditions 140 for sub-surfaces 130 the components to be connected 110 established. The boundary conditions 140 For example, as kinematic boundary conditions 141 , such as displacement boundary conditions, and / or force constraints 142 be determined. Kinematic boundary conditions 141 For example, you can specify that a sub-surface 130 the components to be connected 110 firmly fixed in space, that is, immovable, should be. Power constraints 142 For example, a maximum on a sub-surface 130 the components to be connected 110 indicate acting force.

Im in 1 und 2 dargestellten Beispiel wird als kinematische Randbedingung 141 angegeben, dass die zum Fahrradlenker orientierten Teiloberflächen 130 der Klemmelemente 112 fest eingespannt sind. Eine durch einen in der Halteschale 111 angeordneten Tablet-Computer auf die Halteschale 111 ausgeübte Flächenlast wird als Kraftrandbedingung 142 auf die an den Tablet-Computer angrenzende Teiloberfläche 130 der Halteschale 111 formuliert. Im in 1 and 2 Example shown is as a kinematic boundary condition 141 indicated that the bicycle handlebar oriented sub-surfaces 130 the clamping elements 112 are firmly clamped. One by one in the holder 111 arranged tablet computer on the holder 111 applied area load is called force constraint 142 on the partial surface adjacent to the tablet computer 130 the holding cup 111 formulated.

In einem vierten Verfahrensschritt 304 des Verfahrens 300 wird eine Einhüllende 160 berechnet, die die zu verbindenden Bauteile 110 umhüllt. 4 zeigt eine schematische Darstellung der die zu verbindenden Bauteile 110 umhüllenden Einhüllenden 160. In a fourth process step 304 of the procedure 300 becomes an envelope 160 calculates the components to be joined 110 envelops. 4 shows a schematic representation of the components to be connected 110 enveloping envelopes 160 ,

Die Einhüllende 160 wird bevorzugt als konvexe Hülle berechnet. Die Verwendung einer konvexen Einhüllenden 160 vereinfacht die nachfolgenden Berechnungsschritte. Eine besonders einfache Geometrie der Einhüllenden 160 ergibt sich, wenn die Einhüllende 160 in Form eines zu den Achsen eines Koordinatensystems achsenparallelen Quaders berechnet wird. Dies ist im in 4 gezeigten Beispiel der Fall. Ein durch die Einhüllende 160 eingeschlossener Raumbereich 161 umfasst alle zu verbindenden Bauteile 110. Die Einhüllende 160 kann beispielsweise interaktiv mittels eines CAD-Systems festgelegt werden. The envelope 160 is preferably calculated as a convex hull. The use of a convex envelope 160 simplifies the following calculation steps. A particularly simple geometry of the envelope 160 arises when the envelope 160 is calculated in the form of an axis parallel to the axes of a coordinate system cuboid. This is in the 4 example shown the case. One by the envelope 160 enclosed space area 161 includes all components to be connected 110 , The envelope 160 For example, it can be set interactively using a CAD system.

In einem fünften Verfahrensschritt 305 des Verfahrens 300 werden die Geometrien der zu verbindenden Bauteile 110 von dem durch die Einhüllende 160 eingeschlossenen Raumbereich 161 subtrahiert. Die Subtraktion ist dabei im Sinne einer Boolschen Operation zu verstehen. Es wird somit der durch die zu verbindenden Bauteile 110 eingenommene Raum aus dem durch die Einhüllende 160 eingeschlossenen Raumbereich 161 entfernt. In a fifth process step 305 of the procedure 300 become the geometries of the components to be connected 110 from the one through the envelope 160 enclosed space area 161 subtracted. The subtraction is to be understood in the sense of a Boolean operation. It is thus the through the components to be connected 110 occupied space from the through the envelope 160 enclosed space area 161 away.

In einem optionalen sechsten Verfahrensschritt 306 des Verfahrens 300 wird außerdem ein verbotener Raumbereich 150 festgelegt und ebenfalls von dem durch die Einhüllende 160 eingeschlossenen Raumbereich 161 subtrahiert. Die Festlegung des verbotenen Raumbereichs 150 kann beispielsweise interaktiv mittels eines CAD-Systems erfolgen. In an optional sixth process step 306 of the procedure 300 will also be a prohibited room area 150 and also by the envelope 160 enclosed space area 161 subtracted. The determination of the forbidden space area 150 For example, it can be done interactively using a CAD system.

