TY - THES

T1 - Werkstoffauswahl für den Einsatz von Kunststoffen in hochbeanspruchten Strukturbauteilen

AU - Röper, Florian

N1 - gesperrt bis 10-09-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der kunststoffgerechten Werkstoffauswahl für hochbeanspruchte Strukturbauteile. Zunächst wird die prinzipielle Methodik eines systematischen Werkstoffauswahlprozesses vorgestellt. Ausgangspunkt der Arbeit ist eine detaillierte, kunststoffspezifische Analyse der relevanten Anforderungsbedingungen für Strukturanwendungen, insbesondere in Bezug auf Einsatztemperaturen, Medieneinfluss und maßgebliche Anwendungszeiten. Unter Berücksichtigung verarbeitungstechnischer und wirtschaftlicher Randbedingungen werden die entscheidenden Werkstoffeigenschaften definiert, die einer kunststoffgerechten Werkstoffrecherche zu Grunde zu legen sind. Auf Basis dieser für den Anwendungsfall relevanten Eigenschaftsdarstellung werden verfügbare kunststoffspezifische Datenbanken sowie der Funktionsumfang der zugehörigen Auswahltools vorgestellt. Die Datenbanken werden hinsichtlich ihrer Aktualität, der Datenherkunft und ihrer Vollständigkeit miteinander verglichen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass derartige Datenquellen zwar eine Werkstoffvorauswahl im Sinne einer groben Eingrenzung einsatztauglicher Kunststoffe zulassen, die konkrete Werkstoffentscheidung aber immer auch kunststoffspezifische Werkstoffinformationen hinsichtlich Langzeittauglichkeit bei anwendungsrelevanten Umgebungsbedingungen (z.B. erhöhte Temperaturen, Medieneinfluss) erforderlich macht. Diesbezüglich wird in einer Fallstudie am Beispiel „Kunststofftechnische Werkstoffauswahl für Großpumpenanwendungen“ eine Charakterisierungsmethodik vorgestellt, die eine effiziente Abschätzung der Einsatztauglichkeit in Frage kommender Kunststoffe ermöglicht. Den Kern dieser Charakterisierungsmethodik bilden Kriechuntersuchungen im Wasserbad bei unterschiedlichen Temperaturen (in Anlehnung an die Stepped Isothermal Method) mit anschließender Erstellung von Kriechmodulmasterkurven für den einsatzrelevanten Zeitbereich von 10 Jahren. Auf dieser Basis wurden die vorausgewählten Werkstoffe Polyamid 6.6 mit 30 und 50 % Glasfaserverstärkung, Polyphtalamid mit 35 % Glasfaserverstärkung, Polyphenylenether mit 30 % Glasfaserverstärkung, Polyphenylensulfid mit 40 % Glasfaserverstärkung und Polyoxymethylen mit 25 % Glasfaserverstärkung untersucht und hinsichtlich deren Anwendungseignung diskutiert.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der kunststoffgerechten Werkstoffauswahl für hochbeanspruchte Strukturbauteile. Zunächst wird die prinzipielle Methodik eines systematischen Werkstoffauswahlprozesses vorgestellt. Ausgangspunkt der Arbeit ist eine detaillierte, kunststoffspezifische Analyse der relevanten Anforderungsbedingungen für Strukturanwendungen, insbesondere in Bezug auf Einsatztemperaturen, Medieneinfluss und maßgebliche Anwendungszeiten. Unter Berücksichtigung verarbeitungstechnischer und wirtschaftlicher Randbedingungen werden die entscheidenden Werkstoffeigenschaften definiert, die einer kunststoffgerechten Werkstoffrecherche zu Grunde zu legen sind. Auf Basis dieser für den Anwendungsfall relevanten Eigenschaftsdarstellung werden verfügbare kunststoffspezifische Datenbanken sowie der Funktionsumfang der zugehörigen Auswahltools vorgestellt. Die Datenbanken werden hinsichtlich ihrer Aktualität, der Datenherkunft und ihrer Vollständigkeit miteinander verglichen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass derartige Datenquellen zwar eine Werkstoffvorauswahl im Sinne einer groben Eingrenzung einsatztauglicher Kunststoffe zulassen, die konkrete Werkstoffentscheidung aber immer auch kunststoffspezifische Werkstoffinformationen hinsichtlich Langzeittauglichkeit bei anwendungsrelevanten Umgebungsbedingungen (z.B. erhöhte Temperaturen, Medieneinfluss) erforderlich macht. Diesbezüglich wird in einer Fallstudie am Beispiel „Kunststofftechnische Werkstoffauswahl für Großpumpenanwendungen“ eine Charakterisierungsmethodik vorgestellt, die eine effiziente Abschätzung der Einsatztauglichkeit in Frage kommender Kunststoffe ermöglicht. Den Kern dieser Charakterisierungsmethodik bilden Kriechuntersuchungen im Wasserbad bei unterschiedlichen Temperaturen (in Anlehnung an die Stepped Isothermal Method) mit anschließender Erstellung von Kriechmodulmasterkurven für den einsatzrelevanten Zeitbereich von 10 Jahren. Auf dieser Basis wurden die vorausgewählten Werkstoffe Polyamid 6.6 mit 30 und 50 % Glasfaserverstärkung, Polyphtalamid mit 35 % Glasfaserverstärkung, Polyphenylenether mit 30 % Glasfaserverstärkung, Polyphenylensulfid mit 40 % Glasfaserverstärkung und Polyoxymethylen mit 25 % Glasfaserverstärkung untersucht und hinsichtlich deren Anwendungseignung diskutiert.

KW - Werkstoffauswahl

KW - kunststoffgerecht

KW - Umgebungsmedien

KW - Kriechverhalten

KW - materials selection

KW - polymer specific

KW - media influence

KW - creep test

M3 - Diplomarbeit

ER -