EP1334447A2 - Verfahren zur konstruktion eines bauteils und wischanlagenbauteil - Google Patents

Verfahren zur konstruktion eines bauteils und wischanlagenbauteil

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EP1334447A2
EP1334447A2 EP01980180A EP01980180A EP1334447A2 EP 1334447 A2 EP1334447 A2 EP 1334447A2 EP 01980180 A EP01980180 A EP 01980180A EP 01980180 A EP01980180 A EP 01980180A EP 1334447 A2 EP1334447 A2 EP 1334447A2
Authority
EP
European Patent Office
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component
model
wiper
optimization
wiper system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01980180A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Zimmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design

Definitions

  • the present invention relates to a method for constructing a component.
  • the present invention further relates to a wiper system component for the wiper system of a motor vehicle.
  • the construction of geometrically complex components is currently mainly carried out with the help of CAD systems. With the help of these systems, the components are generated as SD models.
  • the 3D models are checked using the finite element method.
  • the basic idea of the finite element method is to subdivide bodies of any shape into a finite number of elements / to describe their mechanical behavior. Due to their simpler shape, the finite number of elements can be viewed ideally with regard to their mechanical behavior. From the behavior of all individual elements, taking into account the compatibility with the element transitioner, its statement about the overall mechanical behavior of the body. A continuous problem is thus converted into a discrete problem and approximately solved. As the degree of discretization increases, the approximate solution approaches the exact solution.
  • a structured procedure like that of the finite element method can be used. Taking geometric and physical specifications into account, the general procedure for solving elastic continuum problems is as follows:
  • the 3D model is modified, that is to say the model is reinforced in the critical areas and the cross section and / or the wall thicknesses can be reduced in the areas of low load.
  • This reduction in the cross section and / or the wall thickness enables material to be saved and furthermore results in a lower weight, which is desirable in many cases, for example to reduce costs.
  • the design space consists of the installation space available for the component to be created. Taking into account boundary conditions (for example for fastening points) and occurring load cases (force application and / or attacking moments), the highly stressed and the less stressed areas of the component are determined in step b). Those areas that do not contribute to the rigidity of the component "are hidden.
  • the 3D construction method according to step c) is only applied to the already structure-optimized model.
  • the step a) the following Sectionschrit ⁇ te comprising:
  • the component material defined in step a1) is an aluminum foam material.
  • aluminum foam materials are produced by mixing aluminum powder and powdered blowing agents and by carrying out a compression. When the compressed mixture is subsequently heated, the blowing agents split off gas bubbles which penetrate the metal and produce a pore structure.
  • Components that are produced using the manufacturing process of foaming aluminum materials are characterized by material accumulations. Therefore, they are ideal for the implementation of structure-optimized models, as will be explained in more detail later.
  • the component material parameters taken into account in step a2) preferably include at least the elastic modulus and / or the transverse contraction number.
  • the modulus of elasticity and the transverse contraction number are obtained via Hooke's law, which states that stress and strain are proportional to one another.
  • the modulus of elasticity is the ratio of the required tension to the relative change in length achieved, that is to say the elongation.
  • the transverse contraction number also known as the Poisso number, is a measure of how the transverse cut the material in the event of distortion.
  • step b) comprises the following substeps:
  • the topology optimization serves to find the actual structure, while the shape optimization then carried introduced so-called is used to smooth the ge ⁇ fundene structure or the geometry found, whereby it can be usually lowered the stress level.
  • a harmonic geometry can thus be created. If the component is, for example, a tool shape, a harmonic geometry has a positive effect on the subsequent filling of the tool shape.
  • step c) 3UR generation of the 3D Modell3 is used as a per se known CAD process in step c) ⁇ preference. If carried out, the production of a component comprises on the basis of the 3E model according to step d) preferably foaming an aluminum material in the manner already explained.
  • the structure-optimized model generated by step b) is in the form of data indicating at least one point cloud
  • the 3D model generated in step c) is generated on the basis of the data indicating the at least one point cloud
  • the 3D model is a surface model or a solid model.
  • component produced d may, for example, be a 'tool, in particular a mold.
  • a wiper console, a wiper bearing housing, a wiper arm mounting part or a wiper motor gear housing can be considered as an isch system component.
  • Figure 1 is a perspective view of the underside of a die casting console for a wiper system according to the prior art
  • Figure 2 is a perspective view of the top of the die casting console for a wiper system according to Figure 1;
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of a design space model for a console for a wiper system
  • FIG. 4 shows a structure-optimized console for a wiper system which was obtained with the aid of the design space model s from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a die-cast component
  • 6 is a cross-sectional view of a foamed component
  • FIG. 7 shows an example of a tool production from a structure-optimized component.
  • Figure 1 shows a perspective view of the underside of a die-cast console for a wiper system according to the prior art.
  • the die-cast console shown in FIG. 1 for a wiper system has, in addition to several openings 10, a multiplicity of webs 11 which are provided for stiffening the die-cast console.
  • the webs 11 are provided in different areas of the die-casting console with a different density, the density being higher in more heavily loaded areas.
  • stiffening webs 11 is preferred over an overall greater wall thickness in order to keep the material requirements as low as possible and not to unnecessarily increase the mass of the component.
  • FIG. 2 shows a perspective illustration of the upper side of the die-casting console for a wiper system according to FIG. 1. Raising the openings 10 shows two groove-like depressions 12 in FIG.
  • FIG. 3 shows a perspective illustration of a room model for a console for a wiper system, as is produced by method step a).
  • the design space approach is based on the space available for the component.
  • the design space model is provided as a solid model, that is to say the soaping webs 11 provided in the prior art are at least partially, preferably completely, omitted.
  • a harmonious change in the material thickness is preferred, insofar as the installation space and possibly other boundary conditions allow this.
  • the design space model shown in FIG. 3 also has openings 10 which correspond to the openings 10 in the prior art shown in FIGS. 1 and 2.
  • the breakthroughs 10 represent boundary conditions for the construction of the design space model, as well as the load cases to be expected, that is to say force application and / or attacking moments.
  • FIG. 4 shows a structure-optimized console for a wiper system which was obtained with the aid of the design space model from FIG. 3, in that a structure optimization method based on the finite element method was applied to the design space model.
  • Such openings 16 can generally be provided in areas of the component that are hardly or not at all loaded. This enables them to clearly savings can be achieved, through which the manufacturing costs can be reduced and through which the mass of the component can be reduced.
  • step b) was divided into the sub-steps of performing a topology optimization and performing a shape optimization.
  • r w as the actual structure by the optimization Topologieopti- found and the shape optimization was used to smooth the geometry found. In many cases, such a smoothing can lower the voltage level.
  • the structure-optimized model shown in FIG. 4 is generally available in the form of data that indicate one or more point clouds. These data are particularly suitable for the subsequent intended use of a 3D construction method, for example a CAD method. It is a major difference from the state of the art that the SD construction method is only applied to the already structure-optimized model.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a die-cast component.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of a foamed component.
  • a comparison of FIGS. 5 and 6 shows that instead of the webs 11 provided in the prior art, the overall cross-section of the component produced by the method according to the invention has a harmonious geometry.
  • the cross-sectional area of the 5 component is larger than the cross-sectional area of the component shown in FIG. 5, "the mass is not increased by the use of foamed materials, in particular aluminum foam materials. In many cases it is even possible to reduce the mass of the component compared to components known from known Processes were made.
  • FIG. 7 shows an example of a tool production from a structure-optimized component.
  • the upper half of the tool is designated 13, while the lower half of the tool is designated 14.
  • the console for wiper systems is provided with the reference number 15 in FIG. FIG. 7 shows that an overall harmonic geometry was created by the shape optimization, which facilitates the subsequent filling of the tool shape, the tool being formed by the upper tool half 13 and the lower tool half 14.
  • the structure optimization method provided according to the invention is used in connection with foamed materials such as aluminum shielding materials, the similarity of the geometry obtained by the optimization method and the geometry required for the manufacturing method can be used advantageously and both with regard to the components and the tools a reduction in costs can be achieved, a further advantage being the reduction in mass or weight.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konstruktion eines Bauteils. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: (a) Konstruieren eines Designraummodells; (b) Anwenden eines auf der Finite-Elemente-Methode basierenden Strukturoptimierungsverfahrens auf das Designraummodell, um ein strukturoptimiertes Modell zu erzeugen; und Anwenden eines 3D-Konstruktionsverfahrens auf das strukturoptimierte Modell, um ein 3D-Modell zu erzeugen.

