Bei der Produktion von hochbelasteten Strukturbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff drängt die verarbeitende Industrie auf immer kürzere Entwicklungszeiten. Der zuverlässige Betrieb eines solchen Bauteils sollte daher bereits in einer frühen Phase der Entwicklung eingeschätzt werden können. Doch dazu müssten dessen Schwingfestigkeitseigenschaften unter verschiedenen Einflussfaktoren bekannt sein.
Dazu fehlen den Entwicklern bisher oft die dazu notwendigen Materialkennwerte. Es besteht daher die Gefahr, die Lebensdauer beim Übertrag auf das Bauteil zu überschätzen. Besteht das Bauteil dann jedoch die geforderte Lebensdauer im Freigabeprozess nicht, muss der gesamte Produktentwicklungsprozess erneut durchlaufen werden. Das kostet Zeit und Energie.
Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt, wollen daher mit Hilfe einer umfangreichen Datenbasis Wirkzusammenhänge von Schwingfestigkeitseigenschaften bei Kunststoffen ableiten. Im Vorfeld haben sie bereits sämtliche Schwingfestigkeitskennwerte aus Veröffentlichungen, öffentlich geförderten Projekten und Auftragsforschungen in einer Datenbank zusammengetragen. 7500 geprüfte Proben mit sämtlichen schwingfestigkeitsbeeinflussenden Kennwerten sind darin berücksichtigt.
Bauteile aus Kunststoff schneller entwickeln
Strukturbauteile aus thermoplastischen Kunststoffen lassen sich mit Hilfe der Erkenntnisse aus der Datenbank zuverlässiger und schneller auslegen, höhere Entwicklungsziele können in kürzerer Zeit erreicht werden. Auch Iterationsschritte zur Auswahl des Werkstoffes und zur Geometrie des Bauteils werden vermieden. Darüber hinaus ist es möglich, deren Leichtbaupotenzial deutlich besser auszunutzen, und Bauteile können deutlich leichter als bisher gestaltet werden. Das spart – bei geringerem Materialeinsatz – Rohstoffe und verringert bei Anwendungen in der Elektromobilität den Energieverbrauch und erhöht die Reichweite.
Mit Datenbank Wirkzusammenhänge erkennen
Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, bis Ende 2020 die Wirkzusammenhänge der lokalen Gegebenheiten der untersuchten Eigenschaften auf die Wöhlerlinien beschreibenden Parameter wie Neigung, Aufpunkt und Streumaß zu bestimmen und untereinander zu vergleichen.
Mit Hilfe der zusammengetragenen Daten wollen die Wissenschaftler im Fraunhofer LBF Abminderungsfaktoren auf die Schwingfestigkeitseigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen erarbeiten. Dazu planen sie, den Einfluss der Umgebung, des Materials, des Herstellverfahrens, der Geometrie und der Belastung zu berücksichtigen, wobei jeder schwingfestigkeitsbeeinflussenden Eigenschaft ein Abminderungsfaktor zugewiesen wird. Ebenfalls berücksichtigen wollen die Darmstädter Forscher mögliche Wechselwirkungen schwingfestigkeitsbeeinflussender Eigenschaften untereinander, die eine verbessernde oder stark verschlimmernde Wirkung besitzen.
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