Dieser Vortrag stellt einen neuartigen Prüfstand vor, mit welchem das Chip & Cut Verhalten von Elastomeren charakterisiert werden kann. Sowohl theoretischer Hintergrund als auch praktische Erkenntnisse werden diskutiert. Die Vorstellung der Praxisrelevanz dieser Untersuchungen steht im Fokus des Vortrags.

Dieser Vortrag stellt einen neuartigen Prüfstand vor, mit welchem das Chip & Cut Verhalten von Elastomeren charakterisiert werden kann. Sowohl theoretischer Hintergrund als auch praktische Erkenntnisse werden diskutiert. Die Vorstellung der Praxisrelevanz dieser Untersuchungen steht im Fokus des Vortrags.

Mit dieser Arbeit wird eine statistische Untersuchung des Prüfverfahrens zur standardisierten Ermittlung von Haftreibwerten der Professur Maschinenelemente und Produktentwicklung thematisiert. Ziel der statistischen Untersuchung war es, eine geeignete Methode zur statistischen Untersuchung der aus dem Prüfverfahren resultierenden Reibwert-Daten zu erarbeiten, auf empirische Stichproben anzuwenden und die Resultate der statistischen Untersuchung auf das zugrundeliegende Prüfverfahren zu beziehen. Dazu wurden zwei Versuchsreihen mit insgesamt 89 Versuchen unter festgesetzten Bedingungen durchgeführt, geeignete Methoden der statistischen Analyse- und Testverfahren recherchiert, ausgewählt und auf die ermittelten Reibwertdaten angewandt. Durch die Datenanalyse konnte die Annahme einer Normalverteilung der aus dem standardisierten Prüfverfahren resultierenden Reibwerte gestützt und eine positive Korrelation zwischen Oberflächenrauheiten und Reibwerten nachgewiesen werden.

Vor dem Hintergrund eines älter werdenden Bauwerksbestandes und eines weiter zunehmenden Verkehrs auf den Straßen kommt der Aufgabe der Bauwerksprüfung eine immer größere Bedeutung zu. Die Bauwerksprüfung dient hierbei nicht nur der Qualitätssicherung der Bauwerkserhaltung und dem Substanzerhalt, sondern ist ein wesentlicher Baustein in der Sicherheitsphilosophie der Bauwerke. Zur Gewährleistung der Sicherheit von Ingenieurbauwerken werden daher in regelmäßigen Abständen Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 durchgeführt. Während der Prüfingenieur hierbei federführend agiert, kann ihm moderne und fortgeschrittene Prüftechnik eine Hilfestellung bieten, die zum Teil aber den Regelungsinhalt von DIN 1076 überschreitet. Dies war Anlass, die Norm zu überarbeiten und hinsichtlich neuer Methoden und Techniken zu öffnen. Über Inhalte und neue Themen soll berichtet werden.

Für die Berechnung der Standsicherheit von Konstruktionen mit Geokunststoffen ist die Ermittlung des "Interaktionsverhaltens" in den Schichtgrenzen zwischen Geokunststoffen und Lockergesteinen unerlässlich. Das Verbundverhalten in der Grenzfläche ist sehr komplex. Es ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, die im Rahmen dieser Arbeit experimentell, analytisch und numerisch untersucht werden. Als Ausgangspunkt für die experimentellen Untersuchungen wird vom Verfasser ein multifunktionales Geosynthetik-Boden-Interaktionsprüfgerät entwickelt und gebaut, mit dem alle zur Standsicherheit eines geokunststoffbewehrten Erdkörpers benötigten Verbundparameter ermittelt werden können. Aus den erarbeiteten Ergebnissen resultiert die Empfehlung einer Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Verbundparameter unter mechanisch klar definierten Randbedingungen, und die Grundlagen für die zukünftige Nutzung geringtragfähiger bindiger Lockergesteine als vollwertige Füllböden in geokunststoffbewehrten Konstruktionen werden gelegt.

