TY - THES A1 - Simon, Sylvio T1 - Werkstoffgerechtes Konstruieren und Gestalten mit metallischen Werkstoffen T1 - Construction and design with metallic materials with consideration of materials properties N2 - Moderne Konstruktionen im Maschinen- und Fahrzeugbau werden oft aus Umwelt- und Kostengründen als Leichtbaukonstruktionen ausgeführt. Dabei spielen metallische Werkstoffe auf Grund ihres hohen Recyclingpotential und ihrer hervorragenden Verarbeitbarkeit trotz ihrer zum Teil recht hohen Dichte nach wie vor eine bedeutende Rolle. Neue Fertigungs- und Fügeverfahren ermögliche neuartige konstruktive Lösungen. Dabei kann zum Teil auf neue, metallische Halbzeuge zurückgegriffen werden. Die aktuelle Entwicklung der zur Fertigung von Blechen verwendeten Stähle, Aluminium- und Magnesiumlegierungen sowie ihre spezifischen Fertigungseigenschaften werden einleitend beschrieben. Es schließt sich eine Klassifizierung von Halbzeugen und Beschreibung der Fertigung der Halbzeuge an, die auf den Leichtbau ausgerichtet ist. Dabei werden Probleme, Grenzen und typische Fehlermöglichkeiten bei der Herstellung der Halbzeuge beleuchtet. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Untersuchung neuer Halbzeuge. Beispielhaft sind hier die leichten Stahlrohre als Leichtbauprofile, ihre Vorformung durch Gleitziehen und ihre Ausformung durch einen geringen Wirkmediendruck genannt. Es werden verschiedene Fertigungsmöglichkeiten diskutiert. Sie eignen sich für Tragwerke und Rahmenstrukturen und stellen eine Kombination aus Rohrprofil und Biegeträger dar. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung des Verfahrens zur Herstellung von blechebenen Aluminium Stahl Tailored Blanks. Sie werden durch einen Kaltpressschweißvorgang bei gleichzeitiger Umformung durch Walzen hergestellt und weisen, anders als bei schmelzgeschweißten Tailored Blanks, keine interkristallinen Phasen auf. Damit eignen sie sich prinzipiell auch für Karosserieaußenteile. Den größten Umfang nehmen die strukturierten Feinbleche als neuartige Halbzeuge für den Konstruktionsprozeß ein. Ihr Materialverhalten wird ausführlich dargestellt und unter Nutzung von FEM- Simulationen erläutert. Die dazu entwickelten angepassten Prüfverfahren werden vorgestellt. Sie unterscheiden sich erheblich von den Prüfverfahren für glatte Bleche, die nur das Materialverhalten, nicht aber die Halbzeugeigenschaften wiedergeben. Die durchgeführte Zug-, Biege- und Torsionversuche zeigten eine starke Struktur- und Materialabhängigkeit. Die Ergebnisse der Untersuchungen zur mechanischen und wirkmedienbasierten Umformung werden vorgestellt und auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Dabei werden Kennwerte für Werkzeuge und Strukturen für die Konstruktion bereitgestellt. Die für die Gestaltung von Bauteilen oft so wichtigen Fügeverfahren des Klebens, Punktschweißens und Schraubens werden an strukturierten Feinblechen sowohl untereinander als auch mit glatten Feinblechen untersucht und dargestellt. Zusammenfassend werden die Vor- und Nachteile der neuen Halbzeugarten sowie weiterer Forschungsbedarf beschrieben. Für jedes Halbzeug sind Konstruktions- und Gestaltungshinweise erarbeitet worden. N2 - Nowadays, lightweight constructions are often applied to allow for sustainable and economical design and production within the mechanical and automotive industry. This is still based on the application of metal materials due to their excellent recyclability and workability, even upon their inherent high density properties. New technologies, like special manufacturing and joining methods as well as the availability of newly developed semi-finished parts are leading to the application of innovative construction solutions. Sheet metals are mainly manufactured by the application of steel, aluminium and magnesium alloys. The current development processes as well as the manufacturing of these materials are therefore described in the introduction of this work. It is followed by a classification and a description of the manufacturing of semi-finished parts which is focused on lightweight production. This includes difficulties and obstacles occurring during processing. By means of lightweight steel tubes, the deformation caused by tube drawing as well as the formation due to the application of low pressure fluids (hydroforming) is explained. Furthermore, different manufacturing methods are discussed, which are especially suited to plane structures and space frame structures, being a combination of round tube profile and bending beam. A major part also focuses on the development of a production method for plane aluminium-steel tailored blanks. These are connected by a combination of cold pressure welding and a rolling procedure and therefore differently to fusion weld processes, since no intergranular phase occurs, applicable for outboard body parts. The main focus in this work, however, is structured sheet metal as a new group of semi-finished parts within the design process. Their material behaviour is described in detail, and extensively explained using Finite Element Analysis. It is further presented how test methods had to be adapted to facilitate investigations on properties of semi-finished parts rather than only test material behaviour which is common in testing plane sheet metals. Performing tensile testing, bending tests and torsion tests on these samples showed a strong dependence of structure and material. The results of mechanical tests and tests with active fluid mediums are evaluated regarding there suitability for industrial applications. Characteristic data for tools and structures for design solutions are provided. In the following step, joining methods like bonding, spot welding and bolting are investigated. This is accomplished by both comparing joined structured sheet metals as well as by investigating the bond mechanism between structured and plane sheet metals using earlier mentioned methods. In summary, advantages and disadvantages of semi-finished parts are discussed, besides further need for research, construction and design notes for each part are given. KW - Metallischer Werkstoff KW - Konstruktion KW - Gestaltung KW - Leichtbau KW - Kaltpressschweißen KW - Wirkmedienbasierte Umformverfahren KW - Fügeverfahren KW - Punktschweißen KW - Lightweight construction KW - Cold pressure welding KW - Active medium forming (hydroforming) KW - Joining technologies KW - Spot welding Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-502 ER - TY - THES A1 - Sviridov, Alexander T1 - Leichtbau mit Aluminiumschaumsandwich : Prozessketten zur Herstellung von Bauteilen T1 - Lightweight design with aluminium foam sandwich : Process chains for manufacturing of construction parts N2 - Die Anforderungen an Blechhalbzeuge steigen ständig. Dabei sucht die blechbearbeitende Industrie nach neuen Werkstoffen mit multifunktionalen Eigenschaften, da die konventionellen Werkstoffe die gestellten Anforderungen nicht bzw. nur teilweise erfüllen können. Als innovativer Werkstoff zeigte dabei der Aluminiumschaum ein großes Potential bei der Verwendung als Komponente eines Verbundes. Dieser Verbund ist Aluminiumschaumsandwich (AFS), das aus Aluminiumblechen als Decklagen und Aluminiumschaum als Kernschicht besteht. In der vorliegenden Arbeit wurden umfassende Untersuchungen an Aluminiumschaumsandwichen durchgeführt und Fertigungsstrategie zur Herstellung vom praxisnahen Prototyp entwickelt. Dabei wurden neben den Umform- und Aufschäumtechnologien auch die Fügetechniken (u.a. Schweißen und Blindnieten) untersucht und erprobt. Welches Verfahren in einem einzelnen Fall besser geeignet ist, hängt stark von der Anwendung sowie von den gestellten Anforderungen ab. Die nachgewiesene Machbarkeit von hergestellten Bauteilen verdeutlicht das Einsatzpotential dieses innovativen Werkstoffes. N2 - The requirements for semi-finished sheets are constantly increasing. So the sheet fabricating industry is looking for the new materials with multifunctional properties, since the conventional materials can’t meet the increased requirements. An innovative material - the aluminium foam – has a great potential for use as a component of a sheet composite: aluminium foam sandwich (AFS). It consists of two aluminium sheets and aluminium foam as the core layer. In this work extensive investigations have been conducted on aluminium foam sandwiches. The main subject was the development of manufacturing strategies for the production of prototypes. In addition to the forming and foaming techniques the joining techniques (e.g. welding and blind riveting) were also investigated and tested. Which process in a particular case is more suitable depends on the application and the actual requirements. The demonstrated prototype and the used manufacturing technologies illustrated the great potential of aluminium foam sandwich. KW - Leichtbau KW - Schaumaluminium KW - Sandwichbauteil KW - Aluminiumschaum KW - Aluminiumschaumsandwich KW - AFS KW - Leichtbau KW - Prozesskette KW - Aluminium foam KW - Aluminium foam sandwich KW - AFS KW - Lightweight design KW - Process chain Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23664 SN - 978-3-86624-555-6 ER - TY - THES A1 - Gammoul, Abir T1 - Entwicklung einer Umformtechnologie zur Herstellung endkonturnaher Slicermesser T1 - Development of a forming technology for the production of near net shape Slicer blades N2 - Slicermesser sind kreisförmige Scheibenmesser zum Schneiden von Lebensmittelprodukten, insbesondere Wurst, Fleisch, Käse und dergleichen. Sie werden in Hochleistungsschneidemaschinen so genannten Slicern eingesetzt und mit hoher Drehzahl von 3450 bis 5600 min-1 angetrieben. Die hohen Drehzahlen und die auftretenden Schnittkräfte erfordern eine sehr stabile Ausführung des Slicermessers. Ausgehend davon, die Messer in aufwändigen spanenden Herstellungsverfahren gefertigt werden müssen und ein relativ hohes Gewicht von 5250 g aufweisen. Der Schlüssel zur Lösung dieser Herausforderungen hinsichtlich Stabilität, Steifigkeit, Gewichtseinsparung, Werkstoffeinsatz und Fertigungsaufwand könnte in der endkonturnahen Fertigung durch Blechumformung liegen. In dieser Arbeit wurde ein werkstoffeffizientes, aus Stahlblech herstellbares Slicermesser entwickelt. Die Umformtechnologie zur Herstellung des Slicermessers wurde realisiert. Die Funktionsfähigkeit und die technische Zuverlässigkeit der hergestellten Slicermesser wurden experimentell überprüft und mit dem herkömmlichen Slicermesser verglichen. N2 - Slicer blades are circular disc blades for cutting food products, in particular sausage, meat, cheese and the like. They are used in high performance cutting machines called slicers and driven at high speed from 3450 to 5600 min-1. The high speed and the occurring cutting forces require very stable version of Slicer blades. Based on that, the knife must be made on elaborate Machining manufacturing process and have a relatively high weight of 5250 g. The key to the solution of these challenges with stability, rigidity, weight savings, use of materials and manufacturing costs could be the near net-shape manufacturing of sheet metal forming. In this work, a material-efficient, from sheet steel producible Slicer blades was developed. The forming technology for the production of Slicer blades was realized. The functionality and the technical reliability of the product Slicer blades were experimentally tested and compared with the conventional Slicer blades. KW - Messer KW - Blechumformen KW - Slicermesser KW - Blechbearbeitung KW - Biegesteifheit KW - Gewichtseinsparung KW - Slicer blades KW - Sheet metal forming KW - Rigidity KW - Weight saving Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27228 ER - TY - THES A1 - Berding, Jens T1 - Entwicklung eines wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb T1 - Development of a versatile press system with servo spindle drives N2 - Unternehmen der Umformtechnik sehen sich vermehrt steigenden Anforderungen bei schwankenden Einflussfaktoren ausgesetzt. Für eine wirtschaftliche Fertigung sind Pressen erforderlich, die sich den steigenden Anforderungen und schwankenden Einflussfaktoren anpassen und mit möglichst hoher Produktivität, Qualität und Wirtschaftlichkeit eine breite Produktpalette fertigen können. Unter diesen Voraussetzungen bietet sich der Einsatz von kraftgebundenen Servospindelpressen an. Diese ermöglichen frei programmierbare Stößelbewegungsprofile und stellen die Nennkraft über den gesamten Stößelhub zur Verfügung. Allerdings erfüllen die bekannten Servospindelpressen die Forderung nach wandlungsfähigen Pressen, welche an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, besonders die Änderung der Abfolge von Teilprozessen und der Austausch von Maschinenkomponenten, nur sehr eingeschränkt. Aus diesem Grund wird ein neuartiges wandelbares Pressensystem entwickelt. Dieses soll dem Anwender weitreichende Vorteile bringen: Die Nennkraft des Pressensystems wird auf mehrere, in Durchlaufrichtung der Teile frei positionierbare und miteinander koppelbare Pressenmodule mit eigenen Pressenantrieben und -stößeln aufgeteilt. Durch Servospindelantriebe werden prozessangepasste Stößelbewegungsprofile für einzelne Teilprozesse ermöglicht. Dies erlaubt eine wandelbare Anordnung von Teilprozessen, wodurch die Prozesskette skaliert werden kann. Unterstützt wird die Wandlungsfähigkeit des Pressensystems, indem es durch den Anwender erweitert werden kann und sich weitere Prozesse wie Schweißen, Löten oder Kleben integrieren lassen. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des beschriebenen wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb für die Komplettbearbeitung von kleinen Bauteilen. Grundlage bildet die Untersuchung des Standes der Pressentechnik und der Methoden der Produktentwicklung. Der Entwicklungsprozess wird in die Phasen Anforderungsfindung, Konzeptfindung und Entwurfsfindung gegliedert. Zur Überprüfung wird aus dem Entwurf ein Prototyp ausgearbeitet. Im Anschluss werden Maßnahmen zur Produktstrukturierung durchgeführt, aus denen die Weiterentwicklung des Entwurfes zu einer Typengruppe und einem Baukastensystem resultiert. Zum Abschluss wird das Pressensystem bewertet, sein Einsatzspektrum beschrieben und das Pressensystem innerhalb bestehender Pressen eingeordnet. N2 - Companies that supply forming technology are confronted with increasing demands and varying influences. Nowadays, presses which can be adapted to more stringent requirements and changing influencing factors are a prerequisite for an economical production. These presses have to manufacture a wide range of products with high productivity and quality while considering the costs. In the light of the above, the use of force-linked servo-presses with ball screw is recommended. These servo screw presses permit a freely programmable ram's movement and constant press force during the ram's stroke. Even so, the known servo screw presses only satisfy insufficiently the demand for changeable presses, which can be adapted to various requirements. Examples of changeability in forming technology are the modification of the sequence of subprocesses or the replacement of machine components. For that reason, a new changeable press system is to be developed. This is intended to bring the following advantages for the user: The nominal force is allocated to several press modules with separate press drives and rams, which can be positioned freely and combined to other press modules. The servo-drive with ball screw enables a process-adapted ram's movement for separated subprocesses. By this means, the sequence of subprocesses is changeable and the process chain can be scaled. The changeability is contributed by the possibility to extend the press system as well as to integrate further processes such as welding, soldering and adhesive bonding. The objective of this examination is to develop a changeable press system with servo-drive and ball screw for all-in-one processing of small components. Basis therefor is an investigation into the state of press technology and product development methods. The product development process is divided into three phases: the requirements analysis, the conceptual design and the embodiment design. In order to verify the embodiment design, a detail design for a prototype is being compiled. Subsequently, product structuring methods are implemented. These further development results in a type group and a modular system. Finally, the changeable press system is valued, the range of applications is explained and a classification within existing presses will be given. KW - Umformtechnik KW - Pressensystem KW - Wandlungsfähigkeit KW - Servopresse KW - Spindelpresse KW - Forming technology KW - Press system KW - Adaptability KW - Servo press KW - Spindle press KW - Presse KW - Spindel KW - Servomotor Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41227 SN - 978-3-86624-633-1 PB - Winter-Industries GmbH CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Déplanque, Sylvain T1 - Lifetime prediction for solder die-attach in power