Elektrodynamische Linear-Torsion-Prüfmaschine

• Fachliche Zuordnung: Produktionstechnik ; Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524805243

Das Ermüdungsverhalten eines Werkstoffs setzt sich allgemein aus den Materialeigenschaften und dessen Mikrostruktur, den Fertigungsparametern sowie den einwirkenden Belastungszuständen zusammen. Häufig führen dabei dynamische Beanspruchungen zu einem Bauteilversagen. Oft entsteht hier die Schwierigkeit den komplexen Spannungszustand, der am Bauteil unter realen Bedingungen vorliegt, entsprechend im Labor abzubilden. Multi-axiale Belastungszustände treten dabei in verschiedenen Anwendungsgebieten auf, beispielsweise in der Medizintechnik (z. B. Hüftprothesen), der Energietechnik (z. B. Windenergierotorblatt), der Luftfahrt (z. B. Leitwerk) sowie der Sportbranche (z. B. Laufschuh). Aufgrund der fehlenden Prüftechnik werden häufig uniaxiale Belastungszuständen untersucht und daraus das Verhalten unter multi-axialer Belastungen abgeleitet. Dieses Vorgehen basiert meist auf stark vereinfachten Annahmen, die nur selten die Realität widerspiegeln. Hier fehlt neben der eigentlichen Prüftechnik ein Verständnis zu stattfindenden Schädigungsvorgängen unter multi-axialer Belastung und entsprechende Materialmodellierungen. Als Folge werden Bauteile nicht optimal ausgelegt und müssen mit hohen Sicherheitsfaktoren versehen werden. Eine nachhaltigere und ressourceneffizientere Bauteilauslegung sowie konsequenter Leichtbau können damit in zahlreichen Anwendungsgebieten derzeit nicht umgesetzt werden. Diese Lücke soll durch das beantrage Prüfgerät und damit ermöglichte Forschungsaktivitäten geschlossen werden. Das beantragte Forschungsgroßgerät ermöglicht multi-axiale Prüfungen von Probekörpern und Bauteilen unter statischer sowie dynamisch-zyklischer Belastung bei Kräften bis 10 kN sowie Torsionsmomenten bis 100 Nm. Die integrierte Thermographie-Kamera erlaubt die Erkennung erster Materialschädigung sowie die Möglichkeit zur adaptiven Frequenzkontrolle, um die wissenschaftliche Interpretationsmöglichkeiten zu erweitern sowie eine effizientere und schnellere Materialprüfung zu gewährleisten. Die Anbindung der elektrisch-dynamischen Prüfmaschine an eine durchgehende, verfolgbare Materialentwicklungsprozesskette ermöglicht darüber hinaus einen konstanten, standardisierten Datenzugriff. Damit werden neue (Forschungs-) Potentiale für die schnellere und qualitativ hochwertigere Evaluierung neuer Werkstoffe und Verfahren geschaffen. Beispielsweise können Prozessdaten, Formulierungen und Materialkennwerte verknüpft und komplexe Zusammenhänge durch digitale Methoden identifiziert werden. Dadurch werden aktuelle Trends zu zunehmend komplexeren Materialformulierungen (beispielsweise Einsatz von Rezyklat und biobasierten Werkstoffen), zu neuen Fertigungstechnologien, zu immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen und zu längeren Produktlebenszeiten adressiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Elektrodynamische Linear-Torsion-Prüfmaschine
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Universität Bayreuth
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel