Integratives Optimierungskonzept für blasgeformte Kunststoff-Hohlkörper

Masterprojekt Maschinenbau - Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung

Thema: Modellbildung und Simulation

KURZBESCHREIBUNG:

Das Extrusionsblasformen ist das Standard-Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-hohlkörpern. Bei diesem Verfahren wird ein extrudierter Kunststoffschlauch, der sogenannte Vorformling,  in einer Hohlform aufgeblasen. Dort erstarrt das Material und der fertige Artikel kann entnommen werden.  Hauptanwendungsgebiete des Blasformens liegen in der Massenproduktion von Verpackungen und in der Kraftfahrzeugindustrie. Typische Produkte sind Flaschen, Kanister, Fässer und Container, aber auch technische Teile wie Kraftstofftanks oder Ansaugrohre im Auto.

Das aktuelle Entwicklungskonzept von Blasformartikeln besteht aus verschiedenen Design und Entwicklungsschritten, die in der Regel nacheinander und mit relativ großem personellen und zeitlichen Aufwand durchlaufen werden.

Nach der Festlegung eines ersten Behälterdesigns durch den Konstrukteur wird mittels der sogenannten Blasformsimulation die prinzipielle Herstellbarkeit überprüft und die zu erwartende Materialverteilung / Wanddickenverteilung im Bauteil ermittelt.  In dieser Phase kann eine manuelle oder semiautomatische Optimierung der Wanddickenverteilung durchgeführt werden. Die geforderten Produkteigenschaften werden in diesem Schritt allerdings noch nicht berücksichtigt.

In einem zweiten Schritt werden dann die Artikeleigenschaften in der Strukturanalyse bzw. Produktsimulation überprüft. Standardprüfungen sind hier beispielsweise Stapeltest, Innendruck- oder Fallprüfung. Werden die Zielvorgaben nicht erfüllt und sind demzufolge Anpassungen der Geometrie und der Wanddickenverteilung notwendig, die heute in der Regel nur manuell durchgeführt werden. Dadurch wird jedoch entscheidendes Potential zur Optimierung der Produktperformance  verschenkt.

Inhalt eines aktuellen Gemeinschaftsforschungsprojektes von Dr. Reinold Hagen Stiftung, Fraunhofer SCAI und eines Industrieunternehmens ist daher die Entwicklung eines integrativen Design- und Optimierungsprozesses für Blasformartikel. Unter Nutzung von (High)P(erformance)C(omputing)-Rechenclustern (HPC) sollen im Rahmen einer automatischen Optimierung einerseits die Geometrie, gleichzeitig aber auch die sich aus dem Herstellprozess ergebende Wanddickenverteilung betrachtet und optimiert werden. Grundlage sind die jeweiligen Anforderungen an das Produkt. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Wanddicke in kritischen Bereichen gezielt erhöht, in anderen Bereichen aber reduziert wird.

Aufgabenstellung Masterprojekt:

Im Rahmen eines dreisemestrigen Masterprojektes soll ein Optimierungskonzept für Blasformartikel entwickelt, implementiert und an realen Bauteilen getestet werden. Soweit möglich soll dabei auf vorhandene Simulationswerkzeuge wie SIMULIA/Abaqus zurückgegriffen werden. Der Schwerpunkt des Masterprojektes liegt hierbei in der Anwendung und dem Vergleich kommerzieller Optimierungswerkzeuge wie Simulia/Isight (Prozessautomatisierung und Parameteroptimierung), Simulia/Tosca (Form- und Topologieoptimierung) oder Altair/Hyperworks.

Während der Laufzeit besteht die Möglichkeit einer Anstellung als Wissenschaftliche Hilfskraft m Projekt "Ultra-Clean Containers for High Purity Electronic Chemicals".

PROJEKTPHASEN:

Masterprojekt 1: Einarbeitung in das FE-Programmsystem "Simula/Abaqus" sowie das Optimierungsprogramm "Simulia/Tosca".  Optimierung der Stauchfestigkeit eines Verpackungsartikels durch Anpassung der äußeren Geometrie.

Masterprojekt 2: Einarbeitung in die Blasformsimulation mit "Accuform/B-SIM" und das System zur Prozessoptimierung "Simulia/Isight". Optimierung der mechanischen Eigenschaften eines Blasformartikels durch  eine gezielte Anpassung der Wanddickenverteilung.

Masterthesis: Integrative Optimierung eines Blasformartikels unter gleichzeitige Berücksichtigung von Geometrie und Wandickenverteilung.

Anzahl Plätze: 1