In der blechverarbeitenden Industrie ist in den letzten Jahrzehnten der zunehmende Einsatz organisch bandbeschichteter Bleche zu verzeichnen. Diese so genannten Coil Coating-Werkstoffe werden derzeit vorwiegend im Baubereich für Fassaden und Innenausstattungen, für Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik sowie zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt. Neuerdings sind Coil Coating-Werkstoffe verfügbar, die aus vier Schichten bestehen und vor allem den ästhetischen Anforderungen der Automobilindustrie für den Außenhautbereich entsprechen. Sie sind eines von vielen Puzzleteilen zur Komplettierung des Gesamtbildes von zukünftigen modernen Fahrzeugkonzepten wie z.B. Modulbauweisen, weil sie die teure Stückbeschichtung bei der Produktion einsparen und somit durch Wegfall von Fertigungsstufen eine Kostenreduzierung erreicht werden kann. Beim Einsatz von neuen Coil Coating-Werkstoffen mit Schichtdicken bis 100 μm ist auf eine fertigungsgerechte Produktgestaltung zu achten. Die zum Fügen von Feinblechen etablierten thermischen Fügeverfahren sind aufgrund der Entstehung von Oberflächenschädigungen nicht anwendbar. Als ökonomische und technologische Fügealternative bietet sich hier das Durchsetzfügen oder Clinchen insbesondere mit der Unterstützung von Wirkmedien an. Jedoch bestehen erhebliche Kenntnisdefizite zum Clinchen organisch bandbeschichteter Feinbleche mit Gesamtschichtdicken größer als 30 μm. Handlungsbedarf resultiert aus den negativen Auswirkungen des Fügeprozesses auf die Beschichtungen und auf die qualitätsbestimmenden Eigenschaften der gefertigten Verbindung. Diese Arbeit soll einen Beitrag zur Erweiterung des Kenntnisstands für das schädigungsfreie Clinchen von organisch beschichteten Blechen leisten. Ziel ist es, ein Clinchverfahren zu entwickeln, das organisch endbeschichtetes Feinblech bei guter Verbindungsfestigkeit schädigungsfrei fügt. Hierzu sind folgende Punkte erarbeitet worden: -In einem ersten Schritt wurde der Stand der Technik zu Coil Coating-Werkstoffen und die Problemstellung beim Clinchen von vorbeschichteten Blechen. -Im nächsten Schritt sind als Ausgangssituation der Arbeit Referenzwerte zur Lackschädigung beim Clinchen von endlackierten Blechen mit konventionellen Clinchwerkzeugen erarbeitet worden. Es zeigt sich, dass mit konventionellen Clinchverfahren Verbindungen mit akzeptabler Festigkeit und guter ästhetischer Erscheinung nicht herstellbar sind. -Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden neue Ansätze zum schädigungsfreien Clinchen vorgestellt, die auf wirkmedienunterstützte Umformverfahren basieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Reduzierung von lokalen Dehnungen und der Reibung während des Clinchens sowie auf der Verbesserung des Werkstoffflusses durch die Minimierung des Werkzeug-Werkstoffkontaktes. Die vorgestellten Lösungsansätze zu Änderungen an der Werkzeuggeometrie und am Clinchverfahren selbst durch den Einsatz von elastischen und flüssigen Wirkmedien werden begleitend mit der Finite-Elemente-Simulation überprüft. -In weiteren praktischen Untersuchungen an einer neu entwickelten Versuchsanlage sind die numerischen Ergebnisse verifiziert worden. Das Clinchen mit flüssigen Wirkmedien zeigt sich dabei als ein gut geeignetes Verfahren zum Fügen mit akzeptabler und deutlich reduzierter Lackschädigung bei guter Verbindungsfestigkeit. -Die Kenntnis von Dehnungszuständen und deren Vergleich mit den sichtbaren Schädigungen auf den Oberflächen ermöglichen die Erschließung der Vorteile aus der Kombination von hydraulischer Tiefung und dem mechanischen Stauchen. In der vorliegenden Arbeit sind neue Lösungsansätze zum Clinchen von Coil Coating-Werkstoffen mit geringsten Oberflächenschädigungen unter Verwendung von Wirkmedien vorgestellt und erläutert worden. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen eine Möglichkeit auf, Coil Coating-Werkstoffe schädigungsarm und prozesssicher zu fügen. Die Lösungsansätze und Erkenntnisse dieser Arbeit sollen die Generierung von neuen Perspektiven für die Anwendung von Coil Coating-Werkstoffen unterstützen. Das Ergebnis lässt erwarten, dass in Zukunft neue Schritte auf dem Weg zum Einsatz von endlackiertem getätigt werden können, weil ein sicheres und robustes Fügeverfahren für die Produktion zur Verfügung gestellt werden kann.

