WO2015018650A1 - Method for producing a connecting element - Google Patents

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WO2015018650A1
WO2015018650A1 PCT/EP2014/065896 EP2014065896W WO2015018650A1 WO 2015018650 A1 WO2015018650 A1 WO 2015018650A1 EP 2014065896 W EP2014065896 W EP 2014065896W WO 2015018650 A1 WO2015018650 A1 WO 2015018650A1
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WO
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geometry
components
connecting element
boundary conditions
optimization
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Application number
PCT/EP2014/065896
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Inventor
Dirk Hartmann
Claudia-Camilla MALCHER
Thomas Mueller
Philipp Emanuel Stelzig
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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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]

Definitions

  • the present invention relates to a method for the production of a connecting element according to claim 1.
  • fasteners 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 has to be designed to be elastic and / or damping, for example. 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 the production of individualized connecting elements can be associated with great expenditure of time and money.
  • An object of the present invention is to specify 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.
  • 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 enveloping the components to be connected, for subtracting the components to be connected from a space enclosed by the envelope to obtain an optimization space region, for transmitting the specified boundary conditions to sub-surfaces of the component complementary to the sub-surfaces of the components to be connected Optimization space area for computing a geometry for the connection element, wherein the geometry for the connection element 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 are met at the sub-surfaces of the optimization space area.
  • this method enables automated interactive generation of geometry for a connector.
  • the implementation of the method is advantageously associated with only a small design effort.
  • the method provides inherent simulative validation of the geometry for the connector element 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.
  • 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.
  • the forbidden space area is also subtracted from the space area enclosed by the envelope to obtain the optimization space area.
  • 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.
  • the method makes it possible to produce connecting elements which can be used under limited spatial conditions.
  • the envelope is calculated as a convex hull.
  • this results in a simple geometry for the envelope.
  • 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.
  • the envelope thereby has a particularly simple and clear geometry, which simplifies the creation of the envelope as well as the further calculation.
  • this comprises a further step for fixing a material for the connecting element.
  • 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.
  • computing the geometry for the connector includes steps for
  • this algorithm allows a reliable and robust calculation of a geometry for the connection element.
  • 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 process step of updating the stiffness matrix using the material density distribution.
  • a further step is carried out for calculating a judgment function.
  • the method enables an iterative optimization of the material density distribution of the connecting element obtainable by the method.
  • an inherent validation of the forming geometry of the connecting element takes place during each iteration.
  • the boundary conditions are defined as kinematic boundary conditions and / or as force boundary conditions.
  • 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.
  • this comprises a further step for producing the connecting element.
  • the method thus provides a connection element which is optimized for a specific application and which satisfies defined mechanical requirements.
  • the production of the connecting element takes place by an additive method. This advantageously allows economical production of fasteners in small quantities.
  • the production of the connecting element can take place by means of a 3D printer.
  • connection element is produced by a layer construction method.
  • the connecting element can be constructed from a sequence of consecutive thin layers.
  • 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.
  • Fig. 1 is a first view of components to be connected
  • FIG. 2 shows a second view of the components to be connected
  • FIG. 3 is a perspective view of the components to be connected in the context of prohibited areas of space.
  • Fig. 4 is a schematic representation of an optimization space area
  • Fig. 5 is a perspective view of a connecting element
  • FIG. 6 is a perspective view of the connecting element with the components to be joined;
  • Fig. 7 is a flowchart of a method of manufacturing a connector; and
  • FIG. 8 is a flowchart of a geometry calculation method.
  • FIG. 7 shows a schematic flow diagram of a method 300 for producing a connecting element.
  • the method 300 is suitable for the interactive generation of connecting elements for connecting any mechanical components in any spatial arrangement to one another.
  • the method allows a specification of additional boundary and secondary conditions that are to be fulfilled by the connecting element.
  • the method performs inherent simulative validation of the fastener produced by the method to ensure compliance with the constraints and constraints imposed by the fastener obtainable by the method.
  • the method 300 for producing 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.
  • the presented application is only to be understood as an example.
  • the method 300 is suitable for the production of any connection elements.
  • geometry data 100 of mechanical components 110 to be connected to one another are provided.
  • the geometry data 100 indicate a spatial geometry of the components 110 to be connected.
  • the geometry data 100 of the components 110 to be connected can be provided, for example, in the form of CAD or STL data.
  • FIGS. 1 and 2 show schematic perspective views of exemplary components 110 to be connected from different viewing directions.
  • the components 110 to be connected comprise a holding tray 111 for a tablet computer and three clamping elements 112.
  • the holding tray 111 is intended to receive a tablet computer.
  • the clamping elements 112 are intended to be clamped to a bicycle handlebar of a bicycle.
  • a connection element is to be created, which connects the holding shell 111 with the clamping elements 112 in order to enable attachment of a tablet computer to a bicycle handlebar.
  • a relative positioning 120 of the components 110 to be connected is determined.
  • the relative positioning 120 of the components 110 to be connected can take place, for example, by reference to a coordinate system of a virtual space.
  • the relative positioning 120 may be set interactively using a CAD system.
  • the exemplary relative positioning 120 of the components 110 to be connected is selected such that the tablet computer can be arranged above the bicycle handlebar.
  • boundary conditions 140 for sub-surfaces 130 of the components 110 to be connected are determined.
  • the boundary conditions 140 can be defined, for example, as kinematic boundary conditions 141, such as shift boundary conditions, and / or as force boundary conditions 142.
  • Kinematic boundary conditions 141 may indicate, for example, that a partial surface 130 of the components 110 to be connected is firmly fixed in space, that is to say immovable.
  • force margin conditions 142 may indicate a maximum force acting on a partial surface 130 of the components 110 to be connected.
  • the kinematic boundary condition 141 is stated that the partial surfaces 130 of the clamping elements 112 oriented toward the bicycle handlebar are firmly clamped.
  • a surface load exerted on the holding tray 111 by a tablet computer arranged in the holding tray 111 is formulated as a force boundary condition 142 on the partial surface 130 of the holding tray 111 adjoining the tablet computer.
  • an envelope 160 is calculated, which envelopes the components 110 to be connected.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the envelope 160 enclosing the components 110 to be connected.
  • the envelope 160 is preferably calculated as a convex hull.
  • a particularly simple geometry of the envelope 160 results when the envelope 160 is calculated in the form of a parallelepiped axis parallel to the axes of a coordinate system. This is the case in the example shown in FIG.
  • a space area 161 enclosed by the envelope 160 comprises all the components 110 to be connected.
  • the envelope 160 can be determined interactively by means of a CAD system, for example.
  • a fifth method step 305 of the method 300 the geometries of the components 110 to be connected are subtracted from the space region 161 enclosed by the envelope 160.
  • the subtraction is to be understood in the sense of a Boolean operation.
  • the space occupied by the components 110 to be connected is removed from the space area 161 enclosed by the envelope 160.
  • a prohibited room area 150 also becomes and also subtracted from the space area 161 enclosed by the envelope 160.
  • the determination of the forbidden space area 150 may, for example, be done interactively by means of a CAD system.
  • the forbidden space area 150 comprises those areas in the vicinity of the components 110 to be connected, into which the connection element produced by the method 300 must not extend, that is, which must remain free.
  • the forbidden space area 150 comprises a bicycle handlebar 151, as can be seen from the perspective illustration of FIG.
  • the connecting element obtainable by the method 300 must not collide with the bicycle handlebar 151 in order to allow an arrangement of the components 110 to be connected by the connecting element to the bicycle handlebar 151.
  • the forbidden space area 150 includes a space occupied by a tablet computer not shown in FIG. 3.
  • an optimization space 170 As a result of subtracting the components 110 to be connected and, optionally, the forbidden space 150 from the space 161 enclosed by the envelope 160, an optimization space 170 remains.
  • the optimization space 170 indicates those areas in which the connector produced by the method 300 maximizes may extend.
  • 4 shows a schematic perspective view of the optimization space region 170.
  • the optimization space region 170 has holes in the space area occupied by the components 110 to be connected and in the forbidden space area 150.
  • the sixth method step 306 can be omitted if no forbidden area 150 needs to be defined.
  • the optimization space area 170 Since the optimization space area 170 has holes in the space areas occupied by the components 110 to be connected, the optimization space area 170 also points to the partial space 170.
  • Surface 130 of the components to be connected 110 complementary sub-surfaces 180.
  • the boundary conditions 140 defined for the sub-surfaces 130 of the components 110 to be connected in the third method step 303 are transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170.
  • a material for the connecting element produced by the method 300 is determined.
  • the material defined in the eighth method step 308 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.
  • a geometry 210 for a connection element 200 is calculated.
  • the geometry 210 for the connector 200 is calculated as a subset of the optimizer space area 170.
  • the connection element 200 is thereby completely arranged within the optimization space region 170.
  • the geometry 210 of the connection element 200 is calculated with an optimization algorithm in such a way that the boundary conditions 140 transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170 in the seventh method step 307 are fulfilled at the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170.
  • the calculation of the geometry 210 in the ninth method step 309 takes place by means of a geometry or
  • the geometry 210 of the connecting element 200 is determined on the basis of mechanical variables which result from the boundary conditions 140 transferred to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170 in the seventh method step 307. As a result, the calculation of the geometry 210 is a simulative validation tion of compliance with these constraints 140 inherent in the geometry 210 of the connector 200.
  • Suitable optimization methods are in particular the level set method and the SIMP method.
  • the level set method is from the publications
  • the optimization algorithm may optimize one or more characteristics of the connector 200 taking into account and respecting one or more other sizes and characteristics of the connector 200. 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 can be defined as predefined variables and properties.
  • the optimization algorithm can optimize the connection element 200, for example, in such a way that it has the smallest possible mass or is deformed to the least extent possible.
  • the optimization algorithm may, for example, iteratively add material in certain portions of the geometry 210 of the connector 200 to achieve optimum stiffness of the connector 200 with the mass of the connector 200 fixed, while removing material in other portions of the geometry 210 of the connector 200.
  • the rigidity of the connecting element 200 can be optimized, while the mass of the connecting element 200 is held as a secondary condition.
  • FIG. 8 shows a schematic flow diagram of an exemplary geometry calculation method 400 that may be used to calculate the geometry 210 of the connector 200 in the ninth method step 309 of the method 300.
  • the optimization space area 170 becomes
  • a material density distribution is initialized in the elements of the optimization space region 170 which are discretized in the first sub-step 401.
