Google+ Facebook Twitter XING LinkedIn GoogleCurrents YouTube

Simulation

Simulationsberechnungen für NFK-Bauteile in der Automobilindustrie

| Redakteur: Frauke Finus

Ein Armaturenbrett eines PKWs mit einem Handschuhkasten aus Sisal-PP.
Ein Armaturenbrett eines PKWs mit einem Handschuhkasten aus Sisal-PP. (Bild: FNR/K. Schneider)

Um dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe in automobilen Massenmärkten den Weg zu ebnen, entwickelte das Ford Forschungszentrum in Aachen zwischen 2011 und 2014 gemeinsam mit zehn Partnern Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien.

Im Automobilentwicklungsprozess muss heute jedes Bauteil den Nachweis seiner Funktionserfüllung und Produktionssicherheit, vom Verarbeitungs- bis hin zum Crashverhalten, mit Hilfe von Computer-Simulationen erbringen. Mit naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) waren solche Simulationsberechnungen bislang nicht möglich. Der Ford-Forschungsverbund zielte deshalb darauf, für die Spritzgieß- und Crash-Simulation Materialparameter möglichst vieler unterschiedlicher Naturfaser-Compounds zu ermitteln. Des Weiteren wollten die Forscher exemplarisch ein komplexes spritzgegossenes Bauteil aus naturfaserverstärktem Thermoplast herstellen und parallel die Herstellung sowie daraus resultierende mechanische Eigenschaften mittels Simulation berechnen. Damit sollte die Serientauglichkeit des NFK-Bauteils belegt werden.

Zu Beginn des Vorhabens testeten die Wissenschaftler 18 Compoundvarianten aus Polypropylen (PP) mit verschiedenen Naturfasern, darunter Fasern aus Zelluloseregeneraten, Sisal-, Hanf-, Weizenstroh- und Holzfasern. Diese wurden zu Probekörpern gespritzt, an denen die Wissenschaftler unterschiedliche Parameter untersuchten: Faserverteilung, Faserorientierung, Faseragglomerate, maschinen- und werkzeugseitige Prozesse sowie Material- bzw. Faserbelastung und -schädigung. Ergänzend führten die Forscher rheologische, thermische und mechanische Tests sowie mikroskopische Untersuchungen durch. Die Erkenntnisse wurden zur Verbesserung der Fließ- und Crash-Modelle verwendet. Für die weitere Arbeit im Projekt entschieden sich die Projektpartner schließlich für das Sisal-Polypropylen-Compound. Den Ausschlag hatten Vorteile unter anderem in der Compoundierung, beim Fließverhalten der Polymerschmelze und der Oberflächenqualität sowie die guten mechanischen Eigenschaften gegeben. Für das Validierungsbauteil fiel die Wahl auf den Handschuhkasten im Ford B-MAX. Im November 2013 konnte Ford schließlich die ersten Handschuhkästen aus Sisal-PP-Compound der Fachöffentlichkeit präsentieren.

Bei naturfaserverstärkten, spritzgegossenen Thermoplasten hängen die mechanischen Eigenschaften vor allem von der Faserausrichtung ab. Diese variiert jedoch innerhalb des Materials lokal sehr stark. Deshalb war es bislang nicht möglich, das hieraus resultierende komplexe Verhalten für den Fall eines Crashs in der geforderten Qualität durchzurechnen. In dem Ford-Forschungsverbund entwickelten die Forscher nun einen integrativen Simulationsansatz, in dem sie die Spritzgießsoftware Cadmould, die Crash-Simulationsprogramme Radioss und LS-Dyna und das Materialmodell MF-GenYld+Crach FEM miteinander koppelten. Beim Abgleich der Simulationsergebnisse mit realen physikalischen Tests zeigte sich, dass die Übereinstimmung zwischen berechnetem und realem Verhalten sehr gut war. Mit den erarbeiteten Materialkarten und dem integrativen Simulationsansatz, der vollständig kommerziell verfügbar ist, sind alle erforderlichen Voraussetzungen vorhanden, um das Verhalten des betrachteten Compounds vorherzusagen. Hierdurch sind naturfaserverstärkte Kunststoffe jetzt auf dem gleichen Stand der Simulierbarkeit wie konventionelle faserverstärkte Kunststoffe. Einem Einsatz des biobasierten Materials auch in automobilen Massenmärkten steht damit nichts mehr im Wege.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43328549 / Forschung)

Meistgelesene Artikel

VW eröffnet 3D-Druck-Zentrum mit HP-Maschine

3D-Metalldruck

VW eröffnet 3D-Druck-Zentrum mit HP-Maschine

07.01.19 - Der Werkzeugbau von Volkswagen erweitert sein Geschäftsfeld in Wolfsburg um ein 3D-Druck-Zentrum. Zu dem im Konzern verwendeten SLM-Verfahren gesellt sich die neue HP-Technik. lesen

Rodeln auf Rädern

Bremsen

Rodeln auf Rädern

08.01.19 - Rodeln ohne Schnee? Diesen Freizeitspaß will die Pistenbock GmbH mit dem Pistenbock-Cross ermöglichen. Hochwertige Komponenten wie die Rotationsbremsen von ACE Stoßdämpfer helfen, unerwartete Lenkeinschläge zu dämpfen und den Lenkverlauf insgesamt zugunsten von Fahrkomfort und Sicherheit zu glätten. lesen

Blockchain-Technologie einfach erklärt – Definition & Anwendungen

Datenspeicherung – verteilte Netzwerke

Blockchain-Technologie einfach erklärt – Definition & Anwendungen

16.01.19 - Was ist Blockchain-Technologie und was kann die Blockchain überhaupt? Hier erfahren Sie, was Sie zum Thema wissen müssen – die Grundlagen, die Funktionsweise und die Anwendungsbereiche von Blockchain einfach erklärt auf MM LOGISTIK! lesen