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Durchmischung beim Laserstrahltiefschweißen unter dem Einfluss niederfrequenter Magnetfelder

Durchmischung beim Laserstrahltiefschweißen unter dem Einfluss niederfrequenter Magnetfelder von Gatzen,  Marius
Durch die Ausnutzung elektromagnetischer Volumenkräfte ist eine berührungslose Manipulation des Schmelzbades beim Laserstrahltiefschweißen möglich. Um damit die Schmelzbaddurchmischung beim Schweißen mit Zusatzwerkstoff zu verbessern, wurden koaxial zum Laserstrahl verlaufende niederfrequente Magnetfelder eingesetzt. Ziel dieser Arbeit war es, den dominierenden Wechselwirkungsmechanismen für den Fall niederfrequenter Magnetfelder beim Laserstrahlschweißen zu bestimmen und die Auswirkungen hinsichtlich der erzielten Elementverteilung herauszuarbeiten. Dabei konnte anhand von experimentellen und numerischen Untersuchungen die Dominanz einer strömungsinduzierten und als periodischer Strömungswiderstand wirkenden Volumenkraft festgestellt werden, die zu einer periodischen Umlenkung der Schmelzbadströmung führt. Anhand eines neuartigen Verfahrens zur Bestimmung der Inhomogenität einer Elementverteilung konnte zudem gezeigt werden, dass diese niederfrequente Strömungs-manipulation zu einer signifikanten Verbesserung der Homogenität der Elementverteilung in der geschweißten Naht beiträgt.
Aktualisiert: 2018-11-20
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UV-laserbasierte Oberflächenfluorierung von Polymeren

UV-laserbasierte Oberflächenfluorierung von Polymeren von Kibben,  Simon
Zur Oberflächenfluorierung von polymeren Bauteilen steht mit der direkten Fluorierung durch elementares Fluorgas ein etabliertes Werkzeug zum gezielten Einstellen der Oberflächenenergie dieser Bauteile zur Verfügung. Hierdurch lässt sich der Kontaktwinkel verschiedener Flüssigkeiten auf dieser Oberfläche einstellen. Sollen aber nur bestimmte Bereiche der Oberfläche fluoriert werden, ist das Verfahren nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges Verfahren untersucht, welches eine lokale Fluorierung der Polymeroberfläche in einem einzelnen Prozessschritt ermöglicht. Das Bauteil wird einem Precursorgas ausgesetzt. Das Precursorgas beinhaltet Fluor in gebundener Form, welches durch UV-Photonen abgespalten werden kann. Die so gebildeten Fluorradikale reagieren hauptsächlich in der Nähe ihres Erzeugungsortes mit dem Polymer, sodass durch die Wahl der UV-Intensitätsverteilung auf der Probenoberfläche die Form der lokalen Fluorierung bestimmt werden kann. Mit dem untersuchten Verfahren lassen sich gezielt hydrophile und hydrophobe Bereiche auf Polymeroberflächen erzeugen, die z. B. in m Bereich des Flüssigkeitshandlings bei sehr geringen Volumina eingesetzt werden können.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Heißrissvermeidung beim Schweißen von Aluminiumlegierungen mit einem Scheibenlaser

Heißrissvermeidung beim Schweißen von Aluminiumlegierungen mit einem Scheibenlaser
Der Einsatz moderner Scheibenlaser mit hoher Strahlqualität ermöglicht die Herstellung deutlich tieferer und schlankerer Nähte. Bei der Erstarrung ergibt sich im Schweißgut üblicherweise eine grobe und stängelige Kornstruktur, was zur Heißrissbildung in Aluminiumschweißnähten führen kann. Ziel der Arbeit ist es daher, die Schweißeignung beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen durch Kornfeinung zu erhöhen. Dazu wurde die Kornstruktur experimentell in Abhängigkeit der Ti/B-Gehalte im Schweißgut und Schweißparameter untersucht. Darauf basierend wurde der Einfluss der Kornfeinung auf die Heißrissanfälligkeit mittels des DELTA-Tests ermittelt. Um die Mechanismen der Heißrissvermeidung durch Kornfeinung zu verstehen, wurde ein analytisches Modell entwickelt, in dem die Einflüsse der Kornstruktur auf die drei Elementarprozesse: die Nachspeisungsdauer, den Kapillardruck und die Permeabilität beschrieben sind. Es wurde festgestellt, dass die Heißrissanfälligkeit durch eine Kombination dieser drei Elementarprozesse bestimmt wird. Mit diesem Modell kann die Heißrissanfälligkeit in Abhängigkeit der Kornstruktur quantitativ vorhergesagt werden. Dadurch wurde die Wissensbasis für eine kontrollierbare Erhöhung der Schweißeignung durch Kornfeinung geschaffen.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Simulation thermischen Biegens mittels Gebietszerlegung

