CAE für Kunststofftechnik

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 5.0 vom 17.06.2020

11B0555

CAE - Polymer Technology

• Kunststofftechnik (B.Sc.)
• Kunststofftechnik im Praxisverbund (B.Sc.)
• Dentaltechnologie (B.Sc.)
• Werkstofftechnik (B.Sc.)

2

Die Konstruktion, Auslegung und Dimensionierung von Kunststoffbauteilen erfolgt heutzutage als CAE (Computer Aided Engineering). Dazu gehören insbesondere die Fließsimulation des Spritzgießprozesses und die Struktursimulation zur Beurteilung von Steifigkeit und Festigkeit mittels FEM. Das Modul vermittelt den Studierenden anhand von praxisnahen Spritzguss-Bauteilen die Grundlagen das CAE in der Kunststofftechnik. Studierende, die „Konstruktion und CAD“ gehört haben, verwenden dazu ihre dort selbst konstruierten Kunststoffbauteile.Für die Hausarbeit liegt den Studierenden eine praxisnahe Geometrie eines Spritzguss-Bauteils vor. Einige haben diese Geometrie im Rahmen des Moduls „Konstruktion die CAD“ selbst entworfen andere bekommen eine Geometrie gestellt. Diese Geometrie wird nun mittels Fließ- und Struktursimulation berechnet und bewertet.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, einfache Kunststoff-Spritzguss-Bauteile rheologisch und mechanisch auszulegen. Weiterhin kennen die Studierenden die Möglichkeiten und Grenzen der Fließ- und Struktursimulation für Kunststoff-Spritzguss-Bauteile mittels FEM.

• Theoretische Grundkenntnisse:
• Fließ- und Abkühlverhalten der Kunststoffe
• Mechanisches Verhalten der Kunststoffe
• Grundlagen der Materialmodellierung für Fluid- und Struktursimulationen
• Kenntnisse zu Möglichkeiten aber auch Grenzen der Simulation
• Einordnung des CAE in die Produktentwicklungskette der Kunststoffe
  
  Spritzgießsimulation
• Einführung in den Spritzgießprozess
• Vergleich Spritzgießprozess und Simulation: Spritzgießparameter/Qualitätskennwerte
• Werkzeugtechnik
• Angusstechnik
  
  Praktikum zur Spritzgießsimulation
• Importieren und Vernetzen einer Bauteilgeometrie
• Überprüfung und Optimierung der Vernetzung
• Ermittlung und Optimierung der Anspritzpunkte
• Erarbeiten einer Angussstrategie und eines Angusssystems
• Erarbeiten und Umsetzen einer Kühlstrategie
• Berechnung von Schwindung und Verzug
• Ermittlung der Parameter für eine optimale Füllung und Bauteilqualität
  
  Struktursimulation
• Grundlegende Vorgehensweise in der FEM
• Erzeugung eines FE-Modells (Elementeigenschaften, Elementtypen, Gesamtmodell)
• Was bedeutet "kunststoffgerechte Simulation"?
• Berechnung von einfachen Lastfälle und Vergleich mit analytischen Lösungen
  
  Praktikum in der Struktursimulation
• vorhandenes Bauteil vernetzen
• Materialmodell kalibrieren
• Lastfall aufbringen
• Beanspruchungssituation ermitteln
• Entscheidung ob Beanspruchung zulässig oder nicht
• Optimierung zum Erreichen einer zulässigen Beanspruchung

Wissensverbreiterung
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,
- das rheologische Verhalten von Kunststoffschmelzen zu erklären.
- das Abkühlverhalten von Kunststoffschmelzen im Hinblick auf Schwindung und Verzug zu erklären.
- Anguss- und Kühlkonzepte für Spritzgießwerkzeuge zu erklären.
- Berechnungsmethoden bei der Steifigkeits- und Festigkeitsanalyse mittels FEM zu erklären.
- Das mechanische Verhalten der Kunststoffe hinsichtlich einer Materialmodellierung für die FEM zu erklären.
Wissensvertiefung
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,
- Ergebnisse für Fließsimulationen zu erzeugen und zu interpretieren.
- Ergebnisse für Struktursimulationen mittels FEM zu erzeugen und zu interpretieren.
- die Ergebnisse einer Struktursimulation auszuwerten und mittels Festigkeitsanalyse zu beurteilen.
- Maßnahmen für die rheologische und mechanische Optimierung von Kunststoffbauteilen abzuleiten.
Können - instrumentale Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, die Grundlagen zur rheologischen und mechanischen Auslegung von Kunststoffbauteilen auf einfache Kunststoff-Spritzguss-Bauteile zu übertragen und damit praktisch anzuwenden.
Können - kommunikative Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, mit Fachleuten der Kunststoffindustrie über die Herausforderungen und Grenzen der Auslegung von Kunststoff-Spritzguss-Bauteilen mit CAE auszutauschen und entsprechende Projekte durchzuführen.
Können - systemische Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, Kunststoff-Spritzguss-Bauteile selbstständig mit Methoden des CAE komplett auszulegen. Weiterhin sind sie auch in der Lage das erlernte Wissen auf (Kunststoff-)Bauteile zu übertragen, die aus anderen Werkstoffen (Werkstoffkombinationen) bestehen und mittels anderer Produktionsverfahren gefertigt wurden.

Vorlesungen zu den theoretischen GrundlagenAngeleitete Praktika zum Umgang mit den SimualtionsprogrammenAngeleitete Praktika zur Umsetzung einfacher BerechnungsbeispieleHausaufgabe: Durchführung und Auswertung von Fließ- und Struktursimulation für ein Praxisbauteil aus Kunststoff

Kenntnisse ausGrundlagen Mathematik, Statik, Grundlagen WerkstofftechnikFestigkeitslehre, Werkstoffkunde Polymere

Krumpholz, Thorsten

Krumpholz, Thorsten

5

Stojek, M.; Stommel, M.; Korte, W.: FEM zur mechanischen Auslegung von Kunstoff- und Elastomerbauteile, Carl Hanser Verlag GmbH & CO. KG, 2011

Stitz, S.; Keller, W.: Spritzgießtechnik, Carl Hanser Verlag, Münschen, Wien, 2004

Beaumont, J.P.: Auslegung von Anguss und Angusskanal, Carl Hanser Verlag, 2012

Erhard, G.: Konstruieren mit Kunststoffen, Carl Hanser Verlag, München, 2008

Menges, G.; Michaeli, W.; Mohren, P.: Spritzgießwerkzeuge, Carl Hanser Verlag, 2007

Hausarbeit

Hausaufgabe mit RückspracheDie Studierenden arbeiten in einer Kleingruppe über das Semester die Hausaufgabe aus und präsentieren diese am Ende gemeinsam. Zur Präsentation werden dann jedem Gruppenmitglied einzeln Fragen gestellt. Aus der Hausaufgabe, der Präsentation und den individuellen Antworten des Einzelnen bildet sich dann die individualisierte Gesamtnote für jedes Gruppenmitglied.

Hausaufgabe mit RückspracheDie Studierenden arbeiten in einer Kleingruppe über das Semester die Hausaufgabe aus und präsentieren diese am Ende gemeinsam. Zur Präsentation werden dann jedem Gruppenmitglied einzeln Fragen gestellt. Aus der Hausaufgabe, der Präsentation und den individuellen Antworten des Einzelnen bildet sich dann die individualisierte Gesamtnote für jedes Gruppenmitglied.

1 Semester

Nur Wintersemester

Deutsch