Kunststoffbauteile schädigungsfrei auslegen

Im Gegensatz zu anderen Werkstoffklassen wie Metallen sind bisher keine Regelwerke oder Richtlinien zur Vorgehensweise beim Festigkeitsnachweis an thermoplastischen Kunststoffbauteilen verfügbar. Eine besondere Herausforderung besteht dabei vor allem in der Ermittlung materieller Einsatzgrenzen, oberhalb derer in Abhängigkeit der herrschenden Einsatzbedingungen des Kunststoffbauteiles (beispielsweise mechanische Lasten, Temperatur, Beanspruchungsdauer) mit einer Schädigung und schließlich mit einem Bauteilversagen zu rechnen ist.

Gegenwärtige Verfahren zur Detektion materieller Schädigungsprozesse haben den Nachteil, dass sie meist mit erheblichem Prüf- und Kostenaufwand verbunden sind und sich nicht für alle Kunststofftypen eignen beziehungsweise nur sehr konservative Ergebnisse liefern. Das Ziel eines kürzlich am SKZ gestarteten Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines Prüf- und Auswerteverfahrens, das Schädigungsgrenzen sowohl anwendungsbezogen (unter Berücksichtigung der Einsatzbedingungen), universell (unabhängig der Kunststofftype) und zugleich aufwandsminimiert (unter Verwendung etablierter Messverfahren) bestimmen kann. Durch eine Zerlegung der in dehnungsgeregelten Zugversuchen messbaren Energieanteile (gesamt, gespeichert, dissipiert) sollen dabei Rückschlüsse auf den Beginn und den zeitlichen Verlauf materieller Schädigungsprozesse getroffen werden. Durch die gezielte Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflussfaktoren während der Materialprüfung lassen sich mit dem Verfahren zudem direkte Bemessungsgrenzen für den bauteilbezogenen Festigkeitsnachweis generieren. „Das Prüfverfahren soll Anwender künftig in die Lage versetzen, die Schädigungsgrenzen der eingesetzten Materialien zu bestimmen, ohne dabei auf kostenintensive Langzeitversuche oder pauschale Bemessungsmethoden zurückgreifen zu müssen. Dies reduziert das Risiko einer Über- oder Unterdimensionierung, spart Material und vermeidet teure Regressansprüche“, erklärt SKZ-Wissenschaftler Manuel Hille.

Interessierte Unternehmen sind herzlich eingeladen, das vom 1. Mai 2019 bis 30. April 2021 laufende Forschungsvorhaben kostenfrei zu begleiten und frühzeitig von den Ergebnissen zu profitieren.

Das Vorhaben 20522 N der Forschungsvereinigung Fördergemeinschaft für das SKZ wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.