CAMPUS (Datenbank)

CAMPUS
www.campusplastics.com
Beschreibung	Materialinformationssystem für Kunststoffe
Sprachen	Englisch, Französisch, Deutsch, Spanisch, Italienisch, Japanisch, Chinesisch, Koreanisch
Eigentümer	CWFG mbH
Erschienen	1988

CAMPUS (engl. Akronym für Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards – computergestützte Materialvorauswahl) ist eine mehrsprachige Datenbank für Eigenschaften von Kunststoffen. Sie gilt weltweit als führend in Bezug auf den Grad der Standardisierung und somit Vergleichbarkeit der Kennwerte und die Unterstützung von Kennwertdiagrammen. CAMPUS stützt sich dazu auf die ISO 10350^[1] für Einpunktkennwerte wie z. B. der Dichte und die ISO 11403^[2] für Diagramme, wie z. B. das Spannungs-Dehnungs-Diagramm.

Geschichte

Normungsaktivitäten

Anfang der 1980er war der europäische Markt für Kunststoffformmassen sehr unübersichtlich. Einerseits stieg die Zahl der angebotenen Typen auf 5.000 bis 10.000 an, andererseits existierten allein ca. 2500 DIN-Normen, die sich im weitesten Sinne mit Kunststoff befassten.^[3] Hinzu kommt, dass die Angabe einer Norm nicht ausreicht, um die Prüfmethode genau festzulegen und auch die Herstellbedingungen für die Probekörper das Ergebnis deutlich beeinflussen. Parallel dazu standen seit Anfang der 1980er Personal Computer preisgünstig zur Verfügung und wurden auch für das Anlegen von vielfältigen Datensammlungen genutzt. Dies geschah bei vielen Anwendern, Verarbeitern und Rohstoffherstellern zeitgleich und zunächst völlig unkoordiniert. Somit stellte sich massiv das Problem der Vergleichbarkeit der Daten.

Vorzugs-Probekörpergeometrien in CAMPUS

Aus den genannten Gründen wurde 1984 im DIN-Normenausschuß Kunststoffe (DIN-FNK) mit der Erarbeitung einer Liste von Vorzugsprüfverfahren (sog. Grundwertekatalog)^[4] begonnen, die folgende Randbedingungen erfüllen sollte:

• Festlegung der wichtigsten Herstellbedingungen für eine kleine Zahl von Probekörperformen
• Auswahl aussagekräftiger Prüfverfahren mit Potenzial für internationale Harmonisierung

Auf internationaler Ebene wurde der Vorschlag im ISO TC61/SC1/WG4 unter maßgeblicher Mitwirkung von Großbritannien und Frankreich (sog. Tripartite-Forum) weiterentwickelt und 1990 als ISO 10350^[1] und ISO 11403^[2] verabschiedet. In den Jahren danach wurden die Normen mehrfach revidiert, zuletzt 2008 bzw. 2003.

Softwareentwicklung

Die Anfänge

Anfang 1987 wurde am Rande einer Sitzung des Arbeitskreises zur Vereinheitlichung von Prüfverfahren erstmals der Gedanke geäußert, dem Grundwertekatalog zur allgemeinen Anerkennung zu verhelfen, in dem mehrere Kunststoffhersteller eine einheitlich aufgebaute Datenbank entwickeln. Die Idee wurde innerhalb der Firmen BASF, Bayer, Hoechst und Hüls erörtert und eine Reihe von weiteren Vorteilen gefunden:^[3]

• Kundenwunsch nach Datenvergleichbarkeit erfüllen
• Vielfalt von Broschüren und Datenblättern durch eine Datenbank ersetzen
• schnellere Aktualisierung möglich
• vereinfachte Vorauswahl geeigneter Kunststoffe (Suchfunktion)
• Setzung eines Standards, auch für andere Hersteller

Im März 1987 trafen sich erstmals Experten der vier Firmen, um die Anforderungen an die zu entwickelnde Datenbank näher zu definieren:

• einfacher Zugang: zur damaligen Zeit bedeutete dies eine PC-Anwendung, die auf Diskette vertrieben wurde
• einfache Bedienung: selbsterklärende Menüs und ein Hilfesystem, einheitlich für alle Hersteller
• separate Datenbestände: die Datenpflege obliegt jedem Hersteller selbst
• niedrige Kosten: ein damals wichtiges Argument gegen eine zentrale Datenbank
• breite Einsetzbarkeit: IBM-kompatible PCs erfüllten dies am besten; Mehrsprachigkeit wird angestrebt
• leichte Aktualisierbarkeit: Disketten konnten ein bis zweimal jährlich aktualisiert werden, was ein Fortschritt gegenüber der Broschürenlösung mit mehrjährigem Intervall war. Allerdings wurde bereits gesehen, dass die zentrale Datenbank in diesem Punkt die Diskettenlösung noch übertreffen würde.

In weiteren Treffen wurde hieraus ein Pflichtenheft erstellt und über die Namensgebung beraten. Man einigte sich schließlich auf das Akronym CAMPUS (Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards), wobei Preselection betonen soll, dass für die endgültige Materialauswahl neben prüfkörperbezogenen Daten in den meisten Fällen auch Bauteilprüfungen erforderlich sind. Die Programmierung wurde in Auftrag gegeben und das Ergebnis, die Version CAMPUS 1.2, auf einer Pressekonferenz am 23. Februar 1988 zu einer VDI-K-Tagung der Öffentlichkeit vorgestellt. Dabei wurde auch bekannt gegeben, dass neben den vier Gründern auch alle anderen Kunststoffhersteller Lizenzen erwerben und somit ihre dem Grundwertekatalog entsprechenden Daten den Kunden zur Verfügung stellen können. Die Lizenz beinhaltet die Verpflichtung, ausschließlich streng nach Grundwertekatalog und den dort zitierten Prüfnormen ermittelte Kennwerte, zu veröffentlichen und wird von der Chemie Wirtschaftsförderungs Gesellschaft mbH (CWFG) vergeben.

Version	Datum	Beschreibung / Änderungen
1.2	23.02.1988	Erste Version; textbasiert
2.0	1990	Grafik für Kurvenzüge
3.0	1994	DOS-Menüs und Maussteuerung, neues Datenformat
4.0	1996	Portierung auf MS-Windows
4.1	1998	weitere physikalische Multipoint-Daten
4.5	2001	Ergänzung um Chemikalienbeständigkeit und TPEs
5.0	2004	Mehrfach-Basispolymere; WebUpdate-Funktion
5.1	2007	Additivkennzeichnung, Wärmealterung
5.2	2010	Datenblatt nach VDA-Richtlinie 232-201

Übersicht über die Versionsgeschichte der CAMPUS-Software

Version 2 und 3

Die Resonanz auf CAMPUS war in der Fachwelt von Beginn an sehr positiv und ermöglichte die schnelle Verbreitung und Weiterentwicklung des Systems. Schon im Herbst 1989 wurde auf der Kunststoffmesse K'89 ein Prototyp der Version 2.0 vorgestellt, der ab etwa Mitte 1990 ausgeliefert wurde und neben einer verbesserten Bedienung die Möglichkeiten um zusätzliche Einpunktkennwerte für rheologische und thermische Berechnungsprogramme, erstmals die Darstellung funktionaler Abhängigkeiten von Eigenschaften als Diagramm, beispielsweise in Viskositätskurven und temperaturabhängige Zugversuchskurven ermöglichte. Aufgrund des begrenzten Speicherplatzes wurde ein Konzept eingeführt, bei dem für diese Kurven nur wenige Stützstellen gespeichert werden müssen, aus denen während der Bildschirmanzeige der Kurvenzug mit einer Spline-Funktion berechnet wird. Bis August 1990 hatten bereits 22 europäische Kunststoffhersteller das neue System lizenziert, wovon 14 eigene Disketten anboten.^[5]

Die Version 3.0 war eine komplette Neuentwicklung mit veränderter Datenstruktur. Sie bot einerseits deutlich mehr Bedienkomfort (Menüleisten mit Maussteuerung, Suchprofil, Kurzzeichen, Kurvenüberlagerung, Postscript-Druck, Konfigurationsspeicherung) durch Nutzung modernerer Hardware, als auch einen teilweise veränderten Grundwertekatalog nach Weiterentwicklungen in der Normung. Die Produkttexte wurden erweitert und die Einheiten konnten nunmehr auch zwischen SI und dem US-System umgeschaltet werden.^[6] Mit dieser Version begann auch die Globalisierung von CAMPUS, denn zu den bis dahin ausschließlich europäischen Herstellern gesellten sich nun auch DuPont und Dow Chemical aus den USA.