Der verbotene Raumbereich 150 umfasst jene Bereiche in der Umgebung der zu verbindenden Bauteile 110, in die sich das durch das Verfahren 300 hergestellte Verbindungselement nicht erstrecken darf, die also freibleiben müssen. Im anhand der Figuren erläuterten Beispiel umfasst der verbotene Raumbereich 150 einen Fahrradlenker 151, wie aus der perspektivischen Darstellung der 3 erkennbar ist. Das durch das Verfahren 300 erhältliche Verbindungselement darf nicht mit dem Fahrradlenker 151 kollidieren, um eine Anordnung der durch das Verbindungselement zu verbindenden Bauteile 110 an dem Fahrradlenker 151 zu ermöglichen. Zusätzlich zu dem Fahrradlenker 151 umfasst der verbotene Raumbereich 150 ein durch einen in 3 nicht dargestellten Tablet-Computer eingenommenen Raumbereich. The forbidden space area 150 includes those areas in the vicinity of the components to be connected 110 into which that through the procedure 300 produced connecting element may not extend, so must remain free. In the example explained with reference to the figures, the forbidden space area comprises 150 a bicycle handlebar 151 , as from the perspective view of the 3 is recognizable. That by the procedure 300 available connecting element must not with the bicycle handlebar 151 collide to an arrangement of the components to be connected by the connecting element 110 on the bicycle handlebar 151 to enable. In addition to the bicycle handlebar 151 includes the forbidden space area 150 one by one in 3 not shown tablet computer occupied space area.

Als Ergebnis der Subtraktion der zu verbindenden Bauteile 110 und optional des verbotenen Raumbereichs 150 von dem durch die Einhüllende 160 eingeschlossenen Raumbereich 161 verbleibt ein Optimierungsraumgebiet 170. Das Optimierungsraumgebiet 170 gibt jene Raumbereiche an, in die sich das durch das Verfahren 300 hergestellte Verbindungselement maximal erstrecken darf. 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des Optimierungsraumgebiets 170. Das Optimierungsraumgebiet 170 weist in dem durch die zu verbindenden Bauteile 110 eingenommenen Raumbereich und im verbotenen Raumbereich 150 Löcher auf. As a result of the subtraction of the components to be connected 110 and optionally the forbidden space area 150 from the one through the envelope 160 enclosed space area 161 there remains an optimization space area 170 , The optimization space area 170 indicates those areas of the room that are affected by the process 300 may extend maximum produced connecting element. 4 shows a schematic perspective view of the optimization space area 170 , The optimization space area 170 points in the through the components to be joined 110 occupied space area and in the forbidden space area 150 Holes on.

Der sechste Verfahrensschritt 306 kann entfallen, falls kein verbotener Raumbereich 150 festgelegt werden muss. The sixth process step 306 may be omitted if no prohibited area 150 must be determined.

Da das Optimierungsraumgebiet 170 in den durch die zu verbindenden Bauteile 110 eingenommenen Raumbereichen Löcher aufweist, weist das Optimierungsraumgebiet 170 auch zu den Teiloberflächen 130 der zu verbindenden Bauteile 110 komplementäre Teiloberflächen 180 auf. In einem siebten Verfahrensschritt 307 des Verfahrens 300 werden die im dritten Verfahrensschritt 303 für die Teiloberflächen 130 der zu verbindenden Bauteile 110 festgelegten Randbedingungen 140 auf die komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 übertragen. Because the optimization space area 170 in the components to be connected 110 has holes occupied, has the optimization space area 170 also to the sub-surfaces 130 the components to be connected 110 complementary sub-surfaces 180 on. In a seventh process step 307 of the procedure 300 become the third step 303 for the sub-surfaces 130 the components to be connected 110 specified boundary conditions 140 on the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 transfer.

