Die wesentlichen Ziele der vorliegenden Arbeit bestehen darin, das Verständnis für die Einsatzgrenzen und -möglichkeiten von thermoplastischen Massivgleitlagern radialer Ausführung unter den verschiedenartigen Betriebsbedingungen zu verbessern, die Kompliziertheit des tribologischen Systems Polymer-gleitlager / Welle zu verdeutlichen und ggf. Problemlösungen anzubieten. Es werden dafür die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen mit Mantel- und Buchsen-lagern im Langzeitbetrieb und im Aussetzbetrieb, jeweils mit und ohne Initialschmierung, vorgestellt und bewertet. Im Vordergrund stehen das Reibungs- und Verschleißverhalten jener Gleitlager. Die falsche Auslegung des Lagerspiels ist bei Trockenlaufgleitlagern wahrscheinlich die häufigste Ausfallursache. Die Ergebnisse eines im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Rechengangs für die Bestimmung des notwendigen Einbaulagerspiels von Buchsenlagern werden den experimentell ermittelten Ergebnissen gegenübergestellt. Die Berechnungen ergeben nach bisherigem Wissen im Vergleich zu den Lagerspielversuchen etwas größere notwendige Einbaulagerspiele.

Verkehr und Mobilität gehören in unserer Gesellschaft zu den wichtigsten Schlüsselthemen der Gegenwart und Zukunft. Um im Bereich von Spitzentechnologien auch im heute weltweit stattfindenden Wettbewerb mithalten zu können ist die Bearbeitung von Innovationsfeldern eine entscheidende Voraussetzung. Dazu zählt im Besonderen auch die Verkehrstechnik. Mobilität ist aus unserer modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Das Verkehrswachstum wächst nach wie vor unaufhaltsam und scheinbar unbegrenzt auch in wirtschaftlich schwierigen Zeiten. Besonders dort, wo aufgrund von Massereduzierung, Energieeinsparung, Gewichtskraftverringerung oder Geschwindigkeitserhöhung bei bewegten Massen erzielt werden kann, werden immer neue Einsatzgebiete erschlossen. So ist es nicht verwunderlich, dass sich gerade die TUC und herausragende Industriepartner der Region wie die Firma Lätzsch GmbH auf der Basis eines Verbundprojektes mit der Themenstellung „Entwicklung von Herstellungstechnologien für belastungsgerechte Strukturgelege und deren Anwendung in Bauteilen der Verkehrstechnik“ befasst. Dieses Thema wurde im Rahmen des InnoRegio- Programms als Forschungsthema 10/2002 begonnen und 12/2005 zum Abschluss gebracht. Als Themenschwerpunkt in der Entwicklungstätigkeit wurden Massenverkehrsmittel wie Reisebusse und Schienenfahrzeuge im Besonderen betrachtet. Strukturkonzepte unter Einsatz von Glas- und Kohlenstofffasern haben während der Themenbearbeitung hochinteressante Einsatzfelder ergeben. So haben die in der Baugruppe verbleibenden Bauteile mehrere, multiple Aufgaben. Das Spektrum der Veränderlichkeit ist dabei recht breit gefächert und reicht von der Schwerpunktverlagerung bis zu Änderungen der Eigenfrequenz.

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Entwicklung eines toroidalen Verbunddruckbehälters zur mobilen Wasserstoffspeicherung mit 700 bar Fülldruck für einen brennstoffzellenbetriebenen mobilen Energieerzeuger mit 5 kW im Rahmen des Förderprojektes 'HZwo:FRAME - Tank'. Für die spritzgegossenen Polymerliner-Halbschalen und deren Laserfügeverfahren wurde ein Polyethylen mit einem akzeptablen Wasserstoffpermeationskoeffizienten ausgewählt. Der metallische Befüllinsert wird im Spritzguss in einer Halbschale integriert. Im Vergleich zu den am Markt erhältlichen zylindrischen Wasserstoff-Druckbehältern ist die gravimetrische H2-Kapazität hinsichtlich des Systemgewichts des entwickelten toroidalen CFK-Druckbehälters geringer. Mit einem Verhältnis von 5,7% des Gesamtgewichts zu Eigengewichts des Speichermediums wird bereits das Ziel für das Jahr 2025 für bordeigene Wasserstoffspeicher für leichte Brennstoffzellenfahrzeuge des U.S. Department of Energy erreicht. Der Ringdruckbehälter wird mit der entwickelten Ringwickelmaschine automatisiert hergestellt. Diese Prototyp-Maschine wurde im Rahmen des Projekts entwickelt und befindet sich derzeit im Aufbau. / Development of a toroidal composite pressure vessel for mobile hydrogen storage with 700 bar filling pressure for a fuel cell operated mobile power generator with a constant electrical output of 5 kW within the funded project “HZwo:FRAME - Tank”. For the injection moulded polymer liner half-shells and the laser joining of those, a polyethylene with a tolerable hydrogen permeation coefficient was investigated. The metallic filling insert will be integrated in one part by injection moulding. Compared to cylindrical hydrogen composite vessels available on the market, regarding the H2 gravimetric capacity regarding the system weight of the developed toroidal composite pressure vessel is lower and already reaches the target for year 2025 for on-board hydrogen storages for light-duty fuel cell vehicles of the U.S. Department of Energy. The toroidal composite pressure vessel will be manufactured automated with the developed ring winding machine. This prototype machine has been developed within the project and is currently under construction.

