Forschungsprojekt: Sicheres Plexiglas im Automobilbau

Gemeinsam mit Hochschul- und Industriepartnern startete Tecosim jetzt das Forschungsprojekt SimPlex. Ziel des auf zwei Jahre angelegten Vorhabens ist die Weiterentwicklung einer neuen Simulationsmethodik zur Berechnung des Crashverhaltens von Automobilverglasungen aus Plexiglas. Tecosim sieht großes Potenzial in dem Material.

In einer Vorstudie konnte der Entwicklungspartner und Spezialist für Computer Aided Engineering (CAE) die potenziellen Einsatzmöglichkeiten von Plexiglas im Hinblick auf verschiedene Crashszenarien erstmals näher ausloten. Der Werkstoff verspricht eine Gewichtsreduktion von bis zu 50 Prozent im direkten Vergleich zu konventionellen Fahrzeugscheiben. Und dies bei deutlich verbesserter Bruchdehnung und Akustik. 

Leichtbaulösungen in der Autobranche sehr gefragt

In der Automobilbranche ist die Nachfrage nach neuen Leichtbau-Lösungen ungebrochen. Besonders vor dem Hintergrund der Elektrifizierung werden kontinuierlich Maßnahmen zur weiteren Gewichtsreduzierung  untersucht. Bei einem Anteil der Verglasung am Gesamtfahrzeuggewicht von bis zu fünf Prozent bieten Scheiben aus transparenten Kunststoffen hohes Potenzial. Dabei gilt es nicht nur den direkten Massenvergleich zu betrachten. Das Gesamtgewicht wird am Fahrzeug auf einem einheitlichen Höhenniveau, etwa bei Seitenfenstern oder Schiebedächern, eingespart. Dadurch kann der Fahrzeugschwerpunkt für eine bessere Fahrdynamik abgesenkt werden. Darüber hinaus sind  Plexiglasscheiben durch ihre höhere Bruchdehnung besser als Mineralglasscheiben gegen Steinschlag geschützt. Aufgrund seiner Dämpfungseigenschaft liefert Plexiglas zudem eine bessere Akustik und kann somit den Fahrkomfort erhöhen.

CAE-Validationsstudie bildete Crashszenarien erfolgreich ab

In einer Vorstudie untersuchte Tecosim gemeinsam mit dem Institut für Mechanik und Materialforschung (IMM) der Technischen Hochschule Mittelhessen einen möglichen Einsatz von Plexiglas in der Fahrzeugverglasung. In einer CAE-Validation für den Kunden Evonik konnte der Engineering-Partner am Beispiel einer Fahrzeugseitenscheibe durch numerische Berechnung und Simulation verschiedene Crashszenarien erfolgreich abbilden. 

SimPlex – Simulationsmethodik für Crashverhalten von Plexiglas

Das nun neu initiierte Forschungsprojekt SimPlex baut auf diesen Ergebnissen auf und verfolgt das Ziel, die weiteren Untersuchungsergebnisse in ein praxistaugliches Crash-Simulationstool zu überführen. Mithilfe dieses Tools kann ein virtueller Prototyp erstellt werden, mit dem Tecosim die verschiedenen Crashszenarien prognosesicher in der Simulation abbilden kann. Mit dem daraus resultierenden Nachweis der Gebrauchsfähigkeit kann ein späterer Einsatz von Plexiglas in der automobilen Großserie möglich werden. 

Um die Voraussetzungen für die Entwicklung des Simulationsmodells zu erreichen, wird in einem ersten Schritt das Materialverhalten von Plexiglas  (Polymethylmethacrylat /PMMA) untersucht. Dafür zeichnet das Institut für Mechanik und Materialforschung der Universität Gießen sowie das Institut für Statik und Konstruktion der Technischen Universität Darmstadt verantwortlich. Beide Forschungsinstitute analysieren in einem ersten Schritt zunächst eingehend das Material- und Bruchverhalten. Die Erkenntnisse fließen in die Erstellung einer Materialkarte ein, die eine spätere Crashsimulation erst ermöglichen. 

Tecosim-Simulationsdaten bilden Crashtauglichkeit ab

Tecosim definiert die Anforderungen an die Crashtauglichkeit und lässt diese bei der Realisierung des Prototyps einfließen. Hierzu nutzt das Unternehmen die vorhandenen Simulationsdaten aus dem eigenentwickelten Reverse Engineering Prozess TEC|BENCH. Dabei werden auf dem Markt verfügbare Fahrzeuge gescannt und die gewonnenen Geometriedaten in CAE-Modelle zur Crashsimulation aufbereitet.  

Auf Basis dieser Datenmodelle nimmt Tecosim die Crashsimulation für verschiedene Lastfälle, etwa im Front-, Heck-, oder Seitenbereich, am Gesamtfahrzeug vor. Zusätzlich führt Tecosim spezifische Bauteilversuche durch. Dabei werden in einem ersten Schritt Plexiglasplatten mit einem Kopfimpaktor beschossen, diese realen Versuche in einem zweiten Schritt in verschiedenen Crashszenarien simuliert und anschließend durch Anpassung der einzelnen Materialparameter final validiert. Am Ende des zweijährigen Forschungsprojektes ist ein Simulationsmodell mit Plexiglasscheiben für ein Gesamtfahrzeug erfolgreich erstellt. 

Bild: Das FE-Modell einer Plexiglas-Seitenscheibe untersucht TECOSIM auf mögliche Crash-Szenarien.