Ziel der Untersuchungen war die Erfassung des Einflusses der Temperatur auf den Elektrolytwiderstand von Beton. Dies ist erforderlich, um bei der indirekten Bestimmung des Wasserhaushaltes in der Randzone von Betonen mit Hilfe des Elektrolytwiderstandes verlässliche Berechnungen zu ermöglichen. Auf diese Weise wird eine Erfassung der Frostbeanspruchung in Abhängigkeit des Sättigungszustandes des Betons ermöglicht. Beispielhaft wurden die Betone einer Straßenbrücke, eines Straßentunnels, einer Kaimauer und einer Schleuse untersucht. Die Temperaturabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes kann bei Betonen über den exponentiellen Ansatz nach Arrhenius berücksichtigt werden. Einer Konstanten im Exponenten, dem "b-Wert", kommt dabei besondere Bedeutung zu.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die im Rahmen dieser Buchreihe erscheinenden Berichte stellen die aktuellen Forschungsergebnisse der Hauptabteilung Fertigungstechnik im Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT und des Labors für Mikrozerspanung (LFM) der Universität Bremen dar. Diese Forschungsarbeiten befassen sich sowohl mit den grundlegenden Wirkzusammenhängen bei trennenden und umformenden Bearbeitungsverfahren, der Entwicklung ökonomisch (effizient) und ökologisch (umweltbewusst, nachhaltig) optimierter Fertigungsprozesse und –prozessketten als auch den ultrapräzisen Endbearbeitungsverfahren für innovative hochgenaue Produkte der Optik und Mikrotechnik.
Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit den Zusammenhängen zwischen verschiedenen Fertigungsverfahren und den resultierenden Randzoneneigenschaften. Dabei werden die Modifikationen, welche in der Endbearbeitung erzeugt werden, hervorgehoben, da sie einen direkten Einfluss auf die Funktionseigenschaften der Bauteile haben. Aufbauend auf dem u.a. aus der Historie hergeleiteten Bedarf an einer tiefgehenden Auseinandersetzung mit den Fragestellungen der Surface Integrity werden die hochrelevanten Randzoneneigenschaften Härte, Eigenspannungen, Randzonengefüge, Risse und die Oberflächenchemie systematisch diskutiert. Dabei fließen umfangreiche eigene Arbeiten des Autors ein und ergänzen den zusammengetragenen Stand der Kenntnisse aus der Literatur. In den abschließenden Kapiteln wird ausgeführt, wie das Verständnis über die Interaktion zwischen Prozess und Material zur Lösung des inversen Randzonenproblems der Fertigungstechnik genutzt werden kann.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1153 „Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming“ werden Grundlagen für die Fertigung von funktionsangepassten hybriden Hochleistungsbauteilen erforscht. Die spanende Bearbeitung nimmt hierbei als finaler Schritt in der Prozesskette der Massivteilfertigung über die eingestellten Oberflächen- und Randzoneneigenschaften maßgeblich Einfluss auf das Einsatzverhalten und die Lebensdauer von Bauteilen. Die Randzone ist hierbei definiert als der Bereich des Bauteils, dessen Werkstoffeigenschaften während der spanenden Bearbeitung durch die einwirkenden Lasten verändert wird. Zu diesen Werkstoffeigenschaften gehören zum Beispiel Härte, Gefüge, Eigenspannungen oder Texturierungen. Für die spanende Bearbeitung hybrider Bauteile gibt es bislang noch keine Erkenntnisse bezüglich der Auswirkung der thermomechanischen Last auf die sich ausbildenden Randzoneneigenschaften im Werkstoffübergangsbereich. Ein Verständnis über den belastungsbedingten Einfluss von Prozessstellgrößen auf die Ausbildung von Randzoneneigenschaften ermöglicht das Einstellen von definierten Randzoneneigenschaften. Darüber hinaus erlauben die Erkenntnisse beispielsweise die Randzonenoptimierung für eine Lebensdauersteigerung bei gleichzeitiger Reduzierung der eingesetzten Ressourcen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Ausbildung von Randzoneneigenschaften im kontinuierlichen Schnitt für hybride Bauteile in Abhängigkeit der thermomechanischen Belastung untersucht. Die energiedispersive röntgenographische sin²-Methode wird zur zerstörungsfreien Bestimmung von Eigenspannungstiefenverläufen bewertet und erfolgreich angewendet. Zur Erweiterung des Randzoneneigenschaftsbereichs wird als zusätzliches Bearbeitungsverfahren das Festwalzen betrachtet. Der Einfluss unterschiedlicher Randzonenzustände auf die Bauteillebensdauer wird schließlich analysiert.
