Autor: HWAdmin

Hybridbauteil aus Faserverbund- und papierabgeleiteter Keramik für den Einsatz als formstabile Wärmeisolation

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Einleitung

Keramische Faser-Verbundwerkstoffe (engl.: Ceramic Matrix Composites – CMC) bilden eine Werkstoffklasse, die die Vorzüge monolithischer Keramiken (z.B. Hochtemperaturstabilität, Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit) mit schadenstolerantem Versagensverhalten kombiniert. Dadurch ist es möglich CMC als Strukturbauteile einzusetzen, die nicht nur auf Druck (monolithische Keramik) sondern auch auf Zug oder Biegung belastet werden können und dabei gleichzeitig eine verbesserte Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Allerdings ist die Verwendung keramischer Fasern sehr kostenintensiv, weshalb es die Vorzüge eines solchen Bauteils gegenüber der Fertigung aus monolithischen Keramiken oder Metallen für die meisten Anwender aus wirtschaftlicher Sicht nicht rechtfertigt. Im Rahmen des AiF-Projekts „ForWerk“ (Formstabile Werkzeugisolation im Kraftfluss mit verbesserten thermischen Kennwerten aufgrund eines hybriden Aufbaus; Vorhaben-Nr. 20646 N) soll nun die Entwicklung eines Hybridbauteils aus CMC und einer neuartigen, porösen Keramik erfolgen, um die Bauteilkosten zu senken und gleichzeitig die Vorteile der verwendeten Materialien für die Anwendung auszunutzen. Für die Herstellung der neuartigen Teilkomponente wird ein mit Keramikpartikeln hochgefülltes Papier verwendet, welches über konventionelle Papiermaschinen gefertigt und zu einer sogenannten papierabgeleiteten Keramik versintert werden kann (vgl. Einschub „Papierabgeleitete Keramik“). Weiterlesen

Untersuchungen zum Übergangsverhalten von Gusseisen mit Kugelgraphit in Abhängigkeit der Dehnrate und des lokalen Spannungszustandes

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Abstract

Erhöhte Siliziumgehalte in Gusseisen mit Kugelgraphit führen zu hervorragenden Kombinationen aus statischer Festigkeit und Bruchdehnung. Allerdings ist die Kerbschlagzähigkeit von hochsiliziumhaltigem Gusseisen mit Kugelgraphit als besonders nachteilig zu beurteilen. Die im Kerbschlagbiegeversuch vielfach verwendete Charpy-V-Probe ist durch einen äußerst spezifischen und komplexen Spannungszustand gekennzeichnet. Das Zähigkeitsverhalten dieser Werkstoffe unter bauteilnaher Beanspruchung kann auf diese Weise nicht abgebildet werden. Dies führt in entsprechenden Auslegungs- und Zertifizierungsprozessen, bei denen eine Werkstoffqualifizierung in der Regel durch den Kerbschlagbiegeversuch erfolgt, häufig zu einer Unterschätzung des Werkstoffpotentials. Eine effiziente und zuverlässige Auslegung von Gussbauteilen wird somit erheblich behindert oder gar unterdrückt. In einem aktuellen Forschungsprojekt an der RWTH Aachen wird daher sowohl die Dehnratensensitivität als auch die Abhängigkeit der gemessenen Zähigkeitswerte vom Spannungszustand systematisch untersucht.

Keywords

Gusseisen mit Kugelgraphit, Schädigungsmechanik, Zähigkeit, Dehnratensensitivität, Kerbschlagbiegeversuch, Schlagzugversuch Weiterlesen

Neue zweidimensionale Polymere

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Maßgeschneiderte 2D-Materialien durch Selbstorganisation und Photopolymerisation

Ein internationales Forscherteam, angeführt von Mitgliedern der Technischen Universität München, des Deutschen Museums und der Universität Linköping, hat ein Verfahren entwickelt, um zweidimensionale Polymere mit der Dicke nur einer Moleküllage durch Lichteinwirkung auf einer Graphit-Oberfläche herzustellen. Die Entwicklung ebnet den Weg zu neuen ultradünnen und funktionellen Materialien.

