Trotz erheblicher Maßabweichungen einzelner Bauteile – die gesamte Baugruppe bestand aus 30 Einzelteilen – konnte ein Tier-1-Zulieferer von europäischen Automobilherstellern eine maßhaltige Rohbaumontage realisieren. Womit er beweist, dass sich die Rohbausimulation auf innovative Weise einsetzen lässt, um komplexe Herausforderungen in der Rohbaumontage erfolgreich zu lösen.
Ein lediglich 0,65 mm dünnes Bodenbauteil aus Weichstahl (ähnlich dem in Bild 1 gezeigten Bauteil) stellte für den Zulieferer eine erhebliche Prüfung dar. Die Simulation des Umformprozesses für dieses Bodenbauteil zeigte, dass das Bauteil deutlich außerhalb der Spezifikation lag. Während die zulässige Rückfederungstoleranz bei ±0,5 mm lag, hatte das Bauteil eine Rückfederung von 6 bis 7 mm, auf der gegenüberliegenden Seite sogar bis zu 11 mm. Damit überschritt die Abweichung den zulässigen Grenzwert um mehr als das Zehnfache.
Diese kritische Differenz bestätigten später erste Werkzeug-Tryouts. Anfangs schien eine Neukonstruktion des Bauteils oder eine Anpassung des Werkzeugs die einzige Lösung zu sein, die ungewöhnlich hohe Rückfederung brachte jedoch weitere Herausforderungen mit sich.
Erfahrene Fachleute wissen, dass Bauteile innerhalb ihrer Toleranzen nicht zwangsläufig einen maßhaltigen Zusammenbau garantieren. Selbst wenn alle Einzelteile die vorgegebenen Toleranzen einhalten, kann das resultierende Zusammenbauergebnis dennoch außerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Bevor Änderungen am Bauteil oder Werkzeug vorgenommen werden, entschied sich das Engineering-Team des Zulieferers, eine Rohbausimulation mit dem außerhalb der Spezifikation liegenden Bauteil durchzuführen. Das Ziel war die Prüfung, ob trotz der erheblichen Abweichungen des Bodenbauteils eine Baugruppe innerhalb der geforderten Toleranzen erreicht werden könnte.
Moderne Simulationslösungen wie AutoForm ermöglichen die Erstellung virtueller Baugruppen aus einer Vielzahl von Bauteilen, selbst wenn diese mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren hergestellt wurden, beispielsweise durch Blech- oder Warmumformung sowie Rollumformung. Überraschenderweise zeigte die Rohbausimulation, dass die Gesamtbaugruppe die geforderten Spezifikationen erfüllen würde, obwohl das Bodenbauteil selbst deutlich außerhalb der zulässigen Toleranzen lag.
Diese Erkenntnis eröffnete einen völlig neuen Lösungsweg und machte umfangreiche Werkzeugänderungen zunächst überflüssig. Um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse sicherzustellen, führte der Kunde anschließend drei wesentliche Schritte zur Validierung der Simulation durch.
Im ersten Schritt simulierte das Engineering-Team den realen Rohbaumontageprozess auf Basis der Nominalgeometrien. Im zweiten Schritt erhöhte das Team die Genauigkeit der Analyse, indem die CAD-0 Daten durch die tatsächlichen Ergebnisse der Umformsimulationen ersetzt wurden. Im letzten Schritt wurden die Ergebnisse der zweiten Phase validiert. Hierzu verwendete das Engineering-Team die tatsächlichen Geometrien der Bauteile, die mithilfe von 3D-Scans erfasst worden sind.
Der erfolgreichen Simulation folgte der Erfolg in der Praxis, da die Rohbausimulation die tatsächlichen Ergebnisse präzise vorhergesagt hatte: Eine Korrektur der Rückfederung einzelner Bauteile war nicht erforderlich, um einen erfolgreichen Zusammenbau zu gewährleisten. Messungen an der realen Bodenbaugruppe bestätigten die hohe Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen. Der Einsatz der Rohbausimulation brachte bei diesem Anwendungsfall diverse Vorteile mit sich.
Ursprünglich suchte das Engineering-Team nach einer Lösung zur Reduzierung der starken Rückfederung. Die Rohbausimulation zeigte jedoch, dass die Bauteile während der Montage innerhalb der geforderten Toleranzen zusammengefügt werden würden. Dadurch konnte der Zulieferer auf den Kompensations- und Werkzeugnacharbeitsprozess sowie die damit verbundenen Tryout-Schleifen verzichten und mehr als einen Monat Zeit einsparen. Schließlich ermöglicht die vollständige Digitalisierung des Prozesses die virtuelle Bewertung unterschiedlichster Szenarien, ohne die Kosten physischer Versuche zu verursachen.
Der innovative Einsatz der Rohbausimulation belegt, dass für eine erfolgreiche Rohbaumontage nicht zwangsläufig alle Bauteile innerhalb ihrer Einzelteiltoleranzen liegen müssen. Dies erlaubt, ein zuvor als unlösbar geltendes Problem erfolgreich zu bewältigen. Für die Rohbausimulation wurden die Bauteile direkt aus AutoForm Forming importiert. Sind reale Bauteile verfügbar, können diese mittels 3D-Scanning erfasst werden. Die daraus erzeugten STL-Dateien, welche die tatsächliche Oberflächengeometrie beschreiben, lassen sich anschließend in AutoForm Assembly importieren.
Der Anwendungsfall verdeutlicht den Mehrwert moderner Simulationslösungen bei der Bewältigung anspruchsvoller Fertigungsaufgaben. Zumal die Annahmen hinsichtlich der Werkzeugkompensation, der damit verbundenen Nacharbeit und des Einsatzes eines kompensierten Werkzeugs das Werkzeug irreversibel beschädigen hätten können. In diesem Fall wäre die Herstellung eines neuen Werkzeugs erforderlich gewesen, dessen Kosten nach konservativen Schätzungen bei rund 130.000 Euro gelegen hätten. Durch den Verzicht auf die Werkzeugkompensation konnten erhebliche Kosten sowie ein beträchtlicher Zeit- und Arbeitsaufwand vermieden werden.
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