Die 'Holztafel-Mischbauweise', also die Kombination von Holztafeln als nichttragende Außenwände und massiven Bauteilen für Innenwände und Decken, ist eine verblüffend einfache Technik. Sie zeichnet sich durch große Anpassungsfähigkeit und geringe Kosten aus. Das Buch stellt die Möglichkeiten und Grenzen dieser Bauweise beim Einsatz im mehrgeschossigen Wohnungsbau dar.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die noch junge Werkstoffgruppe thermoplastbasierter hybrider Laminate bietet zahlreiche Vorteile für Serienanwendungen in Leichtbaustrukturen neuer Generation. Die im Rahmen dieser Arbeit erforschten hybriden Laminate CAPAAL® und CATPUAL weisen hierzu ein großes Eigenschaftsspektrum für belastungsgerechte Hochleistungsbauteile auf und sind für die Herstellung in Großserie, u. a. im Automobil- und Schienenfahrzeugbau, bestens geeignet. Insbesondere resultieren gegenüber den klassischen monolithischen Konstruktionswerkstoffen und Werkstoffverbunden verbesserte oder äquivalente statische und dynamische Eigenschaften sowie ein höheres Energieabsorptionsvermögen bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion. Darüber hinaus weisen die Metall/FKV-Laminate eine geringe Sensitivität gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitsbelastung auf, sodass die Einsatzfelder im Vergleich zu handelsüblichen Verbundwerkstoffen erweitert werden, um neue Technologiebereiche zu erschließen. Die zur Marktdurchdringung notwendigen Grundlagen sind im Hinblick auf das Werkstoffverhalten, die Herstellungstechnologie und Auslegung im Rahmen dieser Dissertation erarbeitet und deren Potential anhand generischer Demonstratoren analysiert und bewertet worden. Zu den repräsentativen Technologiedemonstratoren zählen dabei ein Dachquerträger und ein Querlenker in Hybridbauweise, die wesentliche Konstruktionshinweise für verwandte Hochleistungsstrukturen im Automobilbau liefern.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Berechenbare und prozesssichere Fügeverfahren sind ein Schlüsselfaktor für die Fertigung maßgeschneiderter Multimaterialbauteile aus Kunststoff und Metall für Leichtbauanwendungen. Nach dem aktuellen Stand der Technik und Forschung besteht vor allem für das Kleben von Kunststoff-Metall-Verbunde Forschungsbedarf. In dieser Arbeit wird deshalb das industriell noch nicht etablierte Verfahren des laserbasierten Schmelzklebens von Thermoplasten mit Metallen erforscht. Bisherige Studien thematisieren vor allem die Haftungsoptimierung durch Oberflächenvorbehandlung. Die vorliegende Forschungsarbeit vermittelt ein grundlegendes Prozessverständnis für das laserbasierte Schmelzkleben ohne oberflächenvergrößernde Metallvorbehandlung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Fügeteileigenschaften. Es wurden berechnungsgestützte und experimentelle Untersuchungen zur Analyse von Prozess-, Werkstoff-, Oberflächen- und Umwelteinflüssen auf die Klebfestigkeit durchgeführt und prozessrelevante Bedingungen festgelegt. Darüber hinaus wurde eine allgemeingültige Methodik zur berechnungsgestützten Prozessauslegung und -optimierung für das laserbasierte Schmelzkleben erarbeitet. Prozessfenster können nun mit minimiertem experimentellem Aufwand ermittelt werden, so dass zukünftig maßgeschneiderte Thermoplast-Metall-Verbunde mittels Laserstrahlung prozesssicher sowie effizient gefügt werden können.
Aktualisiert: 2020-12-03
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Aufgrund steigender Anforderungen im Bereich des Umweltschutzes ist die Einsparung fossiler Brennstoffe bei gleichzeitig höherem Anspruch der Kunden an den Leistungsumfang moderner Personenkraftwagen ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in der Fahrzeugindustrie. Diesem Zielkonflikt wird im Wesentlichen durch die Entwicklung von alternativen Antriebskonzepten und der konsequenten Umsetzung des Leichtbaugedankens entgegengewirkt. Im Großserienbereich des Karosseriebaus wird Letzteres vorwiegend über den Einsatz der metallischen Mischbauweise realisiert. Dies setzt jedoch auch die Anwendung angepasster Fügetechnologien voraus. Für artungleiche Fügewerkstoffe aus Aluminium und ultrahochfestem Stahl bietet das Schneidclinchverfahren großes Potenzial.
Kerngedanke dieser Arbeit ist es, die Schneidclinchtechnologie in die Prozessbestandteile Schneiden und Umformen zu unterteilen, diese separat zu analysieren und Wechselwirkungen zu identifizieren. Hierfür wird sowohl ein schädigungsbasiertes numerisches Prozessmodell als auch ein für Grundlagenuntersuchungen angepasstes und modulares Werkzeug vorgestellt. Anschließend werden im Rahmen eines umfangreichen numerischen und experimentellen Versuchsprogramms werkstoff-, werkzeug- sowie prozessseitige Einflussgrößen identifiziert und deren Wirkung hinsichtlich geometrischer Verbindungskenngrößen, dem Prozesskraftverlauf sowie resultierender quasistatischer Verbindungskennwerte quantifiziert. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen die Ableitung von Hinweisen für die praktische Anwendung des Schneiclinchprozesses und leisten somit einen großen Beitrag für die Reduktion von Streuungen sowie die Steigerung der Prozessrobustheit.
Aktualisiert: 2020-09-10
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Mit der aufkommenden öffentlichen Diskussion hinsichtlich der Einflüsse des Individualverkehrs auf die Umwelt werden die Anforderungen an PKW neu definiert. Zunehmend interessieren sich die Käufer von PKW für deren Verbrauch. Die Automobilhersteller reagieren mit Fahrzeugleichtbau. In besonderem Maße zeigen Mischverbindungen aus Stahl und Aluminium ein hohes Leichtbaupotenzial. Schlüsseltechnologie für deren Anwendung ist die Fügetechnik. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein laserbasiertes Fügeverfahren erarbeitet, das ohne die Verwendung von Zusatzmaterial Stahl und Aluminium verschweißt. Aufgezeigt werden sowohl die prinzipielle Durchführbarkeit des Schweißverfahrens an Kombinationen aus verzinkten und unverzinkten Stählen mit Aluminium der 5000er und 6000er Legierungen als auch Möglichkeiten zur optimalen Nahtgestaltung zur Maximierung der Nahtfestigkeit. Sowohl geometrische als auch metallurgische Ansätze werden hierbei verfolgt und deren Einfluss auf das Schweißergebnis dargestellt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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Die 'Holztafel-Mischbauweise', also die Kombination von Holztafeln als nichttragende Außenwände und massiven Bauteilen für Innenwände und Decken, ist eine verblüffend einfache Technik. Sie zeichnet sich durch große Anpassungsfähigkeit und geringe Kosten aus. Das Buch stellt die Möglichkeiten und Grenzen dieser Bauweise beim Einsatz im mehrgeschossigen Wohnungsbau dar.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Verkehrsträger bestehen bereits heute aus einem Materialmix, der es erlaubt, die unterschiedlichen lokalen Anforderungen optimal zu erfüllen. Dabei wurde ein wissenschaftliches Bewertungskonzept entwickelt, dass abhängig vom Verkehrsträger (Automobil, Verkehrsflugzeug und Trägerrakete) und der überwiegenden Belastung der Komponente (z.B. Festigkeit, Steifigkeit) eine Abschätzung der Gewichtseinsparung und der hierfür zulässigen Kosten für eine Werkstoffsubstitution ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass sich in vielen Fällen Gewichts Einsparungen bei gleichen Eigenschaften kostendeckend über die Lebensdauer der Verkehrsträger realisieren lassen.
Bei der Werkstoffsubstitution stellt sich konsequenterweise die Frage der Fügetechnik der unterschiedlichen Materialien. Eine kritische Analyse zum Stand der Technik zeigte, dass alle nichtthermischen Fügeverfahren entweder keine durchgehenden Verbindungen erzeugen (Nieten, Durchsetzfügen) oder ungelöste Probleme hinsichtlich der Handhabungstechnik und der Alterung im Einsatz aufweisen (Kleben). Verbindungen über thermische Verfahren liefern zwar durchgehende dichte Nähte, haben aber das Problem der intermetallischen Phasensäume.
Aus Betrachtungen zur Gefügeausbildung beim thermischen Fügen konnten drei verschiedene Verbindungsverfahren von Werkstoffkombinationen abgeleitet werden, die sich mit Hilfe der Lasertechnik realisieren lassen.
Eine mathematische Simulation ermöglichte neben einer Bestätigung der experimentellen
Ergebnisse eine Extrapolation der Prozessfenster auf höhere Laserleistungen bzw. gab Hinweise für die Richtung von Prozessoptimierungen.
Um die erforderliche Prozesssicherheit zu gewährleisten, wurden fertigungstechnische Aspekte,
wie die Realisierung eines Bearbeitungskopfes und eine angepasste Spanntechnik bearbeitet.
Eine Bewertung der drei Verfahrensvarianten ergab, dass die Variante zum Fügen im Überlappstoß, zum einen die besten Ergebnisse hinsichtlich der mechanisch-technologischen Eigenschaften liefert und zum anderen die flexibelste Methode für das Fügen der drei untersuchten Werkstoffkombinationen darstellt.
Im letzten Abschnitt,belegte eine Reihe von Anwendungsstudien das Potential der entwickelten
Technologien zum Fügen von Werkstoffkombinationen für einen späteren industriellen Einsatz.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Im Rahmen dieser Dissertation wurde ein Verfahren entwickelt, um CFK in großserientauglichem Maßstab in eine bestehende Fahrzeugproduktion zu integrieren.
Hierzu wurde die gesamte Prozesskette von der Herstellung und Optimierung von CFK-Profilen, über die Auslegung und Gestaltung der Verbindung mit metallischen Elementen mittels Klebstoffen, bis hin zu anwendungsrelevanten Bauteilprüfungen ganzheitlich betrachtet.
Die Aspekte der Wirtschaftlichkeit aller Einzelschritte, der Umsetzbarkeit in der automatisierten Fertigung und der Sicherstellung des maximalen Leichtbaupotenzials standen dabei im Vordergrund und wurden anhand eines exemplarischen Bauteils untersucht und bewertet.
Als besondere Herausforderung hinsichtlich der thermischen Belastungen und der speziellen Anforderungen an die Fügetechnik galt die Integration in den metallischen Rohbau vor Lack, weshalb hierfür ein geeignetes Fügekonzept entwickelt und entsprechend detaillierte Prüfungen durchgeführt wurden.
Aktualisiert: 2022-04-20
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