Der Trend in der Kunststoffverarbeitung geht in Richtung Funktionalisierung von Bauteilen, d.h. die Funktion mehrerer Komponenten wird durch ein einziges Bauteil übernommen. Ein Beispiel ist die technische Vereinigung von Kunststoff- mit Elektronikbauteilen, sogenannte spritzgegossene Schaltungsträger (Molded Interconnect Devices, MID). Deren Herstellung ist gemäß Stand der Technik jedoch äußerst energie-, zeit- und kostenintensiv. Die Veröffentlichung stellt daher eine prozesstechnische Alternative zur Herstellung von MID-Bauteilen vor, bei welcher die Leiterbahnaufbringung ohne zusätzliche Schritte und ohne nasschemische Prozesse auskommt.

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.

Der Herstellung von Kunststoffen, deren Weiterverarbeitung zu Halbzeugen wie Folien und Platten sowie Produkten wie Verpackungen oder Bauteilen wird in der deutschen Industrie, nicht zuletzt aufgrund der hohen Exportquoten, eine große Bedeutung zugesprochen [STAT2016]. Dabei müssen Halbzeugprodukte immer höheren Funktionsanforderungen bei zugleich geringerem Rohstoffeinsatz gerecht werden [DAUN2014]. Unter diesem Gesichtspunkt werden heute hohe Anforderungen an eine stabile Prozessführung mit zunehmend weniger Toleranz gegenüber Qualitätsschwankungen (z.B. fehlerhafte Druckbilder oder Siegelnähte) bei der Verarbeitung gestellt [VÄTH2011]. [... aus der Einleitung]

In dieser Arbeit werden die Grundlagen für einen neuartigen robotergestützten Fertigungsprozess erarbeitet, bei dem duroplastisch vorimprägnierte, glasfaserverstärkte Faserverbundhalbzeuge lokal auf metallische Bauteile gepresst und ausgehärtet werden, um mit geringem Materialeinsatz deren Eigenschaftsniveau wesentlich zu steigern. Diese Technologie ist nach aktuellem Stand einzigartig und ermöglicht erstmals das voll-automatisierte Fertigen von Metall-Faserverbund-Hybridstrukturen im automobilen Großserienmaßstab. Diese Arbeit verfolgt auf Grund der hohen Komplexität der Aufgabenstellung einen durchgängigen Ansatz von der Materialauswahl und Prozessbeschreibung über die Struktur- und Prozesssimulation bis zur Bewertung der Eigenschaften am komplexen Bauteil. Als Randbedingung ist in Anlehnung an eine bestehende Karosseriefertigung eine Taktzeit unter 60 s festgelegt. Weiterhin muss aufgrund der begrenzten Presskraft der Industrieroboter und der vorgesehenen Applikationsfläche der notwendige Pressdruck gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduziert werden. Durch die ganzheitliche Betrachtungsweise der Problemstellung von der Materialauswahl und dessen Fertigungsparametern über die simulative Betrachtung des Herstellungsprozesses und den strukturellen Material- und Bauteileigenschaften hin zur Bewertung wesentlicher Einflussfaktoren wie Temperatur und Korrosionsbeständigkeit auf die mechanischen Eigenschaften, werden grundlegende Fragestellungen hinsichtlich der Machbarkeit dieser neuartigen robotergestützten Technologie beantwortet. Weiterhin wird durch die industrielle Umsetzung des Fertigungsprozesses im Rahmen einer vollautomatisierten robotergestützten Applikationszelle ein wesentlicher Schritt in Richtung Großserienfähigkeit von Faserverbundstrukturen bewältigt.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation und Zielstellung 1.2 Anforderung an Material und Prozess 1.3 Vorgehensweise und Methodik 2 Grundlagen 2.1 Faserverbundwerkstoffe im Automobil 2.2 Metall-Faserverbund-Hybridbauweisen: Stand der Technik 2.3 Verwendete Werkstoffe und Halbzeuge 2.4 Literaturüberblick 3 Materialspezifikation und Herstellungsprozess 3.1 Probekörper, Fertigungsvorrichtungen und Prüfmethoden 3.2 Bewertung ausgewählter Prepregs und Auswahl einer Vorzugsvariante 3.3 Ermittlung von Fertigungsparametern zur Erzeugung einer ausreichenden Laminatqualität 3.4 Haftfestigkeit hybrider Verbunde in Abhängigkeit der Fertigungsparameter 3.5 Bewertung des Einflusses eines zusätzlichen Klebstoffs 3.6 Potenzialbewertung von Metall-Faserverbund-Hybridbauteilen 3.7 Bewertung der Lagenanzahl der Faserverbundverstärkung 4 Modellbildung und Struktursimulation 4.1 Strukturanalyse des Faserverbundmaterials 4.2 Strukturanalyse der Grenzschicht zwischen Metall und Faserverbund 4.3 Strukturanalyse des Hutprofils im 3-Punkt-Biegeversuch 5 Modellbildung und Prozesssimulation 5.1 Mathematische Beschreibung der Reaktivität der Matrix 5.2 Thermo-chemische Kopplung der Materialkennwerte 5.3 Thermo-chemo-mechanische Kopplung der Materialkennwerte 5.4 Simulation des Herstellungsprozesses der Faserverbundplatte 5.5 Simulation des Herstellungsprozesses des Metall-Kunststoff-Hybrid-Streifenprobekörpers 5.6 Sensitivitätsanalyse der Materialkennwerte 5.7 Simulation des Herstellungsprozesses des hybriden Hutprofils 6 Ergänzende Bewertung automobilspezifischer Einflüsse 6.1 Prüftemperatur 6.2 Belastungsgeschwindigkeit 6.3 Klimawechsel und Korrosion 7 Robotergestützter Applikationsprozess 7.1 Konzeptionierung, Aufbau und Inbetriebnahme des Fertigungsprozesses 7.2 Prüfung der hybriden Hutprofile, hergestellt im robotergestützten Applikationsprozess 7.3 Ermittlung der Zykluszeit und Abschätzung für den Serienprozess 8 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Anhang A Grundlagen B Materialspezifikation und Herstellungsprozess C Modellbildung und Struktursimulation D Prozessmodellierung und Simulation E Bewertung automobilrelevanter Einflüsse

Fibre reinforced plastics (FRP) are increasingly employed in structural parts of the automotive, aviation and aerospace as well as railway industries. For those applications a heavily loaded, as well as crash and safety relevant force translation component is developed. This Hybrid-Insert consists of SMC and a metal insert, and is based on modular assembly through standard elements. The galvanic insulation of the metal insert by the SMC provides an excellent corrosion protection. The couplingstrength of the metal insert moulded into the SMC fulfills the tensile requirements of a M10 10.9 screw fit by VDI 2230 standards. Additionally the component provides a high degree of energy absorption and a gradual failure process. / Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden zunehmend in Strukturbauteilen der Automobil-,der Luft- und Raumfahrt- sowie der Schienenfahrzeugindustrie eingesetzt. Für diese Anwendungen wird ein hochbelastetes sowie crash- und sicherheitsrelevantes Krafteinleitungselement entwickelt. Dieses Hybrid-Insert, bestehend aus SMC und einem Metalleinsatz, ist modular aus Standardkomponenten aufgebaut. Die galvanische Isolation des Metalleinsatzes durch das SMC bietet für diesen einen hervorragenden Korrosionsschutz. Die Verankerungsfestigkeit des Metalleinsatzes im SMC genügt den Anforderungen einer M10 10.9 Verschraubung nach VDI 2230. Zusätzlich zeichnet sich das Krafteinleitungselement durch eine hohe Energieabsorption und ein gutmütiges Versagen aus.

Fibre reinforced plastics (FRP) are increasingly employed in structural parts of the automotive, aviation and aerospace as well as railway industries. For those applications a heavily loaded, as well as crash and safety relevant force translation component is developed. This Hybrid-Insert consists of SMC and a metal insert, and is based on modular assembly through standard elements. The galvanic insulation of the metal insert by the SMC provides an excellent corrosion protection. The couplingstrength of the metal insert moulded into the SMC fulfills the tensile requirements of a M10 10.9 screw fit by VDI 2230 standards. Additionally the component provides a high degree of energy absorption and a gradual failure process. / Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden zunehmend in Strukturbauteilen der Automobil-,der Luft- und Raumfahrt- sowie der Schienenfahrzeugindustrie eingesetzt. Für diese Anwendungen wird ein hochbelastetes sowie crash- und sicherheitsrelevantes Krafteinleitungselement entwickelt. Dieses Hybrid-Insert, bestehend aus SMC und einem Metalleinsatz, ist modular aus Standardkomponenten aufgebaut. Die galvanische Isolation des Metalleinsatzes durch das SMC bietet für diesen einen hervorragenden Korrosionsschutz. Die Verankerungsfestigkeit des Metalleinsatzes im SMC genügt den Anforderungen einer M10 10.9 Verschraubung nach VDI 2230. Zusätzlich zeichnet sich das Krafteinleitungselement durch eine hohe Energieabsorption und ein gutmütiges Versagen aus.