Mit dem Simulationstool Ultrasim der BASF, Ludwigshafen, lässt sich jetzt auch das Aufschäumen und Aushärten der Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I für Automobil-Lenkräder präzise vorhersagen. Die detaillierte Simulation berechnet sowohl die wichtigsten […]
Mit dem Simulationstool Ultrasim der BASF, Ludwigshafen, lässt sich jetzt auch das Aufschäumen und Aushärten der Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I für Automobil-Lenkräder präzise vorhersagen.
Das Simulationstool Ultrasim sagt jetzt auch das Aufschäumen und Aushärten der Weichintegralschaumsysteme Elastofoam I für Automobil-Lenkräder vorher. (Abb.: BASF)
Die detaillierte Simulation berechnet sowohl die wichtigsten chemischen Reaktionen als auch das Fließverhalten des Polyurethanschaums im Werkzeug. 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 jetzt erstmals verfügbaren, ausführlichen Beschreibung der Integralschaumsysteme in Ultrasim ist es so möglich, 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 neue BASF-Service ist bei Automobilzulieferern wie ZF-TRW Automotive Safety Systems im Einsatz.
Entlüftungsstellen und Dichteverteilung präzise vorhergesagt
Lenkräder sind der wichtigste Kontaktpunkt im Auto: Haptik, Optik und Funktionalität lassen sich direkt auf das Bauteildesign zurückführen. Dabei handelt es sich um komplexe Bauteile, die aufgrund ihrer Form und der Bauteilelemente Metallskelett, Kabel, Knöpfe und Designfeatures 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 der Schäumform 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 kann 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 berechnet auch die Dichteverteilung. Diese ist entscheidend für die Haptik, also die lokale Härte des Lenkrads, die die Automobilhersteller vorgeben. 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.
Leichter Schaumkern, feste Haut
Zusätzlich zum technischen Kundendienst entwickelt die 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 bieten geometrieabhängig deutliche Gewichtseinsparungen von bis zu 10 % ohne Eigenschaftsverlust bei Entformungszeiten von bis zu 60 s und geringen Emissionen.
