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Labor Werkstoff-und Fügetechnik

Arbeitsgebiete

Arbeitsgebiete

Betriebsfestigkeit

Die Betriebsfestigkeit als Teilbereich der Werkstoffkunde besch?ftigt sich mit dem Verformungs- und Versagensverhalten von Werkstoffen unter zyklischer Beanspruchung. Bauteile sind im Wesentlichen einer zyklischer Beanspruchung ausgesetzt. Da die ertragbare Belastung unter zyklischer Beanspruchung wesentlich geringer ist erfordert dies Prüfungen zur Betriebsfesten Auslegung. Ein zentrales Diagramm ist die W?hler-Kurve. In dieser wird die ertragbare Amplitude einer Belastung über ihrer zyklisch wiederkehrenden Anzahl dargestellt.

Bruchmechanik

  • Statische und dynamische Bruchmechanik zur Bestimmung der Bruchz?higkeit, des Schwellenwerts und Parameter für Rissfortschrittkurve
  • Resonanzprüfmaschinen mit Rissfortschrittsmessung

Experimentelle Beanspruchungsanalyse

  • Experimentelle Ermittlung der Bauteilbeanspruchung w?hrend des Betriebes
  • Station?re und mobile Messtechnik für Dehnmessstreifen, Kraft, Verformung, Temperatur, Druck und Beschleunigung
  • Eigenspannungsmessung (Bohrlochmethode)

Fügetechnik

Das Labor für Werkstoff- und Fügetechnik (LFW) ist das Kompetenzzentrum der Hochschule Esslingen für Fügetechnik. Dank der Industrien?he verfügt das Labor LFW über neuste Prozess- und Prüftechnik die sowohl für Forschung als auch für Lehre zur Anwendung kommt. Die Palette der Prozesstechnik reicht dabei von einfachen Handger?ten bis hin zu station?ren und robotergeführten Anlagen. Es verfügt über ein Laserbearbeitungszentrum TruLaser Cell 3000, sowie Einrichtungen für das Lichtbogenschwei?en (MIG, MAG, WIG), Widerstandspunktschwei?en, Lichtbogenbolzenschwei?en, L?ten und Kleben, sowie die mechanischen Fügeverfahren Clinchen und Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen (ImpAcT, Rivtac ?).
Dank der vorhandenen Messtechnik ist es m?glich die Verfahren in ihrem Prozessablauf detailliert zu untersuchen (Videoanalyse bis zu 125.000 Bilder/s, Thermographie, thermische, mechanische und elektrische Prozessgr??en). Darüber hinaus besteht im Labor die M?glichkeit zur Oberfl?chenanalytik durch Messung von ?bergangswiderst?nden.
Im Rahmen der studentischen Ausbildung, wissenschaftlichen Forschungsarbeiten und des Technologietransfers werden die vorhandenen Verfahren der mechanisch-technologischen Prüfung, der zerst?rungsfreien Prüfverfahren (ZfP) und der numerischen Simulation (FEM) in Korrelation mit den gewonnenen Prozessdaten zur Beurteilung der Fügeeignung, der Verfahrensentwicklung und zur Qualit?tssicherung in der Produktion genutzt.

Zerst?rungsfreie Prüfung ZfP

Die Bewertung von Bauteilen mittels zerst?rungsfreier Prüfungen hat einen entscheidenden Vorteil. Sie ist zerst?rungsfrei! Das bedeutet dass Bauteile nach einer Prüfung weiter verwendet werden k?nnen bzw. erm?glicht erst eine 100% Prüfung in der Produktion. Neben Forschungsthemen im Bereich der aktiven Thermografie werden in Laborversuchen die Grundlagen vermittelt. Dabei werden die St?rken und Schw?chen unterschiedlicher Verfahren beleuchtet und in der Anwendung weiter vermittelt. Die Studenten sind anschlie?end in der Lage zwischen verschiedenen Wirkmechanismen zu unterscheiden und das geeignete Verfahren zu w?hlen. Das Labor verfügt über penetrative, magnetische, induktive, elektrische, potential, thermische und schall- Verfahren.

Laborübungen und Projekte

Laborübungen und Projekte

Experimenteller und rechnerischer Betriebsfestigkeitsnachweis

Im Labor ?Experimenteller und rechnerischer Betriebsfestigkeitsnachweis“ zur Vorlesung ?Bauteilsicherheit und ‐zuverl?ssigkeit führen Sie mit einem instrumentierten Rennrad (DMS an Gabel, Lenker, Sattel) mehrere Messfahrten durchführen. Dabei werden die Belastungen w?hrend dem Betrieb des Fahrrades aufgezeichnet und sp?ter mit einer Messsoftware analysiert. Mithilfe der gewonnen Erkenntnisse sind sie dann in der Lage eine Aussage über die Lebens- bzw. Gebrauchsdauer des Fahrrades zu machen.

