Rezensionen

Jan Isermann

Ein biologisch-inspirierter modularer Endeffektor für das adaptive und vollaktuierte Greifen in Pick-and-Place-Anwendungen

Der auffällig lange Titel dieses Buches signalisiert, dass es sich um eine wissenschaftliche Ausarbeitung handelt. In seiner Reihe ..Berichte aus dem Institut für Konstruktions- und Fertigungstechnik" publiziert der Shaker-Verlag Dissertationen, die an der Hamburger Helmut Schmidt- Universität erfolgreich verteidigt worden sind - im vorliegenden Fall die von Jan Isermann. Der Autor hat in den vergangenen Jahren am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Technische Logistik unter der Leitung von Prof. Bruns intensive Forschungen angestellt, die neuartige Greifsysteme für das automatisierte Kommissionieren in der Intralogistik betreffen. Das Buch - sprich die Dissertation - fasst in neun Kapiteln das wissenschaftliche Herangehen, die theoretischen und praktischen Untersuchungen sowie die dabei gewonnenen Ergebnisse und Schlussfolgerungen systematisch zusammen. Insofern besteht der Lesernutzen bei dieser Monografie nicht nur im Verfolgen der akribischen Suche nach geeigneter, flexibel einsetzbarer Greiftechnik, die bio-inspiriert zum System .“Elastogripper“ führte. Das mit vielen Bildern und Tabellen ausgestattete Buch liefert ebenso eine Muster-Fundgrube für heutige Forschungsabläufe generell. Fazit: Unter Hinzuziehung biologischer Vorbilderwurde in Hamburg ein modernes modulares Greiferkonzept hergeleitet, das geringstmögliche Anforderungen an die zu handhabenden Artikel (ausgewählt mit Clusteranalyse aus einem umfangreichen Drogeriesortiment) stellt. Alle Ideen zum Antrieb und zur Regelung sind nach Berechnungen und Voruntersuchungen konstruktiv in einem Greiferprototypen umgesetzt worden. Dessen Leistungsvermögen wurde abschließend in Laborumgebung mit Erfolg getestet. Norbert Hamke

Quelle: Hebezeuge Fördermittel, Heft 9/18, S. 63

Peter Dallhammer

Grundlagen der Pistolentechnik

Analysen – Markt – Ausblick

Theorie und Praxis, Historisches und ein Blick in die Gegenwart - all das findet seinen Platz in diesem Werk über 150 Jahre Pistolentechnik. Bisher wurde in der Literatur entweder der Sammler oder der an Verschlusstechnik interessierte Leser bedient. Dieses Buch ist anders. In vier Abschnitten zu Waffentechnik, Fertigungstechnik, US-Gesetzen und Verordnungen sowie der Vorstellung von neun modernen Pistolen setzt der Autor neue Maßstäbe. Interessante Themen wie die heutigen Anforderungen an Pistolen werden gründlich dargestellt, ebenso die Materialauswahl und Oberflächenbehandlung. Verschlüsse, Federn, Abzugs- und Sicherungssysteme werden ebenfalls behandelt: Fazit: Sehr lesenswert. pd

Quelle: Deutsches Waffen-Journal DWJ, 09/18, S.10

Erwin Herzberger

Transformation

Vom Zeichnen zum Entwerfen. Zeichnen, Gestalten, Erfinden

Die hier zusammen geführten Ergebnisse stammen aus vierzig Jahren Erfahrung des Verfassers in der Gestaltungslehre an der Universität Stuttgart und der German University in Cairo. Die übergreifende Theorie dieser Publikation basiert auf dem Kontext von Analyse Interpretation - Synthese. Aus diesem Grund steht das analytische Zeichnen mit seiner rationalen Methode am Beginn. Diesem folgt das anschauliche Zeichnen, mit dem dann emotionale und atmosphärische Eigenschaften ausgedrückt werden können. Mit Licht und Schatten entstehen in weiteren Schritten räumliche Wirkungen. Der" räumliche" Aspekt führt schließlich zum Plastisch-Räumlichen und zur Architektur hin. Die Analyse und die Erfindung von Raum soll als Konsequenz aus dem transformatorischen Prozess gesehen werden. Daraufhin folgen die sog. kompositorischen Zusammenhänge über Größen und Verhältnisse der Bild- und Formgestaltung. Im Weiteren sind die Relationen von" Bild - Form Raum 11 dargestellt, und zwar nicht im 2- oder 3-dimensionalen (geometrischen) Sinne, sondern darüber hinausgehend als Verhältnis von Wirkungen, wie z.B. der räumlichen Wirkung von Farben. Damit wird ein Denken in den Konventionen einer überkommenen Bauhauslehre überwunden und der Blick geöffnet auf Grenzüberschreitungen zum kontextuellen Gestalten hin. Die Kapitel wie Experimentelles und Transformation machen nachvollziehbar, wie gestalterische Prozesse auf der Grundlage zuvor analysierter Merkmale interpretiert, gewandelt und in neue Kontexte gebracht werden können. In den Kapiteln Synthese / Projekte wird schließlich aufgezeigt, wie der Weg von ersten analytischen Schritten bis hin zum gestalteten Produkt verlaufen kann. Dies soll insbesondere Studierenden ein Leitfaden sein, wie mit den zuvor erkannten Merkmalen und Potentialen die eigene kreative Arbeit bereichert wird. Den Abschluss bildet das Thema" Darstellung der Idee" mit dem Schwerpunkt des darstellenden Modellbaus und darunter besonders die sog. "Rekonstruktionsmodelle ", d.h. Gebäude die nie gebaut wurden, oder solche, die nicht mehr existieren.

Quelle: Fraunhofer IRB, 2018-428, 2018(04):9010870

Alexander Küllmer

Kalibrierung von Magnetfeldantennen mittels kontaktloser vektorieller Netzwerkanalyse

Funkamateure und BCDXer können ein Lied davon singen, dass es durch den vermehrten Einsatz immer schneller schaltender leistungselektronischer Komponenten zu Störemissionen im KW-Bereich und darüber kommt. Eine Erfassung der gestrahlten Emission erfolgt physikalisch bedingt üblicherweise mit Magnetfeldantennen. Ein Rückschluss von der daran gemessenen Spannung auf die Feldstärke der Störemission erfordert die genaue Kenntnis des sog. Antennenfaktors der Messsonde. Dazu nimmt man idealerweise eine Kalibrierung der Magnetantenne am Einsatzort vor. Ausgehend von der Tatsache, dass bisher genutzte Verfahren teilweise zu deutlich unterschiedlichen Antennenfaktoren führen, hat Küllmer eine Kalibrierungsmethode unter Anwendung eines Verfahrens zur kontaktlosen vektoriellen Netzwerkanalyse mittels Stromzangen entwickelt und in dieser Dissertation beschrieben. Das an der TU Braunschweig unter Leitung von Prof. Dr. Achim Enders entstandene Werk wendet sich vorrangig an mit derartigen Messungen betraute EMV-Spezialisten, stellt jedoch einen wichtigen Schritt im Kampf gegen den uns alle betreffenden Elektrosmog dar. -rd

Quelle: FUNKAMATEUR, 9/2018, S.812

Steffen Krause, Christian Schaum (Hrsg.)

9. Seminar Wasserversorgung

Politik, Wirtschaftlichkeit, Anlagentechnik

Die aktuelle Diskussion zum Thema Nitrat und die jahre- bzw. jahrzehntelang nicht umgesetzten Anforderungen aus der EU-Nitratrichtlinie zeigt auf, welchen Stellenwert der allgemeine Grundwasserschutz im Rahmen der Landbewirtschaftung hat. Die jetzt verabschiedete Düngeverordnung mit der dort enthaltenen Stoffstrombilanz ist zwar ein Schritt in die richtige Richtung aber die möglichen Ausnahmetatbestände weichen die Anforderungen zum Nachteil des Grundwassers erheblich auf. Neben der Qualitätsdiskussion steht die Zukunftsfähigkeit der bayerischen Wasserversorgungsstruktur aus mehreren Gründen im Fokus. Die Rahmenbedingungen ändern sich im Hinblick auf den Klima- und demografischen Wandel. Ein zweites Standbein der Wassergewinnung oder die hygienischen Anforderungen im Gleichklang mit sinkenden Wasserverbräuchen und dem Grundschutz der Löschwasserversorgung sind Themen, die gelöst werden müssen. Die teilweise Überalterung der Wasserversorgungsanlagen und die damit anstehenden nicht unerheblichen Sanierungsmaßnahmen von der Wassergewinnung und eventuellen Aufbereitung über die Speicherung bis hin zum bruchanfälligen Netz aus Grauguss- oder versprödeten PVC-Leitungen benötigen erhebliche finanzielle Mittel und ein fachkundiges Personal, dass mit Hilfe der einschlägigen Regelwerke die anstehenden Aufgaben technisch und wirtschaftlich möglichst optimal löst. In einem DVGW-Forschungsvorhaben hat die Professur für Siedlungswasserwirtschaft der Universität der Bundeswehr unter Leitung von Dr. Steffen Krause die kleinräumig strukturierte Wasserversorgung in Süddeutschland eingehend analysiert und anhand der Ergebnisse sowohl Handlungsbedarf, Verbesserungsvorschläge und auch Umsetzungsschwierigkeiten bei der Anwendung der allgemein anerkannten Regeln der Technik, speziell des DVGW-Regelwerkes Wasser in kleineren Unternehmen herausgearbeitet. Aus dem oben genannten Themenspektrum sind die Vorträge und ihre Referenten für das 9. Seminar Wasserversorgung ausgewählt worden, deren Beiträge in dem Band zusammengefasst sind.

Quelle: Fraunhofer IRB, 2018-301, 2018(02):9000926

Jan Möller

Entwicklung eines Messsystems zur Ermittlung der Nitrifikationsaktivität

Im Rahmen der Arbeit wurde ein für die Industriekläranlage der Currenta GmbH und Co. OHG angepasstes Messverfahren zur Ermittlung der Nitrifikationshemmung von Abwässern entwickelt. Das entwickelte Messverfahren basiert auf dem Messprinzip der Respirationsmessung, d.h. über den Sauerstoffverbrauch der an der Nitrifkation beteiligten Bakterien wird ein Rückschluss auf deren biologische Aktivität gezogen. Das Messverfahren bietet die Möglichkeit, zwischen der Hemmung der ammonium- und nitritoxidierenden Bakterien zu differenzieren. In der betrachteten Industriekläranlage erfolgt die biologische Elimination in zwei Stufen mit separaten Belebtschlammkreisläufen, wobei die Nitrifikationsstufe nachgeschaltet ist. Der Einfluss der ersten biologischen Stufe wird ebenfalls durch das Messverfahren zeitoptimiert abgebildet. Dadurch lässt sich die zur Analyse notwendige Zeit um ca. 60 Prozent reduzieren. Das adaptierte Messprinzip wurde automatisiert. Der daraus resultierende Biosensor GNS(Respi) ermöglicht die vollständige biologische Bewertung einer Abwasserprobe in Hinsicht auf eine potenziell nitrifikationshemmende Wirkung innerhalb von 8-10 h. Der manuelle Aufwand bei der Analyse wurde auf einige Minuten reduziert.

Quelle: Fraunhofer IRB, 2018-533, 2018(05):9016243

Nicole Biedermann

Analyse der Übertragbarkeit von Mobilitätskonzepten im Kontext nachhaltiger Urbanisierung

Ein strategischer Handlungsrahmen für kommunale Entscheidungsträger

Der Megatrend Urbanisierung geht einher mit wachsendem Wohlstand und steigender Mobilitätsnachfrage, die überwiegend durch motorisierten Individualverkehr gedeckt wird. Die daraus resultierenden negativen Auswirkungen beeinflussen verschiedene Dimensionen der Nachhaltigkeit, was sich vor allem in Städten immer deutlicher zeigt. Aus diesem Grund leistet die Arbeit einen Beitrag, städtische Mobilität nachhaltiger zu gestalten. Das Ergebnis ist eine Checkliste für kommunale Entscheidungsträger, die konkrete Maßnahmen zur Entwicklung nachhaltiger urbaner Mobilität enthält. In einer sich anschließenden Diskussion wird die Übertragbarkeit einzelner Maßnahmen des integrierten Stadt- und Mobilitätskonzepts in Kopenhagen auf andere Städte thematisiert. Bei der Publikation handelt es sich um eine Masterarbeit, die im Rahmen des Studiengangs Automotive & Mobility Management an der Technischen Hochschule Ingolstadt erstellt wurde. Sie ist ausgezeichnet mit dem Kulturpreis Bayern 2017, einer Förderung der Bayernwerk AG für herausragende Leistungen in Kunst und Wissenschaft.

