Diese Arbeit hat die Entwicklung eines neuen und innovativen Prozesses zur Herstellung von Faser-Metall Laminaten zum Thema. Mittels der hier beschriebenen In-situ Hybridisierung wird die Formgebung durch Tiefziehen mit der Infiltrierung des Fasergewebes durch die Matrix kombiniert. So können Bauteile ohne Werkzeugwechsel in einem Produktionsschritt hergestellt werden. Für die Entwicklung der In-situ Hybridisierung ist eine genaue Kenntnis des Deformationsverhaltens des Gewebes wie auch die Interaktion zwischen Gewebe und Deckblechen notwendig. Der Einfluss der Fasern auf das Deformationsverhalten der metallischen Bleche wird mittels experimenteller und numerischer Verfahren untersucht. Bei hohem transversalem Druck führt die Reibung zwischen Fasern und Metall zu einer Absenkung der Umformbarkeit der Metallbleche. Die Bedingungen für auftretende Relativverschiebungen zwischen den einzelnen Schichten wurden untersucht und bestimmt. Hierbei stellt sich heraus, dass die Relativverschiebungen aufgrund der Werkzeuggeometrien eher gering sind. Dem gegenüber sind Reibungskräfte aufgrund direkten Kontaktes zwischen Fasern und Blech zu vermeiden.
Ein Demonstratorwerkzeug wurde entwickelt und aufgebaut, um die Eignung der In-situ Hybridisierung zur Herstellung dreidimensionaler Bauteile aufzuzeigen. Verschiedene Prozessparameter wurden in Versuchsreihen untersucht, um die Bedingungen eines stabilen Herstellungsprozesses zu definieren. Die In-situ Hybridisierung stellt eine Möglichkeit dar, um Leichtbauprodukte für einen breiteren Anwendungsbereich herzustellen.
Aktualisiert: 2023-02-02
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Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von verschleiß- und korrosionsbeständigen Hartverbundwerkstoffen
bzw. MMCs unter Berücksichtigung ressourcenschonender Aspekte.
Um dieses Ziel umzusetzen, wurden drei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Im ersten
Ansatz sollte untersucht werden, ob es möglich ist, TiC aus Abfallprodukten der
MMC-Herstellung, wie z.B. Spanmaterial, durch einen chemischen Recyclingprozess zurückzugewinnen
und für die Herstellung von neuen MMCs zu nutzen. Der zweite Ansatz
betrachtete die Optimierung der TiC-Eigenschaften durch ein gezieltes Auflegieren während
des Herstellungsprozesses. Ziel war es, die Eigenschaften des TiC auf ein wirkendes
tribologisches System anzupassen und damit die Verschleißeigenschaften zu optimieren.
Der letzte Ansatz basiert auf der Verwendung von TiC bzw. RecyTiC als Hartstoff
in verschleißbeständigen Auftragschweißungen. Des Weiteren sollte die Möglichkeit untersucht
werden, ob Verschleißschutzschichten mit einer doppelten Dispersion aus den
Hartstoffen TiC/RecyTiC und WSC schweißtechnisch erzeugt werden können.
Aktualisiert: 2019-02-28
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In der vorliegenden Arbeit wird die wirtschaftliche Herstellung schädigungsarmer Bohrungen in CFK/Titan-Werkstoffverbunden behandelt. Eine ausgeprägte Langspanbildung des metallischen Werkstoffs führt hierbei oftmals zu folgeschweren Prozessstörungen mit Auswirkungen auf die Qualität und Kosten zur Herstellung der Bauteile. Durch die Anwendung eines schwingungsunterstützten Bohrverfahrens sollen, bedingt durch eine gezielte Schnittunterbrechung, eine prozesssichere Spanabfuhr ermöglicht und Bohrungen in Faser/Metall-Werkstoffverbunden in einem Bearbeitungsschritt eingebracht werden. Im Fokus der Untersuchungen stehen dabei die Ermittlung prozessspezifischer Kenntnisse zur Spanbildung, Spanformung und speziell der sich einstellenden Spanabfuhr für das vibrationsunterstützte Bohren, sowie deren Einfluss auf die Prozessgrößen und das resultierende Arbeitsergebnis. Auf Basis der hier gefundenen Zusammenhänge ist es erstmals möglich einen direkten Zusammenhang zwischen den Stellgrößen des Prozesses und dem Arbeitsergebnis herzustellen und Prozessstörungen durch Spänestau gezielt zu vermeiden.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Aufgrund der zunehmenden Klimaerwärmung kommt der Entwicklung ressourcenschonender Fertigungsverfahren eine immer größere Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wurden auf der Basis von Phasen- und Grenzflächenanalysen Möglichkeiten zur Ressourcenschonung in drei unterschiedlichen Fertigungs-, bzw. Fügeprozessen identifiziert.
Im ersten Schwerpunkt der Arbeit wird aufgezeigt, wie der Werkzeugverschleiß beim Warmumformen höchstfester, Al-Basis beschichteter Stahlbleche durch eine Optimierung des Schichtkonzeptes verringert werden kann. Dazu wurden die an den Stahl/Schicht-Grenzflächen bei der Warmumformung ablaufenden Phasenumwandlungen analysiert und die in den Schichten in Abhängigkeit der Prozessparameter ausgebildeten intermetallischen AlXFeY-Phasen identifiziert und charakterisiert. Auf dieser Grundlage erfolgte eine Anpassung des Temperaturprofiles im Warmumformprozess. Dies ermöglichte eine gezielte Umwandlung der Schicht in die Phase AlFe, die aufgrund ihrer niedrigeren Härte und höheren Zähigkeit im Vergleich zu anderen intermetallischen AlXFeY-Phasen einen geringeren Werkzeugverschleiß bewirkt.
Im zweiten Schwerpunkt wurde ein neues Schweißverfahren eingesetzt, um die beschichteten, höchstfesten Stahlbleche mit Aluminium- und Magnesium-Leichtmetalllegierungen stoffschlüssig zu fügen. Dies soll ein direktes Verbinden dieser Werkstoffe in Automobilkarosserien ermöglichen. Dazu wurde im Rahmen der Arbeit ein Laserschweißlötprozess eingesetzt und die Notwendigkeit einer Oberflächenkonditionierung der beschichteten Stahlbleche untersucht. Es erfolgte eine Analyse der beim Schweißlöten ablaufenden Grenzflächenreaktionen und der in den gefügten Werkstoffen ausgebildeten Wärmeeinflusszonen. Auf dieser Grundlage konnten Prozessparameter identifiziert werden, die das Fügen von Stahl/Aluminium- und Stahl/Magnesium-Fügeverbindungen mit hohen Verbundfestigkeiten ermöglichen.
Im dritten Schwerpunkt der Arbeit wurde ein Kondensatorentladungsschweißverfahren eingesetzt, um hochverschleißbeständige, hartstoffhaltige Werkstoffe in sehr kurzer Prozesszeit und ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit Stahlsubstraten zu fügen. Dies ermöglicht ein ressourcenschonendes Fügen dieser Werkstoffe für Werkzeuge zur Bearbeitung mineralischer und metallischer Güter. Auch bei den mit diesem Verfahren hergestellten Fügeverbindungen erfolgte eine Analyse der Grenzflächenreaktionen und Untersuchung der in den gefügten Werkstoffen ausgebildeten Wärmeeinflusszonen. Die darauf abbauend identifizierten Prozessparameter ermöglichten die Herstellung von Fügeverbindungen mit Verbundfestigkeiten vergleichbar zu Lötverbindungen, welche aufgrund des Einsatzes von Zusatzwerkstoffen einen höheren Ressourceneinsatz erfordern.
Aktualisiert: 2019-01-22
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Aktualisiert: 2020-11-19
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Vielschichtige Eigenschaftsprofile benötigen zunehmend moderne Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde einschließlich der raschen Entfaltung neuer Fertigungstechnologien, da der monolithische Werkstoff bzw. ein einziger Werkstoff den heutigen komplexen Anforderungen nicht mehr genügen kann. Zukünftige Werkstoffsysteme haben wirtschaftlich eine Schlüsselposition und sind auf den Wachstumsmärkten von grundlegender Bedeutung. Gefragt sind maßgeschneiderte Leichtbauwerkstoffe (tailor-made composites) mit einem adaptierten Design. Dazu müssen Konzepte entwickelt werden, um die Kombination der Komponenten optimal zu gestalten. Das erfordert werkstoffspezifisches Wissen und Korrelationsvermögen sowie die Gestaltung komplexer Technologien, auch unter dem Aspekt der kontinuierlichen Massen- und Großserienfertigung (in-line, in-situ) und damit der Kostenreduzierung bislang teurer Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde.
In der vorliegenden Arbeit wird in vergleichbarer und vergleichender Art und Weise sowie abstrahierter Form ein Bogen über das Gesamtgebiet der Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde gespannt. Eine zusammenfassende Publikation über dieses noch sehr junge, aber bereits breit aufgestellte Wissenschaftsgebiet fehlt bislang. Das ist der Separierung der einzelnen, fest aufgeteilten Gruppierungen der Verbundwerkstoffe geschuldet. Querverbindungen werden selten hergestellt. Dieses Defizit in einem gewissen Maße auszugleichen, ist Ziel der Arbeit. Besondere Berücksichtigung finden Begriffsbestimmungen und Klassifikationen, Herstellungsverfahren und Eigenschaften der Werkstoffe. Es werden klare Strukturierungen und Übersichten herausgearbeitet. Zuordnungen von etablierten und neuen Technologien sollen zur Begriffsstabilität der Terminologien "Mischbauweise" und "Hybrider Verbund" beitragen. Zudem wird die Problematik "Recycling und Recyclingtechnologien" diskutiert. Zusammenfassend werden Handlungsfelder zukünftiger Forschungs- und Entwicklungsprojekte spezifiziert. Aus dem Blickwinkel der verschiedenen Herstellungsrouten insbesondere für Halbzeuge und Bauteile und der dabei gewonnenen Erkenntnisse werden verallgemeinerte Konzepte für tailor-made Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde vorgeschlagen ("Stellschraubenschema"). Diese allgemeinen Werkstoffkonzepte werden auf eigene aktuelle Forschungsprojekte der Schwerpunktthemen Metallmatrix- und Polymermatrix-Verbundwerkstoffe sowie der hybriden Werkstoffverbunde appliziert. Forschungsfelder für zukünftige Projekte werden abgeleitet. Besonderes Augenmerk gilt den hybriden Verbunden als tragende Säule zukünftiger Entwicklungen im Leichtbau. Hier spielen in-line- und in-situ-Prozesse eine entscheidende Rolle für eine großseriennahe, kosteneffiziente und ressourcenschonende Produktion.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Diese Arbeit behandelt die Entwicklung effektiver Materialmodelle zur Beschreibung des geschwindigkeitsabhängigen, elastoplastischen Werkstoffverhaltens inklusive Schädigungsmodellierung eines duktil modifizierten Strukturklebstoffs sowie die Bereitstellung einer geeigneten Berechnungsmethode beginnend mit der Identifikation der modellspezifischen Parameter bis hin zur Strukturberechnung mittels der Finiten Elemente Methode.
Aktualisiert: 2020-06-05
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