The training of movement procedures to increase the skills of athletes is a fundamental part of competitive sports. A realistic training, supported by technical equipment provides athletes a better success of training and is requested by trainers and training centers all over the world. Especially in winter sports, like luge or bob, a realistic training simulation is not always possible and demands adaptations of specific training procedures. As a part of this article, a new multilayer slide-foil will be presented, which allows athletes an even more realistic training. For this purpose the structure and production process of the foil composite will be shown, as well as results of the tribological behaviour of the foil. / Das Training von Bewegungsabläufen, zur Steigerung von Fähigkeiten, ist ein fundamentaler Bestandteil im Leistungssport. Ein realistisches Training, unterstützt durch technische Systeme, ermöglicht es Athleten optimale Trainingserfolge zu erzielen und wird dementsprechend von Trainern und Leistungszentren überall auf der Welt gewünscht. Insbesondere in Wintersportarten, wie z. B. Rennrodeln oder Bobfahren, kann dies allerdings nur bedingt realisiert werden und erfordert oftmals Abstriche bei der Trainingsgestaltung. Im Rahmen dieses Beitrags wird daher eine mehrschichtige Verbundfolie vorgestellt, welche den Athleten ein realistischeres Training ermöglichen soll. Hierzu werden zum einen der Aufbau und die Herstellung des Folienverbundes erläutert sowie tribologische Untersuchungsergebnisse präsentiert.

Die im Forschungsprojekt MAI Skelett erarbeitete Skelettbauweise konnte das Potential endlos, kohlenstofffaserverstärkter Thermoplastprofile aufzeigen. Um das gesamte wirtschaftliche Potential dieser Hybridbauweise nutzten zu können, bedarf es der weitergehenden Analyse des parallelen Einsatzes unterschiedlicher Verstärkungsfasern. In dieser Arbeit wird das Verhalten von Kohlenstofffaser-, Glasfaser- und deren Hybridprofilen mit einem Querschnitt von exemplarisch 10 mm x 10 mm unter den Hauptbelastungsarten betrachtet. Hierfür werden die Profile mechanisch charakterisiert und die Übertragbarkeit der Eigenschaften auf reale Bauteile am Beispiel des Windlaufs einer Fahrzeugkarosserie simulativ und experimentell überprüft. Zudem wird eine Materialauswahl, unter Nutzung von Optimierungsalgorithmen, in den Auslegungsworkflow der Skelettbauweise integriert. Diese werden zur Minimierung der Materialkosten bei Einhaltung der mechanischen Randbedingungen genutzt.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Wissenschaft 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Betrachtete Materialien 5 Charakterisierung endlosfaserverstärkter Thermoplastprofile 6 Bauteilauswahl und -optimierung 7 Experimentelle Validierung der Optimierung am Beispiel des Windlaufs 8 Zusammenfassung und Ausblick / The so called „Skeleton Design“ was developed within the research project MAI Skelett. It showed the potential of continuous fiber reinforced thermoplastic materials. In order to exploit the total economic potential of this hybrid design, the parallel usage of different reinforcement fibers must be investigated. In this thesis the mechanical behavior of carbon, glass and hybrid fiber reinforced profiles with a cross-section of exemplary 10 mm x 10 mm under the main loading conditions are examined. These mechanical properties are investigated regarding their potential to be transferred to real parts using experimental testing and simulation. In order to identify suitable parts within the automotive body in white structure a valuation method is developed for objective selection of expedient parts using the load exposure and function of the single part within the whole body in white structure. Furthermore, a material selection method is integrated into the design process of parts in „Skeleton Design“. Therefore, optimization algorithms are used in order to minimize the material costs under mechanical boundary conditions.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Wissenschaft 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Betrachtete Materialien 5 Charakterisierung endlosfaserverstärkter Thermoplastprofile 6 Bauteilauswahl und -optimierung 7 Experimentelle Validierung der Optimierung am Beispiel des Windlaufs 8 Zusammenfassung und Ausblick

