Konstruktionsmethodik sorgt bei Groß-Umformwerkzeugen für Leichtigkeit

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CES Eckard GmbH Creative Engineering Services

In einem Unternehmen ist es nicht zielführend, vorzugeben, wie viele Mitarbeiter eingespart werden müssen, ohne die zu erledigende Arbeitsmenge zu betrachten. Bei der Topologie-Optimierung wird aber genau dieser Wert vom Anwender vorgegeben. Es müssen 30% eingespart werden.

Spannungen und Verformungen erst nach der Topologie-Optimierung des Umformwerkzeugs sichtbar

Die Folge davon ist, dass das Verfahren auch 30% einspart. Ob sinnvoll oder nicht. Überprüft man dann nach der Optimierung die sich ergebenden Spannungen und Verformungen, kann man sehen, ob man richtig lag. Aber eben erst nach der Optimierung.

In Unkenntnis dieser Einschränkungen und vollmundigen Versprechungen von manchen Softwareherstellern macht sich dann bei den Anwendern häufig Enttäuschung breit. Die Topologie-Optimierung ist kein praktikables Verfahren, heißt es dann oft.

Dabei stimmt diese Aussage nicht. Denn bei richtigem Einsatz (man kann auch Methodik sagen), erzielt man damit exzellente Ergebnisse (Bild 4).

Topologie-Optimierung von Umformwerkzeugen führt zu organischen Ergebnissen

Ergebnisse der Topologie-Optimierung sehen in der Regel organisch aus. Die Formen erinnern an die Natur und erwecken bei Konstrukteuren oft den Eindruck: „Was soll ich mit diesen Tropfsteinhöhlen?“

Natürlich wird eine Fülle von Funktionen angeboten, die versprechen, aus diesen Tropfsteinhöhlen automatisch fertigungsgerechte Bauteile zu erzeugen. Die Versprechungen wie auch die Erwartungen sind meist hoch – die Ergebnisse leider oft sehr ernüchternd. Meist bis zu dem Punkt, wo falsche Ergebnisse ermittelt werden.

Um es hier ganz klar und deutlich zu sagen: Topologie-Optimierung ist heute noch nicht in der Lage, in jedem Fall optimale und gleichzeitig auch fertigungsgerechte Bauteile zu liefern. Dieses Verfahren liefert auch keine Warnung, wenn das Ergebnis weit vom Optimum entfernt liegt. Löst man sich von falschen Erwartungen und konzentriert man sich auf das, was Topologie-Optimierung perfekt kann, sind aber exzellente Ergebnisse erzielbar.

Mit Topologie-Optimierung zu optimalen Kraftflusspfaden

Denn die Topologie-Optimierung hat eindeutig ihre Stärken. Die mit Hilfe der Topologie-Optimierung gefundenen Strukturen stellen optimale Kraftflusspfade dar. Kraftfluss ist aber eine Aneinanderkettung von Zug-Druck-Bereichen. Kraftfluss-Pfade sind also Zug-Druck-Bereiche. Das ist logisch.

Würden alle Materialteilchen nur auf Zug-Druck belastet werden, hätte man die höchste Material-Ausnutzung. Die Spannung in diesen Zug-Druck-Bereichen ergibt sich aus dem Querschnitt der Kraftflusspfade. Großer Querschnitt bedeutet gleich niedrige Spannung. Kleiner Querschnitt bedeutet im Umkehrschluss hohe Spannung.

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