SKZ: Neues Forschungsprojekt zur effizienten Bestimmung werkstofflicher Schädigungsgrenzen bei Kunststoffen gestartet

Ermittlung werkstofflicher Schädigungsgrenzen mittels intermittierender Zugversuche - (Bild: SKZ).

Die dauerfeste Auslegung von Kunststoffbauteilen ist herausfordernd, da geeignete Bemessungskennwerte kaum vorhanden sind und gewöhnlich nur durch extrem zeit- und kostenaufwendige Langzeitversuche ermittelt werden können. Deshalb entwickelt das Kunststoff-Zentrum SKZ in einem Forschungsprojekt ein neues Prüf- und Auswerteverfahren auf Basis intermittierender Zugversuche, um anwendungsbezogene werkstoffliche Schädigungsgrenzen effizient zu ermitteln.

Der Festigkeitsnachweis von Kunststoffbauteilen gilt nach wie vor als große Herausforderung. Dies gilt insbesondere für die Dimensionierung gegenüber langzeitigen zyklischen Lasten, wie sie in anspruchsvollen Anwendungen, beispielsweise im Automotive-Bereich, häufig auftreten. Einerseits weisen Kunststoffe im Vergleich zu Metallen ein deutlich komplexeres Materialverhalten auf (viskoelastisch, häufig anisotrop, zahlreiche festigkeitsmindernde Einflussfaktoren), andererseits existieren, im Gegensatz zu Metallen (FKM-Richtlinie), keine etablierten Regelwerke für den Festigkeitsnachweis. Zum anderen sind geeignete Bemessungskennwerte für die Langzeitauslegung kaum vorhanden und können bisher nur über extrem zeit- und kostenaufwendige Langzeitversuche (zum Beispiel Dauerfestigkeitsversuche nach Wöhler) ermittelt werden. Deshalb ist der Ingenieur meist gezwungen, auf vereinfachte Bemessungsansätze (zum Beispiel pauschale Abminderungsfaktoren nach Oberbach oder Grenzdehnung nach Menges) zurückzugreifen. Da diese in der Regel nicht für den konkret vorliegenden Werkstoff unter den jeweiligen Einsatzbedingungen ermittelt wurden oder nur grobe Wertebereiche angeben, bergen sie die Gefahr einer ungewollten Über- oder Unterdimensionierung.

Deshalb hat das Kunststoff-Zentrum SKZ zum 1. Juni 2025 ein neues Forschungsprojekt gestartet. Ziel ist es, ein effizientes Prüf- und Auswerteverfahren zu entwickeln, mit dem sich Materialkennwerte für die Auslegung im Bereich der Dauerfestigkeit mit vergleichsweise geringem Prüf-, Kosten- und Zeitaufwand generieren lassen. Hierzu soll die Versuchsmethodik der intermittierenden Zugversuche weiterentwickelt und optimiert werden, um anwendungsbezogene werkstoffliche Schädigungsgrenzen zu ermitteln.

Um die universelle Anwendbarkeit des neuen Prüf- und Auswertekonzepts zu belegen, soll die Methodik im Forschungsvorhaben an zahlreichen thermoplastischen Kunststoffen (amorph/teilkristallin, verstärkt/unverstärkt, spröde/duktil etc.) erprobt werden. Zudem soll eine direkte prüftechnische Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflussfaktoren, wie beispielsweise Anisotropie/Faserorientierungen, Temperatur und Feuchte, erfolgen. Abschließend werden die ermittelten werkstofflichen Bemessungsgrenzen gegenüber weiteren Bemessungsverfahren für Kunststoffe (beispielsweise pauschale Abminderungsfaktoren nach Oberbach oder Grenzdehnung nach Menges) sowie gegenüber Ergebnissen aus Langzeitversuchen eingeordnet und bewertet. Zum Ende des Projekts ist außerdem eine Praxiserprobung des neuen Prüf- und Auswertekonzepts durch Unternehmen des projektbegleitenden Ausschusses vorgesehen.

Das Kick-off-Meeting findet am 16. Juli 2025 online statt.

Interessierte Firmen können sich beim SKZ melden, um im Rahmen einer Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss direkt von den Forschungsergebnissen zu profitieren.

Weitere Informationen:
www.skz.de/forschung/messtechnik/bauteileigenschaften

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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