Im Rahmen der Arbeit wurde das Potential von Magnesium für den Einsatz im Fahrwerk eines Automobils, am Beispiel der Querbrücke des Hinterachsträgers, ermittelt. Verschiedene Mg-Legierungen wurden im konventionellen und vakuumunterstützen Druckguss vergossen und der Al-Legierung vergleichend gegenübergestellt. Es wurden in einem ersten Schritt statische und zyklische Werkstoffkennwerte sowie Materialmodelle erforscht und bewertet. Verschiedene Lastfälle im Standard- und Sonderfahrbetrieb wurden durch statische und zyklische Betriebsfestigkeitssimulationen abgesichert. Konstruktive Bauteiloptimierungen waren notwendig um den Werkstoff Magnesium an die Anforderungen der Querbrücke anzupassen. Äußere Umwelteinflüsse im Fahrbetrieb machten ein Korrosionsschutzkonzept für die Querbrücke aus Magnesium notwendig. Untersucht wurden dabei verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung von Kontakt- und Oberflächenkorrosion. Grundsätzlich scheint der Einsatz von Magnesium im Fahrwerk im Bereich mittlerer Betriebsbelastungen denkbar.

Im Rahmen der Arbeit wurde das Potential von Magnesium für den Einsatz im Fahrwerk eines Automobils, am Beispiel der Querbrücke des Hinterachsträgers, ermittelt. Verschiedene Mg-Legierungen wurden im konventionellen und vakuumunterstützen Druckguss vergossen und der Al-Legierung vergleichend gegenübergestellt. Es wurden in einem ersten Schritt statische und zyklische Werkstoffkennwerte sowie Materialmodelle erforscht und bewertet. Verschiedene Lastfälle im Standard- und Sonderfahrbetrieb wurden durch statische und zyklische Betriebsfestigkeitssimulationen abgesichert. Konstruktive Bauteiloptimierungen waren notwendig um den Werkstoff Magnesium an die Anforderungen der Querbrücke anzupassen. Äußere Umwelteinflüsse im Fahrbetrieb machten ein Korrosionsschutzkonzept für die Querbrücke aus Magnesium notwendig. Untersucht wurden dabei verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung von Kontakt- und Oberflächenkorrosion. Grundsätzlich scheint der Einsatz von Magnesium im Fahrwerk im Bereich mittlerer Betriebsbelastungen denkbar.

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.

In der Dissertation wurde der Stand der Technik zum Fertigungsverfahren Druckgießen mit dem Fokus auf die Druckgießwerkzeuge recherchiert und strukturiert aufbereitet. Der Stand der Technik mündet in der Systematik zur Optimierung des Druckgießens. Darin wurde die Problematik ganzheitlich aufgearbeitet, konkretisiert und wesentliche Handlungsfelder, wie das Temperierkonzept, der Werkstoff sowie die Auslegung, herausgearbeitet. Das Handlungsfeld Temperierkonzept wurde fokussiert und daraus das Konzept des mehrteiligenWerkzeuges erarbeitet. DiesesWerkzeugkonzept ermöglicht durch seinen Aufbau eine Maximierung der Wärmeübertragungsfläche, eine Reduzierung des Abstandes der Temperierung zum Gussteil und eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Der mehrteilige Aufbau wurde in einem Versuchswerkzeug für das Druckgießen umgesetzt, sukzessive ausgelegt und virtuell abgesichert. Abschließend zeigte die thermische Simulation des Prozess Druckgießen ein Potential zur Reduzierung der Zykluszeit von 12,9s (14%) mit dem mehrteiligen Werkzeug auf. Im Dauerbetrieb konnte prozesssicher, reproduzierbar und dauerhaft eine Zykluszeitreduzierung um 20,5s (23%) nachgewiesen werden.

In der Dissertation wurde der Stand der Technik zum Fertigungsverfahren Druckgießen mit dem Fokus auf die Druckgießwerkzeuge recherchiert und strukturiert aufbereitet. Der Stand der Technik mündet in der Systematik zur Optimierung des Druckgießens. Darin wurde die Problematik ganzheitlich aufgearbeitet, konkretisiert und wesentliche Handlungsfelder, wie das Temperierkonzept, der Werkstoff sowie die Auslegung, herausgearbeitet. Das Handlungsfeld Temperierkonzept wurde fokussiert und daraus das Konzept des mehrteiligen Werkzeuges erarbeitet. Dieses Werkzeugkonzept ermöglicht durch seinen Aufbau eine Maximierung der Wärmeübertragungsfläche, eine Reduzierung des Abstandes der Temperierung zum Gussteil und eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Der mehrteilige Aufbau wurde in einem Versuchswerkzeug für das Druckgießen umgesetzt, sukzessive ausgelegt und virtuell abgesichert. Abschließend zeigte die thermische Simulation des Prozess Druckgießen ein Potential zur Reduzierung der Zykluszeit von 12,9s (14%) mit dem mehrteiligen Werkzeug auf. Im Dauerbetrieb konnte prozesssicher, reproduzierbar und dauerhaft eine Zykluszeitreduzierung um 20,5s (23%) nachgewiesen werden.

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.

In der Dissertation wurde der Stand der Technik zum Fertigungsverfahren Druckgießen mit dem Fokus auf die Druckgießwerkzeuge recherchiert und strukturiert aufbereitet. Der Stand der Technik mündet in der Systematik zur Optimierung des Druckgießens. Darin wurde die Problematik ganzheitlich aufgearbeitet, konkretisiert und wesentliche Handlungsfelder, wie das Temperierkonzept, der Werkstoff sowie die Auslegung, herausgearbeitet. Das Handlungsfeld Temperierkonzept wurde fokussiert und daraus das Konzept des mehrteiligenWerkzeuges erarbeitet. DiesesWerkzeugkonzept ermöglicht durch seinen Aufbau eine Maximierung der Wärmeübertragungsfläche, eine Reduzierung des Abstandes der Temperierung zum Gussteil und eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Der mehrteilige Aufbau wurde in einem Versuchswerkzeug für das Druckgießen umgesetzt, sukzessive ausgelegt und virtuell abgesichert. Abschließend zeigte die thermische Simulation des Prozess Druckgießen ein Potential zur Reduzierung der Zykluszeit von 12,9s (14%) mit dem mehrteiligen Werkzeug auf. Im Dauerbetrieb konnte prozesssicher, reproduzierbar und dauerhaft eine Zykluszeitreduzierung um 20,5s (23%) nachgewiesen werden.

In der Dissertation wurde der Stand der Technik zum Fertigungsverfahren Druckgießen mit dem Fokus auf die Druckgießwerkzeuge recherchiert und strukturiert aufbereitet. Der Stand der Technik mündet in der Systematik zur Optimierung des Druckgießens. Darin wurde die Problematik ganzheitlich aufgearbeitet, konkretisiert und wesentliche Handlungsfelder, wie das Temperierkonzept, der Werkstoff sowie die Auslegung, herausgearbeitet. Das Handlungsfeld Temperierkonzept wurde fokussiert und daraus das Konzept des mehrteiligen Werkzeuges erarbeitet. Dieses Werkzeugkonzept ermöglicht durch seinen Aufbau eine Maximierung der Wärmeübertragungsfläche, eine Reduzierung des Abstandes der Temperierung zum Gussteil und eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten. Der mehrteilige Aufbau wurde in einem Versuchswerkzeug für das Druckgießen umgesetzt, sukzessive ausgelegt und virtuell abgesichert. Abschließend zeigte die thermische Simulation des Prozess Druckgießen ein Potential zur Reduzierung der Zykluszeit von 12,9s (14%) mit dem mehrteiligen Werkzeug auf. Im Dauerbetrieb konnte prozesssicher, reproduzierbar und dauerhaft eine Zykluszeitreduzierung um 20,5s (23%) nachgewiesen werden.

Am Anfang des Entwicklungsprozesses eines Gussbauteils für die Automobilbranche steht klassischerweise die konstruktive Ausarbeitung und die Auslegung auf Zielgrößen, wie Festigkeit, Steifigkeit bzw. die Erfüllung der Crashlasten. Im nächsten Entwicklungsschritt wird, oftmals in Zusammenarbeit mit externen Lieferanten, das Werkzeugkonzept entwickelt und die Herstellbarkeit mit Hilfe von Gießsimulationen abgesichert. Bei der Fertigung verursachen streuende Prozessgrößen, wie etwa Geschwindigkeits- oder Temperaturniveaus, Schwankungen in der Leistungsfähigkeit des Endprodukts (z. B. lokale Bruchdehnung oder Zugfestigkeit). Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Reduktion des Verschleißes konzentrieren sich oftmals auf die erfahrungsbasierte Verbesserung des Fertigungsprozesses und Anpassungen des Anguss- und Überlaufsystems. Größere Änderungen der Bauteilgeometrie sind häufig aus zeitlichen Gründen nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, optimierte modularisierte Grundgeometrien, wie Rippen oder Umlenkungen, mit Hilfe von numerischen Formoptimierungen zu entwickeln, um diese schon von Anfang an in der Bauteilentwicklung zu berücksichtigen. Als Zielfunktionen dienen strömungs- und strukturmechanische Kenngrößen, um einerseits verschleißfördernde Mechanismen und füllungsbedingte Defekte zu reduzieren und andererseits die Beanspruchbarkeit zu erhöhen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit des Ergebnisses analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können. / The virtual development process of an automotive casting part usually begins with classical design tasks and analyses of material strength, stiffness and crash load cases. In the next step, often in cooperation with external suppliers, the tooling concept is developed and casting simulations are used to ensure manufacturability. During manufacturing there is a scatter in process parameters, such as flow velocity or temperature levels, which in turn cause a scatter in the performance of the final product (e.g. local elongation at fracture or ultimate tensile strength). Means to increase process stability and yield are often limited to knowledge-based improvements of the manufacturing process parameters and adaptations of the gating and overflow system. Major changes to the part geometry are usually no longer possible due to project time constraints. Therefore it is the goal of this thesis to optimize modularized basic geometries, like ribs or bends, by using numerical shape optimizations and employ them right from the beginning of the part development process. For the objective functions of the optimizations the disciplines of fluid dynamic filling and the resulting structural behaviour are considered. In addition, the resulting shape is analyzed with regards to robustness towards scatter in manufacturing operating conditions. By using these new modularized geometries the overall robustness of the final product is expected to be increased.

Am Anfang des Entwicklungsprozesses eines Gussbauteils für die Automobilbranche steht klassischerweise die konstruktive Ausarbeitung und die Auslegung auf Zielgrößen, wie Festigkeit, Steifigkeit bzw. die Erfüllung der Crashlasten. Im nächsten Entwicklungsschritt wird, oftmals in Zusammenarbeit mit externen Lieferanten, das Werkzeugkonzept entwickelt und die Herstellbarkeit mit Hilfe von Gießsimulationen abgesichert. Bei der Fertigung verursachen streuende Prozessgrößen, wie etwa Geschwindigkeits- oder Temperaturniveaus, Schwankungen in der Leistungsfähigkeit des Endprodukts (z. B. lokale Bruchdehnung oder Zugfestigkeit). Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessstabilität und zur Reduktion des Verschleißes konzentrieren sich oftmals auf die erfahrungsbasierte Verbesserung des Fertigungsprozesses und Anpassungen des Anguss- und Überlaufsystems. Größere Änderungen der Bauteilgeometrie sind häufig aus zeitlichen Gründen nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, optimierte modularisierte Grundgeometrien, wie Rippen oder Umlenkungen, mit Hilfe von numerischen Formoptimierungen zu entwickeln, um diese schon von Anfang an in der Bauteilentwicklung zu berücksichtigen. Als Zielfunktionen dienen strömungs- und strukturmechanische Kenngrößen, um einerseits verschleißfördernde Mechanismen und füllungsbedingte Defekte zu reduzieren und andererseits die Beanspruchbarkeit zu erhöhen. Bei den Untersuchungen wird zusätzlich die Robustheit des Ergebnisses analysiert, um Verbesserungspotenziale auch bei streuenden Randbedingungen realisieren zu können.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 1.3 Stand von Wissenschaft und Technik 2 Grundlagen 2.1 Leichtmetallgussbauteile im Automobil 2.2 Geometrische Gestaltung von Gussbauteilen 2.3 Modellierung gießtechnischer Fertigungsverfahren 2.4 Strukturmechanische Modellierung von Gussbauteilen 2.5 Numerische Optimierung 3 Modellaufbau und -analyse 3.1 Geometrische Entwurfsmodelle 3.2 Strömungsmodellbildung zur Abbildung der Fertigungseinflüsse 3.3 Strukturberechnungsmodell unter Berücksichtigung materieller Defekte 4 Optimierung der Umlenkung 4.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 4.2 Zielfunktionen 4.3 Optimierung mit Entwurfsmodell I 4.4 Optimierung mit Entwurfsmodell II 4.5 Diskussion der Ergebnisse 5 Optimierung der Rippe 5.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 5.2 Ziel- und Restriktionsfunktionen 5.3 Multidisziplinäre Optimierung 5.4 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung 7 Ausblick Anhang Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Literatur- und Quellenverzeichnis / The virtual development process of an automotive casting part usually begins with classical design tasks and analyses of material strength, stiffness and crash load cases. In the next step, often in cooperation with external suppliers, the tooling concept is developed and casting simulations are used to ensure manufacturability. During manufacturing there is a scatter in process parameters, such as flow velocity or temperature levels, which in turn cause a scatter in the performance of the final product (e.g. local elongation at fracture or ultimate tensile strength). Means to increase process stability and yield are often limited to knowledge-based improvements of the manufacturing process parameters and adaptations of the gating and overflow system. Major changes to the part geometry are usually no longer possible due to project time constraints. Therefore it is the goal of this thesis to optimize modularized basic geometries, like ribs or bends, by using numerical shape optimizations and employ them right from the beginning of the part development process. For the objective functions of the optimizations the disciplines of fluid dynamic filling and the resulting structural behaviour are considered. In addition, the resulting shape is analyzed with regards to robustness towards scatter in manufacturing operating conditions. By using these new modularized geometries the overall robustness of the final product is expected to be increased.:1 Einleitung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 1.3 Stand von Wissenschaft und Technik 2 Grundlagen 2.1 Leichtmetallgussbauteile im Automobil 2.2 Geometrische Gestaltung von Gussbauteilen 2.3 Modellierung gießtechnischer Fertigungsverfahren 2.4 Strukturmechanische Modellierung von Gussbauteilen 2.5 Numerische Optimierung 3 Modellaufbau und -analyse 3.1 Geometrische Entwurfsmodelle 3.2 Strömungsmodellbildung zur Abbildung der Fertigungseinflüsse 3.3 Strukturberechnungsmodell unter Berücksichtigung materieller Defekte 4 Optimierung der Umlenkung 4.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 4.2 Zielfunktionen 4.3 Optimierung mit Entwurfsmodell I 4.4 Optimierung mit Entwurfsmodell II 4.5 Diskussion der Ergebnisse 5 Optimierung der Rippe 5.1 Optimierungsstrategie und -prozesskette 5.2 Ziel- und Restriktionsfunktionen 5.3 Multidisziplinäre Optimierung 5.4 Diskussion der Ergebnisse 6 Zusammenfassung 7 Ausblick Anhang Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Literatur- und Quellenverzeichnis