Josh Goossens von Tenneco untersucht den bevorzugten Wechsel der OEMs zur virtuellen Modellierung

AKRON – Virtuelle Produktentwicklung ist vielleicht kein so vorherrschender Trend wie die Elektrifizierung in der Automobilindustrie, aber sie ist nicht weniger wichtig, so Josh Goossens, Materialtechnikmanager bei Tennecos Clevite Elastomers Group.

Goossens konzentrierte sich während seiner Keynote-Präsentation am 11. Mai, dem zweiten Tag der von Rubber News organisierten Rubber in Automotive Conference, auf die Bewegung, die von Automobil-OEMs für Kosteneinsparungen und schnellere Markteinführungspotenziale vorangetrieben wird.

„Das ist ein etwas anderes Thema als die Elektrifizierung und Nachhaltigkeit, die hier diese Woche bisher diskutiert wurde“, sagte Goossens. „Die virtuelle Produktentwicklung stellt einen Paradigmenwechsel in der Automobilbranche dar.“

Clevite Elastomers, Teil des Leistungslösungsgeschäfts von Tenneco, stellt Fahrregelungs- und NVH-Produkte für OEMs und Aftermarket-Kunden her. Die Antivibrationsprodukte bestehen typischerweise überwiegend aus einer Naturkautschukmischung und sind als Drehpunkte zwischen Fahrgestell und Rahmen Teil des Fundaments eines Automobils.

Und da OEMs auf die vollständige Virtualisierung der Produktentwicklung drängen, dürfte dies Tenneco und Clevite im Herstellungsprozess an die Spitze bringen.

Dies war jedoch nicht immer der Fall und die virtuelle Produktentwicklung stellt in dieser Hinsicht weitere Herausforderungen dar.

„Wir sind dabei, die Anforderungen der OEMs einzuholen, um die Produkte virtuell zu entwerfen, wobei die ersten physischen Teile aus Produktionswerkzeugen hergestellt werden und verkaufsfähige Fahrzeugqualität haben“, sagte Goossens. „Lassen Sie das auf sich wirken ... denken Sie an Ihre eigenen Produktionslinien.“

„Sind Sie bereit für eine solche Zukunft, in der es keine Prototypen mehr geben wird, sondern verkaufsfähige Qualitätsteile, die rein virtuell entworfen wurden?“

Goossens ist seit 1999 in verschiedenen Funktionen bei Tenneco tätig. Er ist verantwortlich für die Entwicklung von Elastomermischungen, die Materialauswahl, die Entwicklung von Mischprozessen, die Kernmaterialforschung und die Prüfung von Materialeigenschaften für Simulationen.

Und er ist der Manager, der die Clevite-Abteilung in diese virtuelle Welt führt, da sein Lieblingsforschungsgebiet die Entwicklung neuer Materialtesttechniken zur Verbesserung der Produktsimulationsgenauigkeit ist.

In dieser Funktion arbeiten Goossens und die Clevite-Abteilung direkt mit Endurica LLC mit Sitz in Findlay, Ohio, zusammen, um Ermüdungstests von Buchsen und anderen Teilen durchzuführen.

Clevite wurde 1933 als Harris Products Co. gegründet und war Vorreiter bei Elastomer-Aufhängungsprodukten für Fahrgestelle. Das Unternehmen wurde 1987 von Pullman Co. übernommen (damals wurde daraus Clevite Elastomers); und erneut vom in Northville, Michigan, ansässigen Unternehmen Tenneco im Jahr 1996.

Das Unternehmen sei in den Bereichen Design, Compound-Entwicklung, Herstellung, Tests und Produktcharakterisierung vertikal integriert, sagte Goossens.

Es gibt viele Gummiprodukte an jedem Fahrzeug, und die Drehpunkte an Fahrgestell und Rahmen unterscheiden sich nicht. Sie erfordern eine Buchse aus Gummi und Stahl (oder einem anderen starren Material).

Tatsächlich sind die Komponenten sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor agnostisch – was bedeutet, dass der Antriebsstrang des Fahrzeugs für Clevite hinsichtlich seiner Buchsen keinen Unterschied macht.

Für Clevite und Goossens sollte die Philosophie der Schwingungsisolierung und nicht der Dämpfung sein.

