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Proton exchange (PE) is a widely used technique to modify the surface of LiNbO3 within the region of 1 µm. The resulting Li1-nHnNbO3 layer has different optical properties (e.g. refractive index) in comparison to LiNbO3 bulk crystals. The optical properties of the standard LiNbO3 together with the possibility to modify the refractive index in a welldefined surface layer make this material to a model material for photonic and optoelectronic studies. The proton exchange process is typically done by treatment of the sample in an acid as proton source. Regardless of the technical use, the fundamental aspects of the proton exchange process are unclear up to now (“The known data on PE kinetics do not go beyond the “technological” framework ... “ [1]). The determination of the diffusion coefficients in the modified Li1-nHnNbO3 should help to extract a kinetic model to describe the process. In our investigations, we use benzoic acid with different concentrations of lithium benzoate as proton source. We determined the depth of the proton exchange area and the tracer diffusivity of deuterium in the exchanged region at 230 °C using Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) and in the second case deuterated benzoic acid in addition. During further experiments we used isotope labeled 6LiNbO3 thin films as a tracer source to monitor the diffusion of lithium also by SIMS. With the information about tracer diffusivities of deuterium and lithium, it will be possible to develop a model to describe the kinetics of the proton exchange process in detail.

Das Potential der Additiven Fertigung, das durch geometrische Freiheiten der Gestaltung gegeben ist, wird bisher häufig nur unter Design Aspekten genutzt. Zur Konstruktion keramischer Bauteile sind viele Heuristiken und Richtlinien vorhanden, es mangelt jedoch an einer analytischen Herangehensweise und Vergleichskriterien. Die gezielte Reduzierung der Masse, ohne Einbuße des Einsatzverhaltens, ist für Keramik kommerziell noch nicht umgesetzt. Auf Grundlage einer Anpassung für Bauteile aus Stahl wurde daher eine anwendungsspezifische Topologieoptimierung keramischer Bauteile entwickelt, um das Potential des 3D-Drucks für keramische Komponenten konsequent zu nutzen. Als besondere Herausforderung galt es, die beim Sinterprozess auftretenden Schwindungen zu berücksichtigen und die richtungsabhängigen Materialeigenschaften gedruckter Keramik zu berücksichtigen. Beispielsweise müssen, um Risse zu vermeiden, große Masseunterschiede innerhalb eines Bauteils vermieden werden und trotzdem eine Gewichts- und Größenreduktion erreicht werden. Das anwendungsoptimierte Bauteil wurde in einem zweiten Schritt ein weiteres Mal topologieoptimiert, diesmal mit einem fertigungsspezifischen Bezug. Insbesondere beachtet wurden die Vorgänge beim Sintern. Da zu diesem Vorgang noch keine Standardmodellierung vorlag, werden eine Modellierung und ein numerisches Berechnungsverfahren entwickelt. Hierzu wurden physikalische Tests wie Biegeprüfungen und E-Modulbestimmungen und Ermittlungen der Oberflächenrauigkeit durchgeführt und in die Simulation eingepflegt. Ziel der Topologieoptimierung sind die Reduktion von Spannungen im Bauteil und die Wahrung der Form nach dem Sintern. Das Ergebnis der Topologieoptimierung ist nicht das fertige Bauteil, sondern der zu druckende Grünling.

Polymerelektrolytmembranen (PEM) sind für die Protonenleitfähigkeit in Vanadium-Redox-Flow Batterien (VRFB) und Brennstoffzellen verantwortlich. Die hier vorgestellte Synthese der PEMs erfolgt durch Pfropfcopolymerisation von Acrylmonomeren auf zuvor durch Elektronenbehandlung aktivierte Fluorpolymerfolien. Die Pfropfcopolymerisation findet in wässriger Phase mit 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure und Acrylsäure statt, wodurch protogene Gruppen direkt in die PEM ohne Sulfonierung eingebracht werden. Herausfordernd bei dieser Synthesestrategie ist die Reproduzierbarkeit aufgrund des Anstiegs der Viskosität der Reaktionslösung mit steigender Reaktionszeit, weshalb das Wachstum der PEM während der Synthese behindert wird. Um diese Beobachtung besser zu verstehen und in der Folge den Viskositätsanstieg zu begrenzen, wird der Einfluss des pH-Wertes und der Ionenstärke untersucht. Zur Einstellung beider Größen wird NaOH und NaCl verwendet. Es zeigt sich, dass die Natriumsalze der Monomere die Viskosität der Reaktionslösung signifikant herabsenken. Die mechanischen Eigenschaften der PEMs werden durch Zugfestigkeitsmessungen charakterisiert und die Leistung der PEMs auf Basis von elektrochemischer Impedanzspektroskopie bewertet. Zudem werden die PEMs in der VRFB getestet. Hierfür wird eine Serie von Lade- und Entladezyklen durchgeführt. Die ermittelten Protonenleitfähigkeiten und Ionenaustauschkapazitäten sind mit Nafion 117, dem Standardmaterial für PEMs, konkurrenzfähig und haben das Potential zur Verbesserung der Eigenschaften, da die Variation der Reaktionsbedingungen zur PEM-Synthese nicht ausgeschöpft ist.

In zahlreichen Anwendungen von faserverstärkten Kunststoffen als Strukturelemente sind diese mit einer konstanten Last beaufschlagt. Beispiele hierfür sind Flanschverbindungselemente, unterirdische Rohrleitungen oder Bauwerke wie Brücken oder Überdachungen. In diesen Fällen ist das viskoelastische Verhalten der Materialien von entscheidender Bedeutung. Das heißt, so lange die Struktur einer konstanten Spannung ausgesetzt ist, wird die Dehnung mit der Zeit zunehmen; das Material kriecht. Der Verlauf der Kriechnachgiebigkeit über der Zeit ist charakteristisch für ein Material. Jedoch ist die Charakterisierung ein Echtzeittest, der mehrere Jahre in Anspruch nehmen kann. Modelle zur Extrapolation oder Superposition von beschleunigten Tests liefern bis jetzt noch nicht die benötigte Genauigkeit. Dementsprechend ist ein besseres Verständnis und damit einhergehende Modellierung des viskoelastischen Verhaltens von Faserverbundkunststoffen notwendig, um der Industrie einen einfachen, beschleunigten Zugang zu den benötigten Kennwerten zu ermöglichen. Unter der Annahme, dass bei Faserverbundwerkstoffen die Faserkomponente nicht signifikant kriecht, ist die für das Kriechen verantwortliche Komponente für diese Werkstoffklasse die duromere Matrix. Daher wird in dieser Arbeit das viskoelastische Verhalten von Duromeren mithilfe eines Kriechtests in 3-Punkt-Biegung analysiert. Es wurden drei Epoxidharzsysteme mit Aminhärter ausgewählt, die sich in ihrer Glasübergangstemperatur und den mechanischen Eigenschaften unterscheiden. Zahlreiche Kriechversuche mit verschiedenen Belastungszeiten wurden durchgeführt und semiempirische und empirische Modelle, z.B. Kelvin-Voigt-Modell oder Findley-Modell, bezüglich ihrer Abbildungsgenauigkeit und Extrapolationsfähigkeit evaluiert. Aufbauend auf dieser Grundlage wird abschließend die Abhängigkeit der viskoelastischen Eigenschaften von den thermomechanischen Kennwerten im Detail diskutiert und relevante Korrelationen gezogen.

Pulverbasierte additive Fertigungsverfahren von Metallen erlauben durch neue Freiheitsgrade eine Vielzahl von innovativen Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere Funktionsintegration und Topologieoptimierungen lassen sich in Strukturen realisieren, die mit konventionellen Fertigungstechnologien nicht oder nur mit großem Aufwand hergestellt werden können. Gleichwohl beschränkt sich das potenzielle Werkstoffportfolio auf wenige Pulverwerkstoffe der Anlagenhersteller, welche nur einen kleinen Ausschnitt der vielfältigen Möglichkeiten zur Werkstoffeinstellung bieten. Dementsprechend stellt die Werkstoffauswahl in vielen Fällen nur einen Kompromiss für den jeweiligen spezifischen Anwendungsfall dar. Dabei bieten Pulverwerkstoffe deutliche Vorteile hinsichtlich der gezielten Einstellbarkeit der Zusammensetzung zur Erreichung definierter Eigenschaftsprofile. Im Rahmen des EFRE geförderten niedersächsischen Innovationsprojektes wGROTESK (Werkstoffentwicklung zur generativen Fertigung von optischen, thermalen und strukturellen Komponenten) wird die Auswahl und gezielte Einstellung eines anwendungsspezifischen Werkstoffes gekoppelt mit der prozesstechnischen Verarbeitung in einem LMD-Prozess betrachtet. Für die generative Fertigung von Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Wärmeausdehnung zum additiven Einfassen von Nd:YAG-Kristallen wurde der Transfer von Kupfer-Molybdän-Verbundwerkstoffen in den additiven Fertigungsprozess durchgeführt. Die Legierungsentwicklung bietet dabei den Ansatz zur Definition einer kupferbasierten Pseudolegierung zur Einbindung in einen industriellen Laserprozess. Durch die Kombination von Kupfer und Molybdän kann über einen großen Temperaturbereich ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient erreicht werden. Die geeignete Adaption des Kupferbasiswerkstoffes erlaubt darüber hinaus weitreichende Möglichkeiten zur Einstellung der Werkstoffeigenschaften sowohl über den Matrixwerkstoff der Pseudolegierung als auch über die Anbindung und Benetzung der eingebundenen Molybdänpartikel.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller (OTS)-Komponenten“ (GROTESK) werden neuartige Multimaterial-Werkstoffe und deren Verbindungen mit Laserkomponenten entwickelt. Für die additive Verarbeitung dieser Materialien eignet sich das Laserauftragschweißen besonders, da bei diesem Verfahren auf Freiformoberflächen Material aufgeschweißt werden kann. Vorangegangene Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz von pulverförmigen Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung die Eigenschaften des Materialauftrags gezielt einstellbar sind. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Verarbeitung der dafür entwickelten kupferbasierten Spezialwerkstoffe dar, sodass Imperfektionen im generierten Bauteil auftreten können. Konventionelle Schmelzbadtemperaturregler stoßen hier aufgrund der Materialzusammensetzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs an ihre Grenzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt den Einsatz einer intelligenten Prozessüberwachung und -regelung für Spezialwerkstoffe. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe ist mit konventioneller, pyrometrischer Prozessregelung aufgrund der stark variierenden Emissivitäten nicht möglich. Es wird gezeigt, wie Schmelzbäder mittels künstlicher neuronaler Netze klassifiziert und anschließend durch Bildverarbeitung Merkmale extrahiert werden können. Die so ermittelte Schmelzbadoberfläche bildet die Eingangsgröße für eine nachgeschaltete Prozessregelung. Die Verarbeitung der Spezialwerkstoffe im Regelkreis mit Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit oder Pulverzufuhr zielt auf die Qualitätssteigerung der Multimaterial-Verbindungen ab.

