Ziel

Ziel diese Projektes ist es, ein Materialmodell für Elastomerwerkstoffe zu entwickeln, das insbesondere deren Verhalten unter für die Dichtungstechnik typischen Einsatzbedingungen abbildet. Versuchseinrichtungen zur Untersuchung spezifischer Aspekte des Verhaltens werden aufgebaut.

Ausgangssituation

Elastomerbauteile werden heutzutage überwiegend noch auf Basis der Ergebnisse experimenteller Untersuchungen weiterentwickelt und optimiert. Dieser Prozess ist sowohl kosten- als auch zeitintensiv und ermöglicht eine Aussage über das Verhalten eines Bauteils mit hinreichender Genauigkeit meist nur für die im Versuch realisierten Bedingungen. Ziel der aktuellen Forschung ist es daher, Methoden wie die Finite-Elemente-Simulation auch für elastomere Bauteile einzusetzen, um deren Verhalten bereits im Entwicklungsstadium unter allen möglichen Einsatzbedingungen charakterisieren und eine sichere Funktion gewährleisten zu können. Die Aussagekraft der Simulationsergebnisse wird entscheidend von der zugrundegelegten Materialbeschreibung bestimmt. Das thermo-viskoelastische Verhalten von Elastomerwerkstoffen ist dabei ebenso abzubilden wie der Einfluss jeglicher Umgebungsbedingungen (z.B. Sauerstoff- und Schmierstoffeinwirkung, mechanische Beanspruchung) und die damit verbundenen Alterungs- und Ermüdungserscheinungen. Um entsprechende Modelle auch in der Praxis einsetzen zu können, ist hinsichtlich des experimentellen Aufwands, der zur Kalibrierung, d.h. zur Anpassung eines Materialmodells an einen konkreten Werkstoff, erforderlich ist, eine Grenze gesetzt.

Vorgehensweise

Ziel des Projektes ist es, die Grundlage für ein Materialmodell zu schaffen, mit dem die Möglichkeit besteht, das für in der Dichtungstechnik eingesetzte Elastomerbauteile relevante Materialverhalten abzubilden. Da im Rahmen dieses ersten Projektes nicht alle Aspekte berücksichtigt werden können, werden zunächst nur Teilaspekte des Materialverhaltens abgebildet. Zunächst soll das Erweichungsverhalten elastomerer Werkstoffe, dass sich bei konstanter Deformation und sich ändernder Temperatur zeigt, also Randbedingungen, die für statische Dichtungen typisch sind aber auch als Grundzustand bei dynamischen Dichtungen vorkommen, untersucht und beschrieben werden. Da neben dem Hochtemperaturverhalten auch dem Tieftemperaturverhalten große Bedeutung zukommt, wird eine Versuchseinrichtung aufgebaut, mit der es möglich ist, in einen Temperaturbereich von -60°C bis 120°C entsprechende anisotherme Relaxationsversuche zu fahren. Grundlage für die Materialbeschreibung soll eine thermodynamische Mischungstheorie sein, die das Elastomer als Mischung aus Polymer und Füllstoff unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen beschreibt.