Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFVon der Spritzgußsimulation bis hin zur Bauteilprüfung: Die Abteilung betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau hat einen neuartigen Innendruckprüfkörper den „MultiTester“ entwickelt. Mit dem MultiTester kann die gesamte Prozesskette untersucht werden. Beginnend von der rheologischen Balancierung eines Bauteils über den Spritzgussprozess bis hin zur Materialcharakterisierung und Bauteilprüfung. Um betriebsfesten und funktionsintegrierten Leichtbau zu betreiben ist die Kenntnis von systembeeinflussenden Größen auf die Festigkeit und Zuverlässigkeit unabdingbar.
Leichtbaupotenziale besser ausnutzen
MultiTester: Neuartiger Innendruckprüfkörper
Füllstudie: Vorhersage des Füllvorgangs durch FEM-Berechnung
Geprüfter MultiTester (Innendruck)
Herausforderung
Stetig nimmt der Anteil an Kunststoffen im Leichtbausektor zu. Gegenwärtig werden Bauteile häufig mit konventionellen Bemessungsmethoden ausgelegt, die in der Regel Sicherheitsfaktoren und Abminderungsfaktoren beinhalten. Diese Methode stellt zwar durchaus eine Möglichkeit zur Auslegung von Kunststoffbauteilen dar, ist aber für eine Bemessung im Sinne der Betriebsfestigkeit und des Leichtbaus nicht realitätsnah genug. Auch bleiben mögliche Interaktionen verschiedener Einflussfaktoren unberücksichtigt. Weiterhin birgt das Abschätzen der Abminderungsfaktoren eine Unsicherheit, die zu einer Unter- oder Überdimensionierung des Bauteils führen kann. Dabei werden die Leichtbaupotenziale dieser Werkstoffe oft nicht vollständig ausgeschöpft.
Lösung
Eine Möglichkeit ein Kunststoffbauteil im Sinne der Betriebsfestigkeit und des Leichtbaus zu bemessen, ist die experimentelle Simulation. Dabei werden Interaktionen einzelner Einflussfaktoren berücksichtigt und das Gesamtsystem, bestehend aus
- Werkstoff,
- Herstellungsverfahren,
- Geometrie,
- Umwelteinfluss und
- äußerer Belastung
in dessen Gesamtheit, betrachtet.
Prinzip
Das Herstellverfahren des MultiTesters ist der Spritzgießprozess. Weiter ist der MultiTester ist so modular konzipiert, dass gezielt bestimmte beeinflussende Größen auf die mechanischen Eigenschaften von unverstärkten und verstärkten Kunststoffen untersucht werden können:
- Faserorientierungsverteilung,
- Bindenahtfestigkeit,
- Einflussgrößen der Spritzgießprozessparameter,
- Art der Beanspruchung wie statische-, dynamische- und zyklische Belastung
- Umwelteinflüsse wie Temperatur, Feuchte, Medium und Alterungszustand.
Numerische Materialmodelle, die auf Grundlage von einfachen Probenstäben entwickelt wurden, können anhand des MultiTesters validiert werden.
Kundennutzen
Für Aufgabenstellungen im Bereich des funktionsintegrierten und betriebsfesten Leichtbaus ist das Fraunhofer LBF Ansprechpartner und deckt die ganzheitliche Prozesskette von der Auslegung bis hin zur Prüfung von Kunststoffkomponenten ab. Durch die Betrachtung und Analyse des ganzheitlichen Produktlebenszykluses ist es möglich betriebsfeste und zuverlässige Kunststoffkomponenten zu bemessen und das Leichtbaupotenzial des Werkstoffes besser auszunutzen.
MultiTester
Von der Spritzgußsimulation bis hin zur Bauteilprüfung: