Ein breiterer Einsatz von Profilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen setzt eine stärkere Industrialisierung des Pultrusionsprozesses voraus, was insbesondere eine weitere Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Verminderung der Bauteilqualität oder Prozessstabilität erfordert. Aufgrund der hierdurch verringerten Zeit für die Imprägnierung der Verstärkungsfasern und für die Aushärtung des Reaktionsharzes sowie der tendenziell steigenden Abzugskraft besteht Forschungsbedarf hinsichtlich einer optimierten Injektionsboxgeometrie, einer optimierten Heizstrategie sowie zur Verringerung der entstehenden Abzugskraft.
Vor diesem Hintergrund leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum grundlegenden Prozessverständnis. Es wird untersucht, wie die Imprägnierung, Aushärtung und Entstehung der Abzugskraft bei hohen Pultrusionsgeschwindigkeiten verbessert werden können. Auf Basis der Ergebnisse von Experimenten mit einer Injektionsbox mit variablem Öffnungswinkel kann eine Injektionsboxgeometrie spezifiziert werden, die Prozessstabilität und gleichbleibende Bauteileigenschaften über einen breiten Geschwindigkeitsbereich gewährleistet. Zudem wird gezeigt, dass die Verringerung des Öffnungswinkels den entscheidenden Hebel zur Erreichung eines höheren Imprägnierdrucks darstellt. Dies erfordert allerdings eine entsprechend steif ausgelegte Werkzeugtechnik und führt gleichzeitig zu einer tendenziell größeren Abzugskraft. In Verbindung mit optimierten Werkzeugtemperaturen, die mithilfe von Machine-Learning-Modellen und verschiedenen Optimierungsalgorithmen identifiziert wurden, kann die Produktionsgeschwindigkeit theoretisch um 35 % im Vergleich zum Referenzpunkt gesteigert werden, ohne dass sich die Bauteilqualität verschlechtert. Die optimale Heizstrategie sieht abweichend vom Stand der Technik eine schnelle Wärmeeinbringung sowie eine aktive Kühlung von hinteren Teilbereichen des Werkzeugs vor. Der charakteristische Verlauf der umsatzabhängigen Reibungszahl zeigt jedoch, dass dies mit einer Steigerung der Abzugskraft einhergehen würde. Zudem ist eine effektive thermische Trennung von Injektionsbox und Werkzeug nötig, um eine ausreichende Prozessstabilität zu gewährleisten. Unabhängig von der Werkzeugbeschichtung wäre im Hinblick auf eine geringe Abzugskraft eine möglichst lange Flüssigzone im Werkzeug optimal. Dies steht allerdings im Konflikt mit der optimalen Heizstrategie, die eine kurze Flüssigzone zur Folge hat. Demnach ist je nach Anwendungsfall durch Gewichtung der einzelnen Optimierungsmaßnahmen ein Kompromiss zur Erreichung eines globalen Optimums erforderlich.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Ein breiterer Einsatz von Profilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen setzt eine stärkere Industrialisierung des Pultrusionsprozesses voraus, was insbesondere eine weitere Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Verminderung der Bauteilqualität oder Prozessstabilität erfordert. Aufgrund der hierdurch verringerten Zeit für die Imprägnierung der Verstärkungsfasern und für die Aushärtung des Reaktionsharzes sowie der tendenziell steigenden Abzugskraft besteht Forschungsbedarf hinsichtlich einer optimierten Injektionsboxgeometrie, einer optimierten Heizstrategie sowie zur Verringerung der entstehenden Abzugskraft.
Vor diesem Hintergrund leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum grundlegenden Prozessverständnis. Es wird untersucht, wie die Imprägnierung, Aushärtung und Entstehung der Abzugskraft bei hohen Pultrusionsgeschwindigkeiten verbessert werden können. Auf Basis der Ergebnisse von Experimenten mit einer Injektionsbox mit variablem Öffnungswinkel kann eine Injektionsboxgeometrie spezifiziert werden, die Prozessstabilität und gleichbleibende Bauteileigenschaften über einen breiten Geschwindigkeitsbereich gewährleistet. Zudem wird gezeigt, dass die Verringerung des Öffnungswinkels den entscheidenden Hebel zur Erreichung eines höheren Imprägnierdrucks darstellt. Dies erfordert allerdings eine entsprechend steif ausgelegte Werkzeugtechnik und führt gleichzeitig zu einer tendenziell größeren Abzugskraft. In Verbindung mit optimierten Werkzeugtemperaturen, die mithilfe von Machine-Learning-Modellen und verschiedenen Optimierungsalgorithmen identifiziert wurden, kann die Produktionsgeschwindigkeit theoretisch um 35 % im Vergleich zum Referenzpunkt gesteigert werden, ohne dass sich die Bauteilqualität verschlechtert. Die optimale Heizstrategie sieht abweichend vom Stand der Technik eine schnelle Wärmeeinbringung sowie eine aktive Kühlung von hinteren Teilbereichen des Werkzeugs vor. Der charakteristische Verlauf der umsatzabhängigen Reibungszahl zeigt jedoch, dass dies mit einer Steigerung der Abzugskraft einhergehen würde. Zudem ist eine effektive thermische Trennung von Injektionsbox und Werkzeug nötig, um eine ausreichende Prozessstabilität zu gewährleisten. Unabhängig von der Werkzeugbeschichtung wäre im Hinblick auf eine geringe Abzugskraft eine möglichst lange Flüssigzone im Werkzeug optimal. Dies steht allerdings im Konflikt mit der optimalen Heizstrategie, die eine kurze Flüssigzone zur Folge hat. Demnach ist je nach Anwendungsfall durch Gewichtung der einzelnen Optimierungsmaßnahmen ein Kompromiss zur Erreichung eines globalen Optimums erforderlich.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Ein breiterer Einsatz von Profilen aus endlosfaserverstärkten Kunststoffen setzt eine stärkere Industrialisierung des Pultrusionsprozesses voraus, was insbesondere eine weitere Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit ohne Verminderung der Bauteilqualität oder Prozessstabilität erfordert. Aufgrund der hierdurch verringerten Zeit für die Imprägnierung der Verstärkungsfasern und für die Aushärtung des Reaktionsharzes sowie der tendenziell steigenden Abzugskraft besteht Forschungsbedarf hinsichtlich einer optimierten Injektionsboxgeometrie, einer optimierten Heizstrategie sowie zur Verringerung der entstehenden Abzugskraft.
Vor diesem Hintergrund leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum grundlegenden Prozessverständnis. Es wird untersucht, wie die Imprägnierung, Aushärtung und Entstehung der Abzugskraft bei hohen Pultrusionsgeschwindigkeiten verbessert werden können. Auf Basis der Ergebnisse von Experimenten mit einer Injektionsbox mit variablem Öffnungswinkel kann eine Injektionsboxgeometrie spezifiziert werden, die Prozessstabilität und gleichbleibende Bauteileigenschaften über einen breiten Geschwindigkeitsbereich gewährleistet. Zudem wird gezeigt, dass die Verringerung des Öffnungswinkels den entscheidenden Hebel zur Erreichung eines höheren Imprägnierdrucks darstellt. Dies erfordert allerdings eine entsprechend steif ausgelegte Werkzeugtechnik und führt gleichzeitig zu einer tendenziell größeren Abzugskraft. In Verbindung mit optimierten Werkzeugtemperaturen, die mithilfe von Machine-Learning-Modellen und verschiedenen Optimierungsalgorithmen identifiziert wurden, kann die Produktionsgeschwindigkeit theoretisch um 35 % im Vergleich zum Referenzpunkt gesteigert werden, ohne dass sich die Bauteilqualität verschlechtert. Die optimale Heizstrategie sieht abweichend vom Stand der Technik eine schnelle Wärmeeinbringung sowie eine aktive Kühlung von hinteren Teilbereichen des Werkzeugs vor. Der charakteristische Verlauf der umsatzabhängigen Reibungszahl zeigt jedoch, dass dies mit einer Steigerung der Abzugskraft einhergehen würde. Zudem ist eine effektive thermische Trennung von Injektionsbox und Werkzeug nötig, um eine ausreichende Prozessstabilität zu gewährleisten. Unabhängig von der Werkzeugbeschichtung wäre im Hinblick auf eine geringe Abzugskraft eine möglichst lange Flüssigzone im Werkzeug optimal. Dies steht allerdings im Konflikt mit der optimalen Heizstrategie, die eine kurze Flüssigzone zur Folge hat. Demnach ist je nach Anwendungsfall durch Gewichtung der einzelnen Optimierungsmaßnahmen ein Kompromiss zur Erreichung eines globalen Optimums erforderlich.
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Ziel dieser Arbeit war es, ein tieferes Verständnis der Permeationsvorgänge durch poröse Beschichtungen zu generieren und dominierende Diffusionsmechanismen durch Poren zu identifizieren. Dafür wurde eine Methodik zur Bestimmung der Poren und Porenverteilungen in Beschichtungen mithilfe von drei komplementären Verfahren sowie ein Simulationstool zur Modellierung des Stofftransports durch Kunststoffe entwickelt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Freie Diffusion durch Makroporen (dp ≥ 50 nm) den größten Einfluss auf den Gesamtstofftransport besitzt. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass Poren in dieser Größenordnung bei den gängigen Barrierebeschichtungen aufgrund der geschlossenen Beschichtung nach Erreichen der kritischen Schichtdicke nahezu ausgeschlossen werden können. In diesem Fall teilen sich die Anteile der Diffusion durch die Beschichtung in die Knudsen- und konfigurelle Diffusion durch Meso- (2 nm ≤ dp ≤ 50 nm) und Nanoporen (dp ≤ 2 nm) sowie die Festkörperdiffusion auf Molekülgitterebene auf. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die Knudsen-Diffusion den größten Anteil an Diffusionsvorgängen einnimmt.
Mithilfe einer Modellierung des Stofftransports konnte der Einfluss von Einzelporen unterschiedlicher Größe sowie die Beeinflussung aufgrund benachbarter Poren beschrieben werden. Die Validierung mit experimentellen Messungen von mikrogebohrten Edelstahlfolien als Substitut der Barrierebeschichtung zeigt eine gute Übereinstimmung der Tendenzen mit der OTR durch PET in Abhängigkeit des Porenabstands. Insgesamt überschätzt die Simulation des Stofftransports unter Annahme eines Kontinuums sowie der Gesetze von Henry und Fick die Transmissionsraten geringfügig. Es konnte gezeigt werden, dass der Diffusionskoeffizient D entscheidend für die Höhe der Beeinflussung benachbarter Poren ist, während die Löslichkeit S eine untergeordnete Rolle spielt, solange die Permeationsraten hoch sind. Weitere Berechnungen bestätigen die Eignung der Simulation für die Beschreibung des Stofftransports verschiedener Gas/Polymer-Paarungen. Die grundlegenden Mechanismen des porenbehafteten Stofftransports lassen sich unter Berücksichtigung der numerisch notwendigen Annahmen mithilfe des entwickelten Simulationstools sehr gut beschreiben. Die Korrelation der experimentellen OTR mit der Superposition der berechneten Sauerstofftransmissionsraten durch Makroporen bestätigt die Annahme, dass die Freie Diffusion bei deren Existenz dominiert. Der Stofftransport aufgrund der Freien Diffusion überwiegt trotz deutlich geringerer Gesamtporenfläche eindeutig über dem Stofftransport der anderen Diffusionsmechanismen. Weiterführende Modellierungen der Diffusion unter Berücksichtigung der undurchdringbaren kristallinen Bereiche des Kunststoffs und Wechselwirkungen der Gasmoleküle mit der Oberfläche der Porenwand werden zu dem Verständnis der Permeationsvorgänge beitragen.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Ziel dieser Arbeit war es, ein tieferes Verständnis der Permeationsvorgänge durch poröse Beschichtungen zu generieren und dominierende Diffusionsmechanismen durch Poren zu identifizieren. Dafür wurde eine Methodik zur Bestimmung der Poren und Porenverteilungen in Beschichtungen mithilfe von drei komplementären Verfahren sowie ein Simulationstool zur Modellierung des Stofftransports durch Kunststoffe entwickelt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Freie Diffusion durch Makroporen (dp ≥ 50 nm) den größten Einfluss auf den Gesamtstofftransport besitzt. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass Poren in dieser Größenordnung bei den gängigen Barrierebeschichtungen aufgrund der geschlossenen Beschichtung nach Erreichen der kritischen Schichtdicke nahezu ausgeschlossen werden können. In diesem Fall teilen sich die Anteile der Diffusion durch die Beschichtung in die Knudsen- und konfigurelle Diffusion durch Meso- (2 nm ≤ dp ≤ 50 nm) und Nanoporen (dp ≤ 2 nm) sowie die Festkörperdiffusion auf Molekülgitterebene auf. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die Knudsen-Diffusion den größten Anteil an Diffusionsvorgängen einnimmt.
Mithilfe einer Modellierung des Stofftransports konnte der Einfluss von Einzelporen unterschiedlicher Größe sowie die Beeinflussung aufgrund benachbarter Poren beschrieben werden. Die Validierung mit experimentellen Messungen von mikrogebohrten Edelstahlfolien als Substitut der Barrierebeschichtung zeigt eine gute Übereinstimmung der Tendenzen mit der OTR durch PET in Abhängigkeit des Porenabstands. Insgesamt überschätzt die Simulation des Stofftransports unter Annahme eines Kontinuums sowie der Gesetze von Henry und Fick die Transmissionsraten geringfügig. Es konnte gezeigt werden, dass der Diffusionskoeffizient D entscheidend für die Höhe der Beeinflussung benachbarter Poren ist, während die Löslichkeit S eine untergeordnete Rolle spielt, solange die Permeationsraten hoch sind. Weitere Berechnungen bestätigen die Eignung der Simulation für die Beschreibung des Stofftransports verschiedener Gas/Polymer-Paarungen. Die grundlegenden Mechanismen des porenbehafteten Stofftransports lassen sich unter Berücksichtigung der numerisch notwendigen Annahmen mithilfe des entwickelten Simulationstools sehr gut beschreiben. Die Korrelation der experimentellen OTR mit der Superposition der berechneten Sauerstofftransmissionsraten durch Makroporen bestätigt die Annahme, dass die Freie Diffusion bei deren Existenz dominiert. Der Stofftransport aufgrund der Freien Diffusion überwiegt trotz deutlich geringerer Gesamtporenfläche eindeutig über dem Stofftransport der anderen Diffusionsmechanismen. Weiterführende Modellierungen der Diffusion unter Berücksichtigung der undurchdringbaren kristallinen Bereiche des Kunststoffs und Wechselwirkungen der Gasmoleküle mit der Oberfläche der Porenwand werden zu dem Verständnis der Permeationsvorgänge beitragen.
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Ziel dieser Arbeit war es, ein tieferes Verständnis der Permeationsvorgänge durch poröse Beschichtungen zu generieren und dominierende Diffusionsmechanismen durch Poren zu identifizieren. Dafür wurde eine Methodik zur Bestimmung der Poren und Porenverteilungen in Beschichtungen mithilfe von drei komplementären Verfahren sowie ein Simulationstool zur Modellierung des Stofftransports durch Kunststoffe entwickelt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Freie Diffusion durch Makroporen (dp ≥ 50 nm) den größten Einfluss auf den Gesamtstofftransport besitzt. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass Poren in dieser Größenordnung bei den gängigen Barrierebeschichtungen aufgrund der geschlossenen Beschichtung nach Erreichen der kritischen Schichtdicke nahezu ausgeschlossen werden können. In diesem Fall teilen sich die Anteile der Diffusion durch die Beschichtung in die Knudsen- und konfigurelle Diffusion durch Meso- (2 nm ≤ dp ≤ 50 nm) und Nanoporen (dp ≤ 2 nm) sowie die Festkörperdiffusion auf Molekülgitterebene auf. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass die Knudsen-Diffusion den größten Anteil an Diffusionsvorgängen einnimmt.
