Hohen Belastungen standhalten
Kunststoffe sind zwar nicht stahlhart oder so fest wie Metalle, bei beanspruchungsgerechter Gestaltung können Kunststoffbauteile jedoch relativ hohen Belastungen standhalten. Damit ihre Funktion zuverlässig über die gesamte Lebensdauer garantiert ist, untersuchen Bosch-Forscher das Materialverhalten in realen Belastungstests und durch Computersimulationen.
Einem Handwerker fällt beim Arbeiten an einer Hausfassade ein Akkuschrauber aus der Hand. Der harte Aufprall auf dem Fliesenboden stellt eine extreme Belastung dar, die das Gerät – und das wird vom Kunden erwartet – ohne Schaden überstehen muss. In den Labors der Bosch-Forschung werden diese Fallszenarien nachgestellt: Im realen Experiment mit Videoaufzeichnung des Falls, sowie virtuell im Computer. Durch einen Vergleich der realen und virtuellen Bewegungsbilder werden die Simulationsmodelle an die Wirklichkeit angepasst. Zusätzlich bietet die Simulation dann ein Abbild der Spannungs- und Dehnungsverteilungen im Kunststoffmaterial und liefert so Hinweise auf Schwachstellen in der Konstruktion. Je nach Beanspruchung können die Ingenieure an kritischen Stellen das Material verstärken oder mit anderen konstruktiven Eingriffen das Bauteil optimieren.
Ziel ist es, das Design schon in der Konzept-Phase eines neuen Modells gezielt zu optimieren. Denn dadurch lassen sich kostspielige und zeitaufwändige nachträgliche Änderungen vermeiden. Werden die Falltests dagegen erst am Ende einer Produktentwicklung durchgeführt, kann ein Nichtbestehen hohe Folgekosten verursachen. Die Forscher bei Bosch „gießen“ ihre Werkstoffkenntnis in physikalische Materialgesetze, die anhand von Tests überprüft und in eine Finite-Elemente-Software zur Berechnung der Verformungen unter Belastung implementiert werden. Mancher Arbeitsschritt geht dabei nur mit großer Computer-Rechenleistung, andere benötigen dagegen nur Know-how und Papier und Bleistift.
Schnell muss sie also sein, aber auch 100-prozentig. Es gilt also, das Gesamtsystem zu optimieren. Dies fängt bei der Beleuchtung an. Was nämlich nebensächlich erscheint, ist eine Stärke der industriellen Bildverarbeitung: Die Messbedingungen sind gut standardisiert. Die Beleuchtung erlaubt z.B. entweder in Durch- oder Aufsicht, Hell- oder Dunkelfeld für die anschließende Bildverarbeitung einen optimalen Kontrast zu erzeugen.
Ist das Bild durch eine CCD-Kamera eingefangen, wird zunächst Wesentliches von Unwesentlichem (beispielsweise Hintergründen) durch Bildverarbeitung getrennt. Dann werden Merkmale wie etwa geometrische Größen extrahiert und mit Sollwerten verglichen.
Die Forscher entwickeln und testen auch neue Prüfsysteme, etwa ein so genanntes Weißlicht-Interferometer, das es erlaubt, die Parallelität, Ebenheit, Dicke und Rauheit von Oberflächen bis in den Nanometer-Bereich automatisch zu vermessen. Mit der speziellen Interferometer-Technik kann in jedem Pixel der CCD-Kamera, die auf das Prüfstück blickt, ein Höhenwert der Oberfläche gemessen werden. Die Forscher erhalten so ein 3D-Oberflächenabbild, das dann automatisch weiterverarbeitet und beurteilt wird.
Ziel ist es, das Design schon in der Konzept-Phase eines neuen Modells gezielt zu optimieren. Denn dadurch lassen sich kostspielige und zeitaufwändige nachträgliche Änderungen vermeiden. Werden die Falltests dagegen erst am Ende einer Produktentwicklung durchgeführt, kann ein Nichtbestehen hohe Folgekosten verursachen. Die Forscher bei Bosch „gießen“ ihre Werkstoffkenntnis in physikalische Materialgesetze, die anhand von Tests überprüft und in eine Finite-Elemente-Software zur Berechnung der Verformungen unter Belastung implementiert werden. Mancher Arbeitsschritt geht dabei nur mit großer Computer-Rechenleistung, andere benötigen dagegen nur Know-how und Papier und Bleistift.
Schnell muss sie also sein, aber auch 100-prozentig. Es gilt also, das Gesamtsystem zu optimieren. Dies fängt bei der Beleuchtung an. Was nämlich nebensächlich erscheint, ist eine Stärke der industriellen Bildverarbeitung: Die Messbedingungen sind gut standardisiert. Die Beleuchtung erlaubt z.B. entweder in Durch- oder Aufsicht, Hell- oder Dunkelfeld für die anschließende Bildverarbeitung einen optimalen Kontrast zu erzeugen.
Ist das Bild durch eine CCD-Kamera eingefangen, wird zunächst Wesentliches von Unwesentlichem (beispielsweise Hintergründen) durch Bildverarbeitung getrennt. Dann werden Merkmale wie etwa geometrische Größen extrahiert und mit Sollwerten verglichen.
Die Forscher entwickeln und testen auch neue Prüfsysteme, etwa ein so genanntes Weißlicht-Interferometer, das es erlaubt, die Parallelität, Ebenheit, Dicke und Rauheit von Oberflächen bis in den Nanometer-Bereich automatisch zu vermessen. Mit der speziellen Interferometer-Technik kann in jedem Pixel der CCD-Kamera, die auf das Prüfstück blickt, ein Höhenwert der Oberfläche gemessen werden. Die Forscher erhalten so ein 3D-Oberflächenabbild, das dann automatisch weiterverarbeitet und beurteilt wird.
Fallversuch mit Akkuschrauber: Das Kunststoffgehäuse und innenliegende Komponenten verbiegen sich. Die Forscher vergleichen Experimente mit Simulationsergebnissen (im unteren Teil überlagert).
