Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt hat eine innovative Datenbank ins Leben gerufen, die die Entwicklung von hochbelastbaren Kunststoffbauteilen erleichtert und deren Lebensdauerprognosen präziser gestaltet. Diese Schwingfestigkeitsdatenbank für thermoplastische Kunststoffe stellt eine wertvolle Ressource dar, die es Unternehmen ermöglicht, grundlegende Fragen zur Langlebigkeit von Bauteilen frühzeitig und fundiert zu beantworten. Dies ist besonders wichtig, da technische Kunststoffe in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Haushaltsgeräten, Fahrzeugen, Maschinen und elektrischen Geräten, zunehmend entscheidende Funktionen übernehmen.
Die zentrale Herausforderung für Entwickler besteht darin, die Zuverlässigkeit eines Bauteils unter realistischen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Das Fraunhofer LBF kombiniert umfassende experimentelle Kompetenz mit datengestützten Analysen und digitalen Tools, um die Betriebsfestigkeit von Kunststoffbauteilen zu untersuchen, zu verstehen und vorherzusagen. Die Schwingfestigkeitsdatenbank vereint mehr als drei Jahrzehnte an Forschungsergebnissen und bietet damit eine einzigartige Basis für die Konstruktion, Materialauswahl und Lebensdauerprognose.
Diese umfassende Datenbank umfasst über 11.000 getestete Proben und rund 1.300 Wöhlerkurven, die für die Konstruktion thermoplastischer Bauteile unerlässlich sind. Dabei werden verschiedene Thermoplasten, Additive, geometrische Formen, Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen berücksichtigt. Die Datenbank ermöglicht es Entwicklern, die Zusammenhänge zwischen diesen Faktoren zu erkennen und sie direkt in ihre Entwicklungsprozesse einzubeziehen.
Ein besonders wichtiger Aspekt der Datenbank ist die Bewertung spezifischer Einflussfaktoren wie Kerben, Temperaturen, Mittelspannungen und Faserorientierungen. Dr. Dominik Spancken, Senior Wissenschaftler am Fraunhofer LBF, erklärt, dass die Daten aufzeigen, wie diese Faktoren die Schwingfestigkeit eines Materials beeinflussen können. Unternehmen können so gezielter Evaluierungen planen und kritische Einflüsse wie Alterung, Medienkontakt oder spezifische Lastkollektive besser berücksichtigen.
Das Fraunhofer LBF arbeitet auch an der Weiterentwicklung von Auswertealgorithmen und einem Wöhlerliniengenerator, der auf den in der Datenbank gespeicherten Materialdaten basiert. Dieses Werkzeug ermöglicht es, Wöhlerlinien für verschiedene Temperaturen, Mittelspannungen und Geometrien frühzeitig im Entwicklungsprozess abzuschätzen. Darüber hinaus wird an Lebensdauermodellen gearbeitet, die in Kombination mit der Schwingfestigkeitsdatenbank die Restlebensdauer von Bauteilen und Systemen vorhersagen können. Dies eröffnet neue Perspektiven für Reparaturmaßnahmen, 2nd-Life-Anwendungen und den Leichtbau.
Um den praktischen Nutzen der Datenbank zu verdeutlichen, wurde ein Beispiel aus der Weißwarenindustrie herangezogen. Hierbei musste ein Geräteträger in einer Geschirrspülmaschine über einen Zeitraum von 18 Jahren und etwa 100.000 Belastungszyklen hinweg zuverlässig den Türöffnungsmechanismus sichern. Das Fraunhofer LBF analysierte die relevanten Parameter wie Temperatur, Faserorientierung, Kerben und Mittelspannung und entwickelte daraufhin die entsprechenden Wöhlerkurven. Die durchgeführten Tests bestätigten die prognostizierten Ergebnisse.
Diese neuen Entwicklungen ermöglichen es Herstellern und Entwicklungsdienstleistern, Risiken in der frühen Phase der Produktentwicklung zu identifizieren, den Aufwand zu reduzieren und zuverlässige Kunststoffbauteile schneller auf den Markt zu bringen. Die Schwingfestigkeitsdatenbank des Fraunhofer LBF stellt somit einen bedeutenden Fortschritt in der Kunststoffforschung und -entwicklung dar und wird die Industrie in der Zukunft maßgeblich unterstützen.
Insgesamt zeigt das Engagement des Fraunhofer LBF, wie durch datenbasierte Ansätze und moderne Technologien die Entwicklung sicherer und langlebiger Kunststoffkomponenten entscheidend verbessert werden kann.