Markus Lackinger transferiert mittels Vakuumgreifer eine Probe in der Ultrahochvakuum-Kammer. Sie enthält alle Einrichtungen zur Herstellung und Analyse von Proben im Vakuum. Bild: Andreas Heddergott / TUM

Markus Lackinger transferiert mittels Vakuumgreifer eine Probe in der Ultrahochvakuum-Kammer. Sie enthält alle Einrichtungen zur Herstellung und Analyse von Proben im Vakuum.
Bild: Andreas Heddergott / TUM

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Polypropylen-Recycling aus Teppichabfällen

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© ISOPREP Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

© ISOPREP
Zerkleinerte Teppichabfälle, die anschließend gereinigt und mit ionischem Liquid versetzt werden.

Teppichabfälle bestehen zu einem erheblichen Teil aus erdölbasiertem Polypropylen. Bislang sind sie jedoch nicht recycelbar; sie werden daher verbrannt oder deponiert. Über ein neuartiges Lösungsmittel lässt sich das Polypropylen aus Teppichabfällen in Primärqualität zurückzugewinnen – ohne merkliche Qualitätseinbußen. Auch in punkto Kosten ist das Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP und seiner Partner durchaus konkurrenzfähig. Entwickelt wurde es im EU-Projekt »ISOPREP«. Weiterlesen

Enzyme erfolgreich in Kunststoffe einbinden

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© Fraunhofer IAP Herstellung einer biofunktionalisierten Folie im Verarbeitungstechnikum.

© Fraunhofer IAP
Herstellung einer biofunktionalisierten Folie im Verarbeitungstechnikum.

Kunststoffe werden in der Regel bei deutlich über einhundert Grad Celsius verarbeitet, Enzyme dagegen halten diesen hohen Temperaturen üblicherweise nicht stand. Forschenden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP ist es gelungen, diese Gegensätze zusammenzubringen: Sie können Enzyme in Kunststoffe einbauen, ohne dass die Enzyme dabei ihre Aktivität verlieren. Die Potenziale, die sich dadurch ergeben, sind groß. Weiterlesen

Blitzthermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren zur Materialprüfung am Beispiel von dünnen Schichten

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Abbildung 1: Überblick einer Auswahl an ZfP-Verfahren gruppiert nach zugrunde liegendem physikalischem Prinzip.

Abbildung 1: Überblick einer Auswahl an ZfP-Verfahren gruppiert nach zugrunde liegendem physikalischem Prinzip.

Zerstörungsfreie Materialprüfung

Die Verwendung von verschiedenen Methoden der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) ist aus der Qualitätssicherung heute nicht mehr wegzudenken. Die Vorteile hierfür liegen klar auf der Hand: Bauteile können während des Betriebs untersucht werden und können auch nach der Untersuchung – im Falle der Bestätigung von guter Qualität und Fehlerfreiheit – noch verwendet werden. Theoretisch ist dadurch auch die Prüfung von bis zu 100% der Bauteile möglich. In der Praxis wird dies aber nur bei hoch sicherheitsrelevanten Teilen (z. B. in Turbinen) aufgrund des Aufwandes durchgeführt. Im Allgemeinen wird eher eine stichprobenartige Prüfung oder die Prozessqualifizierung in der Herstellung genutzt. Weiterlesen

Textile Energiespeicher

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Dr. Ramona Langner, Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl

Das Forschungsfeld textiler Energiespeicher ist erst in den letzten zehn Jahren neu entstanden, aber in dieser Zeit bereits enorm gewachsen. Ziel ist es dabei, Garne oder Gewebe mit der Fähigkeit zur Speicherung elektrischer Energie zu versehen. Dies ist für verschiedene Anwendungen interessant, die wichtigste ist jedoch die Nutzung in sogenannten intelligenten Textilien. Dies können etwa Smartshirts sein, die die Vitalparameter ihres Trägers erfassen sowie überwachen (Biomonitoring) und vor allem für Telemedizin und Sport von Interesse sind. Insbesondere könnte hiervon die Versorgung älterer Menschen profitieren: Durch eine permanente Überwachung ihres Gesundheitszustandes mithilfe solcher Smartshirts könnten sie z. B. länger in ihrem eigenen Heim wohnen. Aber auch im Bereich der Unterhaltungselektronik könnten intelligente Textilien neue Möglichkeiten eröffnen, beispielsweise indem sich andere tragbare Geräte wie Smartphones über sie steuern und/oder mit Energie versorgen lassen. Weiterlesen

