Fraunhofer LBF stellt Datenbank zur Lebensdauerprognose von Kunststoffbauteilen bereit
Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt hat eine Schwingfestigkeitsdatenbank für thermoplastische Kunststoffe entwickelt, die eine frühzeitige und verlässliche Lebensdauerabschätzung hochbelasteter Kunststoffbauteile ermöglicht. Diese Datenbank berücksichtigt Einflüsse wie Materialeigenschaften, Fertigungsverfahren, Bauteilgeometrie, Temperatur und Belastungsbedingungen auf das Ermüdungsverhalten der Werkstoffe.
Bedeutung technischer Kunststoffe in verschiedenen Anwendungsbereichen
Technische Kunststoffe übernehmen zunehmend tragende Funktionen in Haushaltsgeräten, Fahrzeugen, Maschinen und elektrischen Systemen. Für Entwickler ist die zuverlässige Vorhersage der Bauteillebensdauer unter realen Betriebsbedingungen von zentraler Bedeutung. Das Fraunhofer LBF kombiniert experimentelle Untersuchungen, datenbasierte Analysen und digitale Methoden, um die Betriebsfestigkeit von Kunststoffkomponenten präzise zu bewerten.
Umfangreiche Datenbasis für fundierte Lebensdauerprognosen
Die Schwingfestigkeitsdatenbank basiert auf über 30 Jahren Forschungserfahrung und umfasst mehr als 11.000 Proben sowie etwa 1.300 Wöhlerkurven. Sie enthält Informationen zu verschiedenen Thermoplasten, Additivierungen, Konditionierungen, Geometrien, Umwelteinflüssen und mechanischen Belastungen. Diese umfassenden Daten ermöglichen es, Zusammenhänge im Ermüdungsverhalten zu erkennen und direkt für Konstruktion, Materialauswahl und Validierung zu nutzen.
Digitale Werkzeuge zur Beschleunigung der Lebensdauerbewertung
Ein Schwerpunkt liegt auf der Analyse von Kerben, Temperaturbedingungen, Mittelspannungen und Faserorientierungen, da diese Faktoren die Schwingfestigkeit maßgeblich beeinflussen können. Dr. Dominik Spancken, Senior Wissenschaftler am Fraunhofer LBF, erklärt: „Die Daten zeigen auf, wann und wie diese Einflüsse die Belastbarkeit verändern und welche externen Beanspruchungen besonders berücksichtigt werden müssen.“ Dadurch können Unternehmen Prüfungen gezielter planen und kritische Einflüsse wie Medienkontakt, Alterung oder reale Lastkollektive besser einbeziehen.
Basierend auf der Datenbank werden Auswertealgorithmen und ein Wöhlerliniengenerator weiterentwickelt. Dieses Werkzeug nutzt vorhandene Materialkennwerte und mathematische Modelle, um Wöhlerlinien für unterschiedliche Bedingungen frühzeitig im Entwicklungsprozess abzuschätzen. Aktuell arbeitet das Fraunhofer LBF an Modellen zur Bestimmung der Restlebensdauer von Bauteilen und Systemen, was neue Möglichkeiten für Reparaturstrategien, Second-Life-Anwendungen und Leichtbau eröffnet. Verifizierungsversuche bleiben weiterhin Bestandteil der Absicherung, können jedoch gezielter durchgeführt werden.
Praxisbeispiel aus der Weißwarenindustrie
Ein praktisches Anwendungsbeispiel stammt aus der Weißwarenindustrie: Ein Geräteträger in einer Geschirrspülmaschine muss den Türöffnungsmechanismus über 18 Jahre und rund 100.000 Belastungszyklen bei 50 °C zuverlässig sichern. Das Fraunhofer LBF bewertete die Einflüsse von Temperatur, Faserorientierung, Kerben und Mittelspannung und leitete daraus Wöhlerkurven ab. Die durchgeführten Bauteilversuche bestätigten die Prognosen. Hersteller und Entwicklungsdienstleister können so Risiken frühzeitig erkennen, den Prüfaufwand reduzieren und die Markteinführung zuverlässiger Kunststoffbauteile beschleunigen.
Kontakt und weiterführende Informationen
- Wissenschaftlicher Ansprechpartner: Dr. rer. sust. Dominik Spancken, dominik.spancken@lbf.fraunhofer.de
- Weitere Informationen: Fraunhofer LBF – Schwingfestigkeitsdatenbank für Kunststoffe
