Modellierung des Fügewickelprozesses zur Herstellung von leichten Fachwerkstrukturen

Vor dem Hintergrund der Ressourcenschonung wird mit dem Fügewickeln ein neuartiges Verfahren zum Verbinden von Hohlprofilen aus Verbundwerkstoffen betrachtet. Aufbauend auf den Ergebnisse in (Schädel 2014) ist das Ziel der Arbeit die Modellierung des Fügewickelverfahrens mittels eines modularen Lösungsansatz. Zunächst werden die für die Modellierung relevanten Einflussgrößen identifiziert und die Varianz an möglichen Wickelmustern durch manuelle Wickelversuche ermittelt. Die Reibung der Fasern beim Ablegen auf der Profiloberfläche wird als wichtiger Parameter bei der Modellbildung detaillierter untersucht. Die Modellierung der Wicklungen zur Erzeugung der Fügeverbindung erfordert zunächst die mathematische Beschreibung der Oberflächen beider Profile. Auf dieser Grundlage werden die Wickelpfade auf dem flanschförmigen Bereich des Längsprofils mittels eines schrittweisen Algorithmus zur Generierung nicht-geodätischer Kurven erzeugt. Diese Kurven werden im Übergangsbereich zwischen beiden Profilen tangential weitergeführt und auf dem Längsprofil mit Hilfe einer kubischen Ansatzfunktion modelliert. Ein iterativer Algorithmus optimiert dabei den Kurvenverlauf hinsichtlich der maximalen Rutschneigung. Darüber hinaus ermöglicht die Methodik zum Aufbau der FEM-Simulation, qualitative Aussagen über die Tragfähigkeit der modellierten Fügeverbindung zu treffen. Die Modellierung der Bewegungen während des Prozesses basiert auf einer geometrischen Betrachtung des Vertikal-Knickarm-Roboters sowie des Wickelrings. Zusammen mit den diskreten Punkten des modellierten Wickelmusters sowie den Geometrieparametern der Profile können die einzelnen Gelenkstellungen sowie die Rotorposition des Wickelrings mittels inverser Kinematik für jeden Bewegungsschritt kollisionsfrei ermittelt werden.