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Computer Aided Engineering Sicher ist sicher dank CAE-Validationsstudie

| Autor / Redakteur: Damaso Lopez-Ruiz / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Plexiglas bietet ein großes Potenzial für den Einsatz im Fahrzeug. Doch erst der Vergleich von realem Test und der Simulation von Tecosim zeigt, ob der Werkstoff auch den Sicherheitsanforderungen der Automobilindustrie für Fensterscheiben gerecht wird.

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Für den Einsatz von Plexiglas im Fahrzeug ist u.a. von großer Bedeutung, wie sich das Material bei Unfällen verhält.
Für den Einsatz von Plexiglas im Fahrzeug ist u.a. von großer Bedeutung, wie sich das Material bei Unfällen verhält.
(Bild: Stefan Wildhirt)

Polymethylmethacrylat von Evonik – bekannter unter dem Markennamen Plexiglas – kommt bereits vielfach in Fahrzeugen zum Einsatz: in transparenter Form als Tachometerabdeckung, Scheinwerferoptiken und Signalleuchten, in nicht-transparenter Ausführung als Säulenblenden und Spoiler. Das Unternehmen sieht in dem Werkstoff ein großes Potenzial für Verscheibungen, immerhin ist PMMA bis zu 50 % leichter als herkömmliche Mineralglasscheiben.

Validationsstudie beleuchtet Einsatzmöglichkeiten

Um die Einsatzmöglichkeiten mit Blick auf mögliche Crash-Szenarien näher auszuloten, hat sich Evonik für eine Validationsstudie entschieden, die Tecosim, Spezialist für Computer Aided Engineering und das Institut für Mechanik und Materialforschung (IMM) der Technischen Hochschule Mittelhessen durchführten. Für alle Partner ein spannendes Projekt, da die aus dem Hardware-Test gewonnenen Ergebnisse in die Erstellung einer Materialkarte einflossen. Zudem kamen Daten aus einem TEC|Bench-Modell von Tecosim zum Einsatz. Durch den Zugriff auf die Daten und Simulationsmodelle eines virtuellen Benchmark-Projekts konnten die Materialeigenschaften mit vergleichsweise geringem Zeit- und Kostenaufwand validiert werden.

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Das Testszenario

In einem ersten Schritt konfigurierten Tecosim und das IMM in enger Abstimmung mit Evonik den dynamischen Test. Dazu gehörten die Auswahl eines Fahrzeugfensters und die Definition der Lastfall-Parameter. „Wir wollten spezielle Plexiglas-Typen in einem repräsentativen Szenario testen, möglichst nah an der Realität“, erläutert Uwe Löffler, Director Automotive Molding Compounds in der Business Line Methacrylates von Evonik. Die Partner entschieden sich für ein feststehendes Seitenfenster. Da diese typischerweise eine kleine Fläche haben, wurde ein Kinderkopf als Impaktor mit einer Masse von 3,5 Kilogramm festgelegt. Die Geschwindigkeit sollte 10 Meter pro Sekunde betragen, die Aufprallrichtung wurde als senkrecht zum zentralen Auftreffpunkt der Scheibe vorgegeben.

Schnell zum Rohling dank Reverse Engineering

Für die Testreihe produzierte Evonik mehrere Scheiben-Rohlinge. Dabei konnte Evonik auf Daten von Tecosim zurückgreifen: Der CAE-Spezialist unterstützt regelmäßig Automobilhersteller mit seinem virtuellen Benchmark-Prozess TEC|Bench. Dazu werden Fahrzeuge zunächst gescannt und digitalisiert. Die gewonnenen Geometriedaten werden mit einem von Tecosim entwickelten STL-Konverter in CAE-Modelle umgewandelt. Anschließend können mit den aus dem TEC|Bench-Prozess gewonnenen Daten und den virtuellen Modellen verschiedenste Szenarien simuliert und die berechneten Ergebnisse mit denen der realen Tests abgeglichen werden. Ein direkter Vergleich mit Wettbewerbsprodukten ist so effizient möglich.

Evonik konnte für die Erstellung der Rohlinge die bei Tecosim vorliegenden Daten eines deutschen SUV verwenden. Darin waren die Angaben zur Form, Materialstärke und der Lagerkontur enthalten. „Ohne diese Daten von Tecosim wäre der Aufwand für die Produktion der Rohlinge deutlich höher gewesen. Außerdem stand uns so grundsätzlich das FE-Modell des Seitenfensters zur Verfügung – nur die Materialkennwerte mussten für die Simulation angepasst werden“, so Löffler.

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