Borealis leistet zentrale technische Unterstützung für innovative Geschirrspüleranwendung aus Polypropylen

Borealis, führender Polypropylenanbieter, hat in enger Zusammenarbeit mit dem Hausge-rätehersteller Bosch Siemens ein Polypropylencompound zur Substitution von Edelstahl bei einem wesentlichen Innenbauteil von Geschirrspülmaschinen entwickelt.

Edelstahl ist aufgrund seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit das traditionelle Material für die Bodenwanne von Geschirrspülern, trägt jedoch auch erheblich zu den ho-hen Montagekosten in der Fertigung der Geräte bei. Um diese Kosten zu reduzieren, wurden zwei mögliche Alternativen ermittelt:

1. Normaler Stahl in Kombination mit einer Kunststoffbeschichtung

2. Vollkunststoffkonstruktion aus Polypropylen

Bosch Siemens gab der zweiten Lösung den Vorzug, da die aus Polypropylen geformte Bodenwanne im Vergleich zu Edelstahl signifikante Kosteneinsparungen versprach. Bo-realis entwickelte daraufhin ein neues, speziell für Geschirrspülerwannen geeignetes, tal-cumgefülltes Polypropylen – MB350WG – mit herausragender Schlagzähigkeit und Stei-figkeit sowie einem hoch wirksamen Stabilisierungspaket gegen Klarspüler, Heißwasser und Reiniger.

Abgesehen von den Leistungskriterien in diesem aggressiven Betriebsumfeld musste die Bodenwanne auch erhöhte Kundenanforderungen an die Robustheit erfüllen. Im Kern ging es darum, sicherzustellen, dass der Geschirrspüler ein weites Spektrum an Handha-bungs- und Transportereignissen übersteht, ohne seine Betriebsfähigkeit bei der Ausliefe-rung an den Verbraucher zu beeinträchtigen.

Fallprüfungen spielten dabei eine zentrale Rolle. So musste der fertig montierte Geschirr-spüler den Fall aus 50 cm Höhe mit einer Neigung von 10° auf eine Betonfläche schadlos überstehen. Getestet wurden drei unterschiedliche „Fälle“:

• Aufprall mit der unteren Vorderkante

• Aufprall mit der unteren Hinterkante

• Aufprall mit der rechten Seitenkante

Um Kosten und Zeit bei diesem Projekt zu sparen, entschied sich Borealis dafür, die Fall-prüfung anstelle von teuren physikalischen Prüfständen mittels dynamischer Simulations-programme am Computer durchzuführen.

Die bewährten, im Flugzeug- und Fahrzeugbau seit vielen Jahren im Rahmen des computergestützten Engineerings (CAE) eingesetzten Simulationswerkzeuge sind jedoch vorwiegend auf die Materialeigenschaften von Stahl und anderen Metallen zugeschnitten. Kunststoffe haben außerdem ein höheres viskoelastisches und viskoplastisches Verhalten als Metalle, was die Materialmodelle gängiger CAE-Lösungscodes nicht berücksichtigen. Simulationen für polymere Werkstoffe, wie sie im Hinblick auf deren Einsatz für tragende Anwendungen üblich sind, hängen daher von detaillierten, dehnungs- und temperaturbezogenen Verformungsdaten für jedes spezifische Material ab.

Um das Simulationsprogramm für das Fallverhalten von MB350WG und auch die Leis-tungsfähigkeit anderer Geschirrspülerteile unter dynamischer Belastung zu optimieren, mussten zunächst eine Reihe von Daten zum mechanischen Verhalten des Polymers ermittelt werden, wie beispielsweise bei unterschiedlicher Dehnung und Temperatur.

Zu diesem Zweck sicherte sich Borealis die Unterstützung der Universität Leoben in Österreich. Die Hochschule entwickelte eine Methode, mit der Borealis die Materialdaten bei hohen Dehngeschwindigkeiten erfassen konnte. Diese Daten bildeten dann die Grundlage für die Simulationsberechnungen.

So entstand schließlich ein Computermodell mit Berechnungsdaten der 29 wichtigsten Bauteile des Geschirrspülers. Das gesamte Modell umfasst ca. 26.000 Elemente, die zum Berechnen der Belastungen einer Finite-Elemente-Analyse unterzogen wurden. Nachdem die präzisen Belastungen der einzelnen Bauteile feststanden, wurden Bereiche mit zu hoher Verformung lokalisiert und durch Modifizierung der tragenden Konstruktion optimiert. Abschließende Tests bestanden die Teile mit derart guten Ergebnissen, dass auf konkrete physikalische Prüfungen verzichtet werden konnte.

Neben dem unmittelbaren Nutzen des aktiven Engagements von Borealis in diesem anspruchsvollen Entwicklungsprojekt für den Kunden Bosch Siemens, profitiert von der Einfü

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