Simulation Sicherheit geht vor – CAE-getriebenes Design senkt Entwicklungskosten

Autor / Redakteur: Leoni Meijer und Mirko Bromberger / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Bei der Entwicklung eines neuen Kindersitzes hat Sicherheit oberste Priorität. Dorel Juvenile, Marktführer im Bereich Sicherheit für Kinder in Fahrzeugen, stand kürzlich vor der Aufgabe, einen neuen Kindersitz zu entwickeln. Mithilfe des CAE-getriebenen Designs wurden deutlich weniger physikalische Tests und Prototypen benötigt, sodass das Projekt kosteneffizient abgeschlossen werden konnte.

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(Bild: Dorel Juvenile)

Um das beste Design, unter Berücksichtigung der bei einem Unfall auftretenden Kräfte, zu bestimmen und zu analysieren, hat sich Dorel Juvenile an Code Product Solutions gewendet, ein niederländischer Entwicklungsdienstleister, der seine Kunden mit Computer Aided Engineering (CAE) Werkzeugen und Engineering Dienstleistungen bei der Entwicklung und Optimierung ihrer Produkte unterstützt.

Frühzeitiger Einsatz von Simulation

In diesem Projekt waren Harold van Aken, CEO und Senior Simulation Engineer bei Code Product Solutions und sein Team für die virtuelle Entwicklung und für Crash-Simulationen verantwortlich. Während viele Unternehmen die Simulation immer noch spät im Entwicklungsprozess einsetzen – zu einem Zeitpunkt, an dem das Design fast fertig ist und größere Änderungen sehr teuer sind – nutzt Code Product Solutions die Simulation sehr früh im Entwicklungsprozess, bereits während der Konzeptphase. Dadurch kann das Produktdesign hinsichtlich Gewicht und Leistung schon optimiert werden, bevor wichtige Designentscheidungen getroffen werden müssen. Diese Methode nennt man CAE-getriebenes Design.

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Im Projekt eingesetzte Software

Innerhalb des Entwicklungsprozesses verwendeten die Ingenieure von Code Product Solutions die Werkzeuge der CAE-Suite Hyperworks, darunter

  • Radioss für Crash-Simulationen,
  • Optistruct für das Layout der hochbelasteten Kunststoffkomponenten, die Sitzverstellung umfassen,
  • Hypermesh für Preprocessing Aufgaben sowie
  • Hypercrash und Hyperview zur Aufbereitung der Ergebnisse.

Neben Hyperworks nutzt Code Product Solutions auch Altairs PBS Professional, ein Workload-Management Werkzeug zur effizienten Planung und Verwaltung der einzelnen Jobs im High Performance Computing (HPC) Cluster, mit Radioss gekoppelte Madymo Dummies sowie Moldflow für die Spritzgusssimulation. Madymo ist ein Mitglied der Altair Partner Alliance (APA), ein Programm, das Altair Kunden über das flexible Lizenzsystem der Hyperworks Units ohne zusätzliche Kosten ein breites Spektrum an Lösungen von Drittanbietern zur Verfügung stellt. Dank der Altair Technologien sparte Code Product Solutions seinen Kunden Zeit und Geld, während alle Designanforderungen erfüllt werden konnten.

Die Herausforderung - Sicherheit an erster Stelle

Ziel des Projektes war zunächst die Überarbeitung des bereits existierenden Maxi-Cosi Family Fix Sitzgestells, um neben dem vorwärts gerichteten Einbau im Fahrzeug auch eine rückwärtsgerichtete Position zu ermöglichen. Die Anforderungen an Kinderrückhaltesysteme variieren in Bezug auf Alter, Gewicht und Größe des Kindes. Für Neugeborene und Babys werden rückwärtsgerichtete Kindersitze verwendet, Kleinkinder werden in vorwärts gerichtete Kindersitze gesetzt und ältere Kinder verwenden Sitzerhöhungen. Als der neue europaweite Standard für Kindersitze – die I-size Vorschrift – im Laufe des Projektes eingeführt wurde, hat sich Dorel Juvenile entschieden, dass der neue Sitz diese neuen Anforderungen erfüllen sollte. Die Kombination aus gewünschter Zusatzfunktionalität und weiteren gesetzlichen Vorgaben machten ein fast vollständiges Re-Design des Sitzgestells nötig.

Konstruktive Herausforderungen mit numerischen Analysen lösen

Die größten Herausforderungen lagen in den erhöhten Lasten, die aufgrund der Zwei-Wege-Funktion auftraten und im reduzierten und modifizierten Bauraum des Sitzgestells. Insbesondere die weiter nach vorne gerichtete Position des Stützbeins erforderte größere Änderungen des Designs und der Struktur. „Die konstruktiven Herausforderungen konnten durch unsere umfangreiche Erfahrung bei der Auslegung von Spritzgussbauteilen in Kombination mit der Materialauswahl und numerischen Analysen mit Hyperworks zur Verifizierung des Konzepts gemeistert werden“, sagte van Aken.

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