In einem achten Verfahrensschritt 308 des Verfahrens 300 wird ein Material für das durch das Verfahren 300 hergestellte Verbindungselement festgelegt. Das im achten Verfahrensschritt 308 festgelegte Material kann beispielsweise durch Angabe seiner mechanischen Eigenschaften bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Dichte und/oder eine isotrope lineare Elastizität des Materials angegeben werden. In an eighth process step 308 of the procedure 300 becomes a material for that by the method 300 established connecting element. The eighth step 308 Specified material can be determined, for example, by specifying its mechanical properties. For example, a density and / or an isotropic linear elasticity of the material can be specified.

In einem neunten Verfahrensschritt 309 des Verfahrens 300 wird eine Geometrie 210 für ein Verbindungselement 200 berechnet. Die Geometrie 210 für das Verbindungselement 200 wird als Teilmenge des Optimierungsraumgebiets 170 berechnet. Das Verbindungselement 200 wird dadurch vollständig innerhalb des Optimierungsraumgebiets 170 angeordnet. Die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 wird mit einem Optimierungsalgorithmus so berechnet, dass die im siebten Verfahrensschritt 307 auf die komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 übertragenen Randbedingungen 140 an den komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 erfüllt sind. In a ninth procedural step 309 of the procedure 300 becomes a geometry 210 for a connecting element 200 calculated. The geometry 210 for the connecting element 200 becomes a subset of the optimization space area 170 calculated. The connecting element 200 thereby becomes completely within the optimization space area 170 arranged. The geometry 210 of the connecting element 200 is calculated with an optimization algorithm such that the in the seventh process step 307 on the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 transmitted boundary conditions 140 on the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 are fulfilled.

Die Berechnung der Geometrie 210 im neunten Verfahrensschritt 309 erfolgt mithilfe eines Geometrie- bzw. Topologieoptimierers. Die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 wird dabei auf Grundlage mechanischer Größen bestimmt, die sich aus den im siebten Verfahrensschritt 307 auf die komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 übertragenen Randbedingungen 140 ergeben. Dadurch ist der Berechnung der Geometrie 210 eine simulative Validierung der Einhaltung dieser Randbedingungen 140 durch die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 inhärent. The calculation of the geometry 210 in the ninth procedural step 309 is done using a geometry or topology optimizer. The geometry 210 of the connecting element 200 is determined on the basis of mechanical parameters resulting from the seventh process step 307 on the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 transmitted boundary conditions 140 result. This is the calculation of the geometry 210 a simulative validation of compliance with these constraints 140 through the geometry 210 of the connecting element 200 inherent.

Geeignete Optimierungsmethoden sind insbesondere die Level-Set-Methode und die SIMP-Methode. Die Level-Set-Methode ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen

[1] Allaire, G., Jouve, F. and Toader, A.M.: A level-set method for shape optimization. Comptes Rendus Mathematique. Vol. 334, Issue 12. Elsevier, 2002 und
[2] Allaire, G., Jouve, F. and Toader, A.M.: Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method. Journal of Computational Physics. Vol. 194, Issue 1. Elsevier, 2004 bekannt. Die SIMP-Methode ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen
[3] Sigmund, O.: A 99 line topology optimization code written in Matlab. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 21, Issue 2. Springer, 2001 und
[4] Andreassen, E., Clausen, A., Schevenels M., Lazarov, B. S., Sigmund, O.: Efficient topology optimization in MATLAB using 88 lines of code. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 43, Issue 1. Springer, 2011 bekannt.

Suitable optimization methods are in particular the level set method and the SIMP method. For example, the level set method is from the publications

[1] Allaire, G., Jouve, F. and Toader, AM: A level-set method for shape optimization. Comptes Rendus Mathematique. Vol. 334, Issue 12. Elsevier, 2002 and
[2] Allaire, G., Jouve, F. and Toader, AM: Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method. Journal of Computational Physics. Vol. 194, Issue 1. Elsevier, 2004 known. The SIMP method is for example from the publications
[3] Sigmund, O .: A 99 line topology optimization code written in Matlab. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 21, Issue 2. Springer, 2001 and
[4] Andreassen, E., Clausen, A., Schevenels M., Lazarov, BS, Sigmund, O .: Efficient topology optimization in MATLAB using 88 lines of code. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 43, Issue 1. Springer, 2011 known.