Computational Life Time Assessment

In the modern world of engineering fatigue is a crucial factor, and therefore also the ability of its prediction. Although the experimental approach is commonly used, the more cost efficient approach of computational assessment is often used as part of a holistic solution.
Using the software “winLIFE” and the theories of “Nominal Stress Concept” and “Local Strain Concept” the life time of a steering link subjected to a dynamic load will be assessed. Different geometries of the link, as well as, different loading spectrums will be considered and optimized.

Component flow curve

A flow curve characterizes the mechanical behavior of a material. That is the relation between the applied load and the resultant deformation. This characterization defines the properties of a material both in the elastic and plastic areas, as well as, under static and dynamic loads.
In the “Component flow curve” lab we will produce the experimental flow curves of specimens with different geometries, and the relevant theories will be put to the test. For this aim we will apply strain gauges and load the specimens in a tensile machine, both statically and dynamically. The results will be used to determine the relevant properties of the material and to estimate the life-time of the tested component.

Fertigungstechnik

Im Rahmen der Laborversuche wird aufgrund der gro?en Teilnehmerzahl der Schwerpunkt auf die Vermittlung von werkstoff- und verfahrenstechnischen Grundlagen gelegt, um den Kenntnisstand der Erstsemester anzugleichen. Die Inhalte der Versuche dienen dem grunds?tzlichen Verst?ndnis der Fertigungstechnik dienen.

Fügetechnik

Fügetechnik ist die Lehre über das Verbinden von mindesten zwei Fügepartnern. Im Labor Werkstoff- und Fügetechnik (LFW) liegt der Fokus auf dem Fügen von metallischen Bauteilen. Die Laborübung geht auf die Grundlagen der form-, kraft- und stoffschlüssigen Verfahren ein. Anhand einer Auswahl von punkt- und nahtf?rmigen Fügeverbindungen werden den 足球外围前十平台den - über die Grundlagen hinaus gehend - Anwendungen im Bereich der Fahrzeugtechnik, des Maschinenbaus sowie der Feinwerktechnik und Elektrotechnik vorgeführt und deren technischen M?glichkeiten aufgezeigt.

Gefügeumwandlung beim Lichtbogenschwei?en

Der W?rmeeintrag beim Schwei?en führt im Bereich der Fügestelle zu einer lokal begrenzten W?rmeeinflusszone (WEZ) und einer daraus resultierenden Gefügeumwandlung (W?rmebehandlung der Bauteile). Solche Ver?nderungen im Gefüge sind meist unerwünscht, da sie u.a. die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Bauteils nachhaltig ver?ndern. Der Laborversuch zeigt zum einen die Auswirkungen auf das Bauteil auf und geht auf geeignete Verfahrensparameter zur Verbesserung der Qualit?t der Fügeverbindung ein. Zur Absch?tzung der Abkühlzeiten (t8/5-Konzept) für zwei- und dreidimensionale W?rmeleitung und der daraus resultierenden Gefügeumwandlungen werden geeignete  Berechnungs-verfahren vorgestellt.

Zerst?rungsfreie Prüfung ZfP

Aufgabe der ZfP ist es Bauteile auf Sch?den und Unregelm??igkeiten hin zu prüfen ohne diese zus?tzlich zu besch?digen. Die ZfP reicht dabei von der einfachen Sichtprüfung bis hin zu technisch anspruchsvollen Prüfungen wie R?ntgen. Anwendung findet diese in der Fertigung um zum Beispiel die Ma?haltigkeit von Bauteilen zu prüfen, also hat die M10 Schraube wirklich einen Durchmesser von 10 mm, oder zur Schadensanalyse. Bei der Schadenanalyse wird geprüft was zum Versagen des Bauteils geführt hat.
In der Laborübung werden ein Verfahren der Durchstrahlungsprüfung, ein Verfahren der Magnetflussprüfung und ein Verfahren der Sichtprüfung von den Studenten eigenst?ndig durchgeführt. Dabei lernen die Studenten welche m?glichen Fehler in der Anwendung gemacht werden k?nnen und wo die M?glichkeiten und Grenzen der Verfahren liegen. Im Anschluss an die Laborübung ist es dann die Aufgabe die detektierten Fehler auf eine m?gliche Schadensursache zurückzuführen.

Laborausstattung

Laborausstattung

Mechanische Fügeeinrichtungen
Handschwei?ger?te
Roboterschwei?einrichtungen
Statische Festigkeitsprüfung
Schwingfestigkeit
?bergangswiderstandsprüfung
Highspeevideodanalyse
Thermografieanalyse
Zerst?rungsfreie Prüfung
Workstation zur Simulation

Forschung

Forschung

Forschungsprojekt: Aktive Thermografie zur Inlinedetektion von Oberfl?chennahen Fehlern

Das Ziel der 0-Fehler Herstellung von Halbzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten gro?e Fortschritte gemacht. Bei der Inlinedetektion von Oberfl?chennahen Fehlern gibt es jedoch noch Defizite. Die im Labor erzielten Ergebnisse konnten bisher nicht in die Produktion überführt werden. Diese ist allerdings die Grundlage für die Prozesssteuerung und im Weiteren der Vermeidung von Oberfl?chennahen Fehlern. Daher wird an der Hochschule Esslingen, deren Kernkompetenz in der angewandten Forschung liegt, an L?sungen geforscht. Der Fokus liegt auf der Anwendbarkeit in der Produktion.