  • the initialization can For example, provide a homogeneous material density in all sub-elements of the optimization space area 170.
  • 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].
  • a force vector is assembled. This too can be done as in publication [4].
  • a fifth sub-step 405 of the geometry calculation method 400 the boundary conditions 140 transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 are impressed on the stiffness matrix and the force vector. This can be done, for example, by deleting rows and columns belonging to zero degrees of freedom of the stiffness matrix and of the force vector.
  • the stiffness matrix is updated using the current material density distribution. This takes place analogously to the third sub-step 403 of the geometry calculation method 400.
  • a changed material density distribution is determined. expects.
  • the calculation can be carried out according to the method described in publication [4].
  • a judgment function is calculated.
  • the evaluation function provides information on how well a connecting element with the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 satisfies the requirements imposed on the geometry calculation method 400.
  • a ninth sub-step 409 of the geometry calculation method 400 it is checked whether the value of the evaluation function calculated in the eighth sub-step 408 has reached a defined threshold value. If this is the case, the geometry calculation method 400 ends with the tenth sub-step 410 explained below. Otherwise, the geometry calculation method 400 is repeated from the sixth sub-step 406. In this case, the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 of the preceding iteration is used to calculate the stiffness matrix 406 in the sixth sub-step 406. The sixth, seventh, eighth and ninth sub-steps 406, 407, 408, 409 of the geometry calculation method 400 are repeated until the value of the evaluation function calculated in the eighth sub-step 408 has reached the specified threshold value.
  • the geometry 210 of the connecting element 200 is extracted from the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 of the last iteration.
  • the extraction of the geometry 210 can be done, for example, according to the level set method.
  • connection element 200 described by the geometry 210 does not extend approximately beyond the specified optimization space area 170. However, due to numerical inaccuracies, the connecting element 200 may also partially penetrate into the components 110 to be connected extend into the occupied space area. In an optional further method step, the components 110 to be connected can therefore be subtracted from geometry 210 of the connecting element 200 obtained in the ninth method step 309 in the sense of a Boolean operation.
  • the components 110 to be connected can be added to the geometry 210 of the connecting element 200 in the sense of a Boolean operation. Then, the connecting element 200 comprises the components 110 to be connected directly.
  • connection element 200 with the geometry 210 thus obtainable satisfies the technical requirements defined in the method steps of the method 300.
  • the connection element 200 is suitable for connecting the components 110 to be connected.
  • the connection element 200 does not collide with objects in forbidden spatial regions 150.
  • the connection element 200 fulfills the specified boundary conditions 140.
  • connection element 200 defined by the geometry 210 can be physically produced.
  • the production of the connecting element 200 can be effected, for example, by an additive method.
  • the connecting element 200 can 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 shows a perspective view of the geometry 210 of the connecting element 200 calculated by way of example in the ninth method step 309 of the method 300.
  • the connecting element 200 has a retaining shell side 201 and a clamping side 202.
  • the retaining shell side 201 of the connecting element 200 is intended to establish a connection to the retaining shell 111 of the components 110 to be connected.
  • the clamping side 202 of the connecting element 200 is intended to connect to the clamping elements 112 to connect connecting components 110.
  • the connecting element 200 is thus suitable for connecting the holding shell 111 with the clamping elements 112.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the connecting element 200 and the components 110 to be connected.
  • the clamping elements 112 are thereby clamped to the bicycle handlebar 151.
  • the connecting element 200 connects the holding shell 111 with the clamping elements 112. In this case, the connecting element 200 does not extend into the forbidden space area 150 that encompasses the bicycle handlebar 151.

Abstract

A method for producing a connecting element comprises steps for providing geometric data of component parts to be connected, for fixing a relative position of the component parts to be connected, for fixing boundary conditions for subsurfaces of the component parts to be connected, for calculating an envelope which envelops the component parts to be connected, for subtracting the component parts to be connected from a spatial region enclosed by the envelope in order to obtain an optimization spatial area, for transferring the fixed boundary conditions to subsurfaces of the optimization spatial area which are complementary to the subsurfaces of the component parts to be connected, for calculating a geometry for the connecting element, wherein the geometry for the connecting element is calculated as a subset of the optimization spatial area, wherein the geometry is calculated with an optimization algorithm such that the fixed boundary conditions at the subsurfaces of the optimization spatial area are met.

Description

Beschreibung description
Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements gemäß Patentanspruch 1. The present invention relates to a method for the production of a connecting element according to claim 1.
