Robust Design zylindrischer Schraubenfedern

摘要

Das Institut fur Produktentwicklung (IPEK) befasst sich seit einigen Jahren mit der Simulation und Optimierung von hochbelasteten Schraubenfedern, die ihren Einsatz im Wesentlichen im Automobilbau finden. Ausgangspunkt fur die Forschungsarbeit waren dabei Messungen im Taumelversuch, die von Prof. Kuhn bereits in den sechziger Jahren am damals noch Institut fur Maschinenkonstruktionslehre genannten IPEK durchfuhrt wurden [Kuhn69]. Im Zentrum der Arbeiten der letzten Jahre stand der Aufbau von Simulationsmodellen, die es moglich machen, die komplexen Eigenschaften von Zylinderfedern in der Simulation nachzuvollziehen, und in der Folge die Optimierung von mechanischen Eigenschaften der Feder mit den Werkzeugen der Strukturoptimierung. Im Fokus dieser Arbeit steht nun die Robustheit bestimmter Federneigenschaften gegenuber fertigungsbedingten Schwankungen insbesondere geometrischer Grossen. Sie baut auf den fur die Optimierung entwickelten parametrisierten Finite Elemente Modellen der Zylinderfeder und Messungen der Streuungen von Geometriegrossen und Eigenschaften auf. Zunachst wurden analytische Methoden zur Berechnung von Federrate R und Schubspannung (tau)_(max) in eine Robustheitsanalyse integriert. Streuungen dieser Grossen wurden bestimmt. Ein anschliessender Vergleich mit messtechnisch bestimmten Verteilungen erlaubte die Einschrankung des Parameterraumes in der FE-Simulation fur die folgende Robustheitsanalyse. Ziel dieser Robustheitsanalyse war die Untersuchung lokaler Beanspruchungen in der Endwindung. Die Arbeit entstand im Rahmen des durch die Stiftung Industrieforschung (www.stiftung-industrieforschung.de) geforderten Forschungsprojektes Queron.