Numerische Auslegung eines Laugenbehälters bzgl. der Lebensdauer unter Berücksichtigung von ökologischen Gesichtspunkten
Langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) verfügen über ein hohes Leichtbaupotenzial. Da mit steigender Faserlänge Festigkeit und Schlagzähigkeit zunehmen, können gegenüber konventionellen kurzfaserverstärkten Materialien oft deutliche Materialeinsparungen realisiert werden. Durch den Einsatz des Thermoplast-Schaumspritzgießens (TSG) mit physikalischem Treibmittel ist außerdem eine faserschonendere Prozessführung von LFT möglich, die in verbesserten Eigenschaften der Formteile resultiert. Hinzu kommt eine erhöhte Geometriefreiheit des TSG, die es beispielsweise erlaubt, Rippen dicker und Grundwandstärken dünner auszulegen, um die Formteilgestaltung lastgerecht umsetzten zu können. Diese Einsparpotenziale können durch den Einsatz digitaler Methoden zur ganzheitlichen Betrachtung des Prozesses aufgezeigt werden.
Im vom BMWE geförderten Projekt DIGILaugBeh hat das IKV die Vorteile des Schaumspritzgießens mit physikalischen Treibmittel bei der Verarbeitung von LFT untersucht und entsprechende Auslegungsrichtlinien entwickelt. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern aus der Industrie und Wissenschaft, wurden die Simulation von geschäumten LFT verbessert, indem die Ansätze zur Berechnung der Faserkrümmung in Moldflow implementiert wurden. Hierdurch konnte eine verbesserte Formteilauslegung der Komponente erreicht werden.
© BSH Hausgeräte GmbHIn den praktischen Versuchen am IKV wurde im ersten Schritt für das physikalische Schaumspritzgießen der Einfluss der Plastifizierung auf die Faserlänge und die Viskosität von LFT untersucht und mit denen von konventionell verarbeiteten LFT verglichen. Dabei konnten beim TSG längere Fasern insbesondere oberhalb der kritischen Faserlänge nachgewiesen werden. Im nächsten Schritt wurden Auslegungsrichtlinien für Formteile aus geschäumten LFT entwickelt.
Abschließend wurden diese Erkenntnisse auf die hintere Wanne eines Laugenbehälters einer Waschmaschine übertragen und die Richtlinien in Scale-Up-Versuchen überprüft. Im Rahmen der Versuche wurden die geschäumten Bauteile mit dem konventionell spritzgegossenen Serienbauteil verglichen. Dabei konnte durch den Einsatz des TSG eine Materialeinsparung von sieben Prozent bei gleicher Steifigkeit erreicht werden. Gleichzeitig konnten Schwindung und Verzug reduziert und durch die verbesserte Maßhaltigkeit eine höhere Freiheit bei der Formteilauslegung erreicht werden.
Projektdaten und Förderung
Wir danken dem BMWE für die Förderung des Projekts (Förderkennzeichen 03LB3044E) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.01.2022 – 31.03.2025
Förderung:
