Ausgewählte Themen
Analyse der Schmelzeströmung in dickwandigen Heizelementstumpfschweißverbindungen aus Thermoplasten durch FE-Simulation
Die strukturrelevanten Scher- und Dehnströmungsgeschwindigkeiten beim Fügen großer Wanddicken wesentlich größere Skalenbereiche umfassen, als in wissenschaftlichen Arbeiten bisher untersucht wurde. In Verbindung mit den ebenfalls sehr viel inhomogeneren Kühlbedingungen führt dies zu bisher nicht verstandenen Schweißnahtmorphologien und Eigenspannungszuständen, die für das Sprödversagen dickwandiger Schweißverbindungen verantwortlich sein könnten. Darüber hinaus zeigen die experimentellen Voruntersuchungen, dass die Schmelze bei dickwandigen Bauteilen länger im plastischen Zustand, also fließfähig ist, als bisher angenommen. Dieser Faktor wird aktuell weder bei der deutschen DVS 2207-1, englischen WIS 4-32-08 oder amerikanischen PPI-TR33 berücksichtigt und führt dazu, dass das Druck-Zeit-Regime des Prozesses die erstarrende Schmelze schert und somit zu ungünstigen Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen führt.
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Im Rahmen des Vorhabens sollen die Lücken im Prozessverständnis durch den Aufbau numerischer Modelle zum Erwärmungsverhalten und der Schmelzeströmung in der Fügephase beim Heizelementstumpfschweißen sowie die Verbindung der Einflüsse zu den Kurz- und Langzeitfestigkeiten geschlossen werden.
Laufzeit: 01.01.2025 ‑ 31.12.2026
Gefördert durch:
| Ansprechpartner: | ||
| André Hüllmann | Reichenhainer Straße 70, Raum D015 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: andre.huellmann@… |
| Prof. Andreas Seefried | Reichenhainer Straße 70, Raum D0332 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: andreas.seefried@… |
DuroCer
Geometrieabhängige numerische und experimentelle Untersuchungen bei der Herstellung von C/C-SiC-Verbundwerkstoffen via LSI-Route und Spritzgießen als Formgebungsverfahren
Faserverstärkte Keramiken weisen gegenüber monolithischen Keramiken eine verbesserte Bruchzähigkeit, Thermoschockbeständigkeit und Schadenstoleranz auf. Zudem besitzt diese Gruppe der Verbundwerkstoffe eine gute Temperatur-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie sehr gute mechanische Eigenschaften bei niedriger Dichte, wodurch neue Anwendungsgebiete erschlossen werden können, bei denen monolithische Werkstoffe an ihre Einsatzgrenze stoßen. Die Herstellung von faserverstärkten Keramiken ist aktuell ein kostenintensiver Prozess. Deshalb werden diese Verbundwerkstoffe meist nur in speziellen Industrieprodukten eingesetzt. Das Spritzgießverfahren bietet die Möglichkeit, den „Grünkörper” für faserverstärkte Keramiken vollautomatisierbar und großserientauglich herzustellen. Das Verfahren zeichnet sich durch kurze Zykluszeiten, endkonturnahe Herstellung sowie hohe Reproduzierbarkeit aus.
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Ziel des Projektes ist es, ein umfassendes Verständnis des dreistufigen LSI-Prozesses zur Herstellung von kurzfaserverstärkten C/C-SiC-Verbundwerkstoffen mit dem Fokus auf die Formgebung durch das Duroplastspritzgießen zu erarbeiten. Im Rahmen des Projekts sollen insbesondere die Zusammenhänge zwischen geometrisch-konstruktiven, werkstoff- sowie prozesstechnischen Einflussgrößen und den Eigenschaften der Zwischen- (CFK, C/C) sowie Endprodukte (C/C-SiC) der LSI-Route aufgeklärt und modellhaft abgebildet werden. Dies soll die Möglichkeit bieten, C/C-SiC-Verbundwerkstoffe mit gewünschten Bauteilabmessungen und -eigenschaften zu entwickeln.
Laufzeit: 01.10.2023 ‑ 30.09.2025
Gefördert durch:
| Ansprechpartner: | ||
| Nils Schmeißer | Reichenhainer Straße 70, Raum C24.013 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: nils.schmeisser@… |
| Ngoc Tu Tran | Reichenhainer Straße 70, Raum C24.019 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: ngoc-tu.tran@… |
Zum Festigkeitsgradienten dickwandiger, heizelementgeschweißter Halbzeuge
Obwohl das Heizelementschweißen ein seit Jahrzehnten etabliertes Verfahren zum Fügen von Halbzeugen aus Polyethylen ist, haben sich wissenschaftliche Untersuchungen in der Vergangenheit auf Wanddicken von ca. 20 mm beschränkt. Heutzutage werden jedoch Bauvorhaben im Bereich der Wasserversorgung, zum Ausbau der nachhaltigen Infrastruktur sowie zur Förderung der erneuerbaren Energien mit zunehmenden Dimensionen und entsprechend hohen Wanddicken ausgeführt. In einem vorangegangenen Forschungsprojekt der Professur Kunststofftechnik wurden erstmals Schweißnähte mit Wanddicken bis 100 mm, die nach DVS 2207-1 hergestellt wurden, systematisch untersucht. Im Zeitstand-Zugversuch wurden erhebliche Festigkeitsunterschiede zwischen Mitte und Rand der Schweißnaht festgestellt. Es bestehen daher Zweifel, ob die linear extrapolierten Prozesszeiten nach DVS für diese Abmessungen geeignet sind. Im Rahmen des Vorhabens soll die Schweißprozessstrategie für hohe Wanddicken optimiert werden. Im Fokus steht die Füge- bzw. Abkühlphase, in der der Fügedruck aufgrund der extrapolierten Werte bei großen Wanddicken derzeit über einen sehr langen Zeitraum aufrechterhalten wird. Durch eine Optimierung der Fügephase soll eine Reduzierung des Festigkeitsgradienten in den Schweißnähten erreicht werden.
Laufzeit: 01.04.2023 ‑ 31.03.2025
Gefördert durch:
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| Fabian Friedrich | Reichenhainer Straße 70, Raum D019 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: fabian.friedrich@… |
DuroKalt
Entwicklung einer neuartigen Prozesstechnologie zur abfallfreien Herstellung von Bauteilen im Duroplastspritzgießen
Die komplexen chemischen Vernetzungsmechanismen duroplastischer Formmassen stellen hohe Anforderungen an das Know-How der verarbeitenden Industrie. Die Gewährleistung eines stabilen Prozesses setzt eine aufwendige Maschinen- und Werkzeugtechnik voraus, weist jedoch eine geringe Ressourcen- und Energieeffizienz auf. Untersuchungen ergaben, dass aufgrund des hohen Masseanteils des Angusses am Gesamtbauteil bereits in kleinen und mittleren Unternehmen, Abfallmengen von über 90 t pro Jahr anfallen können. Innovative Verfahren und Technologien zur Angussminimierung wie z.B. die Heißkanaltechnik zur Verarbeitung thermoplastischer Materialien, existieren im Bereich der Duroplastverarbeitung nur bedingt.
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Aus diesem Grund besteht das Ziel des Forschungsprojektes in der Entwicklung eines großserientauglichen Produktionsverfahrens zur Herstellung duroplastischer Bauteile im Spritzguss ohne Materialverlust. Den zentralen Entwicklungsansatz bildet eine innovative Werkzeugkonstruktion auf Basis eines Kaltkanalsystems, welches eine Aushärtung des Materials in den Angusskanälen weitgehend unterdrückt und damit eine angusslose Fertigung ermöglicht. Die Praxistauglichkeit der Konstruktion soll an einem komplexen Bauteil der Elektroindustrie aus einer duroplastischen Harnstoffformmasse nachgewiesen werden. Anhand dieses Praxisbeispiels kann nachgewiesen werden, inwiefern die geplante Entwicklung zur Erreichung der umweltrelevanten Ziele, insbesondere der Minimierung von Energie- und Materialeinsatz, beiträgt.
Laufzeit: 27.09.2022 ‑ 31.03.2025
Gefördert durch:
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| Nils Schmeißer | Reichenhainer Straße 70, Raum C24.013 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: nils.schmeisser@… |
| Ngoc Tu Tran | Reichenhainer Straße 70, Raum C24.019 09126 Chemnitz | Telefon: 0371 / 531 … E-Mail: ngoc-tu.tran@… |