applications by means of primary and secondary creep T1 - Lebensdauervorhersage für (SnAgCu- und SnPb-) aufgelötete Leistungshalbleiter mittels primärem und sekundärem Kriechen N2 - The objective of this thesis was to accurately check and improve the models existing for eutectic solder alloys used in simulation tools. Creep deformation,which is the most important deformation mode of solders, of two solder alloys, the widely used eutectic SnPb and the environmentally friendly alternative solder alloy SnAgCu was tested. It was shown that it is necessary to model two different stages of this high temperature induced mechanism: To improve the current material definition, primary creep must be implemented in the FE-software in addition to the existing secondary creep models. This thesis shows how it is possible to test creep behaviour under cyclic loading conditions with a test specimen of novel design. So, primary creep was observed and reoccurs cyclically under such test conditions. Furthermore, steady state creep is also always observed. A Constitutive equation combining both primary and secondary creep was given and verified. This model was implemented in FE-code Ansys, and after performing different kinds of simulation, the necessity of simulating primary creep was demonstrated. In order to achieve reliability information by FE-simulation of solder die attach, the creep-fatigue behaviour with the mean of crack propagation must be modeled. Various kinds of chips on copper substrate (power-transistors) were thermally tested, and different methods were used to investigate crack propagation. These methods were scanning acoustic microscopy and microstructure analysis by optical microscopy. The influence of damage on thermal behaviour (i.e. the thermal resistance of the device) was also assessed. These results were compared with the simulation results in order to build a lifetime prediction model based on crack propagation analysis. N2 - Das Ziel dieser Arbeit war es, die schon vorhandenen Modelle für die Lötstellensimulation zu verbessern. Da das Kriechen für die Verformung von Lötlegierungen der wichtigste Mechanismus ist, wurde das Kriechverhalten für zwei Lötlegierungen untersucht. Es handelt sich dabei um die weltweit bekannten Legierungen eut. SnPb und das umweltverträglichere SnAgCu. Es ist empfehlenswert zwei Bereiche dieses Hoch-Temperatur Mechanismus zu modellieren. Um die bisherigen Werkstoffsmodelle verbessern zu können, ist das primäre Kriechen zusätzlich zu den bestehenden sekundären Kriechmodellen in FE-Programme zu implementieren. Diese Arbeit zeigt, wie das Kriechen unter zyklischer Belastung mit einer neuen Prüfkörpergeometrie untersucht werden kann. Unter solchen Randbedingungen ist erneut primäres Kriechen zu beobachten. Weiterhin wurde immer auch stationäres Kriechen beobachtet. Eine Zustandsgleichung, bestehend aus primärem und sekundärem Kriechen, wurde entwickelt. Dieses Modell wurde in den FE-Code Ansys implementiert, und nach der Durchführung von verschiedenen Packagingsimulationen wurde ebenfalls festgestellt, das das primäre Kriechen unbedingt berücksichtigt werden muss. Um eine Lebensdauerprognose von flächigen Lötstellen zu erreichen, müssen die Kriechermüdung sowie der Rissfortschritt modelliert werden. Einige Testdemonstratoren (Leistungstransistor auf Kupfer) wurden thermo-mechanisch geprüft (Temperaturschock und Temperaturwechsel). Durch zwei verschiedene Methoden (Ultraschallmikroskopie und Gefügeanalyse) wurde die Rissinitiierung und der Rissforschritt untersucht. Der Einfluss der Schädigung auf das thermische Verhalten des Testobjektes (thermischer Widerstand des Bauelements) wurde ebenfalls bewertet. Diese experimentellen Ergebnisse wurden mit den Simulationsergebnissen verglichen, um ein neues Lebensdauermodell basierend auf der Rissfortschrittanalyse zu bauen. Eine sehr gute Übereinstimmung erlaubt nun die Zuverlässigkeitsvorhersage von flächig aufgelöteten Chips im Bereich der Leistungselektronik. KW - Legierung KW - Löten KW - Kriechen KW - Kriechen KW - Lötstelle KW - Rissfortschritt KW - Lebensdauer KW - Leistungselektronik KW - Creep KW - Solder joint KW - Crack propagation KW - Lifetime KW - Power electronic Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4275 ER -