Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die Tragfähigkeit der Verbundfuge von unbewehrten Stahlfaserspritzbetonergänzungen experimentell sowie numerisch untersucht. Die Bewertung der Schubfestigkeit der unbewehrten Verbundfuge erfolgt durch kleinformatige Probekörper ohne Fugennormalspannung und mit Fugennormalspannung. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, des Betonuntergrundes und des Fasergehaltes bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für unterschiedliche Spritzbetonmischungen ermittelt. Die statistische Auswertung der durchgeführten Kleinkörperversuche ohne Fugennormalspannung zeigt, dass bei der verwendeten Fasergeometrie mit den Bemessungsansätzen der Adhäsionstragfähigkeit nach (DIN EN 1992-1-1:2011-01) in Verbindung mit (DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04) für Bauteile, die nachträglich mit Spritzbeton bzw. unbewehrten Stahlfaserspritzbeton ergänzt werden, unter sorgfältiger Nachbehandlung ein ausreichendes Sicherheitsniveau für Fugen der Rauheitskategorie rau, verzahnt und spritzrau erreicht wird.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die technische Weiterentwicklung des Fensters in neuerer Zeit ist verbunden mit einer stetigen Zunahme des Materialeinsatzes. Auf verschärfte gesetzliche Anforderungen hinsichtlich des Wärmeschutzes wurde von den Herstellern meist additiv reagiert, z.B. durch Mehrfachverglasungen oder zusätzliche Luftkammern im Rahmen. Daraus resultieren ein erhöhter Einbauaufwand und ein steigendes Fenstergewicht, welches für ältere Bestandsfassaden Probleme verursachen kann. Über technische Erwägungen hinaus ist für eine moderne Architektur jedoch gewünscht, Glasansichten groß und Rahmenanteile möglichst gering zu halten. Im Projekt ULTRALIGHT entwickelten Forscher deshalb ein ultraschlankes, für Vakuumglas optimiertes Fenstersystem, das durch seine extreme Leichtbauweise gleichzeitig Energiekosten und Material einsparen kann.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Von einer Forschergruppe wurden Alternativen zu herkömmlichen Baumaterialien wie Stahl und Beton entwickelt. Faserverbundwerkstoffe finden schon lange Eingang z.B. in der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Bekannte Vorteile sind z.B. ihre hohen Festigkeiten bei niedrigem Gewicht, geringe Energieaufwendungen bei der Herstellung sowie niedrige Wärmeübergangskoeffizienten, die somit Energiesparende, Wärmebrückenarme Konstruktionen ermöglichen. Auch für das Recycling von Faserverbundwerkstoffen gibt es bereits ausgereifte Konzepte, in dem diese Materialien von der Zementindustrie als wertvolle und energiereiche Zuschlagsstoffe weiterverarbeitet werden. In Rahmen des Projektes wurde die Verwendbarkeit von Faserverbundwerkstoffen für Anwendungen in der textilen Gebäudehülle und der Fenstertechnik erprobt. Dazu wurden die Profile konstruiert, berechnet und mit einem hochautomatisierbaren Pultrusionsverfahren hergestellt. Die daraus entstanden Demonstratoren wurde der Öffentlichkeit vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Formveränderliche Faltwerke gewinnen zunehmendes Interesse als filigrane, materialsparende und wandelbare Hüllelementstrukturen für Fassaden- und Dachkonstruktionen. Sie sind grundlegend aus ebenen Platten aufgebaut, die gelenkig miteinander verbunden sind. Ein neuer Ansatz für eine geeigneten Füge- und Falttechnik ist der Einsatz innovativer 3D-Drucktechnologien für die Entwicklung faserverstärkter Gelenkpunkte zur Verbindung der Plattenelemente. Es konnte eine Fügetechnologie für leichte und formveränderliche Faltwerke aus schubsteifen Plattenelementen entwickelt werden, die auf dem 3D-Druck von Verbindungselementen aus langfaserverstärkten Kunststoff (Polyamid PA 6) basiert. Die Verbindungselemente übernehmen die Funktion eines in mehrere Richtungen faltbaren Gelenkknotens, der Platten aus Glas, Holz, Kunststoff oder Aluminium zu einer tragfähigen faltbaren Struktur verbindet. Die additive Fertigung mit lokaler Faserverstärkung (Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfaser) ermöglicht es unterschiedliche Materialanforderungen an Festigkeit und Steifigkeit in einem Bauteil und einem Fertigungsschritt zu vereinen. Die experimentell ermittelten Materialkennwerte für den Verbundwerkstoff ermöglichen es, die Gelenkknoten beanspruchungsgerecht zu dimensionieren. Mit Hilfe von Demonstratoren konnte die Tragfähigkeit unter Kurzzeitbeanspruchung nachgewiesen werden. Auch als kostenfreier Download erhältlich unter: www.baufachinformation.de/forschungsberichte