Mithilfe einer Modellierung des Stofftransports konnte der Einfluss von Einzelporen unterschiedlicher Größe sowie die Beeinflussung aufgrund benachbarter Poren beschrieben werden. Die Validierung mit experimentellen Messungen von mikrogebohrten Edelstahlfolien als Substitut der Barrierebeschichtung zeigt eine gute Übereinstimmung der Tendenzen mit der OTR durch PET in Abhängigkeit des Porenabstands. Insgesamt überschätzt die Simulation des Stofftransports unter Annahme eines Kontinuums sowie der Gesetze von Henry und Fick die Transmissionsraten geringfügig. Es konnte gezeigt werden, dass der Diffusionskoeffizient D entscheidend für die Höhe der Beeinflussung benachbarter Poren ist, während die Löslichkeit S eine untergeordnete Rolle spielt, solange die Permeationsraten hoch sind. Weitere Berechnungen bestätigen die Eignung der Simulation für die Beschreibung des Stofftransports verschiedener Gas/Polymer-Paarungen. Die grundlegenden Mechanismen des porenbehafteten Stofftransports lassen sich unter Berücksichtigung der numerisch notwendigen Annahmen mithilfe des entwickelten Simulationstools sehr gut beschreiben. Die Korrelation der experimentellen OTR mit der Superposition der berechneten Sauerstofftransmissionsraten durch Makroporen bestätigt die Annahme, dass die Freie Diffusion bei deren Existenz dominiert. Der Stofftransport aufgrund der Freien Diffusion überwiegt trotz deutlich geringerer Gesamtporenfläche eindeutig über dem Stofftransport der anderen Diffusionsmechanismen. Weiterführende Modellierungen der Diffusion unter Berücksichtigung der undurchdringbaren kristallinen Bereiche des Kunststoffs und Wechselwirkungen der Gasmoleküle mit der Oberfläche der Porenwand werden zu dem Verständnis der Permeationsvorgänge beitragen.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Die im Pariser Klimaabkommen definierten Ziele zur Begrenzung der Erderwärmung führen zur Notwendigkeit, das Energiesystem zu transformieren und zu dekarbonisieren. In Deutschland wandelt sich das Energiesystem bereits seit Beginn des Jahrtausends durch einen steigenden Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung. Zur Erreichung der Klimaziele ist nicht nur ein weiterer Ausbau regenerativer Stromerzeuger notwendig, sondern ebenfalls die Dekarbonisierung der anderen Sektoren wie Wärme und Verkehr. Die Elektrifizierung dieser Sektoren durch Power-to-Heat, Power-to-Gas und die Elektromobilität führen zu einem steigenden Strombedarf, der durch regenerative Stromerzeuger gedeckt werden muss. Gleichzeitig unterliegt die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aufgrund der Dargebotsabhängigkeit und einer hohen Volatilität anderen Gesetzmäßigkeiten gegenüber der Stromerzeugung aus fossilen Kraftwerken. Den steigenden Strombedarf mit der dargebotsabhängigen und volatilen Erzeugung aus erneuerbaren Energien bei gleichbleibender Versorgungssicherheit zu decken stellt eine zentrale Herausforderung für die Transformation des Energiesystems dar. Für eine effiziente Integration erneuerbarer Energien ist es darüber hinaus notwendig, die Transportnetzinfrastruktur geeignet auszubauen. Neben einem nationalen Ausbau zur Integration der Windenergie aus Norddeutschland umfasst dies auch die internationale Transportnetzinfrastruktur, um die Potentiale innerhalb Europas bestmöglich nutzen zu können.
Die Adressierung dieser Problemstellung im Rahmen der Energiesystemplanung erfordert ein Verfahren, das die Eigenschaften und Komponenten des zukünftigen Energiesystems adäquat abbilden kann. Dies umfasst neben der Abbildung der räumlichen Ausbaupotentiale aufgrund der Volatilität der Einspeisung eine hochaufgelöste zeitliche Betrachtung für erneuerbare Energien. Gleichzeitig erfordert eine ganzheitliche Energiesystemplanung die Kopplung zu anderen Sektoren wie dem Wärmesektor. Die sich wandelnde Struktur der Stromerzeugungslandschaft erfordert außerdem die gleichzeitige Betrachtung der Transportinfrastruktur zur kosteneffizienten Versorgung der Verbraucher. Nicht zuletzt ist aufgrund des langfristigen Betrachtungshorizontes eine Optimierung einzelner Zeitpunkte nicht ausreichend für die Planung eines Transformationsprozesses zu einem auf regenerativen Energien basierenden Energiesystem.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Die im Pariser Klimaabkommen definierten Ziele zur Begrenzung der Erderwärmung führen zur Notwendigkeit, das Energiesystem zu transformieren und zu dekarbonisieren. In Deutschland wandelt sich das Energiesystem bereits seit Beginn des Jahrtausends durch einen steigenden Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung. Zur Erreichung der Klimaziele ist nicht nur ein weiterer Ausbau regenerativer Stromerzeuger notwendig, sondern ebenfalls die Dekarbonisierung der anderen Sektoren wie Wärme und Verkehr. Die Elektrifizierung dieser Sektoren durch Power-to-Heat, Power-to-Gas und die Elektromobilität führen zu einem steigenden Strombedarf, der durch regenerative Stromerzeuger gedeckt werden muss. Gleichzeitig unterliegt die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aufgrund der Dargebotsabhängigkeit und einer hohen Volatilität anderen Gesetzmäßigkeiten gegenüber der Stromerzeugung aus fossilen Kraftwerken. Den steigenden Strombedarf mit der dargebotsabhängigen und volatilen Erzeugung aus erneuerbaren Energien bei gleichbleibender Versorgungssicherheit zu decken stellt eine zentrale Herausforderung für die Transformation des Energiesystems dar. Für eine effiziente Integration erneuerbarer Energien ist es darüber hinaus notwendig, die Transportnetzinfrastruktur geeignet auszubauen. Neben einem nationalen Ausbau zur Integration der Windenergie aus Norddeutschland umfasst dies auch die internationale Transportnetzinfrastruktur, um die Potentiale innerhalb Europas bestmöglich nutzen zu können.
Die Adressierung dieser Problemstellung im Rahmen der Energiesystemplanung erfordert ein Verfahren, das die Eigenschaften und Komponenten des zukünftigen Energiesystems adäquat abbilden kann. Dies umfasst neben der Abbildung der räumlichen Ausbaupotentiale aufgrund der Volatilität der Einspeisung eine hochaufgelöste zeitliche Betrachtung für erneuerbare Energien. Gleichzeitig erfordert eine ganzheitliche Energiesystemplanung die Kopplung zu anderen Sektoren wie dem Wärmesektor. Die sich wandelnde Struktur der Stromerzeugungslandschaft erfordert außerdem die gleichzeitige Betrachtung der Transportinfrastruktur zur kosteneffizienten Versorgung der Verbraucher. Nicht zuletzt ist aufgrund des langfristigen Betrachtungshorizontes eine Optimierung einzelner Zeitpunkte nicht ausreichend für die Planung eines Transformationsprozesses zu einem auf regenerativen Energien basierenden Energiesystem.
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Die im Pariser Klimaabkommen definierten Ziele zur Begrenzung der Erderwärmung führen zur Notwendigkeit, das Energiesystem zu transformieren und zu dekarbonisieren. In Deutschland wandelt sich das Energiesystem bereits seit Beginn des Jahrtausends durch einen steigenden Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung. Zur Erreichung der Klimaziele ist nicht nur ein weiterer Ausbau regenerativer Stromerzeuger notwendig, sondern ebenfalls die Dekarbonisierung der anderen Sektoren wie Wärme und Verkehr. Die Elektrifizierung dieser Sektoren durch Power-to-Heat, Power-to-Gas und die Elektromobilität führen zu einem steigenden Strombedarf, der durch regenerative Stromerzeuger gedeckt werden muss. Gleichzeitig unterliegt die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien aufgrund der Dargebotsabhängigkeit und einer hohen Volatilität anderen Gesetzmäßigkeiten gegenüber der Stromerzeugung aus fossilen Kraftwerken. Den steigenden Strombedarf mit der dargebotsabhängigen und volatilen Erzeugung aus erneuerbaren Energien bei gleichbleibender Versorgungssicherheit zu decken stellt eine zentrale Herausforderung für die Transformation des Energiesystems dar. Für eine effiziente Integration erneuerbarer Energien ist es darüber hinaus notwendig, die Transportnetzinfrastruktur geeignet auszubauen. Neben einem nationalen Ausbau zur Integration der Windenergie aus Norddeutschland umfasst dies auch die internationale Transportnetzinfrastruktur, um die Potentiale innerhalb Europas bestmöglich nutzen zu können.
Die Adressierung dieser Problemstellung im Rahmen der Energiesystemplanung erfordert ein Verfahren, das die Eigenschaften und Komponenten des zukünftigen Energiesystems adäquat abbilden kann. Dies umfasst neben der Abbildung der räumlichen Ausbaupotentiale aufgrund der Volatilität der Einspeisung eine hochaufgelöste zeitliche Betrachtung für erneuerbare Energien. Gleichzeitig erfordert eine ganzheitliche Energiesystemplanung die Kopplung zu anderen Sektoren wie dem Wärmesektor. Die sich wandelnde Struktur der Stromerzeugungslandschaft erfordert außerdem die gleichzeitige Betrachtung der Transportinfrastruktur zur kosteneffizienten Versorgung der Verbraucher. Nicht zuletzt ist aufgrund des langfristigen Betrachtungshorizontes eine Optimierung einzelner Zeitpunkte nicht ausreichend für die Planung eines Transformationsprozesses zu einem auf regenerativen Energien basierenden Energiesystem.
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Ein Buchtitel soll, der Definition nach, auf die Botschaft an sich hinweisen. In Zeiten von Twitter, WhatsApp und ähnlichen, stark im Zeichenumfang begrenzten Sofortnachrichtendiensten sollte man doch meinen, dass das Finden eines kurzen, prägnanten Titels keine Schwierigkeiten bereitet. Dem war bei der vorliegenden Festschrift nicht so. Neben einigen unkonventionellen Vorschlägen, die die Hallen der Titelfindungskommission besser nicht verlassen, stand kurzfristig Was Sie schon immer über Stahlkorrosion wissen wollten im Raum. Obwohl mit 54 Zeichen bedingt kurznachrichtenkonform, weiß jeder, der Michael Raupach kennt, dass das viel zu kurz greift. Werfen wir also einen kurzen Blick auf die Person, die mit dieser Festschrift geehrt wird: Michael Raupach, Bauingenieur, Professor der RWTH Aachen, Ehrenprofessor der Universität Ningbo, Forscher, Berater, Gutachter, Lüdinghausener, Radfahrer, Tennisspieler, Whiskyconnaisseur, Kollege und Freund. Auch diese Liste erhebt natürlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit ebenso wenig wie mit der Reihenfolge eine Gewichtung beabsichtigt ist. Lassen Sie uns trotzdem beim Bauingenieur anfangen und hier gilt tatsächlich am Anfang war der Stahl, oder vielmehr die Erkenntnis, dass nicht alles, was glänzt so beständig wie Gold ist. Ganze Heerscharen von Eisenatomen wurden in immer ausgeklügelteren Versuchsaufbauten von Michael Raupach ihrer äußeren Elektronen beraubt, um schlussendlich tiefe Korrosionsnarben in den einst stolzen Produkten heimischer Walzwerke zu hinterlassen. Natürlich, alles im Namen der Forschung. Eng verknüpft mit dieser Zeit ist das Forschungsprojekt F933, quasi die X-Akten des ibac, dessen Unterlagen noch heute wie ein Kleinod gehütet werden und nur einem handverlesenen Kreis zugänglich sind. Obwohl diese grundlegend wissenschaftliche Tätigkeit immer schon einen direkten Anwendungsbezug hatte, wechselte Michael Raupach 1993 vollständig in die Anwendung, zunächst in die Geschäftsführung des Ingenieurbüros Sasse • Schießl • Fiebrich • Raupach und kurze Zeit später zum Inhaber des Ingenieurbüros Prof. Schießl • Dr. Raupach Consulting • Engineering. Von dort wurde er 2000 auf das Lehr- und Forschungsgebiet Baustoffkunde - Bauwerkserhaltung und Instandsetzung am Institut für Bauforschung (Nachfolge Prof. Sasse) berufen. Mit der Aufnahme des Dienstgeschäfts ging eine deutliche Verbreiterung in den Forschungsschwerpunkten einher. Neben der Stahlkorrosion standen nun auch Fragen z. B. im Bereich Oberflächenschutzsysteme an, sowie der im Jahr zuvor angelaufene Sonderforschungsbereich 532 „Textilbewehrter Beton“, der etwa die Hälfte der Arbeitsgruppe für die nächsten 10 Jahre beschäftigen sollte. Andererseits schließt sich hier ein Kreis, nämlich Forschung für das Bauwesen mit gleichberechtigtem Fokus auf Wissenschaft und Anwendung, was bis heute die Arbeiten am ibac prägt und uns letztendlich zum Titel dieser Festschrift leitete.