Quelle: Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Dokumentation Straße, April 2018, S. 8

Jakob Klassen

Beitrag zur vereinfachten Eigenspannungsberechnung von Mehrlagenschweißverbindungen

Ausgangspunkt der Arbeit ist die Tatsache, dass sich im Betriebsalltag Eigenspannungen mit Lastspannungen überlagern und die Lebensdauer geschweißter Konstruktionen beeinflussen. Folglich ist die Kenntnis über den genauen Eigenspannungszustand bereits für die Auslegung von großem Interesse. Zerstörende Messverfahren der Eigenspannungsbestimmung sind insbesondere bei geringen Losgrößen nicht zielführend. Zerstörungsfreie Verfahren sind vorhanden und verbreitet, haben jedoch verfahrensspezifische Nachteile wie die begrenzte Auflösung. Eigenspannungs-gradienten in Blechdickenrichtung lassen sich damit nicht bestimmen.

Die Alternative: die Finite-Elemente-Methode (FEM)

Eine Alternative ist die Virtualisierung der Konstruktion unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Anwendung der FEM ermöglicht prinzipielle Aussagen über Eigenspannungszustände an jeder Stelle des berechneten Modells, insbesondere an messtechnisch nicht zugänglichen Orten. Jedoch unterliegt die Eigenspannungsberechnung mit Hilfe der FEM gewissen Grenzen und Fehlerquellen, die der feinen Diskretisierung und der hochgradigen Nichtlinearität geschuldet sind. Bei der Berechnung von Mehrlagenschweißverbindungen steht man selbst bei hohen verfügbaren Rechenkapazitäten unabwendbar vor so hohen Rechenzeiten, dass ein praktischer Nutzen kaum noch erkennbar ist. Auf Anwenderseite wird diesem Problem oftmals mit radikalen Vereinfachungen der zu berechnenden Schweißaufgabe begegnet.

Ein Gewinn: Vereinfachungsansätze

Vereinfachungsansätze wie die Vermeidung hoher Diskretisierungsgrade, die Reduktion der Schweißlagen sowie semitransiente Berechnungen führen zwar zu handhabbaren Rechenzeiten, können aber auch zu Ergebnisungenauigkeiten führen. Deren Qualität muss alsdann hinterfragt werden. Im Fokus der Arbeit steht deshalb insbesondere die Frage, welche Vereinfachungsstategien bei der Schweißstruktursimulation anwendbar sind, wenn eine akzeptable Genauigkeit anwendungsnah erreicht werden soll. Hierzu wurden messtechnisch verifizierte Referenzmodelle erstellt. Anhand dieser Modelle wurden anschließend Ansätze steigenden Vereinfachungsgrades untersucht und deren Auswirkungen auf die Ergebnisqualität quantifiziert. Die numerisch untersuchten Vereinfachungen umfassen eine geometrische Skalierung der Ausgangsmodelle sowie die Anwendung aufgebrachter Temperaturzyklen und das Zusammenfassen einzelner Schweißraupen zu größeren Lagen.

Es konnte gezeigt werden, dass die häufig verwendeten Vereinfachungsansätze für die Berechnung von Eigenspannungen und Verzügen nur bedingt und teilweise gar nicht zulässig sind. Jedes Verfahren hat seine Grenzen und birgt Gefahren für den Anwender, wenn experimentell bestimmte Daten zur Validierung und Verifizierung nicht oder nur begrenzt zur Verfügung stehen. Das bedeutet, dass ein stark lokalisierter Abgleich von Experiment und Berechnung noch kein Beleg für die Richtigkeit der Rechenansätze sein muss, wenn auf eine verfeinerte experimentelle Bestimmung verzichtet wird.

Eine Zusammenstellung repräsentativer Eigenspannungsverteilungen

Einleitend zum Forschungsthema ist zu sagen, dass Eigenspannungen oftmals im Verdacht dazu stehen, einen Einfluss auf die Lebensdauer geschweißter und zyklisch sowie statisch beanspruchter Konstruktionen zu haben. Sie werden sowohl im Zusammenhang mit der Rissentstehung, als auch mit dem Risswachstum in Verbindung gebracht. Hierzu ist eine Vielzahl an Ergebnissen veröffentlicht, die den Einfluss der Eigenspannungen beispielsweise auf die Schwingfestigkeit untersuchten. Vereinfachend wird unterstellt, dass sich Eigenspannungen mit Lastspannungen im Betrieb überlagern und je nach Vorzeichen einen positiven oder negativen Effekt haben können. In jedem Fall ist die Kenntnis über den genauen Eigenspannungszustand bereits für die Auslegung von tragenden Schweißkonstruktionen von großem Interesse. Da dieser von einer Vielzahl von Faktoren abhängig ist, ist eine Aussage über Art und Größe der jeweils vorliegenden Eigenspannungsverteilungen nicht trivial. Eine Zusammenstellung repräsentativer Eigenspannungsverteilungen, basierend auf allen Eventualitäten, ist, wenn auch wünschenswert, diesen zum Beispiel in katalogisierter Form umzusetzen, aus den genannten Gründen nicht mach- und verfügbar.

Vorteil: FEM-Methode

Eine weitere Möglichkeit, mit der sich die vorliegende Arbeit auch zu Großteilen beschäftigt und auseinandersetzt, ist liegt in der Anwendung von numerischen Methoden. Die Chance besteht darin, die oben genannten Grenzen der Messtechnik zu überwinden. Beispielhaft hierfür steht die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Berechnung von Eigenspannungen. Die Anwendung der FEM ist in einigen Disziplinen bereits Stand der Technik und findet auch zur Berechnung der Auswirkungen des Schweißprozesses auf Eigenspannungen und Verzug verstärkt Eingang in die Praxis. Diese Lösungen sind heute nicht mehr nur im akademischen Umfeld zu finden.

Vor- und Nachteile

Stattdessen ermöglichen heute kommerziell verfügbare Softwarelösungen in Verbindung mit erschwinglicher Rechenleistung die Anwendung außerhalb des akademischen Umfelds. Der Vorteil der Anwendung der FEM-Methode liegt unter anderem darin, prinzipiell Aussagen über Eigenspannungszustände an jeder Stelle des berechneten Modells, insbesondere an messtechnisch nicht zugänglichen Orten, zu treffen. Folglich gehört die langwierige und kostenintensive Versuchsdurchführung dank eines Mindestmaßes an Aufwendungen in der virtuellen Umgebung der Vergangenheit an.

Wie bei allen Modellen und Methoden gibt es jedoch auch hier Nachteile. Bei dem Versuch der Berechnung von Mehrlagenschweißverbindungen steht man selbst bei hohen verfügbaren Rechenkapazitäten unabwendbar vor so hohen Rechenzeiten, dass ein praktischer Nutzen kaum noch erkennbar ist. Auf Anwenderseite ist die Antwort auf dieses Problem meist eine radikale Vereinfachung der zu berechnenden Schweißaufgabe. Ansätze wie die Vermeidung hoher Diskretisierungsgrade, die Reduktion der Schweißlagen sowie semitransiente Berechnungen führen zwar zu handhabbaren Rechenzeiten, liefern dann aber zwangsläufig Ergebnisgenauigkeiten, deren Qualität und folglich auch ihr Nutzen hinterfragt werden müssen. Gerade beim Schweißen von dickwandigen Bauteilen mit mehreren Lagen ändert sich die lokale Einspannsituation in Abhängigkeit der bereits eingebrachten Schweißraupen, was eine volltransiente Berechnung unabdingbar macht und folglich nicht auf anwendungsnahe Aufgaben anwendbar ist. Systematische Untersuchungen zu den häufigsten Vereinfachungsansätzen, die sich teilweise jedweder wissenschaftlichen Grundlage entziehen, sind, wenn sie denn durchgeführt wurden, nicht überliefert, sodass deren vermeintliche Ergebnistreue nicht quantifiziert ist. Einen Teil dieser Lücke soll die vorliegende Arbeit mit ihren darin enthaltenen Ergebnissen schließen. Im Fokus der Arbeit stehen insbesondere die Grenzen der Vereinfachungsansätze der Eigenspannungsberechnung in Mehrlagenschweißverbindungen.

Abgeleitete Fragestellung

Das Kernproblem der Schweißstruktursimulation besteht in der Beherrschbarkeit der Rechenmodelle unter Verzicht verfälschender Vereinfachungen. So sind wissenschaftlich befriedigende Übereinstimmungen zwischen Berechnungsergebnissen und Experimenten nur dann erzielbar, wenn man sich auf einfachste Stoßformen und einfachen Schweißnahtaufbau konzentriert.

Bei dünnwandigen, einlagig geschweißten Verbindungen im Automobilbau liegt der Fokus meist auf der Berechnung des Verzuges. Hier kann auch bei groben Vereinfachungen der Rechenmodelle eine Genauigkeit erzielt werden. Diese kann sodann praktischen Anforderungen genügen. Bei komplizierten, dickwandigen Schweißbauteilen sind oft grobe Vereinfachungen notwendig, weil die Berechnungsmodelle anderenfalls so einen Umfang erreichen, dass der zeitliche Aufwand akzeptable Grenzen weit übersteigt. Sollen beispielsweise zielwertoptimierende Variantenrechnungen durchgeführt werden, sind Rechenzeiten in Höhe mehrerer Wochen und Monate nicht zweckmäßig, da gerade bei Großstrukturen und folglich Einzelfertigungen die Gesamtstruktur nicht ökonomisch sinnvoll hergestellt und sukzessive optimiert werden kann und soll.

Zentrale Frage: "Welche Vereinfachungsstrategien sind bei der Schweißstruktursimulation anwendbar, wenn genau dann eine akzeptable Genauigkeit anwendungsnah erreicht werden soll?"

Reale Schweißverbindungen und dies sowohl bei Viellagenschweißungen in dicken Blechen, Konstruktionen mit vielen Schweißnähten sowie Handschweißungen in Zwangspositionen, können deshalb bislang nicht realitätsnah in Berechnungen abgebildet werden.

Die zentrale Frage der Arbeit lautet daher: "Welche Vereinfachungsstrategien sind bei der Schweißstruktursimulation anwendbar, wenn genau dann eine akzeptable Genauigkeit anwendungsnah erreicht werden soll?" Anwendungsnähe bedeutet hier, dass sich die Berechnungszeiten bestenfalls in der Zeitskala einiger Stunden oder Tage, statt in Wochen oder Monaten bewegen dürfen, ohne dabei auf Hochleistungscomputer oder Großrechner angewiesen zu sein.

Quelle: 4 innovative engineers, Mai 2018

Christopher Prinz

Wissensmanagementmethodik zur Organisation von Prozesswissen in der Produktion

Deutsche industrielle Produktionsunternehmen, sowohl Kleine und Mittlere Unternehmen (KMUs), als auch Großunternehmen stehen aktuell vor verschiedenen Herausforderungen, die den Hintergrund der vorliegenden Arbeit abbilden und gestalten. So müssen sie angesichts des globalen Wettbewerbsdrucks in damit einhergehenden global expandierenden Märkten bestehen und können so den global und weltweit existierenden Markt mitgestalten und mitaufbauen. Weitere Faktoren, denen sich die Unternehmen stellen müssen, sind einerseits der Niedriglohnsektor, der sich aus der Herausforderung, in Konfrontation mit anderen Markteilnehmern mit niedrigeren Löhnen zu bestehen, ergibt. Andererseits müssen Unternehmen, zum Beispiel und gerade IT-Unternehmen, um Fachkräfte ringen, ja geradezu kämpfen. Eine Strategie, um dem demografischen Wandel zu begegnen, ist es, gerade das Wissen der älteren Generation und Arbeitnehmer an die jeweils jüngere Generation und die damit verbundenen Arbeitnehmer weiterzugeben.

Herausforderung Digitalisierung aktiv mitgestalten

Die immer älter werdenden Mitarbeiter müssen noch dazu stets auf dem neuesten Stand der Technik und des (Fach-) Wissens gehalten werden. Die aktuell mit Sicherheit größte Herausforderung ist es sicherlich, die Digitalisierung im Unternehmen und den Einzug der sogenannten und vielfach diskutierten Industrie 4.0 zu integrieren und mitzugestalten. Besonders für mittelständische Unternehmen ist dies mitunter in der Relation mit höheren Kosten verbunden als sich dies für Großunternehmen und größere Unternehmen gestaltet. Dementsprechend sehen sich gerade die Kleinen und Mittleren Unternehmen mit noch größeren Herausforderungen konfrontiert als vergleichbare Unternehmen. Insgesamt steht der Industriestandort Deutschland also vor der Herausforderung, eben diesen Standort und dessen Produktion effizienter zu gestalten. Damit begegnet er dem steigenden Kostendruck. Hinzu kommen die Automatisierungskomplexität und die damit einhergehende Komplexität durch Digitalisierung und Industrie 4.0. Der Komplexität kann zudem damit begegnet werden, indem das Wissen der älteren Generation digital gespeichert und damit der jüngeren Generation zur Verfügung gestellt wird.

Ansätze zur Verbesserung der Haltbarmachung des Produktionswissens

Bisherige Forschungsansätze bezogen sich mehr auf wissensintensive als auf handlungsintensive Prozesse, wie sie für die Produktion wichtig und vonnöten sind. Dem will die vorliegende Arbeit Abhilfe schaffen. So wurde eine Wissensmanagementmethodik zur Organisation von Prozesswissen in der Produktion entwickelt. Die Methodik soll eine reaktionsschnelle Möglichkeit bieten, die Wissensbasis der Produktion zu visualisieren und mithilfe von Faktoren zu bewerten, um Maßnahmen zur Steuerung der Wissensbasis zu realisieren. Damit soll eine wichtige Ressource der Produktion, das Prozesswissen der Mitarbeiter, für Unternehmen gesichert werden.

Um das übergeordnete Ziel, eine Steuerung der Wissensbasis, zu gewährleisten, wurden verschiedene Teilmethoden entwickelt, die zunächst eine Identifikation von Prozesswissen ermöglichen und anschließend eine Kategorisierung zulassen. Mithilfe einer Methode zur Bewertung von Prozesswissen wird es möglich, Risikoanalysen, welche in Verbindung mit der Bedeutung des Wissens für das Unternehmen stehen, durchzuführen, um den Verlust dieser wichtigen Ressourcen zu vermeiden. Mittels einer weiteren Methode kann das Wissen strukturiert aufgenommen werden und durch einen Software-Prototyp digitalisiert und somit bewahrt werden, um es in der Organisation zu teilen.

Anwendbarkeit in der Praxis ist erwiesen

Vorteil der genannten Methodik ist unter anderem, dass sie ihren Wert in der Praxis und die damit verbundene Verknüpfung von Theorie und Praxis bereits unter Beweis stellen konnte. So konnte sie auf Basis von verschiedenen industriellen Anwendungsszenarien, welche in dem Forschungsverbundprojekt APPsist definiert wurden, erprobt und damit die Anwendbarkeit sichergestellt werden.

Ausgangssituation und Problemstellung

Auch in Deutschland ist man sich bewusst, dass ein produzierendes Gewerbe und eine industrielle Produktion einen wesentlichen Teil der Wertschöpfung ausmachen. Zunehmend sei man sich der Konkurrenz aus Asien und Südamerika bewusst, wie der Einleitung der vorliegenden Arbeit zu entnehmen ist. Aus Gründen der Wertschöpfung versucht die Industrie die Wertschöpfung wieder ins eigene Land und damit diese nach Deutschland zurückzuholen, anstatt diese weiterhin ins Ausland zu verlagern und dort verharren zu lassen. Gerade angesichts dieser Problematik bieten sich aktuelle Lösungen resultierend aus dem Komplex der Industrie 4.0 an.

Vorteile

Vorteile liegen bei den Cyber-Physischen Systemen (CPS) in diesen der Definition nach eingebetteten Systemen, die sowohl Produktions-, Logistik-, Engineering-, Koordinations- und Managementprozesse als auch Internetdienste umfassen. Sie greifen mittels Sensoren auf Daten der physikalischen Welt zu und wirken auf diese mithilfe von Aktoren ein. Gerade um die hieraus entstehenden Potenziale zu erschließen und somit einen Wettbewerbsvorteil für die deutsche Industrie zu generieren, hat die Bundesregierung das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 ausgerufen. In der Industrie 4.0 soll die technische Integration von CPS in Produktion und Logistik erfolgen, sodass Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) entstehen. In einem CPPS sind folglich die einzelnen, an einer Wertschöpfungskette beteiligten CPS, wie beispielsweise Produktionsanlagen, untereinander über das Internet der Dinge und Dienste miteinander vernetzt und bilden eine neue, intelligente Produktionseinheit.

Auch soziale Aspekte spielen eine Rolle

Dienste, Daten und Funktionen werden dezentral analysiert, ausgewertet und an der jeweils erforderlichen und am besten geeigneten Stelle zur Verfügung gestellt. Im Einzelnen werden außerdem soziale und technische Aspekte betrachtet, in deren systematischer Betrachtung zum Beispiel die Stakeholder eine entscheidende Rolle spielen. Auch die technischen Aspekte werden, je nachdem wie sie die Stakeholder beeinflussen, berücksichtigt. Auch diese Tatsache führt dazu, dass Unternehmen weiterhin vor große Herausforderungen gestellt werden, da die Komplexität technischer Systeme auch dadurch im Produktionsumfeld enorm ansteigt.

Mitarbeiter sind gefordert, sich stetig und konsequent weiterzuentwickeln

Dadurch entsteht ein rasanter Zuwachs des Informations- und Wissensbedarfs sowie des notwendigen beruflichen Kompetenz- sowie Expertiseniveaus der Produktionsbeschäftigten. Näheres zu diesem Sachverhalt schildert und erläutert das 1. Kapitel dieser Arbeit. Eine groß angelegte Studie der für den Begriff der "Industrie 4.0" verantwortlichen Deutschen Akademie der Technikwissenschaften wird ebenfalls zitiert und ausgewertet. Sie sieht zum Beispiel einen großen Bedarf bei der Entwicklung von Mitarbeiterkompetenzen vor.

Herausforderungen: Wissen bewahren und Lerneffekte sichern

Auch die zunehmende Individualisierung von Produkten ist ein weiterer bedeutender Treiber für automatisierte Produktionskonzepte. Die Folge ist, dass aufgrund dessen in der Produktion immer häufiger die Losgröße 1 gefertigt werden muss. So stellt ein großes Problem die Tatsache, dass sich bisher insbesondere bei der manuellen Montage von Produkten mit kleinen Losgrößen sich nur in geringem Ausmaß einstellende Lerneffekte zeigen und einstellen. So vergessen die Mitarbeiter bei sehr kleinen Serien aktuell das kurzfristig Gelernte schnell wieder. Somit muss das zunächst kurzfristig aufgebaute Wissen zu einem späteren Zeitpunkt erneut aufgebaut werden. Im Gegensatz dazu können bei Großserien sehr gute Lerneffekte erzielt und konstant gehalten werden, was enorme Vorteile schafft wie zum Beispiel die Reduktion von Kosten.

Vorteile, die die Digitalisierung mit sich bringt

Die Digitalisierung des Wissens wird daher notwendig, um die Produktion intelligent zu gestalten. Eine gängige wissenschaftliche Ansicht innerhalb der vorliegenden Arbeit ist es daher, dass "Arbeiten in einem sich ständig verändernden Arbeitsumfeld mit immer komplexeren Werkzeugen und Assistenzsystemen zu extrem hohen Anforderungen an die Fähigkeiten und das Wissen über die beteiligten Produktionsressourcen bei den Beschäftigten führt. Digitalen Medien und innovativen Lerntechnologien müssen eine herausragende Rolle in der Wissensvermittlung und Kompetenzentwicklung zukommen - auch, um die immer knapper werdende Zahl der Mitarbeiter möglichst wenig zur Ausbildung aus den Unternehmen zu reißen." Der Wissensfaktor wird daher zunehmend wichtiger, gerade für die hier beschriebenen Produktionssysteme und deren Funktionalität innerhalb der bestehenden Produktion. Der Vorteil liegt darin, dass ein ganzheitliches Wissensmanagement zur Reduktion von Produktionszeiten und -kosten sowie zu einer Fehlerreduktion führen kann. Gleichzeitig stellt sich nach wie vor die Frage, ob durch die aktuelle, digitale, Entwicklung eine Reduktion der Durchlaufzeit, Steigerungen der Produktivität und Verbesserungen der Produktqualität erreicht werden können. Eine Herausforderung besteht gerade für Kleine und Mittlere Unternehmen (KMUs) darin, kontinuierlich und mit dem Einsatz der jeweiligen Mitarbeiter den Einsatz von Wissensmanagementsystemen zu bestehen.

Die Bedeutung von Wissen wird zunehmend wichtiger

Zusammenfassend lässt sich erkennen, dass in Bezug auf die aktuelle Wettbewerbssituation und dem demografischen Wandel der Bedarf eines durchgängigen Managements von Wissen in dem Bereich der Produktion vorhanden ist und mittels der Industrie 4.0 die Digitalisierung von Wissen weiter vorangetrieben wird und somit einerseits Wissensmanagement unterstützt, andererseits aber auch gefordert wird. Das Wissen von Beschäftigten im Bereich der Produktion muss dafür aber mit den dazu gehörigen Komponenten eines Produktionssystems verknüpft werden und es bedarf einer Bewertungsmöglichkeit des Wissens, um frühzeitig Maßnahmen zur Sicherung dieses Wissens zu ergreifen.

Ausgangssituation

Aufgrund der Ausgangssituation ergeben sich somit die folgenden übergeordneten Ziele für eine Wissensmanagement-Methodik zur Organisation von Prozesswissen und zwar die der Vorgehensmethode zur Anwendung der Gesamtmethodik, eine Bewertungsmethode des Prozesswissens und eine Methode für Maßnahmen zur Regulierung des Prozesswissens.

Fragen, die sich angesichts der gestellten Problemstellung ergeben, sind folglich diese:

1.) Wie lässt sich Wissensmanagement (WM) im Produktionsumfeld einordnen und systematisieren? 2.) Wie lässt sich Wissen im Produktionsumfeld definieren? 3.) Wie kann die Wissensbasis einer Produktion beschrieben werden? 4.) Wie kann das Prozesswissen in der Produktion visualisiert und analysiert werden, um mithilfe von Methoden dieses Wissen gezielt zu regeln und zu steuern? 5.) Wie lässt sich Prozesswissen von Mitarbeitern durch diese selbständig digitalisieren?

Zusammenfassung

In der Zusammenfassung der Arbeit zeigt sich, dass neben der Ausgangssituation und der Motivation für diese Arbeit aktuelle Entwicklungen in der Industrie 4.0 und die daraus entstehenden Anforderungen für Unternehmen erläutert worden sind. Darauf aufbauend wurde die Zielsetzung dieser Arbeit formuliert und die dazu notwendige Vorgehensweise eingeführt.

Die Einleitung in die Thematik hat zunächst die Fabrik als Entstehungs- und Anwendungsort tiefergehend betrachtet. Dabei sind die Geschäftsprozesse sowie die notwendigen Ressourcen für den Wertschöpfungsprozess im Einzelnen erläutert worden. Anschließend wurde die Verankerung des Wissensmanagements in der Fabrik aufgezeigt und gleichzeitig auf dessen Heterogenität hingewiesen. Im weiteren Verlauf wurde das Wissensmanagement mit seinen unterschiedlichen Themenbereichen detailliert vorgestellt und die Vielfältigkeit dieses Wissenschaftsfelds aufgezeigt.

Ausblick

Die Notwendigkeit eines kontinuierlichen Wissensmanagements in der Produktion im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0 ist für Unternehmen allgegenwärtig. Die vorgestellte Wissensmanagementmethodik zur Organisation von Prozesswissen liefert hierfür eine erste anwendbare Hilfestellung und schließt somit eine Forschungslücke. Sie ermöglicht es, mit relativ geringem Aufwand anhand von verschiedenen Kategorien die Wissensbasis der Produktion zu ermitteln und das Wissensrisiko mithilfe von Faktoren zu bewerten, um Maßnahmen zu ergreifen, damit die Ressource Wissen gesichert werden kann.

Aus den Ergebnissen resultieren allerdings gleichzeitig neue Forschungsfragen, die unterschiedliche Forschungsfelder betreffen.

Zunächst müssen weitere Forschungsarbeiten die Möglichkeiten der digitalen Vernetzung der Methodik in die bestehende IT-Landschaft mit allen Schnittstellenproblemen erproben. An dieser Stelle stellt sich die Frage nach intelligenten Diensten, welche eine Akkumulation der erforderlichen Daten für die entwickelte Methodik automatisiert ermöglichen.

Die Überprüfung der Methodik hat gezeigt, dass sie auf reale Prozesse der Industrie anwendbar ist, aber es besteht nach wie vor der Bedarf einer Validierung. Diese Validierung bezieht sich nicht nur auf die Methodik, sondern auf die grundsätzliche Frage der Effektivität von Wissensmanagementsystemen. Erst durch den Einsatz von Langzeitstudien in Industrieunternehmen, die den Einsatz des Wissensmanagements in den Unternehmen begleiten und analysieren, lässt sich diese Effektivität beweisen.

Quelle: 4 innovative engineers, Mai 2018

Christian Schnatterer

Interkristalline Korrosion und Spannungsrisskorrosion von Al-Mg-Si-Cu-Drähten

Die Arbeit entstand aus dem Anlass heraus, dass es sich bei der Aluminiumlegierung EN AW 6056 um eine der bedeutendsten Legierungen für die Herstellung von Aluminiumschrauben für den Automobilbau handelt. Bis zur Herausgabe der Arbeit stellt sie den geeignetsten Kompromiss aus Umformbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit dar. Nachteilig ist, dass trotz der generell als hoch eingeschätzten Beständigkeit von Al-Mg-Si(-Cu)-Legierungen gegen lokale Korrosion diese Wertstoffklasse besonders im ausgehärteten Zustand anfällig für selektive Korrosion, wie zum Beispiel interkristalline Korrosion (IK) ist. Sämtliche mikrostrukturellen Vorgänge, die während der Aushärtung ablaufen und eine IK-Anfälligkeit bewirken, müssen noch erforscht werden, gerade weil heute zahlreiche, teilweise widersprüchliche Modellvorstellungen zur Beschreibung der ablaufenden Mechanismen existieren. Im Automobil werden Schrauben aus EN AW 6056 im T6-Zustand, also bei maximaler Festigkeit, eingesetzt. Eine große Herausforderung stellt es zum aktuellen Zeitpunkt dar, die selektive Korrosion ohne und mit mechanischer Beanspruchung für diesen Einsatz zu beherrschen.

