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Lebensdauervorhersage für Kunststoffbauteile unter Medieneinfluss

Nahaufnahme von Spannungsrissen an einem Kunststoffbauteil

Bei Kunststoffbauteilen stellt die Medien-Spannungsrissbildung mit 25% aller Ausfälle eine der bedeutendsten Ausfallursachen dar und ist deshalb von hoher technisch-wirtschaftlicher Relevanz.

Eigenspannungen die in spritzgegossenen Bauteilen vorliegen, können vor allem in Gegenwart von Spannungsrissauslösenden Medien zu Rissbildungen führen. Dabei werden sowohl die optischen als auch die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt, was letztendlich zu einem vorzeitigen Bauteilversagen führt.

Aktuell existieren kaum technisch umsetzbare Ansätze zur Abschätzung des Ausfallrisikos bzw. der Lebensdauer von Kunststoffbaueilen, die in einer spannungsrissauslösenden Umgebung eingesetzt werden.

Im Rahmen eines kürzlich gestarteten Projekts erforscht das SKZ in enger Kooperation mit dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen, die Zusammenhänge zwischen der Lebensdauer von Kunststoffbauteilen unter Medieneinfluss und ihren Eigenspannungen, um eine Vorhersage bereits in der Entwicklungsphase zu ermöglichen.

Hierzu werden die in Medien-Zeitstandzugversuchen gemessenen Standzeiten mit dem Eigenspannungszustand der Probekörper korreliert. Zur Ermittlung der Eigenspannungen werden verschiedene Methoden eingesetzt: Medien-Einlagerungsversuche, die inkrementelle Bohrlochmethode und spannungsoptischen Untersuchungen. Letztere basieren auf dem PhotoStress®Plus System der Fa. Vishay, welches im Rahmen des Forschungsvorhabens angeschafft wurde.
 
Parallel zur quantitativen Ermittlung der Eigenspannungen werden diese mit Hilfe einer Prozesssimulation berechnet und die Ergebnisse mit den realen Werten verglichen.
Nach der Validierung der Simulationsergebnisse wird abschließend die Übertragbarkeit der entwickelten Methode zur Lebensdauervorhersage auf eine komplexe Formteilgeometrie untersucht.

Das IGF-Vorhaben (470 ZN) der Forschungsvereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen e.V. - IKV wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Forschungsvorhaben läuft bis Februar 2015. Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung.

Das Foto zeigt Spannungsrisse an einem Bauteil aus PMMA (Quelle: IKV Aachen)

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Ansprechpartner:

Dr. Johann Erath
Leiter Forschungsmanagement
+49 931 4104-472
j.erath@skz.de
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