Kunststoff statt Glas – dank Simulationssoftware

Ein Ansicht der Simulationssoftware Cadmould aus dem Optisys-Projekt: Zu sehen ist die Temperatur im Inneren der Mehrschichtstruktur bei Füllung der dritten Komponente (Schnittdarstellung). Foto: Simcon

Im Forschungsprojekt Optisys ermöglicht die Simulationssoftware von Simcon das Spritzgießen von Mehrschichtlinsen für LED-Scheinwerfer aus Kunststoff.

Dafür hat das Unternehmen aus Würselen seine Simulationssoftware Cadmould um die Simulation von Mikrostrukturen an den Oberflächen von Kunststoffbauteilen erweitert.

Immer mehr Ober- und Mittelklasseautos und auch Lkw beleuchten die Straßen mit LED- Scheinwerfern. Aufgrund der geringeren Hitzeentwicklung entstehen neue Möglichkeiten, Glas als Hauptwerkstoff für Scheinwerferlinsen zu ersetzen. Zukünftig können Autobauer Scheinwerfer mit leichteren und günstigeren Linsen aus Kunststoff verbauen – die die gleichen hohen optischen Ansprüche wie Glas erfüllen. Das ist das Ergebnis des Forschungsprojekts Optisys, in dem sich Simcon und mehrere Zulieferer der Automobilindustrie zusammengeschlossen haben. Gemeinsam haben sie einen Weg entwickelt, Kunststoff-Mehrschichtlinsen für LED-Scheinwerfer zu fertigen.

Mikrostrukturen an der Bauteiloberfläche

Im Projekt Optisys wurde unter anderem untersucht, wie Mikrostrukturen an der Linsenoberfläche nach dem Prinzip einer Fresnel-Linse die Streuung des abgestrahlten Lichts verbessern und zugleich Baugröße und Volumen der Linse reduzieren können. Die Mikrostrukturen wurden dabei direkt während des Spritzgießens über eine ins Werkzeug gefräste Geometrie erzeugt. Die Simulation solcher Mikrostrukturen an der Bauteiloberfläche hat Simcon erstmals während des Forschungsprojekts Optisys durchgeführt. Seitdem bietet das Softwarehaus solche Berechnungen auch als Dienstleistung im Kundenauftrag durch. Außerdem arbeitet es an der Integration in die Simulationssoftware Cadmould.

Hohe optische Qualität der Linsen durch Simulationssoftware

Die hohe optische Qualität der Linsen wird unter anderem durch die Simulation und die Realisierung eines mehrschichtigen Aufbaus aus unterschiedlichen Materialien wie PMMA und PMMI erreicht. Bei der Erarbeitung des mehrstufigen Spritzgießprozesses für die sehr dicken Freiformlinsen setzte Simcon neben Cadmould auch auf eine automatisierte statistische Versuchsplanung mit der Software Varimos. Diese Simcon-Software simuliert eigenständig und systematisch eine hohe Anzahl vorgegebener Prozess- und Geometrievariablen und analysiert die Ergebnisse.

„Auf dieser Basis entwirft Varimos ein Prozessmodell. Mit diesem Modell konnten Parameter wie Schichtdicken, Angusspunkte, Einspritztemperaturen und -drücke schnell und einfach für die fehlerfreie Fertigung festgelegt werden“, erklärt Max Mades, Junior Projekt Manager bei Simcon.

Neben Simcon beteiligen sich am Forschungsprojekt Optisys unter anderem der Scheinwerfer-Hersteller Hella, der Spritzgießmaschinenbauer Krauss Maffei und das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM.

sk