FEA & FEM leicht erklärt: Simulation und Klebetechnologie in der Praxis
Worum geht es?
Wie FEA & FEM in der Industrie revolutionäre Konstruktionen mit Klebetechnologie ermöglichen. Mehr im Video mit unseren Experten bei seyffer.tv.
Wie verhalten sich Materialien unter Belastung? Wo entstehen Schwachstellen? Und wie lassen sich Bauteile optimieren, bevor sie überhaupt produziert werden? Die Finite Elemente Analyse (FEA) und Finite Elemente Methode (FEM) entschlüsseln diese Fragen und verändern die Art, wie Ingenieure Produkte entwickeln. Im Video zeigen Holger Walter und Alexander Schowtjak (3M™ Deutschland GmbH), wie Simulationstechniken mit moderner Klebetechnologie verschmelzen – und warum das nicht nur Zeit und Kosten spart, sondern auch völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten eröffnet.
FEA & FEM: Was steckt hinter diesen Schlüsseltechnologien?
Bauteile prüfen, noch bevor ein Prototyp gebaut wurde? Genau das ermöglicht die Finite Elemente Analyse (FEA) und erlaubt es, Spannungen, Verformungen und Brüche in Bauteilen vorherzusagen. Durch die Finite Elemente Methode (FEM) lassen sich virtuelle Modelle entwickeln, die realistische Tests ermöglichen – weit bevor das erste physische Bauteil überhaupt existiert. Diese Herangehensweise revolutioniert den Designprozess, indem digitale Prototypen auf praxisnahe Herausforderungen geprüft werden können.
Warum ist das so revolutionär?
- Virtuelle Entwicklung: Reduziert teure physische Tests und beschleunigt die Markteinführung.
- Frühzeitige Fehlererkennung: Belastungspunkte werden sichtbar, bevor es zu Schäden kommt.
- Effiziente Materialnutzung: Konstruktionen werden leichter, stabiler und nachhaltiger.
Klebetechnologie & Simulation – eine perfekte Kombination
Gerade in der Automobil- und Luftfahrtindustrie ersetzen Klebstoffe immer häufiger mechanische Befestigungen. Doch wie lassen sich Klebenaht-Festigkeiten realistisch simulieren?
Hier kommt FEA ins Spiel:
- Materialkarten & Simulationssoftware: Hochpräzise Modelle berechnen, wie sich Klebverbindungen unter Druck, Hitze oder Zugkraft verhalten.
- Beispiel Batterie-Pack: Im Video wird gezeigt, wie Klebstoffe in der E-Mobilität tragende Strukturen verstärken – und FEA vorab alle kritischen Stellen aufdeckt.
- Optimierung durch Daten: Statt Try-and-Error sorgt Simulation für gezielte Verbesserungen.
Welche Vorteile bietet FEA für die Industrie?
Durch den Einsatz von FEA & FEM sparen Unternehmen Zeit, Material und Kosten – und eröffnen sich neue Konstruktionsfreiheiten. Statt massive Strukturen zu verbauen, können Leichtbaulösungen entstehen, die extremen Belastungen standhalten.
Neugierig? Dann schauen Sie gleich das Video und tauchen Sie mit Holger Walter und Alexander Schowtjak in die Welt der Simulation in der Klebetechnologie ein!
Transkript / Inhalt des Videos
Vollständiges Transkript anzeigen
Hallo, ich bin Holger Walder aus dem Seyffer Solution Center. Wir haben uns heute ein Thema herausgesucht, das der ein oder andere kennt oder vielleicht doch nicht. FEA oder FEM. Was ist das eigentlich?
Was bedeutet es? FEA ist ein Thema, das in der Simulation eingesetzt wird, was aber nicht neu ist. In den 50er Jahren hat man das bereits benutzt, um Flugzeuge oder die Flügel von Flugzeugen in der Simulation zu testen, ohne sie zu bauen zu können. Daimler hat diese Methode ebenfalls schon sehr früh angewandt.
Seit den 60er, 70er Jahren bezeichnet man das als FEE oder FEA für Niederelementeanalyse. Jetzt bin ich nicht der Spezialist, dafür habe ich mir Alexander Schottjag eingeladen von der 3M Deutschland GmbH. Schön, dass du da bist, Alexander. Das ist für uns, glaube ich, der erste Dreh, den wir in dieser Weise machen.
Vielleicht stellst du dich den Zuschauern ganz kurz vor. Ja, hi Holger. Ich freue mich auch total. Ich bin auch ein bisschen aufgeregt.