Version 4

Im asiatischen Raum begannen nennenswerte Entwicklungsaktivitäten ab 1995. Insbesondere in Japan war die Resonanz sehr stark. Allerdings erlaubte das damals in Japan weit verbreitete NEC-DOS keine direkte Portierung und umgekehrt die CAMPUS-Software keine Darstellung des Kanji. Dies gab schließlich den Ausschlag für die überfällige Entwicklung einer Windows-Version (4.0). Eine weitere wichtige Neuerung in Version 4 war die Einführung von Verarbeitungshinweisen. Da es dafür bis heute keine normative Grundlage gibt, werden die Textinformationen für jede Formmasse gesondert angegeben und auch in alle Sprachversionen übersetzt. In Version 4.1 wurden DSC-Kurven und pvT-Daten neu aufgenommen.^[7]

Im Jahre 1998 startete der Internetauftritt von CAMPUS unter der Adresse http://www.campusplastics.com, später kam noch http://www.campus.us hinzu. Fortan gab es eine zentrale Anlaufstelle für den Bezug der Daten, die zuvor bei jedem Teilnehmer einzeln angefragt werden mussten. Innerhalb kurzer Zeit standen alle Datenbestände zum Download bereit und erlaubten auch eine deutlich schnellere Aktualisierung. Etwa zur gleichen Zeit kam das lizenzpflichtige MCBase auf den Markt. Es erlaubt, die Datenbanken verschiedener Hersteller zusammenzufassen und ermöglicht so übergreifende Suchläufe und den direkten Werkstoffvergleich in Tabellen und Graphiken. Ebenfalls Bestandteil dieser Software ist eine Exportschnittstelle, insbesondere für CAE-Anwendungen.^[8]

Der nächste Meilenstein der CAMPUS-Entwicklung war im Jahr 2001 die Aufnahme von Daten zur chemischen Beständigkeit. Diese Beanspruchung ist in ihrer Komplexität nicht befriedigend genormt. Die Lizenznehmer einigten sich daher auf eine Liste von Chemikalien, für die sie mit einfachen Symbolen (Smiley, Stopp-Zeichen die Beständigkeit, überwiegend bei 23 °C, angeben. Die Suche ist somit einfach möglich, ersetzt aber nicht eine genauere Analyse bei konkreten Einsatzbedingungen für den jeweiligen Kunststoff.^[9] In der gleichen Version wurde auch die Klasse der TPEs mit eigenen Eigenschaften in CAMPUS aufgenommen. Dazu mussten die Prüfbedingungen innerhalb der ISO-Normen auf die Belange der TPE abgestimmt werden. (siehe unten)^[10]

Hierzu parallel wurde auch das Online-Angebot von CAMPUS erweitert. 2001 startete WebView, eine Internetanwendung, die die Anzeige von CAMPUS-Daten ermöglicht. Im Gegensatz zur Offline-Version kann so eine noch schnellere Suche ermöglicht und auf die Installation verzichtet werden, was insbesondere für Gelegenheitsnutzer vorteilhaft ist. WebView hat diese aber nicht überflüssig gemacht, da die Funktionalität etwas geringer ist und viele Anwender auch keine ständige Internetverbindung haben. In beiden Fällen ist die herstellerübergreifende Suche nur über die lizenzpflichtigen Varianten MCBase bzw. Material Data Center möglich.

Version 5

Screenshot von CAMPUS 5.1

Die 2004 erschienene Version 5 erhielt eine modernere Oberfläche und setzte noch stärker auf das Internet. Die Funktion WebUpdate erlaubte nun die Aktualisierung des Datenbestandes per Knopfdruck. Die inhaltliche Weiterentwicklung ging jedoch langsamer vonstatten, da bereits ein hoher Standard erreicht war. Neu in Version 5.0 konnten für eine Formmasse bis zu drei Basispolymere und zwei Füll- oder Verstärkungsstoffe nach ISO 1043 angegeben werden. In Version 5.1 wurde diese Methodik noch auf schlagzäh modifizierte und flammwidrige Produkte ausgeweitet. Außerdem können in Version 5.1 erstmals Kennwerte für die Wärmealterung angegeben werden.^[11]

Im Januar 2010 erschien die Version 5.2.^[12] In dieser Version können zusätzliche, der VDA-Richtlinie 232-201 „Kennwerte zur Werkstoffauswahl von Thermoplasten“ entsprechende Datenblätter angezeigt und ausgedruckt werden. Neben vielen bereits vorher in CAMPUS enthaltenen Kennwerten kamen damit auch neue Eigenschaften hinzu, wie zur Lichtbeständigkeit, erweiterten Medienbeständigkeit und Emissionswerten.

Grundwertekatalog

Der Grundwertekatalog gliedert sich in je einen Teil für die Probekörperherstellung, verarbeitungstechnische, mechanische, thermische, elektrische, optische und „sonstige“ Eigenschaften. Eine weitere Gruppe beschreibt das Verhalten gegenüber äußeren Einflüssen wie Brennbarkeit, Wasser- und Feuchtigkeitsaufnahme.^[13] Alle Eigenschaften und Probekörper sind in ISO 10350 wie folgt genormt:

Eigenschaft				Symbol	Norm		Probekörpertyp	Einheit
							(Maße in mm)
Rheologische Eigenschaften
Schmelze-Volumenfließrate				MVR	ISO 1133		Material	cm3/10 min
Schmelze-Massefließrate				MFR
Schwindung	Parallel (p)			SMp	ISO 294-4 (Th.-plast)		60x60x2	%
					ISO 2577 (Th.-sets)
	Normal (n)			SMn	ISO 294-4 (Th.-plast)
Mechanische Eigenschaften
Zug-Modul				Et	ISO 527-1 und -2		ISO 3167	MPa
Streckspannung				σY
Streckdehnung				$\epsilon_{\mathrm Y}$				%
nominelle Bruchdehnung				$\epsilon_{\mathrm tB}$
Spannung bei 50 % Dehnung				σ50				MPa
Bruchspannung				σB
Bruchdehnung				$\epsilon_{\mathrm B}$				%
Zug-Kriech-Modul			1h	Etc1	ISO 899-1			MPa
			1000h	Etc103
Charpy-Schlagzähigkeit			ungekerbt	acU	ISO 179/1eU		80x10x4	kJ/m2
			gekerbt	acA	ISO 179/1eA
Schlagzugzähigkeit				at1	ISO 8256/1
Schlagverhalten bei mehr- achsiger Beanspruchung			Max. Kraft	FM	ISO 6603-2		60x60x2	N
			Durchstoß- energie	WP				J
Biege-Modul				Ef	ISO 178		80x10x4	MPa
Biegefestigkeit				σf
Thermische Eigenschaften
Schmelztemperatur				Tm	ISO 11357-1 und -3		Formmasse	°C
Glasübergangstemperatur				Tg	ISO 11357-1 und -2
Formbeständigkeitstemperatur				Tf 1,8	ISO 75-1 und -2		80x10x4
				Tf 0,45
				Tf 8,0
Vicat-Erweichungstemperatur				TV 50/50	ISO 306		$\ge$ 10x10x4
Linearer Wärme- ausdehnungskoeffizient		Parallel (p)		αp	ISO 11359-1 und -2			10−6 K−1
		Normal (n)		αn
Brennverhalten		1,6 mm dick		B50/1.6	UL 94	ISO 1210	125x13x1,6	Klasse
				B500/1.6		ISO 10351	$\ge$150x$\ge$150x1,6
		-,- mm dick		B50/-.-		ISO 1210	125x13x-.-
				B500/-.-		ISO 10351	$\ge$150x$\ge$150x-.-
Sauerstoffindex				OI23	ISO 4589-1 und-2		80x10x4	%
Elektrische Eigenschaften
Relative Dielektrizitätszahl		100 Hz		$\epsilon_{\mathrm r}$ 100	IEC 60250		$\ge$60x$\ge$60 x 1
		1 MHz		εr 1M			60x60x2
Dielektrischer Verlustfaktor		100 Hz		tan δ 100
		1 MHz		tan δ 1M
Spezifischer Durchgangswiderstand				ρe	IEC 60093			Ω m
Spezifischer Oberflächenwiderstand				σe				Ω
elektrische Festigkeit				EB1	IEC 60243-1		$\ge$60 x $\ge$60 x 1	kV/mm
Vergleichszahl zur Kriechwegbildung				CTI	IEC 60112		$\ge$15 x $\ge$15 x 4
Sonstige Eigenschaften
Wasseraufnahme				wW	ISO 62 und ISO 15512		Dicke $\ge$ 1	%
				wH	ISO 15512
Dichte				ρ	ISO 1183			kg/m3

