Kategorie: Fachartikel

Informative und spannende Fachartikel aus Werkstoffe in der Fertigung.

Hochleistungsplasmen zur Entwicklung dünner Hartstoffschichten für Werkzeuge

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Das Institut für Oberflächentechnik (IOT) der RWTH Aachen University ist eine der führenden Forschungsinstitutionen auf dem Gebiet der PVD-Beschichtungstechnologie (Physikalische Gasphasenabscheidung). Die F&E-Gruppe PVD-Technologie (Werkzeuge) beschäftigt sich mit der Erforschung und Applikation von PVD-Dünnschichten für vielfältige Anwendungen. Hierbei setzt sie die am Markt üblichen und industriell eingesetzten Verfahrensvarianten, wie Magnetron Sputtern (MS) mit unterschiedlichen Kammervolumina sowie die neueste Generation von gepulsten Hochleistungsplasmen wie das High-Power-Pulse-Magnetron-Sputtering (HPPMS) und Lichtbogenverdampfen ein. Durch die Forschung an großskaligen, industriellen Anlagen, wie in Abbildung 1 (a) beispielhaft dargestellt, gelingt es, den Bogen zwischen Grundlagenforschung und industrierelevanten Beschichtungsprozessen zu spannen.

Abb. 1: Großskalige, industrielle Beschichtungsanlage des Typs CC800/9-HPPMS der CemeCon AG (a), laserstrukturierte Beschichtung für den Einsatz in der Kunststoffverarbeitung (b), CrN/AlN-Nano laminat (c) und PVD-beschichtete Langlochbohrer (d

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Entscheidend sind Knowhow und Beratung: Guter Verschleißguss ist Kopfsache

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Verschleiß und dadurch bedingte Ausfälle sind nicht nur ärgerlich, sondern in vielen industriellen Anwendungsbereichen auch ein erheblicher Kostenfaktor. Dies gilt ganz besonders dort, wo Güter zerkleinert, gemahlen, gefördert oder gepumpt werden müssen. Verschleißbedingte Bauteilabnutzung und die dadurch verursachten Kosten können nicht verhindert, aber durch Wahl geeigneter Werkstoffe in teils erheblichem Umfang verringert werden. Hierzu einige Tipps von Fachleuten einer auf die Herstellung von verschleißbeständigen Komponenten spezialisierten Gießerei.

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Lochen hybrider Bauteile mit minimalem Schädigungsgrad

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Abbildung 1: Projektumfang und Anwendungsgebiet gelochter Hybridbauteile; Widerstandspunktschweißen (links), Blindnietverbindung (rechts)

Hybride Bauteile aus Kunststoff und Metall rücken zunehmend in den Fokus von Forschung und Industrie. Ein hohes Leichtbaupotenzial macht diese Werkstoffkombination in vielen Anwendungsbereichen interessant. Die Vorteile der Hybridisierung beschränken sich jedoch nicht nur auf die optimale Nutzung der jeweiligen Materialeigenschaften. Vorzugsweise werden hybride Bauteile daher in Branchen mit gewichtsrelevanten Betriebskosten, wie beispielweise der Luft- und Raumfahrt, eigesetzt. Mit zunehmender gesellschaftlicher und politischer Bedeutung der Ressourceneffizienz sind diese entwicklungsintensiven Bauteile auch für die Automobilbranche relevant geworden. Die wichtigsten Herausforderungen sind hierfür wirtschaftliche Prozesse für die Großserie. Weiterlesen

Additive Fertigung in der Instandhaltungslogistik

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Abb. 1: Beispiele für additiv gefertigte Ersatzteile bei der STURM GmbH (Quelle: STURM GmbH)

Additive Fertigung

Die Anforderungen an den Produktionssektor werden im Zuge der Digitalisierung immer vielfältiger. Kundenwünsche nach individualisierten Produkten, kurzen Servicezeiten und hohen Verfügbarkeiten nehmen immer weiter zu. Konventionelle Produktionsanlagen stehen damit vielfältigen Herausforderungen gegenüber. Kleiner werdende Losgrößen und verkürzte Lieferzeiten besonders für Ersatzteile zwingen viele Unternehmen zum Umdenken. Vor diesem Hintergrund gewinnt die additive Fertigung (eng.: additive manufacturing) an Relevanz. [Breuniger et al. 2013, S. 5 ff.] Weiterlesen

Lager-Killer – wie man Schäden an Lagersystemen vermeidet

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Abb. 1 Bildquelle: The Timken Company

Von Russell Folger, Jerry Rhodes und David Novak, The Timken Company

Lager-„Killer“ sind Bedingungen, die einem Lagersystem Schaden zufügen und dessen Lebensdauer vorzeitig beenden können. Die vier häufigsten Ursachen sind:
Ungeeignete Schmierung, Verschmutzung, Überlast, falsche Handhabung und Installation. Diese Ursachen betreffen eine Vielzahl von Lagertypen, darunter Zylinderrollen-, Pendelrollen-, Nadel-, Kegelrollen- und Kugellagerkonstruktionen.

