DE102021107946A1 - method of creating a model; Process for evaluating a seam of a component; Process for manufacturing a component; Model; system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass- in einem ersten Schritt-- mithilfe von Messungen an einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden, und/oder-- mithilfe von Simulationen von einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden,- in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit der ermittelten Daten, das Modell für die Bewertung von Nähten von Bauteilen erzeugt wird.The invention relates to a method for generating a model for evaluating seams of components that have a reinforced plastic material, characterized in that - in a first step - using measurements on one or more samples, data relating to one or more manufacturing process parameters and /or geometric properties of the one or more samples are determined, and/or-- data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties of the one or more samples are determined using simulations of one or more samples,- in a second step, depending on the determined data, the model for the evaluation of seams of components is generated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bewertung einer Naht eines Bauteils durch ein Modell. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zu Herstellung eines Bauteils. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Modell zur Bewertung von Nähten von Bauteilen. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen.The invention relates to a method for generating a model for the evaluation of seams of components that have a reinforced plastic material. Furthermore, the invention relates to a method for evaluating a seam of a component using a model. Furthermore, the invention relates to a method for producing a component. Furthermore, the invention relates to a model for evaluating seams of components. Furthermore, the invention relates to a system for generating a model for evaluating seams of components.
Bei der Betriebsfestigkeit handelt es sich um einen entscheidenden Parameter bei der Bewertung und Prüfung von Bauteilen. Die Betriebsfestigkeit beschreibt die Fähigkeit von Materialien und Bauteilen, statische, quasistatische und dynamische (wiederkehrend oder schlagartig) Belastungen im Rahmen der kalkulierten Lebensdauer und unter Berücksichtigung relevanter Umgebungsbedingungen schadensfrei zu ertragen. Durch die Betriebsfestigkeit werden die Auslegung, Bemessung und Haltbarkeit von Bauteilen und Systemen gegenüber mechanischen Beanspruchungen bewertet.Durability is a crucial parameter in the evaluation and testing of components. The fatigue strength describes the ability of materials and components to withstand static, quasi-static and dynamic (recurring or sudden) loads within the calculated service life and taking into account the relevant environmental conditions without damage. The operational stability evaluates the design, dimensioning and durability of components and systems in relation to mechanical loads.
Die mechanische Prüfung von realen Bauteilen ist komplex und kostenintensiv, da auf hochspezialisierte Verfahren und Maschinen zur Prüfung und Charakterisierung einzelner Bauteile zurückgegriffen werden muss. Für Metallwerkstoffe ist beispielsweise als Bewertungsrichtlinie Rennert, R. et. al., „Analytical Strength Assessment of Components“, FKM-Guidlines 6.th Edition, VDMA-Verlag, Frankfurt (2012) bekannt.The mechanical testing of real components is complex and expensive, since highly specialized methods and machines have to be used to test and characterize individual components. For metal materials, for example, Rennert, R. et. al., "Analytical Strength Assessment of Components", FKM-Guidelines 6th Edition, VDMA-Verlag, Frankfurt (2012).
Für Bauteile, die verstärkte Kunststoffmaterialen aufweisen oder aus solchen bestehen, entstehen aufgrund ihrer vielseitigen und vorteilhaften Eigenschaften immer breitere und neuartige Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Fahrzeugtechnik. Eine vorteilhafte Bewertung der solcher Bauteile, insbesondere vor deren Fertigung, ist daher für eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten solcher Bauteile wünschenswert. Bei der Bewertung und Prüfung von verstärkten Kunststoffmaterialen ergeben sich durch die komplexen Materialeigenschaften jedoch besondere Anforderungen. Die Bewertung von gefüllten Kunststoffbauteilen ist typischerweise komplex und mehrstufig.Due to their versatile and advantageous properties, components that have reinforced plastic materials or consist of such are becoming increasingly broader and more innovative, for example in vehicle technology. An advantageous assessment of such components, in particular before their manufacture, is therefore desirable for a large number of possible uses of such components. However, the complex material properties result in special requirements when evaluating and testing reinforced plastic materials. The assessment of filled plastic components is typically complex and multi-stage.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Bewertung von Bauteilen, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, zu verbessern, sodass insbesondere eine kosten- und/oder zeiteffiziente Charakterisierung und Bewertung der Bauteile möglich wird.Against this background, the task arises of improving the evaluation of components that have a reinforced plastic material, so that in particular a cost-effective and/or time-efficient characterization and evaluation of the components becomes possible.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, vorgeschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass
- - in einem ersten Schritt
- -- mithilfe von Messungen an einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden, und/oder
- -- mithilfe von Simulationen von einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden,
- - in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit der ermittelten Daten, das Modell für die Bewertung von Nähten von Bauteilen erzeugt wird.
- - in a first step
- -- data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties of the one or more samples are determined with the aid of measurements on one or more samples, and/or
- -- with the help of simulations of one or more samples, data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties of the one or more samples are determined,
- - in a second step, depending on the determined data, the model for the evaluation of seams of components is generated.
Hierdurch ist eine vorteilhafte Bewertung von Nähten für Bauteile möglich, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen. Die Bewertung kann durchgeführt werden bevor das Bauteil gefertigt oder hergestellt wird, sodass bereits vor der eigentlichen Produktion eines Bauteils ermittelt werden kann, ob die möglichen Nähte des Bauteils den Belastungsanforderungen an das zu fertigende Bauteil genügen. Die besondere Berücksichtigung von Nähten bei Modellen zur Bewertung derartiger Bauteile führt zu verbesserten Ergebnissen, da die Nähte typische Schwachstellen der Bauteile darstellen. Binde- und/oder Fließnähte entstehen bei der Produktion von Bauteilen im Spritzgießprozess während der Formfüllung, unter anderem beim Umfließen von Hindernissenden, insbesondere beim Wiederzusammentreffen von Schmelzfronten. Dabei kommt es zur Entstehung einer Grenzfläche, welche eine Schwachstelle im fertigen Bauteil darstellt, da die Faserorientierung und/oder Molekularstruktur gestört sind. Solche Nähte entstehen in der Praxis in nahezu jedem technischen Bauteil, das einen verstärkten Kunststoff aufweist.This allows an advantageous assessment of seams for components that have a reinforced plastic material. The assessment can be carried out before the component is manufactured or manufactured, so that it can be determined before the actual production of a component whether the possible seams of the component meet the load requirements for the component to be manufactured. The special consideration of seams in models for evaluating such components leads to improved results, since the seams represent typical weak points of the components. Weld and/or flow lines occur in the production of components in the injection molding process during mold filling, including when flowing around obstacle ends, especially when melt fronts meet again. This creates an interface that represents a weak point in the finished component, since the fiber orientation and/or molecular structure are disturbed. In practice, such seams occur in almost every technical component that has a reinforced plastic.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung der Betriebsfestigkeit von Nähten, insbesondere von Bindenähten und/oder Fließnähten, von Bauteilen, die mithilfe von Spritzgießen gefertigt werden, vorgesehen. Das erzeugte Modell ist zur Bewertung der Qualität von Binde- und/oder Fließnähten im späteren Bauteil verwendbar. Bei den Bauteilen, die mithilfe des erzeugten Modells bewertet werden können und für die das Modell erzeugt wird, handelt es sich gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere um Spritzgussbauteile.The method according to the invention is intended in particular for generating a model for evaluating the fatigue strength of seams, in particular weld lines and/or flow lines, of components that are manufactured using injection molding. The model created can be used to evaluate the quality of weld and/or flow lines in the subsequent component. According to one embodiment of the present invention, the components that can be evaluated using the generated model and for which the model is generated are, in particular, injection molded components.
Es werden bei der Erzeugung des Modells bevorzugt sowohl geometrische Eigenschaften als auch Prozessparameter berücksichtigt.Both geometric properties and process parameters are preferably taken into account when generating the model.
Bei der einen oder den mehreren Proben, an denen mithilfe von Messungen im ersten Schritt Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften, ermittelt werden, handelt es sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um einen oder mehrere speziell zur Bedatung des Modells entwickelte Probekörper. Hierdurch kann eine besonders hohe Qualität für das erzeugte Modell erreicht werden.According to a preferred embodiment of the present invention, the one or more samples on which data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties are determined using measurements in the first step are one or more specifically for parameterizing the specimens developed by the model. As a result, a particularly high quality can be achieved for the generated model.
Bevorzugt weisen die im ersten Schritt vermessenen und/oder simulierten Proben jeweils das gleiche verstärkte Kunststoffmaterial auf und/oder werden jeweils mithilfe des gleichen verstärkten Kunststoffmaterials gefertigt. Das erzeugte Modell ist besonders bevorzugt zur Bewertung von Nähten von Bauteilen vorgesehen, die dieses verstärkte Kunststoffmaterial aufweisen und/oder die mithilfe dieses verstärkten Kunststoffmaterials gefertigt werden. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, ein Modell für ein verstärktes Kunststoffmaterial zu erzeugen, das im Folgenden für die Bewertung bzw. Prüfung der Betriebsfestigkeit von Nähten von Bauteilen verwendet werden kann, die dieses verstärkte Kunststoffmaterial aufweisen oder teilweise oder vollständig aus diesem bestehen. Hierdurch kann mithilfe des Modells eine effiziente und kostensparende Bewertung durchgeführt werden.Preferably, the samples measured and/or simulated in the first step each have the same reinforced plastic material and/or are each manufactured using the same reinforced plastic material. The model produced is particularly preferably provided for evaluating seams of components which have this reinforced plastic material and/or which are manufactured using this reinforced plastic material. This makes it possible according to the invention to create a model for a reinforced plastic material that can subsequently be used for evaluating or testing the fatigue strength of seams of components that have this reinforced plastic material or consist partially or entirely of it. As a result, an efficient and cost-saving evaluation can be carried out using the model.
Bevorzugt finden die Messungen des ersten Schritts teilweise, insbesondere mehrheitlich, nach dem Herstellen der Probe(n), insbesondere nach dem Spritzgießen der Probe(n), in einer anschließenden mechanischen Prüfung der Probe(n) statt. Mithilfe der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft möglich, eine Korrelation zwischen Parametern der Naht (Prozessgrößen und/oder Geometrie etc.) und mechanischen Kennwerten, insbesondere einer statischen und/oder zyklischen Festigkeit und/oder einer Steifigkeit etc., herzustellen. Die mechanischen Kennwerte können beispielsweise mithilfe von Prüfverfahren zur Betriebsfestigkeitsprüfung erhalten werden.The measurements of the first step preferably take place partly, in particular mostly, after the production of the sample(s), in particular after the injection molding of the sample(s), in a subsequent mechanical test of the sample(s). With the help of the present invention, it is particularly advantageously possible to establish a correlation between parameters of the seam (process variables and/or geometry, etc.) and mechanical parameters, in particular static and/or cyclic strength and/or stiffness, etc. The mechanical characteristics can be obtained, for example, using test methods for fatigue strength testing.
Die Messungen an der einen oder den mehreren Proben im ersten Schritt betreffen insbesondere zumindest teilweise den Herstellungsprozess der einen oder der mehreren Proben, insbesondere ein Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben. Es ist denkbar, dass eine oder mehrere der Messungen im ersten Schritt während dem Spritzgießen der Proben durchgeführt werden.The measurements on the one or more samples in the first step relate in particular at least partially to the manufacturing process of the one or more samples, in particular injection molding of the one or more samples. It is conceivable that one or more of the measurements in the first step are carried out during the injection molding of the samples.
Unter den Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, die mithilfe von Messungen an der einen oder den mehreren Proben im ersten Schritt ermittelt werden, können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch bei der Herstellung der Proben, insbesondere beim Spritzgießen, eingestellte und/oder wählbare Prozessgrößen und/oder Prozessparameter verstanden werden.Among the data relating to one or more manufacturing process parameters and / or geometric properties of the one or more samples, which are determined using measurements on the one or more samples in the first step, according to one embodiment of the present invention, can also be used in the production of the Samples, especially in injection molding, set and / or selectable process variables and / or process parameters are understood.
Ein verstärktes Kunststoffmaterial kann erfindungsgemäß insbesondere als Kunststoff verstanden werden, der Verstärkungen in Form von mindestens einem Füllstoff aufweist. Beispiele sind faserverstärkte Kunststoffe oder mit Partikeln verstärkte Kunststoffe.According to the invention, a reinforced plastic material can be understood in particular as a plastic that has reinforcements in the form of at least one filler. Examples are fiber-reinforced plastics or plastics reinforced with particles.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Modells ist vorzugsweise ein computerimplementiertes Verfahren.The method according to the invention for generating a model is preferably a computer-implemented method.
Für die simulative Bewertung von Bauteilen, die einen verstärkten Kunststoff aufweisen, wird vorzugsweise eine mehrstufige Simulationskette verwendet. So ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise denkbar, eine Füllsimulation durchzuführen, eine Materialkarte zu erstellen, eine Struktursimulation zu erstellen, und eine Bewertung zu erzeugen.A multi-stage simulation chain is preferably used for the simulative evaluation of components that have a reinforced plastic. For example, according to an embodiment of the present invention, it is conceivable to carry out a filling simulation, to create a material map, to create a structure simulation, and to generate an evaluation.
