Maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften von Werkzeugoberflächen durch drahtbasiertes Laserstrahllegieren

Autor: Konstantin Hofmann

Steigende Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit bei gleichzeitig minimiertem Materialeinsatz zur Umsetzung des Leichtbaus bedingen den Einsatz von höchstfesten presshärtbaren Bor-Mangan-Stählen. Die beim Presshärten notwendigen Temperaturen zur Austenitisierung der Halbzeuge erfordern eine zusätzliche Aluminium/Silizium-Beschichtung, um diese gegen Verzunderung zu schützen. Derartige Beschichtungen neigen jedoch zur Anhaftung an temperierten Werkzeugoberflächen und erzeugen somit adhäsive Rückstände, die zu erhöhtem Verschleiß der Werkzeuge führen. Des Weiteren verursachen die beim Presshärten auftretenden Prozesskräfte abrasiven Verschleiß, der speziell in hochbeanspruchten Bereichen des Werkzeuges, wie dem Ziehringradius, zu einer reduzierten Werkzeugqualität führt. Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit wird das Gefüge in einem selektiven Laserstrahllegierungsprozess lokal modifiziert. Entsprechend der auftretenden Belastungsarten ist eine individuelle Einstellung der mechanischen Eigenschaften durch eine entsprechende Wahl geeigneter Legierungselemente möglich. Weiterlesen

Zeit- und ressourceneffiziente Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bei sehr hohen Lastspielzahlen mittels moderner Ultraschall-Schwingprüfsysteme

J. Tenkamp, S. Siddique, F. Walther

Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT), Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 303, D-44227 Dortmund, www.wpt-info.de

Einleitung

Viele Bauteile des Maschinen- und Anlagenbaus werden im Betrieb schwingbeansprucht. Dabei müssen diese nicht selten 107 bis 109 oder gar 1010 Lastwechsel ertragen. War es früher Stand des Wissens, dass Werkstoffe nicht durch Ermüdung versagen, wenn die einwirkende Beanspruchung unterhalb der sog. „Dauerfestigkeit“ liegt, wurden mit neuen Methoden Ausfälle im Bereich sehr großer Lastspielzahlen (VHCF, Very High Cycle Fatigue) auch für Beanspruchungen unterhalb der „Dauerfestigkeit“ festgestellt. Dies führt zum Schluss, dass eine derartige „Grenze“ nicht existiert [1,2]. Weiterlesen

„Ressourceneffiziente Entwicklung von thermisch hochbelastbaren Motorkomponenten aus hybriden Werkstoffverbunden – Experimentelle & numerische Analyse“

Landgrebe D., Krüger L., Schubert N., Jentsch E., Lehnert T.

Abstrakt

Anforderungen an Umwelt- und Klimaschutz, wachsender Energiebedarf, steigende Energiekosten sowie die Erhöhung der Sicherheit bilden den Ausgangspunkt für Forschungstätigkeiten im maritimen Sektor. Im Rahmen des Verbundprojektes »INKOV – Entwicklung innovativer Kolben- und Ventillösungen mit Werkstoffverbunden in Schiffsmotoren« werden metallische Werkstoffverbunde entwickelt und untersucht, durch deren Einsatz in schwerölbetriebenen Großmotoren Stickoxid-Emissionen reduziert werden sollen. Weiterlesen

Werkstoffe mit Erinnerungsvermögen

csi erschließt Potenziale von Formgedächtnislegierungen für die Automobilindustrie

Regelmäßig entdecken Chemiker, Physiker oder Materialwissenschaftler innovative Eigenschaften bestehender oder neu kombinierter Materialien. Oft können diese in der Praxis umfangreich genutzt werden und bestehende Mechanismen verbessern oder gar substituieren. So haben etwa Schwingquarze mechanische Uhrwerke ersetzt, Halbleiter die Röhrenelektronik verdrängt und LEDs den klassischen Röhrenbildschirm vergessen lassen. Ähnliches Potenzial steckt in Formgedächtnislegierungen. In der Medizintechnik ist das Material schon nicht mehr wegzudenken, und für die Automobilindustrie entwickeln unter anderem csi-Ingenieure gemeinsam mit Partnern interessante Lösungen. Weiterlesen

Lötgerechte Prozessauslegung zur Sandwichherstellung

Motivation und Zielsetzung

Leichtbau ist Gegenstand der Forschung mit dem Ziel eines verantwortungsvollen Umgangs mit Ressourcen. Hierbei sind Gewichts-, aber auch Materialeinsparungen als Vorteile zu nennen. Bei auftretender Biegebeanspruchung werden diese Vorteile wirkungsvoll durch den Einsatz von Sandwichstrukturen umgesetzt. Sandwichstrukturen erhalten ihre hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit, indem dehnsteife Materialien in den hochbelasteten Außenschichten der Struktur angeordnet werden. Der für ein hohes Biegewiderstandsmoment nötige Abstand der Deckbleche kann durch Abstandshalter oder Füllstoffe erreicht werden. Bei der vorliegenden Sandwichstruktur (Abbildung 1 a) wird der Deckschichtabstand durch kragengezogene Verbindungselemente (Abbildung 1 b) eingestellt. Mit der vorliegenden Bauweise kann ohne zusätzlichen Werkstoff die ertragbare Maximalkraft im 3-Punkt-Biegeversuch mehr als verdoppelt werden. Weiterlesen

Hybrides Flach-Clinchen nachwachsender Rohstoffe

Um den Anforderungen des Klimaschutzes und der Ressourceneffizienz gerecht zu werden, ist es erforderlich, die Entwicklung intelligenter Leichtbaukonzepte voranzutreiben. Perspektivisch soll der Einsatz nachwachsender Rohstoffe wie Holz gesteigert werden und auch mit konventionellen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium kombiniert werden. Dafür müssen neuartige Fügeverfahren entwickelt werden, beziehungsweise existierende Verfahren für die Herausforderungen des Fügens von nachwachsenden Rohstoffen modifiziert werden.

Nahezu alle konventionellen Holzfügeverfahren besitzen den entscheidenden Nachteil, dass zur Verbindungsherstellung zusätzliche Hilfsmittel eingebracht werden müssen (Schraube, Nagel, Klebstoff etc.). Im Gegensatz dazu steht das Flach-Clinchen. Bei diesem mechanischen Fügeverfahren wird eine form- und kraftschlüssige Verbindung durch die gezielte Umformung der Fügepartner erzeugt. Weiterlesen

Wahl des Kühlschmierstoffkonzeptes als Schlüssel zum Erfolg

Untersuchungen zur Analyse des Einflusses des Kühlschmierstoffkonzeptes beim Einlippentiefbohren von thermoplastischen Kunststoffen
von: Prof. Dr.-Ing. Dirk Biermann und Dipl.-Ing. Marko Kirschner

Technische Kunststoffe halten durch ihre einzigartige Vielseitigkeit ihrer Materialeigenschaften gepaart mit einer hohen Ressourcen-, Öko-, Energie und Kosteneffizienz immer stärkeren industriellen Einzug. Dabei finden sich mittlerweile breite Anwendungsfelder im Fahrzeugbau, der Energie-, Mikrosystem- und Medizintechnik sowie im Förderwesen und im allgemeinen Maschinenbau [1,2]. Die Herstellung zahlreicher Produkte aus thermoplastischen Kunststoffen erfolgt mit Hilfe von ur- und umformenden Fertigungsverfahren. Bestehen jedoch gesteigerte Anforderungen an die Maß- und Formtoleranzen sowie die Oberflächengüte der Produkte oder aber handelt es sich um geometrisch komplexere Bauteile in geringen Stückzahlen, rücken spanende Fertigungsverfahren in den Fokus. Diesbezüglich wird aktuell am Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt das Einlippentiefbohren thermoplastischer Kunststoffe näher erforscht. Weiterlesen

