Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Bereich der optisch angeregten Thermografie haben sich Blitzlampen (impulsförmig-flächige Erwärmung) und Halogenlampen (moduliert-flächige Erwärmung) für die spezifischen Regime Impuls- und Lockin-Thermografie etabliert.
Mittels eines rasternden fokussierten Lasers wird die Flying-spot Laserthermografie z.B. zur Risserkennung (Dauerstrichbetrieb) und die photothermische Materialcharakterisierung (hochfrequent moduliert)implementiert. Durch die Verfügbarkeit neuer Technologien (schnelle und hochauflösende IR-Kameras, brillante innovativer Lichtquellen und performante Datenakquisitions- und Verarbeitungstechnik) wird ein Paradigmenwechsel von den getrennt voneinander stehenden photothermischen und thermografischen Techniken hin zu einer einheitlichen quantitativen Mess-und Prüftechnik ermöglicht, die schneller und präziser ist. Ähnlich wie ein LED-Array, jedoch mit einer um zwei Größenordnungen höheren Bestrahlungsstärke, steht jetzt eine neuartige brillante Laserquelle, das VCSEL-Array (vertical-cavity surface-emitting laser) zur Verfügung, welches die starke Beschränkung der zeitlichen Dynamik der etablierten Lichtquellen aufhebt und gleichzeitig spektral sauber von der Detektionswellenlänge getrennt ist. Es vereint somit das schnelle zeitliche Verhalten eines Diodenlasers mit der hohen optischen Bestrahlungsstärke und dem großen Beleuchtungsbereich von Blitzlampen. Darüber hinaus kann die Erwärmung auch strukturiert vorgenommen werden, da einzelne Bereiche des VCSEL-Arrays unabhängig voneinander angesteuert werden können. Dieser neue Freiheitsgrad ermöglicht die Entwicklung ganz neuer thermografischer ZfP-Verfahren.
In der Vergangenheit wurde immer wieder diskutiert, ob die Porenhalsverteilung poröser silikatischer Medien maßgeblich die Relaxationszeit in Messergebnissen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP) bestimmt und dementsprechend auch neuere Ansätze, Porenweitenverteilungen aus diesen Daten abzuleiten, zuverlässig sein können. Systematische Studien an Gesteinen mit sehr unterschiedlichen Porenverteilungen zeigten, dass in Materialien mit engen Porenhälsen (z.B. < 5 μm) vor allem oder zusätzlich zum vermuteten Porenhalspeak niederfrequente Relaxationen zu beobachten sind, deren Ursache noch unklar ist.
Unter Einbeziehung der Methoden Röntgen-Computertomografie (μ-CT), Quecksilberporosimetrie (MIP), Stickstoffabsortion, Nukleare Magnetische Resonanz, SIP und Auflichtmikroskopie untersuchen wir den Porenraum hinsichtlich der Parameter Porosität, Permeabilität und innere Oberfläche und bestimmen die geometrischen Eigenschaften wie Porenweitenverteilungen oder fraktale Dimension durch verschiedene Algorithmen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Methoden hinsichtlich der Grenzen ihres Auflösungsvermögens unterscheiden. Mit einer Zusammenführung der Ergebnisse aller Methoden kann eine mehrere Längenskalen überdeckende Charakterisierung der Porenraumgeometrie erfolgen.
Die Anwendung und Auswertung der verschiedenen Methoden werden am Beispiel von Baumberger Kalksandstein und Bentheimer Sandstein verglichen und diskutiert.
Um bruchmechanisch Schwingfestigkeiten ermitteln zu können, sind einige Voraussetzungen erforderlich:
(a) Das Wachstum sowohl langer als auch mechanisch und physikalisch kurzer Risse muss adäquat beschrieben werden. Das erfordert die Anwendung elastisch plastischer Konzepte zur Beschreibung der zyklischen Rissspitzenbeanspruchung sowie die Modellierung des graduellen Aufbaus der Rissschließeffekte im Kurzrissbereich.
(b) Es müssen physikalisch sinnvolle Ausgangsrissgrößen für die bruchmechanische Analyse bestimmt werden.
(c) Bei Spannungen oberhalb der Dauerfestigkeit respektive der Versagensspannung bei 107 Lastwechseln muss gegebenenfalls Mehrfachrisswachstum berücksichtigt werden. Der Vortrag diskutiert diese Punkte und zeigt Lösungswege auf.
Der Vortrag bietet eine Übersicht über die im Rahmen des IBESS-Projektes entwickelte Methodik zur bruchmechanischen Ermittlung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen. Schwerpunkte sind die Beschreibung des Wachstums kurzer Risse, die mit den klassischen linear-elastischen Bruchmechanik-Konzepten nicht möglich ist, die Ermittlung einer physikalisch sinnvollen Ausgangsrissgröße für das Bruchmechanik-Modell, die Ermittlung der Bauteildauerfestigkeit und des Zeitfestigkeitsastes diverser Schweißnahtgeometrien und eine Diskussion der Eigenspannungsproblematik. Die Ergebnisse werden mittels Validierungsbespielen illustriert.
Im Chemikalienrecht ergeben sich laufend Änderungen durch die regelmäßige Überarbeitung des UN-GHS. Konsequenzen hat dies auch für andere Vorschriften, die auf Einstufungen von gefährlichen Stoffen Bezug nehmen. In diesem Beitrag werden für die chemische Sicherheitstechnik wichtige aktuelle Änderungen im Chemikalienrecht und nationalen Arbeitsschutzvorschriften vorgestellt.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Ziel dieser Untersuchungen war die Bewertung der Beständigkeit häufig eingesetzter Dichtungswerkstoffe, wie Fluorkautschuk (FKM), Fluorsiliconkautschuk (FVMQ), Siliconkautschuk (VMQ), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Chloroprenkautschuk (CR), chlorsulfoniertes Polyethylen (CR), Butylkautschuk (IIR), Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Polyes-terurethankautschuk (PUR) und Polyamid (PA) in Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne bioge-ne Zusätze bei 20 °C, 40 °C und 70 °C. E10 (Kraftstoff mit max. 10 % Ethanol), E85 (Kraftstoff mit 85 % Ethanol), Dieselkraftstoff mit max. 5 % Biodiesel, Super mit max. 5 % Ethanol, un-gealtertes und gealtertes B10 (Heizöl mit 10 % Biodiesel) sowie zum Vergleich reiner Dieselkraftstoff, Heizöl und Kraftstoff Super plus zählten zu den Testsubstanzen.
Masse, Zugfestigkeit und Bruchdehnung wurden von den Prüfkörpern vor und nach der 84-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen und Heizöl bestimmt. Die visuelle Begutachtung einiger Elastomerprüfkörper zeigte eindeutig die hohe Quellung bis zur partiellen Auflösung.
Die Shore-Härte A und D (für PA) der Prüfkörper wurden vor und nach der 42-tägigen Auslagerung in den Kraftstoffen bestimmt.
In den internationalen Normen wird zur Bewertung der Beständigkeit von Elastomeren kein Grenzwert der Reduzierung der Zugeigenschaften und der Shore-Härte definiert. Deshalb wurde für die Beständigkeitsbewertung ein Grenzwert von 15 % festgelegt. Zusammenfassend kann die Aussage getroffen werden, dass die Beständigkeit der Fluorpolymere FKM und FVMQ in den Kraftstoffen und Heizöl mit und ohne biogene Zusätze die beste ist.
Die BAM-Liste - Anforderungen an Tanks für die Beförderung gefährlicher Güter – mit den Beständigkeitsbewertungen metallischer und polymerer Werkstoffe ist Grundlage für die stoffbezogenen Baumusterzulassungen für Tankcontainer und ortsbewegliche Tanks zur Beförderung gefährlicher Güter durch die BAM seit der Herausgabe der 1. Auflage 1989. Diese Beständigkeitsbewertungen werden nicht nur bundesweit, sondern weltweit als Erkenntnisquelle genutzt. Für die Zulassung von Kesselwagen und Tankfahrzeugen werden diese Daten auch herangezogen. Die Werkstoffbeständigkeitsdaten und der damit verbundene Informationsservice der BAM haben mit Sicherheit dazu beigetragen, Leckagen von Tanks aufgrund des Einsatzes von Tanks/Kesselwagen aus einem gegenüber dem Füllgut unbeständigem Tankwerkstoff oder Dichtungswerkstoff zu vermeiden.
Seitens der Industrie besteht großes Interesse, Polyethylenterephthalat (PET) als Werkstoff für Verpackungen zum Transport von Gefahrgütern einzusetzen, da aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit von PET die Wanddicken und somit die Kosten der Verpackungen reduziert werden können. Die Prüfung der Spannungsrissbeständigkeit von Polyethylenformstoffen als Werkstoffe von Verpackungen erfolgt mit Labormethoden unter Verwendung einer Standardflüssigkeit als Prüfmedium für die Spannungsrisse auslösende Wirkung auf Polyethylen (PE), wodurch Zeit und Kosten der Prüfungen reduziert werden.
