Langzeitversagen und Kriechneigung besser vorhersagen
IMPETUS nimmt neuen Kriechprüfstand in Betrieb
Technische Kunststoffbauteile sind während der Lebensdauer häufig langzeitig mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Für die Dimensionierung gegen diese Belastungen werden entsprechende Langzeitkennwerte benötigt. Wir freuen uns sehr, hierfür einen eigenen Kriechprüfstand in Betrieb zu nehmen und unseren Kunden damit die Materialmessung für eine optimierte Vorhersage des Langzeitversagens von Bauteilen anzubieten.
Kunststoffe besitzen eine Reihe von messbaren physikalischen Eigenschaften, zu denen auch die mechanischen Eigenschaften zählen. Sie werden beispielsweise für die Festigkeitsberechnung in der Konstruktion oder für die Erstellung von Werkstoffmodellen in der computergestützten Simulation benötigt. Die am weitesten verbreitete Methode zur Ermittlung dieser Eigenschaften ist der Zugversuch nach DIN EN ISO 527. Dieser Versuch ermittelt den Zusammenhang von Kraft und Weg an einem speziell geformten Probekörper unter einer kurzzeitig wirkenden Last mit konstanter Geschwindigkeit. Kraft und Weg werden anhand von festgelegten Formeln in die Bezugsgrößen Spannung und Dehnung umgewandelt. Mit der Kenntnis über den Zusammenhang von Spannung und Dehnung wird ein Werkstoffvergleich ermöglicht, sofern die Prüfbedingungen identisch sind.
Mechanische Eigenschaften von Kunststoffen sind zeit- und temperaturabhängig
Das mechanische Verhalten von Kunststoffen ist von der Belastungszeit und der Temperatur abhängig, weshalb entsprechende Versuche für eine Beschreibung des Werkstoffverhaltens notwendig sind. Der Zeitstand-Zugversuch nach DIN EN ISO 899 misst die fortschreitende Dehnung der Probekörper unter einer langzeitig wirkenden und konstanten Spannung. Umgekehrt erfährt der Probekörper beim Relaxationsversuch eine konstante Dehnung, während die Spannung mit fortschreitender Versuchsdauer sinkt. Der Zugversuch wird aufgrund der geringeren Komplexität bevorzugt. Das Ergebnis des Zeitstand-Zugversuchs ist das Kriechverhalten. Es wird über einen weiten Parameterbereich von Spannungen und Temperaturen charakterisiert und wird daher auch als Vielpunkt-Kennwert bezeichnet.
Mangelnde Verfügbarkeit von Langzeitdaten
Daten zum Kriechverhalten eines bestimmten Werkstoffs sind oft nicht in dem Umfang verfügbar, wie sie für die Dimensionierung benötigt werden. Während Kennwerte aus dem Kurzzeit-Zugversuch noch häufig in Materialdatenbanken oder technischen Datenblättern zu finden sind, verhält es sich bei Langzeiteigenschaften aus dem Zeitstand-Zugversuch gegenteilig. Zusätzliche Anforderungen, wie zum Beispiel eine erhöhte Umgebungstemperatur, lassen die Wahrscheinlichkeit auf verfügbare Daten weiter sinken. Die Situation lässt sich unter anderem dadurch erklären, dass der Zeitstand-Zugversuch aufgrund der erhöhten Prüfdauer und der Menge an zu prüfenden Parametern wesentlich höhere Kosten verursacht. Daher werden die Messungen von den Werkstoffherstellern auf einen Basisdatensatz beschränkt oder häufig nicht durchgeführt. Dienstleistungsunternehmen und Forschungseinrichtungen besitzen ebenfalls nur eingeschränkte Kapazitäten für die Messung von Langzeiteigenschaften. In Kombination mit einer Prüfdauer, die je nach Anwendungsfall oft 1.000 oder 10.000 Stunden beträgt, ergeben sich lange Wartezeiten, die die Konstruktions- oder Simulationsarbeiten weiter verzögern. Die Anschaffungskosten einer Zeitstand-Prüfmaschine sind im Vergleich zu einer Universalprüfmaschine, die für den Kurzzeitversuch eingesetzt wird, sehr hoch und unverhältnismäßig im Vergleich zum Nutzen, was die geringe Verfügbarkeit von Langzeitdaten erklärt.
Neu bei IMPETUS: Eigener Prüfstand zur Kriechdatenmessung bis zu Temperaturen von 200 °C
Aufgrund dessen misst die Impetus Plastics Engineering GmbH das Kriechverhalten direkt bei Bedarf in den eigenen Räumlichkeiten. Der eingesetzte Prüfstand führt die Messung des Kriechverhaltens an sieben Prüfplätzen gleichzeitig durch. Abhängig von der geforderten Prüfspannung, kommt entweder der Vielzweckprobekörper nach ISO 20753 oder ein maßstäblich verkleinerter Probekörper zum Einsatz. Die maximale Prüfkraft pro Achse beträgt 1200 N. So kann eine Prüfspannung von bis zu 120 MPa realisiert werden. Die Prüfung erfolgt in einem lokal geregelten Temperaturfeld. Die Umgebungstemperatur kann auf bis zu 200 °C erhöht werden und ermöglicht dadurch eine Prüfung von temperaturbeständigen Werkstoffen. Die Messung der Dehnung erfolgt berührungslos mit einem optischen Messsystem. Eine Beeinflussung der Proben durch das Messmittel ist somit ausgeschlossen.
Werkstoffdaten von besonderer Bedeutung für die Genauigkeit von Simulationen
Die Impetus Plastics Engineering GmbH ist eine Ingenieurgesellschaft, die auf den Produktentwicklungsprozess im Kunststoffbereich spezialisiert ist. Eine der Kernkompetenzen des Unternehmens liegt in der computergestützten Simulation. Ein spezielles Teilgebiet umfasst die strukturmechanischen Analysen von Einzelkomponenten und Gesamtbaugruppen mithilfe der Finite-Elemente-Methode. Die Ergebnisqualität dieser Analysen hängt auch von den eingesetzten Werkstoffdaten ab. Stellt der Werkstoffhersteller auf Anfrage keine Daten zur Verfügung, werden die benötigten Kennwerte selbst gemessen. Die selbst durchgeführte Messung besitzt den Vorteil, dass alle Randbedingungen der Prüfung bekannt sind. Die Folge ist eine erhöhte Sicherheit bei der Auswertung der Ergebnisse.
Kontaktinformationen:
Standort Bad Aibling
Tel.: +49 8061 348999-0
E-Mail: info@impetus-engineering.de
oder nutzen Sie unser Kontaktformular
Wir freuen uns auf Ihren Anruf! – Jederzeit