Erfindungsgemäß kann der Einfluss von Bindenähten und/oder Fließnähten auf die Betriebsfestigkeit von Bauteilen vorteilhaft bewertet werden. Hierzu wird eine Bewertungsmethode für die Fehlstellenklassen der Binde- und/oder Fließnähte vorgeschlagen, welche sich mit der integrierten Bedatung und Validierung dieser Methode und dem Transfer dieser Materialdaten in die Anwendung im Zuge der virtuellen Festigkeitsbewertung beschäftigt. Es ist erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise denkbar, eine Bewertungsmethode für die Materialklasse der verstärkten Kunststoffmaterialen zu ermöglichen, bei der Nähte, also potentielle Schwachstellen, besonders vorteilhaft berücksichtigt werden. Für die simulative Bewertung dieser Produkte kann eine mehrstufige Simulationskette verwendet werden. Mithilfe einer integrierten Bedatung und Validierung kann ein Modell erzeugt werden. Diese Erkenntnisse und Materialdaten können erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise im Zuge einer virtuellen Festigkeitsbewertung in die Anwendung gebracht werden.According to the invention, the influence of weld lines and/or flow lines on the fatigue strength of components can be advantageously evaluated. For this purpose, an evaluation method for the defect classes of the weld and/or flow lines is proposed, which deals with the integrated data entry and validation of this method and the transfer of this material data into the application in the course of the virtual strength evaluation. According to the invention, it is conceivable in an advantageous manner to enable an evaluation method for the material class of reinforced plastic materials in which seams, ie potential weak points, are particularly advantageously taken into account. A multi-stage simulation chain can be used for the simulative evaluation of these products. A model can be created with the help of integrated calibration and validation. According to the invention, these findings and material data can advantageously be used in the course of a virtual strength assessment.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sich die Herstellungsprozessparameter auf Größen und/oder Eigenschaften beim Spritzgießen der einen oder mehreren Proben beziehen, wobei sich die Herstellungsprozessparameter insbesondere zumindest teilweise auf eine oder mehrere rheologische Größen und/oder rheologische Eigenschaften beziehen. Vorzugsweise werden die Messungen im ersten Schritt bei der Herstellung der Probe oder der Proben, insbesondere während einem Spritzgießen, durchgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the manufacturing process parameters on sizes and / or properties during injection molding of one or more Samples refer, wherein the manufacturing process parameters relate in particular at least partially to one or more rheological variables and / or rheological properties. The measurements are preferably carried out in the first step during production of the sample or samples, in particular during injection molding.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Simulationen von der einen oder den mehreren Proben im ersten Schritt eine oder mehrere Füllsimulationen, insbesondere Füllsimulationen betreffend ein Spritzgießen der einen oder mehrere Proben, umfassen. Bei der oder den Füllsimulationen wird vorzugsweise die Füllung der Probe(n), insbesondere des oder der Kunststoffbauteile, rechnerisch und/oder computergestützt nachgebildet bzw. vorhergesagt, sodass als Ergebnis ein Füllbild der Probe(n) erhalten wird.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the simulations of the one or more samples in the first step include one or more filling simulations, in particular filling simulations relating to injection molding of the one or more samples. In the case of the filling simulation(s), the filling of the sample(s), in particular of the plastic component(s), is simulated or predicted by calculation and/or computer-aided, so that a filling image of the sample(s) is obtained as a result.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
- -- dass der eine oder die mehreren Herstellungsprozessparameter Parameter und/oder Eigenschaften der Proben umfassen, und/oder
- -- dass der eine oder die mehreren Herstellungsprozessparameter Parameter betreffend äußere Einflüsse, denen die eine oder die mehreren Proben, insbesondere während des Spritzgießens, ausgesetzt sind, umfassen. insbesondere sind die äußeren Einflüsse derartige Einflüsse und Parameter, denen die Proben bei ihrer Herstellung im ersten Schritt und während den Messungen im ersten Schritt ausgesetzt sind.
- -- that the one or more manufacturing process parameters include parameters and/or properties of the samples, and/or
- -- that the one or more manufacturing process parameters include parameters relating to external influences to which the one or more samples are exposed, in particular during injection molding. In particular, the external influences are such influences and parameters to which the samples are exposed during their production in the first step and during the measurements in the first step.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Herstellungsprozessparameter:
- - eine Temperatur,
- - einen Druck,
- - eine Viskosität, insbesondere eine Viskosität einer Schmelze in einer Spritzgießform beim Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben,
- - weitere Materialdaten betreffend die Schmelze, insbesondere eine Schmelztemperatur beim Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben, und/oder
- - rheologische Größen und/oder Eigenschaften,
betreffen und/oder umfassen,
vorzugsweise bei einer oder mehreren Füllsimulationen für die eine oder die mehreren Proben und/oder beim Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben. Hierdurch können zur Erzeugung des Modells Eigenschaften und Größen verwendet werden, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Qualität von Bindenähten und/der Fließnähten haben. Somit umfassen die im ersten Schritt ermittelten Daten vorzugsweise Informationen und/oder Werte zu:
- - der Temperatur, insbesondere währen des Herstellungsprozesses der einen Probe oder mehreren Proben,
- - dem Druck, insbesondere währen des Herstellungsprozesses der einen Probe oder mehreren Proben,
- - der Viskosität, insbesondere eine Viskosität einer Schmelze in einer Spritzgießform beim Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben,
- - den weiteren Materialdaten betreffend die Schmelze, insbesondere eine Schmelztemperatur beim Spritzgießen der einen oder der mehreren Proben, und/oder
- - den rheologischen Größen und/oder Eigenschaften.
- - a temperature,
- - a pressure
- - a viscosity, in particular a viscosity of a melt in an injection mold during injection molding of the one or more samples,
- - Further material data relating to the melt, in particular a melting temperature during injection molding of the one or more samples, and/or
- - rheological quantities and/or properties,
concern and/or include
preferably during one or more filling simulations for the one or more samples and/or during injection molding of the one or more samples. In this way, properties and variables that have a significant influence on the quality of weld lines and/or flow lines can be used to generate the model. Thus, the data determined in the first step preferably includes information and/or values on:
- - the temperature, in particular during the manufacturing process of one or more samples,
- - the printing, especially during the manufacturing process of one or more samples,
- - the viscosity, in particular a viscosity of a melt in an injection mold during injection molding of the one or more samples,
- - the further material data relating to the melt, in particular a melting temperature during injection molding of the one or more samples, and/or
- - the rheological parameters and/or properties.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Modell im zweiten Schritt mithilfe einer mehrdimensionalen Interpolation, insbesondere einer multiplen linearen und/oder nichtlinearen Regression und/oder einer Optimierungsmethode nach mehreren Parametern, und/oder einem künstlichen Intelligenz-Verfahren, insbesondere einem neuronalen Netz, in Abhängigkeit der Daten erzeugt wird. Das für die Bewertung notwendige Modell kann somit im zweiten Schritt durch geeignete multidimensionale Interpolationen mittels Optimierungsmethoden und/oder über künstlicher Intelligenz-Verfahren, wie neuronale Netze, an reale (und ggf. simulierte) Testdaten, die im ersten Schritt erhalten wurden, gefittet werden. Der zweite Schritt wird insbesondere computerimplementiert durchgeführt.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the model in the second step using a multidimensional interpolation, in particular a multiple linear and / or non-linear regression and / or an optimization method according to several parameters, and / or an artificial intelligence method, in particular one neural network, depending on which data is generated. In the second step, the model required for the evaluation can be fitted to real (and possibly simulated) test data obtained in the first step by means of suitable multidimensional interpolations using optimization methods and/or artificial intelligence methods such as neural networks. The second step is carried out in particular in a computer-implemented manner.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das verstärkte Kunststoffmaterial eine Polymermatrix und einen Füllstoff umfasst,
wobei bevorzugt
- - der Füllstoff ein Fasermaterial, insbesondere Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern, umfasst, und/oder
- - der Füllstoff mineralische Partikel umfasst. Für die Polymermatrix kommen vorzugsweise duroplastische und/oder thermoplastische Kunststoffe infrage. Das Fasermaterial des Füllstoffs kann insbesondere Superkurzfasern, Kurzfasern und/oder Langfasern umfassen. Die durchschnittlichen Faserlängen liegen dementsprechend vorzugsweise im Millimeter- oder Zentimeterbereich. Bei den Partikeln des Füllstoffs kann es sich beispielsweise um Kügelchen oder Fasern handeln.
being preferred
- - the filler comprises a fiber material, in particular glass fibers and/or carbon fibers, and/or
- - the filler comprises mineral particles. Thermosetting and/or thermoplastic plastics are preferably suitable for the polymer matrix. The fibrous material of the filler can in particular comprise super short fibers, short fibers and/or long fibers. Accordingly, the average fiber lengths are preferably in the millimeter or centimeter range. The particles of the filler can be, for example, beads or fibers.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass aus geeigneten Messdaten (insbesondere an einem speziell entwickelter Probekörper) Modelle generiert werden, welche sowohl geometrische als auch Prozessparameter berücksichtigen, um die Binde- und/oder Fließnaht zu beschreiben. Aus diesen parametrisierten Probekörpern können Festigkeitsdaten generiert werden. Besonders bevorzugt ist es möglich, dass parallel dazu ein mehrstufiger, integrativ simulierter virtueller Datensatz der Binde- und/oder Fließnaht erzeugt wird. Hierbei werden insbesondere Daten aus einer Füllsimulation abseits der Faserorientierung, wie Temperatur, Druck, und/oder Viskosität der Schmelze in der Spritzgießform, sowie darauf bezogene Materialdaten, wie Schmelztemperatur und/oder rheologische Eigenschaften, verwendet. Diese sind maßgeblich für die Qualität einer Binde- und/oder Fließnaht verantwortlich. Zur Generierung von Materialdaten sind physikalisch motivierte Ansätze, wie beispielsweise nach Arrhenius, sowie multidimensionale Interpolationen mittels Optimierungsmethoden aber auch künstlicher Intelligenzverfahren, wie neuronale Netze, welche gefittet werden, um ein Bewertungsmodell zu erhalten, verwendbar. Dabei können zur Modellbildung zusätzliche Simulationsdaten erhoben werden, beispielsweise bereitgestellt durch Multiskalen-Simulationen.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that models are generated from suitable measurement data (in particular on a specially developed test specimen) which take into account both geometric and process parameters in order to describe the weld line and/or flow line. Strength data can be generated from these parameterized specimens. It is particularly preferably possible for a multi-stage, integratively simulated virtual data record of the weld line and/or flow line to be generated in parallel. In particular, data from a filling simulation apart from the fiber orientation, such as temperature, pressure, and/or viscosity of the melt in the injection mold, and related material data, such as melting temperature and/or rheological properties, are used here. These are largely responsible for the quality of a weld and/or flow line. Physically motivated approaches, such as those according to Arrhenius, as well as multidimensional interpolations using optimization methods, but also artificial intelligence methods, such as neural networks, which are fitted to obtain an evaluation model, can be used to generate material data. Additional simulation data can be collected for modeling, for example provided by multi-scale simulations.
