Dieser Beitrag führt durch den Prozess, wie X-Plast ein hochbelastetes Metallteil für eine Eisenbahnanwendung mit Hilfe von Altair und PART Engineering Software erfolgreich neu konstruiert hat.
Integrative Simulation - die wahre Natur des Materials darstellen
Um die anisotropen Eigenschaften des Bauteils zu berücksichtigen, wandte sich X-Plast an PART Engineering, den Experten für Strukturmechanik und Entwickler der Softwarelösungen Converse und S-Life Plastics. Durch die Integration der Fähigkeiten von Converse in den Entwicklungsprozess von X-Plast war es möglich, die Lücke zwischen der Spritzgusssoftware und dem Finite-Elemente-Simulationsmodell zu schließen. S-Life Plastics ermöglicht es den Ingenieuren, eine auf Materialdaten basierende Festigkeitsbewertung durchzuführen, um eine hohe Simulationsgenauigkeit zu erreichen und eine zuverlässigere Vorhersage der Lebensdauer von Teilen zu ermöglichen.
Die Spritzgusssimulation ist ein wesentlicher Input für den Teile- und Werkzeugkonstrukteur. Schwindungs- und Verzugseffekte können erkannt und korrigiert werden. Es gibt eine Reihe von prozessrelevanten Faktoren, die das physikalische und mechanische Verhalten der Teile beeinflussen. Um die Faserorientierungen für die komplexe anisotrope Analyse zu erhalten, können verschiedene Spritzgießsimulationsprogramme verwendet werden, X-Plast setzt jedoch auf den Industriestandard Autodesk Moldflow Insight.
Converse hilft durch Mapping und Export der Faserorientierung und anderer ausgewählter Spritzgießergebnisse dabei, das homogene isotrope Finite-Elemente-Modell in ein eigenständiges und einsatzbereites anisotropes umzuwandeln. Zusätzlich zu einer elementbezogenen Orientierung wird auch ein orientierungsabhängiges Materialmodell benötigt. Dieses manuell aus Literaturdaten zu definieren, ist ohne MatScape® nahezu unmöglich. MatScape® ist der integrierte Materialmodellierer und die Datenbank, welches mit jeder PART Engineering Software mitgeliefert wird. In Kombination mit Converse erstellt MatScape® ein anisotropes Materialmodell aus einer einfachen Spannungs-Dehnungs-Kurve.
Nach dem Mapping kann die anisotrope Analyse durchgeführt werden. S-Life Plastics bietet auch eine vollautomatische Festigkeitsbewertung, die alle Einflussfaktoren berücksichtigt, eine auf der Faserorientierung basierende Lebensdauervorhersage ermöglicht und den Kreis des integrierten Designprozesses schließt. Am Ende des Projekts war das X-Plast-Designteam in der Lage, das mechanische Verhalten des Teils unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu verifizieren, um die gewünschte Lebensdauer zu gewährleisten.
Nachhaltiger und kostengünstiger als zuvor
Mit Hilfe von technischem Fachwissen und modernsten Softwarelösungen richtete X-Plast einen integrierten Entwicklungsprozess ein, um ein hochentwickeltes, langlebiges und nachhaltiges Kunststoffprodukt zu schaffen, das sowohl die Betriebs- und Fertigungsanforderungen als auch die hohen Qualitätsstandards erfüllt. Das umfassende Angebot von PART Engineering, Altair und Autodesk ermöglicht ein ganzheitliches, integriertes Produktdesign, das Nachhaltigkeit ermöglicht und Auswirkungen auf das Endergebnis hat. X-Plast war in der Lage, das mechanische Verhalten des Teils unter verschiedenen Temperaturbedingungen zu verifizieren und die gewünschte Lebensdauer zu gewährleisten. X-Plast erreichte die Serienproduktion innerhalb von acht Monaten, sparte 35 % der Produktkosten und reduzierte das Gewicht um 25 %, während gleichzeitig eine Lebensdauer von 30 Jahren gewährleistet wurde.
Beste Ergebnisse und noch mehr in der Zukunft
Die Digitalisierung hat sich zu einem wichtigen Innovationstreiber im Bahnsektor entwickelt und bietet großartige Möglichkeiten, die Zuverlässigkeit von Komponenten zu verbessern und gleichzeitig die Umweltbelastung durch Nachhaltigkeit zu reduzieren. Durch den Einsatz der Lösungen von PART Engineering und Altair konnte X-Plast die Gewichtsziele des Knorr-Bremse Bauteils erreichen und gleichzeitig alle anderen Leistungsziele erfüllen. Während Nachhaltigkeitsziele in der Regel mit einem höheren Aufwand verbunden sind, um alle Anforderungen zu erfüllen, ist das hochentwickelte Kunststoffdesign von X-Plast sogar kostengünstiger als das traditionelle Metallteil. Nach diesem erfolgreichen Beispiel müssen Unternehmen, die Nachhaltigkeit anstreben, nicht zweimal überlegen, ob sie sich der Herausforderung stellen, Metallteile durch Kunststoffteile zu ersetzen. Mit den richtigen Werkzeugen und dem Know-how von Experten wie X-Plast können sie vielleicht ihre Kapitalrendite steigern und gleichzeitig ihre Nachhaltigkeitsziele erreichen.
Autor: Tamás Schmidt, FEA Spezialist, X-Plast, Székesfehérvár, Ungarn
