Publikationen

Diverse Kundenanforderungen, die sich nicht zwangsläufig mit den gängigen Abstufungen eines standardisierten Getriebebaukastensystems decken, erfordern es, in einigen Fällen eine auf den Punkt Auslegung durchzuführen, um eine für den Kunden bestmögliche Getriebekonfiguration anbieten zu können. Um den dahinterliegenden heute noch aufwändigen und kostenintensiven Prozess im zugehörigen Order Engineering zu vereinfachen sind automatisierte und digitalisierte Auftragsabwicklungen solcher Sonderlösungen notwendig. Die vorliegende Arbeit leistet dabei einen Beitrag, sich diesem Ziel zu nähern, indem sie ein Konzept anbietet, die notwendigen Verzahnungskorrekturen eines Getriebes automatisiert zu bestimmen. Gerade die Korrekturermittlung stellt eine immer wiederkehrende Aufgabe in einem solchen Auslegungsprozess dar. Sie dient der Effizienz- und Leistungsdichtesteigerung der Getriebe und wird heute zumeist noch händisch durchgeführt. Gleichzeitig benötigt diese Form der Auslegung weitreichendes Expertenwissen und den Einsatz von Expertentools. Intelligente Computerprogramme wie Rikor (Ritzelkorrekturprogramm der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V.) bieten hierbei die Möglichkeit einer gezielten Korrekturauslegung. Die Kombination mit skriptbasierten Tools wie R (statistische Programmiersprache) ermöglicht es dann, Prozesse wie den Korrekturauslegungsprozess nachzubilden bzw. zu implementieren. Durch Einsatz von Standardkorrekturarten sind dabei geeignete Korrekturwerte und -arten für automatisch generierte Getriebe abzuleiten. Anschließend werden die aus den automatisch generierten Korrekturwerten folgenden Berechnungsergebnisse evaluiert. Die Daten aus dem vorangegangenen Arbeitsschritt dienen im Weiteren als Eingangsparameter für einen Regressionsalgorithmus. Dieser ist Teil der Erstellung eines Proof of Concept (Machbarkeitsnachweis) zur automatisierten Korrekturwertvorhersage. Dabei ist die Intention, die notwendigen Korrekturwerte anhand des Regressionsmodells bestmöglich vorherzusagen, anstatt immer wieder aufwändige Rikor-Berechnungen durchführen zu müssen. Dieser Versuch soll zeigen, ob die Parametervorhersage im betrachteten Anwendungsfall grundlegend möglich ist. Das Ziel ist damit eine Verkürzung der Rechenzeiten bei ähnlicher Aussagequalität und damit die Effizienzsteigerung des Getriebeauslegungsprozesses. Abschließend folgt eine Analyse der Ergebnisse und eine Einschätzung, ob der entwickelte Regressionsalgorithmus für die Korrekturparameterermittlung geeignet und damit der Proof of Concept erfolgt ist.

Im Hinblick auf die Optimierung von Bauteilen aus recyclebaren Werkstoffen für zukünftige Fahrzeugprojekte ist unter Betrachtung der Funktion eine detaillierte Analyse der stofflichen Eigenschaften bezüglich Fügetechnik und Korrosion notwendig. Ziel dieser Abschlussarbeit ist ein aussagekräftiger Vergleich zwischen der neu entwickelten Rezyklat-Legierung mit den Kennwerten des Serienwerkstoffs. Die Charakterisierung der Legierung erfolgt anhand umfangreicher experimenteller Untersuchungen der vier relevantesten Fügeverfahren im Karosseriebau. Zur Untersuchung der Festigkeitseigenschaften werden wie im Automobilbau üblich, einfachüberlappte Scherzugproben gefertigt. Um eine ganzheitliche Bewertung für den Entwicklungsprozess liefern zu können, wird der entsprechende Fügeprozess anhand von ausgewählten Bewertungskriterien analysiert und abschließend unter Berücksichtigung der jeweiligen geometrischen Eigenschaften und werkstofflichen Kennwerte bewertet. Begleitend zu den Festigkeitsuntersuchungen mittels quasistatischer Scherzugversuche werden zur Ermittlung der versagensrelevanten Kenngrößen und zur Analyse der Verbindungsqualität auch metallographische Untersuchungen im Bereich der Fügeverbindung durchgeführt. Um weitere Erkenntnisse über die Einsatzmöglichkeiten der zu qualifizierenden Legierung zu identifizieren, werden im Hinblick auf nachfolgende Fahrzeuggenerationen auch potentielle künftige Hilfsfügeelemente und Werkstoffkombinationen eingeplant, sowie weitere Korrosionstests und elektrochemische Untersuchungen durchgeführt.

Der strukturelle Wandel zur Elektromobilität ist nicht nur in der Automobilindustrie, sondern ebenfalls in der Nutzfahrzeugbranche zu beobachten. Vor allem im Segment der leichten Nutzfahrzeuge mit einem zulässigen Gesamtgewicht von 3,5 t steigt die Anzahl an Modellen mit elektrischem Antriebsstrang. Allerdings führt das Mehrgewicht der Antriebsbatterie in Kombination mit dem zulässigen Gesamtgewicht zu einer reduzierten Nutzlast und Wirtschaftlichkeit der Fahrzeuge. Neben den Batteriezellen bietet insbesondere das vorwiegend aus Aluminium und Stahl gefertigte Antriebsbatteriegehäuse Potenzial für Leichtbau, welches durch den Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) genutzt werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Grundlagen von FVK und batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen sowie der Aufbau von Antriebsbatterien und deren gesetzliche Anforderungen erläutert. Auf Basis bestehender Anwendungen von FVK im Bereich von Batteriegehäusen werden innovative Konzepte mit im Pultrusionsverfahren gefertigten FVK-Komponenten entwickelt. Anschließend erfolgt eine Bewertung nach mechanischen, wirtschaftlichen und nachhaltigen Kriterien. Als Konzept mit dem höchsten Potenzial geht ein Gehäuse mit Komponenten aus Aluminium, CFK und GFK hervor, welches eine Gewichtsersparnis von 15,2 kg und 15,3 % gegenüber der Referenz aus Aluminium aufweist. Weiterhin wird eine Vorauslegung mithilfe analytischer und numerischer Methoden vorgenommen. Abschließend erfolgt die Entwicklung eines vollständigen Antriebsbatteriekonzeptes, bestehend aus dem Batteriegehäuse, HV-Komponenten sowie einem Kühlsystem. Insgesamt wird gezeigt, dass sich pultrudierte FVK für den Leichtbau von Antriebsbatteriegehäusen eignen. Für eine tatsächliche Anwendung bedarf es allerdings weiterer Auslegungs- und Validierungsmaßnahmen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Grundsatzuntersuchungen zur pulvermetallurgischen Herstellung von Aluminiumschäumen mit der Zielsetzung, durch die Einbringung von Titanborid (Ti2B) -Verstärkungspartikeln eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Vergleich zum unverstärkten Schaum zu erreichen. Hierzu werden die Aluminiumlegierung AlMg4Si8 sowie die in unterschiedlicher Konzentration beigefügten Ti2B-Verstärkungspartikel mithilfe von Titanhydrid als Treibmittel aufgeschäumt und anschließend untersucht. Durch Druckversuche, welche in Anlehnung an die DIN 50134 Norm für zellulare Metalle durchgeführt werden, können Aussagen über die Veränderung der Druckfestigkeit und Materialsteifigkeit getroffen werden. Darüber hinaus werden die metallographisch vorbereiteten Schäume zusätzlich auf ihre Porengröße und Porenverteilung untersucht. Des Weiteren wird mittels EDX-Analyse die elementare Zusammensetzung der Schäume analysiert. Mit den gewonnenen Ergebnissen kann ein Verbesserungspotenzial durch die Einbringung der Verstärkungspartikel festgestellt werden.

Klimaerwärmung, Ressourcenschutz und Senkung von Treibhausgas-Emissionen - das sind die größten Herausforderungen im heutigen Technologiezeitalter. Die wahrscheinlich einzige Technologie, die ökologische und ökonomische Vorteile miteinander vereint, ist der Leichtbau. Oder anders gesagt: Leichtbau ist gut fürs Klima und den Gelbeutel. Die derzeit eingesetzten metallischen Leichtbauwerkstoffe sind größtenteils Aluminium, hochfeste Stähle und Titan. Einen geringen Anteil macht das Leichtmetall Magnesium aus, welches sogar deutlich leichter als das etabliertere Aluminium ist. In der Grundlagenforschung, der modernen Metallforschung und Werkstoffprüfung zu neuen Materialien und Werkstoffen ist die Metallographie daher nicht mehr wegzudenken. Da sich die Metallographie von Magnesiumlegierungen aufgrund von verschiedenen Eigenschaften schwierig gestaltet, soll diese Arbeit die Problematik aufgreifen, um eine Art Präparationsanleitung zu erstellen und sinnvolle metallographische Gefügebilder zu erhalten. Zu Beginn dieser Arbeit werden Zielstellungen des Projektes formuliert. Im Stand der Technik wird neben Grundlagen der Metallographie auch auf die Anwendungen von Magnesium in der Industrie eingegangen. Es wird eine Art Bearbeitungsanleitung für die Metallographie von Magnesium erstellt und diese auf drei unterschiedliche Legierungen angewandt. Die damit hergestellten Proben werden im Anschluss daran mittels Röntgenfluoreszensanalyse, Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie analysiert und das entstandene Gefüge ausgewertet.