In der vorliegenden Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen der magnetischen Mikrostruktur und der Ausrichtung der Kristallite, sowohl in Sintermagneten als auch in feinkristallinen, warmumgeformten Magneten auf Nd2Fe14B- und Pr2Fe14B-Basis, untersucht. Die EBSD-Technik (electron backscatter diffraction) wurde für Sintermagnete und für feinkristalline, warmumgeformte Magnete auf Nd2Fe14B-Basis erstmals erfolgreich eingesetzt, um eine quantitative Texturanalyse durchzuführen. Die Polfiguren des hoch texturierten Sintermagneten bzw. warmumgeformten Magneten zeigen eine stark ausgeprägte [001] Fasertextur. Aus dem Vergleich von REM-, EBSD- und Kerr-Untersuchungen an ein- und derselben Probenoberfläche der Sintermagnete konnte quantitativ gezeigt werden, wie die Domänenstruktur von der individuellen Orientierung der Nd2Fe14B-Körner abhängt. Die Domänenstruktur der hoch texturierten Sintermagnete weist auf eine starke magnetostatische Wechselwirkung zwischen den Kristalliten hin. In den Heißpresslingen und in den warmumgeformten Magneten auf Nd2Fe14B-Basis und Pr2Fe14B-Basis wurden Wechselwirkungsdomänen mittels Magnetkraftmikroskopie nachgewiesen. Die Wechselwirkungsdomänen, deren Größe stark vom Umformgrad abhängt, sind immer größer als die einzelnen Kristallite. Die Bildung der Wechselwirkungsdomänen wurde auf magnetostatische Wechselwirkung zwischen den Kristalliten zurückgeführt, was mit Hilfe der Wohlfarth-Analyse der Remanenzverhältnisse bestätigt werden konnte. Die magnetische Mikrostruktur der warmumgeformten Magnete wurde mit einem Modell, das auf der Bildung von Ketten magnetischer Momente (parallel zur Kettenachse) beruht, beschrieben. Unterhalb der Temperatur des Spinumorientierungsüberganges der Nd2Fe14B-Phase weisen die Sintermagnete rechteckige Domänenmuster auf. Diese magnetische Mikrostruktur wird durch eine spezifische Verteilung der Domänenwände in Bezug auf Änderungen der magnetischen Anisotropie ausgebildet. Im Gegensatz dazu ändern sich die Wechselwirkungsdomänen in dem warmumgeformten Magneten nicht, was auf die starke magnetostatische Wechselwirkung zwischen den Kristalliten zurückgeführt wurde. / In this work, the correlation between magnetic domain structure and grain alignment in sintered and die-upset magnets, based on Nd2Fe14B and Pr2Fe14B compounds, is investigated. For the first time, EBSD (electron backscatter diffraction) has been successfully applied to conduct a quantitative analysis of the texture of sintered and die-upset Nd2Fe14B magnets. Pole figures of the highly textured sintered and die-upset magnets show a strong [001] fiber texture. By a comparison of SEM, EBSD and Kerr images of the same surface of sintered magnets it was possible to correlate the domain structure of individual grains to their orientation. The domain structure of the highly textured sintered magnet indicates to the presence of a strong magnetostatic interaction between individual grains. Interaction domains have been studied in hot-pressed und die-upset magnets based on Nd2Fe14B and Pr2Fe14B compounds by MFM. The lateral expansion of interaction domains is always larger than grain size and depends from the degree of deformation. The formation of interaction domains is attributed to magnetostatic interaction between individual grains, which has been confirmed by a Wohlfarth’s analysis of the remanence ratio. The magnetic domain structure of die-upset magnets can be described by a model, based on the formation of chains of magnetic moments parallel to the chain direction. Below the spinreorientation temperature of the Nd2Fe14B phase, sintered magnets show a rectangular domain structure. This domain structure is formed by a specific domain wall distribution corresponding to changes of the magnetocrystalline anisotropy. In contrast to this, the interaction domains in the die-upset magnets show no changes below the spinreorientation temperature, what can be also ascribed to the magnetostatic interaction between individual grains.

The presented research report deals with the investigation of magnesium aluminum based layered double hydroxide (LDH) as a potential nanofiller and flame-retardant for polymers with special reference to polyethylene. LDH is a mixed hydroxide of di- and trivalent metal ions that crystallizes in the form of mineral brucite. The basic reason for selecting LDH or more specifically magnesium-aluminum based LDH (Mg-Al LDH) is their typical metal hydroxide-like chemistry and conventional clay-like layered crystalline structure. The former is helpful in the direct participation in flame inhibition through endothermic decomposition and stable char formation. On the other hand, the later makes LDH suitable for polymer nanocomposite preparation, which can address the poor dispersibility problem associated with conventional metal hydroxide type fillers in polyolefin matrix. Besides, unlike layered silicate type clays (often reported for their capability to improve flame retardancy of polymers), LDH being reactive during combustion has higher efficiency to reduce the heat released during combustion of the composites. LDH clay with fixed Al:Mg ratio was synthesized using urea hydrolysis method and characterized. The organic modification of Mg-Al LDH using anionic surfactants has been studied in details. The main purpose of such modification is to enlarge the interlayer distance and to render it more organophilic. The surfactants were selected based on their functionality, chain length, etc and the modification was carried out by regeneration method. In the modified LDHs, the surfactants anions are arranged as a monolayer in the interlayer region and expand the interlayer distance according to their tail size. PE/LDH nanocomposites were prepared by melt-compounding method using a co-rotating tightly intermeshed twin-screw extruder and the morphological, mechanical and flammability properties of the nanocomposites were investigated in details. The X-ray diffraction analysis and electron microscopic analysis show a complex LDH particle morphology with hierarchy of particle size and shape starting from exfoliated particles fragments to particle aggregates over few hundred nm size. The exfoliated LDH platelets are distributed both in the vicinity of large particles and also in the bulk matrix. The melt rheological characterization of the nanocomposites also reflects the similar complex particle morphology. The dynamic oscillatory shear experiments showed that with increasing LDH concentration, the rheological behavior of the nanocomposite melts deviates strongly from that of the unfilled polyethylene. Thermogravimetric analysis (TGA) shows that LDH significantly improves the thermal stability of the polymer matrix in comparison to the unfilled polymer. The flammability studies of the PE/LDH nanocomposites have been reported in terms of various standard methods, like limited oxygen index (LOI), cone-calorimetry and UL-94 vertical and horizontal burn tests. The cone-calorimetric investigation shows that the nanocomposites have significantly lower burning rate and heat released during combustion. With increasing concentration of LDH though the LOI value of the nanocomposite increases marginally, the burning behavior, like dripping, rate of burning, etc are significantly improved. The flammability performance of LDH in combination with other commonly used flame-retardant (magnesium hydroxide) was also investigated. It has been observed that in polyethylene, a 50 wt% combination filler (4:1 weight ratio of magnesium hydroxide and LDH) can provide similar flammability ratings (like V0 rating in UL94 test, no dripping, etc) as that observed with 60 wt% magnesium hydroxide alone.