Simulation thermischen Biegens mittels Gebietszerlegung von Grden,  Martin
Die Anwendung lokaler Wärmequellen zum Umformen von Metallstrukturen stelle eine flexible Methode dar, die keine speziellen Werkzeuge und keine großen externen Kräfte voraussetzt. Große Biegewinkel lassen sich in einem inkrementellen Vorgehen (mehrfaches Bestrahlen) erreichen. Nichts desto trotz sind indusstrielle Anwendungen dieser Methode bislang rat. Ein Grund dafür ist der oft industrie-untaugliche Rechenzeitaufwand geeigneter Planungswerkzeuge. Diese Arbeit widmet sich daher der Erarbeitung einer neuen Simulationsmethode, welche zum Ziel hat, die Recheneffizienz gegenüber dem konventionellen Ansatz wesentlich zu steigern. Das Resultat ist ein neuer Ansatz, der sich den inkrementallen Charakter des Biegeprozesses zunutze macht und zudem das Bauteilmodell in Teilstrukturen zerlegt.
Aktualisiert: 2018-11-20
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Laserbearbeitung: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends

Laserbearbeitung: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends von Seefeld,  Thomas, Vollertsen,  Frank
Die Entwicklung von Festkörperlasern hoher Leistung schreitet mit unverminderter Geschwindigkeit voran. Die aktuelle Spitzenreiterposition wird von einem 25 kW Scheibenlaser mit einer fast nur beugungsbegrenzten Strahlqualität besetzt. Mit Hilfe solcher technischer Lösungen kann die durch den Lasereinsatz möglich werdende hohe Produktivität in einen Wettbewerbsvorteil umgesetzt werden, der durchaus eine Kombination aus Kostenvorteil und Technologieführerschaft sein kann. Der konzentrierte Energieeintrag in das Bauteil ermöglicht eine präzise Bearbeitung und führt gleichzeitig zu einer Prozesseffizienz, die sich positiv auf die Amortisation der hohen anfänglichen Kosten der Lasermaterialbearbeitung auswirkt. In Zeiten rasanter steigender Energiekosten verbessert sich die Wirtschaftlichkeit des Lasereinsatzes im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren, die Bedeutung der Anschaffungskosten in den Total Costs of Ownership nimmt ab. Die hohe Energieeffizienz moderner Strahlquellen verbessert zusammen mit dem sinkenden Invest pro Kilowatt Laserleistung die Kostenrechnung zusätzlich. Die sinkenden Kosten für Laserstrahlleistung hoher Qualität machen in zunehmendem Maß Lösungen wirtschaftlich, so dass immer wieder zusätzliche Verfahrensvarianten sinnvoll umsetzbar werden. Um hier auf dem aktuellen Stand zu bleiben, bedarf es geeigneter Informationsquellen. Zum 6. Mal bietet das LAF eine solche effektive Plattform für Experten aus Forschung und industrieller Anwendung. Berichte aus aktuellen Forschungsarbeiten und Vorträge zum industriellen Einsatz der Lasertechnik zeigen die Trends in den Anwendungsfeldern Laserschweißen und –löten sowie in der Laser-Oberflächenbearbeitung auf. Das Spektrum der Referenten reicht von Wissenschaftlern über Entwickler von Prozess- für Systemtechnik bis zu Laseranwendern aus dem Transportmittelbau, den Zulieferindustrien, der Lohnfertigung und benachbarten Branchen. So wird zum einen ein aktueller Überblick über den Einsatz und die Möglichkeiten der Laserbearbeitung gegeben, zum anderen werden anwendungsspezifische Anforderungen an Technik, Entwicklung und Forschung aufgezeigt. Damit bietet das LAF’08 die Möglichkeit, neue Wege und Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnologie zu diskutieren und fördert einen branchenübergreifenden Informationsaustausch, insbesondere durch die persönlichen Kontakte. Das Laser-Anwenderforum wird vom Bremer Institut für angewandte Strahltechnik gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Schweißen von Aluminiumlegierungen, dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren, dem Kompetenznetz HansePhotonik, dem International Institute of Welding, dem VDI Technologiezentrum sowie der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik ausgerichtet. Besonderer Dank gilt den Referenten für ihr Engagement und die Überlassung der Manuskripte, den Sponsoren für die Unterstützung der Veranstaltung, sowie allen, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mit großem Einsatz mitgewirkt haben. Stellvertretend für dieses Team sei an dieser Stelle Frau H. Weers und Herrn D. Reitemeyer ausdrücklich gedankt.
Aktualisiert: 2020-02-17
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UV-lasergestütztes Vorbehandlungsverfahren zur gezielten Modifizierung der Oberflächen von Polypropylen

UV-lasergestütztes Vorbehandlungsverfahren zur gezielten Modifizierung der Oberflächen von Polypropylen von Breuer,  Jürgen, Jüptner,  W., Sepold,  G
Die vorliegende Arbeit entstand neben meiner Tätigkeit am BIAS, Bremer Institut für angewandte Strahltechnik. Herrn Prof. c. h. Prof. Dr.-Ing. G. Sepold bin ich fiir die Betreuung und großzügige Förderung dieser Arbeit zu besqnderem Dank verpflichtet. Herrn Prof. Dr.-Ing. N. Räbiger gilt mein Dank für die Übernahme des Korreferates. Herrn Prof. Dr.-Ing. G. Grathwohl danke ich für die Begleitung durch die abschließende Prüfung ebenso wie Herrn Prof. Dr. S. Metev, der mir auch mit grundlegenden Anregungen und wertvollen konstruktiven Diskussionen bei der Erstellung der Arbeit zur Seite stand. Meinen Dank möchte ich auch allen Mitarbeitern des BIAS aussprechen, die mich freundschaftlich bei meiner Arbeit unterstützt und zu ihrem Gelingen beigetragen haben. Herrn Dr. S. Savtchenko danke ich fiür seine Unterstützung bei der Programmierung der Berechnungen, Herrn A. Tewes für seine Geduld bei den experimentellen Untersuchungen und bei der mühsamen Aufbereitung der angefallenen Daten sowie Herrn A. Klett für die Unterstützung bei der Herstellung der Experimentalaufbauten. Herrn Dr. V. Schlett vom Institut für angewandte Materialforschung in Bremen danke ich für die unkomplizierte Unterstützung bei der Lösung von Problemen bezüglich der Analyse. Hier zwar an letzter Stelle genannt, aber nicht zuletzt, bedanke ich mich bei meiner Familie, die durch Ihre Geduld und Rücksichtnahme die Fertigstellung der Arbeit ermöglicht hat.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Ein verallgemeinertes Geometriemodell für das Streifenprojektionsverfahren zur optischen 3D-Koordinatenmessung

