MultiTester prüft Haltbarkeit von Kunststoffen genauer
Kaffeemaschine, Benzinpumpe, Abflussrohre – ohne Kunststoffe wäre unser Alltag undenkbar. Wie lange die einzelnen Kunststoffteile halten, ist schwer absehbar. Mit einem neuen Prüfgerät, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt, kann nun deutlich einfacher und genauer die Haltbarkeit von Kunststoffen gemessen werden.
Die spezielle Form des Prüfkörpers erlaubt wesentlich realistischere Prüfszenarien für Bauteile aus Kunststoff.
Foto: Fraunhofer LBF
Der Werkstoff, der umgangssprachlich meist Plastik genannt wird, erfüllt im Alltag wichtige Aufgaben: Er sorgt beispielsweise dafür, dass die Waschmaschine läuft, der Kaffee aus der Maschine gut schmeckt, Abflussrohre sauber bleiben oder Dämmmaterialien dicht halten. Darin, dass die Stoffe so unterschiedlich eingesetzt werden, liegt aber auch das Dilemma derjenigen, die die Belastungstests durchführen und die Haltbarkeit vorhersagen sollen.
Genauer Vorhersagen der Haltbarkeit kaum möglich
„Die Messungen blieben bis jetzt oft nur Annährungswerte“, sagt Dominik Spancken vom Fraunhofer-Institut LBF und erklärt den typischen Ablauf: „Üblicherweise erhalten wir von unseren Kunden eine bestimmte Menge Kunststoffgranulat, den Ausgangsstoff für Plastikprodukte. Aus diesen formen wir die Prüfkörper und setzen sie unterschiedlichen Belastungen aus. Unsere Rechner erfassen die Werte und errechnen ein Lebensdauermodell für das jeweilige Material.“
Der Nachteil dieser Methode: Die Forscher können immer nur eine räumliche Belastung untersuchen, einen punktuellen Druck oder Zug beispielsweise. Tatsächlich sind Kunststoffkomponenten jedoch meist mehraxialen Belastungen ausgesetzt – das bedeutet, sie werden gleichzeitig mehreren verschiedenen Belastungen ausgesetzt.
Neues Verfahren liefert realistischere Werte
Um die Belastungen realistischer darzustellen, entwickelten die Forscher ein neues Prüfgerät, den „MultiTester“, der an eine Käseglocke erinnert. Mit ihm wird die spätere Belastung mit dem Innendruckverfahren simuliert. Dabei presst eine spezielle Apparatur ein flüssiges Medium wie Wasser, Öl oder Lauge von innen an die Wände des Prüfkörpers – so wird der Druck gleichmäßig verteilt.
Der MultiTester wird im Spritzgussverfahren hergestellt und kann an unterschiedliche Testszenarien angepasst werden. Wanddicke, Umwelteinflüsse oder Belastungsarten können beliebig variiert und so stärker der späteren Gebrauchsrealität angepasst werden. Die Wissenschaftler können außerdem bestimmen, wie hoch der Einfluss von verstärkenden Fasern ist. „Meist halten diese Spezialmaterialien den doppelten Druck aus“, schildert Spancken.
Die neue Methode ergänzt die bisherigen Prüfszenarien, die nach wie vor genutzt werden, um erste Vorhersagen über das Belastungsverhalten eines bestimmten Bauteils zu machen. Der MultiTester überprüft die ermittelten Daten und definiert noch exaktere Belastungsgrenzen.
Wer sich ein Bild des neuen Prüfkörpers machen will, kann das auf der Messe „Composites Europe“ von 17. bis 19. September in Stuttgart. Dort präsentiert das LBF die Technologie in Halle 6 an Stand A02 erstmals der Öffentlichkeit.
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