Im Anlagenbau und der Energietechnik werden Rohrleitunen vornehmlich aus nichtrostenden Stählen hergestellt Hierbei hat sich das WIG-Orbitalschweißen als standardmäßiges Fügeverfahren etabliert. Es bietet hohe erreichbare Gütewerte der Fügestelle und eine gute Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse. Aufgrund der positiven Eigenschaften von Kupfer, besteht in einigen Anwendungsbereichen ein gesteigertes Interesse an der Substitution von Rohren aus nichtrostendem Stahl durch Kupferleitungen. Gegenwärtig werden dünnwandige Kupferrohre meist durch Pressfittings, Klemm- sowie Schneidringverschraubungen oder Löten gefügt. Wegen der hohen erreichbaren Gütewerte der Fügeverbindung, ist eine Anwendung des WIG-Orbitalschweißverfahrens auch für Kupferrohre wünschenswert. Ziel dieser Arbeit ist die Bewertung der Schweißversuche zur Etablierung des WIG-Orbitalschweißverfahrens für dünnwandige Kupferrohre. Dazu werden zunächst grundlegende Aussagen über den Rohrleitungswerkstoff Kupfer und das WIG-Orbitalschweißverfahren zusammengetragen. Anschließend werden der Aufbau und die Durchführung der Experimente beschrieben sowie eine Auswertung der Versuchsergebnisse vorgenommen. Die Prüfung der Schweißergebnisse erfolgt durch zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren. Soweit vorhanden, wird sich dabei an gebräuchlichen Normenwerken orientiert. Als Ergebnis der Versuche zeigt sich, dass eine sichere Durchschweißung mit einer guten Wurzelausbildung realisierbar ist. Jedoch sind die Schweißnähte sowohl innerlich, wie auch oberflächlich, anfällig für Hohlraumbildung. Innerlich ist eine gleichmäßige Verteilung von Poren, über den gesamten Rohrquerschnitt, zu beobachten. Oberflächlich konzentrieren sich die Unregelmäßigkeiten hauptsächlich auf das oberste Viertel der Schweißnaht, welches in der Rohrposition für Fallendschweißen gefügt wurde. Trotz der detektierten Unregelmäßigkeiten stellt das WIG-Orbitalschweißen ein vielversprechendes Fügeverfahren zum Verbinden dünnwandiger Kupferrohre dar. Bereits denkbare Anwendungen wären Rohre im Niederdruckbereich, welche permanent vom selben Medium durchströmt werden sowie Abgas- und Abwasserleitungen. Aus Korrosionsschutz- und Sicherheitsgründen wird jedoch von einer Durchströmung der Leitungen mit sauren oder toxischen Fluiden abgeraten.

Für die Berechnung der Standsicherheit von Konstruktionen mit Geokunststoffen ist die Ermittlung des "Interaktionsverhaltens" in den Schichtgrenzen zwischen Geokunststoffen und Lockergesteinen unerlässlich. Das Verbundverhalten in der Grenzfläche ist sehr komplex. Es ist von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, die im Rahmen dieser Arbeit experimentell, analytisch und numerisch untersucht werden. Als Ausgangspunkt für die experimentellen Untersuchungen wird vom Verfasser ein multifunktionales Geosynthetik-Boden-Interaktionsprüfgerät entwickelt und gebaut, mit dem alle zur Standsicherheit eines geokunststoffbewehrten Erdkörpers benötigten Verbundparameter ermittelt werden können. Aus den erarbeiteten Ergebnissen resultiert die Empfehlung einer Gerätekonfiguration zur Bestimmung der Verbundparameter unter mechanisch klar definierten Randbedingungen, und die Grundlagen für die zukünftige Nutzung geringtragfähiger bindiger Lockergesteine als vollwertige Füllböden in geokunststoffbewehrten Konstruktionen werden gelegt.

