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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Simulationsunterstützte Auslegung und digitaler Schatten von kurzglasfaserverstärkten Thermoplastbauteilen

Freitag (20.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Tammann

Bedingt durch herausragende mechanische Eigenschaften, bei äußerst geringem Gewicht, werden kurzglasfaserverstärkte, thermoplastische Spritzgussformteile in einer Vielzahl technisch anspruchsvoller Anwendungen eingesetzt. Gerade durch das hohe Leichtbaupotential spielen solche Materialien in der Automobilindustrie, auch im Kontext der E-Mobilität, eine wichtige Rolle.

So herausragend die realisierbaren Eigenschaften mit dieser Werkstoffklasse auch sind, so herausfordernd ist die anwendungsspezifische Auslegung von Spritzgussbauteilen unter Verwendung kurzglasfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe. Die Kurzglasfasern richten sich beim Spritzgießen, bedingt durch Prozess, Material und Geometrie, im Formteil aus. Dies führt zu einem im Bauteil lokal unterschiedlich ausgeprägten anisotropen Materialverhalten, welches bei der Auslegung berücksichtigt werden muss. Diese Anisotropie beeinflusst Schwindung und Verzug, das mechanische und das thermomechanische Verhalten. Weiter werden die Bauteileigenschaften durch die während der Anwendung auftretenden Lastfälle und Umgebungseinflüsse geprägt. Dies führt zu einer Änderung des Bauteilverhaltens in Abhängigkeit der Nutzungsdauer, welche idealerweise bereits während der Bauteilauslegung berücksichtigt wird.

Um das Potential dieser Werkstoffklasse ausschöpfen zu können ist eine „digitale“ Beschreibung des Material- und Bauteilverhaltens von der Herstellung bis in die Nutzungsphase anzustreben. Dies bedeutet, dass Teile der Wertschöpfungskette digital abbildet werden müssen. Durch das Einbinden von experimentellen Daten, Simulationsergebnissen und Verarbeitungsbedingungen kann so ein „digitaler Schatten“ des Bauteils entstehen, welcher repräsentativ das prozessinduzierte und anwendungsspezifische Bauteilverhalten beschreibt. Für die digitale Beschreibung des Bauteils müssen alle verfügbaren Daten (z.B. Simulationsergebnisse, experimentelle Ergebnisse, Prozessdaten, Nutzungsdaten, etc.) zentral abgelegt werden und auswertbar sein. Ist dies der Fall, so wird eine direkte Bewertung von „Störgrößen“ entlang der Kette möglich.

Der Vortrag skizziert die Möglichkeiten und Herausforderungen der digitalen Prozess- und Material- und Bauteilbeschreibung sowie Bauteilauslegung. Es werden die notwendigen Voraussetzungen und das resultierende Potential einer solchen „geschlossenen“ digitalen Prozesskette beschrieben und aktuelle Trends erläutert.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Christian Beinert
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
Weitere Autoren/Referenten:
  • Felix Dillenberger
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
  • Markus Fornoff
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit