K 2022

•••3••• Branchennews Biaxialer Zugversuch Prüfvorschriften auf den aktuellen Forschungsstand gebracht Die Auslegung von Kunststoffbauteilen basiert im ersten Schritt auf den für Metalle bewährten Modellen. Diese Modelle können zu kritischen Fehlinterpretationen bei Kunststoffbauteilen führen, die vorwiegendmehraxialen Zugbelastungen ausgesetzt sind. PassendereMaterialmodelle für Kunststoffe benötigen Daten aus den 2D- und 3D-Zugversuchen, welche aus den uniaxialen Zug- undDruckversuchen nicht gewonnenwerden können. Wissenschaftliche Teams amFraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben bekannte Prüfvorschriften für den biaxialen Zugversuch unter Temperatureinfluss analysiert und auf den aktuellen Forschungsstand gebracht. Die implementierte optische Messung während der Belastung erfasst das mechanische Verhalten des Probekörpers. Die Daten aus dem innovativen Prüfverfahren vereinfachen die Auswahl und die Anpassung eines materialgerechten Modells, was eine zuverlässige Extrapolation auf 3D-Zug erlaubt. Diese Vorgehensweise ist für sicheres und kosteneffektives Design von Kunststofftanks entscheidend. Etablierte Auslegungsmethoden basieren in der Regel auf Daten aus uniaxialen Zugversuchen. Bei Kunststoffbauteilen sind solche Methoden kritisch zu bewerten. Vor allem bei Tanks und Behältern, die unter Innendruck stehen, bei Ventilen oder Bauteilen in Unterwasseranwendungen führen solche Auslegungen zu „unerwartetem“ Versagen im Einsatz. Ziel des Forscherteams ist, der Industrie anwendungsbezogene und wirtschaftliche Methoden bereitzustellen, die es erlauben, grundlegende Informationen über das mechanische Verhalten unter mehraxialen Zugbelastungen abzuleiten. Die neue Vorgehensweise des Fraunhofer LBF liefert sowohl Daten für eine zuverlässige Modellierung von Bauteilen unter praxisrelevanten Belastungen als auch geeignete Auslegungswerkzeuge. Bauteile aus dem Automotivebereich, Komponenten im Flugzeugbau oder Produkte für Sport, Medizin und Haushalt können zuverlässiger und kostengünstiger ausgelegt werden. Moderne Methode für 2D-Zugversuche Die Prüfvorrichtung wurde für Kunststoffplatten der Dicke rund zwei Millimeter konzipiert. Diese Dicke entspricht der typischenWandstärke von Kunststoffbauteilen im Spritzgussbereich. Die Platte wird in der Vorrichtung zwischen kreisförmigen Ringen fest eingespannt und mittig mit einer Halbkugel des Indenters belastet, wodurch eine Durchbiegung der Probe verursacht wird. In der Mitte der Probe tritt eine gleichmäßige biaxiale Zugspannung auf. Die Kontaktfläche wird geschmiert und die Reibung beim Krafteinbringen verringert. Spannungssingularitäten im Einspannbereich werden durch eine spezielle Gestaltung der Kanten der Kreisringe reduziert. Die Verformung des Probekörpers wird von einer CCD-Kamera mit einem telezentrischen Objektiv aufgenommen. Dadurch lässt sich verhindern, dass virtuelle Dehnungen erfasst werden, die entstehen, wenn sich die Betrachtungsebene entlang der optischen Achse verschiebt. Die Auswertung der Geometrieänderung in der Platte erfolgt in einem anschließenden Post-Processing unter Verwendung von Grauwert-Korrelationssoftware. Zusätzlich wird eine zweite CCD-Kamera eingesetzt, die den Beginn der Plastifizierung am Rand der Einspannung erfasst. Eingebauter Probekörper mit schwarz-weißem Muster nach dem Test bei 80°C (Ansicht von unten (stempelabgewandt) durch das Seitenfenster). Foto: Fraunhofer LBF Lightweight construction Natural fibre-reinforced plastics details at the Fraunhofer booth in Hall 7, SC01. Current trends demonstrate the growing importance of sustainable products and production processes. Drivers here are not only emission regulations, but also the growing awareness of the environment and sustainability in society. Therefore, more sustainable solutions are needed to transform the product as well as the value chain and product development. Sustainable lightweight construction means innovative future technology. Researchers at the Fraunhofer LBF are deliberately pushing the limits of what is feasible. This results in propertyoptimized, lightweight structural solutions - always considering the reliability, sustainability, and affordability of the technical product solution. Lightweight construction with natural fibre-reinforced plastics used for Li-ion battery housings To respond individual customer requirements and to meet social and political responsibility, a research project was carried out in cooperation between Ansmann AG and the Fraunhofer LBF. Aim was the development of natural fibre-reinforced plastics for usage in Li-ion battery housings. Due to their low density, good mechanical properties, low tendency to splinter and the comparatively low costs, while at the same time increasing sustainability, such natural fibre reinforced plastics were convincing as an alternative to glass or carbon fibre reinforcement Process to produce NFRP organic sheets with reduced thermal stress on the natural fibers At the Fraunhofer LBF, a new process was developed to impregnate different natural fibre fabrics with plastic melt at reduced contact times and modify them according to requirements. Based on an adapted component design of the battery housing, to meet the numerous standards, local natural fibre reinforcements were integrated into the housing using an innovative injection moulding process. Compared to the standard housing, the NFRP-Housing impresses with a weight reduction of 30 percent and a simultaneous increase in rigidity of 15 percent, while at the same time addressing the principle of efficient and environmentally friendly use of resources. Thin organic sheets (B) are made from flax fabrics (A) and polypropylene to reinforce the housing panels of an e-bike battery Foto: Ansmann AG & Fraunhofer LBF Continued from Page 1

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