Die rasant ansteigenden Produktionsvolumina von elektrifizierten Fahrzeugen stellen für die jeweiligen Hersteller ein ungemein hohes Risiko dar, da neu industrialisierte Antriebstopologien innerhalb kürzester Zeit in großvolumigen Prozessketten gefertigt werden müssen. Neben der notwendigen produzierten Quantität muss jedoch auch die ausgelieferte Qualität höchsten Ansprüchen genügen. Im Gegensatz zu konventionellen Antrieben kann hierfür nicht auf jahrzehntelange Erfahrungsschätze von möglichen Fehlerfällen im Produktionssystem zurückgegriffen werden. Daher befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung einer körperschallbasierten Prüfmethodik am Bandende (End-of-Line, EOL) zur Identifikation und Benennung von fehlerhaften Antriebseinheiten. Durch die hochintegrierte Bauweise ergibt sich eine hohe Anzahl an kompetierenden Anregungsmechanismen, welche traditionellen Analysen keine eindeutige Fehlerzuordnung erlaubt. Zum Verständnis der gesamten Prüfkette werden die einzelnen Komponenten (Sensorik, Drehzahlprofile, Verarbeitung der Rohdaten, etc.) beleuchtet und ein taktzeittaugliches Prüfprofil vorgestellt. Hierauf basierend werden Sensitivitäten hinsichtlich toleranzbehafteter Merkmale wie Lagersitzpositionen oder Unwuchten bestimmt und Fehlermechanismen von Grund auf hergeleitet. Die resultierende Überbestimmung von praktisch jeder Maschinenordnung wird mithilfe der in dieser Arbeit entwickelten reduzierten Differenzkoinzidenz-Metrik (RDKM) signifikant reduziert. Die erarbeiteten Analysatoren werden zu einem allgemeinen Fehlerkatalog zusammengefasst und auf Validität mittels realer Fehlerfälle erfolgreich überprüft. Die RDKM-Methodik wird mittels Grenzmusteraufbauten auf die Separationseigenschaft gegenüber einer normalen Serienstreuung untersucht und allgemein anwendbare Grenzwerte hergeleitet. Abschließend befasst sich diese Arbeit mit der Produktionsskalierbarkeit durch weitere End-of-Line-Prüfstände und mit der notwendigen Adaptionsfähigkeit aufgrund von Chargenwechseln oder Produktanpassungen über Zeit.:1 Einleitung 11 2 Stand der Technik 15 2.1 Körperschall-Anregungsmechanismen 15 2.1.1 Exzentrizitätsanregungen 15 2.1.2 Getriebeanregungen 16 2.1.3 Magnetfeldanregungen 17 2.1.4 Wälzlageranregungen 20 2.2 Fehleridentifikationsverfahren 22 2.2.1 Maschinenüberwachung 22 2.2.2 EOL-Prüfstände 24 2.2.3 Unterschiede zwischen End-of-Line und Maschinenüberwachung 26 2.3 EOL-Körperschallprüfung bei Antriebsaggregaten 27 2.4 Messreplikation 27 2.5 Mathematische Methoden 28 3 Zielsetzung 33 4 Beschreibung der Prüflingstopologie und Prüfstände 37 4.1 Elektrische Antriebstopologie 37 4.2 Beschreibung der Prüfstände 38 4.2.1 Inline Prüfstand (IL) 38 4.2.2 End-of-Line Prüfstand (EOL) 40 5 Messkonzeption und Sensorik 43 5.1 Sensorik 43 5.1.1 Beschreibung taktiler Sensorik 43 5.1.2 Bewertung relevanter Restriktionen 45 5.2 Drehzahlprofil 46 5.2.1 Evaluation notwendiger Drehzahlgradienten 46 5.2.2 Nichtlineare Drehzahländerungen 50 5.3 Vorverarbeitung der Rohdaten 50 5.4 Wahl der Fourierparameter 51 5.4.1 Einfluss Fensterung 52 5.4.2 Mittelung der Messwerte 53 5.5 Resultierende Messgenauigkeiten 55 6 Körperschallanregungsmechanismen 57 6.1 Identifikation von Normanregungen 57 6.1.1 Dominante Pegel 57 6.1.2 Normalisierung über Box-Cox Transformation 57 6.1.3 Evaluation 58 6.2 Sensitivitätsanalyse 61 6.2.1 Vorgehen 61 6.2.2 Zusammenfassung von Sensitivitäten 66 6.3 Vervollständigung theoretischer Anregungen 66 6.3.1 Lagerhochharmonische Anregung 66 6.3.2 Asymmetrische Seitenbänder 69 6.4 Bestimmungsgrad von Ordnungen 72 7 Fehleridentifikation 77 7.1 Ansatz und Methodik 77 7.1.1 Motivation 77 7.1.2 Mathematische Beschreibung des Ansatzes 78 7.1.3 Erweiterung um IL-Prüfstandsinformationen 81 7.2 Auswirkung auf Bestimmtheitsgrad 81 7.3 Fehlerkatalogisierung 82 7.3.1 Instanzierung von Fehlern 82 7.3.2 Fehlerlokalisation 85 7.4 Evaluation 86 7.4.1 Exemplarische Evaluation 86 7.4.2 Statistische Evaluation 89 8 Fehlerdetektion 93 8.1 Grenzfindung 93 8.1.1 Allgemeine Grenze 93 8.1.2 Spezifische Grenzen 94 8.1.3 Spezifierte allgemeine Prüfgrenzen 98 9 Skalierbarkeit der Prüfmethodik 101 9.1 Kapazitätsskalierbarkeit 101 9.1.1 Direkter Grenzübertrag 101 9.1.2 Statistischer Grenzübertrag 102 9.1.3 Evaluation der Übertragsmethodiken 104 9.2 Zeitskalierbarkeit 105 10 Zusammenfassung und Ausblick 109 10.1 Zusammenfassung 109 10.2 Ausblick 110

Im Anlagenbau und der Energietechnik werden Rohrleitunen vornehmlich aus nichtrostenden Stählen hergestellt Hierbei hat sich das WIG-Orbitalschweißen als standardmäßiges Fügeverfahren etabliert. Es bietet hohe erreichbare Gütewerte der Fügestelle und eine gute Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse. Aufgrund der positiven Eigenschaften von Kupfer, besteht in einigen Anwendungsbereichen ein gesteigertes Interesse an der Substitution von Rohren aus nichtrostendem Stahl durch Kupferleitungen. Gegenwärtig werden dünnwandige Kupferrohre meist durch Pressfittings, Klemm- sowie Schneidringverschraubungen oder Löten gefügt. Wegen der hohen erreichbaren Gütewerte der Fügeverbindung, ist eine Anwendung des WIG-Orbitalschweißverfahrens auch für Kupferrohre wünschenswert. Ziel dieser Arbeit ist die Bewertung der Schweißversuche zur Etablierung des WIG-Orbitalschweißverfahrens für dünnwandige Kupferrohre. Dazu werden zunächst grundlegende Aussagen über den Rohrleitungswerkstoff Kupfer und das WIG-Orbitalschweißverfahren zusammengetragen. Anschließend werden der Aufbau und die Durchführung der Experimente beschrieben sowie eine Auswertung der Versuchsergebnisse vorgenommen. Die Prüfung der Schweißergebnisse erfolgt durch zerstörungsfreie und zerstörende Prüfverfahren. Soweit vorhanden, wird sich dabei an gebräuchlichen Normenwerken orientiert. Als Ergebnis der Versuche zeigt sich, dass eine sichere Durchschweißung mit einer guten Wurzelausbildung realisierbar ist. Jedoch sind die Schweißnähte sowohl innerlich, wie auch oberflächlich, anfällig für Hohlraumbildung. Innerlich ist eine gleichmäßige Verteilung von Poren, über den gesamten Rohrquerschnitt, zu beobachten. Oberflächlich konzentrieren sich die Unregelmäßigkeiten hauptsächlich auf das oberste Viertel der Schweißnaht, welches in der Rohrposition für Fallendschweißen gefügt wurde. Trotz der detektierten Unregelmäßigkeiten stellt das WIG-Orbitalschweißen ein vielversprechendes Fügeverfahren zum Verbinden dünnwandiger Kupferrohre dar. Bereits denkbare Anwendungen wären Rohre im Niederdruckbereich, welche permanent vom selben Medium durchströmt werden sowie Abgas- und Abwasserleitungen. Aus Korrosionsschutz- und Sicherheitsgründen wird jedoch von einer Durchströmung der Leitungen mit sauren oder toxischen Fluiden abgeraten.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielstellung 1 1.3 Methodik 2 2 Stand der Technik 4 2.1 Rohrleitungen für hochreine Fluide 4 2.2 Kupfer als Konstruktionswerkstoff 5 2.2.1 Allgemeines 5 2.2.2 Kupfersorten 8 2.2.3 Festigkeitswerte von Kupferrohren 9 2.2.4 Schweißeignung von Kupfer 11 2.2.5 Schmelzschweißverbindung von Kupferbauteilen 13 2.2.6 Konventionelle Fügetechniken bei Kupferrohren 16 2.3 WIG-Schweißverfahren 20 2.3.1 Allgemeines 20 2.3.2 Inerte Prozessgase 23 2.3.3 Gepulstes WIG-Schweißen 25 2.3.4 WIG-Orbitalschweißen 27 3 Präzisierung der Aufgabenstellung 31 4 Aufbau und Durchführung der Versuche 32 4.1 Anforderungen an das Verfahren 32 4.2 Experimentelle Rahmenbedingungen 32 4.2.1 Geometrie der Fügestelle 32 4.2.2 Werkstoffauswahl 34 4.2.3 Angewandter Schweißprozess 34 4.2.4 Prozessgasauswahl 34 4.2.5 Verwendete Geräte und deren Modifikationen 35 4.2.6 Schweißparameter 42 4.2.7 Arbeitsvorbereitung 45 4.3 Angewandte Prüfungsverfahren 45 4.3.1 Allgemeines 45 4.3.2 Sichtprüfung 45 4.3.3 Eindringprüfung 46 4.3.4 Durchstrahlungsprüfung 47 4.3.5 Druckprüfung 47 4.3.6 Zugversuch 49 4.3.7 Wurzelprüfung 49 4.3.8 Elementaranalyse oberflächennaher Schichten 50 4.4 Einteilung und Bewertung von Unregelmäßigkeiten 50 4.5 Versuchsablaufplan 51 5 Auswertung der Versuchsergebnisse 54 5.1 Prüfungsergebnisse 54 5.1.1 Sichtprüfung 54 5.1.2 Eindringprüfung 55 5.1.3 Durchstrahlungsprüfung 56 5.1.4 Druckprüfung 58 5.1.5 Zugversuch 61 5.1.6 Wurzelprüfung 63 5.1.7 Elementaranalyse oberflächennaher Schichten 63 5.2 Analyse festgestellter Unregelmäßigkeiten 66 5.2.1 Detektierte Unregelmäßigkeiten 66 5.2.2 Hohlraum 68 5.2.3 Diskussion eventueller Ursachen vor Hohlräumen 72 5.2.4 Formfehler 74 5.2.5 Sonstige Unregelmäßigkeiten 75 5.3 Beobachtungen während der Schweißversuche 76 5.3.1 Nahtbild 76 5.3.2 Verschleiß 77 5.3.3 Temperaturmessung 79 5.4 Reproduzierbarkeit der Schweißergebnisse 81 5.5 Fazit der Versuche 81 6 Zusammenfassung und Ausblick 83 7 Register 86 7.1 Literaturverzeichnis 86 7.2 Abkürzungsverzeichnis 92 7.3 Formelzeichen- und Einheitenverzeichnis 94 7.4 Normenverzeichnis 96 7.5 Abbildungsverzeichnis 100 7.6 Tabellenverzeichnis 102 8 Anhang 104 8.1 Anhangsverzeichnis 104 8.2 Darstellungen 105 9 Eidesstattliche Erklärung 115 10 Datenträger 116