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Charakterisierung der Wandler für Luftultraschallprüfung aus zellulärem Polypropylen-Ferroelektret
(2011)
In den letzten Jahren stieg die Anfrage für zerstörungsfreie Prüfung (ZIP) mit Luftultraschall deutlich. Die klassische ZfP mit Ultraschall nutzt Flüssigkeiten als Koppelmittel zwischen dem Wandler und dem Prüfkörper. Für die Prüfung von Gegenständen mit empfindlicher Oberfläche, die das Koppelmittel beschädigen oder verunreinigen kann, ist deswegen Luftultraschall besser geeignet. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise der Nachweis von Delaminationen in glas- und kohlefaserverstärkten Verbundwerkstoffen sowie Sandwichbauteilen, die in der Luftfahrt- und der Automobilindustrie eingesetzt werden.
Die industrielle Computertomographie (CT) ist ein gut bekanntes Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken. In den letzten Jahren wird die CT aber zunehmend auch für dimensioneile Messungen von Werkstücken eingesetzt. Der wesentliche Vorteil der CT liegt in der Kompletterfassung mit hoher Messpunktdichte, die auch für andere Messverfahren unzugängliche, innere Geometrien einschließt. An kleinen Bauteilen können Strukturen bis herunter zu wenigen Mikrometern gemessen werden, wodurch sich das Verfahren gut für die Messung von Mikroteilen eignet. Nachteilig ist, dass viele Einflussgrößen das Messergebnis beeinflussen, was die Rückführung der Messergebnisse, die Bestimmung der Messunsicherheit und die Definition von Spezifikationen für CT-Anlagen erschwert.
Der Beitrag stellt nach einer Einführung in das Verfahren Anwendungsbeispiele der CT an Mikroteilen vor. Darüber hinaus geht der Beitrag auf Prüfkörper und -verfahren zur Einmessung und Überprüfung von CT-Anlagen ein und berichtet über aktuelle Normungsaktivitäten. Abschließend werden Möglichkeiten zur weiteren Steigerung der Auflösung aufgezeigt, um zukünftig möglicherweise auch Nanogeometrien messen zu können.
Eine stets optimale Nutzung von Anlagen, Rohstoffen und Energie in Verbindung mit einer guten Prozessführung sind die wichtigsten Voraussetzungen für globale Wettbewerbsvorteile der Chemisch Pharmazeutischen Industrie und für die Branchen Energieerzeugung, Petrochemie, Nahrungsmittel, Papier- und Zellstoff oder Wasserversorgung. Überlegene Verfahren erfordern die fortwährende Kontrolle der geforderten Produktqualität, ihre präventive Sicherstellung und eine ständige Verbesserung des Wissens über den Prozess. Sensoren helfen dabei, alle wichtigen Messgrößen an kritischen Stellen transparent zu machen.
Sie sind die 'Sinnesorgane der Prozessleittechnik' für automatisierte Verfahren. Allein aufgrund stetig wachsender Anforderungen an Sensoren ergibt sich für viele Messaufgaben die Notwendigkeit einer ständigen Verbesserung der Sensoren. Für völlig neue Aufgaben müssen jedoch neue Messprinzipien gefunden werden, weil heute noch keine Sensor-Technologie existiert oder die wachsenden Anforderungen nicht mehr allein durch Weiterentwicklung bestehender Technologien erfüllt werden können.
Ende 2009 wurden Anforderungen und Wege für die konsequente Weiterentwicklung und Verbesserung von Prozess-Sensoren aus Anwendersicht aufgeschrieben. Das Projekt wurde von NAMUR und GMA initiiert und gemeinsam mit Industrieanwendern und Geräteherstellern als Technologie-Roadmap 'Prozess-Sensoren 2015+' veröffentlicht.
Was ist aus den Wünschen seither geworden? Wie kann die Umsetzung dieser Entwicklungsziele von den Geräteherstellern wirtschaftlich und marktgängig erfolgen? Wie werden neuartige Forschungsziele mit der angemessenen Forschungsförderung am besten vorangebracht?
Aus wirtschaftlich-technischer Perspektive ergeben sich in den letzten zehn Jahren hinsichtlich der Werkstoffinnovation und -auswahl für geschweißte Rohrleitungen im Wesentlichen zwei Entwicklungsrichtungen:
Im Bereich der niedriglegierten Stähle werden immer höher festere Feinkombaustähle mit Streckgrenzen von inzwischen über 900 MPa verwendet. Wirtschaftliches Ziel ist hierbei eine möglichst hohe Kosteneinsparung durch Reduktion der Wanddicke.
Für korrosionsbeanspruchte Komponenten, unter anderem im Petrochemie- und Energieanlagenbau besteht das wirtschaftliche Ziel primär darin, eine höhere Kosteneinsparung durch neue Legierungskonzepte zu erzielen und zwar möglichst so, dass bei mindestens gleicher Festigkeit auf die Verwendung von teuren Elementen, wie beispielsweise Nickel, verzichtet werden kann. Beispiele hierfür sind insbesondere hochlegierte martensitische Cr-V-Stähle, supermartensitische Stähle, Lean-Duplexstähle, superaustenitische Stähle und austenitische Cr-Mn-Stähle.
Für einige der neu eingeführten Grundwerkstoffe sind die Zusatzwerkstoffe noch in der Entwicklung. In jedem Fall stellen diese Werkstoffinnovationen besondere Ansprüche hinsichtlich einer Rissvermeidung während der schweißtechnischen Verarbeitung, um von vornherein riss- bzw. fehlerfreie Rohrleitungen herzustellen, die eine hohe Sicherheit gegen ein Versagen während der Inbetriebnahme und im Verlauf der vorgesehenen Lebensdauer aufweisen. Fast alle dieser neu eingeführten Rohrleitungswerkstoffe weisen eine reduzierte Heiß- oder Kaltrissresistenz vor allem während des Schweißens mit modernen Hochleistungsprozessen, bspw. Laserhybridschweißen, auf. Dabei besteht nach wie vor Forschungsbedarf hinsichtlich der jeweiligen Entstehungsmechanismen. Da es in den letzten zehn Jahren immer häufiger zu Produktionsausfällen und Schadensfällen mit teilweise katastrophalen Konsequenzen gekommen ist, werden die Ursachen und die Vermeidung fertigungsbedingter Heiß- und Kaltrisse im Folgenden zusammengefasst.
Schadensfälle in den letzten zehn Jahren mit teilweise katastrophalen Folgen belegen, dass der Vermeidung von Rissen beim Schweißen von Rohrleitungen besondere Aufmerksamkeit zu schenken ist. In der Analyse solcher Schäden ist zu unterscheiden, ob die Risse bereits während oder kurz nach der schweißtechnischen Fertigung der Rohrkomponenten oder während des anschließenden Betriebes entstanden sind. Im vorliegenden Beitrag wird sich vor allem auf die Vermeidung einer Heiß- und Kaltrissbildung beim Schweißen von Rohrleitungen konzentriert und es werden weitere Forschungsperspektiven abgeleitet.
Analytische Methoden zur Feststellung der Herkunft eines Baustoffes sind bislang kaum entwickelt worden. In Deutschland gibt es eine Reihe von Kalkiagerstätten, die in unterschiedlichen geologischen Formationen Kalk oder Dolomit enthalten. Das unterschiedliche geologische Alter von Kalken sowie die ursprüngliche mineralische Zusammensetzung und die geologische Historie spiegeln sich im 87Sr/88Sr-lsotopenverhältnis weder. Mittels der Thermionen-Massenspektrometrie kann dieses Verhältnis ermittelt und somit zur Herkunftsbestimmung eines Kalkes herangezogen werden.
In Deutschland werden zwei Arten von radioaktiven Abfällen unterschieden: Wärme entwickelnde Abfälle und Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. Im Endlager Konrad werden ausschließlich radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung endgelagert (im internationalen Sprachgebrauch: schwach- und mittelradioaktive Abfälle). Solche Abfälle stammen zum Beispiel aus dem laufenden Betrieb, der Stilllegung und dem Rückbau von Kernkraftwerken, aus der Forschung, der Medizin oder von der Bundeswehr und beinhalten unter anderem kontaminierte Baustoffe, Schrott, Werkzeuge, Schutzkleidung, Schlämme und Suspensionen. Vor dem Endlagern dieser Abfälle werden sie konditioniert, d. h. die festen Abfälle werden teilweise zerkleinert, verpresst oder zementiert, flüssige eingedampft oder zementiert und häufig anschließend in Fässer verpackt. Im nächsten Schritt werden die konditionierten Abfälle in Abfallbehälter verpackt. Geeignete Behältertypen sind (gemäß IM, 121) kubische Container oder Rundbehälter mit definierten Abmaßen aus Stahlblech, Beton oder Gusseisen. Diese Abfallbehälter sind für die Endlagerung, für eine vorausgehende längerfristige Zwischenlagerung sowie ggf. für den Transport über öffentliche Verkehrswege zu qualifizieren.
Die GUM-Prozedur zur Ermittlung der Messunsicherheit hat sich im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen (ZfPBau) als geeignet erwiesen, ZfPBau-Verfahren bei der Validierung von Prüfaufgaben zu charakterisieren. Darüber hinaus können die Modellgleichungen und die quantifizierten Eingangsgrößen Eingang in Berechnungen auf der Basis der Zuverlässigkeitstheorie finden. Damit ist es möglich, die Auswirkung der berücksichtigten Einflussgrößen auf die Zuverlässigkeit einer Prüfaussage zu quantifizieren.
In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz zur Erzeugung von Luftultraschall vorgestellt, der auf dem thermoakustischen Prinzip beruht. Mikro- und nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien werden dabei mit einem harmonischen Wechselstrom gespeist und erfahren durch ohmsche Verluste eine Temperaturänderung, die sich auf das umgebende Fluid überträgt. Daraus resultieren Druckmodulationen, und es wird eine ausbreitungsfähige Schallwelle erzeugt. Dabei tritt Frequenzverdopplung gegenüber der Anregungsfrequenz auf. Es konnte gezeigt werden, dass der entscheidende Parameter für die Effizienz der Methode, d.h. für ein möglichst großes Verhältnis von Schalldruck zu eingebrachter Leistung, die Wärmekapazität pro Flächeneinheit ist. Da dieser Quotient für Kohlenstoffmaterialien sehr klein sein kann, erlaubt das thermoakustische Prinzip hier die effiziente Erzeugung von Luftultraschall. Schalldruckmessungen an verschiedenen Materialproben wurden bis 100 kHz mit einem Mikrofon durchgeführt, oberhalb von 100 kHz wurde eine laservibrometrische Schnellemessung eingesetzt. In experimentellen Untersuchungen wurde die Schallerzeugung in Abhängigkeit der Materialeigenschaften analysiert und systematisiert. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit numerischen und analytischen Berechnungsergebnissen verglichen.
Am 9. Juli 2008 entgleiste ein Hochgeschwindigkeits-Triebzug der Baureihe 403, ICE3, bei der Ausfahrt aus dem Kölner Hauptbahnhof. Ursache dafür war der Schwingbruch einer Radsatzwelle. Im Auftrag der Staatsanwaltschaft Köln untersuchte die BAM die Schadensteile, insbesondere die gebrochene Treibradsatz-Hohlwelle.