Der Entwurf und die Herstellung von Verbindungselementen ist eine zentrale Aufgabe der Ingenieurmechanik. Verbindungsele- mente 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 Verbin- dungselement 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 indi- vidualisierter 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 has to be designed to be elastic and / or damping, for example. 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 the production of individualized connecting elements can be associated with great expenditure of time and money.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungselements anzuge- ben. 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 specify 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 um- fasst 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 Über- tragen 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 Optimierungsraumge- biets 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 Ver- bindungselement . Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass ein Verbindungselement mit der durch das Verfahren erhältlichen Geometrie an das Verbindungselement gestellte mechanische Anforderungen erfüllt. 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 . 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 enveloping the components to be connected, for subtracting the components to be connected from a space enclosed by the envelope to obtain an optimization space region, for transmitting the specified boundary conditions to sub-surfaces of the component complementary to the sub-surfaces of the components to be connected Optimization space area for computing a geometry for the connection element, wherein the geometry for the connection element 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 are met at the sub-surfaces of the optimization space area. 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 connector element 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 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 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 as a convex hull. Advantageously, this results in a simple geometry for the envelope. This advantageously simplifies subsequent calculation steps of the method. 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 In one embodiment of the method, computing the geometry for the connector includes steps for
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 un- ter 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 Verbindungs- element . Dabei lässt sich der Algorithmus vorteilhafterweise auf einfache Weise implementieren und mit geringem Berechnungsaufwand durchführen. Ein besonderer Vorteil des Verfah- rens 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 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 Verwen- dung 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 Verbindungsele- ments. Vorteilhafterweise erfolgt dabei während jeder Iteration eine inhärente Validierung der sich ausbildenden Geometrie des Verbindungselements. 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 extracting the geometry from the material density distribution. Advantageously, this algorithm allows a reliable and robust calculation of a geometry for the connection 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 process step of updating the stiffness matrix using the material density distribution. 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 this case, 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 Randbedin- gungen 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 einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Herstellen des Verbindungselements durch ein additives Verfahren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine wirtschaftliche Herstellung von Verbindungselementen in geringer Stückzahl. Bei- spielsweise kann die Herstellung des Verbindungselements mittels eines 3D-Druckers erfolgen. 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 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 Verbindungs- element 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 dreidimen- sionale Geometrie aufweist. In one embodiment of the method, the connection element is produced by a layer construction 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 Zusam- menhang 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 the embodiments which will be described in detail in conjunction with the drawings. Showing:
Fig. 1 eine erste Ansicht zu verbindender Bauteile; Fig. 1 is a first view of components to be connected;
Fig. 2 eine zweite Ansicht der zu verbindenden Bauteile; FIG. 2 shows a second view of the components to be connected; FIG.
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der zu verbindenden Bauteile im Kontext verbotener Raumbereiche; 3 is a perspective view of the components to be connected in the context of prohibited areas of space.
Fig . 4 eine schematische Darstellung eines Optimierungsraumgebiets ; Fig. 4 is a schematic representation of an optimization space area;
Fig . 5 eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsele- ments ; Fig. 5 is a perspective view of a connecting element;
Fig . 6 eine perspektivische Darstellung des Verbindungselements mit den zu verbindenden Bauteilen; Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbindungselements; und Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Geometrieberechnungsverfahrens . Fig. 6 is a perspective view of the connecting element with the components to be joined; Fig. 7 is a flowchart of a method of manufacturing a connector; and FIG. 8 is a flowchart of a geometry calculation method.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung eines Verbindungselements. Das Ver- fahren 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 erfül- len 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. FIG. 7 shows a schematic flow diagram of a method 300 for producing a connecting element. The method 300 is suitable for the interactive generation of connecting elements for connecting any mechanical components in any spatial arrangement to one another. In this case, the method allows a specification of additional boundary and secondary conditions that are to be fulfilled by the connecting element. At the same time, the method performs inherent simulative validation of the fastener produced by the method to ensure compliance with the constraints and constraints imposed by the fastener obtainable by the method.
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. 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. Figuren 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. The method 300 for producing 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 method 300 is suitable for the production of any connection elements. In a first method step 301 of the method 300, geometry data 100 of mechanical components 110 to be connected to one another are provided. The geometry data 100 indicate a spatial geometry of the components 110 to be connected. The geometry data 100 of the components 110 to be connected can be provided, for example, in the form of CAD or STL data. FIGS. 1 and 2 show schematic perspective views of exemplary components 110 to be connected from different viewing directions. The components 110 to be connected comprise a holding tray 111 for a tablet computer and three clamping elements 112. The holding tray 111 is intended to receive a tablet computer. The clamping elements 112 are intended to be clamped to a bicycle handlebar of a bicycle. A connection element is to be created, which connects the holding shell 111 with the clamping elements 112 in order to enable 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 method step 302 of the method 300, a relative positioning 120 of the components 110 to be connected is determined. The relative positioning 120 of the components 110 to be connected can take place, for example, by reference to a coordinate system of a virtual space. For example, the relative positioning 120 may be set interactively using a CAD system.
In Figuren 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 FIGS. 1 and 2, the exemplary relative positioning 120 of the components 110 to be connected is selected such that the tablet computer can be arranged 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 . Im in Figuren 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. In einem vierten Verfahrensschritt 304 des Verfahrens 300 wird eine Einhüllende 160 berechnet, die die zu verbindenden Bauteile 110 umhüllt. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der die zu verbindenden Bauteile 110 umhüllenden Einhüllenden 160. In a third method step 303 of the method 300, boundary conditions 140 for sub-surfaces 130 of the components 110 to be connected are determined. The boundary conditions 140 can be defined, for example, as kinematic boundary conditions 141, such as shift boundary conditions, and / or as force boundary conditions 142. Kinematic boundary conditions 141 may indicate, for example, that a partial surface 130 of the components 110 to be connected is firmly fixed in space, that is to say immovable. For example, force margin conditions 142 may indicate a maximum force acting on a partial surface 130 of the components 110 to be connected. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the kinematic boundary condition 141 is stated that the partial surfaces 130 of the clamping elements 112 oriented toward the bicycle handlebar are firmly clamped. A surface load exerted on the holding tray 111 by a tablet computer arranged in the holding tray 111 is formulated as a force boundary condition 142 on the partial surface 130 of the holding tray 111 adjoining the tablet computer. In a fourth method step 304 of the method 300, an envelope 160 is calculated, which envelopes the components 110 to be connected. FIG. 4 shows a schematic representation of the envelope 160 enclosing the components 110 to be connected.