Prozessintegrierte Qualitätssicherung für die Kunststoffverarbeitung Teil 2

Ultraschall

Eine innovative Möglichkeit, die Dispergierung von Füllstoffen direkt bei der Kunststoffaufbereitung im Prozess zu überwachen, bieten Ultraschallverfahren. Als Ultraschall (US) werden akustische Schallwellen mit Frequenzen von ca. 16 kHz bis 1 GHz bezeichnet. Prinzipiell hat eine Schallausbreitung im Compound eine frequenzabhängige Dämpfung zur Folge, die auf viskose Verluste, Streueffekte und thermoelastische Effekte zurückzuführen ist [Hoc11, Sch13].

Aktuelle Entwicklungen beschäftigen sich hierbei mit der Nutzung dieser Effekte zur Inline-Überwachung der Dispergierung während der Compoundierung. Dabei werden anhand von Ultraschallkennwerten wie der Dämpfung, die mit der Partikelgröße korreliert, oder der Schallgeschwindigkeit, welche mit dem Gehalt an Zusatzstoffen korreliert, auf die Menge und Dispergierung von Zusatzstoffen geschlossen [Sch13]. Weiterlesen

Qualitätssicherung für die Kunststoffverarbeitung, Teil 1

In der Kunststoffaufbereitung, dem sogenannten Compounding, sowie bei der formgebenden Verarbeitung durch Extrusion wird die Qualität der Produkte maßgeblich definiert. Ziel des Compounding ist es die Eigenschaften der Ausgangsmaterialien z. B. in Form optischer Effekte, UV- und Alterungsbeständigkeit oder mechanischer Kennwerte zu beeinflussen. Dazu wird das polymere Ausgangsmaterial aufgeschmolzen um Zusatzstoffe in das sogenannte Compound einbringen zu können. Vor allem die Dispergierung, respektive die Ver- und Zerteilung der Zusatzstoffe, ist dabei von großer Bedeutung. Derzeit existiert bereits ein großes Spektrum an Messmethoden für die Qualitätsüberwachung im Prozess. Im Folgenden wird ein Überblick über aktuelle Trends in der Qualitätssicherung bei der Kunststoffverarbeitung gegeben. Weiterlesen

Profiltreue Wiedergabe feinster Strukturen dank Piezotechnologie und Konfokaltechnik

von Dipl.-Physiker Gernot Hamann, Business Development Manager für Mikroskopie bei Physik Instrument (PI) und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

Bild 1: Die flächenhaft messenden µsurf-Systeme arbeiten in vertikaler Richtung mit Auflösungen bis zu 1 nm, lateral mit bis zu 300 nm. Hier die im Frühjahr 2014 eingeführte Produktneuheit µsurf expert. (Foto: NanoFocus)

Bild 1: Die flächenhaft messenden µsurf-Systeme arbeiten in vertikaler Richtung mit Auflösungen bis zu 1 nm, lateral mit bis zu 300 nm. Hier die im Frühjahr 2014 eingeführte Produktneuheit µsurf expert. (Foto: NanoFocus)

Bei Oberflächeninspektionen, die heute in vielen Bereichen unerlässlich sind, geht der Trend zu immer kleineren Strukturen, die es bis zu Nanometergenauigkeit abzubilden bzw. aufzulösen gilt. Optische Messverfahren als berührungslose und zerstörungsfreie Analyse- und Prüfmethoden sind für viele Anwendungen das Mittel der Wahl, da sie auf nahezu allen Materialien einsetzbar sind und sich auch für empfindliche Proben eignen. Hochgenaue konfokale Abbildungsprinzipien können die Probentopografie und Rauheitsstrukturen nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ übereinstimmend mit taktilen Messverfahren darstellen, die in vielen Industrienormen beschrieben sind. Piezobasierte Positioniersysteme leisten dazu einen nicht unerheblichen Beitrag. Weiterlesen