Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM präsentiert auf der K 2025 in Düsseldorf vom 8. bis 15. Oktober innovative digitale Lösungen für die Kunststoff- und Kautschukindustrie. Unter dem Leitthema »Leichter – Dauerhafter – Digitaler« zeigt das Institut neueste Entwicklungen aus den Bereichen Materialsimulation, Qualitätssicherung und Prozessoptimierung.
Am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle 7, Ebene 0, Stand SC05) demonstrieren die Forschenden, wie digitale Simulationstechnologien zu einer effizienteren und ressourcenschonenderen Produktion beitragen können. Vorgestellt werden unter anderem Softwarelösungen für die Auslegung von PU-Schäumen, die Entwicklung langlebiger Waschmaschinenteile, präzise Inline-Messtechnik für Kunststoffrohre und virtuelle Spinnverfahren für High-Tech-Fasern.
Simulation von PU-Schäumen mit FOAM
Mit der Software FOAM zeigt das Fraunhofer ITWM, wie sich die Ausdehnung und Formfüllung von Polyurethan-Schäumen digital simulieren lässt. Die Lösung ermöglicht eine virtuelle Auslegung von Bauteilen in Kühlgeräten, Batteriemodulen, Autositzen und Sandwichpaneelen. Ziel ist eine gleichmäßige Schaumverteilung und optimale thermische sowie mechanische Eigenschaften. FOAM nutzt einen Digitalen Zwilling, der Entlüftungspunkte, Materialbedarf, Düsenbewegung und Gasvermeidung berücksichtigt. Die Parametrierung erfolgt automatisiert auf Basis realer Schäumversuche.
»Unsere Simulationen helfen dabei, Materialeinsatz und Entwicklungszeit deutlich zu reduzieren – ein echter Mehrwert für die Industrie«, erklärt Dr. Konrad Steiner, Bereichsleiter »Prozesse und Materialien« und Abteilungsleiter »Strömungsprozesse« am Fraunhofer ITWM.
Digitale Entwicklung langlebiger Waschmaschinenteile
Im Projekt »DigiLaugBeh« wird die Simulation genutzt, um den Laugenbehälter einer Waschmaschine energieeffizienter und stabiler zu gestalten. Die Forschenden setzen langfaserverstärkte Kunststoffe ein, die mechanisch belastbarer sind als herkömmliche Materialien. Der Digitale Zwilling bildet den gesamten Herstellungsprozess ab und berücksichtigt sowohl Mikro- als auch Makroebene – inklusive Spritzgussverfahren und Umweltbilanz.
Inline-Qualitätskontrolle mit Terahertz-Technologie
Für die zerstörungsfreie Wandstärkenmessung von Kunststoffrohren entwickelt das Fraunhofer ITWM ein Terahertz-basiertes Inspektionssystem. Dieses misst berührungslos an vier frei wählbaren Stellen und ist für verschiedene Rohrdurchmesser und -materialien einsetzbar. Ziel ist eine präzise Qualitätskontrolle im Produktionsprozess.
»Dafür nutzen wir die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie und FMCW-Verfahren, die unabhängig von Temperatur und Material präzise Ergebnisse liefern – im Gegensatz zu klassischen Ultraschall- oder Röntgenmethoden«, erläutert Dr. Joachim Jonuscheit.
Virtuelles Spinnen für optimierte Filamente
Mit dem Projekt VISPI – Virtuelles Spinnen – wird ein Simulationswerkzeug entwickelt, das industrielle Spinnprozesse realitätsnah digitalisiert. Die Software analysiert komplexe physikalische Vorgänge, modelliert Strömungsdynamiken, Turbulenzen und Abkühlverhalten und unterstützt bei der Auswahl geeigneter Polymere.
»Mit VISPI testen und verbessern wir komplexe Spinnprozesse virtuell. So lassen sich Ressourcen einsparen und die Qualität der Produkte erhöhen. Unternehmen profitieren von geringeren Fehlinvestitionen beim Upscaling und steigern ihre Wettbewerbsfähigkeit«, sagt Dr. Walter Arne, einer der Entwickler.
Simulationstechnologien für mehr Effizienz und Qualität
Die gezeigten Lösungen unterstreichen das Potenzial digitaler Simulation in der Kunststoffindustrie. Von der Produktentwicklung über die Fertigung bis zur Qualitätssicherung ermöglichen sie präzisere Abläufe, sparen Material und Energie und erhöhen die Produktqualität. Das Fraunhofer ITWM lädt zum Dialog am Messestand in Halle 7, Ebene 0, Stand SC05 ein.