Aktualisiert: 2022-08-26
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Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1153 „Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming“ werden Grundlagen für die Fertigung von funktionsangepassten hybriden Hochleistungsbauteilen erforscht. Die spanende Bearbeitung nimmt hierbei als finaler Schritt in der Prozesskette der Massivteilfertigung über die eingestellten Oberflächen- und Randzoneneigenschaften maßgeblich Einfluss auf das Einsatzverhalten und die Lebensdauer von Bauteilen. Die Randzone ist hierbei definiert als der Bereich des Bauteils, dessen Werkstoffeigenschaften während der spanenden Bearbeitung durch die einwirkenden Lasten verändert wird. Zu diesen Werkstoffeigenschaften gehören zum Beispiel Härte, Gefüge, Eigenspannungen oder Texturierungen. Für die spanende Bearbeitung hybrider Bauteile gibt es bislang noch keine Erkenntnisse bezüglich der Auswirkung der thermomechanischen Last auf die sich ausbildenden Randzoneneigenschaften im Werkstoffübergangsbereich. Ein Verständnis über den belastungsbedingten Einfluss von Prozessstellgrößen auf die Ausbildung von Randzoneneigenschaften ermöglicht das Einstellen von definierten Randzoneneigenschaften. Darüber hinaus erlauben die Erkenntnisse beispielsweise die Randzonenoptimierung für eine Lebensdauersteigerung bei gleichzeitiger Reduzierung der eingesetzten Ressourcen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Ausbildung von Randzoneneigenschaften im kontinuierlichen Schnitt für hybride Bauteile in Abhängigkeit der thermomechanischen Belastung untersucht. Die energiedispersive röntgenographische sin²-Methode wird zur zerstörungsfreien Bestimmung von Eigenspannungstiefenverläufen bewertet und erfolgreich angewendet. Zur Erweiterung des Randzoneneigenschaftsbereichs wird als zusätzliches Bearbeitungsverfahren das Festwalzen betrachtet. Der Einfluss unterschiedlicher Randzonenzustände auf die Bauteillebensdauer wird schließlich analysiert.
Aktualisiert: 2022-08-18
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Die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften entscheiden über das Einsatzverhalten und die Lebensdauer metallischer Bauteile. Eine gezielte, lastangepasste Einstellung der Randzoneneigenschaften wird von einer Funktionalisierung bezeichnet. Eine Funktionalisierung setzt allerdings Kenntnisse über den thermomechanischen Lastzustand während der Bearbeitung voraus. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen den durch das Fertigungsverfahren Festwalzen einstel lbaren Randzoneneigenschaften und deren Einfluss auf die Lebensdauer bei Umlaufbiege- und Torsionsbelastung ermittelt.
Aktualisiert: 2021-10-20
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Die Oberflächen- und Randzoneneigenschaften entscheiden über das Einsatzverhalten und die Lebensdauer metallischer Bauteile. Eine gezielte, lastangepasste Einstellung der Randzoneneigenschaften wird von einer Funktionalisierung bezeichnet. Eine Funktionalisierung setzt allerdings Kenntnisse über den thermomechanischen Lastzustand während der Bearbeitung voraus. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen den durch das Fertigungsverfahren Festwalzen einstel lbaren Randzoneneigenschaften und deren Einfluss auf die Lebensdauer bei Umlaufbiege- und Torsionsbelastung ermittelt.
Aktualisiert: 2021-08-11
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Das Oberflächenverfestigungsverfahren Festwalzen ist ein geeignetes Verfahren, um Randzoneneigenschaften so zu verändern, dass die Lebensdauer der bearbeiteten Bauteile steigt. Die Kombination mit thermischem Festwalzen führt zu einem weiteren Anstieg der Lebensdauer, jedoch erfordert das thermische Festwalzen einen zusätzlichen Prozessschritt. Das Drehwalzen stellt eine effiziente Möglichkeit für die Bearbeitung von Hochleistungsbauteilen dar. Zunächst wird der Drehprozess hinsichtlich der induzierbaren Bauteiltemperatur untersucht, damit die nötige thermische Energie durch den Drehprozess in das Bauteil gelangt und thermisches Festwalzen ermöglicht. Es folgt die grundlegende Untersuchung und Modellierung der Wirkmechanismen bei der kombinierten, thermomechanischen Bearbeitung zur gezielten Lebensdauersteigerung durch maßgeschneiderte Randzoneneigenschaften. Darüber hinaus wird gezeigt, dass sich die induzierten Eigenspannungsprofile für die Kompensation von Bauteilverzügen ausnutzen lassen. Das Drehwalzverfahren zur Lebensdauersteigerung und zur Verzugskompensation wird experimentell an Kugelkäfigen aus einer Antriebsgelenkwelle und an Umlaufbiegeproben validiert.
Aktualisiert: 2020-02-27
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Das Oberflächenverfestigungsverfahren Festwalzen ist ein geeignetes Verfahren, um Randzoneneigenschaften so zu verändern, dass die Lebensdauer der bearbeiteten Bauteile steigt. Die Kombination mit thermischem Festwalzen führt zu einem weiteren Anstieg der Lebensdauer, jedoch erfordert das thermische Festwalzen einen zusätzlichen Prozessschritt. Das Drehwalzen stellt eine effiziente Möglichkeit für die Bearbeitung von Hochleistungsbauteilen dar. Zunächst wird der Drehprozess hinsichtlich der induzierbaren Bauteiltemperatur untersucht, damit die nötige thermische Energie durch den Drehprozess in das Bauteil gelangt und thermisches Festwalzen ermöglicht. Es folgt die grundlegende Untersuchung und Modellierung der Wirkmechanismen bei der kombinierten, thermomechanischen Bearbeitung zur gezielten Lebensdauersteigerung durch maßgeschneiderte Randzoneneigenschaften. Darüber hinaus wird gezeigt, dass sich die induzierten Eigenspannungsprofile für die Kompensation von Bauteilverzügen ausnutzen lassen. Das Drehwalzverfahren zur Lebensdauersteigerung und zur Verzugskompensation wird experimentell an Kugelkäfigen aus einer Antriebsgelenkwelle und an Umlaufbiegeproben validiert.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Die Ressourceneffizienz von Wälzlagern wird durch eine Steigerung der Lebensdauer erreicht. Eine Möglichkeit hierzu ist ein gezieltes Oberflächen- und Randzonendesign durch die Fertigungsverfahren Hartdrehen und Festwalzen zu erzeugen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die hybride Verfahrenskombination dieser Prozesse, das Hartdrehwalzen, entwickelt und deren Einfluss auf die Oberflächenund Randzoneneigenschaften und damit auf die Ermüdungslebensdauer von Zylinderrollenlagern systematisch untersucht. Hierzu wird ein Werkzeug für die Hartdrehwalzbearbeitung entwickelt. Die dadurch entstehenden Oberflächen- und Randzoneneigenschaften werden analysiert und modelliert. Abschließend werden Einsatzuntersuchungen an hybrid bearbeiteten Lagern durchgeführt und die erreichbare Ermüdungslebensdauer ermittelt.
