Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mediendichte metallische Durchführungen für Kunststoffgehäuse/ -behälter unter anwendungsnahen Belastungen

Forschungsziel

Ziel ist die Erarbeitung von Gestaltungshinweisen zur Auslegung von dauerhaft mediendichten metallischen Durchführungen, die eine methodische Herangehensweise bei der Bauteilauslegung, dem Herstellungsprozess und der Bauteilprüfung erlauben.

Lösungsweg

In engem Austausch mit den Industriepartnern aus dem projektbegleitenden Ausschuss werden zu Projektbeginn die Anforderungen an Bauteil- und Kontaktgeometrie sowie die zu berücksichtigenden Randbedingungen festgelegt. Es werden zum einen Probekörper im Spritzgussverfahren und zum anderen endlosfaserverstärkte Laminate mittels Handlaminierung und Aushärtung im Autoklav, jeweils mit metallischen Durchführungen hergestellt. Sie werden Umweltsimulationen ausgesetzt, die Temperaturschock-, Salzsprühnebel- und Klimawechseltests beinhalten. Zudem werden in mechanischen Prüfungen Verformungswechsel untersucht, wie sie zum Beispiel durch Vibrationen oder Druckdifferenzen auftreten. Parallel werden Struktursimulationen durchgeführt, um das Verhalten der Verbindungen gebrauchsnahe zu analysieren. Anhand der experimentellen Untersuchung der Strukturen und durch die Ermittlung von Materialkennwerten werden die Struktursimulationen validiert und Geometrieeinflüsse untersucht.

Angestrebte Ergebnisse

Es sollen auf Basis der Ergebnisse Gestaltungshinweise für mediendichte metallische Durchführungen erarbeitet sowie maßgebende Einflüsse auf die Dichtheit unter anwendungsnahen Bedingungen identifiziert werden.

Nutzen für KMU

Die Gestaltungshinweise ermöglichen es KMU, Kunststoffgehäuse und -behälter mit metallischen Durchführungen unter der Vermeidung unnötiger Iterationsschleifen auszulegen. Hierdurch können KMU den Materialbedarf und Maschinenkapazitäten senken und so Kosten reduzieren. In Bezug auf den Leichtbau können mit den Gestaltungshinweisen zudem Gewichtseinsparungen durch die Vermeidung überdimensionierter Durchführungen erzielt werden, die KMU bei der Entwicklung konkurrenzfähiger Produkte unterstützen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Anwendungsfeld der kurzglasfaserverstärkten Thermoplaste konnten in einigen Bereichen konkrete Zusammenhänge aufgezeigt werden und damit ein Verständnis für die Auslegung von mediendichten metallischen Durchführungen geschaffen werden. Dies gilt insbeondere für die Auslegung von Gehäusestrukturen sowie mechanische und korrosive Belastungen. Im Bereich der thermischen Belastungen konnten wichtige Einflussfaktoren ermittelt werden, die ein weiterer Schritt zum Verständnis dieses komplexen Wirkzusammenhangs bilden. Somit konnten die geplanten Ziele des Forschungsvorhabens erreicht werden.

Im Bereich der endlosfaserverstärkten Kunststoffe konnte durch eine Konkretisierung der Anwendungslasten die für die Dichtigkeit kritischsten mechanischen Lasten gesammelt und experimentell und numerisch nachgebildet werden. Aus den Versuchsergebnissen konnten konkrete Empfehlungen zur dauerhaft dichtenden Durchführung in der als kritisch identifizierte Innendruckbelastung abgeleitet werden. Neben den Wirkzusammenhängen wurden auch die Methodik zur numerischen Modellierung der Faserarchitektur, ein großserientaugliches Fertigungskonzept und Hinweise zur gezielten Leckagedetektion entwickelt.

In beiden Teilbereichen konnten Aufbauten realisiert und Gestaltungshinweise abgeleitet werden, die unmittelbar in der Praxis zur Beurteilung und Optimierung bestehender Bauteile sowie zur Entwicklung und Auslegung neuer Baugruppen eingesetzt werden können.