TPE-Eigenschaften

Eigenschaft	Norm	Einheit
Spannung bei 10 % Dehnung	ISO 527-1 und 2	MPa
Spannung bei 100 % Dehnung
Spannung bei 300 % Dehnung
Bruchdehnung (bis > 300 %)		%
Bruchspannung		MPa
Verformungsrest unter konstante Dehnung (23 °C)	ISO 815	%
Verformungsrest unter konstante Dehnung (70 °C)
Verformungsrest unter konstante Dehnung (100 °C)
Reißfestigkeit	ISO 34-1	kN/m
Abriebwiderstand	ISO 4649	mm3
Shorehärte A (3s)	ISO 868	%
Shorehärte D (15s)

Neben diesen Einpunktkennwerten gibt es noch ein temperaturabhängiges Spannungs-Dehnungs-Diagramm für TPE.

Diagramme

Die in CAMPUS enthaltenen Multipoint-Funktionen basieren auf den internationalen Normen für vergleichbare Kennwerte ISO 11403-1 und ISO 11403-2.

Eigenschaft	x-Achse	z-Parameter	Symbol	Norm
Schubmodul [MPa]	Temperatur [°C]	–	G(T)	ISO 6721-1, 2 und 7
Dynamischer Schubmodul [MPa]	Temperatur [°C]	–	G(T)	ISO 6721-1, 2 und 7
Dämpfung	Temperatur [°C]	–	tan δ(T)	ISO 6721-1, 2 und 7
Zugmodul [MPa]	Temperatur [°C]	–	Et(T)	ISO 527-1, 2 und 3
Spannung [MPa]	Dehnung [%]	Temperatur [°C]	σ(ε)	ISO 527-1, 2 und 3
Sekantenmodul [MPa]	Dehnung [%]	Temperatur [°C]	EtS(ε,T)	–
Kriechspannung [MPa]	Dehnung [%]	Zeit [h], Temperatur [°C]	σc(ε,t,T)	ISO 899-1
Kriechsekantenmodul [MPa]	Dehnung [%]	Zeit [h], Temperatur [°C]	EtcS(ε,t,T)	–
Enthalpie [kJ / kg]	Temperatur [°C]	–	ΔH(T) / m	ISO 11357-1 und 4
Viskosität [Pa s]	Schergeschwindigkeit [s−1]	Temperatur [°C]	η(γ,T)	ISO 11443
Schubspannung [Pa s]	Schergeschwindigkeit [s−1]	Temperatur [°C]	τ(γ,T)	ISO 11443
Spezifisches Volumen [m3 / kg]	Temperatur [°C]	Druck [MPa]	v(T,p)	ISO 17744

Quellen

1. ↑ ^{a b} DIN EN ISO 10350 „Kunststoffe – Ermittlung und Darstellung vergleichbarer Einpunktkennwerte“, Beuth-Verlag
2. ↑ ^{a b} DIN EN ISO 11403 „Kunststoffe – Ermittlung und Darstellung von vergleichbaren Vielpunkt-Kennwerten“, Beuth-Verlag
3. ↑ ^{a b} Swiss Materials 2 (1990) Nr. 3a, S. 74 ff.
4. ↑ Richtlinie zur Erstellung von Formmasse-Normen, Teil 2, 1988
5. ↑ H. Breuer et al., Sonderdruck aus Kunststoffe 80 (1990) 11
6. ↑ H. Breuer et al., Sonderdruck aus Kunststoffe 84 (1994) 7+8
7. ↑ R. Tüllmann et al., 21. VDI-Jahrestagung Spritzgießtechnik (1998), S. 167 ff.
8. ↑ E. Baur, Kunststoffe 88 (1998), S. 654 ff.
9. ↑ A. Lindner, Kunststoffe 91 (2001) 7, S. 28 ff.
10. ↑ D. Ayglon et al., Plastverarbeiter 51 (2001), S. 188 ff.
11. ↑ E. Baur, Kunststoffe 5/2007, S. 76 ff.
12. ↑ MBase News (15. Januar 2010)
13. ↑ Contents of CAMPUS

Weblinks

• campusplastics.com
• Material Data Center
• Axxicon