Aluminiumschäume pulvermetallurgisch hergestellt und faserverstärkt. - In: Emobility tec, ISSN 2193-892X, Bd. 4 (2015), 2, S. 60-63
Die Anwendungen von porösen Metallen oder auch Metallschäumen wird aktuell noch sehr stark durch die im Vergleich zu den entsprechenden Monomaterialien schlechteren mechanischen Eigenschaften begrenzt. Besonders hervorzuheben ist die geringe Dichte und somit eine geringe Masse im Verhältnis zum Volumen, eine hohe Druckfestigkeit und ein gutes Dämpfungsvermögen der Aluminiumschäume. Eine Verbesserung der Druckfestigkeiten und des Energieabsorptionsvermögens durch das Einbringen von Fasern in einen Aluminiumschaum ist das Ziel der vorgestellten Untersuchungen.
Analyse und Optimierung des Restschmutzeintrages durch den Einfluss von Reiblamellen in eine Doppelkupplung. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Nasslaufende Doppelkupplungssysteme finden in der Automobilbranche zunehmend Anwendung. Im Zuge der immer höher werdenden Leistungsdichte steigen ebenfalls die Anforderungen an den Komfort sowie die Schaltdynamik. Um ein gleichmäßiges Anfahrverhalten realisieren zu können, müssen alle Komponenten einer Lamellenkupplung einem hohen Qualitätsstandard entsprechen. Eine Ursache für die Minderung des Fahrkomforts ist auf das Bauteil Reiblamelle zurückzuführen. Durch einen erhöhten Restschmutzeintrag in Folge der spezifischen Fertigung, treten Messfehler bei der automatisierten Montage auf. Daraus resultierten Ungleichförmigkeiten bei der Momentenübertragung. Die vorliegende Masterarbeit liefert ein Reinigungskonzept zur Reduzierung des Restschmutzeintrages durch den Papierreibbelag einer Reiblamelle in eine Doppelkupplung. Zur Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt eine Prozesskettenanalyse. Auf der Grundlage von definierten Voruntersuchungen werden in diesem Zusammenhang die zu untersuchenden Prozessschritte festgelegt. Mit Hilfe eines Ishikawa-Diagramms werden davon ausgehend die Haupteinflussgrößen ermittelt. Für alle Versuchsteile der durchgeführten Untersuchungen wird durch eine definierte Analysemethode der Restschmutzgehalt bestimmt. Durch die dabei erlangten Ergebnisse wird die Ursache für den erhöhten Restschmutzgehalt identifiziert. Aufbauend auf dem Ist-Zustand wird ein Soll-Zustand definiert. Die Hauptanforderung entspricht dabei der Verbesserung der technischen Sauberkeit zur Einhaltung der Restschmutzspezifikation der Reiblamelle. Für die Umsetzung dieser Forderung werden Reinigungskonzepte entwickelt. Mit Hilfe einer experimentellen Versuchsreihe werden die unterschiedlichen Konzepte analysiert und bewertet. Dabei erfolgt eine Gegenüberstellung der Konzepte durch eine visuelle Beurteilung und eine Analyse bezüglich des Restschmutzes. Ausgehend von der Konzeptbewertung und mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Reinigungskonzept ausgewählt. Abschließend wird die Umsetzbarkeit des Konzeptes geprüft sowie Aussagen über Ausblick und Folgerung getroffen.