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 Fig. 4 gezeigten Beispiel der Fall. Ein durch die Einhüllende 160 eingeschlossener Raumbereich 161 umfasst alle zu verbindenden Bauteile 110. Die Einhüllende 160 kann bei- spielsweise 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 subsequent calculation steps. A particularly simple geometry of the envelope 160 results when the envelope 160 is calculated in the form of a parallelepiped axis parallel to the axes of a coordinate system. This is the case in the example shown in FIG. A space area 161 enclosed by the envelope 160 comprises all the components 110 to be connected. The envelope 160 can be determined interactively by means of a CAD system, for example.
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 ent- fernt . In a fifth method step 305 of the method 300, the geometries of the components 110 to be connected are subtracted from the space region 161 enclosed by the envelope 160. The subtraction is to be understood in the sense of a Boolean operation. Thus, the space occupied by the components 110 to be connected is removed from the space area 161 enclosed by the envelope 160.
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 method step 306 of the method 300, a prohibited room area 150 also becomes and also subtracted from the space area 161 enclosed by the envelope 160. The determination of the forbidden space area 150 may, for example, be done interactively by means of 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 Fig. 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 Fig. 3 nicht dargestellten Tablet-Computer eingenommenen Raumbereich. The forbidden space area 150 comprises those areas in the vicinity of the components 110 to be connected, into which the connection element produced by the method 300 must not extend, that is, which must remain free. In the example explained with reference to the figures, the forbidden space area 150 comprises a bicycle handlebar 151, as can be seen from the perspective illustration of FIG. The connecting element obtainable by the method 300 must not collide with the bicycle handlebar 151 in order to allow an arrangement of the components 110 to be connected by the connecting element to the bicycle handlebar 151. In addition to the bicycle handlebar 151, the forbidden space area 150 includes a space occupied by a tablet computer not shown in FIG. 3.
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 Optimierungsraum- gebiet 170 gibt jene Raumbereiche an, in die sich das durch das Verfahren 300 hergestellte Verbindungselement maximal erstrecken darf. Fig. 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 subtracting the components 110 to be connected and, optionally, the forbidden space 150 from the space 161 enclosed by the envelope 160, an optimization space 170 remains. The optimization space 170 indicates those areas in which the connector produced by the method 300 maximizes may extend. 4 shows a schematic perspective view of the optimization space region 170. The optimization space region 170 has holes in the space area occupied by the components 110 to be connected and in the forbidden space area 150.
Der sechste Verfahrensschritt 306 kann entfallen, falls kein verbotener Raumbereich 150 festgelegt werden muss. The sixth method step 306 can be omitted if no forbidden area 150 needs to be defined.
Da das Optimierungsraumgebiet 170 in den durch die zu verbindenden Bauteile 110 eingenommenen Raumbereichen Löcher aufweist, weist das Optimierungsraumgebiet 170 auch zu den Teil- Oberflächen 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 verbinden- den Bauteile 110 festgelegten Randbedingungen 140 auf die komplementären Teiloberflächen 180 des Optimierungsraumgebiets 170 übertragen. Since the optimization space area 170 has holes in the space areas occupied by the components 110 to be connected, the optimization space area 170 also points to the partial space 170. Surface 130 of the components to be connected 110 complementary sub-surfaces 180. In a seventh method step 307 of the method 300, the boundary conditions 140 defined for the sub-surfaces 130 of the components 110 to be connected in the third method step 303 are transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170.
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 linea- re Elastizität des Materials angegeben werden. In an eighth method step 308 of the method 300, a material for the connecting element produced by the method 300 is determined. The material defined in the eighth method step 308 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. Die Berechnung der Geometrie 210 im neunten Verfahrensschritt 309 erfolgt mithilfe eines Geometrie- bzw. In a ninth method step 309 of the method 300, a geometry 210 for a connection element 200 is calculated. The geometry 210 for the connector 200 is calculated as a subset of the optimizer space area 170. The connection element 200 is thereby completely arranged within the optimization space region 170. The geometry 210 of the connection element 200 is calculated with an optimization algorithm in such a way that the boundary conditions 140 transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170 in the seventh method step 307 are fulfilled at the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170. The calculation of the geometry 210 in the ninth method step 309 takes place by means of a geometry or
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 Validie- rung der Einhaltung dieser Randbedingungen 140 durch die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 inhärent. Topology optimizer. The geometry 210 of the connecting element 200 is determined on the basis of mechanical variables which result from the boundary conditions 140 transferred to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space region 170 in the seventh method step 307. As a result, the calculation of the geometry 210 is a simulative validation tion of compliance with these constraints 140 inherent in the geometry 210 of the connector 200.
Geeignete Optimierungsmethoden sind insbesondere die Level - Set-Methode und die SIMP-Methode . Die Level-Set-Methode ist beispielsweise aus den Veröffentlichungen 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, A.M.: A level-set method for shape optimization . Comptes Rendus Mathematique . Vol. 334, Issue 12. Elsevier, 2002 und [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 and
[2] Allaire, G., Jouve, F. and Toader, A.M.: Structural opti- mization using sensitivity analysis and a level-set method. Journal of Computational Physics. Vol. 194, Issue 1. [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 Veröf- fentlichungen Elsevier, known in 2004. The SIMP method is for example from the publications
[3] Sigmund, 0.: A 99 line topology optimization code written in Matlab. Structural and Multidisciplinary Optimization . Vol. 21, Issue 2. Springer, 2001 und [3] Sigmund, 0 .: 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. , Scheveneis M., Lazarov, B.S., Sigmund, 0.: Efficient topology optimization in MATLAB using 88 lines of code. Structural and Multidisciplinary Optimization. Vol. 43, Issue 1. Springer, 2011 bekannt . 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 optimie- ren. 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 beispiels- weise 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. [4] Andreassen, E., Clausen, A., Scheveneis 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. The optimization algorithm may optimize one or more characteristics of the connector 200 taking into account and respecting one or more other sizes and characteristics of the connector 200. 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 can be defined as predefined variables and properties. Depending on these secondary conditions, the optimization algorithm can optimize the connection element 200, for example, in such a way that it has the smallest possible mass or is deformed to the least extent possible. The optimization algorithm may, for example, iteratively add material in certain portions of the geometry 210 of the connector 200 to achieve optimum stiffness of the connector 200 with the mass of the connector 200 fixed, while removing material in other portions of the geometry 210 of the connector 200.
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 shown by way of example by way of example, the rigidity of the connecting element 200 can be optimized, while the mass of the connecting element 200 is held as a secondary condition.
Fig. 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. 8 shows a schematic flow diagram of an exemplary geometry calculation method 400 that may be used to calculate the geometry 210 of the connector 200 in the ninth method step 309 of the method 300.
In einem ersten Teilschritt 401 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird das Optimierungsraumgebiet 170 In a first sub-step 401 of the geometry calculation method 400, the optimization space area 170 becomes
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 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. discretized. This can be done, for example, by covering the optimization space area 170 with hexahedral elements. For example, the optimization space area 170 may be covered with cubes. The optimization space area 170 is thereby divided into discrete elements. In a second sub-step 402 of the geometry calculation method 400, a material density distribution is initialized in the elements of the optimization space region 170 which are discretized in the first sub-step 401. The initialization can For example, provide a homogeneous material density in all sub-elements of the optimization space area 170.
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 einem vierten Teilschritt 404 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird ein Kraftvektor assembliert. Auch dies kann wie in der Veröffentlichung [4] erfolgen. In a third sub-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 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 Geometrieberechnungsver- fahrens 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 Steif- igkeitsmatrix und des Kraftvektors gestrichen werden. Eine für beliebige lineare Verschiebungsrandbedingungen anwendbare alternative Methode geht aus der Veröffentlichung In a fifth sub-step 405 of the geometry calculation method 400, the boundary conditions 140 transmitted to the complementary sub-surfaces 180 of the optimization space area 170 are impressed on the stiffness matrix and the force vector. This can be done, for example, by deleting rows and columns belonging to zero degrees of freedom of the stiffness matrix and of the force vector. An alternative method applicable to any linear displacement constraints will be apparent from the publication
[5] Ainsworth, Mark: Essential boundary conditions and multi- point constraints in finite element analysis. Comput . [5] Ainsworth, Mark: Essential boundary conditions and multi- point constraints in finite element analysis. Comp.
Methode. Appl . Mech. Engrg. Vol. 190. Elsevier, 2001 hervor . In einem sechsten Teilschritt 406 des Geometrieberechnungs- verfahrens 400 wird die Steifigkeitsmatrix unter Verwendung der aktuellen Materialdichteverteilung aktualisiert. Dies erfolgt analog zum dritten Teilschritt 403 des Geometrieberechnungsverfahrens 400. Method. Appl. Mech. Engr. Vol. 190. Elsevier, 2001. In a sixth sub-step 406 of the geometry calculation method 400, the stiffness matrix is updated using the current material density distribution. This takes place 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 be- rechnet. Die Berechnung kann nach dem in der Veröffentlichung [4] beschriebenen Verfahren erfolgen. In a seventh sub-step 407 of the geometry calculation method 400, a changed material density distribution is determined. expects. The calculation can be carried out according to the method described in publication [4].
In einem achten Teilschritt 408 des Geometrieberechnungsver- fahrens 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 sub-step 408 of the geometry calculation method, a judgment function is calculated. The evaluation function provides information on how well a connecting element with the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 satisfies the requirements imposed on the geometry calculation method 400.
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 sub-step 409 of the geometry calculation method 400, it is checked whether the value of the evaluation function calculated in the eighth sub-step 408 has reached a defined threshold value. If this is the case, the geometry calculation method 400 ends with the tenth sub-step 410 explained below. Otherwise, the geometry calculation method 400 is repeated from the sixth sub-step 406. In this case, the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 of the preceding iteration is used to calculate the stiffness matrix 406 in the sixth sub-step 406. The sixth, seventh, eighth and ninth sub-steps 406, 407, 408, 409 of the geometry calculation method 400 are repeated until the value of the evaluation function calculated in the eighth sub-step 408 has reached the specified threshold value.
