Werkstoffauswahl für den Einsatz von Kunststoffen in hochbeanspruchten Strukturbauteilen
Research output: Thesis › Diploma Thesis
Standard
2014.
Research output: Thesis › Diploma Thesis
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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 -