Im MuCell®-Verfahren hergestellte, faserverstärkte Thermoplaste: Verfahrensbeschreibung, Untersuchung an Probekörpern und Bauteilen, Ableiten von Konstruktionshinweisen für das MuCell®-Verfahren. - 144 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Arbeit behandelt Untersuchungen an im MuCell®-Verfahren hergestellten Bauteilen und Proben. Dabei werden vor allem mechanische Kennwerte betrachtet und deren Beeinflussung durch das Einbringen von Poren. Zur Vorhersage des Verhaltens im Kurzzeitzugversuch wird ein Modell erstellt und diskutiert. Zur Modellerstellung wird die Mikrostruktur von im MuCell®-Verfahren geschäumten Kunststoffen analysiert. Aus der Betrachtung der Art, Form und Lage der Inhomogenitäten ergeben sich mittels eines mathematischen Homogenisierungsverfahrens effektive Materialkennwerte. Diese lassen Rückschlüsse auf die Reaktion der untersuchten Proben unter Zugbelastung zu. Im Speziellen erfolgen Betrachtungen zum Elastizitätsmodul und zur Bruchfestigkeit. Als Eingangsgröße in das Modell muss die Verteilung der Dichte bzw. der Poren über den Probenquerschnitt bekannt sein. Dazu wird ein Verfahren zur Bestimmung dieses Verlaufes erläutert und bei verschiedenen relativen Dichtereduzierungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden dokumentiert und ausgewertet. Die effektiven Materialkennwerte ergeben sich aus den dadurch bestimmten Verläufen. Mit Hilfe des Zugversuches in Anlehnung an normierte Vorgehensweisen werden reale Materialkennwerte ermittelt. Zunächst erfolgt eine Diskussion hinsichtlich der Anwendbarkeit der Normen im Zugversuch auf geschäumtes Material. Über einen Vergleich mit den Modellwerten wird die Aussagefähigkeit der berechneten Kennwerte zur Vorhersage des Materialverhaltens geprüft. Aus den im Zugversuch bestimmten Spannungs-Dehnungs-Verläufen werden Rückschlüsse über den Einfluss von Poren auf das mechanische Verhalten abgeleitet. Des Weiteren erfolgt eine Beurteilung der Energieaufnahmefähigkeit des Materials bei stoßartiger Belastung. Dazu wird eine Schlagzähigkeitsuntersuchung herangezogen. Vor allem der Einfluss des Schäumens steht dabei im Vordergrund. Die durch die Versuche erlangten und darüber hinaus aus Diskussion und Literatur gewonnenen Erkenntnisse werden im Anschluss anwendungsgerecht in Form von Konstruktionshinweisen im Umgang mit dem MuCell®-Verfahren aufbereitet.
Reduzierung der Wanddickentoleranz und Ebenheitstoleranz von motorischen Anlaufringhälften. - 151 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Motorische Anlaufringhälften sind Axiallager mit einer Umfangslänge von 180˚. Anwendung finden diese in Verbrennungsmotoren von Pkws und Lkws. Während des Kupplungvorgangs entstehende Axialkräfte der Kurbelwelle werden von motorischen Anlaufringhälften aufgenommen. Durch permanent steigende Ansprüche an das Automobil, beispielsweise die Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und Verminderung der CO2-Emissionen, resultieren ebenfalls steigende Anforderungen an die motorischen Anlaufringhälften. Diese steigenden Anforderungen konnten bisher über eine Überdimensionierung der Axiallager kompensiert werden. Ihre sichere Funktion war somit gewährleistet. Die Performanzgrenze von motorischen Anlaufringhälften ist erreicht. Dieser Entwicklung soll durch die Halbierung der Wanddickentoleranz und durch die Reduzierung der Ebenheitstoleranz von motorischen Anlaufringhälften entgegengewirkt werden. Wird die Ebenheitstoleranz reduziert, kann ein punktueller Verschleiß des Axiallagers verhindert werden. Es wird eine flächenhafte Beanspruchung erzielt. In dieser Arbeit wird zunächst eine umfassende IST-Analyse zu den beiden Merkmalen, Wanddicke und Ebenheit, an fünf verschiedenen Typen von motorischen Anlaufringhälften durchgeführt. Es werden verschiedene Messmethoden zur Bestimmung von Wanddicke und Ebenheit angewendet. Aus den Ergebnissen der IST-Analyse konnten Tendenzen und Systematiken bezogen auf die beiden Merkmale abgeleitet werden. Des Weiteren wird eine vollständige Prozesskettenanalyse von motorischen Anlaufringhälften durchgeführt. Ein kritisches Hinterfragen der momentan eingesetzten Messverfahren und die Durchführung der Messung bezogen auf Häufigkeit und Anzahl der Messpunkte ist ein weiterer Aspekt der Arbeit. Potentielle Einflussfaktoren, welche sich u.a. aus den Erkenntnissen der IST-Analyse und der Prozesskettenanalyse ergeben, werden in einem Ishikawa-Diagramm aufgeführt. Anschließend werden die Einflussfaktoren systematisch bewertet. Sechs Einflussfaktoren konnten aus den Einflussgrößen-/Zielgrößenmatrizen bestimmt werden, welche zu einer Minimierung der Wanddicken- und Ebenheitstoleranz beitragen. Es wird ein Screeningversuchsplan aufgestellt. Abschließend wird ein weiteres Vorgehen für die Bestimmung und Festlegung von Prozessparameter bezüglich der Reduzierung der beiden Toleranzen dargelegt.
Entwicklung, Konstruktion und Optimierung eines absenkbaren PKW-Anhängers unter leichtbau- und fertigungstechnischen Aspekten. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die steigenden Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit, Kraftstoffverbrauch und die anspruchsvollen Kundenanforderungen verlangen von den Automobilherstellern ein hohes Maß an Flexibilität. Um dabei wettbewerbsfähig zu bleiben, sind innovative Konzepte mit immer effizienteren und leistungsfähigeren Produkten notwendig. Diese Anforderungen bestimmen die gesamte Automobilbranche. Dies wird gerade auch in dem Bereich der Anhängerentwicklung deutlich. Aus diesem Grund heraus wurde ein Anhänger entwickelt der die Anforderungen im besten Maße erfüllen soll. Dazu wurde die Konstruktion eines vollständig absenkbaren Anhängers angestrebt, um die Ergonomie bei dem Be- und Entladen zu verbessern. Mit Hilfe von Produkt- und Werkstoffanalysen, wurden die speziellen Anforderungen für die Konstruktion ermittelt. Anschließend wurden durch Festigkeitsberechnungen und FEM-Analysen ein funktionsfähiges Konzept entwickelt und umgesetzt.
Geschlossenporiger Aluminiumschaum mit Faserverstärkung. - In: Tagungsband, (2015), S. 399-407
Der Einsatz von Metallschäumen, insbesondere von Aluminiumschäumen, wird heutzutage noch sehr oft durch die, im Vergleich zu den Monomaterialien schlechteren mechanischen Eigenschaften, begrenzt. Eine Verbesserung der Druckfestigkeiten, Biegefestigkeiten und des Energieabsorptionsvermögens ist hierbei das Ziel der vorgestellten Untersuchungen. Metallische, zelluläre Werkstoffe weisen eine Vielzahl einzigartiger Eigenschaften auf, die neuartige Anwendungen jenseits der bekannten Werkstoffe erlauben. Besonders hervorzuheben ist ihre geringe Dichte und somit eine geringe Masse im Verhältnis zum Volumen, eine hohe Druckfestigkeit und ein gutes Dämpfungsvermögen. In diesem Vortrag werden aktuelle Untersuchungen zur komplexen Herstellung, zu den Eigenschaften und Analysen von verstärkten geschlossenporigen Aluminiumschäumen im pulvermetallurgischen Verfahren vorgestellt. Als Verstärkungsmaterial kommen dabei Glasfasern, Kohlenstofffasern und CNT zum Einsatz.
Analyse von Oberflächenverfahren zur Verbesserung der Adhäsion auf Aluminiumoberflächen. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der Klebtechnik ist der Zusammenhalt des Klebeverbunds maßgeblich von seinen Adhäsionseigenschaften abhängig. Das Beizen gilt als eine der effektivsten Vorbehandlungsmethoden von Aluminiumoberflächen. Aufgrund der immer strengeren Umweltauflagen sowie stetig steigenden Anforde-rungen an eine Aluminiumklebung werden in der vorliegenden Arbeit alternative Vorbehandlungsmethoden zur Verbesserung der Adhäsion von Epoxidharzklebstoffen an Aluminiumoberflächen analysiert. Dazu werden Aluminiumsubstrate vor dem Fügen mittels Epoxidharzklebstoff physikalischen, chemischen sowie mechanischen Vorbehandlungsmethoden unterzogen. Die Auswirkungen der jeweiligen Vorbehandlungsmethode werden u.a. mittels einer REM-Analyse, einer Lichtmikroskopie sowie eines Schertests beurteilt. Die Resultate der untersuchten Aluminium/Epoxidharz-Verbunde weißen einen engen Zusammenhang der Haftfestigkeit mit der Oberflächenstruktur auf. Je zerklüfteter die Aluminiumoberfläche ist, desto besser ist die adhäsive Bindung. Demzufolge sollte bei weiteren Untersuchungen von Aluminiumklebungen der Fokus auf der Oberflächenstrukturierung liegen.
