Simulation der anisotropen mechanischen Eigenschaften und der belastungs- und zeitabhängigen Verformung der Laufräder von Ventilatoren aus kurzfaserverstärkten Kunststoffen

IGF Vorhaben Nr. 19235 BG (FLT Nr. L258)

Im Gegensatz zu Ventilatorlaufrädern aus metallischen Werkstoffen lassen sich mit spritzgießfähigen Kunststoffen aufgrund der größeren Gestaltungsfreiheit der Laufradgeometrie bessere Wirkungsgrade und niedrigere Geräuschwerte erreichen. Zudem sind sehr häufig Gewichtsund damit Ressourceneinsparungen sowie Kostenvorteile realisierbar. Gegenwärtig erfolgt die Struktursimulation kurzfaserverstärkter Kunststoff-Laufräder im industriellen Auslegungsprozess mit isotropen und zeitunabhängigen Kennwerten. Da eine experimentelle Qualifizierung am Bauteil erst nach Fertigung des aufwendigen Spritzgusswerkzeuges möglich ist, führt dies in vielen Fällen zur massiven Überdimensionierung der Laufräder, zur Nichteinhaltung technischer Zielwerte oder zur kosten- und zeitintensiven Nachbearbeitung am Spritzgusswerkzeug.

Im Rahmen des Projektes wurde daher eine Methodik zur Auslegung von kurzfaserverstärkten spritzgegossenen Kunststoffen unter Berücksichtigung der anisotropen und zeitabhängigen mechanischen Werkstoffeigenschaften entwickelt und untersucht. Hierzu wurde ein geeignetes Modell und eine effiziente Methodik erarbeitet, um die Kriecheffekte sowie die Anisotropie faserverstärkter Kunststoffe in der Auslegungskette Füllsimulation – Strömungssimulation – Struktursimulation geeignet abzubilden. Zur Validierung der Simulationskette wurden die Ergebnisse im Rahmen des Projekts an spritzgegossenen Laufrädern validiert. Die Entwicklung einer zuverlässigen numerischen Methode zur Analyse der Belastungsgrenzen vereinfacht und beschleunigt in den beteiligten Unternehmen die Entwicklung von Ventilatorlaufrädern erheblich. Da faserverstärkte Kunststoffe auch vielfach im Elektronik- und Automobilsektor, aber auch im Baubereich, eingesetzt werden, sind die im Projekt erarbeiteten Methoden und Ergebnisse zudem von branchenübergreifender Bedeutung und auf weitere Anwendungen übertragbar.

Beginn der Arbeiten: 01.10.2016

Ende der Arbeiten: 31.12.2018

Zuschussgeber: BMWi / IGF-Nr. 19235 BG

Forschungsstellen:
Universität Rostock, Lehrstuhl Strömungsmaschinen, Leiter: Prof. Dr.-Ing. F.-H. Wurm
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Maschinenbau, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, Leiter: Prof. Dr.-Ing. D. Drummer

Bearbeiter und Verfasser: Andre Laß (Universität Rostock), Sebastian Hertle (FAU Erlangen-Nürnberg)

Obmann des projektbegleitenden Ausschusses: Dr.-Ing. E. Reichert (ebm-papst)

Vorsitzender der Arbeitsgruppe: Dr.-Ing. E. Reichert (ebm-papst)

 

Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Andre Laß​​​​​​​

Auslegungskette: Füllsimulation – Strömungssimulation – Struktursimulation

Das IGF-Vorhaben 19235 BG (FLT Nr. L258) der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere Informationen sowie den Abschlussbericht erhalten Sie über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder
 infofkm-netde.