{"id":8094,"date":"2018-07-17T13:47:07","date_gmt":"2018-07-17T11:47:07","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=8094"},"modified":"2018-07-17T13:47:07","modified_gmt":"2018-07-17T11:47:07","slug":"phaenomenologisches-berechnungskonzept-verkuerzt-das-auslegen-von-spritzgussformteilen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=8094","title":{"rendered":"Ph\u00e4nomenologisches Berechnungskonzept verk\u00fcrzt das Auslegen von Spritzgussformteilen"},"content":{"rendered":"

Zunehmend verdr\u00e4ngen kurzglasfaserverst\u00e4rkte, thermoplastische Spritzgussformteile die Klassiker der Konstruktion wie Stahl oder Aluminium. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Betriebsfestigkeit und Systemzuverl\u00e4ssigkeit LBF hat jetzt im Zuge eines IGF-Vorhabens ein Verfahren entwickelt, um die Faserorientierung von kurzglasfaserverst\u00e4rkten Spritzgussformteilen schon in einer Phase zu ber\u00fccksichtigen, in der noch keine Bauteile wie etwa Prototypen vorliegen. Das ph\u00e4nomenologische Berechnungskonzept schlie\u00dft eine gro\u00dfe L\u00fccke in der Auslegungskette solcher Formteile. Mithilfe des Konzeptes ist es m\u00f6glich, schon fr\u00fchzeitig in der Bauteilentwicklung das richtungsabh\u00e4ngige Bauteilverhalten auf Formelemente abzusch\u00e4tzen und das Bauteil belastungsgerecht auszulegen. Das reduziert kostspielige Iterationsschleifen und verk\u00fcrzt folglich die komplette Entwicklung und Fertigung. Dar\u00fcber hinaus kann das Konzept auch in Bereichen angewendet werden, in denen bislang die Integrative Simulation zu kosten- oder zeitintensiv war. Abh\u00e4ngig vom geforderten Detaillierungsgrad kann das neue Verfahren als eigenst\u00e4ndige L\u00f6sung der Bauteilauslegung oder als vorgelagerte Erg\u00e4nzung f\u00fcr die Integrative Simulation angesehen werden.<\/strong><\/p>\n

Typische Einsatzgebiete f\u00fcr kurzglasfaserverst\u00e4rkte, thermoplastische Spritzgussformteile sind die Automobilindustrie oder auch die Luft- und Raumfahrt. Insbesondere im Automobilbau, der gro\u00dfe St\u00fcckzahlen in k\u00fcrzester Zeit fordert, stellt der Spritzgussprozess ein effizientes Herstellungsverfahren von Kunststoffen dar, welches zudem hohe Gestaltungsfreir\u00e4ume erm\u00f6glicht. Jedoch bleibt die Vorhersage der Faserorientierung, die sich durch Prozess, Material und Geometrie lokal einstellt, eine gro\u00dfe Herausforderung. Sie ist noch immer Stand aktueller Forschungsarbeiten.<\/p>\n

Eine Methode, die Faserorientierung in die Auslegung von entsprechenden Formteilen einzubinden, ist die Integrative Simulation. Sie erm\u00f6glicht es, relevante Prozessinformationen mithilfe einer geeigneten Schnittstelle in eine gekoppelte Struktursimulation zu \u00fcberf\u00fchren und so das Bauteilverhalten vorherzusagen. Die einzelnen Schritte der integrativen Simulation m\u00fcssen jedoch allesamt stets mit experimentellen Daten validiert und kalibriert werden. Dies bedeutet, dass Prozessparameter und Werkzeuggeometrien bekannt sein und reale Formteile vorliegen m\u00fcssen. Folglich bietet sich dieses Konzept erst ab einem Punkt in der Bauteilentwicklung an, ab dem bereits Prototypen hergestellt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Vor diesem Hintergrund ber\u00fccksichtigt das im Fraunhofer LBF entwickelte Verfahren die Faserorientierung von kurzglasfaserverst\u00e4rkten Spritzgussformteilen schon in einer Phase, in der noch keine Realbauteile vorliegen.<\/p>\n

Neues Spritzgusswerkzeug f\u00fcr Faserorientierungsuntersuchungen<\/strong><\/p>\n

Anders als in vollintegrativen Ans\u00e4tzen erfolgt die Zuordnung der Faserorientierung bei dem vom Fraunhofer LBF entwickelten Verfahren nicht auf Basis von Finite-Elementen, sondern anhand von Formelementen oder signifikanten Bereichen. Dies k\u00f6nnen beispielweise Rippen, Dome oder fl\u00e4chige Bereiche sein.<\/p>\n