Die Folgen von Lagerschäden an industriellen Anlagen können erheblich sein:
Verletzungen von Anlagenpersonal, reduzierte Betriebseffizienz, Kosten für Lagerreparatur oder Lagerersatz, Kosten für Reparatur oder Ersatz anderer Komponenten – wie z. B. Gehäuse oder Wellen –, die durch von den beschädigten Lagern ausgehende Vibrationen oder hohe Temperaturen beschädigt werden können, sowie ungeplante Ausfallzeiten von Anlagen. Weiterlesen

Zuckerrübenschnitzel – ein neuer faserartiger Bestandteil für Verbundwerkstoff

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Abbildung 1 REM Aufnahmen (© Fraunhofer UMSICHT) von Zuckerrübenschnitzelmahlgut (Herkunft: Jäckering Mühlen und Nährmittelwerke GmbH ) mit D50 ~ 250 μm links und ~ 30 μm rechts. Während bei der gröberen Type kompaktierte „Zellhaufen“ nachgewiesen werden können, sind bei der feinen Type im Wesentlichen nur Bruchstücke von Zellen sichtbar.

In dem vom Land Nordrhein-Westfalen und der Europäischen Union geförderten Projekt „Werkstoffentwicklung auf Basis von Rübenschnitzeln für marktrelevante Anwendungen“ beschäftigen sich die Unternehmen Byk-Chemie GmbH, Entex Rust & Mitschke GmbH, FKuR Kunststoffe GmbH, Fraunhofer UMSICHT und Fraunhofer WKI, Harold Scholz & Co. GmbH, Jäckering Mühlen- und Nährmittelwerke GmbH, Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH, Landwirtschaftlicher Betrieb Koch, Nova-Institut GmbH, Pfeifer & Langen GmbH & Co. KG und SWOBODA engineering GmbH mit der Entwicklung eines neuartigen Verbundwerkstoffes, welcher in erster Linie als Compound für die weitere Kunststoffverarbeitung zur Verfügung gestellt werden soll. Weiterlesen

Prozessgrenzen beim Walzplattieren besser verstehen

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Abbildung 1: Aufbau des Grundversuchs zur Charakterisierung der Verbindung beim Walzplattieren (oben) ([Autoren] nach [Mik14]) und schematische Versuchsdurchführung (unten)

Stoffschlüssiges Verbinden durch Walzplattieren

Die hohen Anforderungen an moderne Bauteile, zum Beispiel im Bereich des Leichtbaus und der Energieeffizienz, können immer seltener durch monolithische Werkstoffe erfüllt werden. Hier greift das Walzplattieren als ein etabliertes Verfahren für das stoffschlüssige Verbinden verschiedener metallischer Werkstoffe an. Dies ermöglicht anwendungsgerechte Kombinationen physikalischer, chemischer oder mechanischer Werkstoffeigenschaften. In der Praxis werden allerdings Prozessgrenzen in Bezug auf kombinierbare Werkstoffe und realisierbare Schichtdickenverhältnisse beobachtet. So können stark unterschiedliche Festigkeiten der Verbundpartner oder ungünstige Schichtdickenverhältnisse zu stark unterschiedlicher Längung führen. Somit wird eine Verbindungsentstehung erschwert oder verhindert und es kann zu periodischem Aufreißen der schwächeren Schicht kommen. Um diese Zusammenhänge systematisch untersuchen und besser verstehen zu können, wurden am IBF realitätsnahe Simulationsmodelle und ein Grundversuch entwickelt, mit dem die Entstehung der stoffschlüssigen Verbindung entsprechend den Bedingungen im Walzspalt quantitativ nachvollzogen werden kann. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Abbildung 1: Durchführung der Chemikalienprüfung am Exterieur-Bauteil

