Mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) können virtuelle Baugruppen am Computer berechnet und optimiert werden.

Die Vorteile sind offensichtlich: Schon in der Entwurfsphase kann vorausgesagt werden, wie stark sich das Spritzgussteil unter Last durchbiegen wird, wie sich die Elastomerdichtung bei steigendem Druck verformen wird oder ob das Druckgussteil der Vibrationsbelastung standhalten wird.

Bei Schadenfällen an bereits am Markt eingeführten Produkten ist oft die Ursache nicht klar und die Zeit drängt.

Hier hilft die FEM-Methode, einen vertieften Einblick in das mechanische Verhalten zu gewinnen, mögliche Ursachen zu bestätigen oder auszuschliessen und die beste Korrekturmassnahme zu finden.

Die Kunst bei FEM-Berechnungen besteht darin, Modelle zu erstellen, welche alles Wesentliche berücksichtigen ohne aber durch Ballast aufgebläht zu sein, die Resultate richtig zu interpretieren und die Ergebnisse verständlich dokumentiert auf den Punkt zu bringen. Langjährige Erfahrung hilft mir dabei.

Referenzbeispiele

Aufgabe:

In einer Abfüllanlage bestand die Aufgabe, einen Hubzylinder mit einem Elastomer-Faltenbalg (EPDM) vor Verschmutzung zu schützen. Herausfordernd waren die engen Platzverhältnisse sowie die Anforderungen an die Lebensdauer des Faltenbalges (Anzahl Lastzyklen).

Mein Leistungsumfang in diesem Projekt:

FEM-Simulation der Auffaltung und Optimierung der Form hinsichtlich Platzbedarf und resultierender Dehnung.

Thema:

Am Untergurt einer rund 100 m langen Brücke galt es ein horizontales Seilsystem zu installieren, an welchem sich Personen bei Kontroll- und Unterhaltsarbeiten sichern können. Ein solches Seilsystem reagiert bei einer Sturzbelastung sehr dynamisch und es gibt eine Vielzahl von Belastungsszenarien (Abstand von den Aufhängepunkten, Fallhöhe, Gewicht der Person,etc.). Mit klassischer statischer Berechnung ist nur eine rudimentäre Auslegung möglich, was in einer teuren, überdimensionierten Auslegung mündet oder wesentliche Sicherheitsfragen offen lässt: Beispielsweise ob das Seilsystem beim Sturz eines Arbeiters so stark Ausgelenkt wird, dass weitere Arbeiter mitgerissen werden könnten.  

Vorteil FEM:

Mit einem parametrischen FEM-Modell wurde eine Vielzahl möglicher Szenarien dynamisch simuliert. Dabei wurde ausgewertet, welchen Sturz- und Rückfederungsweg  die fallende Person zurücklegt, welchen Beschleunigungen die stürzende Person beim Abbremsvorgang ausgesetzt ist und welche Kräfte auf die einzelnen Seilverankerungen wirken.

Mein Leistungsumfang in diesem Projekt:

Durchführung der FEM-Berechnungen, Beratung bei der Optimierung des Seilsystems, Mitarbeit bei der Validierung des FEM-Modells durch einen Versuch.

Thema:

Halbleiterbauteile bestehen aus verschiedenen Komponenten, im einfachsten Fall aus dem metallischen Träger (CuFe), den Chips (Silizium), dem Chipkleber und dem Gehäuse (Epoxidharz).  Die unterschiedlichen Materialien weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungen auf, was bei Temperaturänderungen, insbesondere beim Lötprozess, zu hohen mechanischen Spannungen im Bauteil führt.

Aufgabe / mein Leistungsumfang:

Berechnung der thermisch induzierten mechanischen Spannungen bei verschiedenen Temperaturänderungen, Erarbeitung von Lösungsansätzen zur Spannungsreduktion.

Aufgabe:

Spannungsanalyse der Tragstruktur von Schiffsbalkonen unter Personen- und Windlast sowie Eigenfrequenzanalyse

Mein Leistungsumfang in diesem Projekt:

Durchführung der FEM-Analysen und Konstruktionsoptimierung der Balkonträgeranbindung an die Schiffswand

Kunde: Fr. Fassmer GmbH & Co. KG, DE-27804 Berne

Aufgabe:

Bei der Entwicklung eines medizintechnischen Gerätes bestand die Aufgabe, in einem Silikonschlauch den Druck des transportierten Mediums im Bereich zwischen -700 mbar (Unterdruck) und +400 mbar auf 10 mbar genau zu messen. Eine wichtige Randbedingung war, dass das Medium nur mit Silikon in Berührung kommen darf.

Lösung:

Die Lösung wurde in einem Silikon-Spritzgussteil gefunden, welches vom Medium durchströmt wird und so geformt ist, dass druckabhängig eine Kraft an einen angekoppelten Kraftsensor weitergegeben wird. Mit Hilfe der Finite-Elemente Methode wurden verschiedene Formen und Dimensionierungen simuliert, um das Optimum zwischen Genauigkeit, Robustheit und herstellungstechnischen Aspekten zu finden.

Mein Leistungsumfang in diesem Projekt:

Lösungssuche, Klärung der herstellungstechnischen Gegebenheiten, Gestaltung und Optimierung des Silikonteils durch FEM-Simulation

Thema:

Sturzfedern sind Teile des Pferdesattels (genauer: des Sattelbaumes) und dienen der Befestigung der Steigbügel. 

Aufgabe:

Festigkeitsanalyse einer für das Feingussverfahren neu konstruierten Sturzfeder.

Mein Leistungsumfang in diesem Projekt:

Durchführung der FEM-Festigkeitsanalyse und Beurteilung der Ergebnisse.