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.

Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil der thermischen Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohrofen aufgewendet. Heutzutage werden als Ersatz für fossile Brennstoffen vorwiegend Alternativbrennstoffe im Klinkerbrennprozess eingesetzt. Ein Großteil davon sind abfallbasierte, mechanisch aufbereitete flugfähige Fraktionen (Ersatzbrennstoff, EBS). Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten und um CO₂-Emissionen zu reduzieren, streben die Zementhersteller eine Erhöhung des EBS-Anteils an. Idealerweise sollte der EBS durch entsprechende Aufbereitung so vorkonditioniert sein, dass er ausreichend homogen hinsichtlich wesentlicher verbrennungstechnischer Parameter ist. Dies erleichtert es dem Betreiber, einen gleichmäßigen Ofenbetrieb sicherzustellen und eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften zu vermeiden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Qualitätsanforderungen an den EBS möglichst genau beschrieben, überprüft und mit dem EBS-Lieferanten abgestimmt werden können. Ziel des Projektes war es, der deutschen Zementindustrie einen neuartigen Prüfapparat zur quasi-kontinuierlichen Eingangskontrolle der EBS-Lieferungen als Gebrauchsmuster zur Verfügung zu stellen. Hierzu wurde erstmals ein System entwickelt, konstruiert und getestet, dass auf einer schnellen, technisch robusten und effizienten Charakterisierung von Flugfähigkeit, Feuchte und stofflicher Zusammensetzung basiert. Die Erprobung in Zementwerken hat ergeben, dass das System geeignet ist, um damit die EBS-Qualität fortlaufend zu überprüfen. Bei Betriebsversuchen konnten Änderungen der EBS-Feuchte und -Flugfähigkeit detektiert und quantifiziert sowie die stoffliche Zusammensetzung bestimmt werden. Bei Absinken der EBS-Qualität wurde eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften (Braunverfärbung) festgestellt. Der Betrieb des Schnellprüf-Verfahrens kann dazu beitragen, diesem Effekt durch Anpassung der EBS-Qualität entgegenzuwirken und so die EBS-Einsatzrate zu erhöhen.

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.

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