Prüfung der Medienbeständigkeit an lackierten Bauteilen

Die Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit einer lackierten Kunststoffoberfläche gegenüber natürlichen und chemischen Substanzen hängen vom vorgesehenen Einsatzgebiet des Bauteils ab. In der Automobilindustrie wird üblicherweise eine Einteilung der durchzuführenden Prüfungen in typische Belastungsarten von Interieur- und Exterieurbauteilen vorgenommen. Interieurkomponenten kommen beispielsweise mit Handschweiß, Sonnencreme sowie mit Getränken (z. B. Coca-Cola, Kaffee, Säfte) in Berührung. Eine Verträglichkeit gegenüber ausgewählten Pflege- und Reinigungsmitteln sollte entsprechend vorliegen. Exterieurkomponenten werden hingegen weitaus mehr Beanspruchungen ausgesetzt. Natürliche Substanzen wie Vogelkot und Baumharze können den Lack angreifen. Im Fahrzeug kommen außerdem Betriebsstoffe wie Kühlerfrostschutzmittel, Konservierungsmittel sowie unterschiedliche Kraftstoffe und Schmiermittel zum Einsatz, die mit den lackierten Oberflächen in Berührung kommen können. Weiterlesen

Energetische, Wirtschaftliche und Arbeitsmedizinische Aspekte zur Schweißtechnik

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Abbildung 1: Einfluss der Schweißnahtgeometrie auf die Abkühlzeit t8/5 und den Wärmestrom beim MSG-Schweißen (Parameter: Standardlichtbogen bei v D = 10 m/min; PA-Schweißposition; Zusatzwerkstoff d = 1,2 mm G3Si1; Grundwerkstoff: S235; Schutzgas 15 l/min 82 % Ar, 18 % CO2; Schweißgeschwindigkeit 70 cm/min; Kontaktrohrabstand 18 mm)

Einleitung

Um die Wirtschaftlichkeit beim Schmelzschweißen zu erhöhen können Fülldrahtelektroden eingesetzt werden, welche aber gleichzeitig eine höhere Emission an gesundheitsschädlichen Stoffen beim Schweißen bewirken. Das Schmelzschweißen, als eine Möglichkeit Stahlbauteile zu fügen, spielt nach wie vor eine bedeutende Rolle in heutigen Konstruktionen. Fortlaufend wird an neuen Stahlsorten geforscht und vorhandene in ihren Eigenschaften weiter entwickelt. Das große Ziel ist, Stähle schnell und einfach zu fügen um damit wirtschaftlich Produkte herstellen zu können. Das Schmelzschweißen führt im Werkstoff grundsätzlich und unweigerlich zu einer Änderung des Gefüges. Dies hat wiederum großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung. Für die Charakterisierung des Zeit-Temperatur-Verlaufs kommt dem Bereich zwischen 800 und 500 °C (sogenannte t8/5-Zeit) hohe Bedeutung zu, da dort die Gefahr unzulässiger Aufhärtung bzw. die Verminderung der Streckgrenze besteht. Für ein wirtschaftliches Schweißen müssen diese Kenntnisse vorliegen. Weiterhin besteht für das Personal, welches Schweißarbeiten durchführt, aber auch für Personen die sich in unmittelbarer Nähe des Bereiches der Schweißarbeitsplätze befinden, eine erhebliche Gefahr durch Strahlung und durch die Entstehung von alveolengängigen Schweißrauch. Die Professur Schweißtechnik der Technischen Universität Chemnitz ist mit mehreren Forschungsprojekten in diesen Bereichen aktiv. Einen repräsentativen Einblick aus diesen Projekten bietet der vorliegende Artikel. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen

Bestimmung und Berechnung der Gehäusefestigkeit für montierte Lagereinheiten. Warum das für die Betriebsoptimierung wichtig ist.

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Stehlager – Sie werden von Konstrukteuren in nahezu allen Industriebereichen für eine Vielzahl von anspruchsvollen wie unkonventionellen Anwendungen eingesetzt. Um das für einen optimalen Betrieb adäquate Wälzlager auswählen zu können, sind Daten, die Aufschluss über die Leistungsanforderungen an die Gehäusefestigkeit geben, zentral.

Welche Konstruktionsüberlegungen sind etwa anzustellen, wenn die Anwendung eine Stehlagerinstallation in nicht-horizontaler Ausrichtung erfordert? Und was passiert, wenn die Lagerlast nicht durch das Unterteil der Stehlagereinheit aufgebracht wird? Antworten auf diese Fragestellungen erleichtern die Wahl eines geeigneten Stehlagers für die jeweilige Anwendung. Timken greift dafür auf physikalische Prüfungen, hochentwickelte Modellierungen und auf praktische Erfahrungen zurück. Weiterlesen