Automatisierte FE-Simulation von Schraubverbindungen

Seit 1926 ist MR als Kürzel der Maschinenfabrik Reinhausen bei Transformatorenherstellern und -betreibern ein Begriff, der mit Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie mit der Langlebigkeit der Stufenschalter verbunden ist. Mit diesen wird das Übersetzungsverhältnis der Primär- zur Sekundärwicklung an wechselnde Lastverhältnisse angepasst, um eine störungsfreie Stromversorgung sicher zu stellen. Zur automatisierten Berechnung von Schraubverbindungen nach VDI 2230, speziell des Verhaltens von Kunststoffkomponenten, sollte eine analytische Software durch ANSYS Workbench ergänzt werden.

Mit dem Automatisierungsprojekt konnte der Zeitaufwand, den die Mitarbeiter für die ANSYS Berechnung benötigen, auf etwa ein Drittel reduziert werden. Der systematische Einblick in die Ergebnisse und die Variation der Analysen vermitteln den Konstrukteuren ein besseres Verständnis für die Zusammenhänge wie sich Schraubverbindungen in den unterschiedlichen Belastungssituationen verhalten. Die Kenntnisse über das Kriechverhalten vereinfachen die Optimierung der Schraubverbindungen mit Kunststoffteilen, um z.B. Baugrößen zu reduzieren. Außerdem kann jetzt auch die Federwirkung innerhalb einer Schraubverbindung automatisiert realistisch abgebildet werden.

Für die Automatisierung wurde festgelegt, wie das CAD-Modell zu vereinfachen sei, wie es vernetzt und mit welchen Richtwerten gerechnet werden soll, so dass nur wenige manuelle Eingaben notwendig sind. Basis der Berechnungen ist ein parametrisches 3D-Modell, das im CAD-System über eine MS-Excel-Tabelle erzeugt und an ANSYS übergeben wird. Da neben der Flächenpressung aufgrund der Schraubenvorspannung auch Langzeiteffekte wie das Kriechen der Kunststoffe in der Berechnung mit ANSYS berücksichtigt werden, sind die dafür notwendigen Parameter ebenfalls vom Anwender einzugeben. Grundsätzlich wurde die automatisierte Simulation so konzipiert, dass sie auch von Konstrukteuren ohne FEM-Erfahrung einfach bedient werden kann.