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09.01.2020

Schwingfestigkeitsdatenbank hilft Kunststoffbauteile nachhaltig auszulegen

Daten gelten als der neue Rohstoff, „Big Data“ ist in aller Munde. Dass die Nutzung von umfassendem Datenmaterial auch bei der Entwicklung von Kunststoffbauteilen in hohem Maße sinnvoll ist, will das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF im kommenden Jahr in einem internen Forschungsvorhaben zeigen. Ziel ist, mit Hilfe einer umfangreichen Datenbasis Wirkzusammenhänge von Schwingfestigkeitseigenschaften bei Kunststoffen abzuleiten. Im Vorfeld haben die Wissenschaftler bereits sämtliche Schwingfestigkeitskennwerte aus Veröffentlichungen, öffentlich geförderten Projekten und Auftragsforschungen in einer Datenbank zusammengetragen. Sie enthält mittlerweile 7.500 geprüfte Proben. Sämtliche schwingfestigkeitsbeeinflussenden Kennwerte sind darin berücksichtigt, was eine detaillierte Auswertung ermöglicht.

Bei der Produktion von hochbelasteten Strukturbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff drängt die verarbeitende Industrie auf immer kürzere Entwicklungszeiten. Voraussetzung, um den zuverlässigen Betrieb des Bauteils in einer frühen Phase der Entwicklung abschätzen zu können, ist die umfangreiche Kenntnis der Schwingfestigkeitseigenschaften unter verschiedenen Einflussfaktoren erforderlich. Jedoch fehlen den Entwicklern oft die dazu notwendigen Materialkennwerte, oder sie sind nicht öffentlich zugänglich.

Besteht das Bauteil die geforderte Lebensdauer im Freigabeprozess nicht, muss der gesamte Produktentwicklungsprozess erneut durchlaufen werden. Dies erfordert einen enormen Aufwand bei Rohmaterialien, Energie und Zeit. Besonders für die Lebensdauerabschätzung existieren nur vereinzelt wenige Datenpunkte für allgemeine Fälle. Eine Datenbank mit Schwingfestigkeitskennwerten von Kunststoffen liefert daher einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz.

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.

Weitere Informationen unter www.lbf.fraunhofer.de



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