Strategie für Analysen - physicstoDot

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ein Unternehmen:physicstoDot℠Beratung für Entwicklungwww.physicstoDot.comBochumer Straße 23, 58455 Witten,Idee, Versuch, Konzept, Designtechnische Softwarefür EntwicklungBeratungInhaber: Holger Neulen, Dipl.–Ing. (FH)Strategie für AnalysenMöglicher Weise wäre die Entstehung des Entwurfs des zweiten Teils der DIN 5466 und dessen vollständigeRücknahme bei Einsatz geeigneter Werkzeuge zur Analyse der Anwendbarkeit vermeidbar gewesen.– Abweichend zur Analyse von Zusammenhängen für die Auslegung, zeigt ein höherer Abstraktionsgrad allerdings,dass Teil 1 der DIN 5466 aus wissenschaftlichen Gründen ohnehin zurückgenommen werden müsste.AllgemeinAnalysieren bedeutet – ganz einfach – Einwirkungenauf eine Angelegenheit zu finden.Die Angelegenheit, z. B. die Anwendbarkeit vonNormen für Bauteile nachzuvollziehen, kann sehraufwändig werden. Viele technische Anwendungenerfordern Experten–Kenntnisse über Einflüsse ausVeränderungen von Faktoren, um ein Produkt herzustellenoder zu bauen.Beispiele:• Getriebe, die unter ständig ändernden Lastenbetrieben werden, wie beispielsweise das Getriebeeines PKW, der “im ersten Gang“ ständigvon 20 ... auf 60 ... auf 20 km/h beschleunigtwird, müssen eine große Spanne von Belastungszuständen(viele “Betriebspunkte“) ertragen.– Viele Einwirkungen müssen bei derkonstruktiven Auslegung des Getriebes berücksichtigtwerden.• Getriebe im Maschinenbau, die oft bei quasi konstanterLast betrieben werden, wie beispielsweisezum Antreiben eines Generators, haben nurwenige oder nur einen Belastungszustand zuertragen. – Wenige Einwirkungen müssen bei derkonstruktiven Auslegung des Getriebes berücksichtigtwerden.Mit der Spanne an Belastungszuständen steigt derAufwand zur Analyse der Anwendbarkeit einerNorm.Für Getriebe mit quasi konstanten Lasten lassensich vorteilhaft Normen anwenden, wenn die Anwendbarkeitder Normen geklärt ist.VorgehensweiseDie normgerecht berechneten Belastungen des Bauteilssollten dazu in Abhängigkeit der Faktoren –aus meist quasi stationären Betriebszuständen – ininteraktiven Diagrammen dargestellt werden (Bild1). So kann der Entwickler/Konstrukteur zügigentsprechende Informationen zur Verwendbarkeiteiner Norm aus einem Graphen abschätzen. Ausgehendvon den ersten offensichtlichen Einwirkungenkann zu tiefer liegenden Einwirkungen verfeinertwerden. Die Variation makroskopischer Parameterinformiert über den Spielraum für Ergebnisse,den diese Parameter zulassen. Unterschiede zuangrenzenden Bereichen können so gezeigt werden.Mit der Komplexität einer Norm oder mehrerer miteinanderverknüpfter Normen wächst der Aufwand fürdiese Abschätzung. Wird das Verwenden der Normenbereits per Software unterstützt, kann unter bestimmtenVoraussetzungen ein individuell handhabbaresSoftware-Werkzeug hilfreich eingesetzt werden.Bild 1: Darstellung normgerechtberechneter Belastungen, Faktorenund physikalischer Größen zurAuslegung in Abhängigkeit einerAbmessung eines BauteilsBild 2: “Slider“ zur Vorgabe vonParametern für normgerechte BerechnungenWerkzeugMit dem Software–Werkzeug kanneine normgerechte Berechnung vonBeanspruchungen analysiert werden.Die Parameter und Faktorenzur Auslegung können dabei variiertund in Diagrammen in Abhängigkeitvon Größen zur Auslegung dargestelltwerden.“Slider“ (Bild 2), deren Wertvorgabenmit der Erzeugung der Graphenverknüpft sind, ermöglichen Analysenonline durchzuführen und “interaktiv“in Graphen darzustellen.Die Anwendbarkeit normgerechterAuslegungen kann so vorteilhaftund zügig für Bauteile nachvollzogenwerden.Ergebnisse für Auslegungen werdenmit dem Werkzeug zusammenhängenddarstellbar und dieAnalyse erleichtert (Bild 3).Bietet UnterstützungAus meiner Erfahrung als Entwicklerist dies auch im Zuge derWeiterentwicklung von Normen –zu deren Anpassung an den Standder Technik – eine sehr hilfreicheanalytische Unterstützung.ErgebnisseAus der Anwendung von Normenoder Richtlinien zur Auslegung vonBauteilen ergeben sich aus meinerErfahrung manchmal unstetigeVerläufe ohne Änderunggeometrisch abhängigerAbmessungen. Die physikalisch–mathematischenZusammenhänge ließendort jedoch eher stetige Verläufeim Ergebnis erwarten.Die Ursache dafür scheintzu sein, dass in Regelwerkenmanchmal unterschiedlichephysikalisch–mathematischeAnsätze oder Fak-Bild 3: Zusammenhänge zu grundlegendenphysikalischen Annahmen – nachvollziehbarer,besser einschätzbartoren zur Berechnung vonBeanspruchungen angewendetwerden, die abhängig von Geometrie oder Belastunganzuwenden sind. Solche Zusammenhänge sind ausgraphischen Darstellungen leichter erkennbar und gebenAufschluss über deren reale Anwendbarkeit für ein Bauteil.Copyright © Holger Neulen, September 2009! Strategie für Analysen Seite 1 von 2


ein Unternehmen:physicstoDot℠Beratung für Entwicklungwww.physicstoDot.comBochumer Straße 23, 58455 Witten,Idee, Versuch, Konzept, Designtechnische Softwarefür EntwicklungBeratungInhaber: Holger Neulen, Dipl.–Ing. (FH)PerspektiveAus meiner Erfahrung als Entwickler verhindert einebreite Spanne von Belastungszuständen an Bauteilenleider die Anwendung normgerechter Verfahrensweisen.Lediglich eine Orientierung daran scheint dahermöglich.Ansätze aus geschlossenen Lösungen und Expertenkenntnisseüber belastungsnahe Beanspruchungen vonWerkstoffen sind erforderlich, die physikalisch–technischenZusammenhänge folgerichtig im Versuch perSimulation und Experiment zu verifizieren.Hieraus lassen sich jedoch einige Erfahrungen übertragen,um daraus grundlegend zur Anwendung vonNormen und deren standardisierter Weiterentwicklungbeizutragen.Auch der Hintergrund, dass zur normgerechten Bestimmungder Beanspruchung des Werkstoffes, z.B. vonZahnrädern Faktoren berücksichtigt werden müssen,die großen Spielraum für Einschätzungen zu physikalischgleichen Belastungen offen lassen, sollte im Zugeder technischen Weiterentwicklung zu Analysen anregen.Text: Holger NeulenCopyright © Holger Neulen, September 2009! Strategie für Analysen Seite 2 von 2

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