Die vorliegende Erfindung umfasst gemäß einer Ausführungsform den Transfer der Materialdaten aus der Prozesssimulation, das Berechnen der Bindenahtqualität und/oder Fließnahtqualität und das anschließende Einbinden in eine Finiten-Element-Simulation. In der Finite-Elemente-Simulation werden anschließend Binde- und Fließnahtqualitäten aus rheologischen Größen mit spannungsmechanischen Größen verrechnet, um die Festigkeit der Binde- bzw. Fließnaht bewerten zu können. Es ist besonders vorteilhaft denkbar, dass die komplexen Daten dabei stets benutzergerecht aufbereitet werden und mittels geeigneter automatisierter Schnittstellen direkt in die integrative Simulationskette integriert und/oder mit übersichtlich gestalteten grafischen Oberflächen bedarfsgerecht präsentiert werden. Dabei umfasst der Algorithmus vorzugsweise einen standardisierten Arbeitsablauf, um eine nutzerunabhängige Qualität der Ergebnisse zu gewährleisten.According to one embodiment, the present invention includes the transfer of the material data from the process simulation, the calculation of the weld line quality and/or flow line quality and the subsequent integration into a finite element simulation. In the finite element simulation, weld line and flow line qualities from rheological variables are then calculated with stress-mechanical variables in order to be able to evaluate the strength of the weld line or flow line. It is conceivable in a particularly advantageous manner that the complex data is always prepared in a user-friendly manner and integrated directly into the integrative simulation chain by means of suitable automated interfaces and/or presented as required with clearly designed graphical interfaces. In this case, the algorithm preferably includes a standardized workflow in order to ensure a user-independent quality of the results.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bewertung einer Naht eines Bauteils durch ein mithilfe eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugtes Modell,
wobei das Bauteil das verstärkte Kunststoffmaterial aufweist,
wobei mithilfe des erzeugten Modells eine Naht des Bauteils, insbesondere eine Qualität einer Naht des Bauteils, bewertet wird. Mithilfe des erzeugten Modells werden insbesondere mögliche Bindenähte und/oder Fließnähte, die beim Spritzgießen der Bauteile entstehen können, bewertet. Solche Bindenähte und/oder Fließnähte stellen potentielle Schwachstellen der Bauteile dar. Mithilfe des Modells können derartige mögliche Schwachstellen von Bauteilen analysiert und bewertet werden. Somit können mithilfe des Modells Informationen über potentielle Schwachstellen von Bauteilen erhalten werden, die beispielsweise benutzt werden können, um die Prozessparameter und/oder Geometrien der herzustellenden Bauteile zu optimieren.Another subject of the present invention is a method for evaluating a seam of a component using a model generated using a method according to an embodiment of the present invention,
wherein the component comprises the reinforced plastic material,
a seam of the component, in particular a quality of a seam of the component, being evaluated with the aid of the generated model. In particular, possible weld lines and/or flow lines that can occur during injection molding of the components are evaluated with the help of the generated model. Such weld lines and/or flow lines represent potential weak points in the components. Such possible weak points in components can be analyzed and evaluated with the aid of the model. Thus, with the help of the model, information about potential weak points of components can be obtained, which can be used, for example, to optimize the process parameters and/or geometries of the components to be manufactured.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung einer Naht eines Bauteils ist vorzugsweise ein computerimplementiertes Verfahren.The method according to the invention for evaluating a seam of a component is preferably a computer-implemented method.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass mithilfe des erzeugten Modells eine Naht eines weiteren Bauteils bewertet wird, wobei das weitere Bauteil ebenfalls das verstärkte Kunststoffmaterial aufweist. Das weitere Bauteil kann eine andere geometrische Ausbildung aufweisen oder die gleiche geometrische Ausbildung aufweisen wie das Bauteil. Es ist somit denkbar, dass das erzeugte Modell für das verstärkte Kunststoffmaterial zur Bewertung der Nahtqualität einer Vielzahl von spezifischen Bauteilen verwendet wird, die jeweils mithilfe des verstärkten Kunststoffmaterials gefertigt sind bzw. dieses aufweisen. Somit können potentielle Schwachstellen von Bauteilen unterschiedlicher Geometrie und Ausgestaltung durch das einmal erzeugte Modell besonders vorteilhaft bewertet und vorhergesagt werden.According to an embodiment of the present invention, it is conceivable that a seam of a further component is evaluated with the aid of the generated model, wherein the further component also has the reinforced plastic material. The further component can have a different geometric configuration or can have the same geometric configuration as the component. It is thus conceivable that the generated model for the reinforced plastic material is used to evaluate the seam quality of a large number of specific components which are each manufactured using the reinforced plastic material or have it. Thus, potential weak points of components of different geometry and design can be evaluated and predicted particularly advantageously by the model that has been created once.