Kategorie: Fachartikel

Informative und spannende Fachartikel aus Werkstoffe in der Fertigung.

Neuartige Preformen aus hochsteifen technischen Fasern für Verbundkeramiken

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Abbildung 1: Einteilung der textilen Gebilde in Anlehnung an DIN 60000

Um neuartige, faserverstärkte keramische Verbundwerkstoffe (CMC = Ceramic Matrix Composites) bei Temperaturen oberhalb 1000 °C dauerhaft einsetzen zu können, erarbeitet der Lehrstuhl Keramische Werkstoffe (Universität Bayreuth) gemeinsam mit unterschiedlichen Projektpartnern Konzepte für neue textile Preformen aus keramischen Hochleistungsfasern. Übergeordnetes Ziel der Zusammenarbeiten ist es, Lücken zum internationalen Stand der Technik zu schließen und neue Erkenntnisse zu schaffen. Im folgenden Artikel werden die Anforderungen an Preformen erläutert, sowie neuartige textile Fertigungstechniken und Anwendungsbeispiele gezeigt. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Abbildung 1: Anordnung der Proben um die Strahlungsquelle für die künstliche Bewitterung,
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uelle: Fraunhofer IPA

Klimatische Belastungen im Labormaßstab nachstellen

Unter dem Begriff Klima werden alle meteorologischen Vorgänge für einen definierten Zeitraum zusammengefasst, die an einem Ort unterschiedliche Wetterzustände hervorrufen und den Schwankungen eines tages- und jahreszeitlichen Rhythmus unterliegen. Die Hauptbelastungsarten für lackierte Kunststoffbauteile durch das Klima sind die Sonnenstrahlung, das Wasser, die Temperatur sowie weitere sekundäre Effekte wie Schadstoffe in der Luft, saurer Regen und klimaabhängige biologische Einflüsse. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Verbundfestigkeit und Haftung der Lackfilme

Eine hohe Haftfestigkeit ist eine grundlegende Voraussetzung für die Funktion und Langlebigkeit von Beschichtungen. Die Haftfestigkeit von Lackfilmen auf Kunststoffbauteilen besteht in der Wirkung von Anziehungskräften zwischen verschiedenen Stoffen (Adhäsion). Diese Adhäsionskräfte sind abhängig von der Benetzung des Bauteils durch den flüssigen Lack, der Art der entstehenden Wechselwirkungen in der Grenzfläche und den daraus resultierenden, meist zwischenmolekularen Bindungen.

Abbildung 1: Aufnahmen mittels Lichtmikroskop – typischer Lackaufbau, links Exterieurbauteil, rechts Interieurbauteil, Bildquelle: Fraunhofer IPA

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Porositätscharakterisierung von CFK-Werkstoffen mit der Mikro-Computertomografie

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Es gibt unterschiedliche fertigungsbezogene Fehlstellen in karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und sie haben meist eines gemeinsam: Die Verminderung der mechanischen Festigkeit. Porosität hat in CFK-Werkstoffen einen wesentlichen Einfluss auf die Übertagung von Schubkräften. Die intralaminare Scherfestigkeit nimmt bis ca. 4 Vol.-% Porosität näherungsweise um ca. 7 % je Volumenprozent ab. Eine präzise Ermittlung des Porositätsgehalts kann daher entscheidend für das Versagen von industriellen Bauteilen sein. Gerade im Bereich der Luftfahrt kann das mit verehrenden Folgen verbunden sein. Großflächige Untersuchungen hinsichtlich der Porosität sind hier sehr wichtig.

Abb.1: Verschiedene Porenformen in CFK-Werkstoffen

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Warum nicht mal in Keramik? Keramische Lösungen für den Maschinenbau

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Wälzlager mit aufgedruckten und lasergesinterten Sensoren zur Dehnungs- und Körperschallmessung.

Keramische Werkstoffe erfüllen heute in den verschiedensten Anwendungen zuverlässig ihre Aufgaben. Ihr Eigenschaftspotenzial kommt vor allem bei komplexen Anforderungen zum Tragen, wo andere Werkstoffe deutliche Defizite aufweisen. So werden Hochleistungskeramiken u. a. in verschleiß- und temperaturkritischen Bereichen von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Sie werden ständig weiter entwickelt und besitzen mittlerweile Eigenschaftsprofile, die vor wenigen Jahren noch undenkbar waren. Dazu tragen wesentlich die immer weiter spezialisierten Herstellungsverfahren und maßgeschneiderten Rohstoffe bei. Weiterlesen

Faserverbundwerkstoffe mit Cellulosefaserverstärkung für Automobilanwendungen

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Autoren: Katrin Ganß, Thomas Reußmann, Renate Lützkendorf

Einleitung

Naturfasern wie Flachs, Hanf oder auch Kenaf werden seit mehr als 30 Jahren in der Automobilindustrie zur Herstellung naturfaserverstärkter Kunststoffe (NFK) bspw. für Türverkleidungen, Instrumententafelträger oder Kofferraumauskleidungen eingesetzt. Mittlerweile haben sich diese Materialien unter anderem aufgrund ihrer hervorragenden Performance wie:

  • hohe mechanische Kennwerte,
  • gute Dämpfungseigenschaften und
  • der geringen Faser- bzw. Verbunddichte

fest etabliert [1]. Insbesondere die geringe Verbunddichte (bei gepressten Bauteilen mit PP-Matrix bis zu 0,6 g/cm³ möglich [2]) macht NFK vor allem im Hinblick auf ihr Leichtbaupotential sehr interessant [3].Trotz der überaus positiven Eigenschaften, welche den breiten Einsatz dieser Verbunde in der Industrie erst ermöglichten, gibt es auch Defizite [1, 4]:

