BADEN-BADEN - "Die Finite-Element-Methode (FEM) hat sich als wertvolles Hilfsmittel erwiesen, um Zeit bei der Karosserieentwicklung zu sparen, die Kosten zu senken und Fehlentwicklungen frühzeitig zu verhindern", berichtete Dipl.-Ing. H. P. Spreng (Daimler-Benz AG) beim Finite Element Congress in Baden-Baden. Spreng warnte allerdings davor, FEM-Software (sie wird von verschiedenen Unternehmen zum Kauf oder zur Nutzung im Servicerechenzentrum angeboten) als "black box" anzuwenden: "Es ist in diesem Fall immer möglich, daß die erhaltenen Ergebnisse wertlos oder sogar falsch sind, ohne daß das vom Benutzer oder vom Diagnostik-System bemerkt wird."

Die FE-Methode basiert auf dem Grundgedanken, eine für die Berechnung zu komplizierte Struktur in eine Anzahl geometrisch einfacher Einheiten wie Würfel, Scheiben oder Tetraeder aufzuteilen. Je nachdem, wie klein diese Elemente gewählt werden, ergibt sich eine mehr oder weniger feine "Idealisierung" oder Annäherung an die eigentliche Form. Mit relativ groben Strukturen lassen sich Ergebnisse schnell und billig erzielen. Je feiner strukturiert wird, desto umfangreicher werden die Matrizen und damit der Rechenzeitaufwand.

Bestenfalls 3 Prozent Fehler

Vom Prinzip her - also abgesehen von geometrischen, Werkstoff- und Randbedingungsfehlern - liegen nach Daimler-Benz-Erfahrungen die bestmöglichen Ergebnisse bei etwa 3 Prozent Fehlern. Mit zunehmender Feinheit der Idealisierung sinkt die Fehlerquote zunächst, steigt dann aber wieder an, sobald sich numerische, Schwierigkeiten in der Rechenanlage und Rundungsfehler bemerkbar machen.

Beim neuen "kleinen" Mercedes, der Anfang dieses Jahres vorgestellt wurde, diente die FE-Methode nicht nur zur Untersuchung des elastischen Verhaltens der ganzen Karosseriestruktur: Bei der FEM-unterstützten Konstruktion der Mittelsäule zwischen den beiden Türen wurde beispielsweise sowohl eine Gewichtsverringerung als auch eine Erhöhung der Steifigkeit erreicht und außerdem das "Hängen" der Fondstüren vermindert.

Werkzeug für Strukturanalytiker

"Die Methode ist ein ausgezeichnetes Werkzeug für den Strukturanalytiker", erklärte Spreng. "Mit der Entwicklung und breiteren Anwendung von Software zur Beschleunigung und Verbesserung der Dateneingabe, -generierung und -kontrolle wird den praktische Nutzen in Zukunft noch wesentlich verbessert werden können." Die FE-Idealisierung einer Pkw-Karosserie mit 2500 Knoten bedurfte bei Daimler-Beinz bei manueller Datengenerierung einer Zeit von sechs bis acht Mann-Monaten. Spreng: "Bei Anwendung eines hochentwickelten Grafiksystems mit Digitizer und Bildschirm läßt sich diese Zeit auf wenige Mannwochen reduzieren." -py