F\u00fcr die Untersuchung der Faserorientierung in Abh\u00e4ngigkeit vom Formelement und Anstr\u00f6mwinkel entwickelten die Wissenschaftler ein neues Spritzgusswerkzeug. Dieses bietet die M\u00f6glichkeit, bei gleichbleibender Formteilbasis unterschiedliche Formelemente zu integrieren. Als Wechseleins\u00e4tze f\u00fcr Formelemente kamen gro\u00dfe und kleine Dome beziehungsweise Rippen zum Einsatz. Mit dem neuen Werkzeug ist es m\u00f6glich, den Einfluss der Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse durch Variation des Anstr\u00f6mwinkels zu untersuchen. Weitere Eins\u00e4tze k\u00f6nnen dank des Konzeptes kosteng\u00fcnstig erg\u00e4nzt werden. Das Werkzeug verf\u00fcgt \u00fcber zwei Kavit\u00e4ten mit unterschiedlichen Wandst\u00e4rken, welche unabh\u00e4ngig voneinander betrieben werden k\u00f6nnen. Die Basis der Formteile ist eine 60 Millimeter x 60 Millimeter gro\u00dfe Platte.<\/p>\n

Gro\u00dfes Spektrum der Faserorientierungen<\/strong><\/p>\n

Bei ihren experimentellen Faserorientierungsanalysen fanden die Darmst\u00e4dter Wissenschaftler vielf\u00e4ltig ausgepr\u00e4gte Faserorientierungen. Aus dem Orientierungstensor zweiter Stufe k\u00f6nnen die notwendigen Informationen f\u00fcr das angestrebte Modellierungsverfahren, n\u00e4mlich Hauptorientierung und Grad der Verteilung, abgeleitet werden. Mit den vorliegenden Informationen lassen sich nun Anisotropiegrad und Vorzugsrichtung schichtweise ermitteln. Die Anzahl der Schichten kann hierbei als \u00c4nderung der Orientierungsverteilung (materialgerecht) oder als manuelle Vorgabe (erfahrungsbasiert) definiert werden. Ein automatischer Analysealgorithmus ermittelt f\u00fcr jede identifizierte Schicht ein geeignetes Materialmodell, beispielsweise isotroper- oder orthotroper Art, sowie alle notwendigen Modellparameter. Hierzu sind neben den Daten aus dem Computer Tomographen einfach zu ermittelnde mechanische Versuchsdaten als Eingabe notwendig.<\/p>\n

Im Anschluss k\u00f6nnen diese Informationen auf das Bauteil der Struktursimulation \u00fcbertragen werden (Mapping). Die Methode l\u00e4sst sich sowohl auf Ergebnisse von Spritzgusssimulationen, als auch auf Ergebnisse von CT-Analysen anwenden.<\/p>\n

Neben einer vereinfachten Auslegungsstrategie ergeben sich weitere Anwendungsszenarien aus einer formelementabh\u00e4ngigen Informationsdatenbank. Einerseits k\u00f6nnen die Informationen genutzt werden, um Bauteile belastungsgerecht auszulegen, beispielsweise Rippen an den richtigen Positionen in optimaler Auspr\u00e4gung und Ausrichtung. Zudem hat sich gezeigt, dass die Ergebnisse genutzt werden k\u00f6nnen, um die Faserorientierungsorientierungsberechnung integrativer Ans\u00e4tze zu optimieren.<\/p>\n

Die Ergebnisse wurden im Rahmen des IGF-Vorhabens 18362N \u201ePh\u00e4nomenologische Berechnungsstrategie f\u00fcr kurzfaserverst\u00e4rkte Spritzgussformteile\u201c erarbeitet, welches \u00fcber die AiF im Rahmen des Programms zur F\u00f6rderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gef\u00f6rdert wurde.<\/p>\n

\u00dcber den Bereich Kunststoffe des Fraunhofer LBF<\/strong>
\nMit dem Forschungsbereich Kunststoffe, hervorgegangen aus dem Deutschen Kunststoff-Institut DKI, begleitet und unterst\u00fctzt das Fraunhofer LBF seine Kunden entlang der gesamten Wertsch\u00f6pfungskette. Von der Polymerisation \u00fcber das Compoundieren bis hin zur Lebensdaueranalyse von Kunststoffbauteilen werden Forschungsdienstleistungen aus einer Hand angeboten. Materialseitig liegt der Fokus auf Hochleistungsthermoplasten, Thermoplasten und Elastomeren sowie deren Verb\u00fcnden. Umfassendes Know-how besteht im molekularanalytischen Fingerprinting von Kunststoffen unter Anwendung modernster Trennverfahren. In Kombination mit bildgebenden analytischen Techniken k\u00f6nnen Ver\u00e4nderungen an Kunststoffbauteilen begleitend zu Belastungstests fr\u00fchzeitig erkannt und analysiert werden. Dies schlie\u00dft auch eine Schadensanalytik unter Anwendung modernster Verfahren der Bildgebung und Molekularanalytik ein. Auf diesem Weg k\u00f6nnen sowohl die Authentizit\u00e4t von Materialpr\u00fcfungen als auch die Eignung von Kunststoffen f\u00fcr ihren Einsatzzweck zuverl\u00e4ssig beurteilt werden.<\/p>\n

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Quelle: Fraunhofer LBF<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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