Es wurden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften bedingt durch dehnungsinduzierte Martensitbildung im metastabilen austenitischen Stahl X5CrNi18.10 und in einem niedrig legierten Mn-Si-Al Stahl untersucht. Dazu wurden Zugversuche bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Für den Stahl X5CrNi18.10 wird auf der Grundlage der Arbeit von Ludwigson und Berger ein Modell zur Beschreibung des Umwandlungsverhaltens als Funktion der Dehnung und der Temperatur entwickelt. Es kann weiterhin gezeigt werden, dass die erreichbare Gleichmaßdehnung in diesen Stahl durch eine maximal ertragbare Umformarbeit bestimmt wird. Die erhaltenen Fließkurven konnten mit Hilfe der FEM und einer modifizierten Mischungsregel für die Festigkeit erfolgreich modelliert werden. Die Ergebnisse für den Mn-Si-Al Stahl zeigen, dass neben dem Restaustenit, das Verbundverformungsverhalten der anderen Gefügebestandteile (Ferrit, Bainit, Martensit) wichtige Faktoren für die Optimierung der mechanischen Eigenschaften darstellen.

Der Anteil an SiSiC-Bauteilen in Industriebrennern hat ständig zugenommen. Durch den Einsatz von keramischen Strahlheizrohren ist es möglich, Thermoprozesse oberhalb 1150 °C durchzuführen. Ein Risiko für den Einsatz ölbeheizter Strahlheizrohre ergibt sich aus der unzuverlässigen Qualität der Heizöle in einigen potentiellen Einsatzländern. In dieser Arbeit wurde die korrosive Einwirkung von Verunreinigungen in Heizölen auf Brennerbauteile aus SiSiC systematisch untersucht. Dabei wurde für Natrium, Kalium und Eisen das korrosive Potential gegenüber SiSiC festgestellt. Von Interesse war dabei der Korrosionsmechanismus, welcher zur Zerstörung der Siliziumdioxid-Schicht führt. In dieser Arbeit wurde die Korrosion des SiSiC-Materials hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit und der Abhängigkeit von der Konzentration der Metalle im Heizöl untersucht. Anhand der Ergebnisse ist es möglich, für SiSiC-Keramik eine Lebensdauerabschätzung vorzunehmen.

Das Verlangen nach neuen Materialien mit Eigenschaften, die noch vor zwanzig Jahren für die Wissenschaft und Industrie unerreichbar waren, hat neue Perspektiven für die technische Keramik eröffnet. Auf Grund niedriger Aufheizraten und hohem Beschädigungsrisiko der Probe, ist das Entbindern das schwierigste und vor allem ein sehr teueres Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mathematische Beschreibung des Entbinderungs-Prozesses geliefert und verschiedene Bindersysteme auf die Möglichkeit ihres Einsatzes bei MW-unterstütztem Entbindern von Keramiken untersucht. Um die rechnerischen Aussagen zu überprüfen, wurde eine Reihe von Versuchen in der auf dem thermogravimetrischen Prinzip basierenden Anlage zum Entbindern von Keramik durchgeführt. Aus den Versuchsergebnissen wurden Schlussfolgerungen gezogen und mit theoretischen Aussagen verglichen.

Das Ziel der Arbeit bestand darin, ein verbessertes Verfahren zur Ausbildung einer Polyurethanschicht mit poröser Kapillarstruktur zu erarbeiten. Die Fällung (Koagulation) einer Polyurethanlösung erfolgt durch kontrollierte Freisetzung von Fällmittel aus einem zugesetzten, thermisch sensiblen und porös umhüllten Hydrogel. Bei Erwärmung auf eine stoffspezifische Temperatur setzt das Hydrogel Wasser frei, das die Fällung initiiert. Gegenüber der Fällung in einem Fällbad erzielt diese Verfahrensweise deutliche Verbesserungen. Die umhüllten Gele wurden mit Hilfe rheologischer, thermoanalytischer und weiterer Untersuchungsmethoden umfassend charakterisiert. Dadurch gelang es, eine Hüllenstruktur auszuwählen, die den spontanen Austausch von Löse- und Fällmittel verhindert und gleichzeitig die Wasserfreisetzung gewährleistet.

In der Technik des Metallgusses spielt das Coldbox-Verfahren eine bedeutende Rolle. Mit ihm werden die Kerne für Gießformen hergestellt und die stellen nach dem Gießprozess die innere Kontur eines hohlen Gusserzeugnisses dar. Die Verfestigung gebundener Formstoffe im Sandkern geschieht infolge der Durchströmung eines mit gasförmigem Katalysator versetzten Luftstromes. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Etappen des Modellierungsprozesses und deren Methode festgelegt, die den obigen technischen Prozess abbilden. Der Modellierungsprozess beinhaltet ein mathematisches und numerisches Modell. Das numerische Modell wurde mit Hilfe von FEM und objektorientierter Programmiertechnik in C++ gelöst. Außerdem wurde die Wirkung der geometrischen Gestalt und der heterogenen Porosität auf die Durchströmung des porösen Systems mit parallel ablaufender Stoffübertragung einer Modellierung unterzogen.

Die Temperaturverhältnisse beim Ziehen und Wärmebehandeln von Draht werden mit mathematisch-analytischen Methoden auf der Grundlage der FOURIERschen Wärmeleitungsgleichung eingehend untersucht. Insbesondere wird unter den spezifischen Wärmeübergangsbedingungen zwischen Draht und Ziehdüse sowie zwischen Draht und Ziehtrommel deren thermische Wechselwirkung analysiert. Ein Näherungsverfahren zur Berechnung der Drahttemperaturen in Zugfolgen unter Berücksichtigung des Ziehdüseneinflusses wird angegeben und mit einem Beispiel zum Nassziehen stark verzinkten Stahldrahts illustriert. Aus geschwindigkeitsabhängig gemessenen Änderungen des Drahtdurchmessers werden unter thermoelastischer Ziehringdurchmesserkorrektur Schmierfilmdicken bestimmt. Diffusionsgleichungen werden analysiert und ein Zusammenhang zur Reaktionskinetik wird hergestellt. Ein neues reaktionskinetisches Werkstoffmodell, das insbesondere auch im Falle stärker anisothermer Verhältnisse, also bei Kurzzeitwärmebehandlung anwendbar ist, wird vorgestellt.

Die Gutbettwalzenmühle wird heute in vielen Industriezweigen zur Mahlung spröder Stoffe eingesetzt. Sie zeichnet sich durch eine energieeffiziente Arbeitsweise aus und stellt eine Alternative zu herkömmlichen Zerkleinerungsmaschinen, wie Kugel- und SAG-Mühlen, dar. In der Vergangenheit kam es durch Schäden an den Walzenoberflächen zu Problemen mit der Betriebssicherheit dieser Maschinen. Hervorgerufen werden die Schäden u.a. durch punktuelle Überlastungen der Walzenoberfläche, die durch im Gutbett eingelagerte grobe Einzelpartikel verursacht werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Versuche mit einer hydraulischen Stempelpresse zur Ermittlung der Walzenbelastung von Gutbettwalzenmühlen durchgeführt und der Einfluss verschiedener Maschinen-, Verfahrens- und Materialparameter untersucht. Auf der Grundlage des Versuchsprogramms wird eine Modellbetrachtung zur Walzenbelastung durchgeführt, mit deren Hilfe auf das Lastkollektiv aus der Gutbett- und Einzelkornbelastung geschlossen werden kann.