Sichere Kunststoffbauteile schneller entwickeln: Fraunhofer LBF bietet Datenbank für Lebensdauerprognosen

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Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
LBF in Darmstadt macht die Lebensdauer hochbelasteter Kunststoffbauteile
früher und sicherer berechenbar. Grundlage ist eine
Schwingfestigkeitsdatenbank für thermoplastische Kunststoffe. Sie zeigt,
wie Material, Herstellung, Geometrie, Temperatur und Belastung das
Ermüdungsverhalten bestimmen. Unternehmen können dadurch
Kunststoffbauteile bereits früh im Entwicklungsprozess fundiert bewerten,
Entwicklungsrisiken gezielt reduzieren und Entwicklungszeiten verkürzen.

Technische Kunststoffe übernehmen in Hausgeräten, Fahrzeugen, Maschinen
und elektrischen Anwendungen zunehmend tragende Aufgaben. Für
Entwicklerinnen und Entwickler zählt vor allem die Frage, wie lange ein
Bauteil unter realen Betriebsbedingungen zuverlässig hält. Das Fraunhofer
LBF verbindet experimentelle Kompetenz, datenbasierte Auswertung und
digitale Werkzeuge für die Betriebsfestigkeit.

Untersuchen, verstehen, vorhersagen: Datenbasis für sichere
Kunststoffauslegung

Die Schwingfestigkeitsdatenbank bündelt mehr als drei Jahrzehnte Erfahrung
zu einem einzigartigen Fundament für Konstruktion, Materialauswahl und
Lebensdauerprognose. Über 11.000 untersuchte Proben und rund 1.300
Wöhlerkurven liefern eine belastbare Grundlage für die Auslegung
thermoplastischer Kunststoffbauteile. Erfasst sind unter anderem
verschiedene Thermoplaste, Additivierungen, Konditionierungen, Geometrien,
Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen. Die Datenbank erschließt
Zusammenhänge und macht sie unmittelbar für Entwicklung und Validierung
nutzbar.

Digitale Werkzeuge beschleunigen die Lebensdauerprognose

Besonders wichtig ist die Bewertung von Kerben, Temperaturen,
Mittelspannungen und Faserorientierungen. »Die Daten zeigen, wann diese
Faktoren die ertragbare Schwingfestigkeit deutlich verändern und auf
welche äußeren Belastungen besonderes geachtete werden muss. Das hilft
Unternehmen, Evaluationen gezielter zu planen und kritische Einflüsse wie
Medienkontakt, Alterung oder reale Lastkollektive stärker zu
berücksichtigen«, erläutert Dr. rer. sust. Dominik Spancken, Senior
Wissenschaftler am Fraunhofer LBF.

Auf Basis der Datenbank entwickelt das Fraunhofer LBF Auswertealgorithmen
und einen Wöhlerliniengenerator weiter. Das Werkzeug nutzt vorhandene
Materialkennwerte und mathematisch beschriebene Zusammenhänge, um
Wöhlerlinien für unterschiedliche Temperaturen, Mittelspannungen, Kerben
und Faserorientierungen früh im Entwicklungsprozess abzuschätzen. Derzeit
arbeitet das Fraunhofer LBF an Lebensdauermodellen in Kombination der
Schwingfestigkeitsdatenbank zur Bestimmung der Restlebensdauer von
Bauteilen und Systemen. Es eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Reparatur,
2nd-Life Anwendung und Leichtbau. Verifizierungsversuche bleiben Teil der
Absicherung, lassen sich aber zielgerichteter einsetzen.

Praxisbeispiel zeigt Nutzen für Industrie und Entwicklung

Ein Beispiel aus der Weißwarenindustrie zeigt den Nutzen: Ein Geräteträger
in einer Geschirrspülmaschine muss den Türöffnungsmechanismus über 18
Jahre und rund 100.000 Belastungszyklen bei 50 Grad Celsius zuverlässig
absichern. Das Fraunhofer LBF bewertete Temperatur, Faserorientierung,
Kerben und Mittelspannung für die Anwendung und leitete Wöhlerkurven ab.
Bauteilversuche bestätigten die Prognose. Hersteller und
Entwicklungsdienstleister können so Risiken früher erkennen, Aufwand
reduzieren und zuverlässige Kunststoffbauteile schneller in Serie bringen.

Stichworte: Schwingfestigkeit, Weißwarenindustrie, Materialforschung,
Bauteilentwicklung