  • Emissionen (Fogging, Geruch), welche durch die chemische Zusammensetzung (insbesondere Pektine, Wachse, Lignin) hervorgerufen werden
  • Niedrige Schlagzähigkeit (problematisch bei crashbeanspruchten Bauteilen)
  • Natürliche Qualitätsschwankungen (Feinheit, Festigkeit, Faserlänge, Schäbenanteil)
  • Lokal begrenzte Verfügbarkeit und Preisschwankungen

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Composite-Bearbeitung mit KSS

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CFK-Werkstück in der Nassbearbeitung

Composite-Materialien wie carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften wichtiger Werkstoff für viele Branchen, jedoch schwer zu bearbeiten. Bohrungen und Zerspanungsoperationen erfolgen hier klassischerweise trocken – die Werkstücke bereiten den Verantwortlichen jedoch nicht selten durch mindere Qualität und zu hohem Ausschuss Kopfzerbrechen. Der Schmierstoffhersteller Rhenus Lub schlägt in Sachen CFK einen problem- und zukunftsorientierten Weg ein: die Zerspanung mit speziell entwickelten Kühlschmierstoffen. Weiterlesen

Risikomanagement als wesentliche Grundlage des sicheren Betriebs von Anlagen und Maschinen

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Autoren: Johannes Single M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Jens Denecke

Ein Risikomanagement wird betrieben, um Entscheidungen basierend auf der aktuellen Risikosituation zu treffen. Es trägt dazu bei, unternehmerische oder organisatorische Ziele wie beispielsweise Erfolg, Image, Liquidität und Existenz zukünftig zu sichern.Unter dem Begriff Risikomanagement versteht man eine Führungsaufgabe, um Risiken innerhalb Organisationen zu steuern. Hierzu werden Maßnahmen zur Identifikation, Analyse, Bewertung und Kontrolle von Risiken angewandt. Weiterhin gilt es, die firmen- und organisationspolitische Ausrichtung und übergeordneten Ziele und Strategien zu berücksichtigen. Weiterlesen

Umweltschonend und effizient – Plasma ersetzt Lösemittel und Aufrauprozesse

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Autor: Inès A. Melamies, Fachjournalistin, Bad Honnef

Moderne Nutzfahrzeugaufbauten werden heute in ihrer Struktur vollständig verklebt, um eine höhere Eigenfestigkeit und eine bessere Beständigkeit der Verbindungen bei geringeren Produktionskosten sicherzustellen. Auch resultiert diese Fügemethode in einer höheren Nutzlast sowie in einer Gewichtsreduzierung der Aufbauten, aus der wiederum eine Kraftstoffeinsparung und eine damit einhergehende Verminderung den CO2 Ausstoß über die gesamte Lebensdauer eines LKWs folgt. Die an das Strukturkleben gestellten Anforderungen sind hoch und nur mit einer zuverlässigen Vorbehandlung zu erfüllen.

Von den diversen Methoden für die Reinigung und Aktivierung von Materialoberflächen ist der Einsatz von umwelt- und gesundheitsgefährdenden Nass-Chemikalien weit verbreitet. Dass es aber auch umweltfreundlich und darüber hinaus weit effizienter geht, zeigt das Beispiel des Kühlfahrzeugeherstellers Schmitz Cargobull.

Bild 1: Moderne Kühlkofferaufbauten werden heute strukturell verklebt. Bei Europas führendem Hersteller wird bei der Vorbehandlung der Sandwichpaneele vor ihrer Verklebung auf organische Lösemittel schon seit vielen Jahren verzichtet.
Foto: Schmitz Cargobull AG

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Aktuelle Herausforderungen der Fügetechnik im Leichtbau

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Autoren: Dr. Wolf Georgi, Dr. Jonny Kaars, Reza Kaboli, Prof. Peter Mayr

Einleitung

Abbildung 1: Maximal übertragbare Kräfte einer Einpunkt-Clinchverbindung zwischen Metall und Kunststoff in Abhängigkeit der Restfeuchte des Kunststofffügepartners zum Fügezeitpunkt

Die Fügetechnik ist nach DIN 8580 ein Teil der Fertigungsverfahren und hat die Aufgabe, Lösungen für das Verbinden verschiedenster Werkstoffe bereitzustellen. Die Palette der Fügeverfahren wird dabei ständig weiterentwickelt und an neue Werkstoffsituationen angepasst. Der aktuelle Trend zum Leichtbau stellt dabei auch große Herausforderungen an die Fügetechnik. So sind auf der einen Seite thermische Fügeverfahren zu nennen, die für hoch- und höchstfeste Stähle geeignet sein müssen oder an das Fügen von Leichtmetallen angepasst werden müssen. Auf der anderen Seite stehen mechanische Fügeverfahren, welche es ermöglichen metallische Werkstoffe, natürliche Werkstoffe oder auch Kunststoffe nicht nur mit sich selbst sondern auch untereinander zu verbinden. Die Auswahl, welches Fügeverfahren für die jeweilige Fügeaufgabe in der eigenen Produktion zu verwenden ist, stellt dabei eine große Herausforderung an die Produzenten dar. Die Professur Schweißtechnik an der Technischen Universität Chemnitz beschäftigt sich unter anderem mit Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Fügeaufgaben im Leichtbau. Im vorliegenden Artikel wird ein kleiner Einblick in verschiedene Projektschwerpunkte der Professur gegeben. Hierbei werden auch Themen angesprochen, die den Fügeprozess im Vorfeld und übergeordnet betrachten. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen