Was hat die Simulation eines Diffusionsvorgangs mit einer Temperaturfeldsimulation zu tun? Sie teilen sich, vereinfacht gesagt, die gleiche Differentialgleichung. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um Diffusionsvorgänge mit Finite-Elemente-Programmen zu simulieren. Die numerische Simulation zeigt anschaulich, wie derartige Vorgänge ablaufen und welchen Einfluss eine Wasseraufnahme auf die Bemessung von Formteilen aus Kunststoff haben kann.

Versuchsaufbau und Simulation: Wie verhält sich ein Bauteil bei andauernder Wasseraufnahme nach drei Jahren? Eine Simulation liefert innerhalb kurzer Zeit Aufschluss z. B. über Wassersättigung, Verformung und (im Bild rechts) die Von-Mises-Vergleichsspannungen

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Numerische Simulationen helfen Diffusionsvorgänge zu beschreiben und zu verstehen

Simulation Produkt- / Formteildesign

Software

Simulation

Prozesssimulation

Wasseraufnahme von Kunststoffformteilen

Die Herstellung optischer Linsen unter Maßgabe einer bestimmten Produktqualität in einen wirtschaftlichen Rahmen zu betten, ist eine große Herausforderung. Neben der Anpassung der Formteilgeometrie steht oft auch die Frage der richtigen Fertigungsstrategie im Raum. So bildet das Prägen eine qualitative, aber auch kostenintensive Alternative zum Spritzgießen. Hier steht die Simulation als Entscheidungshilfe zur Verfügung.

Simulation für die Herstellung einer zweischichtigen, asphärischen, bikonvexen Linse. Hier wird die Formfüllung mit dem Brechungsmuster der finalen Linse überlagert

Prozessabwägung vor der Herstellung optischer Bauteile mittels Simulation

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Spritzgießsimulation

Optische Komponenten / Baugruppen

Photonik

Optik

Mehr ist weniger

Kleinwindenergieanlagen lassen sich aktuell im Binnenland kaum rentabel betreiben . Die Partner EAB Gebäudetechnik Luckau GmbH und das Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau der BTU Cottbus-Senftenberg haben dieses Manko nun behoben: Passive Smartblades aus 3D-gedruckten Formwerkzeugen passen sich den Windverhältnissen an. Dies gelingt durch einen intelligenten Lagenaufbau und dessen Biege-Torsions-Kopplung.

Das neuentwickelte Rotorblatt ist speziell für Schwachwindregionen geeignet und passt sich eigenständig an die Windlast an

Additiv gefertigte FKV-Formwerkzeuge für FKV-Bauteile von Kleinwindenergieanlagen

Glasfasern / -matten

Kunststoff Werkstoffe

Verstärkungsstoffe

Faserverarbeitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Finite Methoden

Ingenieurwissenschaften

Technische Mechanik

Harze, Epoxid

Duroplaste

Windkraft

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Analysetools, FEM

Additive Fertigung

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Hocheffiziente adaptive Faserverbund-Rotorblätter

Die Spritzgießsimulation ist ein wichtiger Bestandteil der Bauteilentwicklung. Während die Materialdatenbanken der Simulationsprogramme tausende Thermoplaste enthalten, sind vollständige Datensätze von duroplastischen Werkstoffen allerdings nur schwer zu finden. Wie problematisch das ist, zeigen Vergleiche von simulierten und gemessenen Daten von Bauteilen aus Duroplastformmassen.

Bild 2. Die Simulation zeigt einen ähnlichen Füllverlauf wie die Füllstudie

Simulation von Duroplastbauteilen

Duroplastische Werkstoffe

Duroplast-Spritzgießen

Vollständige Datensätze gesucht

Die Nachhaltigkeit bei technischen Kunststoffen beginnt nicht erst beim Recyceln. Bereits bei der Auslegung eines Bauteils ist es entscheidend, nur so viel Material einzusetzen, wie es für die optimale Leistungsfähigkeit des Produkts erforderlich ist. Dabei spielt die Topologieoptimierung eine wichtige Rolle.

Altair bietet Lösungen für den gesamten automobilen Produktentwicklungszyklus: von Machbarkeitsstudien, Konzeptentwicklung und Variantenoptimierung bis hin zur detaillierten multidisziplinären Optimierung.

Topologieoptimierung als Entwicklungsstrategie für nachhaltige Kunststoffbauteile

Leichtbau

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Weniger ist mehr:  Reduzieren statt Recyceln

Generell sind die Vorgaben in der Medizintechnik streng. Über welche grundsätzlichen Eigenschaften ein Kunststoffmaterial jedoch verfügen muss, um für Medizinprodukte geeignet zu sein, bleibt oft unklar. Das stellt Firmen bei der Auswahl der Materialien vor große Probleme. Im Rahmen eines VDI-Ausschusses haben nun Medizintechnikhersteller, Verarbeiter und Werkstoffproduzenten gemeinsam eine Richtlinie für Kunststoffe in medizinischen Geräten und Hilfsmitteln entwickelt

Kunststoffe kommen zwar in sehr vielen medizinischen Hilfsmitteln und Geräten zum Einsatz, verbindliche Vorgaben, welche Anforderungen sie in der Medizintechnik erfüllen müssen, gibt es bisher allerdings noch nicht

VDI-Richtlinie definiert erstmalig „Medical Grade Plastics“

Kunststoffe

Normen / Standards

Recht allgemein / sonst.

Normen

Dienstleistungen

Seminare, Schulungen, Kongresse

Medizintechnik

Medizinprodukte

Medical Grade Plastics

Mit der Einführung der Medical Device Regulation soll die Sicherheit von Medizinprodukten weiter steigen. Viele Produkte unterliegen einer Höherklassifizierung mit stark gestiegenen Anforderungen, um die CE-Konformität zu erlangen. Gerade für kleine und mittlere Unternehmen ist es eine Herausforderung, die geforderten Informationen für alle Komponenten des Medizinproduktes bereitzustellen.

Produktion im Reinraum: In Stein am Rhein in der Schweiz kann Trelleborg in Reinräumen der Klasse 7 und 8 nach DIN EN ISO 14644-1 (Klasse 10 000 und 100 000 nach US FED 209D) produzieren und verpacken

Entwicklung und Herstellung von Medizinprodukten verändern sich drastisch

Dichtungen

Maschinenelemente

Mechanische Konstruktionselemente

Dichtungsschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Schritte zur MDR-Konformität

Ende November findet eine Fachtagung statt, die die Qualifizierung und Prüfung von Kunststoffen sowie Kunststoffbauteilen in den Fokus stellt. Wir haben uns mit dem fachlichen Leiter über das Konzept der neuen Veranstaltung unterhalten.

Jörg Günther ist Mitglied der Geschäftsleitung des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid

Breites Spektrum an Themen für neue Fachtagung „Kunststoffe + Prüfung 2020“

Laborgeräte

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Klotz, Karlhorst, Dr.

Prüflabor

Messtechnik-Dienstleister

Messtechnik

Laborarbeitsplätze

Messzubehör

Mess- und Prüftechnik-Seminare

CAQ-Systeme im Labor

Vom Schuhsohlentest zum Blockchain-Prüfprotokoll

Der Kunststoffindustrie stehen verschiedene Materialien und Technologien zur Verfügung, die den ökologischen Fußabdruck von Produkten deutlich reduzieren können. Um zu bestimmen, welche Einsparungen sich dadurch wirklich ergeben, stehen verschiedene Methoden, Normen und Software-Tools zur Verfügung.

CO2 -Einsparungen durch Rezyklate und Biokunststoffe bestimmen

Recycling

Biokunststoffe

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoff-Rezyklat

Reduzierter CO2-Fußabdruck

Interessierte Fachleute sind eingeladen, an der Erarbeitung konkreter Handlungsbedarfe für zukünftige Normen und Standards im Bereich Circular Economy mitzuwirken.

Die Initiatoren der Deutsche Normungsroadmap Circular Economy rufen Interessenten zur Mitarbeit auf

Kreislaufwirtschaft

Deutsche Normungsroadmap Circular Economy nimmt Arbeit auf

Bisher fehlte für die Klassifizierung von Rezyklaten ein allgemein anerkannter Standard. Das Deutsche Institut für Normung hat nun einen solchen erarbeitet. Er soll Unternehmen dabei helfen, die Qualität von Rezyklaten zu bestimmen und zu benennen und somit die Kreislaufwirtschaft weiter voranbringen.

Standard für Kunststoffrezyklate vorgestellt

Im Kunststoffrecycling mangelt es an einer Qualitätsinfrastruktur – Normen schaffen Abhilfe und  fördern zirkuläres Wirtschaften. Mit der Normungsroadmap Circular Economy treibt das Deutsche Institut  für Normung (DIN) das Thema konsequent voran. Kunststoffe sind darin ein Schwerpunkt.

Die Industrie braucht eindeutig definierte Normen und Qualitätsstandards, um Kunststoffrezyklate in den Wertstoffkreislauf einbinden zu können. 

Wie Normen Kunststoffrezyklaten den Weg in den Wertstoffkreislauf bereiten können

Qualität ist auf Standards angewiesen

SKZ bietet Prüfungen nach neuer Spezifikation für Kunststoff-Rezyklate

PP post-consumer Abfall & compoundiertes PP Rezyklat

Akzeptanz von Rezyklaten steigern

Die Simulation der optischen Eigenschaften von Kunststoff-Freiformoptiken für LED-Beleuchtungen hat eine zentrale Rolle bei der Beleuchtungsentwicklung. Hierzu gibt es nun zwei neue VDI/VDE-Richtlinien.

Die Optiken von LED-Beleuchtungen sind – im Gegensatz zu den üblicherweise sphärischen Glaslinsen in Kameras, Mikroskopen und Teleskopen – meist Freiformoptiken aus Kunststoff. Die Fertigung zum Beispiel im Spritzgussverfahren lässt deutlich mehr geometrische Formen und Oberflächenstrukturen zu, als die konventionelle Fertigung optischer Glaslinsen. Mit den Freiheitsgraden bei der Geometriegestaltung und der Materialauswahl geht die Herausforderung einher, hiermit die gewünschte Beleuchtungswirkung zu erreichen: Ein kontrastreiches und scharfes Bild eines Projektors verrät fast nichts über den inneren Aufbau des im Projektor verbauten Objektivs. Entsprechend gibt eine genaue Spezifikation der Lichtwirkung, die eine Beleuchtung erzielen soll, kaum einen Hinweis darauf, wie die Optik der LED-Beleuchtung zu gestalten ist, um diese Wirkung zu erzielen. 

 Es ist offensichtlich, dass Simulationen nur dann praxistaugliche Ergebnisse liefern können, wenn die Kenndaten des verwendeten Kunststoffmaterials präzise genug sind und wenn die Angaben zur Oberflächenrauheit aus der Simulation in Spezifikationen für den Formenbau übertragen werden können. Bei guter Beschreibung der tatsächlichen Abbildungseigenschaften durch die Optiksimulation können diese Ergebnisse die Basis für eine rechnergestützte Designoptimierung bilden. Dies ist ein entscheidender Hebel, um Iterationszyklen mit dem Bau von Prototypen im Entwicklungsprozess zu reduzieren. So lassen sich Entwicklungszeiten und -kosten verringern und bessere Produkte schneller an den Markt bringen. Die beiden neuen Richtlinien der Reihe VDI/VDE 5596 „Fertigungsgerechte Optikentwicklung“ setzen da an, wo bisher wichtige Voraussetzungen für realitätsnahe Optiksimulationen fehlten.

VDI Verein Deutscher Ingenieure e. V.  

https://www.vdi.de

In LED-Beleuchtungen sorgen Freiformoptiken für das richtige Licht.

2022-08-19 VDI-Richtlinien

.... widmet sich den optischen Oberflächen. Bislang wurden Oberflächen für Beleuchtungsoptiken oft nicht hinreichend präzise spezifiziert, sondern lediglich mit dem einfachen Hinweis auf „optische Qualität“ oder „diffus“ versehen. Diese unpräzisen Vorgaben mussten für die Lastenhefte des Formenbaus in Rauheitsspezifikationen übertragen werden. Dabei wurden teils ungeeignete Rauheitskenngrößen verwendet. Die im September 2022 erscheinende Richtlinie stellt nun geeignete Vorgehensweisen zur Spezifikation der Rauheit optischer Oberflächen von Kunststoffoptiken vor, wobei der gesamte Bereich von optisch glatten, nicht streuenden bis zu streuenden, optisch rauen Oberflächen abgedeckt wird. Es werden Methoden zur Modellierung und Vermessung dieser Oberflächen wie zum Beispiel durch eine BSDF beschrieben.

Die zeitgleich mit Blatt 2 veröffentlichte Richtlinie VDI/VDE 5596 Blatt 3 legt Mindestanforderungen an die technische Spezifikation der optischen Materialeigenschaften fest, damit diese für das Optikdesign sinnvoll genutzt werden können. Sie beschreibt Messverfahren, mit denen die relevanten Kenngrößen ermittelt werden können. Dabei werden jeweils transparente und volumenstreuende Materialien berücksichtigt.

Beide Richtlinien sind in einer zweisprachigen Ausgabe (deutsch/englisch) erschienen und werden über den Beuth-Verlag vertrieben: www.beuth.de

ausgabe 01/2023

ausgabe 12/2022

ausgabe 11/2022

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