Der Optimierungsalgorithmus kann eine oder mehrere Eigenschaften bzw. Größen des Verbindungselements 200 unter Berücksichtigung und Einhaltung einer oder mehrerer anderer Größen und Eigenschaften des Verbindungselements 200 optimieren. Als vorgegebene Größen und Eigenschaften können beispielsweise eine maximale Deformation des Verbindungselements 200, eine maximale Vergleichsspannung im Verbindungselement 200 und/oder eine maximale Masse des Verbindungselements 200 festgelegt werden. In Abhängigkeit dieser Nebenbedingungen kann der Optimierungsalgorithmus das Verbindungselement 200 beispielsweise so optimieren, dass dieses eine möglichst geringe Masse aufweist oder in möglichst geringem Maße deformiert wird. Dabei kann der Optimierungsalgorithmus beispielsweise zur Erreichung einer optimalen Steifigkeit des Verbindungselements 200 bei festgelegter Masse des Verbindungselements 200 iterativ in bestimmten Teilen der Geometrie 210 des Verbindungselements 200 Material hinzufügen, während er in anderen Teilen der Geometrie 210 des Verbindungselements 200 Material entfernt. The optimization algorithm may have one or more properties or sizes of the connector 200 taking into account and respecting one or more other sizes and characteristics of the fastener 200 optimize. As predetermined sizes and properties, for example, a maximum deformation of the connecting element 200 , a maximum reference stress in the connecting element 200 and / or a maximum mass of the connecting element 200 be determined. Depending on these constraints, the optimization algorithm may be the connector 200 for example, optimize so that this has the lowest possible mass or is deformed in the least possible extent. In this case, the optimization algorithm, for example, to achieve optimal stiffness of the connecting element 200 at a fixed mass of the connecting element 200 iteratively in certain parts of the geometry 210 of the connecting element 200 Add material while in other parts of the geometry 210 of the connecting element 200 Material removed.

Im anhand der Figuren exemplarisch dargestellten Beispiel kann die Steifigkeit des Verbindungselements 200 optimiert werden, während die Masse des Verbindungselements 200 als Nebenbedingung festgehalten wird. In the example illustrated by way of example, the stiffness of the connecting element 200 be optimized while the mass of the connecting element 200 is recorded as a secondary condition.

8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines exemplarischen Geometrieberechnungsverfahrens 400, das zur Berechnung der Geometrie 210 des Verbindungselements 200 im neunten Verfahrensschritt 309 des Verfahrens 300 dienen kann. 8th FIG. 12 is a schematic flow diagram of an exemplary geometry calculation method. FIG 400 that for calculating the geometry 210 of the connecting element 200 in the ninth procedural step 309 of the procedure 300 can serve.

In einem ersten Teilschritt 401 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird das Optimierungsraumgebiet 170 diskretisiert. Dies kann beispielsweise durch Überdecken des Optimierungsraumgebiets 170 mit Hexaederelementen erfolgen. Beispielsweise kann das Optimierungsraumgebiet 170 mit Würfeln überdeckt werden. Das Optimierungsraumgebiet 170 wird dadurch in diskrete Elemente unterteilt. In a first step 401 of the geometry calculation method 400 becomes the optimization space area 170 discretized. This can be done, for example, by covering the optimization space area 170 done with hexahedral elements. For example, the optimization space area 170 be covered with cubes. The optimization space area 170 is thereby divided into discrete elements.

In einem zweiten Teilschritt 402 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird eine Materialdichteverteilung in den im ersten Teilschritt 401 diskretisierten Elementen des Optimierungsraumgebiets 170 initialisiert. Die Initialisierung kann beispielsweise eine homogene Materialdichte in allen Teilelementen des Optimierungsraumgebiets 170 vorsehen. In a second step 402 of the geometry calculation method 400 is a material density distribution in the first step 401 discretized elements of the optimization space area 170 initialized. The initialization can, for example, a homogeneous material density in all sub-elements of the optimization space area 170 provide.

In einem dritten Teilschritt 403 wird eine Steifigkeitsmatrix assembliert. Die Steifigkeitsmatrix wird dabei nach der Materialdichteverteilung parametrisiert. Das Assemblieren der Steifigkeitsmatrix kann beispielsweise gemäß dem in der genannten Veröffentlichung [4] offenbarten Verfahren erfolgen. In a third step 403 a stiffness matrix is assembled. The stiffness matrix is parameterized according to the material density distribution. The assembly of the stiffness matrix can be carried out, for example, according to the method disclosed in the cited publication [4].

In einem vierten Teilschritt 404 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird ein Kraftvektor assembliert. Auch dies kann wie in der Veröffentlichung [4] erfolgen. In a fourth sub-step 404 of the geometry calculation method 400 a force vector is assembled. This too can be done as in publication [4].

In einem fünften Teilschritt 405 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 werden die auf die komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 übertragenen Randbedingungen 140 auf die Steifigkeitsmatrix und den Kraftvektor eingeprägt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zu Nullfreiheitsgraden gehörige Zeilen und Spalten der Steifigkeitsmatrix und des Kraftvektors gestrichen werden. Eine für beliebige lineare Verschiebungsrandbedingungen anwendbare alternative Methode geht aus der Veröffentlichung

[5] Ainsworth, Mark: Essential boundary conditions and multipoint constraints in finite element analysis. Comput. Methods. Appl. Mech. Engrg. Vol. 190. Elsevier, 2001 hervor.

In a fifth sub-step 405 of the geometry calculation method 400 become the on the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 transmitted boundary conditions 140 imprinted on the stiffness matrix and the force vector. This can be done, for example, by deleting rows and columns of the stiffness matrix and of the force vector belonging to zero degrees of freedom. An alternative method applicable to any linear displacement constraints will be apparent from the publication

[5] Ainsworth, Mark: Essential boundary conditions and multipoint constraints in finite element analysis. Comput. Methods. Appl. Mech. Engr. Vol. 190. Elsevier, 2001 out.

In einem sechsten Teilschritt 406 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird die Steifigkeitsmatrix unter Verwendung der aktuellen Materialdichteverteilung aktualisiert. Dies erfolgt analog zum dritten Teilschritt 403 des Geometrieberechnungsverfahrens 400. In a sixth step 406 of the geometry calculation method 400 The stiffness matrix is updated using the current material density distribution. This is done analogously to the third sub-step 403 of the geometry calculation method 400 ,

In einem siebten Teilschritt 407 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird eine geänderte Materialdichteverteilung berechnet. Die Berechnung kann nach dem in der Veröffentlichung [4] beschriebenen Verfahren erfolgen. In a seventh step 407 of the geometry calculation method 400 a calculated material density distribution is calculated. The calculation can be carried out according to the method described in publication [4].

In einem achten Teilschritt 408 des Geometrieberechnungsverfahrens wird eine Beurteilungsfunktion berechnet. Die Beurteilungsfunktion gibt Auskunft darüber, wie gut ein Verbindungselement mit der im siebten Teilschritt 407 berechneten Materialdichteverteilung die an das Geometrieberechnungsverfahren 400 gestellten Anforderungen erfüllt. In an eighth step 408 of the geometry calculation method, a judgment function is calculated. The appraisal function gives information about how well a fastener matches with the in the seventh substep 407 calculated material density distribution to the geometry calculation method 400 fulfilled requirements.

