Veröffentlichungen und Vorträge

Das gepulste Laserstrahlauftragschweißen mit drahtförmigem Zusatzwerkstoff ist eine Möglichkeit zur Verarbeitung von hochfesten γ‘-ausscheidungshärtenden Nickelbasis-Superlegierungen. Es ermöglicht eine heißrissarme Reparatur von artgleichen Werkstoffpaarungen durch werkstoffangepasste Pulsformen. Die begrenzte mittlere Leistung gepulster Laserstrahlquellen schränkt jedoch die Auftragrate und damit die Produktivität des Schweißprozesses ein. Durch die Entkopplung von Wärmeanteilen, das heißt unter Anwendung der Heißdrahttechnik und Vorwärmung des Grundwerkstoffs, wird der Laserstrahlschweißprozess unterstützt und die zum Aufschmelzen von Grund- und Zusatzwerkstoff benötigte Energie nicht ausschließlich durch den Laserstrahl eingetragen, wodurch die Schweißgeschwindigkeit bzw. die Abschmelzleistung des Verfahrens erhöht werden kann.

Der vorgestellte Beitrag beschäftigt sich mit der Untersuchung von geeigneten Bewertungskriterien beim Ultraschallschweißen von Aluminium-Litzen und Kupfer-Kontaktteilen. Der Fokus lag hierbei auf dem Erzeugen verschiedener Kompaktierungszustände durch die Variation der Schweißkraft sowie dessen Auswirkungen auf die Trennkraft und den elektrischen Widerstand. Es konnte gezeigt werden, dass sehr gute Anbindungseigenschaften erzielt werden können, jedoch eine zu geringe bzw. zu starke Kompaktierung nicht geeignet ist. Eine zu geringe Kompaktierung äußert sich in einer unzureichenden Anbindung des Kabels an den Ableiter, während eine zu starke Kompaktierung zum Abtrennen von einzelnen Litzen sowie zu Rissen und dem Bilden von Trennebenen führt. Beides resultiert in verringerten mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Somit lassen sich die besten Verbindungeigenschaften für die betrachtete Materialkombination in einem Zwischenbereich (FS = 1170 N - 1340 N) erzielen, was mit den vorgestellten Bewertungskriterien ermittelt werden kann.

The demand for efficient and digital systems for supporting the decision making during the design of a product is a key issue in manufacturing companies. Decisions made during the development and design of a product have a strong impact on the costs and delivery times of a product. Hence, a digital system which supports the engineer during and after the development process with information about the manufacturability of the product can reduce the production costs and times. In order to be able to evaluate the manufacturing capabilities at manufacturing process and machine level, there is a need to represent them in a digital way. Digital knowledge bases like taxonomies and ontologies provide the possibility for a representation of manufacturing resources. The state of the art shows different approaches for the use of ontologies in the domain of subtractive manufacturing processes as well as additive manufacturing (AM) processes. The goal of this work is the semantical representation of manufacturing technology capabilities with focus on AMmachines and processes. In this paper we introduce taxonomies of Manufacturing Features and Manufacturing Restrictions which were developed in accordance with current standards. To enrich the taxonomies with information, it was enhanced by relations between different manufacturing related entities in a knowledge graph. If manufacturing processes and machines can be digitally mapped, described and linked to the geometric information of a product together with information on the current performance of the company/network, bottlenecks and delivery delays during the manufacturing of parts can be avoided.

Höherfeste Stähle erlauben hohe Beanspruchungen, insbesondere im Zugbereich, in Konstruktionen aufzunehmen und führen zur Reduzierung tragender Querschnitte, zur Verringerung des Materialverbrauchs und der Herstellungskosten. Da die Bemessungsregeln für Verbindungen ausschließlich auf Konzepten beruhen, die für normalfeste Stähle bis fy,k = 360 N/mm^2 entwickelt wurden, können die Vorteile höherfester Stähle nicht voll ausgenutzt werden. Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben hat durchgeschweißte Stumpfnähte von höherfesten Stählen untersucht. Es wurden Empfehlungen für eine effiziente Schweißnahtvorbereitung beim Metallschutzgasschweißen (MSG) der Stumpfnähte höherfester Stähle sowie für eine Optimierung des Energieeintrags entwickelt. Die Reduzierung des Energieeintrags wirkt einer Gefügeausbildung entgegen, die die statische Tragfähigkeit vermindert. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können von neuen Regeln zur Nahtbemessung profitieren, die den Einfluss des Schweißprozesses und des Schweißzusatzwerkstoffs auf die Tragfähigkeit der Stumpfnähte erfassen und die Regeln nach EN 1993-1-8 vorteilhaft ergänzen können.

According to the technical breakthrough towards E-Mobility, current-carrying dissimilar joints between aluminum and copper are gaining an increasing relevance for the automotive industry and thus, coming into focus of many research activities. The joining of dissimilar material in general is well known to be a challenging task. Furthermore, the current-carrying joining components in E-Drive consist of pure aluminum and copper materials with relatively thin sheet thickness, which are thermally and mechanically very sensitive, as well as highly heat and electrically conductive. This results in additional challenges for the joining process. Due to their properties, friction stir welding and especially fiction stir spot welding (FSSW) using pinless tools - i.e., as hybrid friction diffusion bonding process (HFDB) is more and more attractive for new application fields and particularly promising for aluminum-copper joining tasks in E-Mobility. However, the feasibility is restricted because of the relatively high process forces required during friction stir welding. Thus, to fulfill the high process and quality requirements in this above-mentioned application field, further research and process development towards process force reduction are necessary. This work deals with the application of the tool downscaling strategy as a mean of process force reduction in FSSW of thin aluminum and copper sheets for current-carrying applications in E-Mobility, where the components are very sensitive to high mechanical loads. The tool downscaling approach enables constant weld quality in similar process time of about 0.5 s despite reduced process forces and torques. By reducing the tool diameter from 10 mm to 6 mm, the process force could be reduced by 36% and the torque by over 50%. Furthermore, a similar heat propagation behavior in the component is observable. These results provide a good basis for the joining of E-Drive components with thermal and mechanical sensitive sheet materials using the pinless FSSW process.