Die mikro- und makroskopischen Eigenschaften teilkristalliner Thermoplasten werden insbesondere durch die lokale Kristallisation während der Verarbeitung geprägt. Trotz des allgegenwärtigen Einsatzes dieser Werkstoffe liegen über die grundlegenden Entstehungsmechanismen der Strukturausprägungen und die daraus resultierende Auswirkung auf das Eigenschaftsprofil noch immer große Wissensdefizite vor. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher das Kristallisationsverhalten an ausgewählten Vertretern der Polyester untersucht, um einen wissenschaftlichen Beitrag für das weitere Verständnis der prozessinduzierten Strukturausprägungen zu leisten. Der Fokus der Untersuchungen lag darauf, die Kristallisation und ihre werkstofflichen Auswirkungen sowohl unter rein theoretischen als auch unter prozessnahen thermischen Randbedingungen zu untersuchen. Erreicht wurde dies unter anderem durch labortechnische Analysen insbesondere mittels der Hochgeschwindigkeitskalorimetrie, der Strukturaufklärung und Eigenschaftserfassung spritzgegossener Probekörper sowie der Anwendung eines experimentell-simulativen Ansatzes zur Untersuchung des lokalen Abkühl- und Kristallisationsverhaltens durch die Finite-Differenzen-Methode. Die Ergebnisse zeigen, dass die durch die Verarbeitung induzierte Strukturausprägung der untersuchten Polyester nicht nur durch eine ausgeprägte Primär-, sondern auch durch die unmittelbar einsetzende Sekundärkristallisation geprägt wird. Dabei wird deutlich, dass die resultierende strukturelle Beschreibung zwingend nach dem 3-Phasenmodell erfolgen muss, da dieses neben der klassischen amorphen und kristallinen Phase zudem eine Zwischenphase berücksichtigt, welche die Phasenzusammensetzung maßgeblich prägen kann. / The micro- and macroscopic properties of semi-crystalline thermoplastics are particularly influenced by the local crystallization during processing. Despite the widespread use of these materials, there is still a significant lack of knowledge about the fundamental mechanisms of crystallization and the impact on the resulting profile of properties. Therefore, the crystallization behavior of selected representatives of polyesters was investigated in order to contribute to a scientific understanding of the process-induced structural characteristics. The focus of the investigations was on the crystallization and its material effects both under purely theoretical and process-related thermal boundary conditions. Among other things, this was achieved through laboratory studies especially using the Fast Scanning Calorimetry as well as the structure clarification and property detection of injection-molded specimens. Furthermore, the application of an experimental-simulative approach using the finite-difference method in order to investigate the local cooling and crystallization behavior was performed. The results show that the process-induced structural characteristics of the investigated polyesters are not only influenced by a pronounced primary crystallization, but also by immediately secondary crystallization. It becomes clear that the resulting structural description must necessarily follow the 3-phase model, since this also considers the classic amorphous and crystalline phase as well as an intermediate phase, which can significantly influence the phase composition.

Due to the wide range of properties of plastics (e.g. low density), more and more conventional materials are substituted by polymer materials. Complex requirement profiles on technical parts increase the demand for joining processes that enable the reliable joining of otherwise incompatible thermoplastics. In this case, material bonded connections are approaching their limits. In the following study two incompatible thermoplastic polymers were welded by using polymer blends that are compatible to both components. Industrially relevant thermoplastics polyethylene (PE) and polyamide 12 (PA12) were chosen to demonstrate the potential of an innovative joining technology.

Im Beitrag werden bei verschiedenen Lastkollektiven und zwei Reibgeschwindigkeiten die Erodierstrukturen K27, K36, K42 und die Ätzstruktur K36 mit glatten Probekörpern hinsichtlich des Reibwertes und des Verschleißverhaltens untersucht. Als strukturierte Probekörper kommen die Kunststoffe POM und PA und als Gegenkörper zwei verschiedene PE-UHMW´s zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Abhängigkeit des Reibwertes von der Oberflächenstruktur der Probekörper, jedoch ist die Senkung des Reibwertes stark von den Belastungsparametern Normalkraft und Reibgeschwindigkeit abhängig.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Abdichtung und Verfestigung des konturnahen Bereiches bei der Errichtung von Verschlussbauwerken im Kalisalzgestein. Bei der Erforschung einsetzbarer Verschlussbauwerke wurde nachgewiesen, dass zutretende Salzlösungen durch Mikroporen im konturnahen Bereich die Verschlussbauwerke umströmen können. Um die Möglichkeit der Verbesserung der Eigenschaften des aufgelockerten Gebirges durch Kunststoffinjektionen zu prüfen, wurden umfangreiche Versuche im Labor bzw. in-situ durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass Kunstharze auf Polyurethan- und Epoxydbasis zur Abdichtung und zum Schutz des Kaligesteins vor Verwitterung geeignet sind. Die Kunststoffabdichtung kann innerhalb von 50-100 Jahren stabil bleiben, was zur Abdichtung ausreichend ist, bis die Risse unter der Einwirkung des Gebirgsdrucks zugedrückt werden. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Kunstharz auf Epoxydbasis erreicht, wobei die Durchlässigkeit der Auflockerungszone von 10 E-14 m2 auf 10 E-18 - 10 E-20 m2 verringert wurde. Die Injektionsparameter können mit dem entwickelten Strömungsmodell ermittelt werden. Insgesamt wird empfohlen, auch im Salzgestein Kunststoffinjektionen zur Abdichtung der konturnahen Zone bei Strecken- und Schachtverschlüssen einzusetzen.

Eines der Hauptanwendungsgebiete von Geokunststoffen ist der Verkehrswegebau. Hier haben sich neben Trenn- und Filterlagen Geokunststoffbewehrungen etabliert. Ihr Zugkraft-Dehnungsverhalten hat Einfluss auf die Nutzungsdauer des Fahrbahnaufbaus. Dort wo diese Geokunststoffe zyklischen Beanspruchungen durch den Verkehr ausgesetzt sind, ist grundsätzlich von einem Einfluss auf das Zugkraft-Dehnungsverhalten auszugehen. Somit ist es erforderlich, die zyklischen Einwirkungen bei der Ermittlung der Bemessungszugfestigkeit von Geokunststoffen für derartige Anwendungen zu berücksichtigen. Die Arbeit stellt dafür ein praktikables Verfahren vor. Auf der Basis polymertypischer Merkmale, die sich in den Zugkraft-Dehnungskurven widerspiegeln, wurde eine Kombination aus zyklischen Zugversuchen und chemischen Analysen untersucht, die es erlaubt, ohne die sehr aufwendig zu ermittelnden Wöhler- bzw. Smith-Diagramme Aussagen zum Verhalten der Geokunststoffe für die im Verkehrswesen relevanten Lastwechselzahlen zu machen.

Im theoretischen Teil der Arbeit wird zunächst ein Überblick über die Grundlagen der Formfüllsimulation beim Spritzgießen thermoplastischer Kunststoffe gegeben. Es wird auf den wesentlichen Unterschied zwischen den 2,5D- und 3D-Modellen eingegangen. Anschließend wird der Formfüllvorgang mit dem Strömungsberechnungsprogramm FIDAP modelliert. Die Analyse konzentriert sich auf die Strömungssituation in den Fließfront- und Bindenahtbereichen. Die Ergebnisse der Simulation werden mit geeigneten Experimenten überprüft. Die neuen Erkenntnisse der Strömungsberechnungen sollen einen Beitrag zur Aufklärung relevanter Phänomene im Zusammenhang mit den Erscheinungen und Festigkeiten von Bindenähten leisten.

Wegen ihrer Festigkeitseigenschaften werden heute zunehmend kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eingesetzt. Für die Auslegung der Konstruktion und für die Beanspruchungsanalysen ist die Kenntnis der Materialparameter (Elastizitäts- und Schubmoduln, Querdehnzahlen) unabdingbar. Bei deren experimenteller Bestimmung mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen wird das Messergebnis durch die systemsbedingte Querempfindlichkeit der Dehnungsmessstreifen (DMS) verfälscht. Dies beeinflusst wiederum die Genauigkeit der identifizierten Werkstoffkennwerte und späterer Beanspruchungsanalysen. Daher wurden nicht nur die Materialparameter von vier verschiedenen Beispielwerkstoffen ermittelt, sondern auch der Einfluss der Querempfindlichkeit auf die Identifikation der Kennwerte und auf eine Beanspruchungsanalyse untersucht.

Thesis (doctoral)--Techn. Hochsch., Aachen, 2003.