Kunststoffe Kunststoffkomponenten auf Geometrie, Material und Produktionsverfahren prüfen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

konstruktionspraxis sprach mit Dipl.-Ing. Ernst A. Poppe, Leiter Verfahrens- und Anwendungstechnik Europa bei Du Pont Performance Polymers, über Engineering-Dienstleistungen für die werkstoffkundliche und verfahrenstechnische Optimierung von Kunststoff-Komponenten.

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Mit der Spannungssimulation eines thermogeformten Wellrohres kann die Wandstärke bestimmt und die Festigkeit vorausgesagt werden.
Mit der Spannungssimulation eines thermogeformten Wellrohres kann die Wandstärke bestimmt und die Festigkeit vorausgesagt werden.
(Bild: Du Pont)

Herr Poppe, welche Unterstützung bietet Du Pont bei der Auslegung und Entwicklung von Kunststoffkomponenten?

In den meisten Fällen kommen unsere Kunden mit einem fertig konstruierten CAE-Modell auf uns zu und möchten eine Überprüfung der Spritzbarkeit, der Festigkeit sowie eine Voraussage des zu erwartenden Verzugs. In diesem Rahmen werden Füllsimulationen mit verschiedenen Anspritzvarianten durchgeführt. Hier gilt es die Anzahl der Anspritzpunkte sowie deren Lage in Hinsicht auf möglichst niedrige Fülldrücke und Bindenähte ausserhalb der kritischen Zonen zu optimieren. Natürlich werden in dieser Phase die Faser-orientierungen durch den simulierten Füllvorgang vorgegeben und somit die Grundlage für Schwindung und Verzug gelegt. Zur Bestimmung der strukturellen Festigkeit reicht zumeist eine isotrope Approximation, und die lässt sich auch in kurzer Zeit rechnen. Hierzu werden mechanische Kennlinien zu Grunde gelegt, die zwischen Normal- und Parallelorientierung der Faser liegen. In speziellen Fällen können wir auch eine voll anisotrope Berechnung durchführen. Der Aufwand für die Materialcharakterisierung und Simulation ist dann aber auch 5 bis 10 mal größer.

Was können die von Ihnen benutzten Berechnungsmethoden im Hinblick auf Genauigkeit, Material-modell und Lebensdauervorhersage leisten?

Bei quasistatischen strukturellen Berechnungen schenken unsere Kunden den Resultaten großes Vertrauen. Technische Thermoplaste verändern jedoch ihre Eigenschaften bei realen Lastfällen (z.B. Hochgeschwindigkeitsdehnungen bei Schlag) und Einflussgrößen (z.B. Temperatur, Chemikalieneinfluss). Dies zwingt uns, bei Lebensdauervorhersagen stark datengestützt zu arbeiten, d.h. wir müssen einen enormen Testaufwand im Labor betreiben, um beispielsweise die Wärmealterung eines Polyamid 66 mit 35 % Glasfaser in einer Ölwanne vorherzusagen. Hier werden Chemikalienbeständigkeitsprüfungen mit Kraftstoffen und den eingesetzten Ölen durchgeführt. Wenn die Daten vorhanden sind, kann man eine sehr gute Vorhersage treffen.

Das ist der Grund, warum sich die Industrie an die Rohstofflieferanten zwecks Unterstützung wendet, da man erwartet, dass entsprechende Daten zur Verfügung stehen, auch wenn es eine fast unendlich große Anzahl an Kombinationen aus Kunststofftypen und Alterungsbedingungen gibt.

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