Aktualisiert: 2023-06-01
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Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Der entscheidende technologische Vorteil von Thermoplastischen Elastomeren (TPE) gegenüber vernetzten Elastomeren besteht darin, dass TPE entropieelastische Eigenschaften aufweisen, aber nicht irreversibel chemisch vernetzt sind. TPE können immer wieder thermoplastisch umgeformt werden. Aus diesen chemischen Aufbau resultiert auch, dass soe thermisch und dynamisch weniger belastbar sind als „klassische“ Gummierzeugnisse. Vor allem weisen sie eine relativ hohe bleibende Verformung unter Druck (Druckverformungsrest) sowie eine deutlich höhere Kriechneigung bei lang anhaltender oder dynamischer Belastung auf.
Ziel dieses Projektes war es, TPE so zu modifizieren, dass sie sich im Rückstellverhalten und der dynamischen Belastbarkeit deutlich von konventionellen TPE abheben. Der Ansatz dafür war die Optimierung der TPE mit kurzen Fasern. Durch eine solche Modifizierung konnten in Voruntersuchungen mit Elastomeren erhebliche Veränderungen im viskosen, mechanischen und thermischen Verhalten erzielt werden. Um die vielversprechenden Vorteile der Fasermodifizierung für TPE auszunutzen, wurden im Projekt technisch umsetzbare Lösungen gefunden, textilen Kurzschnitt gleichmäßig zu verteilen und die Fasern zu vereinzeln. Zudem wurde die Haftung zwischen der textilen Faser und der TPE-Matrix optimiert.Zur Erreichung der genannten Projektziele wurden umfangreiche Verarbeitungs- und Formulierungsarbeiten durchgeführt und dargestellt. Ein Statistischer Versuchsplan für die Zweischneckenextrusion wurde erstellt, bearbeitet und ausgewertet. Es wurden Rezepturen und Verfahrensparameter erarbeitet und dargestellt, welche eine aussichtsreiche Herstellung und Industrialisierung eines fasermodifizierten TPS erlauben, welches deutliche Vorteile beim Druckverformungsrest unter hohen Temperaturen.
Aktualisiert: 2022-12-08
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In vielen industriellen Infrarotschweißprozessen ist ein Rauchen der infraroterwärmten Bauteilbereiche zu beobachten. In der vorliegenden Arbeit werden die mechanischen Eigenschaften von Infrarotschweißverbindungen mit der Rauchbildung und thermisch-oxidativen Kunststoffbelastung korreliert und zwei Ansätze zur schonenden Erwärmung untersucht. Die Ergebnisse weisen nach, dass eine thermisch-oxidative Kunststoffschädigung zu einer Verschlechterung der mechanischen Schweißnahteigenschaften führt. Das Schweißen in Argonatmosphäre und mit aktiver Strahlerleistungsregelung verhindern die Kunststoffzersetzung und führen in der Regel zu besseren mechanischen Schweißnahteigenschaften. Weiterhin wird deutlich, dass Umstellzeiten ≥ 5 s eine erhebliche Reduzierung der Schweißnahteigenschaften zur Folge haben. Die derzeit übliche Stumpfanordnung der Fügeteile führt beim Infrarotschweißen faserverstärkter Kunststoffe zu einer Faserumlenkung in der Fügenaht und hat zur Folge, dass die Faserverstärkung nicht über die Fügeebene hinweg genutzt werden kann. Im Rahmen der Arbeit wird das überlappende Infrarotschweißen von Organoblechen untersucht. Um Hohlkörper aus Organoblechen mit erhöhter Komplexität, Größe und Steifigkeit herstellen zu können, werden zudem zwei industriell nutzbare Verfahrensvarianten auf Basis des Infrarotschweißens entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass in Plattenprobekörpern und in Hohlkörpern eine Nutzung der Faserverstärkung über die Fügeebene hinweg möglich ist.