Einfluss des Faservolumengehalts auf die mechanischen Eigenschaften eines FVK-Verbundbauteils. - 141 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Entscheidend für die Steifigkeits- und Festigkeitskennwerte von CFK-Bauteilen ist der Faservolumengehalt. Durch den Einsatz neuer Verfahrensvarianten des großserientauglichen RTM-Prozesses, wie das HD-RTM-Verfahren oder das C-RTM-Verfahren, kann in CFK-Bauteilen ein Faservolumengehalt von bis zu 60 Vol.% erzielt werden. Trotz einer hohen Prozesssicherheit können bei der Fertigung von CFK-Bauteilen Schwankungen in den Bauteildickentoleranzen auftreten. Ursachen sind die erreichbaren Werkzeugtoleranzen und die Fertigungsparameter. Die Abweichungen von der Solldicke wirken sich auf den Faservolumengehalt und die mechanischen Eigenschaften aus. Zuerst werden im HD-RTM-Prozess Prüfplatten mit einer unterschiedlichen Faserlagenanzahl realisiert. Sie dienen zur Untersuchung des Einflusses der Fasermenge auf den Faservolumengehalt und die mechanischen Eigenschaften. Zusätzlich werden im selben Verfahren Prüfplatten mit unterschiedlichen Plattenstärken bei konstanter Faserlagenanzahl gefertigt. Durch die Variation der Harzmenge werden mögliche prozessbegleitende Schwankungen untersucht. In einem nächsten Schritt werden an den im HD-RTM-Prozess gefertigten Prüfplatten Untersuchungen zur Bestimmung des Faservolumengehalts durchgeführt. Es werden vier Verfahren zur Ermittlung des Fasergehalts herangezogen. Neben der Bestimmung über das Preformgewicht und die Verbunddichte, wird eine Glühverlustbestimmung im Mikrowellenveraschungsofen durchgeführt. Zuletzt erfolgt ein Abgleich über die nasschemische Analyse. Die mechanischen Eigenschaften werden unter Zug-, Druck- und Vier-Punkt-Biegebelastung ermittelt. Es werden so faser- und matrixdominierende Kennwerte untersucht. Der Einfluss der unterschiedlichen Faser- und Harzmengen auf die mechanischen Eigenschaften wird herausgearbeitet. Abschließend erfolgt ein wertender Vergleich und eine Diskussion der praktisch ermittelten Fasergehalte und mechanischen Kennwerte. Es wird eine Empfehlung für die zukünftige Vorgehensweise bei der Bestimmung des Fasergehalts in CFK-Bauteilen gegeben. Zudem wird aufgezeigt wie künftig mit Bauteildickentoleranzen bei einer Materialcharakterisierung umzugehen ist und welchen Einfluss die Erhöhung der Fasermenge auf die mechanischen Bauteileigenschaften nimmt.
Aluminiumpunktschweißen - Untersuchungen zur Schweißbarkeit, Prozesskontrolle und Standmenge. - 152 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Widerstandspunktschweißklebbarkeit sowie die Elektrodenkappenstandmenge und Prozessfähigkeit verschiedener Materialpaarungen der 5xxxer und 6xxxer Aluminiumknetlegierungsserien analysiert. Im ersten Abschnitt der Arbeit werden nach den durchgeführten Widerstandspunktschweißungen die Schweißbarkeit verschiedener zuvor ausgewählter Materialpaarungen anhand der ausgeknöpften Blechpaarung, makroskopischen Schliffbildern und durchgeführten Zugversuchen charakterisiert. Dabei liegen die Untersuchungsschwerpunkte auf den Schweißpunktdurchmessern, der Zugfestigkeit der Schweißpunkte mit und ohne Klebstoff und der kritischen Prozessfähigkeit in Relation zu den zuvor definierten Mindestschweißpunktdurchmessern. Der zweite Abschnitt behandelt das Elektrodenkappenstandmengenverhalten sowie mögliche Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Standmengenverhaltens. Dabei wird das Anlegieren der Elektrodenkappen auf der Blechoberfläche untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf dem Erhöhen der Elektrodenkappenstandmenge mittels Variation der Elektrodenkappengeometrie und Anwendung eines neu entwickelten Softwarepakets zur rotatorischen Zangendrehbewegung. Im dritten Abschnitt wird eine mögliche Optimierungsmaßnahme hinsichtlich der Prozessfähigkeit untersucht. Dabei dient die Standardabweichung als Vergleichsparameter. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Generierung eines reproduzierbaren Schweißlinsendurchmessers mittels eines adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium. Hinsichtlich der Schweißbarkeit hat sich gezeigt, dass diese von der Gesamtblechdicke der Materialpaarung sowie der Homogenität der Konversionsbeschichtung abhängt. Die Elektrodenkappenstandmenge ist stark von der Oxidschichtdicke abhängig. Dabei ist auf eine homogene Konversionsschicht zu achten. Des Weiteren kann eine höhere Standmenge durch die Reduzierung der Stromdichte realisiert werden. Dies ist durch die Vergrößerung der Elektrodenkappenradien und Elektrodenkappendurchmesser möglich. Hierfür ist eine Anlagentechnik, welche größere Elektrodenkräfte aufbringt zu verwenden. Durch die Anwendung einer rotatorischen Schweißzangendrehbewegung während des Schweißprozesses lässt sich die Elektrodenkappenstandmenge erhöhen. Die Prozessfähigkeit ließ sich anhand des adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium nicht verbessert werden.
Pulvermetallurgisch hergestellte Aluminiumschäume. - In: Lightweight design, ISSN 2192-8738, Bd. 7 (2014), 6, S. 26-31
Eine Erhöhung der Festigkeiten metallischer Werkstoffe ist ein andauerndes Entwicklungsziel. Für Monomaterialien oder auch Verbundwerkstoffe sind hier in letzten Jahren viele Ansätze entwickelt worden. Bei den Metallschäumen hingegen wurde eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bisher hauptsächlich durch die Anwendung als Kernmaterial in einem Sandwichverbund erreicht. Faserverstärkte Aluminiumschäume wurden bisher weder in der Literatur erwähntnoch imBereich der Forschung und Entwicklung näher untersucht. Infolge dessen sind auch die durch dieGlasfasern veränderten Eigenschaften, derdadurch noch komplexerwerdende Herstellungsprozess und auch entsprechendeSimulations- und Berechnungsansätze nicht untersucht worden. Mit Hilfe der pulvermetallurgischen Herstellungsroute konnten glasfaserverstärkte geschlossenporige Aluminiumschäume erfolgreich hergestellt werden. Der Glasfaseranteil betrug dabei bis zu 2 Gewichtsprozent. Für diese neuen Faserschaumverbunde wurde ein zweistufiges Kompaktierungsverfahren entwickelt. Mit einer definierten Temperaturführung konnten anschließend die Pulverpresslinge zuglasfaserverstärkten geschlossenporigen Aluminiumschäumen mit einer Aufschäumrate von 500% - 600% hergestellt werden. Dabei lag eine gleichmäßige Verteilung der Glasfasern in den Aluminiumschaumproben vor. Eine Agglomeration oder eine durch die Kompaktierung hervorgerufene Ausrichtung der Glasfasern konnte nicht beobachtet werden.
http://dx.doi.org/10.1365/s35725-014-0436-4