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Betriebsfestigkeit Kunststoffbauteile schneller und sicherer entwickeln

Quelle: Fraunhofer LBF 1 min Lesedauer

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Fraunhofer LBF

Das Fraunhofer LBF macht die Lebensdauer hochbelasteter Kunststoffbauteile früher berechenbar: Eine Schwingfestigkeitsdatenbank mit über 11.000 Proben und 1.300 Wöhlerkurven liefert die Grundlage für fundierte Bauteilauslegung – und verkürzt Entwicklungszeiten.

Festigkeitsuntersuchung von Kunststoffproben im Labor. (Bild: Ai-generated by Fraunhofer LBF)
Festigkeitsuntersuchung von Kunststoffproben im Labor.
(Bild: Ai-generated by Fraunhofer LBF)

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

Belastbare Datenbasis für die Kunststoffauslegung

Die Datenbank bündelt mehr als drei Jahrzehnte Erfahrung: 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, Geometrien, Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen.„Die Daten zeigen, wann Faktoren wie Kerben, Temperatur oder Mittelspannung die ertragbare Schwingfestigkeit deutlich verändern. Das hilft Unternehmen, Evaluationen gezielter zu planen und kritische Einflüsse wie Medienkontakt oder Alterung stärker zu berücksichtigen“, erläutert Dr. rer. sust. Dominik Spancken, Senior Wissenschaftler am Fraunhofer LBF.

Digitale Werkzeuge beschleunigen die Prognose

Auf Basis der Datenbank entwickelt das Fraunhofer LBF einen Wöhlerliniengenerator weiter, der mithilfe vorhandener Materialkennwerte Wöhlerlinien für unterschiedliche Temperaturen, Mittelspannungen und Faserorientierungen bereits früh im Entwicklungsprozess abschätzt. Zudem arbeitet das Institut an Lebensdauermodellen zur Bestimmung der Restlebensdauer von Bauteilen – mit neuen Perspektiven für Reparatur, 2nd-Life-Anwendungen und Leichtbau.

Praxisbeispiel: Geräteträger in der Geschirrspülmaschine

Ein Beispiel aus der Weißwarenindustrie zeigt den Nutzen: Ein Geräteträger muss den Türöffnungsmechanismus einer Geschirrspülmaschine über 18 Jahre und rund 100.000 Belastungszyklen bei 50 Grad Celsius zuverlässig absichern. Das Fraunhofer LBF bewertete Temperatur, Faserorientierung, Kerben und Mittelspannung und leitete daraus Wöhlerkurven ab, die anschließende Bauteilversuche bestätigten. So lassen sich Risiken früher erkennen und zuverlässige Kunststoffbauteile schneller in Serie bringen.

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