Aktualisiert: 2022-05-19
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Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Formveränderliche Faltwerke gewinnen zunehmendes Interesse als filigrane, materialsparende und wandelbare Hüllelementstrukturen für Fassaden- und Dachkonstruktionen. Sie sind grundlegend aus ebenen Platten aufgebaut, die gelenkig miteinander verbunden sind. Ein neuer Ansatz für eine geeigneten Füge- und Falttechnik ist der Einsatz innovativer 3D-Drucktechnologien für die Entwicklung faserverstärkter Gelenkpunkte zur Verbindung der Plattenelemente. Es konnte eine Fügetechnologie für leichte und formveränderliche Faltwerke aus schubsteifen Plattenelementen entwickelt werden, die auf dem 3D-Druck von Verbindungselementen aus langfaserverstärkten Kunststoff (Polyamid PA 6) basiert. Die Verbindungselemente übernehmen die Funktion eines in mehrere Richtungen faltbaren Gelenkknotens, der Platten aus Glas, Holz, Kunststoff oder Aluminium zu einer tragfähigen faltbaren Struktur verbindet. Die additive Fertigung mit lokaler Faserverstärkung (Kohlenstoff-, Glas- oder Aramidfaser) ermöglicht es unterschiedliche Materialanforderungen an Festigkeit und Steifigkeit in einem Bauteil und einem Fertigungsschritt zu vereinen. Die experimentell ermittelten Materialkennwerte für den Verbundwerkstoff ermöglichen es, die Gelenkknoten beanspruchungsgerecht zu dimensionieren. Mit Hilfe von Demonstratoren konnte die Tragfähigkeit unter Kurzzeitbeanspruchung nachgewiesen werden. Auch als kostenfreier Download erhältlich unter: www.baufachinformation.de/forschungsberichte
Aktualisiert: 2023-03-31
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Die Schweißnahtfestigkeit von faserverstärkten Thermoplasten ist üblicherweise geringer als die Materialfestigkeit; die Schweißfaktoren sind somit geringer als 1,0. Das Ziel der beschriebenen Untersuchungen war eine Steigerung der Schweißfaktoren von faserverstärkten Kunststoffen durch eine wirksame Faserverstärkung in der Schweißnaht. Die Arbeiten konzentrierten sich auf die Betrachtung des Schweißprozesses sowie vor- und nachgelagerter Prozesse, wobei der Fokus auf den Verfahren Heizelement-, Infrarot- und Vibrationsschweißen sowie den Materialien PP und PA6 mit Glasfaserverstärkung lag. Die Beurteilung der Schweißnahtqualität erfolgte primär durch die Bestimmung der Kurzzeitzugfestigkeit sowie die Faserorientierung auf Basis von Computertomographieanalysen. Die Untersuchungen leisten einen Beitrag zur Steigerung der Schweißfaktoren von FVK, indem drei Ansätze aufgezeigt werden, mit denen eine Erhöhung der Schweißnahtfestigkeit von faserverstärkten Thermoplasten möglich ist: Wahl der Prozessparameter beim Heizelementschweißen (große Schmelzeschichtdicke, geringer Fügeweg), Wahl der Anfangsfaserorientierung beispielsweise durch Wahl der Position der Fügezone (Faserorientierung vor dem Schweißen längs zur Fügerichtung, Vermeidung von Schweißnähten an der lateralen Seite bei Spritzgussbauteilen), Erhöhung des Matrixmaterialanteils in der Schweißnaht beispielsweise durch Verwendung sandwichspritzgegossener Fügeteile mit unverstärkter Haut- und verstärkter Kernkomponente.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die Tragfähigkeit der Verbundfuge von unbewehrten Stahlfaserspritzbetonergänzungen experimentell sowie numerisch untersucht. Die Bewertung der Schubfestigkeit der unbewehrten Verbundfuge erfolgt durch kleinformatige Probekörper ohne Fugennormalspannung und mit Fugennormalspannung. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, des Betonuntergrundes und des Fasergehaltes bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für unterschiedliche Spritzbetonmischungen ermittelt. Die statistische Auswertung der durchgeführten Kleinkörperversuche ohne Fugennormalspannung zeigt, dass bei der verwendeten Fasergeometrie mit den Bemessungsansätzen der Adhäsionstragfähigkeit nach (DIN EN 1992-1-1:2011-01) in Verbindung mit (DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04) für Bauteile, die nachträglich mit Spritzbeton bzw. unbewehrten Stahlfaserspritzbeton ergänzt werden, unter sorgfältiger Nachbehandlung ein ausreichendes Sicherheitsniveau für Fugen der Rauheitskategorie rau, verzahnt und spritzrau erreicht wird.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Die technische Weiterentwicklung des Fensters in neuerer Zeit ist verbunden mit einer stetigen Zunahme des Materialeinsatzes. Auf verschärfte gesetzliche Anforderungen hinsichtlich des Wärmeschutzes wurde von den Herstellern meist additiv reagiert, z.B. durch Mehrfachverglasungen oder zusätzliche Luftkammern im Rahmen. Daraus resultieren ein erhöhter Einbauaufwand und ein steigendes Fenstergewicht, welches für ältere Bestandsfassaden Probleme verursachen kann. Über technische Erwägungen hinaus ist für eine moderne Architektur jedoch gewünscht, Glasansichten groß und Rahmenanteile möglichst gering zu halten. Im Projekt ULTRALIGHT entwickelten Forscher deshalb ein ultraschlankes, für Vakuumglas optimiertes Fenstersystem, das durch seine extreme Leichtbauweise gleichzeitig Energiekosten und Material einsparen kann.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Von einer Forschergruppe wurden Alternativen zu herkömmlichen Baumaterialien wie Stahl und Beton entwickelt. Faserverbundwerkstoffe finden schon lange Eingang z.B. in der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie. Bekannte Vorteile sind z.B. ihre hohen Festigkeiten bei niedrigem Gewicht, geringe Energieaufwendungen bei der Herstellung sowie niedrige Wärmeübergangskoeffizienten, die somit Energiesparende, Wärmebrückenarme Konstruktionen ermöglichen. Auch für das Recycling von Faserverbundwerkstoffen gibt es bereits ausgereifte Konzepte, in dem diese Materialien von der Zementindustrie als wertvolle und energiereiche Zuschlagsstoffe weiterverarbeitet werden. In Rahmen des Projektes wurde die Verwendbarkeit von Faserverbundwerkstoffen für Anwendungen in der textilen Gebäudehülle und der Fenstertechnik erprobt. Dazu wurden die Profile konstruiert, berechnet und mit einem hochautomatisierbaren Pultrusionsverfahren hergestellt. Die daraus entstanden Demonstratoren wurde der Öffentlichkeit vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-03-31
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In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung sowie die Charakterisierung und Anwendung eines neuartigen energieabsorbierenden Werkstoffs beschrieben. Es handelt sich bei dem entwickelten Werkstoff um einen Polymerbeton, der nachwachsende Rohstoffe als Füllstoffe und Verstärkungen enthält. Die Beschaffenheit der Füllstoffe verleiht dem Werkstoff eine hohe Porosität und die Verstärkungen erhöhen die Duktilität, beides Eigenschaften, mit denen ein hohes Energieabsorptionsvermögen erzielt wird. Die vollständige mechanische Charakterisierung des Polymerbetons in einem weiten Dehnratenbereich erlaubt die Formulierung eines Werkstoffmodells, mit dessen Hilfe das Verhalten unter dynamischer Belastung numerisch simulierbar wird. Auch hier wird ein Fokus auf das Energieabsorptionsvermögen gelegt. Die numerische Simulation erlaubt die Auslegung eines Schutzsystems für Stahlbetonstrukturen unter Verwendung des entwickelten Polymerbetons. Versuche bestätigen die Schutzfunktion des Systems gegen Blastbelastung.
Aktualisiert: 2019-01-24
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