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20.03.2018

Schäumsimulation von PUR weiterentwickelt

Vorhersage von herstellereigener Schäume

Die BASF SE, Ludwigshafen, hat ihr Simulationstool Ultrasim so erweitert, dass sich das Aufschäumen und Aushärten der herstellereigenen Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I für Automobil-Lenkräder vorhersagen lässt. Mit der detaillierten Simulation können laut eigenen Angaben sowohl die wichtigsten chemischen Reaktionen als auch das Fließverhalten des Polyurethanschaums im Werkzeug berechnet werden. Dabei werden an jeder Stelle des Werkzeugs Prozess- und Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Druck und Materialkonzentration sowie Bauteilspezifika wie Metallskelett und Kabel berücksichtigt. Aufbauend auf der verfügbaren, ausführlichen Beschreibung der Integralschaumsysteme in Ultrasim soll es möglich damit möglich sein, schon vor dem Bau des Werkzeugs kritische Lufteinschlüsse im Bauteil wie unter einer virtuellen Lupe zu identifizieren, Entlüftungen anzupassen und den Herstellungsprozess für Lenkräder zuverlässig zu gestalten.

Der BASF-Service für herstellereigene Materialien soll Entwicklungszyklen verkürzen, Kosten senken und gleichzeitig größere Funktionsintegration, mehr Elektronik und individuelles Design bei Lenkrädern unterstützen. Er ist bei Automobilzulieferern wie ZF-TRW Automotive Safety Systems im Einsatz.

Die BASF hat ihr Simulationstool Ultrasim erweitert. Aufschäumen und Aushärten der Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I lässt sich nun für Automobil-Lenkräder vorhersagen (© BASF)

Die BASF hat ihr Simulationstool Ultrasim erweitert. Aufschäumen und Aushärten der Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I lässt sich nun für Automobil-Lenkräder vorhersagen (© BASF)

Entlüftungsstellen und Dichteverteilung vorhersagen

Lenkräder sind komplexe Bauteile, die aufgrund ihrer Form und der Bauteile Metallskelett, Kabel, Knöpfe und Designelementen bei gleichzeitig begrenztem Platzangebot hohe Anforderungen an den eingesetzten Polyurethanschaum und den Schäumprozess stellen. Der Simulation liegen deshalb umfangreiche Materialdaten und komplexe Materialgesetze zugrunde, da sich alle diese Aspekte auf das Füllverhalten und die resultierende Dichteverteilung auswirken. Das Fließverhalten muss genauer modelliert werden als z.B. bei Instrumententafeln: Fließwege spalten sich auf und schließen sich wieder, kleine Schlitze müssen passiert und Dickstellen zuverlässig ausgefüllt werden.

Ein besonders kritischer Parameter ist die Entlüftung des Schäumwerkzeugs und die verschiedenen Methoden, diese im Produktionsprozess umzusetzen. Die Platzierung kleiner Entlüftungskegel soll im Schäumprozess Lufteinschlüsse im Bauteil vermeiden, da sie die Stabilität und die Optik des Lenkrads beeinträchtigen. Hier soll die Füllsimulation mit Ultrasim die Lage und Größe etwaiger Lufteinschlüsse korrekt vorhersagen und Anwender dabei unterstützen, die Entlüftungen richtig zu positionieren: So werden die Anzahl der benötigten Entlüftungen und gleichzeitig das Risiko von Lufteinschlüssen verringert. Das genaue Fließmodell berücksichtigt außerdem bauteiltypische und kundenspezifische Prozesse, z.B. das Werkzeugschwenken während des Schäumprozesses. Auch in diesen Fällen wurde die Vorhersagegenauigkeit des BASF-Simulationstools in Bezug auf das Fließverhalten und die Lufteinschlüsse an Kundenbauteilen verifiziert.

Die Simulation der BASF berechnet auch die Dichteverteilung. Diese ist entscheidend für die meist vorgegebene Haptik des Lenkrads. Um die Dichte an jeder Stelle des Bauteils vorherzusagen, wurde das Materialmodell für Elastofoam I so weiterentwickelt, dass es das Schaumwachstum detailliert beschreibt, abhängig von den chemischen Reaktionen, der lokalen Temperaturentwicklung, dem Druck und der anfänglichen Gasbeladung. Damit ist die Ausgangsbasis dafür geschaffen, Lenkräder aus Polyurethanschaum nicht nur vom Prozess her zu beschreiben, sondern auch das mechanische Verhalten des Bauteils selbst, z.B. Steifigkeit und Härte, zu bestimmen. Bisher kann die Shore-Härte von Lenkrädern nur am realen Bauteil gemessen, nicht aber in der frühen, rein virtuellen Projektphase vorhergesagt werden.

Weichintegralschaum: leichter Schaumkern, feste Haut

Zusätzlich zum etablierten technischen Kundendienst entwickelt BASF mit dem neuen Ultrasim-Service die prozess- und bauteilgerechte Verarbeitung ihrer Weichintegralschaumsysteme weiter. Das niedrig-dichte Elastofoam I bildet, kombiniert mit einem In-Mold-Coating, in einem einstufigen Produktionsverfahren eine Haut als dekorative und schützende Oberfläche aus, die UV-, kratz- und abriebbeständig ist. Lenkräder aus Elastofoam I haben eine starke Außenhaut und fühlen sich zugleich weich und komfortabel an. Sie sind verschleißfest und langlebig, auch bei Kontakt mit Schweiß, Sonnencreme oder Reinigungsmitteln. Aktuelle Systeme sollen laut BASF geometrieabhängig Gewichtseinsparungen von bis zu 10 % ohne Eigenschaftsverlust bei Entformungszeiten von bis zu 60 Sekunden und geringen Emissionen bieten. (fg)

Weiterführende Information
  • Kunststoffe im Automobil

    Das Online-Special rund um Kunststoffe im Automobil

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    Simulanten am Werk

    Meinung

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  • Erschienen in Kunststoffe 09/2016

    Virtuelle Prozessauslegung

    BASF

    Die BASF Polyurethanes GmbH, Lemförde, konnte ihr Simulationswerkzeug Ultrasim deutlich erweitern, sodass sich mittlerweile nach Angaben...   mehr

    BASF Polyurethanes GmbH Abt. Z/M

Unternehmensinformation

BASF Aktiengesellschaft

Carl-Bosch-Str. 38
DE 67056 Ludwigshafen
Tel.: 0621 60-42006
Fax: 0621 6049396

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