Parametrische Konstruktion mit CATIA V5

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1 Produktinformation Seite 1 von Parametrische Konstruktion mit CATIA V5 Michael Brill Methoden und Strategien für den Fahrzeugbau ISBN Leseprobe Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

2 3.1 Bauteilanalyse 3.1 Bauteilanalyse Ziel einer objektorientierten Systemanalyse ist die Ermittlung der Objekte und deren Abhängigkeiten. Diese objektorientierte Systemanalyse kann nun auch bei der Konstruktion von Bauteilen angewandt werden. Die Objekte eines Bauteils sind Bauteilbereiche, die eine bestimmte konstruktive Funktion erfüllen. Die Objekte eines Bauteils werden als Unterstrukturen bezeichnet. Zur Ermittlung der Bauteilfunktionen existieren nun verschiedene sich ergänzende Wege: Konstruktionslastenhefte Vor jeder Bauteilentwicklung für ein neues Produkt werden Konstruktionslastenhefte mit den Anforderungen an die Bauteile angefertigt. Dokumentiert werden neue Ziele hinsichtlich höherer Festigkeit, geringerem Gewicht und reduzierter Fertigungskosten. Oft werden diese Ziele nur mit neuen Konstruktionskonzepten bezüglich einer Vorgängerversion erreicht, so dass diese geänderten Konzepte auch im Lastenheft dokumentiert werden. Viele kleine Details einer komplexen Konstruktion sind selbstverständlich, zählen zu den allgemein bekannten Gestaltungsregeln und werden nicht gesondert dokumentiert. Lastenhefte beziehen sich im Detail oft auf Vorgängervarianten. Somit liefert ein Konstruktionslastenheft wesentliche und wertvolle Informationen über die Bauteilfunktionen, aber nicht alle zur CAD- Konstruktion notwendigen Details. Das Auswerten der Lastenhefte zur Bauteilanalyse wird durch die Frage geprägt, wie sich die einzelnen Anforderungen auf die geometrische Gestaltung des Bauteils auswirken. 31

3 3 Allgemeine Konstruktionsmethodik Form- und Begriffsuche Existiert eine Vorgängerversion des Bauteils, so kann anhand dessen Form die Bauteilfunktionen ermittelt werden. Überall, wo das Bauteil ersichtlich lokal eine bestimmte Form annimmt, dient dies zur Erfüllung einer Bauteilfunktion. Anhand eines Bildschirmabzuges (Hardcopy) des Bauteils können die Bauteilbereiche unterschiedlicher Formen markiert und benannt werden. Eine ähnliche Vorgehensweise findet man oft bei der Einarbeitung in fremde Bauteile. Anschluss Querträger Anschluss Längsträger Verprägung Tunnel Boden Wartungsdeckel Wartungsdeckel Anschluss Längsträger Eine weitere ergänzende Vorgehensweise zur Bauteilanalyse besteht in der Begriffsuche bei einer Vorgängerversion. Die einzelnen Bauteilbereiche hat der erfahrene Konstrukteur entsprechend der Bauteilfunktion benannt. Unbewusst kennt er die Bauteilfunktionen. Die Vorgängerversion des Bauteils dient eher als Erinnerung und zum systematischen Vorgehen. 32

4 3.1 Bauteilanalyse Direkte Analyse Eine direkte Analyse setzt Kenntnisse der möglichen Bauteilfunktionen voraus. Für ein Aufgabengebiet, wie der Konstruktion von Tiefzieh- und Druckgussteilen oder für Tiefziehwerkzeuge, wiederholen sich die möglichen Bauteilfunktionen und können kategorisiert werden. Die einfachste und sicherste Form der Analyse besteht nun in der Durcharbeitung eines Kriterienkataloges und der Übertragung auf den konkreten Fall. Fehlende Informationen können bei anderen Prozessbeteiligten in der Konstruktion, Fertigung, im Werkzeugbau, in der Berechnung oder den DMU-/Gesamtkonzept- Abteilungen erfragt werden. Kriterienkatalog Formular verwenden Bauteilfunktion Primärfunktion Bauraum für Aggregate Befestigung von Aggregaten Bauteil- Verbindung Tragwerk Raumtrennung 33

5 3 Allgemeine Konstruktionsmethodik Primärfunktion und Basisstruktur Jedes Bauteil hat eine markante Funktion, die den größten Einfluss auf die geometrische Form besitzt, die Primärfunktion. Die ihr zugeordnete Unterstruktur wird als Basisstruktur bezeichnet. Auf ihr bauen alle weiteren Unterstrukturen auf. Bauteilnamen Das Bauteil wird fast immer nach der Primärfunktion benannt. Umgekehrt erhält man die Primärfunktion bzw. die Basisstruktur aus dem Bauteilnamen. Typische Beispiele sind alle Bauteile mit dem Namensbestandteil -träger oder -wand. Die Primärfunktion unterscheidet sich in Tragwerks- oder Raumtrennungsfunktion. Tragwerksfunktion Bei einer Tragwerksfunktion dient das Bauteil in erster Linie der Festigkeit des Produkts und leitet Kräfte weiter. Basisstrukturen mit überwiegender Tragwerksfunktion werden mit Profilen aufgebaut. Typische Beispiele sind hierfür die Längs- oder Querträger im Fahrzeugrohbau. Raumtrennungsfunktion Bei einer Raumtrennungsfunktion nimmt das Bauteil zwar auch Kräfte auf, die wesentliche Aufgabe besteht aber darin, Räume voneinander abzutrennen. Im Fahrzeug werden Motorraum, Fahrgastraum und Kofferraum gegeneinander und nach außen abgeschlossen. Bauteile, die als Basisstrukturen eine Raumtrennungsfunktion besitzen, werden mit großen, flachen Flächen aufgebaut. Typische Beispiele sind hierfür die Stirnwand, Seitenwand, Rückwand, aber auch Dach und Tür im Fahrzeugrohbau. Bei allen Trennwänden kann die Basisstruktur vom Konstrukteur entsprechend dem zur Verfügung stehenden Bauraum frei gestaltet werden. Bei allen Beplankungsteilen entspricht ein großer Bereich des Bauteils den vorgegebenen Designflächen. Bei Gussteilen tritt für Bauteile mit Raumtrennungsfunktion der Begriff Gehäuse auf. 34

6 3.1 Bauteilanalyse Bauraum für Aggregate A gregate Der Bauraum von Aggregaten, die sich in der Nachbarschaft befinden, muss berücksichtigt werden, indem man im Bauteil Verprägungen um diese Aggregate konstruiert. Verprägungen werden von der Gestalt frei um das Aggregat aufgebaut, Abhängigkeiten durch eine Verlinkung zum Aggregat sollten vermieden werden. Befestigung von Aggregaten Aggregate werden an der Karosserie befestigt. Hierzu sieht man in der Regel planare Flanschflächen vor. Zur Steuerung der Lage entsprechend der Position des Aggregates wird die Flanschfläche in Form einer Verprägung gestaltet. Verbindung zu den Nachbarbauteilen Im Fertigungsprozess werden Bauteile zum Teil durch Punktschweißen, Laserschweißen, Kleben oder Nieten unlösbar miteinander verbunden. Hierzu sind am Bauteil Flanschflächen vorzusehen. Die Flanschflächen sind die Offsetflächen des Nachbarbauteils. Restliche Details Details wie Sicken, Löcher und kleinere Verprägungen müssen nicht vor Konstruktionsbeginn analysiert werden, da sich diese später in der Regel problemlos hinzufügen lassen. Analysiert werden müssen nur Bauteilfunktionen, die eine Abhängigkeit oder Auswirkung auf nachfolgende Unterstrukturen oder Nachbarbauteile besitzen. Z.B. wenn eine Verprägung durch eine weitere teilweise überbaut wird. Kleinere Verprägungen ohne nachfolgende Überbauung können vernachlässigt werden. 35

