21.02.2014, 06:05 Uhr | Lesedauer: ca. 4 Minuten |
Neuartiger Prüfaufbau des Fraunhofer LBF, mit dem der schädigende Einfluss brennbarer Flüssigkeiten auf Kunststoffbauteile analysiert wird. Rohstoffe maßschneidern, Fertigungsverfahren optimieren Die Fraunhofer-Wissenschaftler klären mit analytischen Techniken, welche Veränderungen des Werkstoffes bzw. Bauteils auftreten, während darauf mechanische Lasten einwirken. Auf diese Weise werde die Aussagekraft der experimentellen Lebensdauerbestimmung massiv gesteigert. Positive Folge: Aus am Markt erhältlichen Werkstoffen sollen sich zum Beispiel die bestgeeigneten Materialien für eine spezifische Anwendung auswählen lassen. Oder: In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden und Rohstofflieferanten sollen Rezepturen der Rohstoffe maßgeschneidert und Fertigungsverfahren für Strukturbauteile optimiert werden können. Hieraus ergibt sich laut LBF ein immenses Einsparpotenzial bei der Entwicklungszeit und den Kosten. Der analytische Ansatz könne darüber hinaus zur Ursachenforschung genutzt werden: Mit hoher Zuverlässigkeit sollen sich Aussagen treffen lassen, ob ungeeignete Materialien oder unangemessene Betriebsbedingungen Schadensfälle im Feldeinsatz verursacht haben. Durch die Betrachtung und Analyse des gesamten Produktlebenszyklus sei es möglich, betriebsfeste und zuverlässige Strukturbauteile aus Kunststoff zu bemessen und das Leichtbaupotenzial des Werkstoffes besser auszunutzen. Neuer Ansatz Mit modernsten analytischen Verfahren untersucht das Fraunhofer LBF morphologische Veränderungen an glasfaserverstärkten Kunststoffen. Dabei kommen modernste analytische Techniken zum Einsatz, um die chemischen und physikalischen Auswirkungen eines Belastungskollektivs auf die Struktur einer Probe zu ermitteln. Diese sollen ermöglichen, exakte Informationen über die Kettenlänge des Kunststoffes, die Veränderungen und den Verlust von stabilisierenden Additiven, das Eindringen von Medien, die morphologische Struktur der Probe oder die Veränderungen von belastenden Medien zu erlangen. Ein besonderer Schwerpunkt sind dabei bildgebende analytische Techniken, welche mit hoher Präzision chemische und morphologische Parameter einer Kunststoffprobe lokal erfassen. Sie seien aufgrund einfacher Probenvorbereitung und extrem kurzer Analysenzeiten in der Lage, Materialveränderungen frühzeitig zu erkennen. Traditionelle Analysemethoden haben ihre Grenzen "Für Kunststoffe, die als Sicherheitsbauteile eingesetzt werden, sind exakte Kennwerte über die mechanische Belastbarkeit der verwendeten Materialien unter realen Einsatzbedingungen meist nur schwer zugänglich. Auf der anderen Seite existiert eine Vielzahl analytischer Techniken für Kunststoffe, jedoch werden diese nur selten angewandt, um Materialveränderungen in Folge chemischer Belastung zu untersuchen", so das LBF. Darüber hinaus seien viele "traditionelle" Analysemethoden nicht zur Schadensfrüherkennung geeignet. Gegenwärtig würden Strukturbauteile aus Kunststoff meist mit konventionellen Bemessungskonzepten ausgelegt, die in der Regel Sicherheits- und Abminderungsfaktoren beinhalten. Dies stelle zwar durchaus eine praktikable Möglichkeit der Bauteilauslegung dar, nutze aber im Sinne einer Auslegung nach Kriterien des betriebsfesten und funktionsintegrierten Leichtbaus bei Weitem nicht das volle Potenzial der Werkstoffe aus. Des Weiteren lieferten sie keine Informationen zu den während der Belastungen ablaufenden Elementarprozessen, wie der chemischen und morphologischen Veränderung des Werkstoffes. Diese Informationen sind nach Ansicht den LBF für eine rationale Materialauswahl sowie für eine den spezifischen chemischen und mechanischen Belastungen optimal angepasste Bauteil- und Prozessauslegung unerlässlich. Insbesondere blieben mögliche Interaktionen von Umwelteinflüssen, Belastungsart und/oder Bauteilgeometrie (Kerben) unberücksichtigt. Weiter berge das Abschätzen der Abminderungsfaktoren eine Unsicherheit, die zu einer Unter- oder Überdimensionierung des Bauteils führen könne. Weitere Informationen: www.lbf.fraunhofer.de |
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt
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