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Die Beständigkeit von hochlegierten korrosions- und säurebeständigen Stählen wird primär durch den Chromgehalt bestimmt. Allerdings gibt es entlang der Wertschöpfungskette von der Stahlerschmelzung bis zum fertigen Produkt eine Vielzahl weiterer Einflussfaktoren. Dem Schleifen kommt hier eine besondere Bedeutung zu, da es je nach Wahl der Prozessparameter sowohl zu einer signifikanten Verschlechterung als auch zu einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit führen kann. Im vorliegenden Beitrag wird aufgezeigt, dass die erzeugte Rauheit nur eine begrenzte Aussagekraft bietet. Vielmehr erhöhen lokale Mikrodefekte die Anfälligkeit gegen Lochfraß – je nach Ausprägung und Anzahl. Die Automatisierung für die Innenbearbeitung von Behältern im pharmazeutischen Apparatebau kann dabei zu einer signifikanten Verbesserung der Oberfläche und einem homogeneren Erscheinungsbild führen.
Durch eine Aufweitung des Kristallgitters mittels Niedertemperatur-Eindiffusion von Kohlenstoff und/oder Stickstoffatomen können in der Randzone von nichtrostenden Stählen eine hohe Härte und eine hohe Verschleißbeständigkeit erzeugt werden, ohne dass zusätzliche Legierungselemente verwendet werden müssen. Die metallkundlichen Hintergründe für die Härtung, die Wirkung auf Verschleißvorgänge und mögliche Anwendungsbereiche werden geschildert. Anhand von Reibwerten wird gezeigt, in welcher Weise das Reibungsverhalten bei Schraubverbindungen durch die Behandlung verändert wird. Über Migrationsversuche wird nachgewiesen, dass die Ionenabgabe durch die Oberflächenhärtung nicht erhöht, sondern sogar abgesenkt wird. Neben dem besseren Verschleißschutz und einer höheren Dauerfestigkeit sichert diese Oberflächenbehandlung am nichtrostenden Stahl den Schutz gegen die Kontamination von Pharmaprodukten durch Metallabrieb/-ionen. Tests an oberflächengehärteten Edelstahlproben ergaben weiterhin, dass durch die Oberflächenhärtung die Biokompatibilität des nichtrostenden Edelstahls nicht beeinträchtigt wird.
In automotive a lot of electromagnetically, pyrotechnically or mechanically driven actuators are integrated to run comfort systems and to control safety systems in modern passenger cars. Using shape memory alloys (SMA) the existing systems could be simplified, performing the same function through new mechanisms with reduced size, weight, and costs. A drawback for the use of SMA in safety systems is the lack of materials knowledge concerning the durability of the switching function (long-time stability of the shape memory effect). Pedestrian safety systems play a significant role to reduce injuries and fatal casualties caused by accidents. One automotive safety system for pedestrian protection is the bonnet lifting system. Based on such an application, this article gives an introduction to existing bonnet lifting systems for pedestrian protection, describes the use of quick changing shape memory actuators and the results of the study concerning the long-time stability of the tested NiTi-wires. These wires were trained, exposed up to 4years at elevated temperatures (up to 140°C) and tested regarding their phase change temperatures, times, and strokes. For example, it was found that A P-temperature is shifted toward higher temperatures with longer exposing periods and higher temperatures. However, in the functional testing plant a delay in the switching time could not be detected. This article gives some answers concerning the long-time stability of NiTi-wires that were missing till now. With this knowledge, the number of future automotive applications using SMA can be increased. It can be concluded, that the use of quick changing shape memory actuators in safety systems could simplify the mechanism, reduce maintenance and manufacturing costs and should be insertable also for other automotive applications.
Characterization of NiTi Shape Memory Damping Elements designed for Automotive Safety Systems
(2014)
Actuator elements made of NiTi shape memory material are more and more known in industry because of their unique properties. Due to the martensitic phase change, they can revert to their original shape by heating when subjected to an appropriate treatment. This thermal shape memory effect (SME) can show a significant shape change combined with a considerable force. Therefore such elements can be used to solve many technical tasks in the field of actuating elements and mechatronics and will play an increasing role in the next years, especially within the automotive technology, energy management, power, and mechanical engineering as well as medical technology. Beside this thermal SME, these materials also show a mechanical SME, characterized by a superelastic plateau with reversible elongations in the range of 8%. This behavior is based on the building of stress-induced martensite of loaded austenite material at constant temperature and facilitates a lot of applications especially in the medical field. Both SMEs are attended by energy dissipation during the martensitic phase change. This paper describes the first results obtained on different actuator and superelastic NiTi wires concerning their use as damping elements in automotive safety systems. In a first step, the damping behavior of small NiTi wires up to 0.5 mm diameter was examined at testing speeds varying between 0.1 and 50 mm/s upon an adapted tensile testing machine. In order to realize higher testing speeds, a drop impact testing machine was designed, which allows testing speeds up to 4000 mm/s. After introducing this new type of testing machine, the first results of vertical-shock tests of superelastic and electrically activated actuator wires are presented. The characterization of these high dynamic phase change parameters represents the basis for new applications for shape memory damping elements, especially in automotive safety systems.
Ferromagnetism is of increasing importance in the growing field of electromobility and data storage. In stable austenitic steels, the occurrence of ferromagnetism is not expected and would also interfere with many applications. However, ferromagnetism in austenitic stainless steels after low-temperature nitriding has already been shown in the past. Herein, the presence of ferromagnetism in austenitic steels is discovered after low-temperature carburization (Kolsterizing), which represents a novel and unique finding. A zone of expanded austenite is established on various austenitic stainless steels by low-temperature carburization and the respective ferromagnetism is investigated in relation to the alloy composition. The ferromagnetism occurring is determined by means of a commercial magnetoinductive sensor (Feritscope). Ferromagnetic domains are visualized by magnetic force microscopy and a ferrofluid. X-ray diffraction measurements indicate a clear difference in the lattice expansion of the different alloys. Furthermore, a different appearance of the magnetizable microstructure regions (magnetic domain structure) is detected depending on the grain orientation determined by electron backscatter diffraction (EBSD). Strongly pronounced magnetic domains show no linear lattice defects, whereas in small magnetizable areas linear lattice defects are detected by electron channeling contrast imaging and EBSD.
This paper presents the current state of development and selected technological challenges in the application of ecologically and economically sustainable nets for aquaculture based on ongoing development projects. These aim at the development of a new material system of high-strength stainless steel wires as net material with environmentally compatible antifouling properties for nearshore and offshore aquacultures. Current plastic netting materials will be replaced with high-strength stainless steel to provide a more environmentally friendly system that can withstand more severe mechanical stresses (waves, storms, tides and predators). A new antifouling strategy is expected to solve current challenges, such as ecological damage (e.g., due to pollution from copper-containing antifouling substances or microplastics), high maintenance costs (e.g., cleaning and repairs), and shorter service life. Approaches for the next development steps are presented based on previous experience as well as calculation models based on this experience.
In Ländern mit aridem Klima, z.B. in Dürregebieten, und nicht flächendeckender Energieversorgung stellt der Antrieb von Pumpen zur landwirtschaftlichen Bewässerung und zur Trinkwasserversorgung ein erhebliches Problem dar. Bisherige Bewässerungsanlagen arbeiten größtenteils mit Dieselgeneratoren, welche die Umwelt mit Emissionen belasten und zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes führen, oder über photovoltaisch betriebene Anlagen. Letztere sind in der Anschaffung sehr kostenintensiv und aufgrund ihrer Funktionsweise gegenüber Störeinwirkungen sehr anfällig. Gerade in den sogenannten Dritte-Welt-Ländern, in denen in der Regel kein geschultes Fachpersonal für Wartungsarbeiten bereitsteht, ist der Ausfall der Anlagen schon kurz nach der Inbetriebnahme eine häufig berichtete Tatsache. Im Werkstoffprüflabor der HTWG Konstanz wurde ein System zur energieautonomen Wasserförderung entwickelt, bei der zum Antrieb der Pumpen Formgedächtnislegierungen (FGL) verwendet werden [1, 2]. Bei Sonnenschein arbeitet diese geplante Bewässerungsanlage völlig energieautonom: Die Wärmeenergie der Sonne wird durch die FG-Drähte direkt in mechanische Energie umgewandelt und betreibt die Bewässerungspumpen. Die Vorteile dieses einfachen Prinzips liegen in der Bedienerfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage wie auch in der Fle-xibilität bezüglich weiterer Anwendungsfälle der modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine in Industrie und Klimatechnik. Der angestrebte Einsatz von derartigen Anlagen würde zu einer entsprechenden Entlastung der immer stärker mit Emissionen belasteten Umwelt führen. Das überaus große Interesse an diesen Forschungsarbeiten sowie an einem Transfer der Bewässerungsanlage in die Industrie zeigte sich auch schon während früherer Teilnahmen an Messen, Tagungen und Konferenzen. Die Konkurrenzfähigkeit dieser sowohl neuartigen als auch sehr einfachen Systemlösung wurde, ausgehend von den damals zur Verfügung stehenden Ergebnissen, in einer bereits durchgeführten Studie nachgewiesen [2]. Im einzelnen sollten in diesem Projekt neben den anstehenden wissenschaftlichen Untersuchungen zwei Versuchsanlagen konstruiert und gefertigt werden. Dadurch sollten die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden, um diese innovative Erfindung zu einem späteren Zeitpunkt zu einer transferfähigen Anlage fertig zu entwickeln. Diese beiden Prototypen bauen auf den bisherigen Arbeiten in diesem Projekt auf, die mit Erfolg gezeigt haben, daß das entwickelte Prinzip sehr gut funktioniert. Ziel dieses Projektes war es also, diese neuartige, innovative Wärmekraftmaschine weiterzuentwickeln, zu optimieren und die nötigen Erkenntnisse zu gewinnen, um diese Anlage nach Abschluß dieses aFuE-Projektes in Zusammenarbeit mit der beteiligten oder neu zu gründenden Firmen zur Serienreife zu bringen. Ein damit eng verbundenes, weiteres Ziel lag in der Entwicklung einer modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine, die dann auch für die anderen nachfolgend genannten Anwendungsgebiete verwendet werden kann: • Meerwasserentsalzung • Klimatisierungstechnik • Antrieb der Pumpen bei geothermischer Wärmeeinbringung • Energierückgewinnung aus Wärmequellen (z.B. Geysire in Island) • Energierückgewinnung in industriellen Kühlwasserkreisläufen • Energierückgewinnung in der Verfahrenstechnik • Restwärmenutzung bei konventioneller Energieerzeugung.
Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Linearantriebes mittels Formge-dächtnislegierungen (FGL) zur Knochenverlängerung und Defektüberbrückung ent-sprechend der Methode nach Betz und Baumgart. Der zu entwickelnde Linearantrieb sollte im Idealfall folgende Eigenschaften aufweisen: • mechanisch einfach aufgebaut • leicht zu miniaturisieren • großer Arbeitsweg • variable Positionierung • hohe Leistung • kostengünstig Zur Entwicklung eines derartigen FG-Marknagels sollten die folgenden Teilprobleme gelöst werden: • Auswahl einer geeigneten FGL zur Realisierung der benötigten Kräfte innerhalb der möglichen Temperaturdifferenz • Auswahl der Heizspirale und Messung der Aufheiztemperaturen an der Marknagel-oberfläche • Ausarbeiten der konstruktiven Lösung hinsichtlich der ermittelten Werte bezüglich des Verhältnisses Kraft/Weg • Werkstoffauswahl hinsichtlich der Implantierbarkeit, der Schweißbarkeit mit Laser und der Aufheizung • Mechanische Sicherung (Arretiermechanismus) bei Belastung der Extremität durch den Patienten und Entwicklung eines Rückstellmechanismus • Verbindungstechnik der Komponenten • Erprobung der entwickelten Prototypen in Labortests
Schlussbericht Verbundprojekt "Verfahren zur Schwermetallelimination in sauren Beizabwässern"
(2003)
Im Vorhaben zur "Schwermetallelimination aus sauren Beizabwässern" sollen zwei 2-stufige Laborreaktoren aufgebaut und betrieben werden, um in diesem Maßstab, die zur Reinigung der Abwässer notwendigen mikrobiologischen, physikalisch-chemischen und biophysikalischen Prozesse zu optimieren. Schadstoffabbau, Schwermetallausfällung und Biosorption wurden in einem Durchflusssystem so aufeinander abgestimmt, daß bei minimaler Verweilzeit die mikrobiellen Umsetzungen von Nitrat zu molekularem Stickstoff (Denitrifikation) und von Sulfat zu Sulfid (Sulfatreduktion) ablaufen und dabei die Schwermetalle als Hydroxide, Carbonate oder Sulfide effizient ausgefällt werden. Dabei muß außerdem die Versorgung der Mikroorganismen durch eine eigene Kohlenstoff- und Energiequelle gewährleistet sein. Die auf der Laborreaktorebene gewonnenen Erkenntnisse sollten dann in den Technikumsmaßstab (100 1) übertragen werden. Nach der Erprobung dieser Anlage im Dauerbetrieb und Ausweitung der gewonnenen Erfährungen sollte eine industrielle Anlage (300 1) konzipiert werden. Als erstes Ziel war ein Nitratabbau von 3500 mg NO3/l d angestrebt, während als weitergehendes Ziel eine flexible Strategie zur Prozeßführung bei variierenden Konzentrationen der Abwasserinhaltsstoffe unter Einhaltung der durch den Rahmen-Abwasser-VwV Anhang 40 vorgeschriebenen Einleitungsgrenzwerte ermittelt werden sollte