7 3 Allgemeine Konstruktionsmethodik Praktische Auswirkung der Bauteilanalyse Übersehene grundlegende Bauteilfunktionen führen später zu stärkeren Umstrukturierungen des Bauteils und reduzieren die Zeitvorteile der parametrisch-assoziativen Konstruktion stark. Die analytische Vorgehensweise verlangt während der Einarbeitungsphase viel Sorgfalt. Ein systematisches Vorgehen anhand eines Formulars ist empfehlenswert. Mit zunehmender Erfahrung können später die Bauteilfunktionen von kleinen Bauteilen direkt erfasst und aufgebaut werden. Sehr große Bauteile sind bei der Ersterstellung oft unzureichend strukturiert. Nach entsprechend vielen konstruktiven Änderungen werden diese Bauteile zumeist wieder strukturell überarbeit. Gerade Bauteile mit einer sehr hohen Anzahl an Bauteilfunktionen benötigen höchste Sorgfalt und genügend Zeit bei der Vorplanung. Ist der Anwender geneigt, ähnlich wie in CATIA V4, früh mit der geometrischen Gestaltung zu beginnen, so führt dies zu späterem Mehraufwand durch schlecht strukturierte Bauteile. Kategorisierung anhand der Benennung Den Kategorien der Bauteilfunktionen können direkt Namensbestandteile der erkannten Bauteilbereiche zugeordnet werden. Tragwerk Raum- Bauraum für Befestigung Lokale Trennung Aggregate von Aggregaten Verstärkung Träger Wand Verprägung Aufnahme Sicke Verstärkung Gehäuse Mulde Befestigung Versteifung Säule Deckel Kasten Konsole Rippe Rahmen Klappe Kanal Flansch Strebe Tür Raum Anbindung Stütz Boden Auflage Profil 36

8 3.1 Bauteilanalyse Strukturierung Die Analyse der Bauteilfunktionen liefert die Unterstrukturen des Bauteils. Jedes dieser Objekte wird als eigenständige Geometrie unabhängig von den Unterstrukturen des restlichen Bauteils aufgebaut. Die so aufgebauten Flächen werden später in einer übergeordneten Struktur zum fertigen Bauteil zusammengesetzt. Der geometrische Zusammenbau der Unterstrukturen erfolgt über Ausrundungsfunktionen. Tangentiale Ankonstruktionen, die in CATIA V4 üblich waren, sollten vermieden werden. Tangentiale Ankonstruktionen benötigen den Zugriff auf die Randkurven eines Flächenverbandes. Die tangentiale Ankonstruktion würde mit Blend und Füllfunktionen erfolgen. Hierdurch würde die Konstruktion bei Änderungen sehr empfindlich auf Knicke in den Randkurven und starke Formänderungen reagieren. Ein Zusammenbau mit nur einer Funktion wäre nicht möglich. Der Zusammenbau würde durch ein formabhängiges Aneinanderstückeln von Einzelflächen erfolgen. Eine wesentlich stabilere Vorgehensweise liefert hingegen ein Zusammenbau mit einer Ausrundungsfunktion. Die Teilkonstruktionen in den Unterstrukturen müssen sich weit genug durchdringen, um miteinander ausgerundet zu werden. Dieser Ü- berstand sollte groß genug sein, um auch bei parametrischen Änderungen, wie einer Positionsverschiebung, noch sicher eine Lösung bieten zu können. Die Randkonturen einer Fläche spielen hierbei keine Rolle mehr. Der gesamte Flächenverband muss nur tangentenstetig, d. h. knickfrei, sein. Unterstrukturen Zusammenbaustruktur Zusammenbauen mittels Verrundungen 37

9 3 Allgemeine Konstruktionsmethodik Beispiele Die Geometrie der einzelnen Bauteilfunktionen wurde in den folgenden Beispielen zur besseren Veranschaulichung ähnlich einer Explosionszeichnung außerhalb des Bauteils angeordnet. Struktur Hauptboden Verprägung Tunnel Aufnahme Motorlager Auflage Mittelkonsole Verprägung Abgasanlage Verprägung Kabelkanal Bodenschale Bauteilbeschnitt 38