Description

Verfahren zur Konstruktion eines Bauteils und Wischanlagenbauteil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verfahren zur Konstruktion eines Bauteils. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Wischanlagenbauteil für die Wischanlage eines Kraftfahrzeuges .
Stand der Technik
Die Konstruktion von geometrisch komplexen Bauteilen erfolgt derzeit überwiegend mit Hilfe von CAD-Systemen. Mit Hilfe dieser Systeme werden die Bauteile als SD- Modelle erzeugt. Um festzustellen, wo die hoch belasteten und die nur wenig belasteten Bereiche des Bauteils liegen werden die 3D-Modelle mit Hilfe der Finite-Elemente- Methode rechnerisch überprüft. Der Grundgedanke der Fini- te-Elemente~Methode besteht darin, beliebig geformte Körper in eine endliche Anzahl von Elementen zu untergliedern./ um ihr mechanisches Verhalten zu beschreiben. Die endliche Anzahl der Elemente lässt sich aufgrund ihrer einfacheren Form bezüglich ihres mechanischen Ver- haltens idealisiert betrachten. Aus dem Verhalten aller einzelnen Elemente kann, unter Berücksichtigung der Kompatibilität an den Elementübergänger., sine Aussage über das mechanische Gesamtverhalten des Körpers getroffen werden. Ein kontinuierliches Problem wird somit in ein diskretes Problem überführt und darüber approximativ gelöst. Mit zunehmender Erhöhung des Diskretisierungsgra- des nähert sich die approximative Lösung der exakten Losung an. Für die Analyse des komplexen Verhaltens von flexiblen Materialien unter mechanischer Beanspruchung bietet sich demnach eine strukturierte Vorgehensweise wie die der Finite-Elemente-Methode an. Unter Berücksi chti- gung geometrischer und physikalischer Vorgaben ist die allgemeine Vorgehεnsweise bei der Lösung elastischer Kontinuumprobieme wie folgt :
Zerlegung des zu betrachtenden Kontinuums, durch gedachte Linien oder Flächen, in eine endliche A.nzahl von geometrisch beschreibbaren Strukturelementen;
Idealisierung der Elementverbindungen durch Reduktion der unendlichen Anzahl von Partikelbindungen auf eine endliche Anzahl von Knotenpunkten;
Bestimmung des Verschiebungszustandes in allen Elementen über die Knotenpunktverschiebungen, mit Hilfe geeigneter Interpolationsverfahren;
Ermittlung des Verzerrungszustandes in allen Elementen aus den vorliegenden Verschiebungen;
Berechnung des Spannungszustandes innerhalb der Ξle- mente sowie an deren Übergängen, anhand der Verzerrungen und der physikalischen Materialeigenschaften; Aufstellen eines Systems von Knotenkräften, das im Gleichgewicht mit den Oberflächen- und Volumenkräften steht;
- Einsetzen aller Randbedingungen, die zur Einschränkung von Freiheitsgraden einzelner Knoten führen; und
Losung des resultierenden Gleichungssystems.
Bezüglich einer näheren Erläuterung der an sich bekannten Finite-Elemente-Methode wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Mit Hilfe der über die Finite-Elemente-Methode erhaltenen Informationen wird das 3D-Modell modifiziert, das heißt das Modell wird in den kritischen Bereichen verstärlct und in den Bereichen geringer Belastung können der Querschnitt und/oder die Wandstärken reduziert werden. Diese Reduzierung des Querschnitts und/oder der Wandstärken ermöglicht eine Materialeinsparung und ergibt weiterhin ein geringeres Gewicht, was in vielen Fällen, beispielsweise zur Kostensenkung, erwünscht ist.
Wach der Modifikation des 3D-Modells anhand der durch, die Finite-Elemente-Methode gewonnenen Informationen erfolgt eine weitere Überprüfung, die wiederum mit Eilfe der Finite-Elemente-Methode durchgeführt wird. Sind die dadurch gewonnenen Ergebnisse zufriedenstellend, so kann das Bauteil herσestellt werden.
