Kunststoffbauteile 02.03.2022, 10:16 Uhr

Langzeit-Werkstoffdaten für die Simulation nutzbar machen

SKZ und Part starten Projekt, zur Entwicklung von Prüfkonzepten und Werkstoffmodellen. Ziel: die aufwandsoptimierte Langzeitauslegung von Kunststoffbauteilen.

Motorische Zeitstandapparatur zur zeitraffenden Ermittlung des Langzeit-Verformungs- und -Versagensverhaltens von Kunststoffen. Foto: SKZ

Motorische Zeitstandapparatur zur zeitraffenden Ermittlung des Langzeit-Verformungs- und -Versagensverhaltens von Kunststoffen.

Foto: SKZ

Das Kunststoff-Zentrum SKZ aus Würzburg und Part Engineering aus Bergisch Gladbach und starten ein gemeinsames Entwicklungsprojekt zur Langzeitauslegung von Kunststoffbauteilen. Wie das SKZ mitteilt, soll der gezielte Einsatz zeitraffender Prüfmethoden und neuartiger Werkstoffmodelle Zeitaufwand und Kosten drastisch reduzieren. Das intelligente Verarbeiten ausgewählter Werkstoffdaten zur akkuraten und umfassenden Beschreibung des Langzeit-Verformungs- und -Versagensverhaltens von Kunststoffen soll für Effizienzsteigerung und Benutzerfreundlichkeit sorgen.

Das Beschaffen von Langzeit-Werkstoffdaten für die Simulation von Kunststoffbauteilen ist, wie das SKZ ausführt, für Berechnungsingenieure und Konstrukteure oft eine große Herausforderung. Valide und aussagekräftige Daten zum Langzeit-Verformungsverhalten (Kriechkurven) und -Versagensverhalten (Zeitstandkurven) seien in vielen Fällen nicht vorhanden. Grund dafür sei der große Aufwand, um diese Daten experimentell zu ermitteln. Denn die erforderlichen Langzeit-Kriechversuche seien sehr zeit- und kostenintensiv.

Prüfmethoden effizienter gestalten

Mit einem kürzlich gestarteten zweijährigen Entwicklungsvorhabens wollen Part Engineering und das SKZ dieses Thema angehen und Lösungen entwickeln, heißt es weiter. Das Vorhaben ziele einerseits darauf ab, die erforderlichen Prüfmethoden effizienter zu gestalten und zu automatisieren. Diese Fortschritte sollen Prüfzeiten und -kosten erheblich reduzieren. Das SKZ wendet dazu unter anderem die sogenannte Stepped IsoStress Method (SSM) an, ein beschleunigter Kriechversuch mit Spannungsstufen. Part Engineering entwickelt eine Methode, um Kriechkurven auch auf Basis von wenigen Werkstoffdaten zu berechnen. Dazu werden mathematische Werkstoffmodelle eingesetzt. Als Hauptziel des Vorhabens streben beide Partner an, das Langzeit-Verformungsverhalten bis zum Versagenszeitpunkt komplett abzubilden. Als Ergebnis liegen somit Kriechkurven vor, die nicht nur das langzeitige Verformungsverhalten, sondern auch den Versagenseintritts beschreiben.

Ergebnisse einfach nutzbar machen

„Wir sind mit dem SKZ bereits seit vielen Jahren partnerschaftlich verbunden. Zum einen als Mitglied der Fördergemeinschaft, aber auch als industrieller Partner bei der Begleitung von Forschungsvorhaben. Umso mehr freut es uns, dass wir nun unsere Zusammenarbeit auch in einem gemeinschaftlichen Entwicklungsvorhaben intensivieren“, sagt Dr. Wolfgang Korte, Geschäftsführer bei Part Engineering. „Die Ergebnisse werden in unsere Softwareprodukte einfließen und den Nutzen für unsere Kunden erhöhen. Dabei legen wir besonderen Wert darauf, dass die Ergebnisse in einfacher Weise nutzbar gemacht werden. Unser Anspruch als Softwareanbieter ist es, durch eine intelligente Verarbeitung bereits existierender Werkstoffdaten einen spürbaren Mehrwert in Form von Aussagekraft oder Datenabdeckung der Simulation zu erzielen.“

Daten mit wenig Aufwand erzeugen

„Auch wenn gar keine Daten vorliegen, wollen wir Unternehmen befähigen, diese mit minimalem Aufwand zu generieren. Unsere langjährige Erfahrung mit zeitraffenden mechanischen Prüfungen fließt in die Optimierung der Prüfmethodik für die industrielle Praxis ein“, sagt Dr. Kurt Engelsing, Geschäftsfeldleiter Bauteileigenschaften am SKZ. „Dabei legen wir besonderen Wert auf eine automatisierte Auswertung zur Steigerung der Effizienz und einfachen Handhabung für den Anwender. Die neuen Werkstoffmodellen eröffnen den Unternehmen somit deutliche Zeit- und Kostenvorteile bei der Langzeitauslegung ihrer Kunststoffbauteile.“

Beide Partner ergänzen sich in idealer Weise, um das angestrebte Entwicklungsziel zu erreichen. Das SKZ bringt über viele Jahrzehnte aufgebaute Expertise im Bereich der Prüfung von Kunststoffen und der Ermittlung von Langzeitdaten ein. Part Engineering ist seit über zwei Jahrzehnten eine renommierte Adresse, wenn es um die Simulation und Werkstoffmodellierung von Kunststoffen geht. Das Entwicklungsvorhaben wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Die breite Kundenbasis beider Partner sowie die Softwareprodukte von Part Engineering garantieren eine Verbreitung der Entwicklungsergebnisse in die industrielle Praxis.

Zu den Projektpartnern:

Als Europas größtes Kunststoff-Institut bietet das SKZ seit 61 Jahren praxisgerechte Lösungen für die Kunststoff-Industrie entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Neben Forschung und Entwicklung mit direktem Praxisbezug bietet das SKZ Prüf- und Zertifizierungsdienstleistungen zur Qualitätssicherung von Werkstoffen und Fertigprodukten, Kongresse und Tagungen zur Weiterbildung von Fach- und Führungskräften, Praxisseminare und Lehrgänge zur Qualifizierung von Praktikern sowie Zertifizierungen von Managementsystemen zum Beispiel. nach ISO 9001. Getragen wird das SKZ von einem leistungsstarken Netzwerk mit mehr als 400 Unternehmen. Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.

Part Engineering ist ein Technologieunternehmen, das 1999 als technisches Beratungsunternehmen gegründet wurde. Heute entwickelt und vertreibt Part Engineering weltweit CAE Software und Simulations-Dienstleistungen im Umfeld der technischen Simulation. Das Unternehmen hat in breiten Industriesegmenten mehr als 400 Kunden weltweit.

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Von SKZ/Udo Schnell

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