Forschungsprojekt: Einfluss der Kantenbearbeitung auf das Schwingfestigkeitsverhalten von hochfestem Stahlfeinblech

Experimentelle Ermittlung des Einflusses des Kantenzustands auf das Festigkeitsverhalten unter schwingender Belastung von Stahlfeinblechen in Abh?ngigkeit der Kantenbearbeitung, des Werkstoffs, der Beanspruchungsart und des Spannungsgradienten. Die Kantenherstellung erfolgt durch Fr?sen bzw. Fr?sen und Polieren, Laserstrahlschneiden und Scherschneiden mit verschiedenen Prozessparametern. Zur Ermittlung des Werkstoffeinflusses werden Versuche an den h?chstfesten Stahlgüten DP1000 und CP1000 durchgeführt. Zur ?bertragbarkeit werden erg?nzend Versuche unter mittelspannungsbehafteter Beanspruchung durchgeführt.
Für den h?chstfesten pre?geh?rteten Stahl 22MnB5 soll die Prozessreihenfolge beim Laserschneiden hinsichtlich des Einflusses auf das Schwingfestigkeitsverhalten optimiert werden.

Forschungsprojekt: Neue in-situ polymerisierbare Einkomponenten-Matrixsysteme zur Steigerung der Produktivit?t im hybriden Leichtbau ("FAST-Matrix")

Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix besitzen hohe Z?higkeiten und zeigen in Kombination mit textilen Verst?rkungen ein gutes Crashverhalten. Untersucht werden sollen neu entwickelte Einkomponenten-Matrixsysteme aus in-situ polymerisierbaren Vorstufen. Diese Polymervorstufen haben den Vorteil, dass sie mit sehr niedriger Viskosit?t in das Fasermaterial (Carbonfasern) eingebracht werden k?nnen (z.B. über RTM-Verfahren) und dann in sehr kurzer Zeit thermisch induziert zum thermoplastischen Matrixpolymer (z.B. Polyamid 6) aush?rten. Dies er?ffnet neue M?glichkeiten zur Prozess- und Kostenoptimierung, vor allem im Bereich hybrider Leichtbau. Im Projekt sollen CFK-Modellk?rper mit den neuen Matrixpolymeren hergestellt und auf ihre mechanischen Eigenschaften geprüft werden.

Forschungsprojekt: RTM CAE/CAx-Aufbau einer durchg?ngigen CAE/CAx-Kette für das RTM-Verfahren vor dem Hintergrund der Herstellung von Hochleistungsverbundwerkstoffen

Hochleistungsverbundwerkstoffe bekommen vor dem Hintergrund des Leichtbaus eine zunehmende Bedeutung als Leichtbauwerkstoffe. ?bergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist die Schaffung einer durchg?ngigen numerischen Modellierung der kompletten Prozesskette von der Faserherstellung bis hin zum fertigen Bauteil.  Aufgabe der Hochschule Esslingen ist die Ermittlung von Werkstoffkennwerten unter quasistatischer und unter zeitlich ver?nderlicher Beanspruchung für die Materialmodelle in der Simulationsumgebung sowie die Kl?rung der Sch?digungsmechanismen und des Sch?digungsverlaufs.

Forschungsprojekt: Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen (Nageln) in der Elektrotechnik - Untersuchung zum Einfluss der Bauteilsteifigkeit auf den Prozessablauf und die Qualit?t der Fügeverbindung

Das Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen ist eine neuartige Technologie, die aktuell zum Fügen von Stahl- und Aluminium- Blechen verwendet wird. Hierzu wird ein nagel?hnliches Fügeelement beschleunigt und in Bleche eigetrieben. Ziel des BMBF-足球外围前十平台s ist es, die m?glichen Anwendungen für den Werkstoff Kupfer zu untersuchen. Dabei soll aufgezeigt werden, ob sich bei ausreichend hohen ?rtlichen Umformgraden neben Pressverbindungen (Form- und Kraftschluss) auch stoffschlüssige Kaltpressschwei?verbindungen an Kupferwerkstoffen erwarten lassen.

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Achtung, nur bis zum 15. Januar l?uft die Bewerbungsphase.

Bitte beachten Sie teilweise abweichende Bewerbungsfristen bei den Masterstudieng?ngen.

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Hermann Lücken
Prof. Dr.-Ing. Hermann Lücken

Montags, 11:15-12:15 (Präsenz, Hochschule Stadtmitte)

Freitags 11:00-12:00 (Webex: https://hs-esslingen.webex.com/meet/hermann.luecken)

Zu beiden Sprechstundenterminen bitte unbedingt vorher per Email anmelden.

Alternativtermine nach Vereinbarung.