Nachteilig an dieser bekannten Vorgehensweise ist, das: der Aufwand und somit die Kosten hoch sind. Vorteile der Erfindung
Dadurch , dass das εrf indungsgemäße Verfahren zur Konstruktion eines Bauteils die folgenden Schritte umfa sst :
a) Konstruieren eines Designraum odells ;
b ) Anwenden eines auf der Finite-Elemente-Methode basierenden Strukturoptimierungsverf ahrenε auf da s De- s ignraummodell , um ein strukturoptimiertes Mode ll zu er zeugen ; und
c) Anwenden eines 3D-Konstruktionsverf ahrens auf das strukturoptimierte Modell , um ein 3D-Modell zu er- zeugen ,
können bessere Bauteile mit einem relativ geringen Aufwand konstruiert werden. Der Dεsignraum besteht dabei aus dem für das zu erstellende Bauteil zur Verfügung stehen- den Bauraum. Unter Berücksichtigung von Randbedingungen (zum Beispiel für Befestigungsstellen) und auftretenden Lastfällen (Krafteinleitungen und/oder angreifende Momente) werden bei Schritt b) die hoch belasteten und die weniger belasteten Bereiche des Bauteils bestimmt. Diejenigen Bereiche, die nicht zur Steifigkeit des Bauteils beitragen "werden ausgeblendet. Im Gegensatt zum Stand der Technik wird das 3D-Konstruktionsverfahren gemäß Schritt c) erst auf das bereits strukturoptimierte Modell angewendet . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schritt a) die folgenden Teilschrit¬ te umfasst:
al) Festlegen eines Bauteilwerkstof es; und
a2 ) Berücksichtigen von Bauteilwerkstoffparametern .
In diesem Zusammenhang wird besonders bevorzugt, dass der in Schritt al) festgelegte Bauteilwerkstoff ein Alumini- umschaumwεrkstoff ist. Derartige Aluminiumschaumwerkstoffe werden hergestellt, indem Aluminiumpulver und pulver- for ige Treibmittel gemischt werden und eine Verdichtung vorgenommen wird. Bei einer nachfolgenden Erwärmung der verdichteten Mischung spalten die Treibmittel Gasbläschen ab, die das Metall durchsetzen und eine Porenstruktur erzeugen. Bauteile, die mittels des Fertigungsverfahrens Aufschäumen von A-luminiumwerkstoffen hergestellt werden, sind durch Matεrialanhäufungen gekennzeichnet. Daher eignen sie sich ideal für die Umsetzung von Struktu optimierten Modellen, wie dies später noch näher erläutert wird. Wie bei anderen Werkstoffen auch, so umfassen die bei Schritt a2) berücksichtigten Bauteilwerkstoffparameter vorzugsweise zumindest den Elastizitätsmodul- und/oder die Querkontraktionszahl. Sowohl den Elastizitätsmodul als auch die Querkontraktionszahl erhalt .man über das Hookesche Gesetz, das besagt, dass Spannung und Dehnung einander proportional sind. Der Elastizitätsmodul ist da3cei das Verhältnis der erforderlichen Spannung zur erzielten relativen Längenänderung, das heißt zur Dehnung. Die Querkontraktionszahl, die auch als Poisso zahl bezeichnet wird, ist ein Maß dafür, wie sich der Quer— schnitt des Materials bei einer Verzerrung verändert . Bei der Strukturoptimierung ist des Weiteren dahingehend zu optimieren, dass die Elemente nur so belastet werden, dass die zulässigen Festigkeitswerte (zum Beispiel die Streckgrenze und/oder die Zugfestigkeit) des festgelegten Bauteilwerkstoffes nicht überschritten werden. Weiterhin sollten nur die Elemente dargestellt werden, die einer bestimmten Mindestbelastung ausgesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass Schritt b) die folgenden Teilschritte umfasst:
bl) Durchführen einer Topologieoptimierung; und
b2) Durchführen einer Shapeoptimierung.
Die Topologieoptimierung dient dabei dazu, die eigentliche Struktur zu finden, während die anschließend durchge- führte so genannte Shapeoptimierung dazu dient, die ge¬ fundene Struktur beziehungsweise die gefundene Geometrie zu glätten, wodurch in der Regel das Spannungsniveau gesenkt werden kann. Somit kann eine harmonische Geometrie erzeugt werden. Wenn das Bauteil beispielsweise eine Werkzeugform ist, wirkt sich eine harmonische Geometrie positiv auf das spätere Befüliεn der Werkzeugform aus.
3ur Erzeugung des 3D-Modell3 wird bei Schritt c) vorzugs¬ weise ein an sich bekanntes CAD-Verfahren eingesetzt. Sofern durchgeführt umfasst die Herstellung eines Bau¬ teils auf der Grundlage des 3E—Modells gemäß Schritt d) vorzugsweise das Aufschäumen eines Aluminiumwerkstoffes in der bereits erläuterten Weise.
3ei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass das durch Schritt b) erzeugte strukturoptimierte Modell in Form von zumindest eine Punktwolke angebenden Daten vorliegt, dass das bei Schritt c) erzeugte 3D-ModeIl auf der Grundlage der die zumindest eine Punktwolke angebenden Daten erzeugt wird, und dass das 3D-Modell ein Flächenmodell oder ein Solidmodell ist. Wie bereits erwähnt, sind Bauteile, die mittels des Fertigungsverfahrens Aufschäumen von Aluminium- werkstoffen hergestellt werden, durch Materialanhäufungen gekennzeichnet, die den durch die Punktewolken gekenn- zeichneten Anhäufungen von Volumenelementen entsprechen. Deshalb eignet sich dieses Fertigungsverfahren in idealer Weise für die Umsetzung der Ergebnisse der Strukturoptimierung mittels der Finite-Elemente-Methode .
Bei dem durch das erfindungsgemäße Verfahren konstruierten Bauteil oder bei dem gemäß Schritt d) hergestellten Bauteil kann es sich beispielsweise um ein 'Werkzeug handeln, insbesondere um eine Gussform.
Besonders gute Ergebnisse sind beispielsweise zu erwarten, wenn das bei Schritt d) hergestellte Bauteil ein Wischanlagenbauteil ist, da derartige im Rraftfahrceng- sekfor benötigte Wischanlagenbauteile häufig eine relativ komplizierte Form aufweisen, die der Optimierung durch das erfindungsgemäße Verfahren zugänglich sind. Als ischanlagenbauteil kommen beispielsweise eine Wischerkonsole, ein Wischerlagergehäuse, ein Wischerarmbe- estigungsteil oder ein Wischermotorgetriebegehäuse in Betracht .
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung der Unterseite einer Druckgusskonsole für eine Wischanlage gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 eine perspektivische Darstellung der Oberseite der Druckgusskonsole für eine Wischanlage gemäß Figur 1;
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Designraummodells für eine Konsole für eine Wischanlage;
Figur 4 eine strukturoptimierte Konsole für eine Wischanlage die mit Hilfe des Designraummodell s von Figur 3 erhalten wurde;
Figur 5 eine Querschnittsansicht eines Druckgussbauteils; Jrigur 6 eine Querschnittsansicht eines geschäumten Bauteils; und
Figur 7 ein Beispiel für eine Werkzeugerstellung aus einem strukturoptimierten Bauteil.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Unterseite einer Druckgusskonsole für eine Wischanlage gemäß dem Stand der Technik. Die in Figur 1 dargestellte Druckgusskonsole für eine Wischanlage weist neben mehreren Durchbrüchen 10 eine Vielzahl von Stegen 11 auf, die zur Versteifung der Druckgusskonsole vorgesehen sind. Die Stege 11 sind in unterschiedlichen Bereichen der Druck- gusskonsole mit einer unterschiedlichen Dichte vorgesehen, wobei die Dichte in stärker belasteten Bereichen hoher ist. Allgemein wird beim Stand der Technik die Verwendung von Versteifungsstegen 11 gegenüber einer insgesamt größeren Wandstärke bevorzugt, um den Materialbedarf so gering wie möglich zu halten und die Masse des Bauteils nicht unnötig zu vergrößern.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Oberseite der Druckgusskonsole für eine Wischanlage gemäß Figur 1. Heben den Durchbrüchen 10 sind in Figur 2 weiterhin zwei rillenartige Vertiefungen 12 zu erkennen .
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Desi nraummodells für eine Konsole für eine Wischanlage, wie es durch den Verfahrensschritt a) erzeuαt wird. Beim Designraum-Ansatz wird von dem für das Bauteil zur Verfügung Bauraum ausgegangen. Insbesondere wenn ein Alumini- umschaumwerkstoff eingesetzt werden soll, wird das Designraummodell als Solidmodell vorgesehen, das heißt die beim Stand der Technik vorgesehenen ersceifungsstege 11 entfallen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Dabei wird in der Regel eine harmonische Veränderung der Materialstärke bevorzugt, soweit der Bauraum und gegebenenfalls weitere Randbedingungen dies zulassen.
Auch das in Figur 3 dargestellte Designraummodell weist Durchbrüche 10 auf, die den Durchbrϋchen 10 beim in den Figuren 1 und 2 dargestellten Stand der Technik entsprechen. Die Durcnbrüche 10 stellen dabei Randbedingungen für die Konstruktion des Designraummodells dar, ebenso wie die zu erwartenden Lastfälle, das heißt Krafteinleitungen und/oder angreifende Momente.
Figur 4 zeigt eine strukturoptimierte Konsole für eine Wischanlage die mit Hilfe des Designraummodells von Figur 3 erhalten wurde, indem ein auf der Finite-Elemente- Methode basierendes Strukturoptimierungsverfahren auf das Designraummodell angewendet wurde. Gemäß der Darstellung von Figur 4 sind diejenigen Bereich des Bauteils ausge- blendet, die kaum belastet werden beziehungsweise; die nicht zur Steifigkeit des Bauteils beitragen. Neben dem gegenüber Figur 3 veränderten Umriss des Bauteils wird dies Besonders durch die Durchbrüche 16 deutlich,- die Beispielsweise im Bereich der Rille 12 vorgesehen sind. Derartige Durchbrüche 16 können allαemein in Bereichen des Bauteils vorgesehen v/erden, die kaum oder gar nicht belastet werden. Dadurch kann sine deutliche Materialer- sparnis erzielt werden, durch die die Herstellungskosten sinken und durch die die Masse des Bauteils verringert -werden kann .
Zur Erzeugung des in Figur 4 dargestellten strukturooti- mietten Modells wurde der Verfahrensschrd tt b) in die Teilschritte Durchführen einer Topologieoptimierung und die Durchführen eine Shapeoptimierung aufgeteilt. Dabei wrurde die eigentliche Struktur durch die Topologieopti- mierung gefunden, und die Shapeoptimierung wurde zur Glättung der gefundenen Geometrie eingesetzt. Durch eine derartige Glättung kann das Spannungsniveau in vielen Fällen gesenkt werden.
Das in Figur 4 dargestellte strukturoptimierte Modell liegt in der Regel in Form von Daten vor, die eine oder mehrere Punktewolken angeben. Diese Daten eignen sich besonders für die anschließend vorgesehene Anwandung eines 3D-Konstruktionsverfahrens, beispielsweise einem CAD-Verfahren. Dabei stellt es einen wesentlichen unterschied zum Stand der Technik dar, dass das SD- Konstruktionsverfahren erst auf das bereits strukturopti- mierte Modell angewendet wird.
Figur 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Druckgussbauteils. Im Gegensatz hierzu zeigt Figur 6 eine Quer- schnittsansicht eines geschäumten Bauteils. Ein Vergleich der Figuren 5 und 6 zeigt, dass anstelle der beim Stand der Technik vorgesehenen Stege 11 bei dem durch das er- findungsgemäße Verfahren hergestellten Bauteil der Ge- samtcuerschnict eine harmonische Geometrie aufweist. Obwohl die Querschnittsflache des in Figur 6 dargestell- ten Bauteils größer als die Querschnitts fläche des in Figur 5 dargestellten Bauteils ist, "wird die Masse durch den Einsatz von aufgeschäumten Werkstoffen, insbesondere Aluminiumschaumwerkstoffen nicht vergrößert. In vielen Fallen ist es sogar möglich die Masse des Bauteils gegenüber Bauteilen zu verringern, die durch bekannte Verfahren hergestellt wurden.
Figur 7 zeigt ein Beispiel für eine Werkzeugerstellung aus einem strukturoptimierten Bauteil. Dabei ist die obere Werkzeughälfte mit 13 bezeichnet, während die untere Wεrkzeughälfte mit 14 bezeichnet ist. Die Konsole für Wischanlagen ist in Figur 7 mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Figur 7 ist zu entnehmen, dass durch die Shape- Optimierung eine insgesamt harmonische Geometrie erzeugt wurde, die das spätere Füllen der Werkzeugform erleichtert, wobei das Werkzeug durch die obere Werkseughalfte 13 und die untere Werkzeughälfte 14 gebildet ist.
