Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie; Teilvorhaben 6: Bauteilberechnungen

Anschrift
SIMCON kunststofftechnische Software GmbH
52146 Würselen
Schumanstr. 18 a
Kontakt
Dr. Paul F. Filz
Tel: +49 2405 64571-0
E-Mail: pfilz@simcon-worldwide.com
FKZ
22006011
Anfang
01.07.2011
Ende
30.06.2014
Aufgabenbeschreibung
Ziel dieses Teilprojekts ist es die Simulationsmöglichkeiten für die sich durch den Spritzgießprozess ergebenden Orientierungen von Fasern so zu erweitern, dass das Verhalten von Naturfasern mit ähnlicher Genauigkeit berechnet werden kann wie die von z.B. Glasfasern. Mit den so gefundenen Ergebnissen können dann Aussagen über das Füll- sowie das Schwindungs- und Verzugsverhalten von Bauteilen aus naturfasergefüllten Werkstoffen getroffen werden. Außerdem soll eine Softwareschnittstelle zur Übergabe der berechneten Orientierungen und Orientierungsgrade an Strukturanalysesoftware so erweitert werden, dass auch sie auch für naturfaserverstärkte Werkstoffe einsetzbar ist. In die bereits vorhandene Software zur Simulation des Spritzgießprozesses werden die Ergebnisse aus der mechanischen Charakterisierung der Fasern, dem daraus entwickelten mikro-mechanischen Modell zur Orientierungsvoraussage sowie der Modellierung von bei Naturfasern auftretenden Nebeneffekten implementiert.Die Software zur Approximation der gemessenen Materialdaten z.B. Viskosität, pvT etc.wird für die Berücksichtigung der neuen Modelle erweitert.Die Schnittstellensoftware zur Übergabe der berechneten Orientierungen und Orientierungsgrade an Struktur und Crashsolver wird zur Bearbeitung von naturfaserverstärkten Kunststoffen ergänzt.Die entwickelte Software wird anhand von Laborbespielen (Fließspirale) sowie anhand von realen Serienbauteilen gemeinsam mit anderen Projektpartnern evaluiert.
Ergebnisdarstellung
Im Verbundvorhaben wurden für unterschiedliche Naturfaser-Compounds belastbare Informationen für die Verarbeitung und Konstruktion von Bauteilen erarbeitet, die umfangreiche morphologische Charakterisierungen sowie alle Aspekte der Werkstoffprüfung und Modellierung, bis zur Visualisierung von Ergebnissen beinhalten. Beispielhaft konnte für ein Bauteil die vollständige Konstruktionskette bis hin zur Crash-Simulation nach Richtlinien der Automobilindustrie erfolgreich ausgeführt werden. Für weitere Werkstoff-Kombinationen wurden die Grundlagen geschaffen. Im betreffenden Teilvorhaben 6 wurden Bauteilberechnungen durchgeführt. Es ist gelungen, die Faserorientierungen von naturfaserverstärkten Spritzgießmaterialien durch Anpassung der Orientierungskoeffizienten zuverlässig zu berechnen. Die Spritzgießsimulation stellt ein immer wichtigeres Hilfsmittel im Vorfeld einer Massenproduktion von Kunststoffteilen dar, denn es kann im Allgemeinen vorausgesagt werden, ob sich das Teil im Spritzgießverfahren produzieren lässt und ob es hierbei Probleme geben könnte, wie z.B. Lufteinschlüsse, Bindenähte, zu hohe thermische Belastung, Einfallstellen, zu hoher Druckbedarf oder Probleme mit der Maßhaltigkeit aufgrund von Verzug. Änderungen am bestehenden Werkzeug wären hingegen teuer, oder sogar unmöglich. Auch lässt sich die Größe der Maschine durch die Berechnung der benötigten Schließkraft vorhersagen. Aus den von IAC gelieferten CAD-Daten wurden bei Simcon Berechnungsmodelle jeweils für die Bauteile des Handschuhfachs (Kasten und Deckel) erstellt. Die Ergebnisse der Spritzgießsimulation stimmen sehr gut mit den am Test- sowie am Praxisbauteil gemessenen Daten überein. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass Effekte wie die temperaturabhängige Braunfärbung, welche mit Geruchbildung des Compounds sowohl bei der Verarbeitung als auch beim Bauteileinsatz verbunden ist, sich ebenfalls in der Simulation nachweisen und damit auch optimieren lassen.

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