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Starttermin ist 1. März 2012

Bäume sind ähnlichen Belastungen wie vom Menschen erdachte Bauteile ausgesetzt. Da wirken z.B. Zugkräfte, Druckkräfte und Momente. Schlimmstenfalls kommt es zum Versagen, es brechen Äste oder gar der Stamm. Bäume versuchen daher Spannungen möglichst auszugleichen, indem sie in der Wachstumsphase mehr Material dort anlagern, wo erhöhte Spannungen auftreten. Beispiele sind variabel verrundete Astgabelungen oder brettförmig aufragende Wurzeln,  - wie auf diesem Bild einer Ulme.

Der Optimierungsalgorithmus der computer-aided-optimization (CAO) ist diesem biologischen Wachstum nachempfunden. Die Methode zielt darauf ab, durch Materialanlagerungen eine möglichst homogene Verteilung der Spannungen und Dehnungen erreichen. Die Methode wird im Folgenden am Beispiel der Optimierung eines Stahlprofils dargestellt. mehr »

Endoprothesen sind Implantate, welche dauerhaft im Körper verbleiben. Zu den bekanntesten zählen die künstlichen Hüftgelenke. Allein in Deutschland werden jährlich 150 000 neue Hüftgelenke implantiert.

Derartige Implantate unterliegen strengen Qualitätsnormen. Neue Modelle durchlaufen entsprechend strenge Belastungstestreihen, bei denen jede Variante einer Baureihe entsprechend ISO 7206-8 eingebettet und mit 2300 N belastet wird.

Im konkreten Fall der Entwicklung einer neuen Baureihe aus Ti6AI7Nb durch die Firma Stemcup Medical Products AG, Zürich, haben wir die einzelnen Modelle der Baureihe auf Verformung, Haupt- und Vergleichsspannungen hin untersucht. Auf diese Weise konnten die am meisten belasteten Modellvarianten ermittelt werden, sodass der Aufwand für die experimentellen Untersuchungen signifikant reduziert werden konnte.

Die Simulation hat dadurch nicht nur in erheblichem Umfang Entwicklungskosten gespart, sondern ist zugleich Grundlage für weitergehende rechnergestützte Optimierungsverfahren, wie z.B. der Topologieoptimierung mit Bionik Elementen nach der CAO Methode.

Zunehmend vergleichbarere Produkte, zunehmend härterer Wettbewerb. Wenn Kosten und Innovationsstärke keinen Vorsprung mehr liefern, wird Qualität zum entscheidenden Erfolgsfaktor. Wie also die Herstellungskosten optimieren und zugleich die Qualität steigern? Fertigungstoleranzen sind hier ein zentraler Ansatzpunkt.

Der Konstrukteur wählt Toleranzen in der Regel aus der Erfahrung. Seltener beruhen sie auf rechnerischen Analysen. Funktionsmaße werden dabei meist aus einem übertriebenem Sicherheitsdenken heraus mit sehr engen Toleranzen – sehr kleinen zulässige Maß-Abweichung – versehen. Das bedeutet nicht nur erhöhten Fertigungsaufwand, sondern auch höhere Kosten. „So genau wie nötig“, lautet hierbei die Devise. Doch wie genau ist das? mehr »