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Kunststoffteil-Entwicklung

Gezieltere Bauteilauslegung mithilfe von Schwingungsdaten

| Redakteur: Peter Königsreuther

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF erklärt, wie eine prall mit Materialinformationen gespickte Datenbank dem Kunststoffteil-Entwickler bald bei Extrembedingungen beistehen kann.

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Hoch belastete Kunststoff-Bauteile, wie dieses Steckersystem für die Elektrotechnik, können noch gezielter auf die jeweilige Anwendung hin ausgelegt werden. Denn eine umfangreiche Datenbank in Sachen Schwingungsfestigkeit untersützt die Entwickler jetzt dabei, wie das Fraunhofer-Institut LBF informiert.
Hoch belastete Kunststoff-Bauteile, wie dieses Steckersystem für die Elektrotechnik, können noch gezielter auf die jeweilige Anwendung hin ausgelegt werden. Denn eine umfangreiche Datenbank in Sachen Schwingungsfestigkeit untersützt die Entwickler jetzt dabei, wie das Fraunhofer-Institut LBF informiert.
(Bild: Fraunhofer LBF/ Raapke)

Daten gelten als der neue Rohstoff, und „Big Data“ ist in aller Munde, sagen die Darmstädter Forscher. Dass die Nutzung von umfassendem Datenmaterial auch bei der Entwicklung von Kunststoffbauteilen sehr sinnvoll ist, will das Fraunhofer LBF nun im kommenden Jahr in einem internen Forschungsvorhaben beweisen. Dabei fokussiert man sich auf Wirkzusammenhänge von Schwingfestigkeiten diverser Polymere, heißt es. Außerdem existiert bereits eine mit 7500 Testergebnissen in Sachen Schwingungsfestigkeit bestückte Datenbank, die dabei die Basis für das Vorhaben darstellt. Alle für diesen Themenkomplex relevanten Daten seien darin zu finden, was später die detaillierte Auswertung ermögliche.

Zum Hintergrund des Forschungsprojektes:

Bei der Produktion von hochbelasteten Strukturbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff verlangt die Industrie immer kürzere Entwicklungszeiten, so das LBF. Um trotz eines straffen Zeitplans den zuverlässigen Betrieb eines Kunststoffteils in einer frühen Phase seiner Entwicklung abschätzen zu können, ist die umfangreiche Kenntnis der Schwingfestigkeitseigenschaften unter verschiedenen Einflussfaktoren erforderlich, so die Forscher. Jedoch fehlten den Entwicklern oft die dazu notwendigen Materialkennwerte, oder sie seien nicht öffentlich zugänglich. Mitunter baut auch die Überlagerung der äußeren Einflussfaktoren mit der mechanischen Belastung ein sehr komplexes Wirkungsfeld auf, sodass dazu einfach keine Materialkennwerte verfügbar sind, betonen die Experten. „Werden Materialkennwerte zur betriebsfesten Auslegung eines Bauteils ohne Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten oder ohne statistische Bewertung abgeschätzt, besteht die Gefahr, die Lebensdauer des realen Bauteils zu überschätzen“, weiß Dominik Spancken, der das Projekt im Fraunhofer LBF betreut, aus Erfahrung.

„Weißer Fleck“ Schwingungsfestigkeit von Kunststoffen

Bestehe das Bauteil die geforderte Lebensdauer im Freigabeprozess nicht, müsse der gesamte Produktentwicklungsprozess erneut durchlaufen werden. Das allerdings bedeutet einen enormen Aufwand bei Rohmaterialien, Energie und Zeit zu betreiben, heißt es. Im Sinne einer ressourceneffizienten Bauteilauslegung von Strukturbauteilen ist der Einsatz numerischer Simulationsprozesse weit verbreitet, weil so Prototypen oder Prozessoptimierungen virtuell entstehen und beurteilt werden können, erklärt Spancken. So wird die bestmögliche Form des Bauteils im Vorfeld iterativ bestimmbar. Um diesen numerischen Prozess so genau wie möglich abzubilden, gilt es, über exakte Kenntnisse zum favorisierten Kunststoff zu verfügen.

Mit Schwingungsdaten zum Leichtbauoptimum

Speziell in Sachen Lebensdauerabschätzung existierten nur vereinzelt wenige Datenpunkte für allgemeine Fälle. Eine Datenbank mit Schwingfestigkeits-Kennwerten von Kunststoffen ist also bitternötig und leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz, betont Spancken. Strukturbauteile aus thermoplastischen Kunststoffen ließen sich mithilfe der Informationen aus der Datenbank dann zuverlässiger und schneller auslegen und es könnten höhere Entwicklungsziele in kürzerer Zeit erreicht werden. Auch zeitraubende Iterationsschritte zur Auswahl des passenden Kunststoffs und zur optimalen Geometrie des Kunststoff-Bauteils werden vermieden, heißt es. Darüber hinaus ist es möglich, das vorhandene Leichtbaupotenzial der Kunststoffe deutlich besser auszunutzen. Die Bauteile könnten bei voller Einsatztauglichkeit so wesentlich materialeffizienter als bisher gestaltet werden.

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