In einem neunten Teilschritt 409 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird geprüft, ob der im achten Teilschritt 408 berechnete Wert der Beurteilungsfunktion einen festgelegten Schwellenwert erreicht hat. Ist dies der Fall, so endet das Geometrieberechnungsverfahren 400 mit dem nachfolgend erläuterten zehnten Teilschritt 410. Andernfalls wird das Geometrieberechnungsverfahren 400 ab dem sechsten Teilschritt 406 wiederholt. Dabei wird zur Berechnung der Steifigkeitsmatrix 406 im sechsten Teilschritt 406 die im siebten Teilschritt 407 der vorhergehenden Iteration berechnete Materialdichteverteilung verwendet. Der sechste, siebte, achte und neunte Teilschritt 406, 407, 408, 409 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 werden so oft wiederholt, bis der im achten Teilschritt 408 berechnete Wert der Beurteilungsfunktion den festgelegten Schwellenwert erreicht hat. In a ninth step 409 of the geometry calculation method 400 it is checked if in the eighth step 408 calculated value of the assessment function has reached a specified threshold. If this is the case, then the geometry calculation process ends 400 with the tenth sub-step explained below 410 , Otherwise, the geometry calculation procedure becomes 400 from the sixth step 406 repeated. It is used to calculate the stiffness matrix 406 in the sixth step 406 the seventh step 407 used the previous iteration calculated material density distribution. The sixth, seventh, eighth and ninth substeps 406 . 407 . 408 . 409 of the geometry calculation method 400 are repeated until the eighth step 408 calculated value of the assessment function has reached the specified threshold.

Im zehnten Teilschritt 410 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 aus der im siebten Teilschritt 407 der letzten Iteration berechneten Materialdichteverteilung extrahiert. Das Extrahieren der Geometrie 210 kann beispielsweise nach der Level-Set-Methode erfolgen. In the tenth step 410 of the geometry calculation method 400 becomes the geometry 210 of the connecting element 200 from the seventh step 407 extracted from the last iteration calculated material density distribution. Extracting the geometry 210 can for example be done according to the level set method.

Das durch die Geometrie 210 beschriebene Verbindungselement 200 erstreckt sich näherungsweise nicht über das festgelegte Optimierungsraumgebiet 170 hinaus. Durch numerische Ungenauigkeiten kann das Verbindungselement 200 sich allerdings auch teilweise in den durch die zu verbindenden Bauteile 110 eingenommenen Raumbereich hinein erstrecken. In einem optionalen weiteren Verfahrensschritt können die zu verbindenden Bauteile 110 daher im Sinne einer Boolschen Operation von Geometrie 210 des im neunten Verfahrensschritt 309 erhaltenen Verbindungselements 200 subtrahiert werden. That through the geometry 210 described connection element 200 does not extend approximately over the specified optimization space area 170 out. By numerical inaccuracies, the connecting element 200 However, partly in the through the components to be connected 110 extend into the occupied space area. In an optional further process step, the components to be joined 110 therefore in the sense of a Boolean operation of geometry 210 in the ninth procedural step 309 obtained connecting element 200 be subtracted.

In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt können die zu verbindenden Bauteile 110 der Geometrie 210 des Verbindungselements 200 im Sinne einer Boolschen Operation zugefügt werden. Dann umfasst das Verbindungselement 200 die zu verbindenden Bauteile 110 unmittelbar. In a further optional method step, the components to be joined 110 the geometry 210 of the connecting element 200 be added in the sense of a Boolean operation. Then the connecting element comprises 200 the components to be connected 110 immediate.

Das Verbindungselements 200 mit der so erhältlichen Geometrie 210 erfüllt die in den Verfahrenschritten des Verfahrens 300 festgelegten technischen Anforderungen. Das Verbindungselement 200 eignet sich zur Verbindung der zu verbindenden Bauteile 110. Das Verbindungselement 200 kollidiert nicht mit Objekten in verbotenen Raumbereichen 150. Das Verbindungselement 200 erfüllt die festgelegten Randbedingungen 140. The connecting element 200 with the available geometry 210 meets the requirements in the process steps of the process 300 specified technical requirements. The connecting element 200 is suitable for connecting the components to be connected 110 , The connecting element 200 does not collide with objects in forbidden spaces 150 , The connecting element 200 meets the specified boundary conditions 140 ,

In einem zehnten Verfahrensschritt 310 des Verfahrens 300 kann das durch die Geometrie 210 festgelegte Verbindungselement 200 physisch hergestellt werden. Das Herstellen des Verbindungselements 200 kann beispielsweise durch ein additives Verfahren erfolgen. So kann das Verbindungselement 200 beispielsweise mittels eines so genannten 3D-Druckers hergestellt werden. Das additive Herstellungsverfahren kann beispielsweise ein Schichtbauverfahren sein. In a tenth procedural step 310 of the procedure 300 can that be through the geometry 210 fixed connection element 200 be physically produced. The manufacture of the connecting element 200 can be done for example by an additive method. So can the connecting element 200 be produced for example by means of a so-called 3D printer. The additive manufacturing method may be, for example, a layer construction method.

