Ermittlung von Belastungsgrenzen für die dauerfeste Auslegung von Thermoplasten
09.03.2022
Das mechanische Langzeitverhalten von Kunststoffen ist sehr komplex. Entsprechend schwierig ist auch eine zuverlässige Auslegung von thermoplastischen Bauteilen im Bereich der Langzeit- bzw. Dauerfestigkeit.
Unter Berücksichtigung anwendungsbezogener Einflussfaktoren hat das SKZ ein neues Verfahren entwickelt. Dies erlaubt eine einfache Abschätzung von Belastungsgrenzen zur dauerfesten Auslegung von Thermoplasten.
Neues Verfahren vom SKZ erlaubt einfache Abschätzung
Für thermoplastische Kunststoffbauteile existiert bisher keine allgemeingültige Vorgehensweise zum Festigkeitsnachweis der Langzeit- bzw. Dauerfestigkeit. Eine besondere Herausforderung ist die Ermittlung werkstofflicher Einsatzgrenzen, um Materialschädigungen und zukünftiges Bauteilversagen zu verhindern. Bisherige Auslegungsverfahren sind meist mit erheblichem Prüf- und Kostenaufwand verbunden oder liefern bei Verwendung pauschaler Abminderungsfaktoren und hoher Sicherheitsbeiwerte meist sehr konservative Ergebnisse, was dem Wunsch nach Leichtbau und Ressourceneffizienz entgegensteht. Daher wurde für die Bestimmung derartiger Grenzwerte ein energiebasiertes Bemessungskonzept erarbeitet, welches auf Basis intermittierender Zugversuche die Detektion werkstofflicher Einsatzgrenzen durch eine Auswertung der Dehnungsamplitude erlaubt. Durch geeignete Zerlegung der umgesetzten Energie in gespeicherte und dissipierte Energieanteile kann eine kritische dissipierte Energiedichte bestimmt werden, welche charakteristisch für die Schädigungsgrenze des Werkstoffs ist. Unterhalb dieser Schädigungsgrenze ist der Werkstoff „dauerfest“ in dem Sinne, dass es auch nach sehr häufiger Belastung oder langen Belastungsdauern zu keinen Mikroschädigungen kommt, die später zu einem Bauteilversagen führen können.
Anwendungsbezug dank einfacher Prüftechnik
Das neuartige Verfahren wurde unter dem Gesichtspunkt entwickelt, eine anwendungsbezogene Auslegung bei geringem Prüfaufwand zu ermöglichen. Durch die Beschränkung auf einfache Versuche, die mit Universalprüfmaschinen durchgeführt werden, ergibt sich die Möglichkeit, Belastungsgrenzen unter direkter Berücksichtigung anwendungsbezogener Einflussfaktoren festzulegen. So lassen sich zum Beispiel durch Nutzung einer Temperierkammer Belastungsgrenzen für Temperaturen ermitteln, die vom Normklima abweichen. Auch lassen sich Schädigungsgrenzen in Abhängigkeit von einer durch eine Faserverstärkung bedingten Anisotropie der Werkstoffeigenschaften ermitteln. Durch die direkte Berücksichtigung festigkeitsmindernder Einflussfaktoren während der Materialprüfung kann somit auf pauschale Abminderungsfaktoren verzichtet werden. Die innovative Prüfmethodik erlaubt zudem den Verzicht auf zeit- und kostenintensive Langzeitversuche.
Universell nutzbar für Thermoplaste
Die Anwendbarkeit des neuen Verfahrens wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes an unterschiedlichen Thermoplasten (amorph/teilkristallin, spröd/duktil, faserverstärkt/unverstärkt) demonstriert. Die ermittelten Belastungsgrenzen wurden gegenüber gängigen Auslegungsverfahren (spannungsbezogen bzw. dehnungsbezogen) abgeglichen und erzielten gute Übereinstimmungen.
Entlang der Wertschöpfungskette von Kunststoff(bauteil)en werden zahlreiche Firmen von einer anwendungsbezogenen Bestimmung der Belastungsgrenzen ihrer eingesetzten Kunststofftypen profitieren. Kostenintensive Langzeitversuche oder pauschale Bemessungsmethoden werden vermieden. Dies steigert die Sicherheit und Lebensdauer von Produkten, spart Material und vermeidet teure Regressansprüche. Die geplante perspektivische Aufnahme des Verfahrens in Normen und Richtlinien wird den Anwendern zusätzliche Sicherheit bei der Auslegung bieten und eine effizientere Gestaltung der Entwicklungsprozesse erlauben.