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Ein Buchtitel soll, der Definition nach, auf die Botschaft an sich hinweisen. In Zeiten von Twitter, WhatsApp und ähnlichen, stark im Zeichenumfang begrenzten Sofortnachrichtendiensten sollte man doch meinen, dass das Finden eines kurzen, prägnanten Titels keine Schwierigkeiten bereitet. Dem war bei der vorliegenden Festschrift nicht so. Neben einigen unkonventionellen Vorschlägen, die die Hallen der Titelfindungskommission besser nicht verlassen, stand kurzfristig Was Sie schon immer über Stahlkorrosion wissen wollten im Raum. Obwohl mit 54 Zeichen bedingt kurznachrichtenkonform, weiß jeder, der Michael Raupach kennt, dass das viel zu kurz greift. Werfen wir also einen kurzen Blick auf die Person, die mit dieser Festschrift geehrt wird: Michael Raupach, Bauingenieur, Professor der RWTH Aachen, Ehrenprofessor der Universität Ningbo, Forscher, Berater, Gutachter, Lüdinghausener, Radfahrer, Tennisspieler, Whiskyconnaisseur, Kollege und Freund. Auch diese Liste erhebt natürlich keinen Anspruch auf Vollständigkeit ebenso wenig wie mit der Reihenfolge eine Gewichtung beabsichtigt ist. Lassen Sie uns trotzdem beim Bauingenieur anfangen und hier gilt tatsächlich am Anfang war der Stahl, oder vielmehr die Erkenntnis, dass nicht alles, was glänzt so beständig wie Gold ist. Ganze Heerscharen von Eisenatomen wurden in immer ausgeklügelteren Versuchsaufbauten von Michael Raupach ihrer äußeren Elektronen beraubt, um schlussendlich tiefe Korrosionsnarben in den einst stolzen Produkten heimischer Walzwerke zu hinterlassen. Natürlich, alles im Namen der Forschung. Eng verknüpft mit dieser Zeit ist das Forschungsprojekt F933, quasi die X-Akten des ibac, dessen Unterlagen noch heute wie ein Kleinod gehütet werden und nur einem handverlesenen Kreis zugänglich sind. Obwohl diese grundlegend wissenschaftliche Tätigkeit immer schon einen direkten Anwendungsbezug hatte, wechselte Michael Raupach 1993 vollständig in die Anwendung, zunächst in die Geschäftsführung des Ingenieurbüros Sasse • Schießl • Fiebrich • Raupach und kurze Zeit später zum Inhaber des Ingenieurbüros Prof. Schießl • Dr. Raupach Consulting • Engineering. Von dort wurde er 2000 auf das Lehr- und Forschungsgebiet Baustoffkunde - Bauwerkserhaltung und Instandsetzung am Institut für Bauforschung (Nachfolge Prof. Sasse) berufen. Mit der Aufnahme des Dienstgeschäfts ging eine deutliche Verbreiterung in den Forschungsschwerpunkten einher. Neben der Stahlkorrosion standen nun auch Fragen z. B. im Bereich Oberflächenschutzsysteme an, sowie der im Jahr zuvor angelaufene Sonderforschungsbereich 532 „Textilbewehrter Beton“, der etwa die Hälfte der Arbeitsgruppe für die nächsten 10 Jahre beschäftigen sollte. Andererseits schließt sich hier ein Kreis, nämlich Forschung für das Bauwesen mit gleichberechtigtem Fokus auf Wissenschaft und Anwendung, was bis heute die Arbeiten am ibac prägt und uns letztendlich zum Titel dieser Festschrift leitete.
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Plant virus nanoparticle (VNP) is a useful platform with biocompatibility and versatile monodisperse protein structures that can be engineered with bioactive cues, offering opportunities to functionalize bioinert hydrogels for tissue engineering. The hypothesis in this study was that osteogenesis of human mesenchymal stem cells (hMSCs) and biomineralization could be enhanced by incorporating VNPs, which were engineered with osteogenesis-associated or cell-adhesive peptides, into cell-laden hydrogels. Cellular responses to VNPs were examined in both 2D and 3D cultures, including VNP-cell distribution, cell attachment, morphology, and osteogenesis. VNP-laden agarose or agarose-collagen hydrogels were characterized in terms of release rate, mineralization effect, mechanical properties, and usage as bioink. The results revealed enhanced osteogenic differentiation when cells were cultured on VNP-coated surfaces, and attachment of VNPs to cells as well as at least 84 % of VNP retention were observed in hydrogels. Mineralization effect was pronounced in VNP-laden hydrogels, which also demonstrated the superiority of the enriched peptides on VNPs over free peptides and VNPs with fewer peptides. Finally, VNP-laden hydrogels showed good bioprinting reproducibility. Prospectively, VNPs could be conjugated with vasculogenesis-inducing factors, thereby potentially induce more effectively 3D-printed in vitro pre-vascularization in hydrogels.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Plant virus nanoparticle (VNP) is a useful platform with biocompatibility and versatile monodisperse protein structures that can be engineered with bioactive cues, offering opportunities to functionalize bioinert hydrogels for tissue engineering. The hypothesis in this study was that osteogenesis of human mesenchymal stem cells (hMSCs) and biomineralization could be enhanced by incorporating VNPs, which were engineered with osteogenesis-associated or cell-adhesive peptides, into cell-laden hydrogels. Cellular responses to VNPs were examined in both 2D and 3D cultures, including VNP-cell distribution, cell attachment, morphology, and osteogenesis. VNP-laden agarose or agarose-collagen hydrogels were characterized in terms of release rate, mineralization effect, mechanical properties, and usage as bioink. The results revealed enhanced osteogenic differentiation when cells were cultured on VNP-coated surfaces, and attachment of VNPs to cells as well as at least 84 % of VNP retention were observed in hydrogels. Mineralization effect was pronounced in VNP-laden hydrogels, which also demonstrated the superiority of the enriched peptides on VNPs over free peptides and VNPs with fewer peptides. Finally, VNP-laden hydrogels showed good bioprinting reproducibility. Prospectively, VNPs could be conjugated with vasculogenesis-inducing factors, thereby potentially induce more effectively 3D-printed in vitro pre-vascularization in hydrogels.