„Wenn ich mir die Vorträge gestern ansehe und nach dem, was ich in über 25 Jahren in der Branche gesehen habe, denken viele Chemieunternehmen, dass Antivibrationsprodukte auf dem Prinzip der Dämpfung basieren“, sagte Goossens. „Aber es handelt sich tatsächlich um ein Prinzip der Schwingungsisolierung. Und das bedeutet, dass für die Drehpunkte eine Mischung mit geringer Dämpfung verwendet wird.“

Von der Formulierung her seien Buchsen eher einfach, sagte Goossens. Zu den während der Entwicklung erforderlichen Daten gehören die optimalen Belastungen und Dehnungen für „eine saubere, leicht verstärkte, hochwertige NR-Mischung“, sagte er.

Prozessöl, Antiabbaumittel und Ruß runden die Inhaltsstoffe ab, und die Buchsen werden typischerweise mit normalen Aktivatoren und Härtungssystemen als Prototypen hergestellt.

Aber in der virtuellen Welt muss der Karren vor dem Pferd her sein – das Materialverhalten muss vollständig verstanden werden, bevor eine Simulation durchgeführt werden kann.

Und das bedeutet eine Menge Arbeit für einen potenziellen OEM- oder Aftermarket-Lieferanten, bevor er überhaupt für die Arbeit ausgewählt wird.

„Sie verlangen von uns, ein breiteres Spektrum an Produktionsvariationen zu simulieren, Lernmodelle einzuführen oder deren Anzahl zu erhöhen und Produktionsvariationen für den Aushärtezustand und andere Schritte zu eliminieren“, sagte Goossens. „Sie verlangen dies von uns, aber was sie nicht getan haben, ist uns mitzuteilen, wie sie sich die Verwirklichung dieser Zukunft vorstellen.“

Goossens geht davon aus, dass der Markteinführungszyklus der Buchsenprodukte von Clevite etwa zwei Jahre dauern wird, wobei vor der Vergabe eines Auftrages eine dritte technische Prüfung (zusätzlich zu den üblichen zwei technischen Prüfungen) erfolgt.

Und in diesem Fall wird die Software und nicht die Hardware teilweise validiert.

„Auch das ist schon eine Menge Simulationsarbeit, wenn wir noch nicht als Lieferant ausgewählt wurden“, sagte er. „Und das ist die Kernbotschaft meines Vortrags: Wir brauchen mehr Materialdaten.“

Und solche Materialdaten – für eine vollständig virtuelle Produktentwicklung acht- bis zwanzigmal so viel wie bei typischen Prototyping-Methoden – werden im Vorfeld benötigt.

„Dadurch entfällt effektiv die Einführung neuer Materialtechnologien in ein Teil, da wir das Materialverhalten vollständig verstehen müssen, bevor wir die Simulationsarbeit durchführen können“, sagte er. „Wir können neue Materialtechnologien oder neue Mischprozesse einführen und diesen bestimmten Teil davon validieren, aber ein Techniker benötigt dafür 1.600 Maschinenstunden und 40 Arbeitsstunden.“

Goossens stellte fest, dass selbst ein „vereinfachtes“ Simulationsmodell „wesentlich mehr Daten erfordert als ein Prototyp“.

„Es bleibt also die Frage: Gibt es mögliche Abkürzungen mit einem vollständigen Materialdatensatz? Und wie passt das alles zu den Kosten für die Validierung eines Prototyps? Das bleibt abzuwarten“, sagte er.

„OEMs treiben dies von einer sehr hohen Führungsebene aus. Und der gesamte Prozess ist ziemlich schwierig.“

Wie bei allen technologischen Fortschritten wird erwartet, dass die Markteinführungszeit schneller wird. Aber wird es zu Kosteneinsparungen kommen?

„Ich denke, dass dies eine Reise für die Lieferanten von Elastomerkomponenten sein wird, insbesondere im Bereich der Schwingungsdämpfung“, sagte Goossens. „Es besteht das Potenzial für Kosteneinsparungen … aber sie behandeln unsere Produkte gerne als die letzten Produkte, die angepasst werden.“

„OEMs müssen ihre Anforderungen präziser und genauer formulieren. Wenn ein OEM spät im Prozess eine größere Änderungsanfrage stellt, bedeutet das, dass alle unsere Simulationen nicht mehr möglich sind. Und die Simulationen, die wir durchführen, sind früher als wir.“ den Zuschlag erhalten.

„Das sind die Probleme, mit denen wir derzeit konfrontiert sind.“

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