Wärmeleitende Kunststoffe

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

Kunststoffe begleiten uns praktisch überall durch den Alltag, was ihrer ausgesprochenen Vielseitigkeit zu verdanken ist. Eine sehr prägnante Eigenschaft von Kunststoffen, die häufig auch bewusst eingesetzt wird, ist ihre gute thermische Isolation (die Wärmeleitfähigkeit liegt allgemein im Bereich 0,1 – 0,6 W/mK). In einer zunehmend digitalisierten Welt kann sich dies aber auch nachteilig auswirken, z. B. bei der Weiterentwicklung von flexibler organischer Elektronik oder der weiteren Miniaturisierung von Systemen. Wärmeleitfähige Polymere stellen daher eine sinnvolle Ergänzung im Repertoire der Kunststofftechnik dar. Neben ihrem vielseitigen Einsatz in elektronischen Komponenten könnten sie beispielsweise auch als Wärmetauscher, für thermoregulierende Textilien (stabil > 200 °C) oder im Bereich der Energieindustrie eingesetzt werden. Dabei können derartige Kunststoffe bedarfsgerecht in ihren Eigenschaften zur elektrischen Isolierung oder Leitung verändert und damit optimiert werden. Um eine solche Optimierung der Wärmeleitung in Polymeren zu ermöglichen ist ein gutes Verständnis der an der Wärmeleitung beteiligten Mechanismen unabdingbar. Weiterlesen

Lebensdauer laufender Drahtseile – Einflüsse aus Festigkeit und Verdichtung

Einleitung

Laufende Spezialdrahtseile für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise im Kran-, Aufzug-, Bergbaubereich, sind in unterschiedlichen Drahtfestigkeiten verfügbar. Zusammen mit dem jeweiligen Seilaufbau und dem sich ergebenden metallischen Querschnitt bestimmen sie maßgeblich die Bruchkraft eines Drahtseiles. Diese ist gleichzeitig Basis für aktuelle normative Nachweise von Drahtseilen in Seiltrieben. Bei Berücksichtigung weiterer Seiltriebkomponenten ist es vielmals wirtschaftlicher, bei der Auslegung kleine Seildurchmesser und hohe Bruchkräfte auszuwählen. Dies führt häufiger zur Verwendung hoher Drahtfestigkeiten sowie weiter gesteigerter Bruchkraft durch den Einsatz verdichteter Seilkonstruktionen. Diese Verdichtung kann einerseits durch die sog. Litzenverdichtung vor der Verseilung und andererseits durch Hammerverdichtung des fertigen Drahtseiles realisiert werden. Hinsichtlich der Lebensdauer der Seile müssen jedoch hochfeste Drahtseile nicht zwangsläufig vorteilhaft sein. Durch eine Vielzahl von heutigen und auch früheren Versuchen sowie aufgrund von Erfahrungsberichten aus der Praxis, ist ein Trend festzustellen, dass höhere Festigkeiten und Verdichtungsgrade nicht zu einer längeren Lebensdauer führen. Aktuelle Untersuchungen innerhalb einer umfangreichen Versuchsreihe an der TU Dresden werden unter diesem Gesichtspunkt durchgeführt und sollen einen Beitrag leisten, die Zusammenhänge zwischen Drahtfestigkeit, Verdichtung und Lebensdauer besser in den vorhandenen Methoden zur Abschätzung der Betriebs- und Lebensdauer zu berücksichtigen. Die Betriebsdauer steht in der Seiltechnik für das Erreichen bestimmter Ablegekriterien und die Lebensdauer für das komplette Seilversagen. Für deren rechnerische Abschätzung in Seiltrieben stehen für Hersteller, Betreiber sowie wissenschaftliche Betrachtungen zwei Methoden zur Verfügung – die Methode nach Feyrer (Stuttgart) [Fey00] und die nach Jehmlich/Steinbach (Leipzig) [Jeh85], [Ste04]. Beide Herangehensweisen liefern für den durch Versuche abgedeckten Parameterbereich vergleichbare Ergebnisse. Schwerpunkt der hier vorgestellten Arbeiten ist die Weiterentwicklung der Methode Leipzig in Hinblick auf moderne Seilkonstruktionen, bei denen hohe Drahtfestigkeiten und die genannten Verdichtungsverfahren zum Einsatz kommen. Im Widerspruch dazu liefert die rechnerische Abschätzung mit den beiden genannten Methoden hingegen bei höheren Festigkeiten längere Lebensdauern. Neben einem umfangreichen Versuchsprogramm von Dauerbiegeversuchen sind auch weiterführende Untersuchungen hinsichtlich der Seildrähte Bestandteil der Betrachtungen. Derzeit liegen Ergebnisse von Dauer- und Umlaufbiegeversuchen sowie werkstoffanalytische Erkenntnisse vor. Weiterlesen

Vom Pulver zum additiv hergestellten Bauteil

Teil 1: Perspektiven durch heiß-isostatisches Pressen

Pulvermetallurgische Herstellung

Pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile (PM) sind im Bereich des Motorenbaus, bei Getriebeteilen sowie im Werkzeug- oder Formenbau etabliert. Beim konventionellen Pressen und Sintern werden wasserverdüste, spratzige Metallpulver mit Additiven und weiteren Legierungselementen gemischt und in Pressformen zu Grünkörpern verdichtet, die bereits annähernd die endgültige Form aufweisen (near netshape). Während der Festphasensinterung unter Vakuum, Inertgas oder reduzierenden Atmosphären verbinden sich die Pulverpartikel durch Diffusion und stellen das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften ein. Pressen und Sintern wird als ein kostengünstiges Herstellungsverfahren für hohe Stückzahlen eingesetzt. Auch der Metallpulverspritzguss (MIM) ermöglicht Serienfertigung, typischerweise jedoch für kleine, komplex geformte Teile mit hoher Oberflächengüte und Maßhaltigkeit. Sehr feine Metallpulver werden mit thermoplastischen Bindern versetzt und unter erhöhten Temperaturen und hohem Druck in Spritzgusswerkzeuge gepresst. Die Grünteile werden thermisch oder chemisch entbindert und unter starker Sinterschwindung gesintert. Für Anwendungen, die herausragende mechanische Eigenschaften oder harte Werkstoffe erfordern, die durch Spanen, Schmieden oder Gießen nicht verarbeitet werden können, wird auf das Verfahren des heiß-isostatischen Pressens (HIP) zurückgegriffen. Kapseln, welche die Bauteilgeometrie abbilden, werden hierbei aus Stahlblech geschweißt, mit sphärischem, gasverdüstem Metallpulver gefüllt, evakuiert, verschlossen und bei hohen Temperaturen und Drücken zu voller Dichte konsolidiert. Zuletzt wird die Kapsel, die nur als Hilfsmittel zur Verdichtung genutzt wurde, entfernt. Weiterlesen

Fortsetzung des Themas Arbeitsschutz – immer ein großes und wichtiges Thema!

Auch in Zeiten von Homeoffice ist der Arbeitsschutz ein bestehendes und wichtiges Thema, das nicht an Bedeutung für ein Unternehmen verlieren darf; gerade für Führungskräfte sollte bzw. muss der Arbeitsschutz immer im Fokus stehen auch zu Zeiten von Homeoffice.

In dem vergangenen Artikel bin ich auf die ersten zwei Grundpfeiler eingegangen neben dem Thema Organisation des Betrieblichen Arbeitsschutzes und der Gefährdungsbeurteilung und deren wichtigen Bedeutung für das Unternehmen.

Nun möchte ich Ihnen weitere wichtige Bestandteile des Betrieblichen Arbeitsschutzes vorstellen, die eben auch dazu gehören. Weiterlesen

Problematik des Recyclings von CFK aus End-of-Life-Bauteilen

Anwendung von CFK

Abbildung 1: Vergleich verschiedener technischer Fasern hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften [eig. Darstellung in Anlehnung an 2]

Abbildung 1: Vergleich verschiedener
technischer Fasern hinsichtlich ihrer
mechanischen Eigenschaften [eig. Darstellung
in Anlehnung an 2]

Die unbestreitbaren Potenziale, die der Einsatz von Kohlenstofffasern (engl. carbon fibres; CF) zur Verstärkung von Kunststoffen (CFK) bietet, beruhen insbesondere auf dem Paradoxon nach Slayter. Dieses besagt, dass ein Verbundwerkstoff Spannungen aufnehmen kann, die bei dessen schwächster Komponente zu einem Werkstoffversagen führen würden. [1] Entsprechend bewirken die ohnehin guten mechanischen Kennwerte der Kohlenstofffasern (vgl. Abb. 1) ein deutlich gesteigertes Eigenschaftsprofil in technischen CFK-Anwendungen. Im Zusammenspiel mit den geringen Dichten von Fasern und Kunststoffmatrix bietet sich CFK als ideales Material für Leichtbauzwecke an. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 3 (Fehlstellendetektion mit Hilfe von zerstörungsfreien Prüfverfahren)

Einleitung

Nachdem in den Teilen 1 und 2 dieser Artikelserie auf typische Fehlerarten in Klebverbindungen sowie auf deren Schadensbewertung eingegangen wurde, wird in diesem dritten Teil nun aufgezeigt, welche Möglichkeiten bestehen, entsprechende Fehler in Klebverbindungen zerstörungsfrei zu detektieren. Insbesondere im Schiffbau, der durch metallische Bauweisen und schweißtechnische Fügeverfahren geprägt ist, besteht noch immer eine große Skepsis gegenüber geklebten Verbindungen. Um den Befürchtungen eines Totalausfalls einer sicherheitsrelevanten Klebverbindung entgegen zu wirken, besteht die Möglichkeit, diese während des Einsatzes zerstörungsfrei zu prüfen, um ggf. entstandene Schäden oder Fehlstellen frühzeitig zu erkennen und Reparaturmaßnahmen einzuleiten. Dieses Vorgehen wird bei Schienenfahrzeugen und Windkraftanlagen bereits im Rahmen wiederkehrender Prüfungen erfolgreich praktiziert. Weiterlesen

Erweiterung der Prozessgrenzen beim Widerstandspressschweißen von Aluminiumlegierungen

1  Herausforderungen beim Widerstandspressschweißen von Aluminiumlegierungen
Abbildung 1 – Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung

Abbildung 1 – Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung

Der anhaltende Trend des Leichtbaus, u. a. in der Automobilbranche, erfordert Fügeverfahren für Leichtbauwerkstoffe wie Aluminiumlegierungen, die kostengünstig ein sicheres und zuverlässiges Ergebnis liefern. Einer der wenigen Prozesse, die diese Anforderungen erfüllen, ist das Widerstandspunktschweißen. Für das effektive Erzeugen eines Schweißpunktes ist aufgrund der geringen Stoffwiderstände und der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumlegierungen eine sehr hohe Stromstärke bei kurzer Schweißzeit notwendig.

An der TU Dresden wird deshalb das Widerstandsschweißen mit Mittelfrequenzinvertertechnik (MF) sowie mit Kondensatorentladungstechnik (KE) untersucht. Weiterlesen

Maschinelles Lernen in der Werkstoffentwicklung

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

Beim maschinellen Lernen (ML), einem Teilgebiet der künstlichen Intelligenz, erlernen Computer anhand von Beispieldaten bestimmte Aufgaben, z. B. ein Objekt auf einem Bild zu erkennen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei, dass das System aber nicht nur aus gegebenen Daten lernen, sondern später auch verallgemeinern können soll, dass also im Anwendungsfall auch bisher unbekannte Daten bewertet werden können. Zum einen lassen sich mit Hilfe maschinellen Lernens große Datenmengen auswerten, weswegen diese Technologie in enger Beziehung zum Konzept Big Data steht. Zum anderen wird als Vorteil gesehen, dass durch die Nutzung von ML auch mit unvollständigem Hintergrundwissen valide Ergebnisse über bisher unerkannte Zusammenhänge in den untersuchten Daten erhalten werden können. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 2 (Ermittlung von Abminderungsfaktoren)

Abbildung 1: Typischer Kraft/Verschiebungs-Verlauf mit Auswertungskriterien (links) und ermittelte mechanische Kennwerte fehlerfreier Referenzproben (rechts)

Abbildung 1: Typischer Kraft/Verschiebungs-Verlauf mit Auswertungskriterien (links) und ermittelte mechanische Kennwerte fehlerfreier Referenzproben (rechts)

Einleitung

Nachdem im ersten Teil dieser Artikelserie die Identifikation von typischen Fehlern in Klebverbindungen sowie die Klassierung und Abstraktion zu generischen Fehlerformen und deren Implementierung in Laborproben beschrieben wurde, soll in diesem zweiten Teil nun auf die Bewertung dieser Fehlerarten eingegangen werden. Diese Schadensbewertung geschieht vor dem Hintergrund, dass Fertigungsbetriebe und Betreiber von geklebten Strukturen in der Lage versetzt werden sollen die Gefährdung, die von fehler- und schadhaften Klebverbindungen  ausgehen kann, im Rahmen eines Risikomanagements zu beurteilen. Im dritten und letzten Teil der Artikelserie werden dann zerstörungsfreie Prüfverfahren und Methoden vorgestellt, mit denen entsprechende Imperfektion in Klebverbindungen detektiert werden können. Weiterlesen

Inkrementelle Blechumformung

Hintergrund

Die Blechumformung bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten Bleche zu bearbeiten. Neben dem allgemein bekannten Tiefziehen und dem Innenhochdruckumformen gibt es eine Variante der Blechbearbeitung die weniger bekannt ist. Der vorliegende Artikel gibt einen kleinen Einblick in die inkrementelle Blechumformung (IBU).

Abbildung 1: Tiefziehblech DC06 s0=0,8 mm; β=55°; Drücktiefe 100 mm

Abbildung 1: Tiefziehblech DC06 s0=0,8 mm; β=55°; Drücktiefe 100 mm

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