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Plant virus nanoparticle (VNP) is a useful platform with biocompatibility and versatile monodisperse protein structures that can be engineered with bioactive cues, offering opportunities to functionalize bioinert hydrogels for tissue engineering. The hypothesis in this study was that osteogenesis of human mesenchymal stem cells (hMSCs) and biomineralization could be enhanced by incorporating VNPs, which were engineered with osteogenesis-associated or cell-adhesive peptides, into cell-laden hydrogels. Cellular responses to VNPs were examined in both 2D and 3D cultures, including VNP-cell distribution, cell attachment, morphology, and osteogenesis. VNP-laden agarose or agarose-collagen hydrogels were characterized in terms of release rate, mineralization effect, mechanical properties, and usage as bioink. The results revealed enhanced osteogenic differentiation when cells were cultured on VNP-coated surfaces, and attachment of VNPs to cells as well as at least 84 % of VNP retention were observed in hydrogels. Mineralization effect was pronounced in VNP-laden hydrogels, which also demonstrated the superiority of the enriched peptides on VNPs over free peptides and VNPs with fewer peptides. Finally, VNP-laden hydrogels showed good bioprinting reproducibility. Prospectively, VNPs could be conjugated with vasculogenesis-inducing factors, thereby potentially induce more effectively 3D-printed in vitro pre-vascularization in hydrogels.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert.
Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden.
Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert.
Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden.
Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Das Spritzgießen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung verschiedenster Formteile bei vielen konstruktiven Freiheitsgraden. Zentrales formgebendes Element ist das Spritzgießwerkzeug, welches meist ein komplexes Unikat ist. Dabei bildet das Temperiersystem den entscheidenden Faktor hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der resultierenden Qualität der Formteile. Eine gezielte und reproduzierbare Auslegung ist somit essenziell, um eine hohe Qualität in der Produktion zu erreichen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, die thermische Werkzeugauslegung mithilfe eines inversen Ansatzes weiter zu verbessern und weitgehend zu automatisieren. Durch diesen inversen Ansatz wird eine Abhängigkeit vom jeweiligen Konstrukteur minimiert.
Zentrales Element der inversen thermischen Werkzeugauslegung ist ein Zielfunktional, welches die Qualität des Formteils bewertet. Auf Basis dieser Bewertung kann eine Optimierungssoftware den optimalen thermischen Haushalt im Spritzgießwerkzeug berechnen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein vorgeschlagenes Zielfunktional auf Basis von Ergebnissen aus Spritzgießversuchen kritisch analysiert und überarbeitet. Ziel des neuen, überarbeiteten Zielfunktionals ist eine homogene Temperaturverteilung im Formteil zum Ende der Kühlphase sowie das Erreichen einer homogenen Morphologie des Kunststoffes. Die inverse thermische Werkzeugauslegung wird erstmals auf ein praxisrelevantes Formteil angewandt. Eine Nutzbarkeit der Methodik auch für komplexe Geometrien kann gezeigt werden. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass mit dem neuen Ansatz eine Verzugsminimierung insbesondere für den Eckenverzug erreicht werden kann. Bedingt durch Limitationen in der Werkstoffwahl für additiv gefertigte Spritzgießwerkzeuge haben konventionell ausgelegte Kühlsysteme meist eine gleichwertige Leistungsfähigkeit, wenn sie durch erfahrene Konstrukteure auslegt werden.
Weiterhin wird eine Methodik entwickelt, um basierend auf der zuvor weiterentwickelten thermischen Optimierung die Ableitung eines Temperierlayouts zu automatisieren. In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, mit dem die gestalterischen Freiheiten der additiven Fertigung effektiv genutzt werden. Auf Basis von Pfadplanungsalgorithmen wird ein komplexes und strömungsoptimiertes Temperiersystem generiert. Das Ergebnis ist ein vom Anwender unabhängiges Temperierlayout mit einer zu einem manuell erstellten Temperierlayout vergleichbaren Leistungsfähigkeit hinsichtlich des Verzugs der produzierten Formteile.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Plattierte Metalle stellen eine kostengünstige Methode dar, um verschiedenartige Eigenschaften verschiedener Metalle und Legierungen zu kombinieren. Daher haben sie sich als Konstruktionswerkstoff etabliert und finden in vielfältigen Industrieanwendungen Verwendung.
Aus diesem Grunde existiert eine Vielzahl an etablierten Herstellungsverfahren, alle mit ihren eigenen Vorteilen und Einschränkungen. Das Bandgießen nach dem Zweirollen-Verfahren ist ein sehr energieeffizientes Herstellungsverfahren für Dünnband, mit dessen Vorteilen die Limitierungen der etablierten Verfahren bei der Herstellung plattierter Halbzeuge direkt adressiert werden könnten. Daher ist das Ziel der Arbeit die theoretische und praktische Untersuchung eines modifizierten Bandgießprozesses zur Herstellung von plattiertem Dünnband. Als Konzept wurde die seitliche Zufuhr eines vorgefertigten Bands über die Gießrollenoberfläche in den Bandgießprozess gewählt. Die theoretische Betrachtung des modifizierten Prozesses fokussierte auf die Störung des Wärmehaushaltes durch die Bandzufuhr. Hieraus konnten zwei für die pratische Untersuchung wichtige Randbedingungen abgeleitet werden.