Ziel dieser Arbeit war es, eine Laborprüfmethode zum Vergleich der Spannungsrissbeständigkeit von PE und PET auf ihre Anwendbarkeit zu prüfen, wie z.B. den Full Notch Creep Test (FNCT). Es wurde untersucht, ob die Prüfkörper aus PE und PET mit umlaufender Kerbe in dieser durch die chemische Industrie entwickelten und von der BAM konzipierten Apparatur auf der Basis des FNCT zu messbaren Ergebnissen unter Einfluss eines Ölsäureamidethoxylates als Netzmittel bei 50 °C führen.
Die Testergebnisse bestätigten die Eignung des Prüfverfahrens für die acht eingesetzten Formstoffe aus PE. Dieses Prüfverfahren konnte nicht für PET angewandt werden, da die Prüfkörper aufgrund der hohen Festigkeit und Steifigkeit des PET beim Kerbvorgang zerbrachen. Die gleiche Aussage konnte für den Nachweis der der Spannungsrissbeständigkeit von Verpackungen, der in der BAM Gefahrgutregel BAM-GGR 015 beschrieben wird, getroffen werden. Die einzige Möglichkeit zum Nachweis der Spannungsrissbeständigkeit von PET besteht in der Durchführung von Stapeldruckprüfungen.
Im deutschen Bundesautobahnnetz treten vor allem an den vor 2005 errichteten Betonfahrbahndecken vermehrt Schäden auf, die mit einer AKR in Verbindung gebracht werden. Sie äußern sich zunächst in einer Dunkelfärbung in den Fugenbereichen der Betonfahrbahndecke. Oft wird diese Erscheinung von einer von der Fuge ausgehenden horizontalen Rissbildung parallel zur Fahrbahnoberfläche begleitet. Durch den Einsatz der NMR-Technik konnte erstmals zerstörungsfrei der erhöhte Feuchtegehalt in der Betonrandzone als Ursache für diese Erscheinung nachgewiesen werden. Zusätzlich durchgeführte Radaruntersuchungen und Darr-Wäge-Versuche zeigten, dass die erhöhte Durchfeuchtung in der Betonrandzone in der Regel den gesamten Fahrbahnquerschnitt erfasst. Weiterhin wurde aufgezeigt, dass vor allem die akustischen Verfahren eine zerstörungsfreie Detektion der von der Fuge ausgehenden lateralen Ausdehnung der oberen Rissebene in die Fahrbahnplatte ermöglichen. Im Gegensatz zum Impakt-Echo-Verfahren erlaubt das Ultraschall-Echo-Verfahren zusätzlich die Ermittlung der Tiefenlage der oberen Rissebene. Es wird eine weitere Ertüchtigung der akustischen Verfahren für die Strukturaufklärung in Betonfahrbahndecken angeregt.
Aufbauende Untersuchungen an Laborbetonen: Parameterstudie zu ausgewählten AKR-Einflussgrößen
(2017)
Gegenstand des Vortrags ist die Vorstellung der Ergebnisse der aufbauenden Untersuchungen an Laborbetonen im Forschungsvorhaben FUTURUM. Im konkreten Fall werden die Ergebnisse der Parameterstudie zu nachstehenden ausgewählten Einflussgrößen auf die schädigende AKR präsentiert:
- zyklische Beanspruchung durch Klima und Verkehr
- Einbautemperatur und Nachbehandlung
- Art der Oberflächentextur
- ausgewählte Prüfbedingungen bei der Klimawechsellagerung (KWL)
Die Basis für diese Untersuchungen bildeten großformatige Balken sowie Platten mit behinderter Schwindverformung, die aus den im ARS 04/2013 vorgegebenen Fahrbahndeckenbetonrezepturen unter Verwendung einer alkaliempfindlichen Gesteinskörnung hergestellt wurden. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
- moderate Förderung schädigender AKR durch zyklische Beanspruchung aus Klima und Verkehr
- unterschiedliche Förderung des AKR-Schädigungsprozesses bei verschiedenen Fahrbahn-deckenbetonen bei Erhöhung der Einbautemperatur von 15 auf 30 °C und sonst gleichbleibender Nachbehandlung (Folie)
(Oberbeton >8 / Unterbeton: moderat, Oberbeton 0/8: stärker ausgeprägt)
- verminderte KWL-Dehnung bei AKR-provozierender Lagerung beider Betonarten bei 30 °C durch Verschlechterung der Nachbehandlung (Windkanal, 5 m/s)
- Zunahme schädigender AKR in Abhängigkeit von der Art der Oberflächentextur (Besenstrich, Grinding/Grooving, Waschbeton)
- nichtlineare Zunahme der KWL-Dehnung mit Erhöhung der NaCl-Konzentration der Prüflösung (Bestätigung der Richtigkeit gewählter normativer NaCl-Konzentration)
- Verminderung der KWL-Dehnung durch Substitution der Frost-Tauwechselphase trotz vermindertem Tausalzeintrag
Ausgehend von der in der TRAS 410 beschriebenen Notwendigkeit zur Veranlassung besonderer Maßnahmen beim Umgang mit deflagrations-und/oder detonationsfähigen Stoffen werden die Explosionsmechanismen für Stoffe in kondensiertem Zustand beschrieben. Reaktive organische Stoffe sind u. a. anhand ihrer Struktur insbesondere bei Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen identifizierbar. Durch eine Reihe von international eingeführten Prüfmethoden lassen sich solche Stoffe z. B. hinsichtlich ihrer mehr oder weniger ausgeprägten explosiven Eigenschaften charakterisieren. Anhand konkreter Beispiele werden die Prüfergebnisse erläutert und die Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften klassifiziert. Maßnahmen zur Vermeidung kritischer Zustände bei der Herstellung und Lagerung sowie beim Transport gefährlicher Stoffe werden auch am Beispiel von Unfällen erläutert.
Einfluss von Feuchte und Nässe auf die Witterungs-induzierte Alterung am Beispiel eines Polyurethans
(2017)
Bei der Bewitterung von Polymeren kommt es auf molekularer Ebene zur Alterung, die sich in verschiedenen Eigenschaften als unterschiedlich starke Änderung äußert. Art und Geschwindigkeit dieser molekularen Alterung und die damit einhergehenden Eigenschaftsänderungen hängen dabei neben einer Reihe anderer Einflussfaktoren von der Art und Intensität der Beanspruchung ab.
In diesem Beitrag soll der relative Einfluss des Wassers als Feuchte und Nässe unter den Beanspruchungsfaktoren untersucht werden. Die Unterscheidung von Luftfeuchte und Nässe bezüglich ihrer Wirkung ist dabei notwendig, weil die stehende Nässe zusätzliche Extraktionswirkung besitzt und auch die verfügbare Sauerstoffmenge beeinflusst.
Dazu wurde ein Polymer, das im Rahmen des BAM-internen Projektes PolyComp untersucht wird, künstlich bewittert. Hierzu wurde ein Fluoreszenzlampengerät mit UV-A 340 nm Leuchtstoffröhren verwendet, in dessen Probenraum durch zusätzliche Kammern die gleichzeitige Bewitterung unter drei unterschiedlichen Feuchte-Varianten realisiert wurde (bei konstanter Temperatur):
- UV und trocken
- UV und hohe Luftfeuchte
- UV und stehende Nässe.
Das gleichzeitige Einwirken der einzelnen Einflussfaktoren kann dabei konkurrierende oder aufeinander folgende chemische Reaktionen und physikalische Prozesse und somit ein anderes Ergebnis bewirken, als wenn sie isoliert nacheinander auf eine Probe eingewirkt hätten.
Über die erwähnten Varianten hinaus kann auch noch der spezifische Einfluss der UV-Strahlung mit untersucht werden, weil die Proben im Bereich ihrer Befestigung verdeckt sind.
Die Methodik und erste Ergebnisse dieser Untersuchung werden präsentiert.
Bei der Betrachtung der Rechtmäßigkeit von Explosivstoffen und pyrotechnischen Gegenständen mit CE-Zeichen auf dem Gemeinschaftsmarkt der EU wird oft der Baumusterprüfung und der "Baumusterprüfberscheinigung" große Aufmerksamkeit geschenkt. Bei pyrotechnischen Gegenständen kommt hier noch die Registriernummer als überprüfbares Merkmal hinzu. In der Phase der Baumusterprüfung werden die anwendungstechnischen Eigenschaften und Anforderungen der harmonisierten Normen geprüft, wofür eine der prüfenden benannten Stellen der EU die Verantwortung hat.
Für die sichere Funktion und Leistung von Explosivstoffen und pyrotechnischen Gegenständen ist jedoch die in der, oder im Anschluss an die, Fertigung stattfindende Qualitätssicherung (QS) mindestens ebenso wichtig. Ohne Einhaltung eines der Qualitätssicherungsmodule findet keine rechtmäßige Abgabe auf den Gemeinschaftsmarkt statt. Unkorrekte Anwendung der QS führt i. d. R. auch zu Fehlern an den Produkten mit mehr oder weniger auffälligen Problemen.
In der Vergangenheit konnte die Marktüberwachung aus dem Anzeigeverfahren für die erstmalige Verwendung von Explosivstoffen und pyrotechnischen Gegenständen und den dabei geführten Listen Anhaltspunkte bzgl. der Rechtmäßigkeit gewinnen und ggf. bei der BAM weiterführende Informationen abfragen. Mit dem Wegfall der Anzeigepflicht nach § 6 der 1. SprengV und dem Wegfall dieser Informationsquelle muss sich die Überprüfung von Explosivstoffen und pyrotechnischen Gegenständen auf dem Markt und in Lagern auf die begleitenden QS nach einem der Module der jeweiligen Richtline konzentrieren.
In dem Beitrag werden Kennzeichnungsmerkmale und Möglichkeiten der Überprüfung der QS an Explosivstoffen und pyrotechnischen Gegenständen aufgezeigt. Teilnehmer der Marktüberwachung und anderer Aufsicht führenden Stellen sollen sensibilisiert werden und mit Informationen ausgestattet werden, die ihnen ein Handeln auf diesem Gebiet ermöglichen.
Proben mit einer Mittelkerbe aus Polyamid 66 mit 35% Gewichtsan-teil an Kurzglasfaser (PA-GF35) wurden im Spritzgießverfahren hergestellt und in einem ungeschädigten und durch Schwingbeanspruch geschädigten Zustand mittels Röntgenverfahren charakterisiert. Sowohl die Faserorientierungsverteilung als auch die Riss-/Mikrorissbildung wurden mit der Röntgenrefraktionstopographie in einem SAXS-Aufbau und dem Diffraction-Enhanced-Imaging am Synchrotron (BESSY II) analysiert. Beide Verfahren spiegeln in guter Übereinstimmung die Charakteristiken dieser Werkstoffklasse in Bezug auf die Fertigungsqualität und die Schädigungsme-chanismen wider.
Ermittlung eines allgemeingültigen Erstarrungsrisskennwerts durch Abstraktion gängiger Heißrisstests
(2017)
Ergebnisse von Untersuchungen zur Heißrissanfälligkeit metallischer Werkstoffe, die aus gängigen Heißrisstests gewonnen wurden, sind i.A. schlecht mit Ergebnissen aus anderen Testverfahren vergleichbar. Darüber hinaus ist die Fehlererkennungsgenauigkeit der etablierten Testverfahren mitunter dürftig. Auch die Übertragbarkeit der rein Werkstoff-orientieren Testergebnisse auf reale Bauteile gestaltet sich schwierig. Insgesamt ist das Phänomen der Heißrissbildung nicht ausreichend erforscht und verstanden, als dass es in Konstruktion und/oder Bauteilfertigung vorhergesagt werden könnte.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Abstraktion gängiger Testverfahren, um verfahrensspezifische Einflüsse möglichst zu eliminieren, sodass eine universellere Beurteilung von Werkstoffen vorgenommen werden kann. Die gewonnenen Ergebnisse können so besser für Simulationen bzw. Vorhersagen der Heißrissanfälligkeit realer Bauteile herangezogen werden.
Ermittlung eines allgemeingültigen Erstarrungsrisskennwerts durch Abstraktion gängiger Heißrisstests
(2017)
Ergebnisse von Untersuchungen zur Heißrissanfälligkeit metallischer Werkstoffe, die aus gängigen Heißrisstests gewonnen wurden, sind i.A. schlecht mit Ergebnissen aus anderen Testverfahren vergleichbar. Darüber hinaus ist die Fehlererkennungsgenauigkeit der etablierten Testverfahren mitunter dürftig.
Nach der Konzeption eines neuartigen, geeigneten Verfahrens zur Bestimmung der Erstarrungsrissneigung weitestgehend unabhängig von Prozesseinflüssen, fasst dieser Vortrag nun die Validierung der experimentellen Vorgehensweise zusammen.