TOLERANZRECHNUNGEN

Nach statistischer Auswertung der 3D-Toleranzsimulation wird die Verpressung der Dichtung mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,9951 % zwischen -0,13 mm und -0,87 mm liegen.

Wertet man die „Worst-Case“-Betrachtung aus, so liegt im äußerst unwahrscheinlichen ungünstigen Fall ein Spalt von ca. 0,79 mm zwischen Lippendichtung und Dichtfläche der Klappe.

Die Montagefähigkeit der Permanentmagnete zwischen den Klauenpolen des Klauenpolgenerators zur Steigerung des magnetischen Widerstands wurde durch eine 3D-Toleranzrechnung mit statistischer Auswertung überprüft. Die Montage der Baugruppe läuft über 2,5 Jahre hinweg ohne jegliche Beanstandung.

Um die Unabhängigkeit von den Zulieferern zu erhöhen, wurde ein weiterer Lieferant mit der Fertigung der Bauteile beauftragt.

Das Problem: Die Montageabteilung meldet, dass bei ca. 15 % der Klauenpole des neuen Zulieferers die Montage aller Permanentmagnete nicht möglich ist. Die Wareneingangskontrolle meldet ihrerseits, dass alle Bauteile der geometrischen Produktspezifikation entsprechen.

In der Felderprobung zeigen jene Hardwarekomponenten, die Vibrationsbelastungen ausgesetzt sind, nach einer gewissen Zeit eine sehr hohe Fehlerquote. Die stabile Datenübertragung ist nicht mehr gewährleistet. Die Untersuchung der Geräte zeigt eine auffällig starke Abnutzung der Kontakte der Leiterplatten-Steckverbinder. Es ist zu vermuten, dass die Vibrationsbelastung eine relative Bewegung der Kontakte zueinander verursacht, wodurch die vom Hersteller zugesicherten max. Steckzyklen schnell erreicht und überschritten werden.

Um die Leiterplatten gegen die relative Bewegung zueinander abzusichern, wird eine Vorspannkraft durch ein Federelement aufgebracht. Die Herausforderung innerhalb der konstruktiven Auslegung liegt vor allem darin, dass, um die mindestens erforderliche Kraft zu erreichen und die maximal zulässige Kraft nicht zu überschreiten, das Federelement um 0,9 ± 0,4 mm verformt werden darf. Bedingt durch die konstruktive Lösung entsteht eine lange dreidimensionale Toleranzkette, welche die Schwankung des Schließmaßes stark beeinflusst.

Toleranzanalysen basieren auf wichtigen Vereinfachungen, etwa der Annahme, dass die zu untersuchenden Bauteile Starrkörper sind. In vielen Fällen ist diese Annahme legitim und führt zu belastbaren Aussagen. In anderen Fällen jedoch vereinfacht die Annahme die zu untersuchende Baugruppe übermäßig stark, und dies führt zu ungenauen Aussagen und entsprechend zu Fehlkonstruktionen.

Die Schnapphakenverbindung zweier Gehäusehälften stellt ein geeignetes Beispiel für die nicht hinreichend genaue Betrachtung von Bauteilen als Starrkörper dar. Führt man nämlich die Toleranzanalyse und die konstruktive Auslegung unter der Annahme von Starrkörpern durch, so stellt man fest, dass für die Schnappverbindung ein Spiel zum Toleranzausgleich erforderlich ist. Dieses Spiel lässt die relative Bewegung der beiden Gehäusehälften zueinander zu. Durch die Fehlkonstruktion entsteht eine „Klapperlösung“.

Ein kompetenter Ingenieur hingegen erkennt, dass die Toleranzanalyse mit der erforderlichen Annahme eines Starrkörpers eine weitere geeignete Betrachtung erfordert. Die FEM-Simulation der Verformung der Schnapphakenverbindung beim Fügevorgang zeigt, dass kein Toleranzausgleich erforderlich ist, um die prozesssichere Montage zu gewährleisten.

Ingenieure stehen oft vor der Herausforderung, korrekte Randbedingungen und Vereinfachungen zu definieren, welche die zu untersuchende Baugruppe hinreichend beschreiben. Die getroffenen Entscheidungen haben signifikanten Einfluss bis hin zum Endprodukt und ebenso auf die Kosten für dessen Entstehung.