1. Die Banddicke des zugeführten Bandes: Diese muss so gewählt werden, dass das Band nicht während des Versuches aufschmilzt und trotzdem ausreichend Energie in die Grenzfläche fließt, so dass dieses sich mit dem Gussband verbindet.
2. Das Bandschalenwachstum: Die Abkühlbedingungen und somit das Bandschalenwachstums des symmetrischen Bandgießprozesses werden entscheidend verändert. Daher wurde das jetzt asymmetrische Bandschalenwachstum eingehend untersucht.
Drei verschiedene Kombinationen wurden in Gießversuchen aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Eigenschaften untersucht: 1. Einem Hochmanganstahl (X60MnAl19-1,5) wurde ein Plattierband aus dem nichtrostenden, austenitischen Edelstahl 1.4301 (X3CrNi18-10) zugeführt. 2. Der Tiefziehstahl DC01 (St12/1.0330) wurde vergossen und mit Reinkupfer (CW004A) plattiert. 3. DC01 wurde nochmals mit einem Titanband (Grade 1) kombiniert.
Aktualisiert: 2023-06-30
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Plattierte Metalle stellen eine kostengünstige Methode dar, um verschiedenartige Eigenschaften verschiedener Metalle und Legierungen zu kombinieren. Daher haben sie sich als Konstruktionswerkstoff etabliert und finden in vielfältigen Industrieanwendungen Verwendung.
Aus diesem Grunde existiert eine Vielzahl an etablierten Herstellungsverfahren, alle mit ihren eigenen Vorteilen und Einschränkungen. Das Bandgießen nach dem Zweirollen-Verfahren ist ein sehr energieeffizientes Herstellungsverfahren für Dünnband, mit dessen Vorteilen die Limitierungen der etablierten Verfahren bei der Herstellung plattierter Halbzeuge direkt adressiert werden könnten. Daher ist das Ziel der Arbeit die theoretische und praktische Untersuchung eines modifizierten Bandgießprozesses zur Herstellung von plattiertem Dünnband. Als Konzept wurde die seitliche Zufuhr eines vorgefertigten Bands über die Gießrollenoberfläche in den Bandgießprozess gewählt. Die theoretische Betrachtung des modifizierten Prozesses fokussierte auf die Störung des Wärmehaushaltes durch die Bandzufuhr. Hieraus konnten zwei für die pratische Untersuchung wichtige Randbedingungen abgeleitet werden.
1. Die Banddicke des zugeführten Bandes: Diese muss so gewählt werden, dass das Band nicht während des Versuches aufschmilzt und trotzdem ausreichend Energie in die Grenzfläche fließt, so dass dieses sich mit dem Gussband verbindet.
2. Das Bandschalenwachstum: Die Abkühlbedingungen und somit das Bandschalenwachstums des symmetrischen Bandgießprozesses werden entscheidend verändert. Daher wurde das jetzt asymmetrische Bandschalenwachstum eingehend untersucht.
Drei verschiedene Kombinationen wurden in Gießversuchen aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Eigenschaften untersucht: 1. Einem Hochmanganstahl (X60MnAl19-1,5) wurde ein Plattierband aus dem nichtrostenden, austenitischen Edelstahl 1.4301 (X3CrNi18-10) zugeführt. 2. Der Tiefziehstahl DC01 (St12/1.0330) wurde vergossen und mit Reinkupfer (CW004A) plattiert. 3. DC01 wurde nochmals mit einem Titanband (Grade 1) kombiniert.
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Plattierte Metalle stellen eine kostengünstige Methode dar, um verschiedenartige Eigenschaften verschiedener Metalle und Legierungen zu kombinieren. Daher haben sie sich als Konstruktionswerkstoff etabliert und finden in vielfältigen Industrieanwendungen Verwendung.
Aus diesem Grunde existiert eine Vielzahl an etablierten Herstellungsverfahren, alle mit ihren eigenen Vorteilen und Einschränkungen. Das Bandgießen nach dem Zweirollen-Verfahren ist ein sehr energieeffizientes Herstellungsverfahren für Dünnband, mit dessen Vorteilen die Limitierungen der etablierten Verfahren bei der Herstellung plattierter Halbzeuge direkt adressiert werden könnten. Daher ist das Ziel der Arbeit die theoretische und praktische Untersuchung eines modifizierten Bandgießprozesses zur Herstellung von plattiertem Dünnband. Als Konzept wurde die seitliche Zufuhr eines vorgefertigten Bands über die Gießrollenoberfläche in den Bandgießprozess gewählt. Die theoretische Betrachtung des modifizierten Prozesses fokussierte auf die Störung des Wärmehaushaltes durch die Bandzufuhr. Hieraus konnten zwei für die pratische Untersuchung wichtige Randbedingungen abgeleitet werden.
1. Die Banddicke des zugeführten Bandes: Diese muss so gewählt werden, dass das Band nicht während des Versuches aufschmilzt und trotzdem ausreichend Energie in die Grenzfläche fließt, so dass dieses sich mit dem Gussband verbindet.
2. Das Bandschalenwachstum: Die Abkühlbedingungen und somit das Bandschalenwachstums des symmetrischen Bandgießprozesses werden entscheidend verändert. Daher wurde das jetzt asymmetrische Bandschalenwachstum eingehend untersucht.
Drei verschiedene Kombinationen wurden in Gießversuchen aufgrund ihrer unterschiedlichen thermischen Eigenschaften untersucht: 1. Einem Hochmanganstahl (X60MnAl19-1,5) wurde ein Plattierband aus dem nichtrostenden, austenitischen Edelstahl 1.4301 (X3CrNi18-10) zugeführt. 2. Der Tiefziehstahl DC01 (St12/1.0330) wurde vergossen und mit Reinkupfer (CW004A) plattiert. 3. DC01 wurde nochmals mit einem Titanband (Grade 1) kombiniert.
Aktualisiert: 2023-06-30
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