Kategorie: Fachartikel

Informative und spannende Fachartikel aus Werkstoffe in der Fertigung.

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

Neue Verfahrenstechnologie – Kombination von Flach-Clinchen mit modernen Klebstoffen

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Innerhalb des Fachartikels werden aktuelle Untersuchungen zum Flach-Clinch-Kleben vorgestellt. Dieses Umformfügeverfahren ist besonders für Leichtbaukonstruktionen in Mischbauweise geeignet, da es die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl verschiedener Materialien zu fügen. Basierend auf dem Stand der Technik werden experimentelle und numerische Untersuchungen zum konventionellen Flach-Clinchen von Metall-Metall-Verbindungen sowie das neuentwickelte Verfahren Flach-Clinch-Kleben präsentiert.

Ausgangssituation

Das Ziel moderner Fertigungs- und Produktkonzepte ist die Einsparung von Rohstoffen, Kosten und Energie sowohl bereits bei der Herstellung als auch bei der späteren Nutzung von Produkten. Durch den Einsatz aktueller Leichtbaustrategien werden besonders im Automobilbereich zunehmend verschiedene, an die jeweiligen Gewichts- und Festigkeitsanforderungen angepasster Werkstoffe verwendet [1]. Ein Problem dieses sogenannten Material-Leichtbaus ist das zuverlässige Fügen der verschiedenen Materialien. Weiterlesen

Prozessintegrierte Kontaktierung von elektrischen Funktionselementen mit elektrisch leitfähigen Kunststoffen

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Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann, Dipl.-Ing. Stefan Haase
Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

Die Nutzung von elektrisch leitfähigen Kunststoffen ermöglicht vielversprechende Lösungen für die integrierte Fertigung von elektrischen oder elektronischen Funktionsbauteilen. Dabei können durch das Umspritzen metallischer Kontakte von standardisierten Funktionsbauteilen wie LEDs, Widerständen oder Kontaktpins diese kontaktiert und somit komplexe Schaltungen realisiert werden.

Einleitung

Kunststoffe kommen oftmals aufgrund ihrer hervorragenden isolierenden Eigenschaften zum Einsatz. Durch Zugabe von elektrisch leitfähigen Füllstoffen ist es möglich, dem Werkstoff eine gewisse elektrische Leitfähigkeit zu verleihen und ihn so für Anwendungen, beispielsweise zur Ableitung elektrostatischer Aufladungen in explosionsgefährdeten Bereichen, nutzbar zu machen. Sollen jedoch eine höhere Leitfähigkeit erzielt oder elektrische Leistung übertragen werden, sind Kunststoffcompounds mit nur einem elektrisch leitfähigen Füllstoff zumeist nicht ausreichend [1-3]. Weiterlesen