Zunächst wurden das Drehgestell, der Antriebsstrang, die Räder, die Bremsen und die gebrochene Radsatzwelle visuell untersucht und deren Zustand dokumentiert.
Anschließend erfolgte die zerstörungsfreie Prüfung der beiden Bruchstücke der Hohlwelle mit teilmechanisierter Ultraschall-Handprüfung.
Vor der Zerlegung der Radsatzwelle wurden ausgewählte Maße kontrolliert und die Oberfläche eingehend untersucht. Nach der Probenahme und Präparation wurden die relevanten spezifizierten Eigenschaften des Wellenwerkstoffs überprüft.
Mittels Bruchflächenanalyse konnte die Startstelle des Schwingrisses lokalisiert, aufgrund der starken Sekundärschäden auf der Bruchfläche und an den Bruchkanten jedoch nicht direkt ausgewertet werden. Durch die Kombination von Mikro-Computertomographie und Ultraschall-Tauchtechnik wurden u. a. nahe der Schwingriss-Startstelle Inhomogenitäten erkannt, die durch metallographische Zielpräparation als nichtmetallische Einschlüsse identifiziert wurden. Die Größe dieser Einschlüsse ist gemäß gefordertem Reinheitsgrad unzulässig. Vergleichbare Einschlüsse in diesem hochbeanspruchten Bereich der Radsatzwelle haben vermutlich den Schwingriss initiiert.
Die Prinzipien der Ultraschallausbreitung in festen Medien sind seit langem bekannt und können heute durch mathematische Modelle recht umfassend beschrieben und simuliert werden. In der Praxis zeigt sich aber, dass gerade bei komplexen Geometrien, sowie inhomogenen und anisotropen Materialien die Modelle immer noch an ihre Grenzen stoßen.
Das ist insbesondere in der fehlenden Möglichkeit begründet, die akustischen Eigenschaften inhomogener Prüfgegenstände vollständig mathematisch zu beschreiben.
Deshalb wird in letzter Zeit verstärkt nach Techniken gesucht, mit denen man die Schallausbreitung in solchen Materialien messen und anschaulich darstellen kann. Ziel dieser Entwicklung ist es, die Schallausbreitung in Festkörpern, insbesondere in solchen mit akustisch anisotropen Eigenschaften, besser zu verstehen und die Möglichkeit zu schaffen, die Simulationsrechnungen am realen Objekt zerstörungsfrei verifizieren zu können.
In der Literatur werden verschiedene Methoden zur messtechnischen Visualisierung der Ultraschallausbreitung in Festkörpern beschrieben. Am bekanntesten sind optische Verfahren wie die Schlierentechnik, die schon seit langem genutzt wird, um den momentanen Schallfeldverlauf im Inneren von optisch transparenten Materialien sichtbar zu machen. Heute kommen verstärkt lasertechnische Methoden, wie z. B. das Laserinterferometer, zum Abtasten von nicht transparenten Materialoberflächen zum Einsatz. Da diese Verfahren mit einem hohen technischen Aufwand verbunden sind, werden häufig auch einfachere Methoden, wie z. B. das Abtasten mit punktförmigen piezoelektrischen Aufnehmern, verwendet.
In diesem Beitrag wird die numerische Modellierung und deren messtechnische Validierung der elastischen Wellenausbreitung in austenitischen Schweißnähten vorgestellt. Die Ultraschallprüfung von austenitischen Schweißverbindungen war und ist immer noch eine der schwierigsten Aufgaben der ZfP. Für eine optimierte Prüfkonfiguration ist es notwendig, verschiedene Prüfparameter wie Einschallwinkel, Prüfkopfposition und -Orientierung richtig einzustellen. Um die beste Anordnung zu ermitteln, wurde die Schallausbreitung in den austenitischen Schweißnähten mit verschiedenen Verfahren wie elastische finite Integrationstechnik (EFIT) und Raytracing simuliert. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wurde die verwendete Gruppenstrahlerprüftechnik optimiert. Es wurden zahlreiche Untersuchungen an anisotropen Testkörpern in V-Durchschallung und an bezüglich der Schweißnaht transversal orientierten Rissen durchgefühlt. Die Ergebnisse der auf Raytracing bzw. EFIT basierenden Simulationstools wurden untereinander und auch mit den Messergebnissen verglichen.
Untersuchung des Einflusses der Gefügedichte von Betonen auf die AKR mit neuartiger Prüftechnik
(2011)
Schutz von Beton: Aktuelle Forschung zur Wirkungsweise und Dauerhaftigkeit von Schutzmaßnahmen
(2011)
Mineralische Sekundärrohstoffe finden im Beton als Gesteinskörnung, Betonzusatzstoff, Bestandteil von Zementen oder Spezialbindemitteln Anwendung. Für den Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen, Kesselsand, Steinkohlenflugasche, Silicastaub und Hüttensand bestehen bereits Normen bzw. bauaufsichtliche Zulassungen. Für weitere Reststoffe, wie Mauerwerkbruch und beim Baustoffrecycling anfallende feinkörnige, heterogene Sandfraktionen, existieren noch keine höherwertigen Verwertungswege. In einem Forschungsprojekt werden derzeit Möglichkeiten zur Verwertung von heterogenen mineralischen Bau- und Abbruchabfällen durch Herstellung von Blähgranulaten mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Schüttdichte, Rohdichte, Korngröße und Kornfestigkeit) untersucht. Dies eröffnet die Möglichkeit einer rohstofflichen Verwertung solcher Abfälle. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Mauerwerkbruch. Er fällt mit über 20 Tonnen pro Jahr an und weist im Vergleich zum Betonbruch größere Verwertungsdefizite auf hl. Die erzeugten Granulate sollen als leichte Gesteinskörnung im Beton, Schüttung oder Pflanzsubstrat Anwendung finden.
Die ersten Ergebnisse der Granulatherstellung mit einer thermischen Behandlung zeigen, dass sich Mauerwerkbruch als Rohstoff zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen eignet 121. Die so erzeugten Blähgranulate weisen ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Blähtöne auf 131. Das Hauptziel der in diesem Beitrag vorgestellten weiteren Untersuchungen war, die Rohdichte der Granulate bei gleichbleibender oder steigender Kornfestigkeit zu senken. Aus energetischer Sicht des Blähprozesses wurde neben dem thermischen Verfahren auch die Möglichkeit einer hydrothermalen Erhärtung der Granulate untersucht.
Ein stereo-fotogrammetrisches Messverfahren wurde zur quantitativen Analyse der Bewegungssignale eines elektrischen Multi-Sensorsystems eingesetzt. Der Vergleich von Weg- und Winkel-Zeitverläufen zeigte bereits eine recht gute Übereinstimmung, verdeutlichte jedoch auch die Notwendigkeit einer weiterzuentwickelnden Kalibriermethodik. Die Stereo-Videogrammetrie hat sich als Referenzverfahren zur Analyse und Validierung dreidimensional ausgelegter elektrischer Bewegungssensorik für den Nahbereich bewährt.
Beton mit leichten Gesteinskörnungen (Leichtzuschlägen) ist seit dem Altertum bekannt. Leichte Gesteinskörnungen vulkanischen Ursprungs wurden bereits zur Errichtung der Maya-Pyramiden in Mexiko und von monumentalen Bauwerken im Römischen Reich verwendet. Zu den berühmtesten Beispielen der ersten Anwendung von Leichtbeton in Europa gehören das Kolosseum und das Pantheon in Rom, Hier wurden sowohl natürliche als auch künstliche Zuschlagstoffe, wie Bims, Lava und zerkleinerter Ziegelsplitt, benutzt.
Mit steigender Nachfrage nach leichten Gesteinskörnungen und einer weltweit begrenzten Verfügbarkeit natürlicher Leichtzuschläge wurden synthetische leichte Gesteinskörnungen entwickelt. Ihre großtechnische Herstellung begann nach dem Ersten Weltkrieg. Heute werden leichte Gesteinskörnungen in einem breiten Schüttdichtespektrum von 100 bis 1200 kg/m3 hergestellt. Sie stellen einen wichtigen Teil der Gesteinskörnungen in der Baubranche dar.
Die Streuung der Agt-Werte von Betonstahl bleibt durch die Variation der Prüfbedingungen (Temperatur, Geschwindigkeit) innerhalb der prüfnormseitig zulässigen Grenzen weitgehend unbeeinflusst. Gleichzeitig führt die Variation der Prüfbedingungen zu einer signifikanten, für die Produktabnahme relevanten Änderung des Niveaus von Agt. Die Auswertemethodik des Zugversuches (Festlegung der Höchstkraft, Wahl des Verfahrens zur Agt-Bestimmung) hat einen signifikanten Einfluss auf Niveau und Streuung von Agt. Es werden Empfehlungen zur Minimierung der Streuung von Agt gegeben.
Der Begriff „Materialfehler“ wird nicht nur im Bereich der Schadensanalyse von Laien, Juristen und Ingenieuren sondern auch in der Öffentlichkeit sehr häufig verwendet, leider mit den verschiedensten Bedeutungen. Dies führt immer wieder zu Missverständnissen. Ziel der hier vorgestellten BAM-Untersuchung und Recherche war zu klären, ob und ggf. wo es Definitionen für den „Materialfehler“ gibt, wie der Begriff in den oben angesprochenen Bereichen verwendet wird. Weiterhin wurde untersucht, ob diese Verwendungen / Definitionen in die in der Schadensanalyse definierte Begriffswelt passen bzw. welche Definition ergänzt werden sollte. Im Gegensatz zu „Material“, „Werkstoff1 oder „Werkstofffehler“ ist der häufig verwendete Begriff „Materialfehler“ erstaunlicherweise bisher nicht definiert!
Um den oft verwendeten Begriff des Materialfehlers für die Schadensanalyse und die damit befassten Bereiche einheitlich zu beschreiben, wird folgende Definition vorgeschlagen:
„Materialfehler" sind Werkstoff- und/oder Fertigungsfehler. Darin sind alle Fehler (Abweichungen von Spezifikationen/Normen) im Werkstoff bzw. dessen Herstellung/Fertigung enthalten.
Demgegenüber sind Konstruktions-/Planungsfehler oder Betriebsfehler keine Materialfehler.
Die Qualität von rezyklierten Gesteinskörnungen muss nicht nur bautechnischen Anforderungen und rechtlich verbindlichen Umweltstandards genügen, sondern ihr Einsatz in der Betonherstellung wird auch vor dem Hintergrund der Leitlinien der Nachhaltigkeit bewertet. Für die Gewinnung von rezyklierten Gesteinskörnungen bedeutet dies, dass sowohl bei den Abbrucharbeiten als auch bei der Bauschuttaufbereitung darauf geachtet werden muss, dass die gewählten Verfahren nicht nur ökonomischen Kriterien genügen müssen, sondern auch keine nachteiligen ökologischen oder sozialen Auswirkungen haben dürfen.
In verschiedenen Forschungsprojekten konnte durch ökobilanzielle Bewertungen von einzelnen Verfahren und Verfahrensabläufen gezeigt werden, dass rezyklierte Gesteinskörnungen aus Altbeton unter bestimmten Rahmenbedingungen umweltverträglich gewonnen werden können und ihre Nutzung durch die Substitution von Natursteinkörnungen sowohl zur Schonung von natürlichen Ressourcen als auch zu einer Reduzierung von Umweltbelastungen beitragen kann.
Die im Mai 2011 veröffentlichte Internationale Norm ISO 6892-2 "Metallische Werkstoffe — Zugversuch - Teil 2: Prüfverfahren bei erhöhter Temperatur" ersetzt die Europäische Norm EN 10002-5 und die Internationale Norm ISO 783.
Technische Änderungen/Ergänzungen im Vergleich zu den Vorgängernormen beziehen sich im Wesentlichen auf die Prüfgeschwindigkeiten und die Dehnungsmessung. In Anlehnung an Teil 1 der ISO 6892 (Prüfung bei Raumtemperatur) wird die Dehngeschwindigkeit als maßgebliche Prüfgeschwindigkeit mit eingeengten Bereichen (Verfahren A) empfohlen. Zum Ansetzen des Dehnungsaufnehmers und zur Festlegung der Messlänge sind nun verschiedene Verfahren möglich.
In dem Beitrag wird auch anhand von Beispielen auf mögliche Auswirkungen auf die zu bestimmenden Kennwerte eingegangen.
Ein wesentlicher Vorteil der Dünnschichtphotovoltaik gegenüber der waferbasierten Photovoltaik liegt in der monolithischen Serienverschaltung. Bei der Herstellung von Chalkopyrit(CIGSe) -Dünnschicht-Solarmodulen erfolgen dafür typischerweise ein Laser-Strukturierungsschritt (P1) und zwei mechanische Strukturierungsschritte (P2, P3). In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die Strukturierung von CIGSe-Solarmodulen vollständig mit kurzen Laserpulsen (<10 ns Pulsdauer) und einer einzigen Wellenlänge (532 nm) möglich ist. Der P1- und P3-Schnitt erfolgen durch direkte induzierte Ablation. Für den P2-Schnitt wird gezielt der hohe Wärmeeintrag der ns-Laserpulse genutzt, um die CIGSe-
Absorberschicht lokal aufzuschmelzen und strukturell so zu verändern, dass eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen Front- und Rückkontakt entsteht.
Die lokalen Festigkeiten im Bereich einer Schweißverbindung sind maßgebend für deren Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Im Gegensatz zu anderen präparationsaufwendigen Methoden, z. B. die Untersuchung von Mikro-Zugproben, liefert die instrumentierte Eindringprüfung mit deutlich geringerem Aufwand Verläufe von Festigkeiten mit sehr guter Ortsauflösung. Es werden wahre Spannungs-Dehnungs-Kurven aus zyklischen Eindringversuchen mittels Auswertungen auf der Basis repräsentativer Spannungen und Dehnungen und auf der Basis neuronaler Netze an Punktschweißverbindungen zweier hochfester Stähle, eines TRIP-Stahls und eines martensitischen Stahls, sowie eines weichen niedrig legierten Stahls bestimmt, jeweils im Bereich des Grundwerkstoffs und der Schweißlinse.
Zur Abschätzung der Lebensdauer eines bei höherer Temperatur langzeitbelasteten Bauteils wurden Zeitstandversuche, Relaxationsversuche und weitere Versuche mit unterschiedlichen Umgebungssteifigkeiten durchgeführt.
Die Zeitstandversuche, deren Versuchsführung eine unendlich niedrige Umgebungssteifigkeit simuliert, liefern geringere Lebensdauern (Bruchzeiten) im Vergleich zu Versuchen mit endlich hohen, technisch relevanten Steifigkeiten bei vergleichbarer Probensteifigkeit (Geometrie), wobei die Lebensdauern mit steigender Umgebungssteifigkeit zunehmen. Die längsten Lebensdauern zeigen Relaxationsversuche mit einer unendlich hohen Umgebungssteifigkeit aufgrund ihrer Versuchsregelung.
Für die Übertragung der an Proben gewonnenen Ergebnisse auf das Bauteil wurde das Steifigkeitsverhältnis Z zwischen der Steifigkeit der 'Probe' und der der 'Umgebung' definiert und angewandt. Das Steifigkeitsverhältnis des kritischen Bereichs im Bauteil und das der Werkstoffprobe in der Prüfmaschine sollten möglichst ähnlich sein. Dann lassen sich bei der Übertragung auf das Bauteil realistisch höhere Lebensdauern abschätzen als nur mit Kenntnis der Ergebnisse der Zeit-standversuche.
Die Restlebensdauerabschätzung von Faserkunststoffverbunden ist ein ungelöstes
Problem. Die Beobachtung der Matrixschädigung ist dabei ein vielversprechender Ansatz zur Bewertung des Schädigungszustandes insgesamt. Unter kombinierter Beobachtung mit Röntgenrefraktionsmessungen und Schallemissionsmessung wurden uni- und biaxiale Lasten statisch und zyklisch auf Kohlenstofffaserepoxidharz-Proben aufgebracht. Die uniaxiale Belastung erfolgt mittels einer eigenentwickelten Kompaktprüfmaschine direkt während der Röntgenrefraktions- und Schallemissionsmessung in der Röntgenkammer. Die biaxiale Belastung wird an Modelldruckbehältern ebenfalls mit Schallemissionsmessung durchgeführt. Hier wird der Modelldruckbehälter mit dem Röntgenrefraktionsverfahren periodisch inspiziert.
Faserverbundbauteile werden durch Tränkung von Fasergewebe mit flüssigem Harz, in der Regel Epoxidharzen, und anschließender Härtung des Harzes gefertigt. Dabei kann man das Gewebe im Vorfeld mit reaktivem Harz tränken und als so genanntes Prepreg verarbeiten oder man injiziert das frisch mit dem Härter gemischte Harz in ein Werkzeug, in dem das Gewebe bereits liegt - z. B. beim RTM-Prozess. Ausgehend von der Aufgabenstellung, eine Prepregherstellung mit hohem Qualitätsstandard zu realisieren und Möglichkeiten der Fertigungskontrolle für den Prepreg-Verarbeiter aufzuzeigen, wurde an einem für die Prepregherstellung vorgesehenen Harzsystem eine weitgehende Charakterisierung des Aushärtungsverlaufs vorgenommen. Wegen der Schwierigkeit, schnell konstante Aushärtungstemperaturen zu erreichen, wurden bei allen Methoden mit einer Heizrate von 1 K/min von RT bis 200 °C aufgeheizt.
Im Vortrag wird neben der apparativen Prüftechnik das allgemeine methodische Vorgehen für Modell-Verschleißuntersuchungen im Bereich des partial slip vorgestellt. Im Detail wird für Dental-Implantat-Werkstoffe eine Rangfolge aufgestellt, die vergleichend die Verschleißresistenz unterschiedlicher Ti-basierter Werkstoffe zeigt. Wird durch die Kaubewegung eine mehrachsige Beanspruchung in die Kontaktflächen der Schraubverbindung eingeleitet, kann durch partial slip im Randbereich dieser Kontaktfläche ein Verschleißprozess initiiert werden, der die Lockerung des Implantats begünstigt. Eine gute Verschleißresistenz verhindert oder schiebt die vorzeitige Lockerung hinaus.
Um das Werkstoffverhalten in Bezug auf eine vorzeitige Lockerung der Implantatkrone bei geschraubten zweiteiligen Implantaten zu charakterisieren, wurden zylindrische Probekörper unter partial slip Fretting-Bedingungen mit Zyklenzahlen bis n = 200 000 beansprucht. Die Frequenz der aufgebrachten Tangentialkraft betrug 2 Hz, um die Kaubewegung zu simulieren.
Die tribologischen Untersuchungen wurden auf einem Eigenbau-Tribometer mit der Kontaktgeometrie „gekreuzte Zylinder“ durchgeführt. Die zylindrischen Proben wurden aus den Werkstoffen Titan Grade 4 und der Ti-Legierung Ti6AI4V gefertigt. Ein Teil dieser Ti-basierten Proben wurde oberflächengehärtet. Die bisher erzielten Ergebnisse zeigen, dass die oberflächenbehandelten Proben dazu neigen, unter der Belastung die Kontaktfläche zu vergrößern. Dies deutet auf einen Effekt bekannt als „junction growth“ und damit auf eine erhöhte Versetzungsbeweglichkeit der randschichtgehärteten Proben hin. Einen Einfluss der Zwischenstoffe konnte nicht nachgewiesen werden.
Mehr als 25 Jahre nach dem ersten Einbau eines sogenannten Fahrbahnüberganges aus Asphalt und nach nunmehr 13-jähriger Erfahrungen mit den gütesichernden Maßnahmen des technischen Regelwerks in Deutschland kann eine insgesamt positive Bilanz gezogen werden. Diese Ausführungsvariante der Bauart flexibler Fahrbahnübergang hat mittlerweile einen akzeptierten Platz auf dem Gebiet der Brückenausstattung für Bauwerke mit einer freien Dehnlänge bis zu 30 m eingenommen. Die generelle Bewährung ist aktuelle Motivation, durch stoffliche und konstruktive Weiterentwicklungen die bauartbedingten Vorteile in einen größeren Anwendungsbereich zu überführen. Die baurechtliche Grundlage dafür bilden die neuen europäisch harmonisierten Zulassungsregelungen. Erste Erfahrungen aus der versuchstechnischen Bewertung neuartiger Ausführungsvarianten werden vorgestellt.
Durch die Absenkung des Chromatgehaltes der Zemente verändern sich die elektrochemischen Reaktionen von verzinkten Betonstählen in der Frischbetonphase. Mit Hilfe von elektrochemischen Messungen sowie Stabauszugsversuchen wurde an chromathaltigen und chromatreduzierten Zementen die Auswirkung des Chromats auf die Deckschichtbildung am Zink und auf das Verbundverhalten untersucht. Mit den Ergebnissen konnte eine Beeinträchtigung der Verbundzone als Folge der Chromatreduzierung für die Zementarten CEM I und CEM II nachgewiesen werden. Die Störung der Verbundzone ist in Bezug auf die sich ausbildende Porenstruktur als dauerhaft anzusehen. Die Auswirkungen auf das Verbundverhalten werden mit zunehmendem Betonalter weitgehend kompensiert. Die Ergebnisse der bezogenen Verbundspannung bei Verschiebewegen von 0,1 mm und 0,5 mm liegen trotz der Gefügestörung noch im Bereich der Erwartungswerte für den unverzinkten Betonstahl. Unter baupraktischen Gesichtspunkten muss die auftretende Gefügestörung hinsichtlich der Verbundspannung daher keine Berücksichtigung finden.
Die Kombination elektrochemischer und computertomographischer Untersuchungs-Verfahren bietet die Möglichkeit, elektrochemische Messungen zerstörungsfrei verifizieren und richtig interpretieren zu können. Die Ermittlung der durch Lochkorrosion geschädigten Stahloberflächen ermöglicht es Probekörper zu entwickeln, die ein der Praxis entsprechendes Schadensbild aufweisen. Ein weiterer Vorteil stellt sich in der Minimierung der Probenmatrix dar. Die klassische Versuchsdurchführung erfordert die Zerstörung von Proben nach jeder Vorschädigungsstufe. Dies kann durch den Einsatz der Computertomografie vermieden werden. Die elektrochemischen Messwerte können flächenbezogen ermittelt werden, solange sich die Korrosionserscheinungen vollständig innerhalb des durch die CT abgebildeten Untersuchungsbereiches befinden.
Reststoffe aus Kohlekraftwerken und der Metallurgie, wie Steinkohlen- und Braunkohlenflugasche, Hüttensand und Silikastaub werden bereits seit Jahren als puzzolanische und hydraulische Zusätze in Zementen, Mörteln und Betonen zur Optimierung der Eigenschaften eingesetzt. Dennoch gibt es weitestgehend ungenutzte Sekundärrohstoffquellen aus der Silikon- und Kieselsäureherstellung.
Der Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Nutzung kieselsäurehaltiger Filterrückstände aus der industriellen Abwasserbehandlung für den Einsatz als Bindemittelkomponente. Die chemisch-mineralogischen Eigenschaften der Filterrückstände, beispielsweise ein hoher Gehalt an amorpher Kieselsäure sowie eine große spezifische Oberfläche, legen eine Nutzung als puzzolanischer Bindemittelbestandteil nahe. Deshalb müssen Möglichkeiten einer Nutzung als Zusatz in Kompositzementen, Bodenverbesserungsmitteln und Spezialbindemitteln untersucht werden. Im Beitrag wird über die Stoffcharakterisierung, den Nachweis der puzzolanischen Eigenschaften und den Einfluss des Filterrückstands auf die Eigenschaften von Zementmörteln berichtet.
Ganzheitliche Nachhaltigkeitsbewertung von Recyclingoptionen für mineralische Abbruchmaterialien
(2011)
Der Einsatz mineralischer Abbruchmaterialien und anderer Sekundärrohstoffe im Betonbau kann einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcenwirtschaft im Bauwesen leisten. Auf diesem Wege können diese Stoffe eine sinnvolle Verwendung finden und weitere umweltrelevante Auswirkungen (Ressourcenverbrauch, Emissionen) gemindert werden. In einem Teilprojekt des DAfStb/BMBFVerbundforschungsvorhabens „Nachhaltig Bauen mit Beton“ wurde das Einsatzpotenzial verschiedener Sekundärrohstoffe in Beton untersucht. Die Kernfrage ist, ob und inwieweit durch den Einsatz eines bestimmten Sekundärrohstoffs die Anforderungen nachhaltigen Bauens erfüllt werden. Zur Beantwortung dieser Frage wurde ein Bewertungskonzept mit einer ganzheitlichen Betrachtung von Nachhaltigkeitsaspekten ausgearbeitet. Die Ganzheitlichkeit umfasst dabei technische, ökologische und ökonomische Aspekte. Das Konzept wurde am Beispiel der bereits im Betonbau eingesetzten rezyklierten Gesteinskörnungen entwickelt. Die Bewertung erfolgt in vier Bewertungsschritten: I. Grundsätzliche Überlegungen, II. Vorteile für das nachhaltige Bauen, III. Alternative Bewertungswege und IV. Sensitivitätsanalysen.
Mörtel für den Neubau und die Instandsetzung sind seit vielen Jahrzehnten im Abwasserbereich für unterschiedliche Bereiche im Einsatz. Zumeist werden diese je nach Anwendungsbereich entsprechend der Vorgaben der Auftraggeber, den Erfahrungen der Hersteller und Verwender sowie den Empfehlungen von Interessenverbänden (z. B. DWA oder DVGW verarbeitet. Zugleich ist eine Reihe von adaptierbaren Regelwerken für ähnliche Produkte aus anderen Anwendungsgebieten verfügbar. Während die Regelwerke zum Schutz und zur Instandsetzung von Betonbauteilen bereits seit ca. 35 Jahren über den Deutschen Ausschuss für Stahlbeton und die Bundesanstalt für Straßenwesen entwickelt und fortgeschrieben werden und seit ca. 20 Jahren auch über ein Mandat der europäischen Kommission im CEN entsprechende Bauproduktnormen im Rahmen der EN 1504 erarbeitet wurden, wurde die Arbeit an einer Produktnorm für zementgebundenen Mörtel für den Bau und die Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen sowie Bauwerken in kommunalen Entwässerungssystemen und Kläranlagen erst im Jahr 2005 aufgenommen. Dieses Regelwerk wurde in Anlehnung an Bauprodukte für andere Anwendungsbereiche erstellt, berücksichtigt darüber hinaus aber die besonderen Anforderungen im Bereich der Abwasserkanäle und -leitungen.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des heterogenen Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten momentan noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb befasst sich der vorliegende Beitrag mit der experimentellen Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von Beton, speziell unter hochzyklischen Druckschwellbelastungen. Im Fokus der Untersuchungen stehen dabei die während der gesamten Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zu Veränderungen im Materialverhalten und schließlich auch bis zum Ermüdungsversagen führen können. Ziel ist es, eine möglichst realitätsnahe Beschreibung des im Materialgefüge ablaufenden Ermüdungsprozesses zu entwickeln.
In dieser Arbeit werden geschweißte Platten aus dem Feinkornstahl P460NL1 untersucht. Korrosion und Ermüdungsrisswachstum werden als Schadensmechanismen in das Material eingebracht und auf ihre Nachweisbarkeit in Plattenversuchen geprüft. Die Schallemissionssignale wurden nach primären und sekundären Quellmechanismen getrennt und ihr Einfluss auf die Gesamtemission analysiert.
In der Bundes-Bodenschutz- und Altlasten-verordnung (BBodSchV) und im Arbeits-entwurf der Novellierung ist für den Wirkungspfad Boden-Grundwasser eine Sickerwasserprognose vorgesehen, um die Gefahren, die von kontaminierten Stand-orten für das Schutzgut Grundwasser ausgehen, beurteilen zu können. Bei der Sickerwasserprognose kann u.a. auf der Grundlage von Materialuntersuchungen im Labor die Quellstärke kontaminierter Ma-terialen ermittelt werden, welche dann bei Transportmodellierungen Berücksichtigung findet. Der Entwurf der Novellierung der BBodSchV sieht für die Ermittlung der Quellstärke den Übereinstimmungstest des Säulenversuchs nach DIN 19528 bis zu einem Wasser/Feststoff - Verhältnis (W/F) von 2 l/kg für anorganische und organische Stoffe (PAK) oder den Schüttelversuch nach DIN 19529 für anorganische Stoffe und E DIN 19527 für organische Stoffe auch jeweils mit einem W/F von 2 l/kg vor. Die Zulassung beider Elutionsverfahren setzt die Gleichwertigkeit der Ergebnisse beider Verfahren voraus. Im Folgenden werden die Ergebnisse des Vergleichs der Auslaugung von polyzyklischen aromat-ischen Kohlenwasserstoffen (PAK) aus unterschiedlichen Böden mit Hilfe beider Elutionsverfahren vorgestellt.
Elutionstests im Labormaßstab werden zur Ermittlung der Freisetzung von Schadstoffen aus Böden oder mineralischen Abfällen für die Verwertung in technischen Erdbau-werken durchgeführt. Sie sollen die Feldbedingungen möglichst realitätsnah wider-spiegeln und auch die Beurteilung der Freisetzung von Schadstoffen über längere Zeiträume ermöglichen. Aus diesem Grunde werden im Entwurf der novellierten BBodSchV neue Verfahren zur Eluatgewinnung aus den genannten Materialien festgeschrieben.
Die Verwendung von Endlosfilamenten aus Carbon als Be-wehrungsmaterial für Beton, sogenannter Textilbeton, bietet die Möglichkeit der Sanierung und der Verstärkung bestehender Stahlbetonkonstruktionen. Dabei muss die Frage nach dem Feuerwiderstand von derart verstärkten Tragwerken be-antwortet werden. Aufschluss darüber liefern Brandversuche. Mit Textilbeton verstärkte Stahlbetonplatten haben in Brandversuchen nach der Einheits-Temperaturzeitkurve bei 33 % der Traglast mehr als 60 Minuten standgehalten. Bei 50 % der Traglast kam es nach einer Branddauer von 55 Minuten, bei 65 % nach 30 Minuten, zu einem Zugversagen der textilen Verstärkungsschicht. Bei während des Brandes unbelasteten bzw. gering belasteten Platten lagen die im Anschluss ermittelten Resttragfähigkeiten bei 65 % der Bruchlast nach 30 Minu-ten Branddauer bzw. bei 50 % der Bruchlast nach 60 Minuten Branddauer. Wäh-rend und nach der Beflammung waren zunehmende Durchbiegungen und Rissbreiten erkennbar. Es traten aber keine Abplatzungen auf, weshalb die Ver-stärkungsschicht aus Textilbeton als zusätzliche Betondeckung für die Stahlbe-wehrung angerechnet werden kann. Diese außerordentlich positiven Ergebnisse zeigen, dass für verstärkte Konstruktionen Feuerwiderstandsklassen von F60 bzw. R60 ohne zusätzliche Maßnahmen erreicht werden können. Dies ist von ho-her Relevanz für die wirtschaftliche Anwendung dieser Verstärkungsmethode. Für ein umfassendes Verständnis der Interaktion zwischen den Bewehrungen Textil und Stahl sowie der Versagensmechanismen während des Brandes, sind weitere Erkenntnisse über die mechanischen Eigenschaften von Textilbeton im Hochtemperaturbereich nötig. Auch der Einfluss der Oxidation des Carbons konnte nicht abschließend beurteilt werden. 354 HOTHAN und EHLIG: Hochtemperaturverhalten von Stahlbetonplatten mit TRC-Verstärkung Summary: Using endless carbon filaments for concrete reinforcement, so called textile reinforced concrete, the possibility of reconstruction and strengthening of existing concrete structures arises. The question concerning fire resistance of structures strengthened like this has to be answered. Fire tests provide answers. Steel reinforced concrete slabs strengthened with textile reinforced concrete load-ed with 33 % of ultimate load survived an ISO-fire for 60 minutes. Loaded with 50 % and 65 % of ultimate load the slabs failed after 55 minutes and 30 minutes of fire exposure due to tension failure of the textile reinforcement layer. Slabs not loaded or with a low load level during fire exposure showed remaining bearing resistances of 65 % of ultimate load after 30 minutes and 50 % of ultimate load after 60 minutes of fire exposure. During and after fire exposure rising deflec-tions and growing crack widths were observed. However no spalling occurred. Therefore the textile reinforced concrete layer can be taken into account as con-crete covering for the steel reinforcement. Those extraordinary positive results document, that reinforced concrete structures with additional fibre reinforced concrete can achieve fire resistance classes of R60 without additional provisions. To achieve comprehensive understanding of interaction between steel and fibre reinforcement and failure mechanisms in case of fire more knowledge concerning the mechanic properties of fibre reinforced concrete at high temperatures is es-sential. The influence of oxidation of the carbon fibres could not fully be an-swered.
Entwicklung einer Key Curve-Methode für Gusseisen mit Kugelgraphit bei dynamischer Beanspruchung
(2011)
Leichtbaustrategien im Antriebsstrang erhöhen durch Downsizing die Hertz’schen Kontaktpressungen und die mechanischen Lasten. Dadurch müssen neben wälzbeständigen Stählen auch dazu passende reibungsmindernde Konzepte gefunden werden, in der vorliegenden Arbeit wurden alternative, hoch zähe Stähle mit einer Wälzbeständigkeit bis Pomax = 4,2 GPa untersucht, welche mit geeigneten Grundöl- und Additivkombinationen die Reibungszahlen herunter auf 0,025 reduzieren konnten. Diese alternativen Stahllegierungen erlauben nicht nur an der Zahnflanke sehr hohe Kontaktpressungen, sie bieten außerdem entsprechende Zähigkeits- und Festigkeitseigenschaften für den Zahnfuß. In vorangegangenen Untersuchungen wurde eine Vielzahl verschiedener Dünnschichten auf ihre Überrollbeständigkeit unter Extrembeanspruchungen validiert. Allerdings zeigte sich bei den meisten Dünnschichten ein Qualitätsunterschied von Charge zu Charge. Unter Verwendung verschiedener organischer, metallorganischer und anorganischer Additive konnten, sich daran anschließende Versuche, vielversprechende Ergebnisse erzielt werden. Sämtliche Versuche unter extremen Beanspruchungen wurden bei +120°C Öltemperatur auf Zwei-Scheiben-Tribometern vom Typ AMSLER und 2Disk von Optimol Instruments unter Misch-/Grenzreibungsbedingungen durchgeführt und die tribologischen Eigenschaften der neuartigen, unbeschichteten Stähle und in Relation zu leistungsstarken DLC-/ZrCN Dünnschichten gesetzt.
Der hygienisch einwandfreie Betrieb einer Trinkwasserinstallation ist auch für den Fall komplexer Systeme wie in Krankenhäusern oder Alten- und Pflegeheimen möglich. Notwendige Voraussetzung ist die Beachtung der Vorgaben der allgemein anerkannten Regeln der Technik bei Planung, Ausführung und Betrieb. Zusätzliche Geräte oder die Zugabe von Chemikalien sind dann regelmäßig nicht erforderlich.
Im Schadensfall ist die korrekte und umfassende Ermittlung der Ursache für die Beeinträchtigung der Schlüssel zur dauerhaften Abhilfe. Nur die Beseitigung von Mängeln und die Wiederherstellung regelgerechter Betriebsbedingungen ermöglichen dauerhaft störungsfreien Betrieb. Die prophylaktische Zugabe von Desinfektionsmitteln ist weder zulässig noch sinnvoll, ebenso wenig ist damit eine dauerhafte Sanierung von auftretenden Mängeln möglich. Zudem ergibt sich ein erhöhtes Risiko für Schäden durch Korrosion in den dauerhaft mit oxidierenden Substanzen beaufschlagten Installationen.
Beim Abbruch von Gebäuden wird eine Vielzahl von unterschiedlichen
Techniken eingesetzt. Der mit Abstand größte Teil der Abbrucharbeiten
wird dabei mit mechanischen Verfahren ausgeführt.
In Abhängigkeit vom rückzubauenden Gebäude können aber auch hydrodynamische Verfahren (z. B. Hochdruckwasserstrahlen), thermische Verfahren (z. B. Schneidbrennen) oder chemische Verfahren (z. B. Sprengen) angewandt werden.
Dekorativ verchromte Kunststoffanbauteile werden seit Anfang der 1970er Jahre in der Automobilindustrie eingesetzt, um einem Fahrzeug eine optisch höhere Wertigkeit zu geben. Diese mikroporig bzw. mikrorissig galvanisch abgeschiedenen Überzüge auf Kunststoffanbauteilen sind in einer festgelegten Reihenfolge übereinander angeordnet, um die Funktionen Dekorativität und Korrosionsbeständigkeit zu erfüllen. Unter dem Chromüberzug befindet sich u.a. ein Glanznickelüberzug, welcher durch Poren bzw. Risse bei Kontakt mit Streusalzsole gezielt korrodieren soll und somit den Chromüberzug kathodisch schützt. Der Zusatz von Kalziumchlorid in die Streusalzmischungen in Regionen mit extrem niedrigen Temperaturen (z. B. Winter in Moskau) stört diesen Mechanismus. Unter diesen Bedingungen wurden flächenhafte Schäden am Chromüberzug mikroporig verchromter Kunststoffanbauteile beobachtet. Bei Volkswagen erfolgte daraufhin die Umstellung aller verchromten Bauteile im Exterieur auf mikrorissig. Die Ursache für diese Schäden soll in der vorliegenden Arbeit geklärt werden.
Mechanismen des Korrosionsschutzes plattierter Aluminiumwerkstoffe am Beispiel von Alclad 6025
(2011)
Plattierte Aluminiumwerkstoffe sind qualitativ hochentwickelte Mehrschichtmaterialverbunde, die aus einer Kemlegierung und einer Plattierung bestehen. Das Kemmaterial erfüllt die Anforderungen an Festigkeit und Lebensdauer des Bauteils. Die Legierungen, die für Plattierungen verwendet werden, sorgen für den Korrosionsschutz unter meist atmosphärischen Bedingungen. Plattierte Aluminiumwerkstoffe finden vor allem Anwendung in der Luftfahrtkonstruktion oder wie Alclad 6025 im Bauwesen als Verkleidung von Fassaden und als Dacheindeckungen.
In der Literatur wird der Korrosionsschutzmechanismus plattierter Aluminiumwerkstoffe allgemein als galvanischer Schutz beschrieben. Wenn eine Beschädigung der Plattierung bis zum Kern reicht, soll sich die elektronegativere Plattierung bevorzugt auflösen und damit die Kemlegierung schützen. Die Plattierungslegierung soll hinreichend korrosionsbeständig sein.
Dabei kann eine leichte allgemeine Korrosion oder Lochkorrosion akzeptiert werden, allerdings mit einer geringen Tiefe, damit die Kernlegierung nicht korrodiert.
Da jedoch keine detaillierten Angaben über den Schutzmechanismus in der Literatur gegeben werden, wurden am Beispiel von Alclad 6025 umfangreiche elektrochemische Untersuchungen sowie Auslagemngsversuche in verschiedenen Atmosphären bzw. Medien durchgeführt. Aus diesen Ergebnissen soll der Schutzmechanismus am Beispiel der Dachplattierung Alclad 6025 genauer beschrieben werden.
Höchstlegierte NiCrMo-Legierungen finden in weiten Bereichen der chemischen Industrie, der Offshoretechnik sowie in Rauchgasentschwefelungsanlagen Anwendung. Dabei werden an diese Werkstoffe höchste Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gestellt.
Neben der Verwendung von Vollmaterial gewinnt infolge gestiegener Rohstoffpreise die Applikation von auftraggeschweißten Plattierungen auf einem niedriglegierten Substratwerkstoff immer weiter an Bedeutung, wobei prinzipiell gegenüber den jeweiligen Walzwerkstoffen ein verschlechtertes Korrosionsverhalten der Plattierungen zu erwarten ist. Die Anwendung des CMT (Cold Metal Transferj-Prozesses bietet aufgrund eines geringen Wärmeeintrags gegenüber konventionellen Auftragschweißverfahren verfahrensspezifische Vorteile.
Um eine unter Betriebsbedingungen ausreichende Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, ist es erforderlich, ein Prüfverfahren zu entwickeln, welches den Einfluss der verschiedenen Verfahrensparametern auf das Lochkorrosionsverhalten exakt und reproduzierbar darstellen kann. Bisher bekannte Prüfmethoden, wie die Bestimmung kritischer Lochkorrosionstemperaturen durch Auslagerungsversuche in HCl-haltiger FeCf-Lösung oder die Aufnahme von Stromdichte-Potential-Kurven zur Bestimmung kritischer Lochkorrosionspotentiale, erweisen sich für die höchstlegierten Werkstoffe aus der Gruppe der NiCrMo-Legierungen als ungeeignet, da sich diese unter den gegebenen Bedingungen als lochkorrosionsbeständig erweisen.
Somit kann der Einfluss der Schweißparameter während des Plattierprozesses auf das Lochkorrosionsverhalten mit den bislang bekannten Prüfverfahren nicht untersucht werden.
Zur Untersuchung der Initiierungsvorgänge und dem Wachstumsverhalten lokaler Korrosionskeime auf nichtrostenden Stählen wurde eine neue elektrochemisch-mikroskopische Messmethode entwickelt. Bei dieser Messmethode wird durch Einsatz eines Echtfarben- Konfokalmikroskops mit Immersionsobjektiv das empfindliche elektrochemische Rauschmessverfahren um eine bildgebende Messkomponente erweitert. Ziel dieser Untersuchung war es, diskrete Rauschmesssignale visuell detektierbaren Korrosionserscheinungen auf der Stahloberfläche nahezu in Echtzeit zuzuordnen. Auf Grund der notwendigen Anforderungen an einen in situ Messaufbau wurde im Rahmen dieser Untersuchung ein neuartiges selbstklebendes Folienelektrodensystem, bestehend aus Gegen- und Bezugselektrode, entwickelt, das für die in situ Messung zum Einsatz kam. Die in situ Untersuchungen wurden an dem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl 1.4301 durchgeführt. Als Ergebnis der Experimente konnten Stromtransienten im nA- bis μA-Bereich messtechnisch erfasst werden und mikroskopisch kleinen Korrosionskeimen, die sowohl stabil wie auch metastabil auf der Stahloberfläche auftraten, diskret und zeitnah zugeordnet werden. Weiterhin konnten mit Hilfe der Konfokaltechnik die Volumina und die Mantelflächen der einzelnen Lochdefekte ermittelt werden, sodass durch Auswertung und Kombination der elektrochemischen und mikroskopischen Messergebnisse erstmalig die Korrosionsstromdichte bestimmt werden konnte, die bei der Initiierung der lokalen Lochkeime aufgetreten ist. Damit konnte die Funktionalität und die hohe Empfindlichkeit des elektrochemisch-mikroskopischen Messverfahrens im Rahmen dieser Untersuchung erfolgreich verifiziert werden.
Die Magnesiumlegierung Mg-Cal besitzt als potentielles bioabsorbierbares Implantatmaterial die Möglichkeit, vollständig vom menschlichen Körper absorbiert zu werden. Die mechanischen Kennwerte dieser Legierung liegen im Bereich des menschlichen Knochens und beide Legierungselemente (Mg, Ca) sind essentielle Spurenelemente im menschlichen Organismus.
Der limitierende Faktor für den Einsatz ist die hohe Degradationsrate dieser Legierung. Um die Degradationsgeschwindigkeit zu verringern, wurden zwei Beschichtungssysteme auf Grundlage der Plasmachemischen Oxidation (PCO) und organischer Beschichtung erzeugt und untersucht. Das Korrosionsverhalten dieser Schichtsysteme wurde dabei mit dem Elektrochemischen Rauschen analysiert. Zusätzlich wurde der Einfluss von Wasserstoffentwicklung und eines ansteigenden pHWert auf die Zelltoxizität untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination von beiden Schichtsystemen zu einem viel versprechenden Degradationsverhalten führt.
Im Rahmen eines von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) initiierten Forschungsvorhabens (15.449/2007/ERB: „Prüfverfahren zur Beurteilung der Lebensdauer von Kunststoffdichtungsbahnen für Straßentunnel“) wurden anhand von Untersuchungen an Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) auf Basis von Polyolefinwerkstoffen die Möglichkeiten der Beurteilung der oxidativen Langzeitbeständigkeit sondiert.
Im Mittelpunkt stand die Erprobung des Autoklaventests in Anlehnung an DIN EN ISO 13438 (Methode C1/C2) an ausgewählten, für den Tunnelbau repräsentativen marktüblichen KDB-Produkten. Die Untersuchungen im Autoklaven bei erhöhten Temperaturen (60 °C, 70 °C und 80 °C) und Sauerstoffdrücken (11, 21 und 51 bar) wurden durch vergleichende Versuche im Wärmeschrank (Ofen) bei erhöhter Temperatur (85 °C) in Anlehnung an DIN EN 14575 ergänzt. Die KDBProdukte wurden außerdem einer eingehenden Materialcharakterisierung (Zugprüfung, DMA, DSC) unterzogen.
Weiterhin wurden Bauwerksdaten recherchiert und auf ihre Nutzbarkeit zur Bewertung und Prüfbarkeit der Langzeitbeständigkeit von KDB in Tunneln betrachtet. Ziel war auch, die Anwendbarkeit des bisher vorgeschlagenen Extrapolationsmodells zur Auswertung der Ergebnisse von Autoklaventests an im Tunnelbau marktüblichen Produkten für Nutzungsdauern über 25 Jahre zu überprüfen und zur Entwicklung eines geeigneten Prüfverfahrens beizutragen.
Der Beitrag geht auf Ergebnisse des Vorhabens ein und zeigt erste Schlussfolgerungen und weiteren Untersuchungsbedarf auf. Die Ergebnisse werden in den „Empfehlungen zu Dichtungssystemen im Tunnelbau EAG-EDT“ des Arbeitskreises 5.1 „Kunststoffe in der Geotechnik und im Wasserbau“ berücksichtigt, deren 2. Auflage in Vorbereitung ist. Aspekte des thermischen Verhaltens der eingesetzten Werkstoffe sowie mögliche Anpassungen der Prüfrandbedingungen für die Autoklaventests werden ergänzt und Hinweise zur Interpretation von Prüfergebnissen gegeben. Außerdem wurden inzwischen ausgehend von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens erste Autoklaven-Ringversuche in drei Prüfinstitutionen initiiert.
Wann ist es sinnvoll ein Biozid in ein synthetisches Material einzubringen? Wenn dadurch ein Problem gelöst wird. Deshalb sollte bei jeder Versuchsplanung die Frage stehen: Was ist das Problem, das man durch Biozieinsatz lösen will? Wie kann es im Laborversuch dargestellt werden? Konnte der Laborversuch zeigen, dass bei Biozideinsatz das Problem kleiner wird, beziehungsweise nicht mehr existiert? Je höher die Teststufe ist, umso mehr muss der Prüfablauf auf die Praxisbedingungen in der Gebrauchsphase des biozidhaltigen Erzeugnisses abgestimmt werden. Auf Stufe 1 werden in der Regel einzelne Wirkstoffe getestet. Ziel ist, die prinzipielle Wirksamkeit nachzuweisen, um die Ergebnisse für die Zulassung auf die Positivliste biozider Wirkstoffe der Biozidrichtlinie einzureichen. Während auf Stufe 1 bereits Normmethoden unter Einbeziehung einer relevanten Materialmatrix angewendet oder für die Fragestellung adaptiert werden können, ist dies für Stufe 2 oftmals nicht gegeben. Stufe 2 zeichnet sich durch Prüfmethodik mit praxisrelevanten Belastungen zur zeitraffenden Alterung des Biozids in seiner Materialmatrix aus. Hier stellt sich auch die Frage zur Langzeitwirksamkeit. Anstelle eines einzelnen Wirkstoffs wird oftmals ein Gemisch verschiedener Wirkstoffe und zusätzlichen Additiven, die wiederum Einfluss auf beispielsweise die Verteilbarkeit, Stabilität und Bioverfügbarkeit haben können. Es wird also kein Wirkstoff, sondern ein Biozidprodukt geprüft. In dem Biozidprodukt dürfen aber nur Wirkstoffe eingesetzt werden, die im Rahmen der Biozidrichtlinie bereits zugelassen sind und auf der Positivliste zu finden sind. Stufe 3 wird diskutiert im Zusammenhang mit Biozidprodukten mit Außeneffekt. Sie beschäftigt sich mit dem Nachweis von Vorteilen durch die Biozidnutzung. Hier gilt es den Verbraucher- und Umweltschutz gegen den Nutzen der möglichen Wertschöpfung oder auch den Gesundheitsschutz durch Biozideinsatz abzuwägen.
Basierend auf Fallversuchen mit Transportbehältern für radioaktive Stoffe sowie auf einem Versuchsprogramm mit Holzproben wurden die Energieabsorptionsmechanismen identifiziert und ein Modell für das Verhalten von Fichtenholz bei axialer Belastung entwickelt. Das Modell zieht für die Kompression von Holz die seitliche Dehnungsbehinderung – im kontinuumsmechanischen Zusammenhang wäre das die Mehrachsigkeit des Spannungszustandes im Kontinuum – in Betracht. Die Energie, die vom Holz absorbiert werden kann, ist umso größer, je größer die seitliche Dehnungsbehinderung ist.
Für die Modellierung mit Finite Elemente Methoden wurden verschiedene Modellierungsstrategien untersucht, keine der vorgeschlagenen Modellierungsstrategien war in der Lage, dass Verhalten von Holz bei Druckbeanspruchung und großen Deformationen inkl. der Entfestigung zu modellieren. Bei Verwendung einer entfestigenden Fließkurve zeigt das Modell ausgeprägte Netzabhängigkeiten und numerischen Instabilitäten.
Für die Modellierung der Entfestigung mit Hilfe einer von der Mehrachsigkeit des Spannungszustandes gesteuerten Fließflächenevolution ist kein geeignetes Materialmodell vorhanden.
Anhand der Simulation eines Fallversuchs mit einem Behälterkörper und stoßdämpfenden Bauteilen im Maßstab 1:2 wurde gezeigt, dass zwar eine vollständige Modellierung des Stoßdämpferverhaltens inkl. Entfestigung nicht möglich war, aber das Stoßdämpferverhalten mit einer nicht-entfestigenden Fließkurve sinnvoll modelliert werden konnte. Eine Verifikation des Modellierungsansatzes am real zu modellierenden Bauteil ist zwingend erforderlich. Wenn signifikante Änderungen zwischen Verifikations- und Simulationsobjekt auftreten, ist die Zuverlässigkeit der Rechenergebnis als gering zu bewerten. Nur wenn die auftretenden Kompressionsmechanismen durch eine Analyse des Stoßdämpferholzes bestimmt werden können, ist eine zuverlässige Ermittlung von Stoßdämpferkräften- und verformungen möglich.
Busbrände treten relativ häufig auf, auch wenn sich das im öffentlichen Bewusstsein nicht unbedingt widerspiegelt. Nach einer eigenen Internetrecherche brennt etwa an jedem zweiten Tag ein Bus in Deutschland.
Die grundlegenden Brandschutzvorschriften für Busse gehen auf die amerikanische
Norm FMVSS 302 zurück, die in den 60er Jahren entwickelt wurde und ist quasi weltweit noch immer in sämtlichen nationalen und internationalen Brandschutzvorschiften wiederzufinden. Ziel der FMVSS 302 ist es vor allem, Fahrzeugbrände durch das Rauchen zu verhindern. Verschiedene Untersuchungen zeigen jedoch, dass die meisten Busbrände andere Ursachen haben und zu ca. 80 % im Motorraum entstehen. Auch das Versagen von elektrischen Komponenten ist häufiger die Brandursache. Dies geschah z.B. im Jahr 2008 bei einem schweren Busbrand in der Nähe von Hannover, bei dem sich gerade einmal 13 Passagiere selber retten konnten und 20 Menschen ihr Leben verloren. Einige Brandleichen wurden sogar noch am Sicherheitsgurt angeschnallt aufgefunden.
Durch die enorme Zunahme brennbarer Kunststoffteile in Bussen entstand ein bisher unberücksichtigtes Risiko, das bei der Normentwicklung in den 1960er Jahren nicht berücksichtigt wurde. So hat sich die Brandlast seitdem etwa verzehnfacht und das toxische Potential erheblich gesteigert. Nach wenigen Minuten muss bei den Brandopfern bereits mit einem schnellen Tod durch Rauchgasvergiftungen gerechnet werden. Aufgrund der schnellen Brandentwicklung in Bussen können Passagiere in den allermeisten Fällen nicht bis zum Eintreffen der Feuerwehr warten und müssen sich selber retten. Die Zeit für die Selbstrettung muss signifikant verlängert werden, so dass auch mobilitätseingeschränkte Passagiere eine Chance zum Verlassen des Busses haben. Der Vergleich mit Brandschutzanforderungen anderer Transportsektoren (Bahn, Schiff, Flugzeug) zeigt, dass die Anforderungen dort sehr viel höher sind. Sowohl die Entflammbarkeit als auch die Wärmefreisetzung sowie die Rauchfreisetzung werden in diesen Normen begrenzt. Zudem werden Materialanforderungen hinsichtlich der Rauchgastoxizität gestellt.
Im Ergebnis dieser Arbeit sollen einerseits Brandschutzempfehlungen für die zweckmäßige und zugleich wirtschaftlich vertretbare Ausstattung von Bussen im Innenbereich unterbreitet werden. Andererseits sollen auch Überarbeitungsvorschläge für Prüftests vorgestellt werden, die den Brandschutz von Kraftomnibussen sicherstellen und erstmals auch Grenzwerte für die Rauchgastoxizität beinhalten. Dazu werden neben den Brandversuchen auch numerische Simulationen mit dem Fire Dynamics Simulator (FDS, Version 5, NIST) durchgeführt, in denen verschiedene Brandszenarien mit unterschiedlichen Buskategorien simuliert werden.
Während des Transportes sind Behälter für hoch radioaktive Abfälle durch stoßdämpfende Bauteile vor Einwirkungen, die aus Unfallszenarien gemäß den IAEA Regularien resultieren können, weitestgehend geschützt. Nach dem Entfernen dieser Komponenten im Rahmen der Einlagerung ins Zwischenlager müssen Vorkehrungen getroffen sein, um Beanspruchungen der Behälter aus möglichen Handhabungsunfällen im Empfangsbereich zu reduzieren. Die Maßnahmen müssen vor allem darauf abzielen, die stoßdämpfenden Eigenschaften der potentiellen Aufprallflächen zu optimieren. Da Standardmaterialien für Fundamente nur ein geringes Energieabsorptionsvermögen aufweisen, wurde durch die Firma HOCHTIEF eine neuartige Betonmixtur entwickelt, bei der ein spezieller Leichtzuschlag zum Einsatz kommen. Zur Charakterisierung dieses sogenannten Dämpferbetons liegen Standardkennwerte vor sowie Messwerte aus Eindringversuchen, die zur Qualitätssicherung für jede Produktcharge durchgeführt werden. Das stoßdämpfende Potential des neuen Werkstoffs kann jedoch nur dann vollkommen ausgeschöpft werden, wenn die Energieabsorption in numerischen Simulationen der Behälterabstürze über die gesamte Belastungsdauer zuverlässig wiedergegeben wird. Für die Implementierung und Anpassung eines entsprechenden Materialmodelis in einem Finite Elemente (FE) Programm
sind Daten aus systematischen Druckversuchen mit Variation der relevanten Einflussgrößen erforderlich. An der BAM werden daher im Rahmen eines werkstoffübergreifenden Forschungsvorhabens zur Untersuchung von stoßdämpfenden Strukturen auch die Eigenschaften von Dämpferbeton experimentell untersucht und zugehörige numerische Methoden entwickelt. Der aktuelle Beitrag behandelt die Ergebnisse der ersten Projektphase, in der kubische Probekörper mit der Kantenlänge 100mm bei unterschiedlichen Lagerungsbedingungen statisch und dynamisch gestaucht wurden. In nachfolgenden Versuchen wird der Einfluß der Probengröße ermittelt sowie die Eignung der verwendeten Materialmodelle anhand realistischer Belastungssituationen validiert.
Versuchsprogramm.
Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) führt im Rahmen einer Verwaltungsvereinbarung mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) Bauartprüfungen für Behältertypen durch, die für die Endlagerung von nicht wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in das Endlager Konrad vorgesehen sind.
Zur Erlangung einer Eignungsbestätigung einer Behälterbauart für das Endlager Konrad müssen die Antragssteller die Einhaltung der vom BfS festgelegten behälterspezifischen Anforderungen nachweisen. Zentrale Bestandteile der Bauartprüfung sind die Sicherheitsnachweise zur Behälterauslegung gegen mechanische Betriebs- und Störfallbelastungen sowie gegen thermische Störfallszenarien. Die Prüfanforderungen umfassen hierbei Stapeldruckprüfung, Hebeprüfung, Fallprüfung, thermische Prüfung (Brand), ggf. einschließlich Dichtheitsprüfung zum Nachweis der Einhaltung von Dichtheitsanforderungen.
Neben der Nachweisführung mittels sogenannter Baumusterprüfungen oder Obertragbarkeitsbetrachtungen können die Nachweise alternativ mittels numerischer Sicherheitsnachweise erbracht werden, sofern deren hinreichende Verifikation nachgewiesen wird, Dies kann u. a. durch den Vergleich mit hinreichend gesicherten experimentellen Ergebnissen geschehen, Die hier vorgestellten Untersuchungen sind Teil des internen Forschungsprojektes ConDrop der BAM, das zum Ziel hat, erweiterte Prüfmethoden zur Fallprüfung an Stahlblechcontainern für das Endlager Konrad mittels numerischer Beanspruchungsanalyse zu entwickeln. Dazu soll ein Finite-Elemente-(FE)-Modell entwickelt und mit experimentellen Daten, die in Fallversuchen ermittelt werden, verifiziert werden.
Risikobasierte Überwachungsverfahren zur Lebensdauerverlängerung von bestehenden und neuen Bauwerken
(2011)
Diese Veröffentlichung enthält Konzepte zur Lebensdauerverlängerung von Bauwerken auf der Grundlage der Tragwerkszuverlässigkeitstheorie. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse aus nationalen und europäischen Forschungsvorhaben vorgestellt. Den Schwerpunkt bildet die Verwendung von Bauwerksüberwachungsdaten unter Berücksichtigung von Messunsicherheiten zur Bestimmung der Tragwerkszuverlässigkeit. Dazu wird ein neuer Ansatz zur Bestimmung der A-posteriori Messunsicherheit vorgestellt. Es wird gezeigt, aufgrund welcher Eigenschaften der verwendeten probabilistischen Modelle die Zuverlässigkeit im Grenzzustand der Ermüdung in Bezug auf eine Lebensdauerverlängerung beeinflusst werden kann.
Die mechanische Beanspruchung von Transport- und Lagerbehältern für radioaktive Stoffe gemäß den durch die IAEA vorgegebenen Prüfszenarien oder bei Unfällen, die während der Handhabung in einer kerntechnischen Anlage auftreten können, wird maßgeblich durch das Design der Stoßdämpfer und die Eigenschaften des jeweiligen Untergrundes beeinflusst. Da der Nachweis der Behälterintegrität und -dichtheit häufig an numerische Simulationen gekoppelt ist, sind für die sicherheitstechnische Auslegung der Konstruktion zuverlässige Informationen über das Energieabsorptionsvermögen der Werkstoffe und eine geeignete Umsetzung dieser Daten in FEM - Programme erforderlich. Die im Rahmen von Falluntersuchungen bei der BAM festgestellten, teilweise erheblichen Abweichungen zwischen experimentellen und berechneten Größen sind entsprechend darauf zurückzuführen, dass die zur Verfügung stehenden numerischen Verfahren das komplexe Verhalten der stoßdämpfenden Strukturen
nicht ausreichend präzise wiedergeben. Hiervon besonders betroffen sind Bauteile aus Holz und Polyurethan-Schaum (PU-Schaum), die zur Konstruktion von Behälterstoßdämpfern für die Transportkonfiguration eingesetzt werden, sowie Dämpferbeton, der in ausgewählten Bereichen im Fundament von Standort-Zwischenlagern eingebaut wird. Um die zugehörigen Materialmodelle weiter zu entwickeln und die dafür erforderliche Datenbasis zu schaffen, hat die BAM vor knapp zwei Jahren das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben ENREA (Entwicklung rechnerischer Analysemethoden für stoßdämpfende Strukturen beim Anprall oder Absturz von Abfallgebinden) gestartet. Wesentlicher Bestandteil ist ein systematisches Versuchsprogramm, bei dem die drei genannten Werkstoffe statisch und dynamisch hohen Druckbelastungen ausgesetzt werden. Relevante Versuchsparameter sind, neben der Dehnrate, die Temperatur und Lagerungsbedingungen sowie die Orientierung des Werkstoffes hinsichtlich der Belastungsrichtung. Dieser Beitrag präsentiert die wichtigsten Ergebnisse aus der ersten Versuchsphase, die durch weggesteuerte Versuche mit konstanten Prüfgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s und 3000 mm/s gekennzeichnet ist. Darüber hinaus wird die Verwertung dieser Daten zur Anpassung von Materialmodellen auf der Grundlage von Nachrechnungen gezeigt, wobei die Möglichkeiten und Grenzen der verwendeten Konzepte Umrissen werden. Aufgrund des Umfangs, den die Versuche mit Holzwerkstoffen einnehmen, und des erforderlichen Aufwandes für die numerische Modellierung werden die entsprechenden Maßnahmen und Ergebnisse in einem eigenständigen Beitrag auf der KONTEC vorgestellt.
DGZfP - Merkblatt elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion
(2011)
Im DGZfP- Fachausschuss für zerstörungsfreie Prüfling im Bauwesen - Unterausschuss Korrosionsnachweis bei Stahlbeton haben sich die Universitäten München, Aachen, Stuttgart und Braunschweig sowie die BAM Berlin an der Überarbeitung des Merkblatts B 3: „Elektrochemische Potentialmessungen zur Detektion von Bewehrungsstahlkorrosion“ beteiligt. Das Merkblatt wurde komplett überarbeitet und bietet jetzt umfangreichere Hinweise zur Durchführung der Messungen und deren Auswertung. Wesentlich stärker als zuvor geht das Merkblatt auf mögliche Einflüsse und Fehlerquellen sowie die für eine Interpretation der Daten notwendigen begleitenden Bauwerksuntersuchungen ein. Die nachfolgenden Ausführungen greifen einige wesentliche Aspekte in enger Anlehnung an die Ausführungen des Merkblatts B3 auf. Das vollständige Merkblatt ist über die DGZfP e.V. online zu beziehen.
Das Endlager Konrad wurde bereits im Jahr 2002 als Endlager für nicht Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle genehmigt. Jedoch wurde diese Genehmigung anschließend beklagt und konnte erst 2007 in letzter Instanz bestätigt werden. Nachfolgend hat das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) mit der Planung und Realisierung zum Umbau des ehemaligen Eisenerzbergwerkes zum Endlager begonnen. Das genehmigte Endlagervolumen beträgt 303.000 m3 und basiert auf Abschätzungen für die zu erwartende Abfallmenge. Das Bergwerk selbst böte ein deutlich größeres Volumen. Mit der Einlagerung von Behältern kann allerdings erst nach Fertigstellung des Endlagers und nach derzeitigem Stand voraussichtlich nicht vor Ende dieses Jahrzehnts gerechnet werden. Gleichwohl besteht bereits heute ein hohes Interesse an der endlagergerechten Konditionierung und Verpackung der für Konrad vorgesehenen radioaktiven Abfälle, wofür nicht zuletzt von der BAM bauartgeprüfte und vom BfS zugelassene Behälter erforderlich sind.
Kernpunkte der Endlagergenehmigung sind umfassende Anforderungen an Abfallprodukte und Behälter. Einzelheiten sind in den vom BfS der Genehmigung zu Grunde liegenden Berichten und Endlageranforderungen definiert. Diese enthalten vor allem Anforderungen an die Abfallprodukte und an die zu deren Verpackung erforderlichen Behälter. Mit der Genehmigungserteilung wurde auch eine Überarbeitung dieser Endlageranforderungen und hinsichtlich der Berücksichtigung Wasser gefährdender Stoffe gefordert. Diese Arbeiten werden derzeit vom BfS in Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) und dem Institut für Sicherheitstechnik (ISTec) vorgenommen. Hinsichtlich der Anforderungen an die Endlagerbehälter wird allerdings davon ausgegangen, dass die für die Behälterbauartprüfung wesentlichen abfallprodukt- und behälterspezifischen Anforderungen davon nicht oder nur unwesentlich berührt sein werden.
Unter dem Motto „Innovation und Qualitätssicherung in der (Bio)Analytik“ werden in der Arbeitsgruppe Fluoreszenzspektroskopie der BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, funktionelle Chromophor-Systeme, einfache Signalverstärkungs- und Multiplexingstrategien sowie innovative Validierungs- und rückführbare Standardisierungskonzepte für verschiedene fluorometrische Messgrößen und Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt stehen dabei molekulare Fluorophore, Nanokristalle mit größenabhängigen optischen Eigenschaften (sogenannte Quantenpunkte, QDs) und fluoreszierende Partikel variabler Größe sowie Sonden und Sensormoleküle für neutrale und ionische Analyte und für die Charakterisierung von funktionellen Gruppen. Dabei erfolgen auch methodische Entwicklungen für die Fluoreszenzspektroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie, die Milcrofluorometrie, die Sensorik und die Mikroarraytechnologie. Ziele sind u. a. das Design und die Untersuchung von multiplexfähigen selektiven und sensitiven Sonden für die Biomarkeranalytik, die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der signalrelevanten Eigenschaften dieser Chromophor-Systeme und zur Charakterisierung von funktionellen Gruppen an Oberflächen und ihre Validierung sowie die Entwicklung und Bereitstellung von formatadaptierbaren, flexibel ersetzbaren
Standards für die fluoreszenzbasierte Multiparameteranalytik.
Vibrationsprüfungen an sicherheitskritischen Ventilen: Zwei Beispiele aus Forschung und Anwendung
(2011)
Ventile für gasförmige Medien müssen neben dem Druck oft auch Vibrationsbelastungen durch ihren Einsatz ertragen.
Die dadurch entstehenden Massenkräfte können die Funktion des Ventils beeinflussen, indem z. B. die Anpresskraft im Ventilsitz dadurch verändert oder die Betätigungseinrichtung verstellt wird. Die schwellenden oder wechselnden Beanspruchungen können auch zu Ermüdungsschäden und damit zu dauerhaftem Funktionsverlust führen.
Bei der Vibrationsprüfung für ein pneumatisch ausgelöstes Schnellöffnungsventil eines CO2-Feuerlöschsystems wurde die relevante EN 12094-4 angewendet. Diese setzt Mindestanforderungen in Hinblick auf die Schwingfestigkeit durch eine Gleitsinusprüfung.
Im Gegensatz dazu steht die im Rahmen eines Forschungsvorhabens durchgeführte Vibrationsprüfung an einem Sicherheitsventil für Tanklastwagen, bei der ein umfangreicheres Prüfprogramm erstellt wurde, um vibrationsabhängiges Ansprechen des Ventils zu untersuchen.
Das CargoLifter Ballonkransystem nutzt die Prinzipien der Leichter-als-Luft-Technologie für das Heben von Gütern. Der mit leichtem Gas gefüllte Ballon drängt in der schwereren Luft nach oben und kann somit Lasten anheben. Im Gegensatz zu erdgebundenen Kränen ist für den Luftkran die Beschaffenheit des Bodens sekundär. Der Ballonkran wird an drei Winden verankert und über die im Kranknotenpunkt zusammengeführten Seile präzise gesteuert. Beim Heben und Versetzen verbleibt die Last unter dem Ballon, der stets 100% seiner Hubkraft auch bis zu 200m Höhe und selbst weiterem Versatz behält. Reichweite bedeutet beim CargoLifter Ballonkransystem statt mehr Ausleger mehr Seil.
Für Polypropylen unterschiedlicher Stabilisierung wurden in künstlichen Bestrahlungstests sowohl die spektrale Empfindlichkeit als auch die Temperaturabhängigkeit der Rissbildung quantitativ ermittelt. Dafür wurde die Dauer bis zur Rissbildung sowohl bei spektraler Bestrahlung als auch bei Bestrahlung in einem UV-Leuchtstofflampengerät bei verschiedenen Temperaturen bestimmt.
Die Temperaturabhängigkeit konnte als Arrhenius-Abhängigkeit beschrieben werden; das Wirkungsspektrum wurde an eine Stufenfunktion angepasst. Anschließend wurde auch noch der Einfluss des Stabilisatorgehalts als Potenzfit parametrisiert. Die Einzelabhängigkeiten wurden zu einer Gesamtfunktion der Wirkungen in Abhängigkeit der Dosis zusammengesetzt, die es ermöglicht die Wirkungen unterschiedlicher Dosiskombinationen abzuschätzen.
Zur Validierung der Dosis-Wirkungsfunktionen wurden Freibewitterungsergebnisse aus Phoenix/Arizona herangezogen. Mit der Dosis, die sich aus den Wetterdaten dieser Freibewitterung ergibt, wurden anhand der Dosis-Wirkungs-Funktionen die jeweiligen Lebensdauern errechnet und mit dem experimentell bestimmten Versagen in der Freibewitterung verglichen.
Die Arbeiten erfolgten im Rahmen des ViPQuali-Projektes mit dem Ziel der Bestimmung der Materialkenngrößen.
Für die Vorhersage der Containment Sicherheit beim Bersten von Laufrädern in Abgasturboladern müssen zum einen komplexe Verformungs- und Schädigungsvorgänge bei dynamischer Belastung einschließlich ihrer Temperaturabhängigkeit mit geeigneten Versuchen erfasst und gemessen werden, zum anderen müssen diese temperatur- und dehnratenabhängigen Kennwerte in weiterentwickelten Materialmodellen für das Verformungs- und Schädigungsverhalten abgebildet werden.
Im Rahmen dieses Vorhabens wurden drei Gusswerkstoffe untersucht. Für den Gusswerkstoff mit Kugelgrafit EN-GJS-400 wurden die weitestgehenden experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung des Materialverhaltens unter ein- und mehrachsigem Zug sowie unter Druck- und Scherbeanspruchung für ein breites Spektrum von Beanspruchungsgeschwindigkeiten und Temperaturen durchgeführt. Die Untersuchungen an den beiden weiteren Werkstoffen erfolgten mit auf der Basis der gewonnen Erkenntnisse optimiertem Aufwand. Der Schwerpunkt der Arbeiten lag dabei im Bereich hoher Beanspruchungsgeschwindigkeiten und höherer Temperaturen sowie deren Kombination.
Für die numerische Modellierung der Containment Sicherheit von ATLs wurde ein vorhandenes Materialmodell weiterentwickelt, so dass es in der Lage ist, das Verformungs- und Versagensverhalten von Gusswerkstoffen, wie z.B. den Zug-Druck-Unterschied, in Abhängigkeit von Spannungsmehrachsigkeit, Temperatur und Dehnrate auch für große plastische Deformationen zu beschreiben. Die Modellparameter wurden durch numerische Simulation von Experimenten an Proben bestimmt. Das Modell wurde in ein kommerzielles Finite-Elemente-Programm mit expliziter Integration implementiert und ist in der jetzigen Version auf FE-Modelle mit Volumenelementen beschränkt.
Das Materialmodell wurde im Rahmen dieses Vorhabens zunächst zur numerischen Simulation von Experimenten an gekerbten Proben unter Biegebelastung angewendet. In einem zweiten Schritt erfolgte die Verifikation des Bauteilverhaltens durch numerische Simulation der hochdynamischen Beschussversuche. Da in diesem Vorhaben das Materialverhalten jedoch nur für das Containment und nicht auch für den Rotor des ATLs untersucht wurde, hat man für das Projektil und das Bauteil den gleichen Werkstoff verwendet. Die Belastung in diesen Beschussversuchen ist vergleichbar mit dem Aufprall eines Rotorfragments auf das Containment des Abgasturboladers. Abschließend wurde die numerische Simulation eines Containment Tests an einem Abgasturbolader durchgeführt.
Die Nachrechnung dieser Experimente ist somit als ein Nachweis der Prognosefähigkeit des Materialmodells anzusehen. Numerische Stabilität der Userroutine konnte erreicht und eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen erzielt werden.
Der Fachbeirat beschloss im vergangenen Jahr Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelemente und Geotextilien zum Filtern und Trennen und eine Richtlinie über Anforderungen an Verlegefachbetriebe, die von seinen Arbeitsgruppen vorbereitet worden waren, und nunmehr die Grundlage für die Zulassungstätigkeit bilden. In diesem Beitrag wird im Anschluss an die Ausführungen auf der letzten Fachtagung kurz über wesentliche Anforderungen und Zulassungsvoraussetzungen berichtet. Noch nicht verabschiedet sind die Richtlinien für Dichtungskontrollsysteme und Bewehrungsgitter aus Kunststoff. Auf den Diskussionsstand bei den Anforderungen an die Bewehrungsgitter wird etwas ausführlicher eingegangen, da sich neben den materialtechnischen auch bemessungstechnische Probleme ergeben.
Die Nutzung des Wertstoffpotentials von Abfällen und Reststoffen ist ein Grundpfeiler im Schutz von natürlichen Ressourcen. Dabei ist der Aufbau und Erhalt von Stoffkreisläufen im Baubereich - aufgrund der großen Menge an Baurestmassen - von besonderer Ressourcenrelevanz. Während in Zukunft im Sinne der Nachhaltigkeit schon bei der Errichtung von Gebäuden auch auf Möglichkeiten zur Stoffstromtrennung beim Rückbau geachtet werden sollte, sind die heute rückzubauenden Bauwerke nicht unter diesem Gesichtspunkt errichtet worden.
Selbst die modernsten ZfP-Systeme können, wenn sie bis an die Grenzen ihrer Möglichkeiten z. B. kleine Fehler zu finden beansprucht werden, nicht alle Fehler der gleichen Größe finden. Sogar wenn ein und derselbe Fehler mehrmals geprüft wird, wird er nicht immer gefunden. Deshalb wurde, besonders für solche Anwendungsfälle wo das Übersehen eines Fehlers zu schwerwiegenden Konsequenzen führt, das Konzept der Zuverlässigkeit der ZfP eingeführt. Das Konzept der BAM beinhaltet eine ganzheitliche Betrachtungsweise mittels eines modularen Models. Die Hauptmodule des Modells sind die innewohnende Fähigkeit, die die physikalisch technischen Aspekte behandelt. Weiterhin werden die Einflüsse der Umgebung betrachtet, die den Prüfprozess stören, aber nicht zum Prüfsystem selbst gehören. Einen wesentlichen Aspekt, sowohl bei manuellen als auch bei mechanisierten Prüfungen stellt der menschliche Faktor dar. Die Betrachtungen im vorliegenden Artikel beziehen sich hauptsächlich auf die innewohnende Fähigkeit.
Wegen der dem Prüfprozess innewohnenden Unsicherheit wird die Leistungsfähigkeit eines ZfP-Systems durch eine Funktion POD (a) ausgedrückt. Zu verschiedenen Fehlergrößen (a) gehören verschiedene Fehlerauffindwahrscheinlichkeiten (POD). Die Fehlergröße (a), bei der die untere 95 % Vertrauensgrenze das Niveau von 90 % POD schneidet wird α90/95 genannt. Dieser Punkt wird als Maß für das Leistungsvermögen der ZfP-Methode benutzt.
Während der letzten 10-20 Jahre wurden auf diese Weise verschiedene Inspektionssysteme für eine gewählte ZfP-Methode mit einer einfachen Anwendungsgeometrie bewertet.
Wenn man über diese einfachen Anwendungssituationen hinaus, die Zuverlässigkeit in realen industriellen Prozessen betrachtet, treten als erstes industrielle Bauteile mit komplexer Geometrie und Defekte, die mit mehr als nur einem Parameter (Größe und Tiefe, Orientierung, Oberflächenrauhigkeit) charakterisiert werden müssen, auf die Tagesordnung. Neue hochentwickelte und automatisierte ZfP-Systeme, wie z. B. Ultraschallgruppenstrahler, lassen die Möglichkeit zu die Prüfungen digital aufzuzeichnen und später erst auszuwerten. Weiterhin erlauben es moderne Modellierungswerkzeuge den ZfP-Prozess zu simulieren und damit die Einflüsse der Wellenausbreitung und deren Wechselwirkung mit Defekten sowie die Wirkung der zusätzlichen Einflussparameter (z. B. Abstand vom Prüfkopf oder Orientierung) auf die POD zu untersuchen. Damit entsteht die Möglichkeit die räumliche Verteilung der POD im Prüfstück zu ermitteln die Volumen-POD. Die Volumen-POD kann ebenso wie die konventionelle POD als Maß für die Leistungsfähigkeit des ZfP-Systems benutzt werden. Darüber hinaus kann man das ZfP-System optimieren. Wenn z. B. bestimmte Volumenelemente nur ungenügende POD-Werte aufweisen, müssen zusätzliche Prüfungen einbezogen werden. Aber auch der umgekehrte Fall, Bereiche in denen mehrere Prüfköpfe ein POD Niveau von 100 % haben und die Zahl der Prüfungen reduziert werden kann, werden mit der Volumen-POD erkannt.