Virtuelle DoE von Elastomerbauteilen

Virtuelle DoE von Elastomerbauteilen
Elastomerbauteile werden zunehmend komplexer und stellen die Verarbeiter so vor neue Herausforderungen. Gleichzeitig sollen Zykluszeiten und Ausschuss aus ökonomischen und ökologischen Aspekten möglichst gering sein.

Mit Hilfe der neuen Simulationsansätze von Sigmasoft Virtual Molding legen Verarbeiter ihre Bauteile, Werkzeuge und Prozesse bereits in der Entwicklungsphase aus und ermitteln so das optimale Konzept aus Bauteil- und Werkzeugdesign sowie Prozesseinstellungen, um allen Anforderungen gerecht zu werden.

Im vorliegenden Beispiel stellte sich bereits zu Beginn der Entwicklungsphase die Frage nach der idealen Bauteilfüllung und einem geeigneten Konzept für die Anbindung und den Angussverteiler. Gleichzeitig sollte das Bauteil bei einem möglichst geringen Druck gefüllt werden.

Ein erstes Design von Bauteil und Angusssystem ließ sich zwar mit niedrigem Druckbedarf realisieren (Bild 1), zeigte jedoch eine Unbalanciertheit in der Bauteilfüllung.

Als Maßnahmen für eine gleichmäßigere Füllung wurden eine geänderte Anzahl von Anbindungen, andere Dicken für den Anschnitt und unterschiedliche Positionen für den Angussverteiler zu den einzelnen Anbindungen in Erwägung gezogen.

Sigma optimization elastomer gating

Bild 1 - Druckverteilung während der Füllung im ursprünglichen Design, das Angusssystem verursacht eine deutliche Unbalanciertheit bei der Füllung

Anstatt die zahlreichen möglichen Kombinationen dieser Maßnahmen in einem Trial-and-Error am Computer zu testen, wurde stattdessen eine virtuelle DoE (Design of Experiments) durchgeführt. Gleichzeitig wurde anhand der Füllzeitdifferenz der Bauteilenden und des Druckbedarfs eine Bewertung jeder möglichen Kombination vorgenommen.

Die zuerst überprüften Anzahl- und Dickenvariationen der Anbindungen führen nicht zum gewünschten Erfolg, da für beide keine klare Korrelation zu Druckbedarf und besonders der balancierten Füllung erkennbar ist. Mit einer Änderung der Position des Angussverteilers im Verhältnis zu den einzelnen Anbindungen gehen hingegen deutliche Änderungen von Druckbedarf und Differenz der Füllzeit an den Bauteilenden einher. Da sich die beiden Korrelationen gegensätzlich verhalten, müssen die beiden Bewertungskriterien jedoch gegeneinander abgewogen werden, um das bestmögliche Design festzulegen.

Im vorliegenden Beispiel wurde die gleichmäßige Bauteilfüllung als wichtiger eingestuft und dementsprechend das finale Design trotz eines höheren Druckbedarfs festgelegt (Bild 2).

Sigma optimization elastomer gating

Bild 2 - Druckverteilung in der mittels virtueller DoE optimierten Version; bei leicht erhöhtem Druckbedarf zeigt die optimierte Version ein gleichmäßigeres Füllverhalten

Sigmasoft Virtual Molding half so mittels virtueller DoE den besten Kompromiss zwischen verschiedenen Kriterien zu finden und unter den gegebenen Einschränkungen das beste Design festzulegen. Durch die Auslegung am Computer zu einem frühen Zeitpunkt in der Entwicklung wurden Werkzeugänderungen vermieden und die Bauteilqualität optimiert.

Quelle: Sigma Engineering GmbH