Das Verfahren wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens 20522 N der FSKZ e.V. entwickelt und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Weitere News und Artikel
27.03.2024
News
Sauberer Phosphor 2029: Eine Initiative zur nachhaltigen Ressourcennutzung
Das Umweltbundesamt (UBA) ist Teil der Initiative Sauberer Phosphor 2029, die darauf abzielt, eine sichere und ökologisch nachhaltige Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm und Klärschlammasche zu fördern.
25.03.2024
News
Update DE-21: Neue Inhalte im Online-Kurs "Grabenloser Leitungsbau"
Online Weiterbildung zum Thema Leitungsverlegung im Tiefbau: Der grabenlose Verbau unterirdischer Entwässerungssysteme kann eine ressourcenschonende, klimafreundliche, zeitsparende und kostengünstige Alternative zur offenen Bauweise sein. Der UNITRACC-E-Learning-Kurs wurde um einige fachliche und visuelle Elemente zum Kanal- und Rohrleitungsbau ergänzt.
22.03.2024
News
LWG startet Wissenstransfer mit Su Canal in Moldawien
Internationale Zusammenarbeit zur Schaffung einer zukunftsorientierten Wasserinfrastruktur
20.03.2024
News
Möhnetalsperre: Tieferlegung und Erneuerung der Rampenzufahrt zur Wameler Brücke
Ruhrverband kündigt umfangreiche Baumaßnahme für Spätsommer und Herbst 2024 an
18.03.2024
News
GF Piping Systems: neue Dimensionen für Transportwasserleitungen
Das MULTI/JOINT® 3000 Plus Portfolio hat sich als schnelle, sichere und einfach zu installierende Lösung für Wasser- und Gasleitungen etabliert, die kein Spezialwerkzeug erfordert. Nun erweitert GF Piping Systems die Flexibilität des Systems mit neuen Dimensionen bis DN1025.
15.03.2024
News
MC-Bauchemie gründet Gesellschaft in Tansania
Im Dezember 2023 hat die MC-Bauchemie Gruppe eine Gesellschaft in Daressalam, Tansania, gegründet. Die MC-Bauchemie Tanzania Limited wird von Henry Mulima geleitet und hat jetzt ihre Geschäftstätigkeit aufgenommen. Ziel ist es, in dem ostafrikanischen Land ein umfassendes Bauchemiegeschäft aufzubauen und …
11.03.2024
Fachartikel
Ohne Erdaufbruch am Morgenbruch
Dommel führte umfangreiche Sanierung mit verschiedenen Verfahren durch
11.03.2024
News
Herausforderungen der Kanalnetze im Zeitalter des Klimawandels
Der Klimawandel und die damit verbundenen Trockenperioden und Starkregenereignisse stellen die Kanalnetze vor große Herausforderungen. Die zu Beginn des Jahres vermehrt aufgetretenen Starkregenereignisse haben zu einer entsprechenden Belastung der Netze geführt.
08.03.2024
News
Die Wasserwirtschaft neu entdecken: ‘Wasser-allesklar’
Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) hat eine neue Kampagne namens ‘Wasser-allesklar’ ins Leben gerufen, um das Image der Wasserwirtschaft zu verbessern und junge Menschen für die vielfältigen Berufsmöglichkeiten in dieser Branche zu begeistern.
06.03.2024
News
Überbetriebliche Fortbildung 2024
Seminare für die Gütesicherung Kanalbau RAL-GZ 961
04.03.2024
News
EWE und GASCADE bündeln Kräfte für den Aufbau der Wasserstoff-Infrastruktur
Mit dem Projekt „Flow – making hydrogen happen“ entsteht ein leistungsstarkes Pipeline-System für CO2-neutralen Wasserstoff, das von der Ostsee bis in den Südwesten Deutschlands verläuft.
Kontakt
SKZ – KFE gGmbH
Malte Nebel
Scientist
Friedrich-Bergius-Ring 22
97076 Würzburg
Deutschland
Telefon:
0931 4104 133