Herausforderungen: thermische Belastungen in Folge der Abwärme des Motors sowie der Abgasanlage

Der Werkstoff im Automobil ist nicht nur korrosiven, sondern auch thermischen Belastungen in Folge der Abwärme des Motors sowie der Abgasanlage ausgesetzt. Die Temperaturbelastung von Aluminiumlegierungen durch Betriebswärme während eines Autolebens wird durch Langzeitwärmebehandlungen simuliert. Je nach Automobilhersteller werden solche Tests zwischen 120 Grad Celsius und 150 Grad Celsius für 1000 h (ca. 42 Tage) durchgeführt. Der Einfluss von derartigen Wärmebehandlungen auf das Korrosionsverhalten von Al-Mg-Si(-Cu)-Legierungen wird bis heute kontrovers diskutiert.

Hintergrund

Vor dem Hintergrund des Einsatzes als Schraube zielten die in der hier vorliegenden Arbeit vorgestellten Untersuchungen auf die Aufklärung der Mechanismen der interkristallinen Korrosion der EN AW 6056 im T6-Zustand. Der Werkstoff wurde dabei in Form von Draht untersucht, der das Halbzeug für die Schraubenherstellung darstellt. Der lösungsgeglühte und kaltausgelagerte T4-Zustand wurde einer vergleichenden Analyse unterzogen. Dieser besitzt zwar aufgrund seiner geringen Festigkeit keine technische Relevanz, kann aber wegen seines stark abweichenden Korrosionsverhaltens für ein möglichst vollständiges Werkstoffverständnis als Referenz herangezogen werden. Der Einfluss betriebsbedingter Wärmebelastung auf das Korrosionsverhalten des T4- und T6-behandelten Materials wurde bei 135 Grad Celsius für bis zu 42 Tage ebenfalls untersucht. Damit wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmalig umfassende Untersuchungen zur Aufklärung der Korrosionsmechanismen an Drähten der Legierung EN AW 6056 in NaCI-haltigen Elektrolyten in Abhängigkeit breit variierter Wärmebehandlungszustände durchgeführt.

Kontroversen aufgrund der Diskussion rund um Spannungsrisskorrosion von AI-Mg-Si(-Cu)-Legierungen und die zugrundeliegenden Mechanismen

Hintergrund für eine wichtige, aber kontroverse Diskussion innerhalb des genannten Themenbereichs sind die Spannungsrisskorrosion von AI-Mg-Si(-Cu)-Legierungen und die zugrundeliegenden Mechanismen. Zusätzlich zur lokalen Korrosion ohne mechanische Belastung wurden für die T4- und T6-Zustände die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion (SpRK) analysiert, die in Folge simultaner mechanischer und korrosiver Belastung auftreten kann und deren Verständnis für Schraubverbindungen hohe Relevanz besitzt. Durchgeführt wurde die Untersuchung der Korrosionseigenschaften mittels zyklischer Polarisation, Tauchtests und Langsamzugversuchen in NaCI-haltigen Elektrolyten. Die für die Analyse der lokalen Korrosionsmechanismen notwendige Mikrostrukturanalyse umfasste unter anderem dynamische Differenzkalorimetrie, Transmissionselektronenmikroskopie, Atomsondentomographie sowie synchrotronbasierte Röntgenfluoreszenzspektroskopie. Die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Wärmebehandlung wurden mittels Härteprüfungen ermittelt.

Ergebnisse

Am Ende der Untersuchungen zeigte sich, dass der T4-Zustand aufgrund der Abwesenheit von Sekundärphasen die geringste Festigkeit aufwies. So zeigte er sich zwar beständig gegen interkristalline Korrosion (IK), ließ aber eine Anfälligkeit für Lochkorrosion erkennen. Diese konnte durch mikrogalvanische Kopplung insbesondere zwischen groben, kathodischen Alpha-Al(FeMn)Si-Phasen und der umgebenden Aluminiummatrix erklärt werden.

Im Zustand maximaler Festigkeit (T6) war die Mikrostruktur im Korninnern durch feine und dicht ausgeschiedene ß"-Phasen charakterisiert. Die Korngrenze wies eine etwa 60 nm breite ausscheidungsfreie Zone auf, die an Magnesium, Silizium und Kupfer verarmt vorlag. Aufgrund der Verarmung der gegenüber Aluminium edleren Legierungselemente Si und Cu ist diese Zone anodisch gegenüber der angrenzenden Matrix und löst sich bei Anwesenheit eines Elektrolyten bevorzugt auf. Sowohl für den T4- als auch den T6-Zustand wurde in neutraler und angesäuerter 3,5%-iger NaCI-Lösung eine hohe Beständigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion gefunden. Dies wurde primär auf eine hohe Resistenz gegen Wasserstoffversprödung zurückgeführt.

Letztendlich untersucht und erforscht die Arbeit den Einfluss der Wärmebehandlungen auf die Härte, den Einfluss der Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur, den Einfluss der technischen Wärmebehandlungen auf lokale Korrosionsmechanismen ohne mechanische Beanspruchung, den Einfluss der simulierten Betriebswärme auf lokale Korrosionsmechanismen ohne mechanische Beanspruchung sowie den Einfluss der technischen Wärmebehandlungen auf die Mechanismen der Spannungsrisskorrosion.

Diskussion

Zur Diskussion stehen der Einfluss der Wärmebehandlungen auf die Mikrostruktur, der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Härte, elektrochemische Kennwerte, Mechanismen der Lochkorrosion, Mechanismen der interkristallinen Korrosion sowie der Spannungsrisskorrosion (SpRK).

Einfluss der Wärmebehandlungen auf die Härte

Bei den Untersuchungen zum Einfluss der Wärmebehandlungen auf die Härte beispielsweise wurde zusätzlich zu den Ausgangswärmebehandlungen T4 und T6 der Einfluss der simulierten Betriebswärme bei 135 Grad Celsius für bis zu 42 Tage auf die Härte untersucht. Dies hatte den Grund, dass insbesondere die Temperaturbeständigkeit sowie das Überalterungsverhalten der Legierung EN AW 6056 vor dem Hintergrund des Einsatzes als Schraube analysiert werden. Hier ist festzustellen, dass bei beiden Materialien eine Überalterung eintritt, welche für das T6-Material bereits nach Überschreiten der ersten 48 Stunden und für das T4-Material nach 21 Tagen festgestellt werden konnte. Die Reduzierung der Härte mit zunehmender Auslagerungsdauer bei 135 Grad Celsius ist dabei charakteristisch für Überalterung.

Nach 18-tägiger Auslagerung der Materialien war die erste Überschneidung der beiden Härtekurven der ursprünglichen T4- und T6-Zustände erkennbar. Zu diesem Zeitpunkt befand sich das T6-wärmebehandelte Material schon in einem fortgeschrittenen Überalterungszustand, während das T4-behandelte Material tendenziell erst kurz vor Erreichen der maximalen Aushärtung stand. Die maximale Festigkeit der ursprünglich T4-behandelten Probe nach 21-tägiger Auslagerung entspricht in etwa der Festigkeit des ursprünglicheren T6-Zustands. Diese Beobachtung legt nahe, dass eine Korrelation mit den Diffusionsgeschwindigkeiten von Mg und Si in Aluminium besteht, die bei 172 Grad Celsius ca. 21-mal höher sind als bei 135 Grad Celsius. Insgesamt ist der Grad der Neigung zur Überalterung der genannten Legierung auf dieser Temperaturstufe als vergleichsweise gering einzustufen. Für niedrigere Auslagerungstemperaturen, zwischen 120 und 165 Grad Celsius, ist die Überalterungsbeständigkeit der Legierung EN AW 6056 insbesondere gegenüber den höherfesten 7000er Legierungen als hoch einzustufen.

Spannungsrisskorrosion

Was über die Legierung EN AW 6056 noch zu sagen ist, ist, dass sie selbst im IK-anfälligen T6-Zustand keine Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion aufzeigt. Dies ist gleichzeitig eine der zentralen Aussagen, die aus den Experimenten abgeleitet werden können. Diskutiert wird der Mechanismus der anodischen Auflösung für 7000er Legierungen, der im Wesentlichen auf dem Rissfortschritt durch interkristalline Korrosion beruht. Er ist für die untersuchte Legierung unter den betrachteten Prüfbedingungen nicht zutreffend. Darüber hinaus verdeutlichen die Beständigkeit der Legierung unter kathodischer Polarisation sowie die sogar in unmittelbarer Nähe von Korrosionsangriffen durch duktiles Versagen erzeugten Bruchflächen die Resistenz des Materials gegen Wasserstoffversprödung. Für den Einsatz als Schraube folgt daraus, dass selbst für einen im Betrieb auftretenden lokalen Korrosionsangriff der Verbindungselemente nicht mit einem schlagartigen Versagen durch Spannungsrisskorrosion zu rechnen ist.

Zusammenfassung und Fazit

Folgende zentrale Erkenntnisse lassen sich zusammenfassen (siehe auch die in Kapitel 3 formulierte Zielstellung):

Einfluss der technischen Wärmebehandlung und simulierten Betriebswärme auf die Korngröße sowie die Mikrostruktur im Korninnern und der Korngrenze

Die T6-Behandlung bei 172 Grad Celsius und auch die Langzeitwärmebehandlungen bei 135 Grad Celsius bewirken keine Veränderung der Korngröße. Nach 42-tägiger Auslagerung des T6-Ausgangszustands bei 135 Grad Celsius sind in den Körnern vergröberte ß´- und Q´-Phasen ausgeschieden. Die ausscheidungsfreie Zone an den Korngrenzen liegt unverändert vor. Alle Wärmebehandlungszustände weisen Q-Phasen an den Korngrenzen auf.

Einfluss der technischen Wärmebehandlung und simulierten Betriebswärme auf die Härte

Das T4-wärmebehandelte Material zeichnet sich dadurch aus, dass es aufgrund der Abwesenheit von Sekundärphasen die geringste Härte besitzt. Insgesamt ist die Überalterungsneigung der Legierung bei 135 Grad Celsius als gering einzustufen.

Elektrochemisches Verhalten in Abhängigkeit der technischen Wärmebehandlung

Das T4-wärmebehandelte Material verhält sich edler als das warmausgelagerte Material. Mittels zyklischer Polarisation konnte verglichen mit dem T4-behandelten Material eine höhere Anfälligkeit des T6-Zustands für lokale Korrosion in neutraler 3,5 Gew.-prozentiger NaCI-Lösung nachgewiesen werden.

Mechanismen der Lochkorrosion (LK)

Hier ist zu sagen, dass ausschließlich das lösungsgeglühte und kaltausgelagerte Material (T4) eine Anfälligkeit für lochförmige Korrosion in wässriger NaCI-Lösung bei einem pH-Wert von 1 zeigte. Diese wurde auf mikrogalvanische Kopplung insbesondere zwischen groben, kathodischen Alpha-AI(FeMn)Si-Phasen und der umgebenden Aluminiummatrix zurückgeführt.

Mechanismen der interkristallinen Korrosion (IK)

Die hohe IK-Anfälligkeit des warmausgelagerten Materials wird auf mikrogalvanische Kopplung zwischen der an Mg, Si und Cu verarmten ausscheidungsfreien Zone an der Korngrenze und der umgebenden Matrix zurückgeführt, die sich aufgrund der Si- und Cu-Verarmung anodisch gegenüber der Matrix verhält. Die Anfälligkeit des Materials und die zugrundeliegenden Mechanismen verbleiben während der Auslagerung bei 135 Grad Celsius für bis zu 42 Tage unverändert.

Mechanismen der Spannungsrisskorrosion

Es ist festzustellen, dass beide, also T4- und T6-wärmebehandeltes Material, in neutraler und angesäuerter 3,5 prozentiger NACI-Lösung eine hohe Beständigkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion aufweist. Dieses Ergebnis lässt sich mit einer hohen Resistenz gegen Wasserstoffversprödung erklären.

Fazit

Unter anderem ist zu sagen, dass die generell als gering eingestufte Anfälligkeit der 6000er Legierungen für Spannungsrisskorrosion in NaCI-haltigen Elektrolyten auch für die Legierung EN AW 6056 in den Wärmebehandlungszuständen T4 und T6 bestätigt werden kann.

Für den Einsatz als Schraube im Automobil stellt sich also folglich heraus, dass Korrosionsschutzbeschichtungen in Bereichen mit Spritzwasserexposition zur Verhinderung von Korrosionsschäden durch interkristalline Korrosion notwendig sind. Das Risiko eines schlagartigen Versagens der Verbindungselemente im Korrosionsfall durch Spannungsrisskorrosion ist zudem als äußerst gering einzustufen.

Quelle: 4 innovative engineers, Mai 2018