Leichte Wagenkasten für Schienenfahrzeuge durch Integration von deckschichtverschweisster Sandwichpanelen

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Bild 1: Detailansicht: Übergang zwischen Rahmenstruktur (links) und Sandwichboden (rechts)

Bild 1: Detailansicht: Übergang zwischen Rahmenstruktur (links) und Sandwichboden (rechts)

Herausforderung Wagenkasten

In Personenzugwagen werden heute viel mehr Komfort- und Informationssysteme eingebaut als früher, die zulässige Achslast ist aber beschränkt. Die Trassenbenutzung wird künftig immer mehr gewichtsabhängig verrechnet, so dass Hersteller von Schienenfahrzeugen insgesamt noch stärker auf das Gewicht achten müssen. Dies erfordert innovative Leichtbaukonzepte, bei denen neben dem Einsatz leichter und hochfester Werkstoffe auch fortschrittliche Bauweisen notwendig sind. Zusammen mit dem Institut für Mechanische Systeme (IMES) an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) haben der Sandwichelemente-Hersteller 3A Composites Mobility und das Fertigungstechnologieunternehmen Rapid Technic ein Forschungsprojekt zur Weiterentwicklung der Integrierten Sandwichtechnologie (ISTech) lanciert, um die Strukturanforderungen einer Zulassung im Eisenbahnbereich zu erfüllen. Weiterlesen

Vom Pulver zum additiv hergestellten Bauteil – Teil 2: Potenziale durch Pulvermischungen

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Pulvermetallurgische Verarbeitung von Pulvermischungen

Pulvermischungen werden in der konventionellen Pulvermetallurgie (PM) beim Matrizenpressen von Formteilen standardmäßig eingesetzt. Beim herkömmlichen Pressen und Sintern von Eisen- und Stahlpulvern werden Legierungszuschläge mit einem gut pressbaren Grundpulver gemischt. Die Legierungszuschläge können als Elementarpulver oder sog. „Meisterlegierung“ zugesetzt werden. Meisterlegierungen enthalten die Legierungselemente in den gewünschten Verhältnissen und vermeiden so das Mischen von Vielkomponentenwerkstoffen. Die Partikelgröße der Zusätze ist abhängig von der Legierungsart. Nicht aufschmelzende Elemente werden in Form feiner Pulver zugemischt, um beim Sintern eine homogene Durchmischung mittels Festkörperdiffusion zu erreichen. Aufschmelzende Partikel können in gröberer Form zugemischt werden, da sich die Schmelze vor den Diffusionsprozessen gleichmäßig im Bauteil verteilt. Aus Pulvermischungen verschiedener Korngrößen und Dichten ergeben sich auch stets Entmischungsproblematiken. In der konventionellen Pulvermetallurgie wird daher zum Teil über ein vorgelagertes Diffusionsglühen feines Pulver an das Grundpulver angesintert oder es werden organische Bindemittel verwendet, um feines Pulver an das Grundpulver zu kleben. Organische Hilfsmittel werden nach dem Formgebungsprozess durch Sintern thermisch entfernt. [1] Weiterlesen

Hochpräzise Messung der physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten mit piezoelektrischen MEMS Resonatoren

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Abbildung 1: MEMS Sensor mit angepasstem Elektrodendesign, um spezielle mechanische Schwingungsmoden effizient anzuregen

Abbildung 1: MEMS Sensor mit angepasstem Elektrodendesign, um spezielle mechanische Schwingungsmoden effizient anzuregen.

Einleitung und Motivation

Flüssigkeiten spielen eine zentrale Rolle in nahezu jedem Aspekt unseres Lebens von Körperflüssigkeiten über Lebensmittel bis hin zu chemischen Prozessen und technischen Anwendungen. Die Kenntnis über die physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten wie Viskosität und Dichte erlaubt vielfältige Rückschlüsse auf deren aktuellen Zustand. Weiterlesen