Insbesondere wenn das gemäß der Erfindung vorgesehene Strukturoptimierungsverfahren in Verbindung mit geschäumten Werkstoffen wie Äluminiumschauπvwerkstoffen eingesetzt wird kann die Ähnlichkeit der durch das Optimierungsverfahren gewonnenen Geometrie und der für das Herstellungs- verfahren erforderlichen Geometrie in vorteilhafter Weise genutzt werden und sowohl hinsichtlich der Bauteile als auch hinsichtlich der Werkzeuge kann eine Kostenreduzierung erreicht werden, wobei ein "weiterer Vorteil in der Reduzierung der Masse beziehungsweise des Gewichts zu sehen ist. 2/35476
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

1 äAnsprüche
1. Verfahren zur Konstruktion eines Bauteils, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
a) Konstruieren eines Designraummodells;
b) Anwenden eines auf der Finite-Elemente-Methode basierenden Strukturoptimierungsverfahrens auf das Dε- signraummodell, um ein strukturoptimiertεs Modell zu erzeugen; und
c) Anwenden eines SD-Konstruktionsverfahrens auf das strukturoptimierte Modell, um ein 3D-Modell zu erzeugen .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden weiteren Schritt umfasst:
d) Herstellen eines Bauteils auf der Grundlage des SD- Modells .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) die folgenden Teilschritte umfasst:
al ) Festlegen eines Bauteilwerkstoffes; und
a2) Berücksichtigen von Bauteilwerkstoffparamεtern .
4. Verfahren nach einεm dεr vorhεrgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt al) festge- legte Bauteilwerkstoff ein Aluminiumschaumwerkstoff ist, und dass die in Schritt a2 ) berücksichtigten Bauteilwerkstoff arameter zumindest den Elastizitätsmodul und/oder die Querkontraktionszahl einschließen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) die folgenden Teilschritte umfasst:
bl) Durchführen einer Topologieoptimierung; und
b2) Durchführen einer Shapeoptimierung.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) die Anwendung eines CAD-Verfahrens umfasst.
. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt d) das Aufschäumen eines Aluminiumwerkstoffes umfasst .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Schritt b) erzeugte strukturopti iεrtε Modell in Form von zumindest eine Punktwolke angebenden Daten vorliegt, dass das bei Schritt c) erzeugte SD-Modell auf dεr Grundlage dεr diε zumindest eine Punktwolke angebenden Daten erzeugt wird, und dass das 3D-Modell ein Flächenmodell oder ein Solidmodell ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Schritt d) hergestellte Bauteil ein Werkzeug ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Schritt d) hergestellte Bauteil ein Wischanlagenbauteil ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Schritt d) herge- stellte Bauteil einε Wischerkonsole, ein Wischerlagergehäuse, ein Wischerarmbefestigungsteil oder ein Wischermotorgetriebegehäuse ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Wischanlagenbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass es durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.
14. Wischanlagenbauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Wischerkonsole, ein Wischerlagergehäuse, ein Wischerarmbefestigungsteil, ein Wischerarmgelenkteil oder ein Wischermotorgεtriebegεhäuse ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10352080A1 (de) * 2003-11-08 2005-06-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Rohform eines elastischen Bauteils
DE10356682A1 (de) 2003-11-30 2005-07-07 Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung Verfahren zur Ermittlung von konstruktiven Erstmodelldaten für eine technische Leichtbaustruktur
DE102006039960A1 (de) * 2006-08-25 2008-03-27 Siemens Ag Verfahren zur Optimierung von Cockpittragstrukturen
JP2011505608A (ja) * 2007-10-30 2011-02-24 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 要素の壁厚の構成方法
DE102015214750A1 (de) 2015-08-03 2017-02-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Form- und Topologieoptimierung eines Gussbauteils

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19806855C2 (de) * 1998-02-19 2002-06-27 Bosch Gmbh Robert Wischerträger

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0235476A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002212084A1 (en) 2002-05-06
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