Um Werkstoffe für den gewünschten Einsatzzweck nutzbar zu machen, muss ihr Verhalten unter verschiedenen mechanischen und klimatischen Bedingungen untersucht werden. Die Ergebnisse von statistischen, dynamischen und thermochemischen Prüfungen sind die Basis für eine umfassende Charakterisierung der Materialien, die für eine erfolgreiche Produktentwicklung unabdingbar ist. Als führender Anbieter von Entwicklungsdienstleistungen hat ARRK Engineering deshalb in der Nähe seines Münchner Stammsitzes ein eigenes Werkstofflabor eingerichtet. Dadurch können sowohl Automobilhersteller als auch Maschinen- und Anlagenbauer oder die Luft- und Raumfahrtindustrie in diesem Bereich umfassend von den ARRK Engineering-Spezialisten unterstützt werden. Die im Versuch gewonnenen Erkenntnisse sollen darüber hinaus in Materialkarten übertragen werden, um so die Simulationsmodelle für Struktur- und Crash-Berechnungen zu optimieren.
„Im Vorfeld der Entwicklung unserer Strategie 2020 haben wir Interviews mit unseren Kunden geführt. Die Einrichtung eines eigenen Werkstofflabors, in dem sich nahezu alle Materialien, auch Verbundwerkstoffe und Materialverbindungen, charakterisieren lassen, ist die logische Schlussfolgerung aus dem ermittelten Bedarf“, legt Anne-Claire Höppner, Bereichsleiterin Erprobung & Versuch sowie Leiterin des Center of Competence (CoC) Material Testing & Simulation bei ARRK Engineering, dar. Im Rahmen verschiedenster Projektlandschaften, vorrangig im Bereich der automobilen Werkstoffentwicklung, konnte in den letzten Jahrzehnten hausintern eine fundierte fachliche Expertise im Bereich Werkstoffe aufgebaut werden. So sind die Spezialisten von ARRK Engineering in der Lage auf ein umfassendes Know-how im Umgang mit den Maschinen und ein breites Wissen über das Materialverhalten von Elastomeren, Thermoplasten, Faserverbunden, Klebstoffen, Oberflächen und Metallen zurückzugreifen. Die Möglichkeit im hauseigenen Labor des Entwicklungsdienstleisters eigenverantwortlich Versuche durchzuführen, schafft nun optimale Bedingungen, um die Zusammenarbeit mit einem breiten Kundenspektrum zu intensivieren.
Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine erlaubt dynamische Charakterisierung
Um sowohl die Kennwerte von Metallen als auch von Kunststoffen umfassend ermitteln zu können, wurde der bereits vorhandene Maschinenpark erweitert. Zu den angebotenen Leistungen gehört neben der Probenherstellung und der Vorbereitung nach Norm auch die Durchführung von Versuchen zur mechanischen Werkstoffprüfung einschließlich quasi-statischer sowie dynamischer Kennwertermittlung. „Wir erfassen unter anderem richtungsabhängige Spannungen, die Druck- und Zugfestigkeit, die maximale Schubverformung oder die Kerbschlagzähigkeit“, berichtet Höppner. „Um auch Composite-Materialien dynamisch charakterisieren zu können, steht uns ab Anfang 2017 zudem eine Zwick HTM 16020-Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine zur Verfügung.“ Im Rahmen der thermochemischen Prüfungen können Aushärtegrad, Faservolumen- beziehungsweise Füllstoffgehalt untersucht werden. Darüber hinaus bietet ARRK Engineering Umweltsimulationen sowie die Prüfung von lösbaren und unlösbaren Verbindungen an. Ein besonderer Schwerpunkt wurde hierbei auf Klebstoffe gelegt, da diese noch wenig erforscht sind. So lassen sich beispielsweise die Ausdehnung bei Wärme, die Viskosität und der Gelpunkt sowie die Glasübergangs- und die Kristallisationstemperatur beschreiben.
Prognosefähige Materialkarten für Struktur- und Crash-Berechnungen
„Mit unserem Leistungsspektrum decken wir alle Prüfungen ab, die insbesondere für die Automobilindustrie relevant sind“, resümiert Roman Sternagel, Gruppenleiter für den Bereich Werkstoffprüfung. „Der nächste Schritt ist, die gesammelten Erkenntnisse für die Simulation aufzubereiten. So können wir unseren Kunden eine umfassende Lösung anbieten.“ Dazu werden die Kennwerte prozessoptimiert in geeignete Computermodelle eingearbeitet, um prognosefähige Materialkarten zu erstellen. Diese sind beispielsweise für die Struktur- oder Crash-Berechnungen während der Entwicklung von Bauteilen erforderlich. „Die Überführung in eine solche Karte ist komplex, da zunächst einmal geklärt werden muss, welche Software und welches Materialmodell sich überhaupt dafür eignet, um das Verhalten realitätsnah zu beschreiben“, ergänzt Sternagel. Das langfristige Ziel ist es, eine Datenbank anzulegen, in der die verschiedenen Materialien so umfassend wie möglich charakterisiert sind. Als Basis dafür wurde bereits mit der Untersuchung ausgewählter Werkstoffe begonnen.