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass das erzeugte Modell und/oder eine mithilfe des erzeugten Modells erhaltene Bewertung einer Naht eines Bauteils in eine Finite-Elemente-Simulation eingebunden wird.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the generated model and/or an evaluation of a seam of a component obtained using the generated model is integrated into a finite element simulation.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass mithilfe der Finite-Elemente-Simulation eine Qualität der Naht aus rheologischen Größen und/oder Eigenschaften mit einer oder mehreren spannungsmechanischen Größen verrechnet wird, um eine Festigkeit, insbesondere eine Betriebsfestigkeit, der Naht zu bewerten. Entsprechend kann auch die Bewertung weiterer Nähte des Bauteils erfolgen.According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the finite element simulation is used to calculate a quality of the seam from rheological variables and/or properties with one or more stress-mechanical variables in order to evaluate the strength, in particular fatigue strength, of the seam . The evaluation of other seams of the component can also be carried out accordingly.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist Verfahren zu Herstellung eines Bauteils, das ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweist,
wobei mindestens eine Naht des herzustellenden Bauteils mithilfe eines gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Modells bewertet wird,
wobei insbesondere Prozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften für die Herstellung des Bauteils auf Grundlage der Bewertung mithilfe des Modells gewählt werden,
wobei das Bauteil, insbesondere mithilfe von Spritzgießen, hergestellt wird.A further object of the present invention is a method for producing a component which has a reinforced plastic material,
wherein at least one seam of the component to be manufactured is evaluated using a model generated according to an embodiment of the present invention,
wherein in particular process parameters and / or geometric properties for the production of component are chosen based on the assessment using the model,
wherein the component is produced, in particular with the aid of injection molding.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Modell zur Bewertung von Nähten von Bauteilen, wobei das Modell insbesondere ein Computerprogramm ist, wobei das Modell mithilfe eines Verfahrens zur Erzeugung eines Modells gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde,
wobei das Computerprogramm insbesondere Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms auf einem Computer bewirken, dass der Computer ein Verfahren zur Bewertung einer Naht eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführt.Another subject of the present invention is a model for evaluating seams of components, the model being in particular a computer program, the model having been generated using a method for generating a model according to an embodiment of the present invention,
wherein the computer program comprises in particular instructions which, when the computer program is executed on a computer, cause the computer to execute a method for evaluating a seam of a component according to an embodiment of the present invention.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein System zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen, die ein verstärktes Kunststoffmaterial aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das System derart konfiguriert ist, dass:
- -- mithilfe von Messungen an einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden, und/oder
- -- mithilfe von Simulationen von einer oder mehreren Proben Daten, betreffend einen oder mehrere Herstellungsprozessparameter und/oder geometrische Eigenschaften der einen oder der mehreren Proben, ermittelt werden,
wobei das System derart konfiguriert ist, dass in Abhängigkeit der ermittelten Daten, das Modell für die Bewertung von Nähten von Bauteilen erzeugt wird.Another object of the invention is a system for generating a model for the assessment of seams of components comprising a reinforced plastic material, characterized in that the system is configured in such a way that:
- -- data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties of the one or more samples are determined with the aid of measurements on one or more samples, and/or
- -- with the help of simulations of one or more samples, data relating to one or more manufacturing process parameters and/or geometric properties of the one or more samples are determined,
the system being configured in such a way that the model for evaluating seams of components is generated as a function of the data determined.
Das System kann insbesondere ein computerimplementiertes System sein. Das erzeugte Modell ist vorzugsweise für ein bestimmtes verstärktes Kunststoffmaterial gültig. Das Modell ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass mithilfe des Modells eine Qualitätsbewertung bzw. Qualitätsvorhersage von Nähten für unterschiedliche, insbesondere beliebige, Bauteile und/oder Bauteilgeometrien vorgenommen werden kann. Somit kann eine vorteilhafte und umfassende Berücksichtigung von Nähten von Kunststoffbauteilen bei der Bewertung der Bauteile erreicht werden.In particular, the system can be a computer-implemented system. The model generated is preferably valid for a specific reinforced plastic material. The model is preferably set up in such a way that the model can be used to assess the quality or predict the quality of seams for different, in particular any, components and/or component geometries. Thus, an advantageous and comprehensive consideration of seams of plastic components can be achieved when evaluating the components.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bewertung einer Naht eines Bauteils, das erfindungsgemäße Modell zur Bewertung von Nähten von Bauteilen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und das erfindungsgemäße System zur Erzeugung eines Modells können die Vorteile und Ausgestaltungen Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Modells für die Bewertung von Nähten von Bauteilen beschrieben worden sind.For the method according to the invention for evaluating a seam of a component, the model according to the invention for evaluating seams of components, the method according to the invention for producing a component and the system according to the invention for generating a model, the advantages and configurations can be used which have already been mentioned in connection with the methods according to the invention for generating a model for the evaluation of seams of components or in connection with an embodiment of the method according to the invention for generating a model for the evaluation of seams of components have been described.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Modells; und -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bewertung einer Naht mithilfe eines Modells.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention for generating a model; and -
2 a schematic representation of an embodiment of a method according to the invention for evaluating a seam using a model.
In
Vorzugsweise werden die komplexen Daten dabei stets benutzergerecht aufbereitet und mittels geeigneter automatisierter Schnittstellen direkt in die integrative Simulationskette integriert und/oder mit übersichtlich gestalteten grafischen Oberflächen bedarfsgerecht präsentiert. Dabei umfasst der Algorithmus bzw. das Verfahren bevorzugt einen standardisierten Arbeitsablauf, um die Qualität der Ergebnisse unabhängig vom spezifischen Bearbeiter zu gewährleisten. Hohe Automatisierungsgrade für den Austausch von Datenmodellen können dabei besonders vorteilhaft die Effizienz erhöhen. Zur Bedatung der Modelle 104 können beispielsweise speziell entwickelte geeignete Probekörper als Proben 10, 11, 12 verwendet werden.The complex data is preferably always prepared in a user-friendly manner and integrated directly into the integrative simulation chain by means of suitable automated interfaces and/or presented as required with clearly designed graphical interfaces. In this case, the algorithm or the method preferably includes a standardized workflow in order to ensure the quality of the results independently of the specific processor. High degrees of automation for the exchange of data models can increase efficiency in a particularly advantageous way. For example, specially developed suitable specimens can be used as
Mithilfe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine vorteilhafte betriebsfestigkeitliche Bewertung von Bindenähten in faserverstärkten Polymerbauteilen 200, 201, 202 implementiert werden. Dabei umfasst der Algorithmus vorzugsweise alle für die Bewertung relevanten Stationen von der Modellbildung, der Validierung, der simulativen Bewertung und der Überwachung physischer Versuche.With the help of an embodiment of the present invention, an advantageous fatigue strength assessment of weld lines in fiber-reinforced
In
Bei der Produktion von Bauteilen aus Polymeren kommt es während der Formfüllung beim Umfließen der Schmelze von Hindernissen zur Entstehung von Bindenähten. Bindenähte beeinflussen sowohl die molekulare Ausrichtung als auch die Anordnung von Füllstoffen und bieten im Allgemeinen eine Schwachstelle im Bauteil 200, 201, 202. Solche Nähte bzw. potentielle Schwachstellen können mithilfe des Modells 104 besonders vorteilhaft bereits vor der Fertigung eines Bauteils 200, 201, 202 bewertet werden. Die Prozessparameter und/oder die Geometrie des herzustellenden Bauteils 200, 201, 202 können somit vor der eigentlichen Herstellung des Bauteils in Abhängigkeit der mithilfe des Modells 104 vorgenommenen Bewertung der potentiellen Nähte des Bauteils 200, 201, 202 angepasst werden und derart mithilfe des Modells 104 optimiert werden.During the production of components from polymers, weld lines are created during mold filling when the melt flows around obstacles. Weld lines influence both the molecular orientation and the arrangement of fillers and generally offer a weak point in the
BezugszeichenlisteReference List
- 10, 11, 1210, 11, 12
- Probenrehearse
- 101101
- erster Schrittfirst step
- 102102
- zweiter Schrittsecond step
- 103103
- DatenData
- 104104
- Modellmodel
- 200200
- Bauteilcomponent
- 201201
- weiteres Bauteilanother component
- 202202
- weiteres Bauteilanother component
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| DE102004015532A1 (en) | 2003-03-31 | 2004-11-11 | Sumitomo Chemical Co., Ltd. | Injection molding process parameter determination for a tool with several runners involves determination of a production parameter used to control polymer flow into a tool cavity |
| US9919465B1 (en) | 2017-07-31 | 2018-03-20 | Coretech System Co., Ltd. | Molding system for preparing an injection molded fiber reinforced composite article |
-
2021
- 2021-03-30 DE DE102021107946.2A patent/DE102021107946A1/en active Pending
Patent Citations (2)
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