Die Ems-Chemie AG, Domat/Ems (Schweiz), unterstützt den Trend, Bauteile virtuell zu entwickeln, zu erproben und zu analysieren. Dies verkürzt die Entwicklungszeiten und steigert gleichzeitig die Bauteilqualität. Jüngst hat der Schweizer […]
Kunststoffbauteile entstehen immer öfter nur noch am Computer – neu soll auch die Vorhersage der Bauteillebensdauer virtuell geschehen. (Foto: Ems)
Die Ems-Chemie AG, Domat/Ems (Schweiz), unterstützt den Trend, Bauteile virtuell zu entwickeln, zu erproben und zu analysieren. Dies verkürzt die Entwicklungszeiten und steigert gleichzeitig die Bauteilqualität. Jüngst hat der Schweizer Polyamidspezialist die Dienstleistungspalette des Computer Assisted Technical Service mit zwei Angeboten erweitert.
Ems engagiert sich stark in der Entwicklung von Berechnungsmethoden zur Bestimmung der Lebensdauer von faserverstärkten Kunststoffbauteilen. Zusammen mit namhaften Partnern wie VW, BMW, Bosch, Sulzer, Magna und der Universität Leoben wurde ein entsprechendes Forschungsprojekt lanciert. Im Zuge dessen wurde die Lebensdauer eines Getriebequerträgers mit neu entwickelten Berechnungsmethoden simuliert. Eine hochkomplexe Angelegenheit, da eine Vielzahl von Faktoren Einfluss auf die Lebensdauer hat. Dazu zählt nebst Temperatur, Feuchte und der mechanischen Belastung auch die Faserorientierung. Je nachdem, ob eine Faserlängs- oder Querorientierung vorliegt, können die Festigkeitswerte um bis zu 50 % abweichen, was die Lebensdauer eines Bauteils maßgeblich beeinflusst.
Parallel zu den Berechnungen wurden konventionelle Bauteiltests durchgeführt, bei welchen das Ermüdungsverhalten – sprich die Lebensdauer – in spezifischen Belastungsszenarien ermittelt wurde. Der Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den Bauteiltests zeigt: Bereits heute haben die am Computer errechneten Vorhersagen eine hohe Zuverlässigkeit. Das Einsparpotenzial bei der Bauteilentwicklungszeit beträgt laut Ems nicht nur Tage, sondern viele Monate.
Zerstörungsfreie Bauteilanalyse
Vergleich eines CT-Scans mit dem originalen 3D-CAD-Modell: Darstellung der lokalen Geometrieabweichung. (Abb.: Ems)
Treten dann in einem Kunststoffbauteil Probleme aufgrund von Lunkern, Bindenähten oder ungünstiger Faserorientierung auf, so müssen diese gründlich analysiert werden. Dies kostet Zeit und verlängert die Entwicklungsphase beträchtlich. Bisher war der Einblick in Bauteile nur mittels zeitintensiver Mikroskopiertechnik möglich und es konnten nur einzelne Schnittebenen untersucht werden. Neu setzt die Anwendungstechnik von Ems bei solchen Untersuchungen auf die Computertomographie. Während diese Technologie auf dem Gebiet der Medizin bereits seit vielen Jahren eingesetzt wird, findet sie in der Industrie erst seit kurzem Anwendung. Mithilfe der Computertomographie kann in wenigen Stunden ein vollständiges, dreidimensionales Abbild des Bauteils zerstörungsfrei erstellt werden.
Mit einem hochauflösenden Scan können Glasfasern in einem Bauteil sichtbar gemacht (l.) und deren Anteil und Orientierung mittels spezieller Software analysiert werden (r.). (Abb.: Ems)
Bauteilentwicklung profitiert
Die Computertomographie eignet sich besonders für exakte Bauteilvermessungen sowie die Analyse von Faserorientierung und Lunkern. In einem einzigen Scan werden alle nötigen Informationen für diese Untersuchungen gesammelt. Es ist sogar möglich, die Resultate des Scans direkt mit dem ursprünglichen 3D-Modell aus der Bauteilentwicklung zu vergleichen. Dies gibt Aufschluss darüber, wie präzise die Simulationsmodelle sind und in welchen Bereichen sie weiter verbessert werden können.
