Ziel der Entwicklung
Das Institut für Mechatronik e.V. entwickelt Software zur Simulation des dynamischen Verhaltens mechanischer und mechatronischer Systeme. Basis ist die Methode der Mehrkörperdynamik. Dabei werden reale technische Systeme auf Beschreibungen, bestehend aus starren und flexibel verformbaren Körpern und zwischen diesen Körpern wirkende Interaktoren abstrahiert. Diese Interaktoren können zum Beispiel ideale oder technische, also mit Reibung und Spiel behaftete Gelenke, beliebige Kräfte und auch Kontaktbeziehungen sein. Beispiele für Kontakte zwischen Körpern sind Nockenantriebe zur Bewegungswandlung und Rollenlagerungen in Transportsystemen. Das Ziel des FuE-Vorhabens war es, ausgehend von Anwenderbedarfen, die Möglichkeiten der Beschreibung von solchen Kontaktinteraktionen in Simulationsmodellen wesentlich zu erweitern und für unterschiedliche verfügbare Softwareanwendungen und Systemanalysemethoden zu vereinheitlichen.
Vorteile und Lösungen
Bei der Anwendung der Methode der Mehrkörperdynamik zur Simulation des dynamischen Verhaltens mechanischer und mechatronischer Systeme spielt die tatsächliche räumliche Ausprägung von Bauteilen eine untergeordnete Rolle. Relevant sind die Masseeigenschaften sowie die Lage von Gelenkpunkten und Angriffspunkten von Kräften und Momenten. Nur dann, wenn sich die Körper untereinander berühren können und diese Berührungen relevant für die Funktion der abgebildeten technischen Systeme sind, spielt die tatsächliche Gestalt der Bauteiloberfläche eine Rolle. Dafür stehen in entsprechender Simulationssoftware unterschiedliche Beschreibungsmethoden bereit. Dazu zählen analytische Methoden und mathematisch beschreibbare Flächen wie sogenannte NURBS (Non-uniform rational B-Splines). Eine weitere Möglichkeit stellt die Verwendung sogenannter triangulierter Flächen dar. Dabei wird die Oberfläche von Bauteilen durch eine große Anzahl miteinander verbundener Dreiecke komplett beschrieben. Diese Beschreibungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass sie auf der Grundlage vorhandener CAD-Daten sehr komfortabel generiert werden kann. Somit können auch komplizierte Oberflächengestalten einfach in Systemsimulationen berücksichtigt werden.
Im Rahmen des FuE-Vorhabens wurden Methoden zur effizienten Verwendung solcher Oberflächenbeschreibungen in Berechnungsmodellen für Simulationssoftware des IfM implementiert. Diese Methoden umfassen den Import der Oberflächenbeschreibungen, die Ermittlung des aktuellen Kontaktgebietes beziehungsweise des aktuellen Flächenabstandes sowie die Berechnung der resultierenden Kontaktkräfte und –momente im Fall der Berührung der Flächen. Besonderes Augenmerk wurde bei der Implementierung auf die einheitliche Verwendbarkeit der Methoden in allen Simulationssoftwareprodukten des IfM gelegt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zielgruppe der Neuentwicklung sind aktuelle und zukünftige Anwender von Simulationssoftwareprodukten des IfM. Im Engineering-Bereich sind diese zu finden. zum Beispiel im Maschinen- und Anlagenbau, im Gerätebau und in der Fahrzeugentwicklung. Anwender, die Software für die Digitalisierung von Mensch-Technik-Interaktion einsetzen, finden sich vor allem in den Gebieten der Produktentwicklung (wie Fahrzeugbau, Orthopädieprodukte), der (Montage-) Prozessplanung und der Sportwissenschaft. Neben der industriellen Anwendung kommt Simulationssoftware in Hochschulen und in anderen Forschungseinrichtungen zum Einsatz. Für den Transfer der FuE-Ergebnisse zu Bestandskunden werden die engen fachlichen Kontakte zu den Anwendern in Industrie, Forschung und Ausbildung genutzt. Wirtschaftliche Effekte resultieren aus der Gewinnung von Neukunden für Softwarelizenzen und FuE-Dienstleistungen.