Aktualisiert: 2020-01-01
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Die Ressourceneffizienz von Wälzlagern wird durch eine Steigerung der Lebensdauer erreicht. Eine Möglichkeit hierzu ist ein gezieltes Oberflächen- und Randzonendesign durch die Fertigungsverfahren Hartdrehen und Festwalzen zu erzeugen. Im Rahmen dieser Arbeit wird die hybride Verfahrenskombination dieser Prozesse, das Hartdrehwalzen, entwickelt und deren Einfluss auf die Oberflächenund Randzoneneigenschaften und damit auf die Ermüdungslebensdauer von Zylinderrollenlagern systematisch untersucht. Hierzu wird ein Werkzeug für die Hartdrehwalzbearbeitung entwickelt. Die dadurch entstehenden Oberflächen- und Randzoneneigenschaften werden analysiert und modelliert. Abschließend werden Einsatzuntersuchungen an hybrid bearbeiteten Lagern durchgeführt und die erreichbare Ermüdungslebensdauer ermittelt.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Als Vision des Sonderforschungsbereichs 653 „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ wird die Nutzung vererbbarer, bauteilinhärenter Informationen in der Produktionstechnik angestrebt. Ein Teilaspekt ist die Befähigung von Komponenten, Belastungen in ihrer Nutzungsphase zu erfassen und diese zu kommunizieren. Ein Ansatz zur Umsetzung ist die Anwendung der Randzone spanend bearbeiteter Bauteile als Lastsensor. Die Bauteilrandzone kann über Werkzeug- und Prozesseinstellgrößen der spanenden Bearbeitung gezielt modifiziert und entsprechend einer Anwendung als Lastsensor ausgerichtet werden. In Grenzen ermöglicht dies eine Einstellung jener kritischen Lastspannungen, die zu einer Randzonenveränderung führt. Auf Basis experimenteller Studien wird die Randzonenveränderung in Abhängigkeit der Lastspannungsamplitude sowie der Lastzyklenzahl modelliert. Eine Invertierung des Modells erlaubt anschließend eine Rekonstruktion erfahrener mechanischer Belastungen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Ziel der Untersuchungen war die Erfassung des Einflusses der Temperatur auf den Elektrolytwiderstand von Beton. Dies ist erforderlich, um bei der indirekten Bestimmung des Wasserhaushaltes in der Randzone von Betonen mit Hilfe des Elektrolytwiderstandes verlässliche Berechnungen zu ermöglichen. Auf diese Weise wird eine Erfassung der Frostbeanspruchung in Abhängigkeit des Sättigungszustandes des Betons ermöglicht. Beispielhaft wurden die Betone einer Straßenbrücke, eines Straßentunnels, einer Kaimauer und einer Schleuse untersucht. Die Temperaturabhängigkeit des Elektrolytwiderstandes kann bei Betonen über den exponentiellen Ansatz nach Arrhenius berücksichtigt werden. Einer Konstanten im Exponenten, dem "b-Wert", kommt dabei besondere Bedeutung zu.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) im DIN hat die zentrale Aufgabe, den Betonbau als sichere, dauerhafte, wirtschaftliche und umweltfreundliche Bauart zu fördern. Er bildet die Plattform, auf der alle Aktivitäten des Beton- und Stahlbetonbaus im Bereich der Forschung sowie der Regelgebung zusammenlaufen. Der DAfStb gibt eine der umfangreichsten und angesehensten Schriftenreihe des Betonbaus heraus. Seit 1947 sind weit über 400 der "grünen" Hefte erschienen. Sie führt in einzigartiger Weise wissenschaftliche Grundlagen und praxisorientierte Beiträge zu Fragen der Bemessung, Betontechnik, Umweltverträglichkeit, Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit im Betonbau zusammen.
Aktualisiert: 2021-03-03
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In Orthopädie und Unfallchirurgie werden Implantate, wie bspw. Schrauben oder
Platten zur Osteosynthese eingesetzt. Diese derzeit vorwiegend aus Stahl- und Titanwerkstoffen
hergestellten Implantate dienen der Fixierung traumatisierter Knochen
und haben damit in der überwiegenden Zahl der Fälle nur eine zeitlich begrenzte
Funktion bis zur vollständigen Knochenheilung. Die bisher nötige Revisionsoperation
zur Implantatentfernung mit den damit verbundenen Risiken für die Patienten sowie
den entstehenden Kosten kann durch degradierbare Implantate umgangen werden.
Die vorliegende Arbeit behandelt Fertigungsverfahren zur Herstellung degradierbarer
Kleinimplantate aus biokompatiblen Magnesiumlegierungen und hat die Auslegung
angepasster Bearbeitungsprozesse unter Anwendung geeigneter Prozessstrategien
zum Ziel. Der Fokus liegt auf der gezielten Modifikation der Implantatdegradation
über die definierte Einstellung von Oberflächen- und Randzoneneigenschaften durch
Einsatz von Dreh-, Fräs- oder Walzprozessen zur mechanischen Bearbeitung.
Grundlegende Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen Bearbeitungsverfahren,
den bearbeitungsbedingten Werkstückeigenschaften und dem daraus resultierendem
Korrosions- bzw. Abbauverhalten werden dazu aufgezeigt.
Aktualisiert: 2019-10-17
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