Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Simulationsberechnungen für Automobilbauteile aus naturfaserverstärkt. Kunststoffen künftig möglich

22.04.2015

Ford ermittelt mit 10 Partnern grundlegende Daten und entwickelt praxistaugliches Modell für die Spritzgieß- und Crash-Simulation

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.


Armaturenbrett mit Handschuhkasten aus Sisal-PP

Foto: FNR/K. Schneider

Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert.

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 u.a. 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 v.a. 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+CrachFEM 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.

Hintergrund:

Der Ford-Konzern engagiert sich seit langem im Bereich nachwachsender Rohstoffe. Heute bestehen über 300 Bauteile in Ford-Fahrzeugen aus biobasierten Werkstoffen, darunter Sitzschäume aus Sojaöl und Türverkleidungen mit Kenaf- und Flachsfaser-Verstärkung. Ford kooperiert außerdem mit CocaCola. Beide Unternehmen streben eine verstärkte Nutzung des teilweise biobasierten Polyethylenterephthalat (Bio-PET) an. Während CocaCola daraus seine „PlantBottle“ herstellt, will Ford den Werkstoff z.B. für Sitzbezüge und Kopfstützen verwenden.

Ansprechpartner zu den einzelnen Teilprojekten und den gemeinsamen Abschlussbericht finden Sie auf Menü Projekte & Förderung unter folgenden Förderkennzeichen:

- Ford Forschungszentrum Aachen GmbH - Bauteilprüfung
Förderkennzeichen 22011310
- IAC (International Automotive Components) Group GmbH - Spritzgießen von Bauteilen
Förderkennzeichen 22006211
- Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co.KG - Scale-up und Erprobung
im Serienmaßstab - Förderkennzeichen 22006111
- Simcon Kunststofftechnische Software GmbH - Bauteilberechnungen
Förderkennzeichen 22006011
- M-Base Engineering und Software GmbH - Untersuchungen zum Faser-Matrix-
Verhalten - Förderkennzeichen 22005611
- Hochschule Hannover, Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) -
Herstellung der Faser-Polymer-Compounds und Prüfkörper
Förderkennzeichen 22005711
- Hochschule Bremen, Bionik-Innovations-Centrum, AG Biologische Werkstoffe -
Untersuchung und Charakterisierung der Naturfasern - Förderkennzeichen 22005511
- Technische Universität Clausthal, Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik -
Untersuchungen der NF-Compounds und Prüfkörper - Förderkennzeichen 22005811
- Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
(ehemals: Forschungsgesellschaft Kunststoffe e.V. - Deutsches Kunststoff-Institut) -
Werkstoffprüfung - Förderkennzeichen 22005911

Pressekontakt:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Nicole Paul
Tel.: +49 3843 6930-142
Mail: n.paul@fnr.de

Weitere Informationen:

http://www.fnr.de/projekte-foerderung/projekte/suche/

Dr. Torsten Gabriel | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

nachricht Gelatine statt Unterarm
19.04.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung