Durch die Verwendung eines hochgefüllten Compounds aus Haferspelzen in einer Matrix aus Kunststoff ist es möglich tribologisch hochbelastbare Führungs- und Stützelemente für Zug- und Tragmittel im Anwendungsfeld der Fördertechnik aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Die Werkstoffe weisen in Bereichen höherer tribologischer Belastungsintensitäten gegen die getesteten Reibpartner Vorteile hinsichtlich Reibwert und Verschleiß auf. Es werden Ergebnisse tribologischer Untersuchungen mit verschiedenen Reibpartnern und Oberflächenmodifikationen dargestellt. Der Fokus liegt dabei auf einer 60%/40% Mischung aus Haferspelzen und Polyethylen (PE).

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Darmstadt.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Darmstadt.

Due to the rising demand of light-weight constructions as well as the conservation of resources, the density and weight of thermoplastic parts could be influenced significantly by using the thermoplastic foam injection molding process. The structure of the foam injection molded part, which typically means solid surface layers and a cellular core, usually results in a weight saving. Furthermore the materials structure leads to an increasing of the specific bending stiffness with a simultaneous low tendency to warp. The present study was aimed to analyze the interactions between microcellular structure, joining process and the resulting mechanical properties of the molded part. Therefore, the microcellular injection molding process (MuCell®) as well as the vibration welding were used. Whereas the established welding processes for solid injection molded parts have already achieved a high degree of perfection within the last decades, the joining of microcellular thermoplastics entails several specific characteristics, because the injection foaming process highly influences the basic material properties. In contrast to solid materials, the weld seam properties after joining are mainly affected by the design constraints of the microcellular structure.

Aus der Einleitung: "Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Werkstoffe finden einen immer breiteren Einsatz in allen Bereichen der Industrie, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt, im Automotive-Bereich, im Maschinenbau und bei Sportgeräten. Dabei entstehen besondere Herausforderungen für Entwickler, da Eigenschaften und Verfahren im Zusammenhang dieser Werkstoffe sich deutlich von denen der herkömmlich verwendeten Metalle oder unverstärkten Kunststoffe unterscheiden. Technische Fasern werden in verschiedenen Verarbeitungsformen und in Kombination mit vielfältigen Matrixsystemen angewendet. Ein Großteil der Fasern wird heutzutage in Form von multiaxialen Geweben oder Gelegen verarbeitet. Bei diesen Halbzeugen sind die Fasern in mehreren Lagen unterschiedlicher Ausrichtung übereinandergelegt. Metalle können damit sehr einfach durch leichtere Faser- Kunststoffverbunde ersetzt werden. Diese Technologien versuchen weitestgehend isotrope Bauteileigenschaften aus den eigentlich anisotropen Materialeigenschaften zu erzielen. Dies reizt jedoch das Potential der Werkstoffe nicht aus."

The following paper will illustrate the development of a multiflex chain in hybrid construction. The aim of this novel chain variant is to improve the stiffness and strength in comparison to conventional plastic slide chains. A two part multiflex chain with a chain pitch of 33.5 mm and a structural width of 83 mm was used as the basis for the development of the hybrid multiflex chain. The hybrid multiflex chain is supposed to be integrated in already existing layouts of chain conveyors. The load bearing structure of the single chain links is manufactured in the metal die cast procedure while taking the constructive, production related, and operational aspects into consideration and subsequently covered in the injection molding process with plastics commonly used for multiflex chains. The evaluation of the improved stiffness and strength takes place in the course of extensive test series. / In der folgenden Abhandlung wird die Entwicklung einer Multiflex-Kette in Hybridbauweise erläutert. Mit dieser neuartigen Kettenvariante soll eine Steifigkeits- und Festigkeitssteigerung gegenüber den konventionellen Kunststoffgleitketten erzielt werden. Als Ausgangsbasis für die Entwicklung der hybriden Förderkette dient eine zweiteilig ausgeführte Multiflex-Kette mit der Teilung von 33,5 mm und einer Baubreite von 83 mm. Die hybride Förderkette soll in bestehende Layouts von Kettenförderern integriert werden können. Unter Beachtung konstruktiver, fertigungstechnischer und betrieblicher Aspekte wird die lasttragende Struktur der einzelnen Kettenglieder im Metalldruckgussprozess gefertigt und anschließend mit einem, für Multiflex-Ketten üblichen Kunststoff im Spritzgießprozess ummantelt. Die Evaluierung der Steifigkeits- bzw. Festigkeitssteigerung erfolgt im Rahmen umfangreicher Versuchsreihen.

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.

Im Beitrag werden Möglichkeiten zur Optimierung von Reibsystemen durch geometrische Veränderung der Kontaktfläche erörtert. Als mögliches Einsatzgebiet bieten sich Linearführungen, wie sie z. B. an einem Gleitkettenförderderer im Bereich der Fördertechnik vorliegen, an. Die Untersuchungen zeigen, dass die sich einstellende Flächenpressung einen erheblichen Einfluss auf den Reibwert hat und, wie experimentell nachgewiesen wurde, zu einer Halbierung des Reibwertes führen kann. Basierend auf Ergebnissen mit mikrostrukturierten Oberflächen (Erodierstrukturen verschiedener Rauigkeitsklassen), wurde die Probengeometrie vereinfacht und die dargestellten Experimente mit kugelförmigen Probekörpern durchgeführt. Für die Versuche wurde ein nach dem Kugel-Platte-Prinzip arbeitendes Tribometer mit oszillierender Bewegung einer fixierten Kugel über eine fest eingespannte Platte verwendet. Die Versuchsdauer betrug jeweils mindestens 24 h. Ein Großteil der Untersuchungen wurde mit verschieden additivierten PE-UHMW-Typen als Plattenwerkstoff und Kugeln aus Stahl, PA und POM als Gegenkörper durchgeführt. Weiterhin wurden Plattenwerkstoffe wie PP, POM und PE-300 betrachtet, wobei grundlegend das gleiche Reibverhalten zu beobachten war. Allerdings fällt der Verschleiß an den PE-UHMW besonders gering aus und äußert sich nur durch eine definierte Laufspur ohne nennenswerte Abriebpartikel. Die aufgebrachten Lasten im Bereich von FN = 10 – 280 N bei einem Kugeldurchmesser von 8 mm führen dabei bei allen Proben zur Überschreitung der Streckgrenze und in Folge liegt eine plastisch deformierte Laufspur vor. Weiterhin wurde anhand ausgewählter Paarungen die Geschwindigkeit von 0,01 – 0,7 m/s variiert, wobei die Paarungen mit Kunststoffkugeln hier ebenfalls eine deutliche Reduktion des Reibwertes (bis 30 %) bei Geschwindigkeitserhöhung zeigten. Anhand ausgewählter Experimente werden die Ergebnisse hinsichtlich des Temperatureinflusses sowie deformativer und adhäsiver Reibanteile diskutiert. Die positiven Resultate zeigen, dass durch das gezielte Einstellen der Flächenpressung mit Hilfe von Oberflächenstrukturen Reibwertreduktion von 50% möglich sind. Dieses Verhalten geht mit der Verschleißreduktion und einer Stabilisierung des Reibwertverlaufs im Vergleich zu flächigen Probekörpern einher. Perspektivisch kann dadurch auf eine aufwendige Additivierung der beteiligten Kunststoffe (z. B. mit Wachs, Silikonöl, PTFE) verzichtet werden und das Eigenschaftenprofil (Festigkeit, Steifigkeit) der Werkstoffe bleibt unverändert.

Due to increasing demands on component integration, functionalization, saving weight or material, the density and weight of thermoplastic parts could be influenced significantly by using the thermoplastic foam injection molding process. The characteristic three-layer structure offers numerous advantages for applications, such as weight reduction, increasing the specific bending stiffness with a simultaneous low tendency to warp and optimizing thermal and acoustic properties. For a subsequent joining process, however, difficulties arise due to the thin solid skin layer. Minimum joining distances during welding can no longer be met geometrically and the mechanical properties of the components are reduced. The present study is intended to analyze the interaction between the microcellular structure of the injection molded parts, the influence on the joining process and the resulting mechanical properties. Therefore, a cooperation of Chemnitz University of Technology and University of Bayreuth was founded to investigate the correlation between injection molding and welding by vibration and infrared for microcellular polypropylene and polyamide materials. In addition to various materials with and without fiber reinforcement, the influence of storage time and different joint types were investigated in this study. The aim was to improve the knowledge of process - material - structure - properties as well as to prepare guidelines for the transfer to industrial applications. The results have shown that the characteristic three-layer structure has a considerable inhomogeneity, depending on the used material, the foaming process and the process parameters. However, the weldability of foamed thermoplastics strongly depends on the internal structure due to the injection molding parameters, the storage time between foam injection molding and welding process, the joint type and the welding process itself.