Zur Book-On-Demand Herstellung von Hardcover sowie Softcover Büchern sind die durch das Produkt vorgegebenen Prozessschritte einzuhalten. Um in diesem Rahmen eine wirtschaftliche Herstellung zu ermöglichen, wird ein Konzept erarbeitet und vorgestellt, das die verkettete Steuerung automatisierter Weiterverarbeitungsmaschinen ermöglicht.

Ein wesentlicher Nachteil der Sensoren auf optischer Ba­sis re­sul­tiert aus der zum Schweißprozess ungünstigen Wellen­länge. Das heißt, dass das Licht als Informations­trä­ger der Sensorik durch die Licht­emissionen der gebräuchlichsten Schweißverfahren we­sent­lich beeinflusst wird. Dies muss durch aufwändige Abschirmmaßnahmen, Abstands­ver­größerung zwischen Sensor und Mess­oberfläche sowie softwaretechnisch kompensiert wer­den. Aus dieser Überlegung heraus bie­tet sich die Radarsensorik auf Grund ihrer günstigeren Wellenlänge für den Einsatz in der Schweißtechnik nahezu an. Diese größere Wellenlänge bewirkt eine Un­empfindlichkeit gegenüber den Störungen des Schweiß­lichtbogens. In dieser Arbeit werden zum einen grundlegende Aspekte und technische Randbedingungen beleuchtet und andererseits Anwendungsbeispiele für den Einsatz beschrieben.

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Cast-iron (CI) based bulk amorphous alloy with compositions of Fe₇₅.₅₋ₓC₆.₀ Si₃.₃B₅.₅P₈.₇Cu₁.₀Alₓ (x = 0, 1 at.%) was synthesized by Cu mold casting. As indicated by increased critical diameters (dmax) for the amorphization, the substitution of Al enhanced the glass-forming ability of the alloy. However, the onset temperature of crystallization (Tₓ) and the range of supercooled liquid region (ΔTₓ) of the alloy decreased upon Al addition from 500 °C and 28 °C to 475 °C and 25 °C, respectively. It was revealed that the decreased thermal stability of the amorphous phase is related to the enhanced crystallization tendency to form primary α-Fe phase. Upon the nanocrystallization of primary α-Fe phase the Al-added alloy shows enlarged Ms of 176 emu g⁻¹, still keeping a reasonable small Hc value of 0.086 Oe. The present study revealed that the minor Al addition enhances not only the glass-forming ability, but also the nanocrystallization behavior of the CI based bulk amorphous alloy.

Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wurde das Niederdruck-Hohlteilgießverfahen untersucht. Dieses Verfahren beruht auf dem Niederdruckgießverfahren, jedoch wird die Druckbeaufschlagung auf das System vor dem kompletten Erstarren des Gussstückes beendet, wodurch nicht erstarrtes Material aus der Form fließen kann und ein hohles Gussstück ohne Einsatz von Kernen entsteht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Probekörper aus verschiedenen Al-Legierungen in Sand- und Metallformen hergestellt und ausgewertet, wobei die Einflussfaktoren Druckhaltezeit und Temperaturgradient zwischen Schmelze und Form variiert wurden. Anschließend erfolgte eine Auswertung der Probekörper hinsichtlich Ausbildung der Wanddicke und deren Rauhigkeit. Dabei wurden Abhängigkeiten zwischen Haltezeit und Wanddicke gefunden. Die Rauhigkeit des ausgebildeten Hohlraumes ist dabei legierungsabhängig und unterscheidet sich zwischen Sand- und Kokillenguss stark.

In Rahmen dieser Arbeit wurde ein Simulationsprogramm für Gießprozesse weiterentwickelt. Zunächst wurden die Richtigkeit der mathematischen Lösung und die Sensibilität der Software bestätigt. Dazu wurde ein Vergleich der berechneten mit den experimentellen Werten durchgeführt. Zur Messung der Wanddicke des erstarrenden Gussteils wurde eine neue Methode zur Visualisierung der Berechnungsergebnisse erarbeitet. Anhand zweier Beispiele zur Berechnung eines dünnwandigen, komplizierten Al-Gussteils und eines exothermischen Speisers wurde eine korrekte Nutzung neuer Gießtechnologien aufgezeigt. Das Simulationssystem wurde speziell für das Stranggießen modifiziert. Die neu entwickelten Berechnungsalgorithmen sowie die Visualisierungsmöglichkeiten erlauben eine exakte Modellierung des Strangabzuges in der Gießmaschine. Auch in diesem Falle liefert der Vergleich zwischen den durchgeführten Berechnungen und den erzielten Versuchswerten die Richtigkeit und Exaktheit der neu eingesetzten Methode.

Das Antriebskonzept von modernen Umformmaschinen basiert zunehmend auf Verdrängersteuerung anstatt der klassisch eingesetzten Drosselsteuerung. Bei diesem Ansatz werden die Achsen über fluid-mechatronische Direktantriebe unmittelbar in Geschwindigkeit, Position und Kraft verfahren. Durch das prinzipbedingte Vermeiden von Drosselverlusten lassen sich hier erhebliche energetische Einsparungen verzeichnen. Des Weiteren ist es durch den Einsatz von vierquadrantfähigen Motor-Pumpeneinheiten möglich, Brems- und Dekompressionsenergie im Prozess zurückzugewinnen und wiederzuverwenden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Energie zwischengespeichert oder in das Netz zurückgespeist werden kann. Ein Nachteil, der sich bei diesem Technologiewechsel zu elektrohydrostatischen Antrieben ergeben kann, ist, dass die Anschlussleistung der Antriebe und somit der gesamten Maschine stark ansteigt. Dies ist besonders der Fall, wenn zuvor ein Hydraulikaggregat in Kombination mit Hydrospeichern verwendet wurde. Durch den Einsatz der Speicher wird hier hydraulische Lastspitzenkappung betrieben und die Leistungsspitzen vom Netz werden stark reduziert. Bei den elektrohydrostatischen Antriebsachsen wird hier -- ohne zusätzliche Maßnahmen -- die gesamte Spitzenleistung direkt vom Netz bezogen. Ziel der Arbeit ist es, zu untersuchen, wie bei Umformmaschinen mit Verdrängersteuerung -- durch den Einsatz des richtigen Leistungs- und Energieversorgungssystems -- die Anschlussleistung ebenfalls verringert werden kann. Hierzu wird recherchiert, welche Ansätze nach heutigem Stand der Technik bereits zur Verfügung stehen und in welchen anderen Bereichen Leistungsversorgung, Energiespeicherung und Lastspitzenvermeidung untersucht und angewendet werden. Mit Hilfe von Modellen des Prozesses, des elektrohydrostatischen Antriebsstrangs und ausgewählten Komponenten des Leistungs- und Energieversorgungsystems soll eine Simulationsumgebung geschaffen werden, die es ermöglicht, verschiedene Applikationen zu simulieren und zu analysieren. Ziel ist es, herauszufinden, bei welchen Anwendungen welche Einspeisungs- und Speichertypen eingesetzt werden können, um ein Minimierung der Anschlussleistung zu erreichen und mit welchen Mehraufwänden bei den Speichern, aber auch mit welchen Ersparnissen an der Elektroperipherie, zu rechnen ist. \\ Anschließend wird eine Methodik erarbeitet, die mit Hilfe des gemessenen oder simulierten Leistungsflusses eine Empfehlung für ein sinnvolles Leistungs- und Energieversorgungssystem ausgibt. Da diese Betrachtung aus eher zentral-europäischer Sicht erfolgt, wird außerdem ein punktebasiertes Ranking erarbeitet, welches Leistungs- und Energieversorgungsysteme für Umformmaschinen vergleichend für variierende Anforderungen quantifiziert.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Stand der Technik und Grundlagen 8 2.1 Grundlagen der Fertigungstechnik und Prozesssimulation . . . . . . . . . . 11 2.2 Energiemanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 Hydraulische Umformmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 EHA Anwendungen und Ausprägungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 LEV-Systeme bei EHAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.6 LEV-Systeme bei Maschinen mit elektromechanischen Antrieben . . . . . . 24 2.7 LEV-Systeme auf Fabrikebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.8 LEV-Systeme bei weiteren stationären und bei mobilen Anwendungen . . . 26 2.9 Zwischenfazit und Klassifizierung von LEV-Systemen . . . . . . . . . . . . 30 2.10 Einordnung & Grundlagen Einspeisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.10.1 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.11 Einordnung & Grundlagen Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.11.1 Motorauswahl für kinetische Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . 48 3 Zielstellung 52 4 Anforderung des LEV-Systems für EHAM 54 4.1 Analyse von Hydrospeichern für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Finale Auswahl der LEV-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5 Modellierung der Maschine und der EHA Komponenten 67 5.1 Prozess, Zylinder und Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.2 Verdrängereinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.4 Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6 Modellierung der LEV-Komponenten 79 6.1 Nicht aktiver Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.2 Aktiver Netzstromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.3 Gleichrichter mit DC-DC Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.4 Generisches Einspeisemodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.5 Kondensatorspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.5.1 Elektrolytkondensatoren und Doppelschichtkondensatoren . . . . . 85 6.5.2 Kondensatormodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.5.3 Verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.5.4 Regelung eines aktiven Kondensatorspeichers . . . . . . . . . . . . . 90 6.6 Kinetischer Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.6.1 Aufbau und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.6.2 Einfluss der Dynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.3 Verlustmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.4 Ansätze der Leistungsfluss-Regelung/Steuerung . . . . . . . . . . . 101 7 Simulation von LEV-Systemen mit EHA basierten Maschinen 105 7.1 Charakteristische Kenngrößen des Leistungsflusses . . . . . . . . . . . . . . 105 7.2 Simulationsbeispiel 1: 1000 kN Ringwalzanlage . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.3 Simulationsbeispiel 2: 16000 kN Warmumformpresse . . . . . . . . . . . . . 114 7.4 Simulationsbeispiel 3: Gaskompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.5 Automatisierte Komponentenauslegung und Kostenschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.6 Kostenbetrachtung der Simulationsbeispiele 1 bis 3 . . . . . . . . . . . . . 148 7.7 Weitere Simulationsstudien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8 Regelbasierte Empfehlungsmethodik für LEV-Systeme 157 8.1 Diskussion des Ergebnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9 Punktebasiertes Ranking von LEV-Systemen unter variierenden Anforderungen 162 9.1 Bewertungskriterien für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.1.1 Anschlussleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.2 Effizienz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.3 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1.4 Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.2 Gesamtbewertung und Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9.3 Bewertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10 Zusammenfassung und Ausblick 172 10.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

The near-threshold behavior of long cracks is studied in this paper using precracked flat dogbone specimens of a commercial aluminum alloy in peak-aged and overaged conditions. After introducing the initial crack in compression precracking, the crack was propagated approximately with the constant range of the stress intensity factor at values just above or below the corresponding threshold values. It was found that there were two major mechanisms which kept the crack from continuous extension. First, the crack front was pinned by primary precipitates. This effect was rather pronounced and lead to significant kinking in the crack front and ductile ridges on the fracture surface. The second mechanism was shear-controlled crack extension of very long cracks with plastic zones ahead of the crack tip, very similar to stage-I small cracks. Interaction with primary precipitates deflected the shear-controlled cracks but did not change the crack extension mode.

Two austenitic stainless steels of strongly different stacking fault energies (SFEs) and correspondingly different stabilities of the austenite phase were studied with respect to their very high cycle fatigue (VHCF) behavior. The metastable austenitic stainless steel 304L shows a very pronounced transient behavior and a fatigue limit in the VHCF regime. The higher SFE of the 316L steel results in a less pronounced transient cyclic deformation behavior. The plastic shear is more localized, and the formation of deep intrusions leads to microcrack initiation. However, the propagation of such microcracks is impeded by α'-martensite formed very localized within the shear bands. A comprehensive description of the microstructural changes governing the cyclic deformation including the transient resonant behavior was developed and transferred into a mechanism-based model. Simulation results were correlated with the observed deformation evolution and the change of the resonant behavior of specimens during VHCF loading providing a profound understanding of the VHCF-specific deformation behavior.

Diatoms are unicellular, eukaryotic microalgae inhabiting nearly all aquatic habitats. They are famous for their micro- and nanopatterned silicabased cell walls, which are envisioned for various technologic purposes. Within this review article, we summarize recent in vivo modifications of diatom biosilica with respect to the following questions: (i) Which metals are taken up by diatoms and eventually processed into nanoparticles (NPs)? (ii) Are these NPs toxic for the diatoms and––if so––what factors influence toxicity? (iii) What is the mechanism underlying NP synthesis and subsequent metabolism? (iv) How can the obtained materials be useful for materials science?