Kunststoffe verhalten sich temperatur- und dehnratenabhängig. Bei der Auslegung von Bauteilen ist es daher wichtig, das Verhalten des verwendeten Polymers nicht nur bei Laborbedingungen, sondern unter den späteren Einsatzbedingungen zu kennen.
Gut gekühlt: eine trockene Kunststoffprobe vor der Düse
Fraunhofer LBF
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben zu diesem Zweck die dynamischen Testmöglichkeiten am institutseigenen Schnellzerreißer mit einer Vorrichtung erweitert, die es ermöglicht, Kunststoffe auch bei tiefen Temperaturen – validiert sind bis -40 Grad Celsius – ohne Thermokammer zu prüfen.
Mit der neuen Vorrichtung sollen Kunststoffe auch bei Temperaturen unterhalb Raumtemperatur geprüft werden können. Hierüber lasse sich die Dehnung optisch mit DIC/GSC (Digital Image Correlation/Greyscale Correlation) messen. Somit werde auf der Probe ein 2D-Dehnungsfeld ermittelt, aus dem die Längs- und Querdehnungen abgeleitet werden können. Die tiefen Temperaturen erzeugt das Forscherteam mit durch flüssigen Stickstoff gekühlter Druckluft, wobei die Probe im Strom dieser Luft steht. Eine Thermokamera überwacht die Temperatur flächig, und die Messung wird gestartet, sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. Der Vorteil der Mischung aus Druckluft und Stickstoff besteht nach Angaben des LBF darin, dass die Druckluft trocken ist und sich nur wenige Eiskristalle auf der Probenoberfläche bilden. Zudem sorge die Gasmischung aus dem Kältespeicher für eine konstantere Temperatur des Luftstroms als bei einer direkten Stickstoffbeaufschlagung.
Vom Granulatsack bis zur Materialkarte
Die neue Kühlvorrichtung besteht aus einem Regler- und Schaltelement, einem Kältespeicher, einem Stickstofftank und einer Zuleitung zur Probe. Der Verzicht auf eine Thermokammer biete den Vorteil, dass sich zwischen Kamera und Probe keine Scheibe befindet, die anlaufen oder einfrieren kann oder bei einer Scheibenheizung Luftwirbel bildet. Dies komme nicht nur der DIC und somit den Ergebnissen zugute, sondern ermögliche auch eine flexible Prüfung von unterschiedlichen Bauteilgrößen und verschiedenen Lastarten
Mit der neuen Kühlvorrichtung komplettiert das Fraunhofer LBF sein Angebot an Prüfungen im anwendungsrelevanten Temperaturbereich. In diesem Spektrum können nicht nur die Prüfungen selbst durchgeführt werden – es ist auch möglich, die am Institut vorhandene Erfahrung zu nutzen, um den gesamten Prozess von der Anlieferung eines Granulatsackes bis zur validierten Materialkarte aus einer Hand zu realisieren.
Mit seinen Prüfverfahren unterstützt das Darmstädter Institut zahlreiche Branchen bei der Auslegung anwendungssicherer Bauteile aus Kunststoff. Dazu zählen beispielsweise die Automobilindustrie, Automobilzulieferer, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie Rohstoffhersteller und Hersteller von Consumer-Produkten, wie Sportartikel, Gartengeräte oder elektrische Handwerkzeuge.