Erster Dreh. Ja, mein Name ist, wie gesagt, Alexander Schottjag und ich bin bei der 3M im Application Engineering tätig. Vom Hintergrund, ich bin Maschinenbauer. Ich beschäftige mich jetzt seit über zehn Jahren mit dem Thema Simulation.
Und bei der 3M bin ich eben zuständig, unsere Kunden hinsichtlich der Modellierung, insbesondere der Finitenelemente-Methode zu supporten und Materialkarten, Daten und eben mit Rat und Tat zur Seite zu stehen. Jetzt hatten wir ja schon FEA, Finitenelemente-Methode. Aber was mich jetzt interessiert, was ist das genau und was kann ich damit simulieren? Also das ist so für mich so ein bisschen imaginär.
FEA, Finitenelemente-Methode. Ja, also im Grunde ist es eine Simulationsmethodik aus der Festkörpermechanik. Das heißt, wir können irgendwie alles an Werkstoffen oder festen Werkstoffen inklusive natürlich Klebstoffen im ausgehärteten Zustand modellieren. Und wie das Ganze läuft, das kann ich dir gerne zeigen.
Man fängt im Prinzip an und definiert sein Simulationsmodell erst mal über die Geometrie. Normalerweise läuft sowas digital, also über irgendeine CAD-Software erstellt man quasi sein virtuelles Modell, seine Geometrie und lädt das in die Software ein. Der nächste Schritt ist im Prinzip die Definition von einer sogenannten Materialkarte. Das ist im Prinzip eine virtuelle Abbildung der physischen Eigenschaften.
Das heißt, man führt Experimente durch. Je nachdem, was man vorhersagen will, wählt man die Experimente aus und kalibriert eben sogenannte Materialmodelle oder Materialkarten anhand dieser Daten. Und das Ziel ist es eben eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen der Realität und eben des Modells zu erzielen. Das heißt, ihr als 3M habt für eure Produkte sowohl Klebeband als auch Klebstoffe bereits Materialkanten in einer Bibliothek?
Ganz genau so sieht es aus, ja. Und wer kann auf diese Materialkarten zugreifen? Ist es jetzt nur die 3M? Ich kann mir vorstellen, dass der ein oder andere Kunde, gerade vielleicht auch Großkunden, Konzernkunden, FEA ebenfalls einsetzen, die aber ja dann nicht im Grunde die Datenbank haben.
Das heißt, die brauchen dann zum Beispiel von einem DB100 eine Materialkarte. Absolut. Und genau das ist die Idee. Das gehört im Prinzip zu unserem Service dazu.
Und wenn Leute oder unsere oder eure Kunden eben daran interessiert sind, dann ist der einfachste Schritt eigentlich, das über unsere Website zu machen oder eben auf euch oder uns zuzukommen. Und dann stellen wir sowas eben gerne bereit. Für mich immer noch so ein bisschen nicht ganz greifbar. Aber was mache ich konkret mit?
Also ich bin ja aus dem handwerklichen Beruf. Das heißt, wenn wir jetzt irgendwas getestet haben, haben wir ja, ich sage jetzt mal, einen Prototyp erstellt und der wurde dann geprüft. Im günstigsten Fall hat er funktioniert. Im ungünstigsten Fall musste man jetzt nochmal auf anfangen.
Ist das so der Ansatzpunkt von der Simulation oder von FEA? Absolut. Also ich würde mal diesen ungünstigsten Punkt als absolute Realität darstellen. Also in den wenigsten Fällen funktioniert es direkt, außer man betreibt absolutes Overengineering.
Also man benutzt unnötig viel Klebstoff, unnötig starke Verbindung, was natürlich auch wieder Kosten, also teuer ist. Und die Idee ist eben, man prüft statt eben physisch virtuell, ob das Ganze und wie das Ganze funktioniert. Das heißt aber, man macht es nicht nur ausschließlich. Das Ende ist aber immer noch ein Prototyp, also ein physikalisch erstelltes Bauteil.
Auf jeden Fall. Wir können aber eben diese physischen Prototypen, die oftmals sehr, sehr teuer und aufwendig zu fertigen sind und eben auch zeitintensiv zu fertigen sind, deutlich reduzieren. ... ganz darauf zu verzichten, aber wir können den Anteil eben deutlich reduzieren und den Großteil unseres Designs eben am Computer machen.
Das heißt, wir überlegen uns ein Design, wir rechnen das Ganze uns an, durch, schauen uns die Ergebnisse an, passen das Design immer und immer wieder an, bis es eben entsprechend der Simulation vernünftig aussieht. Und die Deckungsquote zwischen der simulierten, ich nenne es jetzt mal Kurve, oder dem simulierten Graph und dem getesteten Prototyp,