5 zeigt eine perspektivische Darstellung der beispielhaft im neunten Verfahrensschritt 309 des Verfahrens 300 berechneten Geometrie 210 des Verbindungselements 200. Das Verbindungselement 200 weist eine Halteschalenseite 201 und eine Klemmseite 202 auf. Die Halteschalenseite 201 des Verbindungselements 200 ist dazu vorgesehen, eine Verbindung zur Halteschale 111 der zu verbindenden Bauteile 110 herzustellen. Die Klemmseite 202 des Verbindungselements 200 ist dazu vorgesehen, eine Verbindung zu den Klemmelementen 112 der zu verbindenden Bauteile 110 herzustellen. Das Verbindungselement 200 eignet sich damit zur Verbindung der Halteschale 111 mit den Klemmelementen 112. 5 shows a perspective view of the example in the ninth step 309 of the procedure 300 calculated geometry 210 of the connecting element 200 , The connecting element 200 has a holding cup side 201 and a clamp side 202 on. The holder cup side 201 of the connecting element 200 is intended to connect to the holder 111 the components to be connected 110 manufacture. The clamping side 202 of the connecting element 200 is intended to connect to the clamping elements 112 the components to be connected 110 manufacture. The connecting element 200 is thus suitable for connecting the holding shell 111 with the clamping elements 112 ,

6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Verbindungselements 200 und der zu verbindenden Bauteile 110. Die Klemmelemente 112 sind dabei an dem Fahrradlenker 151 festgeklemmt. Das Verbindungselement 200 verbindet die Halteschale 111 mit den Klemmelementen 112. Dabei erstreckt sich das Verbindungselement 200 nicht in den den Fahrradlenker 151 umfassenden verbotenen Raumbereich 150. 6 shows a perspective view of the connecting element 200 and the components to be connected 110 , The clamping elements 112 are doing the bicycle handlebar 151 clamped. The connecting element 200 connects the holder 111 with the clamping elements 112 , In this case, the connecting element extends 200 not in the bicycle handlebars 151 comprehensive forbidden space area 150 ,

Es ist möglich, das Verfahren 300 so durchzuführen, dass das erhältliche Verbindungselement 200 gleichzeitig mehrere Sätze alternativer festgelegter Randbedingungen 140 erfüllt. Auch können gleichzeitig unterschiedliche mögliche Materialien für das Verbindungselement 200 berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung solcher Alternativen kann bei Nutzung des Geometrieberechnungsverfahrens 400 dadurch erfolgen, dass bei jeder Iteration der sechste Teilschritt 406 und der siebte Teilschritt 407 jeweils nacheinander für jede Alternative durchgeführt werden. Die so erhältlichen alternativen geänderten Materialdichteverteilungen werden anschließend gewichtet miteinander kombiniert. Die nächste Iteration wird dann unter Verwendung der gewichtet kombinierten Materialdichteverteilung durchgeführt. It is possible the procedure 300 perform so that the available connection element 200 simultaneously several sets of alternative specified boundary conditions 140 Fulfills. Also, simultaneously different possible materials for the connecting element 200 be taken into account. Consideration of such alternatives may be made using the geometry calculation method 400 be carried out by the fact that at each iteration of the sixth sub-step 406 and the seventh step 407 be performed one after the other for each alternative. The alternative modified material density distributions thus available are then weighted together. The next iteration is then performed using the weighted combined material density distribution.

Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. The invention has been further illustrated and described with reference to the preferred embodiments. However, the invention is not limited to the disclosed examples. Rather, other variations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Allaire, G., Jouve, F. and Toader, AM: A level-set method for shape optimization. Comptes Rendus Mathematique. Vol. 334, Issue 12. Elsevier, 2002 [0043]
Allaire, G., Jouve, F. and Toader, AM: Structural optimization using sensitivity analysis and a level-set method. Journal of Computational Physics. Vol. 194, Issue 1. Elsevier, 2004 [0043]
Sigmund, O .: A 99 line topology optimization code written in Matlab. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 21, Issue 2. Springer, 2001 [0043]
Andreassen, E., Clausen, A., Schevenels M., Lazarov, BS, Sigmund, O .: Efficient topology optimization in MATLAB using 88 lines of code. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 43, Issue 1. Springer, 2011 [0043]
Ainsworth, Mark: Essential boundary conditions and multipoint constraints in finite element analysis. Comput. Methods. Appl. Mech. Engr. Vol. 190. Elsevier, 2001 [0051]

Claims

Procedure ( 300 ) for producing a connecting element ( 200 ) with the following steps: - providing geometry data ( 100 ) to be connected components ( 110 ); - Defining a relative positioning ( 120 ) of the components to be connected ( 110 ); - definition of boundary conditions ( 140 ) for sub-surfaces ( 130 ) of the components to be connected ( 110 ); - calculating an envelope ( 160 ) containing the components to be connected ( 110 ) wrapped; - Subtract the components to be connected ( 110 ) from one through the envelope ( 160 ) enclosed space area ( 161 ) to an optimization space area ( 170 ) to obtain; - transfer of the defined boundary conditions ( 140 ) on the sub-surfaces ( 130 ) of the components to be connected ( 110 ) complementary sub-surfaces ( 180 ) of the optimization space area ( 170 ); - Calculate a geometry ( 210 ) for the connecting element ( 200 ), where the geometry ( 210 ) for the connecting element ( 200 ) as a subset of the optimization space area ( 170 ), the geometry ( 210 ) with an optimization algorithm ( 400 ) is calculated so that the specified boundary conditions ( 140 ) on the sub-surfaces ( 180 ) of the optimization space area ( 170 ) are met.

Procedure ( 300 ) according to claim 1, wherein the process ( 300 ) comprises the following further step: - defining a component to be connected ( 110 ) surrounding forbidden space area ( 150 ), in which the connecting element ( 200 ), the forbidden area of space ( 150 ) also by the envelope ( 160 ) enclosed space area ( 161 ) is subtracted to the optimization space area ( 170 ) to obtain.

Procedure ( 300 ) according to any one of the preceding claims, wherein the envelope ( 160 ) is calculated as a convex hull.

Procedure ( 300 ) according to claim 3, wherein the envelope ( 160 ) is calculated in the form of a box representing the components to be joined ( 110 ) wrapped.

Procedure ( 300 ) according to any one of the preceding claims, wherein the process ( 300 ) comprises the following further step: - fixing a material for the connecting element ( 200 ).

Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the calculation of the geometry ( 210 ) for the connecting element ( 200 ) comprises the following steps: - discretizing the optimization space area ( 170 ); Initializing a material density distribution; - assembling a stiffness matrix; - assembling a force vector; - memorizing the boundary conditions ( 140 ) on the stiffness matrix and the force vector; - updating the stiffness matrix using the material density distribution; Calculating a changed material density distribution; - Extract the geometry ( 210 ) from the material density distribution.

Procedure ( 300 ) according to claim 6, wherein after calculating the changed material density distribution, the following step is performed: - calculating a judging function; wherein the updating of the stiffness matrix and the calculation of a changed material density distribution are repeated using the respectively last changed material density distribution until the evaluation function has reached a defined threshold value.

Procedure ( 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the boundary conditions ( 140 ) as kinematic boundary conditions ( 141 ) and / or force boundary conditions ( 142 ) be determined.

Procedure ( 300 ) according to any one of the preceding claims, wherein the process ( 300 ) comprises the following further step: - producing the connecting element ( 200 ).

Procedure ( 300 ) according to claim 9, wherein the connecting element ( 200 ) is produced by an additive process.

Procedure ( 300 ) according to claim 10, wherein the connecting element ( 200 ) is produced by a layer construction method.