In weitreichenden Einsatzgebieten der Hochleistungslasertechnik werden Quarzglasfasern aufgrund ihrer hohen optischen Leitfähigkeit und Temperaturbeständigkeit eingesetzt. Die additive Fertigung von Quarzglasfasern auf Basis eines laserbasierten Faserextrusionsverfahren ermöglicht den Einsatz von neuen Materialien und die Erweiterung der Anwendungsbereiche von additiv gefertigten optischen Komponenten. Beim Laser Glass Deposition-Prozess (LGD) werden mit einem CO2-Laser (10,6 µm) lokal Temperaturen von über 2000 °C in das Glas eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht die additive Fertigung von Glas durch das Anschmelzen und anschließendes schichtweises Ablegen von Fasern. Da die Forschung und Entwicklung des LGD-Prozesses primär auf experimentellen Laborarbeiten aufbaut, sind die Temperaturfelder, die während des Herstellungsprozesses im Glas entstehen, weitgehend unbekannt. Die lokalen Verarbeitungstemperaturen und Temperaturgradienten haben jedoch großen Einfluss auf die Fertigungsqualität und die optomechanischen Eigenschaften der Glaskomponenten. Im Rahmen dieses Beitrages wird ein Simulationsmodell zur Beschreibung der thermischen Vorgänge in einer Glasfaser und dem Substrat während des Fertigungsprozesses erstellt und mit experimentellen Daten verglichen. Ziel ist die Vorhersage der lokal auftretenden Prozesstemperaturen im Glas, die während des Prozesses entstehen. Basierend auf dem Simulationsmodell werden Fertigungsparameter wie die Leistung des Lasers und die Materialzufuhr rechnerisch evaluiert.

Die Anwendung der In-Mold-Assembly (IMA) ermöglicht die Herstellung von Hybridbauteilen aus Aluminiumdruckgussbauteilen und Kunststoffen. Für die direkte Anbindung der Kunststoffkomponente über Adhäsion ist eine Vorbehandlung des Druckgussteils erforderlich. Die Laservorbehandlung ermöglicht hochfeste Kunststoff-Metall-Verbindungen ohne zusätzliche Hilfsfügestoffe. Neben der Anwendung eines Lasers zur Vorbehandlung wird eine elektrochemische Oberflächenmodifikationsmethode vorgestellt, mit der Polyacrylsäure auf die Metalloberfläche aufgepfropft wird. Die Untersuchungen zeigen, dass ohne Vorbehandlung keine Verbindungen hergestellt werden können. Im Vergleich dazu können mit polyacrylsäurebeschichteten Gussfügeteilen Festigkeiten von bis zu 20,41 ± 6,08 MPa erzielt werden. In Kombination mit der Laservorbehandlung können die Festigkeiten auf bis zu 36,43 ± 5,73 MPa gesteigert werden.

Wasserstoffversprödung ist ein bereits sehr lange bekanntes Problem, insbesondere beim Einsatz hochfester Stähle. Dennoch ist der Effekt von Wasserstoff auf das Materialverhalten auch heute noch eine Herausforderung, vor allem im Bereich der Materialermüdung. Die bisherige Strategie der sicherheitsbedingten Überdimensionierung muss im Sinne nachhaltigen Werkstoffeinsatzes kritisch geprüft werden. Ein vertieftes Verständnis derjenigen Mechanismen, die der Wasserstoffversprödung zugrunde liegen, ist unabdingbar. Stabilisierende und rissfördernde Wasserstoffeffekte überlagern sich im Material und sind nur sehr schwer zu trennen. Die Kombination von in situ Ermüdungsprüfung auf der Makroskala bis hin zur Nanoindentation, in Verbindung mit der Prüfung von Mikrobiegebalken im Rasterelektronenmikroskop und der lokalen Messung der Wasserstoffverteilung im Gefüge mittels Scanning Kelvin Probe Force Microscopy, bietet hier einzigartige Möglichkeiten der Effekttrennung zur Aufklärung von Wasserstoffeinflüssen auf Verformungsmechanismen auf der Mikro- und Nanoskala.

Da das Hochtemperaturreparaturlöten im Vakuum, neben dem Schweißen, bei der Fertigung und Reparatur geometrisch anspruchsvoller Bauteile immer mehr an Bedeutung gewinnt, ist es notwendig, Lötprozesse im Hinblick auf eine weitere Minimierung von Produktionskosten und Steigerung der Produktqualität mit dem Fokus einer ressourcenschonenden Fertigung weiterzuentwickeln. In der Regel werden Hochtemperaturlote in Form von Pasten, Tapes, Melt-Spun Folien und Pulvern hergestellt. Um Bauteile zu löten, wird das (Reparatur-)Lot meist händisch mittels Dosiernadel, Pinsel oder einem Spachtel auf die zu reparierenden Stellen des Bauteils aufgetragen. Durch die pulvermetallurgische Herstellung von Loten besteht weiterhin die Möglichkeit, diese durch thermisches Spritzen zu applizieren. Der Vorteil des Applizierens von Lotwerkstoffen durch thermisches Spritzen besteht darin, dass große Bereiche der zu fügenden oder zu reparierenden Teile endkonturnah beschichtet werden können. In dem vorliegenden Beitrag wird auf thermisch gespritzte Nickel- und Titanbasislote eingegangen. Typische Anwendungsgebiete sind der Maschinen- und Anlagenbau, der Automobilbau, die Biomedizintechnik sowie die Luft- und Raumfahrt. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie das Reparaturlöten durch thermisches Spritzen von Turbinenschaufeln in einem Flugzeugtriebwerk eingesetzt werden kann. Die hier vorgestellte Technologie bringt technische und ökonomische Vorteile mit sich und ermöglicht die dem heutigen Stand der Technik entsprechende Prozesskette zur Reparatur von Turbinenschaufeln zu verkürzen.

For numerous industrial applications, such as turbine or heat exchanger constructions, the corrosion fatigue behaviour of vacuum brazed joints is of great interest for the lifetime determination. In addition to the influence of the joining geometry, this behaviour depends primarily on the microstructure of the brazed seam. This in turn is largely determined by the alloy composition of the brazing filler metal and the brazing process parameters. Knowledge of the alloy-process-structure-property relationships is therefore essential to improve the corrosion fatigue properties. In this study, vacuum brazed AISI 304L/NiCrSiB cylindrical butt joints were investigated in multiple and constant amplitude tests in a self-developed corrosion measuring cell with application-specified sensors. To investigate the influence of the alloy composition with regard to the chromium and additional molybdenum content, two different amorphous-crystalline rapidly quenched filler metal foils were produced. Using two different holding times at 1160°C during the brazing process, the influence on the formation of borides and silicides was also investigated on the basis of cross sections by scanning electron microscopy. In previous investigations on a filler metal with a 20% Cr and 4% Mo content, a clear homogenization of the brazed seam could be observed for longer holding times, whereby a more ductile material behaviour was achieved, which in turn positively influenced the corrosion fatigue properties. The positive influence of chromium on the corrosion resistance could be demonstrated, but the present study shows that improved corrosion properties due to a higher Cr content are not necessarily accompanied by improved fatigue properties. This could be demonstrated with a Mo-free, 7% Cr filler metal by a fourfold increase in the number of cycles to failure. Finally, fractographic investigations were carried out to characterize the microstructure-dependent damage mechanisms.

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von chlorid- und wasserstoffperoxidhaltigen Elektrolyten auf das Korrosionsverhalten der drei nichtrostenden Stähle 1.4510, 1.4016 und 1.4301. Dazu wird mithilfe von potentiodynamischen Polarisationsmessungen das Korrosionsverhalten betrachtet und das Schädigungsbild nach den Versuchen mittels Licht-, Rasterelektronen- und Laserscanningmikroskopie analysiert. Anhand der aus den Polarisationsmessungen abgeleiteten Potentialdifferenzen zeigt sich eine zunehmende Korrosionsneigung bei steigenden Chloridkonzentration. Unter den untersuchten Bedingungen erweist sich der austenitische Stahl (1.4301) korrosionsbeständiger gegenüber Lochkorrosion als die ferritischen Stähle (1.4016, 1.4510). Weiterhin kann durch die Zugabe von Wasserstoffperoxid eine starke Zunahme der Korrosionsneigung festgestellt werden, wobei sich der ferritische Stahl (1.4510) korrosionsbeständiger als der (1.4016) darstellt. Die mikroskopischen Untersuchungen geben erste Hinweise darauf, dass die verschiedenen Ausscheidungen in den nichtrostenden Stählen einen wichtigen Einfluss auf das Korrosionsverhalten und die Schädigungsmechanismen haben. Die im Lochgrund gefundenen Ausscheidungen stellen mögliche Keime für eine weitere Lochkorrosion dar. Der ferritische Stahl (1.4016) besitzt dabei eine hohe Anzahl von Chromcarbiden und weist zudem eine hohe Anzahl von Korrosionslöchern auf. Allgemein unterscheiden sich die Korrosionsschädigungen der Stähle bezogen auf die Lochanzahl und -größe stark voneinander. Die geringste Korrosionsschädigung ist am 1.4301 zu beobachten, da dieser nur eine geringe Lochanzahl und kleine Löcher aufweist.

Die traditionelle Laserentwicklung basiert auf einer Vielzahl von diskreten Bauteilen mit thermischer, struktureller oder optomechanischer Funktionalität. Durch die Kombination von innovativen Designkonzepten mit der additiven Fertigung wird die kostengünstige Herstellung hochkomplexer optischer Systeme in funktionsintegrierten Bauteilen erstmals möglich. Während generative Fertigungsverfahren, wie die sogenannte Fused Filament Fabrication (FFF), im Bereich der Strukturbauteile bereits weit verbreitet sind, ist deren Potenzial zum Multi-Materialdruck für die Funktionsintegration nahezu unerforscht. In diesem Beitrag werden verschiedene polymerbasierte Materialien und Materialkombinationen für den FFF 3D-Druck hinsichtlich ihrer thermischen und strukturellen Eigenschaften untersucht und ihre Eignung für die Anwendung in der Laserentwicklung evaluiert.

Die additive Fertigung von metallischen Bauteilen wird weitestgehend unter Anwendung von Schweißprozessen realisiert. Wenn geschweißt wird, lassen sich jedoch am fertigen Produkt die gestellten Anforderungen nicht vollumfänglich überprüfen. Normen und Regelwerke der Qualitätssicherung und des -managements sprechen hier von einem speziellen Prozess, der bereits vor Beginn der Fertigung qualitätssichernde Maßnahmen verlangt. Ziel dieser Vorarbeiten ist es, nach Fertigstellung des Produktes zumindest die Vermutung äußern zu können, dass darin die erforderlichen Qualitätsmerkmale erfüllt sind. In geregelten Bereichen bzw. Branchen wird die Anwendung von Normen und Regelwerken durch Gesetze, Verordnungen bzw. Richtlinien vorgeschrieben. Beim Schweißen ist dies meist mit Vorgaben verbunden, wie Schweißprozesse zu qualifizieren sind. Bisher stand jedoch das Verbindungsschweißen im Vordergrund. Aufgrund der abweichenden Bedingungen gegenüber dem Verbindungsschweißen wird empfohlen, den additiven Fertigungsprozess über eine vorgezogene Arbeitsprüfung nach DIN EN ISO 15613 oder über eine Verfahrensprüfung nach DIN EN ISO 15614 mit erweitertem Prüfumfang zu qualifizieren.

The Li(Ni0.33Mn0.33Co0.33)O2 (NMC333) compound is one of the most promising cathode materials for Li-ion batteries. In the following, the solid-state reaction in a two-step synthesis scheme of this material is examined, as well as the powder-metallurgical production of sintered bulk samples. Long range Li tracer self-diffusion is investigated in polycrystalline sintered bulk NMC333 samples with an average grain size of about 50 nm. For analysis, stable 6Li tracers are used in combination with secondary ion mass spectrometry. At a temperature of T = 300 °C the determined Li diffusivity yields DLi = 4.9 ∙ 10-16 m2/s.

Zinc-air secondary batteries have the potential to act as electrochemical energy storage devices in broad industrial applications. The main arguments for developing marketable systems are the good commercial availability and environmental compatibility of zinc [1]. A consortium of different companies and scientific institutions is engaged in the development of a scalable zinc-air secondary battery. For the establishment of the system, the concept and all components, such as the gas diffusion electrode as well as the zinc electrode, are being investigated and optimised. In order to achieve a certain marketability of the battery after the end of the project, the plastic-based housing, sealing and current-conducting components are also being examined for their long-term stability and suitability. The system concept has high demands on the chemical resistance of the components due to the alkaline electrolyte in use. The plastics in question are typical housing materials with good chemical resistance, soft sealing materials based on thermoplastic elastomers and compounds highly filled with graphite for current conduction within the battery. To evaluate the materials, comparative studies are carried out with regard to the material properties, such as mechanical stability and electrical conductivity, and the combustion behaviour to assess the aging between newly produced and aged parts. In particular, the compounds highly filled with graphite presumably exhibit side reactions in contact with the active materials used in the system due to unavoidable impurities. This behaviour is also integrated in the evaluation of the raw material selection.

Für die Bestimmung der Haftfestigkeit organischer Überzüge – wie z.B. Lacken – nach ASTM D 4541 [1] werden Prüfkörper aus Aluminium oder Stahl mit einem Strukturklebstoff auf die zu prüfende lackierte Oberfläche geklebt. In einem Kopfzugversuch wird anschließend die Festigkeit der Verbindung mechanisch charakterisiert. Beim Übertragen der Charakterisierungsmethode auf die Bestimmung der Haftfestigkeit eines thermoplastischen Kunststoffs auf einer Glasoberfläche existieren neben der zu prüfenden Grenzfläche zwischen organischem Überzug und Werkstoffoberfläche noch zwei weitere Grenzflächen zwischen Thermoplast und Klebstoff und zwischen Aluminium-Prüfkörper und Klebstoff. Die Charakterisierung, die die prinzipielle Eignung von Haftvermittlerschichten für hybride Glas-Thermoplast-Verbunde angibt, gestaltet sich mithilfe entsprechend der Norm geklebter Aluminiumprüfkörper schwierig. Aufgrund von Elastizitätsunterschieden ist bei einem Fügeverbund mit dem Aufbau Aluminiumprüfkörper-Klebstoff-Thermoplast-Haftvermittler-Glas grenzschichtnahes kohäsives Versagen im Klebstoff an der Aluminium-Klebstoff-Grenzfläche oder im thermoplastischen Werkstoff an der Klebstoff-Thermoplast-Grenzfläche als schwächstes Glied der Fügekette zu erwarten. Eine Möglichkeit diese Problematik zu umgehen bildet die Anwendung von additiven Verfahren. Der Aufbau eines thermoplastischen Probekörpers auf einer mit Haftvermittler versehenen Glasoberfläche kann durch Schmelzschichtung im FFF- bzw. FDM- und FLM-Verfahren (Fused Filament Fabrication/ Fused Deposition Modeling/ Fused Layer Modeling) erreicht werden. Probekörper dieser Art verfügen ausschließlich über den zu prüfenden Materialübergang zwischen Glas und Kunststoff. Aufgrund der durch Schmelzschichtung bedingten geringeren mechanischen Festigkeitseigenschaften setzen diese Probekörper eine an die Lastübertragung angepasste Probengeometrie voraus. Haftvermittlerschichten sind in ihren Anwendungen vielfältigen Umweltbeanspruchungen ausgesetzt. Der Kontakt zu Ölen oder Wasser sowie das Einwirken ultravioletten Lichts kann die haftvermittelnde Wirkung an der Grenzfläche beeinträchtigen. Daher eignet sich eine kleine Probengeometrie der Kopfzugproben für die Auslagerung und Prüfung besonders vieler Proben. Weitere Schwerpunkte der vorliegenden Betrachtung sind Reproduzierbarkeit und Validität sowie mögliche Anwendungsfälle dieser Prüfmöglichkeit.

Disc springs are shallow, conical components suitable for a broad application spectrum in the industry. They need to have a reliable and long service life. However, operational tensile stresses can limit their lifetime. Traditionally, their performance can be improved by inducing compressive residual stresses using shot peening which causes additional time and cost in the production process. In this study, the incremental sheet metal forming (ISF) approach was employed for an integrated and targeted induction of residual compressive stresses in the disc springs manufacturing process. The springs were produced using AISI 301 stainless steel sheet blanks. The roles of various process parameters such as forming tool diameter, tool step down, feed rate and initial sheet blank condition on the characteristics of induced residual stresses were studied experimentally and numerically. Residual stress measurements were carried out using the X-ray diffraction method. With the help of the ISF method, the compressive residual stress induction could be integrated into the forming process of disc springs. As a result, additional postforming treatments could be omitted. Forming tool diameter and forming temperature significantly influenced the induced residual stress characteristics. In addition, the martensite formation of metastable austenitic steels showed an important contribution to the residual stress properties. Furthermore, the developed numerical approach could precisely predict the formation of the residual stresses and can be applied for the design of the disc springs with the targeted residual stress properties.

Die Biologisierung wird als “Zusammenführung technischer und biologischer Komponenten und Prozesse definiert”. Vorreiter in dieser Disziplin sind neuartige Prozesstechnologien in der Herstellung von innovativen ingenieurs- und materialwissenschaftlichen Entwicklungen, sowie moderne Medizintechnik und Life Science Anwendungen. Das Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (CZM) arbeitet zusammen mit der IBA Lifesciences GmbH, Göttingen im Bereich der Zellseparation an dieser innovativen Thematik. Mit der von IBA entwickelten Fab-TACS® Technologie (Traceless Affinity Cell Selection) ist es bereits heute möglich, spezifische Zellen und subzelluläre Komponenten wie beispielsweise Exosomen in einem zellschonenden Verfahren aus Vollblutproben in hoher Qualität, Ausbeute und Reinheit aufzureinigen. Dieser bereits marktfähige Ansatz wird im Rahmen des Förderprogramms Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) als interdisziplinäres Kooperationsprojektes BioReg (Fördernummer: 16KN053640/-41) weiterentwickelt. Das Ziel ist es, mittels additiver Fertigungstechnologie diese Zelltrenntechnologie in einem mehrstufigen Verfahren für eine kostengünstige industrielle Fertigung mit den erforderlichen hohen Qualitätsansprüchen weiter zu entwickeln. Dabei werden die Modellierung der Separationseinheit, die Mikrofluidik, die Funktionalisierung des Materials zu Polymer-Protein-Kompositen und die Optimierung der Anwendung unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen intensiv betrachtet.

The knowledge of Li diffusion in lithium silicide (LixSi) is nowadays of importance for the Li-ion battery (LIB) research and development community. About twenty times more charge (Li+) can be stored per Si atom (Li3.75Si) than per C atom (LiC6), while carbon is still the main storage material in commercial LIBs. Consequently, huge effort is made to replace carbon by silicon in LIBs. Unfortunately, the diffusion of high amounts of Li+ into silicon during LIB operation is accompanied by a huge volume expansion of up to 400 % leading to a pulverization of the silicon electrode due to stress. Li diffusion in the interior of the electrode plays an important role for a fundamental understanding and for an optimization of application relevant properties like charging/discharging rates, maximum capacity, self-discharge, and cycling stability. This contribution reports about the realization of Li diffusion experiments in electrochemically lithiated amorphous silicon. Li diffusion was investigated at room temperature using the technique of secondary ion mass spectrometry (SIMS) in depth profile and in line scan mode in combination with stable 6Li isotope tracers. Experiments were done on 200 nm thin Si electrodes with a Li+ insertion stage of about 30 % and 80 % of full capacity. SIMS line scan data were successfully obtained, which will allow to measure fast Li diffusion on electrodes over macroscopic distances in the mm range, which is not possible using SIMS depth profiling mode.

Schäden durch natürliche Alterungsvorgänge stellen im Stahlbau eine schwer kalkulierbare Größe dar. Altstähle zeichnen sich durch eingeschränkte Schweißeignung aus. Unter Beachtung der für solche Werkstoffe typischen Eigenschaften ist es für Anwender und Betreiber oft sehr schwierig, diese Stähle korrekt einzuschätzen und schweißtechnisch zu verarbeiten. Nicht zuletzt aufgrund der eingeschränkten schweißmetallurgischen Eigenschaften ist es gemäß verschiedener Regelwerke zum Teil untersagt, derartige Werkstoffe schweißtechnisch zu verarbeiten. Nicht allein aus kultur- oder industriehistorischer Sicht sind Altstähle präsent, auch im Bereich der Nutzbauten stellen sie gegenwärtig einen Großteil des Bestandes dar. Für ihren Erhalt und Instandhaltung ist ein Großteil der öffentlichen Aufwendungen des Bundes bereitgestellt. Soll an Konstruktionen aus Altstahl geschweißt werden, ist das oft mit zusätzlichen Werkstoffuntersuchungen verbunden. Diese sind notwendig, um die Eigenschaften, insbesondere die der Schweißeignung, zu evaluieren. Eine solche ist oftmals nicht gegeben, was erheblichen Einfluss auf die Bewertung der Restnutzungsdauer hat. Während bislang davon ausgegangen wurde, dass die Schwingfestigkeit gealterter und versprödeter Bauteile aus Altstählen herabgesetzt ist, konnte durch aktuelle Forschungsprojekte nachgewiesen werden, dass durch zyklisch schwingende Beanspruchung kein vorzeitiges Bauteilversagen infolge Alterung zu erwarten ist. Entscheidend für die Ermüdungsfestigkeit ist die geometrische Kerbe, welche in größerer Konkurrenz zur metallurgischen Kerbe durch Versprödung steht. Unumstritten bleibt jedoch die Tatsache, dass durch die erwähnte Werkstoffversprödung erhebliche Defizite in der Zähigkeit vorhanden sind. Demzufolge bleibt die Sprödbruchneigung des Werkstoffes die eigentliche Gefahr von Altstahlkonstruktionen hinsichtlich der Restnutzungsdauerbewertung. Würde es gelingen, die Sprödbruchempfindlichkeit zu verringern und die Festigkeitseigenschaften von Altstahl weiterhin zu gewährleisten, könnte die erreichte Nutzungsdauer des Bauwerkes verlängert und ein teurer Abriss verhindert oder zumindest sinnvoll aufgeschoben werden.

Viele Wohnungsaltbauten weisen häufig sehr massive Außenwände, jedoch nur gering tragfähige Zwischendecken auf. Bei der Sanierung solcher Zwischendecken mit voller Grundriss-Spannweite ist die Zugänglichkeit durch Türen, Tore oder Fenster für viele größere Formate (z. B. lange Träger) oft eingeschränkt oder sogar unmöglich. Ein neuer Ansatz zum Austausch der alten Zwischendecke durch eine moderne tragfähige Decke analog einer vorgefertigten Fertighaus-Decke (Großtafel in Holzbauweise) stellt die modular aufgebaute Zwischendecke aus Kleintafeln in Holzbauweise dar. Diese bestehen wie die Großtafeln hauptsächlich aus Konstruktionsvollholz und Holzwerkstoffplatten und haben Möbelabmessungen, um die vorhandenen Zugangswege in das Gebäude zu nutzen. Zur thermischen Isolierung und Verbesserung des Schallschutzes werden neuartige Holzwerkstoffe aus 100 % Holz (Holzschaum) und für den Trittschallschutz relativ dünne faserverstärkte Textilbetonplatten integriert. Für eine sichere und steife Verbindung der Module werden Fügetechniken aus dem Holzbau mit neuartigen Schnellklebtechniken mit elektrisch beheizbarer Klebfuge kombiniert, um einen schnellen Baufortschritt zu ermöglichen.

Im Zuge der weltweiten Bestrebung nach Klimaneutralität rückt die Entwicklung neuer, klimaneutraler und umweltschonender Produkte weiter in den Fokus der Forschung und Entwicklung. Eine Möglichkeit, dem steigenden CO2 Ausstoß entgegen zu wirken, ist einerseits die Applikationsoptimierung herkömmlicher Werkstoffe, andererseits die Kombination mehrerer unterschiedlicher Werkstoffklassen, um hybride Materialien zu entwickeln, welche die positiven Materialeigenschaften der unterschiedlichen Werkstoffe vereinen. In der hier vorgestellten Arbeit wird ein Sandwichmaterial aus faserverstärktem Kunststoff (Halbzeug) und Metall [fibre metal laminate (FML)] untersucht und hinsichtlich seiner Feuchtigkeitsaufnahme und den damit verbundenen Änderungen der mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Hierbei wird vertieft auf die Wasseraufnahme sowie die interlaminare Scherfestigkeit (ILSS) der Kernmaterialien Polyamid und glasfaserverstärktes Polyamid, sowie auf die im einstufigen Herstellungsverfahren hergestellten Sandwich Proben Metall/Polyamid/Metall und Metall/glasfaserverstärktes Polyamid/Metall eingegangen. Die Untersuchungen dienen als Grundstein für den aspirierten Einsatz im Automobil- und Transportsektor sowie dem Behälterbau und können als Basis weiterführender Untersuchungen genutzt werden.

Due to the all-encompassing problem of recycling conventional thermoset composites, which neither leads to sufficient matrix recovery nor to the recovery of fibres in satisfactory quality, new thermoplastic matrix systems are being explored for special interest against the background of closed loop recycling. For this reason, the Institute for Polymer Materials and Plastics Engineering at the TU Clausthal is researching the novel matrix system Elium 150 from the French manufacturer Arkema [1, 2]. This system, which is infusible and curable at room temperature, is characterised by a processing similar to conventional thermosetting resin systems with comparable mechanical properties, which leads to a high market potential. In order to prevent the accumulation of waste without a satisfactory recycling method for this material, we are already investigating to develop recycling processes at its market introduction phase. A dissolution based process has been developed which, at room temperature separates the matrix from the fibres within 24 hours [1]. This process allows to recover both the fibres in undamaged form (scrims) and the matrix as well. Both the matrix and the fibre properties of the recycled products can be considered comparable to virgin materials [2]. In order to shorten the process time, the use of higher temperatures for dissolution is a common practice. Therefore as a quicker recycling method the use of microwaves as possible heating source is our next objective. A key factor for this is a temperature resistant solvent. As acetone being volatile raises safety concerns at high temperatures and hence is not a suitable solvent for use in the microwave. Such being the case, this article investigates temperature-resistant solvents, which can be the medium for recycling Elium CFRPs via microwave heating. Solvents being considered are in particular acetophenone, xylene and ethyl acetate to determine their suitability.

Tagungsband 4. Symposium Materialtechnik : 25. bis 26. Februar 2021 / Clausthaler Zentrum für Materialtechnik 4. Symposium Materialtechnik, online, 25 Feb 2021 - 26 Feb 2021; Düren : Shaker, Fortschrittsberichte der Materialforschung und Werkstofftechnik 10, 347-356 (2021). doi:10.21268/20210519-19, Published by Shaker, Düren

Bauelemente auf der Basis von piezoelektrischen Einkristallen besitzen das Potential, als Sensoren bei extremen Temperaturen eingesetzt zu werden. Besonders Volumenschwinger, bei denen das gesamte Sensorelement in die Schwingung einbezogen ist, scheinen vielversprechend. Materialauswahl, Konstruktion und Herstellverfahren sind für die Robustheit der Sensoren relevant. Ziel ist eine stabile Aufbautechnologie für Temperatur- und Drucksensoren bis 1000 °C. In Hinblick auf die Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) sind sowohl physikalische Größen wie elektrische und mechanische Dämpfung als auch die elektrische Leitfähigkeit in Bezug auf die Sensorfunktion zu berücksichtigen. Im Projekt wurde Saphir als Trägerkeramik verwendet, welche auch auf Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur untersucht wurde. Dazu wurden Möglichkeiten von unterschiedlichen Platin-Metallisierungsprozessen untersucht, sowie deren Eignung für den Einsatz für Hochtemperaturanwendungen. Sowohl die Dünnschichttechnik von gesputtertem Platin auf Saphirsubstrat als auch siebgedruckte Dickfilmsubstrate wurden in dem Projektvorhaben betrachtet. Eine weitere Herausforderung ist die Zuverlässigkeit bei Temperaturen bis 1000 °C. Im Projekt wurde das Drahtbonden mit Platin als Verbindungstechnik verwendet. Über Zugversuche wurde die Haftung der Bonds auf den metallischen Oberflächen charakterisiert. Ebenso zeigen Glaslote gute Verbindungseigenschaften für Gehäuseelemente bei hohen Temperaturen. Die Anpassung dieser Materialien an die Ausdehnungskoeffizienten ihrer Fügepartner ermöglicht spannungsarme Verbunde. Im Sinne von Teilchenverbundwerkstoffen ergeben sich die resultierenden Eigenschaften glaskeramischer Lote gemäß Mischungsregeln aus den Eigenschaften der Glas- und der Kristallphasen. Über bildgebende Analyseverfahren wurde die Verbindungsqualität der Einzelkomponenten über das Glaslot genauer betrachtet. Somit umfasst die Aufbautechnik elektrische Verbindungen durch Metallisierungen und Drahtbonds, eine metallisierte Trägerkeramik und Glaslote zur Verbindung der einzelnen Komponenten. Durch die Wahl von geeigneten Materialien und Prozessen ist die systematische Entwicklung einer thermisch-mechanisch und elektrisch kompatiblen AVT möglich.

Die Auslegung von Bauteilen mit stanzgenietetem Fügepunkt ist im Hinblick auf die Betriebsfestigkeit mit einem erheblichen Versuchsaufwand verbunden. Um dieses zeit- und kostintensive Verfahren zu vereinfachen, wird in diesem Beitrag eine Möglichkeit zur rechnerischen Lebensdauerabschätzung für einen Fügepunkt mit dem Örtlichen Konzept auf Basis von Ergebnissen einer Finite-Elemente-Analyse dargestellt.

This work discusses the capability of Raman spectroscopy in monitoring the cure reaction and conversion of methyl methacrylate (MMA) in comparison to the conventional differential scanning calorimetry (DSC). In this regard, isothermal DSC measurements have been carried out as standard and compared against in-situ Raman spectra with the same material composition. A novel sample holder has been designed and implemented within the heated Raman chamber to monitor the cure reaction of the highly volatile MMA. The resulting spectra were processed using a custom written Python script, to compare the most significant C=C and C=O peaks. The conversion of monomeric MMA to Poly(methyl methacrylate) (PMMA) was calculated via the relative peak intensity of C=O at 1725 cm-1 to C=C at 1640 cm-1. Small deviations between the different measurement techniques have been observed and discussed in detail. The fundamental principle of Raman based in-situ conversion monitoring is proposed for industrial manufacturing of PMMA. Since these Raman measurements are carried out between 2 transparent glass plates, that are unaffected by the laser used, a simple and analogous setup would suffice industrially for on-line quality control and process optimization.

Optische Systeme sind wesentlicher Bestandteil unseres täglichen Lebens. Neben den linsenbasierten axialen Optiksystemen, wie sie beispielsweise in den meisten Kameraoptiken verwendet werden, bieten nichtaxiale spiegelbasierte Optiksysteme hohes Potenzial in spektral anspruchsvollen Anwendungen. Dem Vorteil des Fehlens von Linsen-Farbfehlern, wie chromatische Aberration und Absorption in den Linsen steht die komplexe Montage und Justage der Optikkomponenten gegenüber. Hierdurch wurde bislang die breite Markteinführung, beispielsweise für kompakte Nahinfrarotspektrometer in Lebensmittelanwendungen oder Multispektralkameras für die Fahrerassistenz, verhindert. Ein neuartiger Ansatz des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS) könnte die bisherigen Einschränkungen beseitigen. Der Ansatz der sogenannten Faltmontage basiert auf der Idee des Faltens von Substraten, einer Idee die beispielsweise in der japanischen Kunst des Papierfaltens „Origami“ verwendet wird. Im technischen Ansatz wird ein planares Substrat mit Biegestrukturen entlang gezielt einstellbarer Biegelinien versehen. Nach der Bestückung der Komponenten mit verfügbaren hochgenauen 2D Bestückungsautomaten wird der dreidimensionale Körper durch Falten des Substrates realisiert, der komplexe Strahlengang in Inneren entsteht automatisch. Wird eine ausreichende Genauigkeit des Substrats, der Bestückung und des Faltprozesses erreicht, sind keine Justageschritte notwendig. In Vorversuchen wurden mit Substraten aus der additiven Fertigung (3D Druck) bereits erfolgreich Kamerasysteme und NIR Spektrometer realisiert. Die grundlegende Eignung von Spritzgussverfahren für die Faltmontage wurde in Kooperation mit dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PUK) der TU Clausthal nachgewiesen.Für die Überführung des technischen Ansatzes in die Volumenfertigung ist die Validierung der Prozesskette zur Faltmontage für miniaturisierte komplexe Optiksysteme notwendig. Aufbauend auf vielversprechenden Ergebnissen aus Vorversuchen werden wichtige Innovationen angestrebt. Dabei dient das Spritzgussverfahren unter Berücksichtigung spezieller Designrules als volumentaugliches Verfahren für die Substratherstellung mit hoher Präzision sowie Option auf Integration von optischen Funktionsflächen. Neben der Entwicklung eines Spritzguss- und Werkzeugkonzeptes werden zwei stark vereinfachte Funktionaldemonstratoren für auf den Faltmontageansatz aufbauende Systeme realisiert. Eine Multispektralkamera für Pkw-Spiegelfuß zeigt Potenzial für den Einsatz im Bereich der Fahrerassistenzsysteme und ein NIR Spektrometer für mobile Anwendungen in der Landwirtschaft und dem Lebensmittelsektor.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller (OTS)-Komponenten“ (GROTESK) werden neuartige Multimaterial-Werkstoffe und deren Verbindungen mit Laserkomponenten entwickelt. Für die additive Verarbeitung dieser Materialien eignet sich das Laserauftragschweißen besonders, da bei diesem Verfahren auf Freiformoberflächen Material aufgeschweißt werden kann. Vorangegangene Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz von pulverförmigen Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung die Eigenschaften des Materialauftrags gezielt einstellbar sind. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Verarbeitung der dafür entwickelten kupferbasierten Spezialwerkstoffe dar, sodass Imperfektionen im generierten Bauteil auftreten können. Konventionelle Schmelzbadtemperaturregler stoßen hier aufgrund der Materialzusammensetzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs an ihre Grenzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt den Einsatz einer intelligenten Prozessüberwachung und -regelung für Spezialwerkstoffe. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe ist mit konventioneller, pyrometrischer Prozessregelung aufgrund der stark variierenden Emissivitäten nicht möglich. Es wird gezeigt, wie Schmelzbäder mittels künstlicher neuronaler Netze klassifiziert und anschließend durch Bildverarbeitung Merkmale extrahiert werden können. Die so ermittelte Schmelzbadoberfläche bildet die Eingangsgröße für eine nachgeschaltete Prozessregelung. Die Verarbeitung der Spezialwerkstoffe im Regelkreis mit Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit oder Pulverzufuhr zielt auf die Qualitätssteigerung der Multimaterial-Verbindungen ab.

Ziel dieser Arbeit ist die computertomographische Untersuchung eines hybriden Längslenkers aus Aluminium und CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) nach einer Ermüdungsbelastung, um die dabei entstehenden Versagensmechanismen zu bestimmen. Der Längslenker ist Teil der Radaufhängung am Automobil und wird mit Hilfe eines optimierten Prepreg-Press-Prozesses hergestellt. Dabei werden CFK-Prepregs mit Hilfe eines partiell temperierten Werkzeuges in das zuvor umgeformte, gekühlte Aluminiumbauteil eingeformt und ausgehärtet, wodurch thermische Eigenspannungen und draus resultierender Verzug des Bauteils reduziert werden können. Anschließend wird der hybride Längslenker zyklisch im Zugschwellbereich mit einer Amplitude von 5 kN um die Mittelspannung von 9 kN bei einer Frequenz von 2 Hz belastet. Mittels Computertomographie wird das Bauteil vor der Belastung auf Fertigungsfehler überprüft, welche einen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten des Bauteils haben könnten. Da während der Belastung zunächst ein kontinuierliches aber kein plötzliches Versagen erwartet wird, soll nach einer ersten Belastungsstufe, indem bemerkbar die ersten Ermüdungserscheinungen auftreten, die Computertomographie (CT) verwendet werden, um die Versagensmechanismen im Werkstoff erkennen und untersuchen zu können. Die CT-Ergebnisse zeigen, dass das Bauteil im unbelasteten Zustand keine erkennbaren fertigungsbedingten Fehler aufweist. Nach dem Ermüdungsversuch konnten in einem Bauteilbereich, der aus vorangegangenen FEM-Simulationen als auch aus dem statischen Zugversuch als kritisch bewertet wurde, deutlich sichtbare Schädigungen im Bauteil beobachtet werden. Typische Versagensmechanismen wie Zwischenfaserbruch, sowie Delaminationen wurden mittels CT detektiert, wobei Delaminationen hauptsächlich an der Grenzschicht zwischen Aluminium und CFK in engen Radien auftreten.

Failure modes, White Etching Cracks (WECs) and White Etching Areas (WEAs), ap-pear prevalently in rolling contact bearings. There is still a lack of efficient methods to identify such failure modes as early as possible before the visible crack appears on the bearing surface. In this article, a comparison was done between the measured opera-tional deflection shapes (ODS) from a rolling contact bearing with and without WECs and WEAs. The measurement was obtained by using a self-designed vibrometer robot system. A modal shaker was used to excite the bearing. The comparison was done by using the Cross Signature Assurance Criterion (CSAC), which checks the correlation between two ODS’s. The results show that the ODS’s from the bearing with and with-out WECs and WEAs are not correlated in the frequency spectrum. Therefore monitor-ing the ODS’s of the bearing by using the CSAC criterion seems to be feasible to de-tect the existence of WECs and WEAs in bearings. In order to check the applicability of the CSAC method, a further test was performed on a small-scaled bearing test bench by using a multipoint vibrometer. The results show that the CSAC method is applicable to detect changing of vibration behavior of the system even with influence from the drive unit of the test bench.

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind heutzutage aufgrund ihrer hervorragend hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit mehr und mehr von Bedeutung. Um ein großes Bauteil, wie z.B. einen Flugzeugrumpf herzustellen, werden einzelne Elemente aus FVK durch Nieten gefügt. Durch die zum Fügen notwendigen Bohrungen werden die FVK durch Spannungskonzentrationen zusätzlich belastet und das Versagen tritt meist in die-sem Bereich auf. Um die Spannungskonzentration im Verbindungsbereich zu reduzie-ren, soll der Faserverlauf im Bauteil so ausgerichtet werden, dass die Fasern um die Bohrungen umgelenkt werden und die Kraft so kontinuierlich übertragen werden kann. Faserumlenkungen können durch verschiedene Mechanismen erfolgen, eine kontakt-freie Umlenkung von Fasern mit Hilfe elektrischer und magnetischer Energie bietet je-doch eine hohe Flexibilität bei der Bauteilgestaltung und kann vielseitig eingesetzt wer-den. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Untersuchung der elektrischen Eigenschaf-ten von Kohlenstofffaserrovings und mit der Qualitätsprüfung des kombinierten Her-stellungsverfahrens Vacuum-Assisted-Resin-Infusion-Press (VARI-Press), welches für die spätere Bauteilherstellung mit umgelenkter Faserstruktur verwendet wird. Unter-sucht werden in dieser Arbeit die Kohlenstofffaserrovings Tenax-E HS45 und ein un-idirektionales Glasfasergelege HP-U400E mit einem Epoxidharzsystem. Als Ergebnis wird das Verhältnis von Spannung-Strom-Temperatur der Kohlenstofffaserrovings und deren Wärmekoeffizient gezeigt. Weiter wird die Reproduzierbarkeit des VARI-Press Verfahrens in Bezug auf die Laminatdicke und den Faservolumengehalt untersucht.

Die Vanadium Redox Flow Batterie (VRFB) hat ein großes Potenzial als kommerzielles elektrochemisches Energiespeichersystem eingesetzt zu werden, aufgrund von ausge-zeichneten Eigenschaften wie zum Beispiel einer langen Lebensdauer sowie einer theo-retisch unendlich hohen Kapazität. Die am meiste verwendete Membran in VRFB ist Nafion™ (DuPont), welche neben mehreren positiven Eigenschaften wie einer guten chemischen und mechanischen Stabilität auch eine sehr schlechte Ionenselektivität be-sitzt. Aufgrund dieser schlechten Ionenselektivität werden nicht nur Protonen, sondern auch Vanadium-Ionen durch die Nafion Membran transportiert. Die Folgen dieses Pro-zesses, auch Crossover genannt, sind in der Regel über mehrere Lade-Entlade-Zyklen eine Zunahme der Vanadium-Menge im Positiven Elektrolyten (PE), eine Volumenzu-nahme des PE, die Selbstentladung der Batterie sowie schlussendlich die Abnahme der Kapazität. Die genauen Transportprozesse von Vanadium-Ionen durch die Membran sind noch nicht verstanden. Dies wird unterstrichen durch die publizierten Diffusions-koeffizienten der Vanadium-Spezies. Zum Beispiel befinden sich die veröffentlichten Diffusionskoeffizienten von VII zwischen 3,13 · 10-12 m2s-1 und 9,44 · 10-12 m2s-1. Für ein besseres Verständnis der Transportvorgänge in der Membran einer VRFB, fokussiert sich unsere Arbeit auf die Entwicklung neuer Prozeduren für die Elementbestimmung und Speziation von Vanadium in VRFB mittels Photometrie und Labor-Röntgen-Nah-kanten-Absorptions-Spektroskopie (XANES). In der folgenden Arbeit wird gezeigt, dass Nafion™ 117 bei 18 °C 22,89 ± 0,58 % Wasser aufnimmt und nach einer Konditi-onierung in einem Vanadium-Elektrolyten die wässrige Phase des Nafion™ eine Vana-dium-Konzentration von 1,029 ± 0,024 mol kg-1 aufweist. Der Gehalt auf die hydrierte Membran bezogen beträgt 0,192 ± 0,004 mol kg-1, welcher λ = n(V)/n(SO3) = 0,211 ± 0,005 entspricht. Zusätzlich wird gezeigt, dass sich sowohl die Photometrie als auch die Labor-XANES zur direkten Speziation von Vanadium in Nafion™ eignen.

In diesem Beitrag wird ein interferometrischer Sensor vorgestellt, der eine mechanische Dehnung mit Hilfe einer differentiellen Laser-Doppler-Messung auf einer technischen Oberfläche kontaktlos misst und für die Betriebsfestigkeitsprüfung entworfen wurde. Der Sensor erfasst die Auslenkungen an zwei nebeneinanderliegenden Messpunkten in der Ebene senkrecht zu der durch eine Empfangslinse definierten optischen Achse (in-Plane). Die mittlere Dehnung zwischen beiden Messpunkten wird durch die Diffe-renzauslenkung bezogen auf den Abstand der beiden Messstellen angegeben. Ein ma-thematisches Modell wurde für den Entwurf eines optimalen optischen Aufbaus und für die Ermittlung der theoretischen physikalischen Auflösungsgrenze des Sensors erarbei-tet. Wir stellen in diesem Beitrag unser Modell, ein optimiertes Sensordesign und das Messsignal bzw. das Trägersignal vor.

Politische Anforderungen an striktere Abgasemissionen und der Elektrifizierungswille im Mobilitätssektor treiben das Bestreben nach Leichtbaustrukturen weiter an. Eine Möglichkeit, Leichtbau zu betreiben, ist das Anbringen von sogenannten Patches aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) zur lokalen Verstärkung des Metalls. Dabei wird ein FVK-Tape aus thermoplastischer Matrix und kontinuierlichen, unidirektionalen Fasern mit entsprechender Faserorientierung durch das wärmeunterstützte Pressfügen mit dem Metall vereint. Potenzielle Einsatzgebiete derartiger Hybridstrukturen sind die B-Säule als Strukturelement oder Beplankungselemente (Motorhaube etc.) als semi-strukturelle Bauteile, für welche die Biegung auslegungskritisch ist. Allerdings existieren keine genormten Prüfmethoden für die neu geschaffene Material-klasse, womit sich die Vergleichbarkeit verschiedener Materialien und die Vorausle-gung schwierig gestaltet. Ferner liegen keine charakteristischen Kennwerte vor, die den hybriden Verbund beschreiben. Das Anwenden von bekannten Prüfmethoden zur Kenn-wertermittlung ist aufgrund der Anisotropie und der Asymmetrie des Probenaufbaus möglich, schränkt aber die Interpretation der Ergebnisse ein. Um das Verständnis der hybriden Strukturen zu erweitern und einen ersten Schritt in Richtung eines standardi-sierten Prüfprozesses zu veranlassen, wird die Dreipunkt-Biegeprüfung als Referenz-versuch herangezogen. Zunächst werden sowohl unterschiedliche Probendicken als auch verschiedene Probenpositionen untersucht und deren Auswirkungen auf die Bie-gesteifigkeit und -festigkeit beurteilt.

Die reproduzierbare Bestimmung von thermischen Materialkennwerten – primär der Wärmeleitfähigkeit [W/m*K] – ist in vielen Anwendungen von immenser Bedeutung. Nur mit Kenntnis der Wärmeleitfähigkeit des eingesetzten Materials kann eine sinn-volle Auslegung des Thermo-Managements eines Bauteils erfolgen. Wärmeleitfähige thermoplastische Compounds wurden in den letzten Jahren vermehrt für Bauteile mit Entwärmungsaufgaben eingesetzt und haben metallische Bauteile zum Teil verdrängt. Einsatzbereiche finden sich in der Elektronik, Mechatronik aber auch in technischen Teilen in der Automobilindustrie, da bspw. die Verarbeitbarkeit im Spritzgießverfahren mehr Freiheiten bei der Formgebung ermöglicht. Weiterhin besit-zen wärmeleitfähige Kunststoff-Compounds gegenüber metallischen Materialien eine wesentlich geringere Dichte und sie erlauben eine gezielte Einstellung der Materialei-genschaften durch die Variation der Füllstoffe und des Füllgrads. Als Füllstoffe für wärmeleitfähige Kunststoffe haben sich organische Füllstoffe (z.B. Graphit), metalli-sche Füllstoffe (z.B. Kupfer) und keramische Füllstoffe (z.B. Bornitrid) durchgesetzt. Auf dem Markt sind zum aktuellen Zeitpunkt drei verschiedene Messmethoden (Laser Flash, Hot-Disk und C-Therm TCi) zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit weit ver-breitet. Mittels einer Vielzahl an Versuchsreihen wurden die drei Messgeräte hinsicht-lich der ermittelten Wärmeleitfähigkeiten verglichen und Fragestellungen zum Ein-fluss der Probenpräparation und Messroutine untersucht. Es konnte ein großer Einfluss der verschiedenen Messverfahren auf die an gleichen Probekörpern ermittelten Wär-meleitfähigkeiten nachgewiesen werden. Gerade für die Endanwender stellen die in Datenblättern angegebenen Messwerte somit kein sicheres Auswahl- und Designkrite-rium für die Herstellung ihrer Bauteile dar.

Lithium ion incorporation into amorphous silicon electrodes was monitored via in-op-erando neutron reflectometry in real-time during battery cell operation. Recent results of cyclic voltammetry experiments are presented. These experiments enable us to mon-itor the enormous volume expansion, the formation and evolution of the SEI (solid elec-trolyte interphase), the determination of irreversible capacity losses and voltage hyste-resis effects during cycling.

Die vorgestellten Untersuchungen zeigen die Auswirkungen eines Klimawechseltests an einer wärmeunterstützten Pressfügeverbindung zwischen thermoplastischen glasfaserverstärkten Geweben und einem verzinkten Stahlfügeteil. Zur Steigerung der Haftung zwischen den beiden Materialien wird das Stahlfügeteil mittels eines Lasers vorbehandelt. Hierzu werden eine niedrige, mittlere und hohe Vorbehandlungsintensität anhand von drei unterschiedlichen Parameterkombinationen definiert. Die Untersuchung der Oberflächen zeigen, dass durch das Aufschmelzen der Stahloberfläche unterschiedliche Oberflächentopographien entstehen. Mit der höchsten hier betrachteten Vorbehandlungsintensität, welche auch die höchste gemittelte Rauheit besitzt, lassen sich mit der gewählten Materialkombination im ungealterten Zustand Zugscherfestigkeiten von bis zu 25 MPa erreichen. Durch die Klimawechselalterung nach PV1200 lassen sich in Abhängigkeit der gewählten Laservorbehandlung im besten Fall auch nach 100 Zyklen keine Einschränkungen der erzeugten Pressfügeverbindung feststellen.

Die Untersuchung der induzierten Eigenspannungen beim thermischen Spritzen ist für das eingehende Verständnis des Schichtverhaltens unerlässlich. Durch das thermische Spritzen können, aufgrund verschiedener Mechanismen, unterschiedliche Arten von Ei-genspannungen induziert werden. Auf der Substratseite können die Eigenspannungen infolge von Erwärmen und Kühlen des Substrates bei der Wärmebehandlung, durch den Aufprall der Strahlpartikel bei der Aufrauhung der Substratoberfläche sowie während der Beschichtung hervorgerufen werden. Die Eigenspannungen in der Beschichtung ent-stehen hauptsächlich durch das Abschrecken der auftreffenden Spritzpartikeln. Die in-duzierten Spannungen wirken sich direkt auf die Verschleißfestigkeit und Haftfestigkeit der erzeugten Schichten aus. Diese Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen Ei-genspannungen, die durch die Wärmebehandlung und die Aufrauhung des Substrates induziert wurden, und die Makrostrukturen sowie dem Verschleißverhalten der erzeug-ten Schichten. Um die Wirkung der Wärmebehandlung zu untersuchen, wurden Lager-stahlproben aus 100Cr6 in drei Härtegraden verwendet. Die Proben wurden zunächst durch Sandstrahlen oberflächlich aufgeraut und anschließend mittels HVOF mit WC-Co beschichtet. Die Wärmebehandlung verschiebt die Eigenspannungen von 100Cr6 in den Bereich erhöhter Zugspannung. Bei den durch das Sandstrahlen induzierten Span-nungen handelt es sich, wie auch in den aufgetragenen Schichten, um Druckspannungen. Einen starken Einfluss auf die induzierten Spannungen hat die Verweilzeit der Spritz-flamme auf dem Substrat während des Beschichtungsprozesses. Ein Effekt auf die Pha-senzusammensetzung der erzeugten Schichten durch die induzierten Eigenspannungen ist nicht zu beobachten.

Untersucht wird das Auftragschweißen von mehrere Millimeter dicken Schichten aus Zinnbronze und Duplexstahl auf Gusseisen mit Lamellengraphit unter Verwendung ei-nes geregelten MSG-Schweißprozesses und des Plasma-Pulver-Auftragschweißens. Der Einfluss des Heliumanteils in einem Argonschutzgas sowie der Vorwärmtemperatur auf die Korrosionsbeständigkeit stehen im Vordergrund der Untersuchungen. Sowohl eine Erhöhung des Heliumgehalts als auch eine Vorwärmung erhöhen die Aufmischung und beeinflussen die Temperaturverteilung und die Abkühlraten bei sonst identischen Schweißparametern. Durch Heliumanteile im Schutzgas wird die Porenbildung, jedoch auch Wärmeleitfähigkeit des Schutzgases und damit auch das Einbrandverhalten beein-flusst. Eine Vorwärmung reduziert aufgrund langsamerer Abkühlgeschwindigkeiten den Martensitanteil und somit die Härte in der Wärmeeinflusszone und trägt somit be-günstigend zur Vermeidung von Rissen bei. Allerdings begünstigt eine zu hohe Vorwär-mung die Bildung von Karbiden in der Auftragschicht und vergrößert die Aufmischung. Eine Herausforderung ist somit die Bestimmung eines geeigneten Prozessfensters. Die Methode des Kaltschweißens von Gusseisenwerkstoffen mit Vorwärmtemperaturen bis 400 °C zeigt sich jedoch auch ohne Vorwärmung für Auftragschweißungen geeignet. Potentiodynamische Polarisation wurde zur Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit angewendet. Die Korrosionseigenschaften des Gusseisens werden durch die Schweiß-schichten deutlich verbessert und erreichen teilweise die Korrosionsbeständigkeit des reinen Schweißzusatzes. Erosiv-korrosive Untersuchungen zeigen hingegen Defizite bei den Bronzeschichten.

Leichtbaukonzepte sind vor allem im Transport- und Mobilitätssektor eine wichtige Triebfeder zur Erreichung aktueller Klima- und Energieziele, da sie sich aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften bei geringem Gewicht gegenüber klassischen Kon-struktionswerkstoffen auszeichnen. Das Fügen großer Bauteilstrukturen erfolgt jedoch meist mit klassischen Verfahren wie dem Nieten oder durch Schraubverbindungen. Die dafür notwendigen Bohrungen weisen jedoch eine sehr hohe Kerbwirkung auf und die Störung des Faserverlaufes bzw. die Schädigung der Fasern durch den Bohrprozess sind extrem schädlich. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit lokale Verstärkungen für Bohrungen entworfen und hinsichtlich der Verbesserung der Lochleibungsfestigkeit hin untersucht. Dazu werden im ersten Teil der Arbeit verschiedene FE-Simulationen durchgeführt, um ein exaktes Verständnis über den Wirkmechanismus zu bekommen und die Form der Verstärkungen festzulegen. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der experimentellen Untersuchung der Verstärkungen im quasi-statischen Lastfall und unter dynamischen Belastungen bei einem Spannungsverhältnis von R = 0. Als Material wird ein unidirektionales Kohlenstofffaser-Prepreg auf Epoxidharzbasis gewählt und ein biaxialer [90°0°90°0°̅⁄⁄⁄]S Lagenaufbau. Die Verstärkungen weisen eine u-förmige Kontur auf und werden aus CF-Endlosfasern und PEI als Matrix herge-stellt, sodass sie keiner eingeschränkten Lagerzeit unterliegen. Eine Verbindung von duromeren und thermoplastischen Kunststoffen ist unter dem Begriff Semi-Interpenet-rating Polymer Networks bekannt, eine gute Anbindung ist grundsätzlich möglich. Sowohl die quasi-statischen als auch die dynamischen Tests zeigen eine Verbesserung der Lochleibungsfestigkeiten durch die entwickelten Verstärkungen. Im statischen Last-fall kann eine Steigerung um circa 8 % erreicht werden, im dynamischen -abhängig vom Lasthorizont- eine Steigerung um das Siebenfache.

Zwei Edelstähle werden verglichen, zum einen 1.4301 (AISI 304), ein austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, zum anderen 1.4762 (AISI 446), ein ferritischer Chrom-Stahl, der Aluminium enthält. 1.4301 ist leicht durch Vakuumlöten zu fügen, 1.4762 hingegen kaum, da sich während der Wärmebehandlung im Lötofen eine mehrere Mikrometer dicke Aluminiumoxidschicht bildet. Durch den Vergleich der Auswirkungen auf Ober-fläche und Volumen von Wärmebehandlungen bei Sauerstoffpartialdrücken zwischen 10-13 und 10-6 mbar können Rückschlüsse auf die ablaufenden Prozesse gezogen wer-den. Während 1.4301 in der beobachteten Spanne keine Abhängigkeit von Umgebungs- oder Sauerstoffpartialdruck aufweist, offenbart sich bei 1.4762 eine starke Abhängig-keit: Aluminiumoxid bildet sich nur bei Wärmebehandlungen im Hochvakuum, nicht im Ultrahochvakuum. Das Desorptionsverhalten beider Stähle wird untersucht und die Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck wird dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Desoxidationsmechanismus vorgeschlagen.

Lithium-Silizium-Verbindungen sind vielversprechende Kandidaten für Anwendungen als negative Elektroden in Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Um die Prozesse in den Elektroden zu verstehen, ist eine Kenntnis der ablaufenden atomaren Lithium-Trans-portvorgänge in diesen Materialien von besonderem Interesse. Hierbei ist die Diffusion unter anderem wichtig für die Betrachtung von Lade- und Entladeraten und die maximal erreichbare spezifische Kapazität. Zur experimentellen Charakterisierung der Li-Diffusion wurden LixSi-Schichten abge-schieden. Die Abscheidung erfolgte durch reaktives Co-Sputtern von Targets aus ele-mentarem Li und Si, deren Flächenverhältnis den Li-Gehalt der Proben bestimmt. Für die Diffusionsexperimente wurden natLixSi|6LixSi Doppellagenstrukturen eingesetzt. Die zeitliche und räumliche Veränderung des 6Li- bzw. 7Li-Gehaltes der Doppellagen wurde mit Sekundärionen-Massenspektrometrie im Tiefenprofilmodus untersucht, jeweils vor und nach Glühung der Proben in Argon-Atmosphäre. Ein Probensatz wurde so herge-stellt, dass ein erhöhter Sauerstoffgehalt von 25 At.-% erreicht wurde. Die Probenchar-gen werden hinsichtlich ihrer Diffusionskoeffizienten charakterisiert. Der Einfluss des Sauerstoffgehalts beschränkt sich auf erhöhte Diffusionskoeffizienten ohne den Diffu-sionsmechanismus zu beeinflussen. Sollte sich dieses Verhalten systematisch zeigen las-sen, könnte unter Umständen im Hinblick auf höhere Lade- und Entladeraten auch LixSiOy als Elektrodenmaterial interessant werden.

Mit den zunehmenden Anforderungen an die Festigkeit, Steifigkeit sowie an die Crash-sicherheit bei automobilen Stahlkarosserien sind zusätzliche Klebstoffapplikationen zwischen den einzelnen Blechebenen heute ein gängiges Verfahren. Diese Klebstoffe weisen auch bei niedrigen Temperaturen und hohen Umformgeschwindigkeiten ein zäh-hartes Werkstoffverhalten auf. Durch dessen Anwendung und der daraus folgenden Ausweitung der Leistungsfähigkeit moderner Karosserien, können Querschnitte von profilierten Blechplatinen oder Tailored-Blanks geringer bemessen werden. In Folge dessen entsteht ein großes Potential in den Bereichen von Insassensicherheit, Gewichts-optimierung und Kraftstoffeffizienz. Den mehrheitlich vorherrschenden positiven Aspekten von verklebten Blechdicken-kombinationen stehen einige Herausforderungen gegenüber. Der maßgeblich erhöhte Kontaktwiderstand zwischen den einzelnen Fügepartnern verändert das bisher be-herrschbare Prozessverhalten des Widerstandspunktschweißens. Aufgrund der Verän-derungen kommt es zur vermehrten Bildung von Schweißspritzern und somit zu einer Verringerung des stabilen Prozessbereichs. Aufgrund der notwendigen Elektrodenvor-haltezeit tritt bei den applizierten Klebstoffschichten ein ausgeprägter Verdrängungsef-fekt auf. Dieser Effekt besitzt eine starke Zeitabhängigkeit und wird weiterhin von den jeweiligen Materialkombinationen (Blechdicke, Verformungswiderstand) und den Pro-zessgrößen (Elektrodengeometrie, Elektrodenkraft, Vorhaltezeit) maßgeblich beein-flusst. Auf Grundlage von gängigen Prozessgrößen sollen das Zeitverhalten und der Einfluss der applizierten Klebstoffschichten auf das Prozessverhalten untersucht werden. Hierzu werden Untersuchungen an drei Materialkombinationen mit unterschiedlichen mecha-nischen und elektrischen Eigenschaften vorgenommen. Durch dieses Vorgehen werden Abweichungen sowie Veränderungen an den jeweiligen stabilen Prozessbereichen auf-gezeigt. Die Beobachtungen werden weiterhin durch ein integriertes dynamisches Mess-verfahren zur Erfassung relevanter elektrischer Kenngrößen während des Fügeprozesses beschrieben.

Bei der Fertigung von komplexen Stahlblechbauteilen kommen vielfach löttechnische Fertigungsprozesse zum Einsatz, bei denen hochlegierte Stahlkomponenten in Vakuum- oder Schutzgasöfen bei Temperaturen über 1000 °C gefügt werden. Zunehmend ist da-bei das Verbinden von ferritischen mit austenitischen Stahlkomponenten gefragt. Auf-grund unterschiedlicher thermomechanischer Eigenschaften der Werkstoffe können da-bei hohe Eigenspannungen auftreten, die im Vergleich zu Lötbaugruppen aus artglei-chen Stahlsorten zu Bauteilverzug und Reduktion der Verbindungsfestigkeit führen. Zur Untersuchung dieser Problematik wurden Bauteilmodelle aus gelöteten Stahlblechkom-ponenten verwendet, an denen mittels Röntgendiffraktometrie und inkrementellen DMS-Bohrlochmessungen die Eigenspannungszustände im Bereich der Fügezonen in Abhängigkeit von Werkstoffkombinationen, Fügegeometrie und Prozessparametern beim Ofenlöten analysiert wurden. Durch die experimentellen Daten wurden FEM-Si-mulationen, in die eigene Messungen zum temperaturabhängigen Spannungs-Deh-nungs-Verhalten der Stahlbleche implementiert wurden, verifiziert. Die FEM-Simula-tion zur Analyse der Eigenspannungsverteilung in Lötbauteilen ließ sich auf andere Fü-gegeometrien übertragen. Folglich sind entsprechende FEM-Simulationen geeignet, löt-prozessbedingte Eigenspannungen und Deformationen von Blechbaugruppen in Stahl-mischbauweise zu erfassen und somit etwaige konstruktive Optimierungsmaßnahmen vorab zu bewerten.

In der Kunststoffverarbeitung wurde im Jahre 2012 in Deutschland ein Umsatz von 56 Milliarden Euro erwirtschaftet. Einen wichtigen Bereich der Kunststoffverarbeitung stellt dabei der Extrusionsprozess dar. Beim Extrusionsprozess werden Extruder zum Aufschmelzen von Kunststoffgranulat eingesetzt. Mit Hilfe eines anschließenden Werk-zeuges erfolgt die Formgebung der erkaltenden Kunststoffschmelze. Bei der Verarbei-tung von Kunststoffgranulat in Extrudern wird häufig eine Belagbildung- bzw. Stippen-bildung beobachtet. Durch die Belag- und Stippenbildung kommt es während der Pro-duktion zu einem Qualitätsabfall des extrudierten Kunststoffes. Es existiert keine ein-heitliche Lösung für die Vermeidung der Belagbildung. Mit der Aufklärung eines mög-lichen Mechanismus der Belag- und Stippenbildung könnten geeignete Maßnahmen zur Verringerung oder Vermeidung abgeleitet werden. Im Rahmen dieses Beitrags sollen Ergebnisse zur elementspezifischen Interaktion zwischen der Schmelze und den Be-standteilen des Stahls vorgestellt werden. Es soll zusätzlich auf die Bildung eines Me-tall-Polymerkomplexes als Folge dieser Interaktion eingegangen werden.

Der Einsatz von Silikon-Gießwerkzeugen im Vakuumgießverfahren zur Replikation von dreidimensionalen Prototypen-Bauteilen aus Polyurethan ist Stand der Technik. Mit diesem Verfahren soll zukünftig in der Kunststoffverarbeitung die Lücke zwischen sehr geringen Stückzahlen (Rapid Prototyping) und sehr großen Stückzahlen (Spritzgießen) geschlossen werden. Die Entwicklung eines vielseitigen, wirtschaftlichen Kleinserien-verfahrens birgt für die Zukunft der Kunststoffverarbeitung und den alltäglichen Um-gang mit Kunststoffprodukten enorme Vorteile. Beim Vakuumgießen wird mit Hilfe eines Urmodells eine Gießform aus Silikon aufge-baut. Diese wird dann mit einem Polyurethanharz gefüllt, welches anschließend durch Polyaddition reagiert und erstarrt. Zur Entformung des Bauteils wird das Werkzeug ge-öffnet und das Bauteil entnommen. Für den potentiellen Einsatz des Verfahrens in der Kleinserienproduktion entscheidet die maximal erzielbare Ausbringungsmenge der Werkzeuge über die Wirtschaftlichkeit. Nach aktuellem Stand der Technik versagen die Werkzeuge jedoch durch Alterung des Silikons schon nach wenigen Gießvorgängen. Es konnte gezeigt werden, dass die Alterung der Werkzeuge durch die Diffusion einer Polyurethanharz-Komponente bedingt ist. Beim Gießprozess migriert Isocyanat in die Silikonoberfläche und reagiert dort mit Restfeuchtigkeit zu Harnstoffderivaten, was schnell zu einer Verhärtung der Silikonmatrix und zum Versagen des Werkzeugs führt. Der Vortrag beschreibt die chemischen und physikalischen Mechanismen des Diffusi-ons- und Alterungsprozesses. Mit Hilfe der thermogravimetrischen Analyse (TGA) so-wie spektroskopischen Verfahren wie Röntgenfotoelektronenspektroskopie (XPS) und Infrarot-Spektroskopie (FTIR) konnte die Harnstoffbildung innerhalb der Silikonmatrix nachgewiesen werden. Der Einsatz eines Helium-Ionen-Mikroskops (HIM) ermöglichte die Visualisierung eines bei der Alterung entstehenden interpenetrierenden Polymer-netzwerks (IPN) aus Polyurethan und Silikon.

Der Einsatz von unterschiedlichen Schneidverfahren in der metallverarbeitenden In-dustrie ist weit verbreitet. Neben den Schweißnähten gewinnen freie Schnittkanten als potentielle Rissausgangsorte zunehmend an technischer und wirtschaftlicher Relevanz. Durch den Einsatz von verschiedenen Schneidverfahren kommt es zu unterschiedli-cher Schnittkantenqualität, die Einfluss auf die Schwingfestigkeit hat. In dieser Unter-suchung wurden Schwingfestigkeitsversuche an 8 mm dicken Proben aus S355M so-wie S690Q durchgeführt. Dabei wurde das autogene Brenn-, das Plasma-, das Laser-strahl- sowie das Wasserstrahlschneiden eingesetzt. Außerdem wurden Qualitätsopti-mierungsmaßnahmen angewendet und die Schnittfläche anhand der Oberflächenrau-heit nach ISO 9013 charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schneidverfahren Einfluss auf die Schwingfestigkeit haben. Wasserstrahlgeschnittenen Proben zeigen die besten Schwingfestigkeitsergebnisse. Die qualitätsoptimierenden Maßnahmen können zur Schwingfestigkeitsverbesserungen führen. Diese korrelieren jedoch nicht immer mit einer Verbesserung der Schnittflächenqualität nach ISO 9013.