Im zehnten Teilschritt 410 des Geometrieberechnungsverfahrens 400 wird die Geometrie 210 des Verbindungselements 200 aus der im siebten Teilschritt 407 der letzten Iteration berech- neten Materialdichteverteilung extrahiert. Das Extrahieren der Geometrie 210 kann beispielsweise nach der Level-Set- Methode erfolgen. In the tenth sub-step 410 of the geometry calculation method 400, the geometry 210 of the connecting element 200 is extracted from the material density distribution calculated in the seventh sub-step 407 of the last iteration. The extraction of the geometry 210 can be done, for example, 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 Unge- nauigkeiten 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. The connection element 200 described by the geometry 210 does not extend approximately beyond the specified optimization space area 170. However, due to numerical inaccuracies, the connecting element 200 may also partially penetrate into the components 110 to be connected extend into the occupied space area. In an optional further method step, the components 110 to be connected can therefore be subtracted from geometry 210 of the connecting element 200 obtained in the ninth method step 309 in the sense of a Boolean operation.
In einem weiteren optionalen Verfahrensschritt können die zu verbindenden Bauteile 110 der Geometrie 210 des Verbindungselements 200 im Sinne einer Boolschen Operation zugefügt wer- den. Dann umfasst das Verbindungselement 200 die zu verbindenden Bauteile 110 unmittelbar. In a further optional method step, the components 110 to be connected can be added to the geometry 210 of the connecting element 200 in the sense of a Boolean operation. Then, the connecting element 200 comprises the components 110 to be connected directly.
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 connection element 200 with the geometry 210 thus obtainable satisfies the technical requirements defined in the method steps of the method 300. The connection element 200 is suitable for connecting the components 110 to be connected. The connection element 200 does not collide with objects in forbidden spatial regions 150. The connection element 200 fulfills 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. Fig. 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 Verbin- dungselements 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. Fig. 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 Ver- bindungselement 200 nicht in den den Fahrradlenker 151 umfassenden verbotenen Raumbereich 150. In a tenth method step 310 of the method 300, the connection element 200 defined by the geometry 210 can be physically produced. The production of the connecting element 200 can be effected, for example, by an additive method. Thus, the connecting element 200 can 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 shows a perspective view of the geometry 210 of the connecting element 200 calculated by way of example in the ninth method step 309 of the method 300. The connecting element 200 has a retaining shell side 201 and a clamping side 202. The retaining shell side 201 of the connecting element 200 is intended to establish a connection to the retaining shell 111 of the components 110 to be connected. The clamping side 202 of the connecting element 200 is intended to connect to the clamping elements 112 to connect connecting components 110. The connecting element 200 is thus suitable for connecting the holding shell 111 with the clamping elements 112. FIG. 6 shows a perspective view of the connecting element 200 and the components 110 to be connected. The clamping elements 112 are thereby clamped to the bicycle handlebar 151. The connecting element 200 connects the holding shell 111 with the clamping elements 112. In this case, the connecting element 200 does not extend into the forbidden space area 150 that encompasses the bicycle handlebar 151.
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 to perform the method 300 such that the available connector 200 simultaneously satisfies multiple sets of alternative specified boundary conditions 140. At the same time, different possible materials for the connecting element 200 can be taken into account. The consideration of such alternatives can be carried out when using the geometry calculation method 400, that in each iteration, the sixth sub-step 406 and the seventh sub-step 407 are each performed in succession 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 Er- findung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt.The invention has been further illustrated and described with reference to the preferred embodiments. Nevertheless, the invention is not limited to the disclosed examples.
Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Rather, other variations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren (300) zur Herstellung eines Verbindungselements (200) 1. Method (300) for producing a connecting element (200)
mit den folgenden Schritten: with the following steps:
- Bereitstellen von Geometriedaten (100) zu verbindender Bauteile (110) ;  - Providing geometry data (100) to be connected components (110);
- Festlegen einer relativen Positionierung (120) der zu verbindenden Bauteile (110) ;  - Determining a relative positioning (120) of the components to be connected (110);
- Festlegen von Randbedingungen (140) für Teiloberflächen (130) der zu verbindenden Bauteile (110) ; - defining boundary conditions (140) for partial surfaces (130) of the components to be connected (110);
- Berechnen einer Einhüllenden (160) , die die zu verbindenden Bauteile (110) umhüllt;  - calculating an envelope (160) enveloping the components (110) to be connected;
- Subtrahieren der zu verbindenden Bauteile (110) von einem durch die Einhüllende (160) eingeschlossenen Raumbereich - subtracting the components (110) to be connected from a space enclosed by the envelope (160)
(161) , um ein Optimierungsraumgebiet (170) zu erhalten; (161) to obtain an optimization space area (170);
- Übertragen der festgelegten Randbedingungen (140) auf zu den Teiloberflächen (130) der zu verbindenden Bauteile (110) komplementäre Teiloberflächen (180) des Optimierungsraumge- biets (170) ;  - Transfer of the specified boundary conditions (140) to the sub-surfaces (130) of the components to be connected (110) complementary partial surfaces (180) of the optimization space (170);
- Berechnen einer Geometrie (210) für das Verbindungselement (200) ,  Calculating a geometry (210) for the connecting element (200),
wobei die Geometrie (210) für das Verbindungselement (200) als Teilmenge des Optimierungsraumgebiets (170) berechnet wird, wherein the geometry (210) for the connector (200) is calculated as a subset of the optimization space region (170),
wobei die Geometrie (210) mit einem Optimierungsalgorithmus (400) so berechnet wird, dass die festgelegten Randbedingungen (140) an den Teiloberflächen (180) des Optimierungsraumgebiets (170) erfüllt sind. wherein the geometry (210) is calculated with an optimization algorithm (400) such that the specified boundary conditions (140) at the sub-surfaces (180) of the optimization space region (170) are satisfied.