Ein verallgemeinertes Geometriemodell für das Streifenprojektionsverfahren zur optischen 3D-Koordinatenmessung von Andrä,  Peter
In der vorliegenden Arbeit wird ein neues, physikalisch basiertes Geometriemodell des Streifen projektionsverfahrens zur Umrechnung von Phasenmeßdaten in 3D-Koordinaten entwickelt. Es beschreibt flexible Meßanordnungen mit den wesentlichen Aufbaugrößen, wobei reale Eigenschaften optischer Abbildungssysteme berücksichtigt werden. Der geometrische Zusanm1enhang zwischen Kamera und Projektor wird auf einfache Abhängigkeiten reduziert. Dadurch ist das Modell kompakt und in der Anwendung effektiv bei weitgehender Wahrung von Allgemeingültigkeit. Zur einheitlichen Beschreibung des Meßprinzips optischer Koordinatenmeßverfahren wird das Konzept der Meßsensitivität eingefülut und eine allgemeine Grundgleichung abgeleitet. Damit können unterschiedliche Meßanordnungen durch Gleichungssysteme einheitlicher Grundstruktur modelliert werden. Für die praktische Anwendung des Geometriemodelles müssen die Modellparameter zuverlässig bestimmt werden. Dafür wird ein neues, modellbasiertes Kalibrierverfahren entwickelt, das die Modellparameter mit ausreichender Genauigkeit identifiziert. Aufgrund der Modellstruktur verringert sich die Anzahl der zu bestinu11enden Aufbaugrößen wesentlich und die Identifikationsaufgabe läßt sich auf einfach zu lösende lineare Probleme zurückfuhren. Durch Anwendung des neuen Geometriemodells und Kalibrierverfahrens wird ein reproduzierbar genaues und gleichzeitig mit vertretbarem Aufwand praktikables Fomuneßverfahren für komplex-strukturierte Objekte realisiert. Das Meßverfahren garantiert eine obere Grenze systematischer Koordinatemneßabweichungen, die unter dem durch die Phasemnessung gegebenen Rauschniveau liegt. Die durch das Auswerteverfahren gegebene Flexibilität bzgl. der Meßkomponenten ermöglicht eine optimale Anpassung der Meßanordnung an die Gegebenl1eiten des Meßobjektes.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Aufbau gradierter Nickelbasis-Chromkarbid-Verbundwerkstoffe durch Laserstrahl-Pulverbeschichten

Aufbau gradierter Nickelbasis-Chromkarbid-Verbundwerkstoffe durch Laserstrahl-Pulverbeschichten von Theiler,  Carmen
Beim Aufbau von mehrlagigen, verschleißfesten Schichten und freistehenden Strukturen aus einem Metall-Hartstoff-Verbundwerkstoff mit dem Laserstrahlbeschichtungsverfahren treten thermisch induzierte Eigenspannungen auf, die zu Defekten und Rissen und letztendlich zum Schichtversagen führen können. Neben den verfahrenstechnischen Einflussgrößen, welche die Wärmeführung beim Beschichten bestimmen, hat auch die verwendete Materialkombination einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenspannungssituation des erzeugten mehrlagigen Schichtenverbundes und folglich auf die Rissproblematik. Durch eine Optimierung des Laserstrahi-Pulverbeschichtens sowie durch Einbringen eines Konzentrationsgradienten können die thermisch induzierten Zugeigenspannungen in der Beschichtung auf ein Minimum reduziert und rissfreie Beschichtungen erzeugt werden. Eine Gradierung der chemischen Zusammensetzung, d.h. eine quasi kontinuierliche Erhöhung des Hartstoffanteils entlang der mehrlagigen Beschichtung bei gleichzeitiger quasi kontinuierlicher Abnahme des Metallanteils, minimiert die Eigenspannungskonzentrationen am Grenzflächenbereich. Rissfreie, gradierte Nickelbasis-Chromkarbid-Verbundwerkstoffe mit einem Hartstoffanteil bis 70 vol% konnten erzeugt werden. Durch eine Anpassung der Prozessparameter sowie durch Wahl einer geeigneten Materialkombination können sowohl die mechanischen als auch die tribologischen Eigenschaften optimiert werden.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends

Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends von Seefeld,  Thomas, Vollertsen,  Frank
Bereits zum fünften Mal findet in Bremen ein Laser-Anwenderforum statt. Die Fortschreibung des Themenschwerpunkts: „Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends“ steht dabei für Kontinuität. Das LAF'06 bietet ein effektives Forum für Experten aus Wissenschaft und industrieller Anwendung. Referenten aus der Praxis berichten und diskutieren kompetent über den derzeitigen Stand, die Chancen und die offenen Fragen beim industriellen Einsatz der Lasertechnik. Ziel des LAF'06 ist, dem Anwender einen aktuellen Überblick über Einsatz und Möglichkeiten des Laserstrahlfügens zu verschaffen, anwendungsspezifische Anforderungen an Technik, Entwicklung und Forschung aufzuzeigen, neue Wege und Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnologie zu diskutieren, und nicht zuletzt durch persönliche Kontakte den Informationsaustausch auch branchenübergreifend zu fördern. Das Laserstrahlschweißen ist heute ebenso wie das Laserstrahllöten in vielen Anwendungen bereits ein etabliertes Standardverfahren. Insofern ist ihm der Nimbus des Neuen inzwischen abhanden gekommen. Dennoch bleibt das Laserstrahlfügen ein Hightech-Verfahren, das mit Blick auf die Produktqualität sowie die Produktivität und Wirtschaftlichkeit große Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren bieten kann, dessen Einsatz aber wegen seiner Komplexität auch besondere Sorgfalt und Aufmerksamkeit verlangt. Deshalb muss beim Einstieg in das Laserstrahlfügen auch nach wie vor eine hohe Aktivierungsenergie als Investition in die Systeme und für den Erwerb von Know-how aufgebracht werden. Dies bleibt eine Hemmschwelle, so dass es sich in vielen Bereichen wie beispielsweise der flexiblen Lohnfertigung bisher nicht in dem Maße durchsetzt, wie man es nach dem Beispiel des Laserstrahlschneidens vielleicht hätte erwarten können. Die Verbesserung der Produktqualität sowie der Produktivität und Wirtschaftlichkeit ist das Thema, welches sich hinter der aktuellen Diskussion um neue Strahlquellen verbirgt. Hohe Leistung und bessere Fokussierbarkeit sind die wesentlichen Merkmale. Welchen Einfluss die hohe Brillanz der Quellen auf den Schweißprozess hat und welchen Nutzen der Anwender daraus ziehen kann, soll auf diesem Laser-Anwenderforum beleuchtet werden. Über die Strahlquellendiskussion hinaus sollte jedoch nicht übersehen werden, dass andere Themen für die Anwender eine ebenso wichtige Rolle spielen. Dazu gehört vor allem die Frage nach der sicheren Beherrschung der Fügeprozesse und der Sicherung der Qualität in der Fertigung, wozu ein fundiertes Prozessverständnis, anforderungsgerechte systemtechnische Lösungen und eine sinnvolle Überwachung der Prozesse wichtige Beiträge liefern. Das Laser-Anwenderforum wird vom Bremer Institut für angewandte Strahltechnik gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Schweißen von Aluminiumlegierungen, dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren, dem Kompetenznetz Hansephotonik, dem VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien sowie der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik ausgerichtet. Wir danken besonders den Referenten für ihr Engagement und die Überlassung der Manuskripte, den Sponsoren für die Unterstützung der Veranstaltung, sowie allen, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mit großem Einsatz mitgewirkt haben.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Laserstrahlfügen von Aluminium mit Stahl

Laserstrahlfügen von Aluminium mit Stahl von Radscheit,  Carolin
Die Motivation für die Entwicklung eines lasergestützten Verfahrens zum Fügen von Aluminium mit Stahl war eine mögliche Gewichtsreduzierung im automobilen Karosseriebau. In der konventionellen Schweißtechnik existiert kein Verfahren, mit dem es möglich ist, Aluminium mit Stahlblechen als kontinuierliche Dichtnähte miteinander zu verbinden. Durch Ausnutzung der Unterschiede in den Werkstoffeigenschaften von Aluminium und Stahl sowie der Eigenschaften der Nd:YAG-Laserstrahlung konnte ein Verfahren entwickelt werden, mit dem erstmals thermisch gefügte Aluminium-Stahl-Verbindungen mit guten Gebrauchseigenschaften hergestellt werden können.
Aktualisiert: 2020-11-19
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