Fraunhofer LBF: Schwingfestigkeitsdatenbank verbessert Lebensdauerprognosen für Kunststoffbauteile

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt hat eine Schwingfestigkeitsdatenbank für thermoplastische Kunststoffe entwickelt, die die Lebensdauer hochbelasteter Kunststoffbauteile bereits in frühen Entwicklungsphasen präziser vorhersagbar machen soll. Die Datenbank bildet die Grundlage für fundierte Materialauswahl, Bauteilauslegung und digitale Lebensdauerprognosen und soll Entwicklungsrisiken sowie den Aufwand für Validierungsversuche reduzieren.

Die Datenbank basiert auf mehr als drei Jahrzehnten Forschung und umfasst über 11.000 untersuchte Proben sowie rund 1.300 Wöhlerkurven. Erfasst werden unter anderem verschiedene Thermoplaste, Additivierungen, Konditionierungszustände, Geometrien, Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen. Dadurch lassen sich die Auswirkungen von Materialeigenschaften, Herstellungsprozessen und Einsatzbedingungen auf das Ermüdungsverhalten systematisch analysieren.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Bewertung von Kerben, Temperaturen, Mittelspannungen und Faserorientierungen. Diese Faktoren beeinflussen die Schwingfestigkeit thermoplastischer Bauteile maßgeblich und werden in der Datenbank mit experimentellen Ergebnissen verknüpft. Dadurch können Unternehmen kritische Belastungseinflüsse wie Medienkontakt, Alterung oder reale Lastkollektive bereits während der Entwicklung berücksichtigen.

Auf Basis der Datenbank entwickelt das Fraunhofer LBF Auswertealgorithmen sowie einen Wöhlerliniengenerator weiter. Das digitale Werkzeug nutzt vorhandene Materialkennwerte und mathematische Modelle, um Wöhlerlinien für unterschiedliche Temperaturen, Mittelspannungen, Kerbgeometrien und Faserorientierungen abzuschätzen. Darüber hinaus arbeitet das Institut an Lebensdauermodellen, die gemeinsam mit der Schwingfestigkeitsdatenbank die Bestimmung der Restlebensdauer von Bauteilen und Systemen ermöglichen. Dies schafft neue Möglichkeiten für Reparaturkonzepte, Second-Life-Anwendungen und Leichtbau.

Die Praxistauglichkeit wurde unter anderem an einem Geräteträger für Geschirrspülmaschinen nachgewiesen. Das Bauteil muss den Türöffnungsmechanismus über eine Nutzungsdauer von 18 Jahren beziehungsweise rund 100.000 Lastzyklen bei einer Betriebstemperatur von 50 Grad Celsius zuverlässig tragen. Das Fraunhofer LBF bewertete die relevanten Einflussgrößen wie Temperatur, Faserorientierung, Kerben und Mittelspannung und leitete daraus geeignete Wöhlerkurven ab. Bauteilversuche bestätigten die berechneten Ergebnisse. Damit sollen Hersteller und Entwicklungsdienstleister die Zuverlässigkeit von Kunststoffbauteilen früher bewerten und den Entwicklungsaufwand bis zur Serienreife verringern können.

Weitere Informationen: www.lbf.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF, Darmstadt

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