2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren (300) den folgenden weiteren Schritt umfasst: The method (300) of claim 1, wherein the method (300) comprises the further step of:
- Festlegen eines die zu verbindenden Bauteile (110) umgebenden verbotenen Raumbereichs (150) , in den sich das Verbin- dungselement (200) nicht erstrecken darf,  Fixing a forbidden space area (150) surrounding the components (110) to be connected, into which the connection element (200) may not extend,
wobei der verbotene Raumbereich (150) ebenfalls von dem durch die Einhüllende (160) eingeschlossenen Raumbereich (161) sub- trahiert wird, um das Optimierungsraumgebiet (170) zu erhalten . wherein the forbidden space area (150) is also subjacent to the space area (161) enclosed by the envelope (160). is traded to obtain the optimization space area (170).
3. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei die Einhüllende (160) als konvexe Hülle berechnet wird . 3. The method (300) according to one of the preceding claims, wherein the envelope (160) is calculated as a convex hull.
4. Verfahren (300) gemäß Anspruch 3, wobei die Einhüllende (160) in Form eines Quaders berechnet wird, der die zu ver- bindenden Bauteile (110) umhüllt. 4. The method (300) of claim 3, wherein the envelope (160) is calculated in the form of a box surrounding the components to be connected (110).
5. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (300) den folgenden weiteren Schritt umfasst : 5. The method (300) according to one of the preceding claims, wherein the method (300) comprises the following further step:
- Festlegen eines Materials für das Verbindungselement (200) . - Specifying a material for the connecting element (200).
6. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Berechnen der Geometrie (210) für das Verbindungselement (200) die folgenden Schritte umfasst: The method (300) of any of the preceding claims, wherein calculating the geometry (210) for the connector (200) comprises the steps of:
- Diskretisieren des Optimierungsraumgebiets (170) ; - discretizing the optimization space area (170);
- Initialisieren einer Materialdichteverteilung;  Initializing a material density distribution;
- Assemblieren einer Steifigkeitsmatrix;  - assembling a stiffness matrix;
- Assemblieren eines Kraftvektors;  - assembling a force vector;
- Einprägen der Randbedingungen (140) auf die Steifigkeits- matrix und den Kraftvektor;  - impressing the boundary conditions (140) on the stiffness matrix and the force vector;
- Aktualisieren der Steifigkeitsmatrix unter Verwendung der Materialdichteverteilung ;  - updating the stiffness matrix using the material density distribution;
- Berechnen einer geänderten Materialdichteverteilung;  Calculating a changed material density distribution;
- Extrahieren der Geometrie (210) aus der Materialdichtever- teilung.  - Extract the geometry (210) from the material density distribution.
7. Verfahren (300) gemäß Anspruch 6, wobei nach dem Berechnen der geänderten Materialdichteverteilung der folgende Schritt durchgeführt wird: The method (300) of claim 6, wherein after calculating the changed material density distribution, the following step is performed:
- Berechnen einer Beurteilungsfunktion; - calculating a judging function;
wobei das Aktualisieren der Steifigkeitsmatrix und das Berechnen einer geänderten Materialdichteverteilung unter Verwendung der jeweils zuletzt geänderten Materialdichtevertei - lung solange wiederholt werden, bis die Beurteilungsfunktion einen festgelegten Schwellenwert erreicht hat. wherein updating the stiffness matrix and calculating a changed material density distribution using the respectively last changed material density index be repeated until the evaluation function has reached a specified threshold.
8. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei die Randbedingungen (140) als kinematische Randbedingungen (141) und/oder Kraftrandbedingungen (142) festgelegt werden. 8. The method according to claim 1, wherein the boundary conditions are defined as kinematic boundary conditions and / or constrained boundary conditions.
9. Verfahren (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei das Verfahren (300) den folgenden weiteren Schritt umfasst : 9. Method (300) according to one of the preceding claims, wherein the method (300) comprises the following further step:
- Herstellen des Verbindungselements (200) .  - Manufacture of the connecting element (200).
10. Verfahren (300) gemäß Anspruch 9, wobei das Verbindungs- element (200) durch ein additives Verfahren hergestellt wird. 10. The method (300) according to claim 9, wherein the connection element (200) is produced by an additive method.
11. Verfahren (300) gemäß Anspruch 10, wobei das Verbindungselement (200) durch ein Schichtbauverfahren hergestellt wird . The method (300) according to claim 10, wherein the connecting member (200) is manufactured by a sandwiching method.
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