Diagnosemethoden

  Analysieren  

Leitung

Prof. Dr. rer. nat. Joachim Mayer
Lehrstuhl für Mikrostrukturanalytik und Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE)

Die AKG „Diagnosemethoden“ befasst sich in der gesamten Laufzeit des SFBs mit der Diagnostik und Analyse des Schmelzeflusses, des Wärmeflusses und der zeitlichen und örtlichen Ausbildung des Erstarrungsvorgangs. Die Diagnose der einzelnen Teilprozesse der schmelzebasierten Verfahren ist Voraussetzung für eine quantitative Modellierung der Prozesse in Abhängigkeit der jeweiligen Einflussfaktoren und soll einen wichtigen Beitrag zum Verständnis und zur Bewertung der Prozesse und Prozessparameter liefern. Mit in-situ- Methoden, die nicht nur die Oberfläche eines Prozesses abbilden sondern auch die innere Struktur in und an der Schmelze, sollen Aussagen zum Energietransfer, zur Erstarrungsdynamik, zur Durchmischung und zum Aufbau innerer Spannungen gewonnen werden. Die Arbeiten werden in enger Kooperation mit der Arbeitskreisgruppe „Simulation“ durchgeführt, um wechselseitig die jeweiligen Ergebnisse für den Erkenntnisgewinn aufzubauen.

 

Die Arbeitskreise

Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer stabilen und einer instabilen Laserschneidfront Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer stabilen und einer instabilen Laserschneidfront

Hochgeschwindigkeitsvideographie

Die Hochgeschwindigkeits-Videographie soll als zentrales Werkzeug zur Ermittlung der Schmelzeentstehung und der Schmelzebewegung dienen. Mit Aufnahmefrequenzen bis zu 1 Mio Bildern/s lassen sich die meisten dynamischen Bewegungen der Schmelze analysieren und daraus in Verbindung mit den Simulationsmodellen ein Gesamtbild der Schmelzedynamik erstellen.

Über Hochgeschwindigkeitsthermographie wird das Modell und die Prozessbeschreibung schließlich auf die wesentlichen Fragestellungen des transienten Energietransfers während des Prozesses erweitert. Geräte die bei den verschiedenen Projektpartnern stehen und unterschiedliche Charakteristika aufweisen sollen übergreifend in einer Teamanalyse unterschiedlichen Verfahren zugeführt werden.

Einen wesentlichen Inhalt der Arbeiten des Arbeitskreises wird die Entwicklung verfahrensspezifischer Beleuchtungstechniken darstellen, mit denen erstens die jeweiligen Prozessstrahlungsanteile aufgeblendet und spezifische Details der Prozesse dargestellt werden können.

Aktive Mitglieder: A1 , A2 , A4 , A8 , A10 , A11

  Foto eines Großkammer-REM Foto eines Großkammer-REM

Großkammer REM

Der Arbeitskreis „Großkammer-REM“ befasst sich mit der Nutzung dieses einzigartigen hochauflösenden Analysewerkzeuges für die detaillierte Beschreibung von Schmelzprozessen mit freier Oberfläche. Durch temporäre Integration von beispielsweise Laserstrahlquellen in das Großkammer-REM können Bewegungen und Erstarrungsprozesse detektiert werden, die mit konventionellen Methoden nicht detektiert werden können. Durch die Zusammenarbeit mit den Partnern aus der Hochgeschwindigkeits-Videographie wird so ein in Ort und Zeit hochaufgelöstes Prozessbild für eine Reihe schmelztechnischer Verfahren möglich.

Aktive Mitglieder: A1, A5, A6, A11

  schematische Darstellung einer Röntgenbeugungsmessung schematische Darstellung einer Röntgenbeugungsmessung

Neutronenbeugung, Röntgenanalyse

Der Arbeitskreis „Neutronenbeugung, Röntgenanalyse“ befasst sich mit der Volumenanalyse schmelzflüssiger Phasen und deren Einfluss auf die Entstehung von Durchmischungen und inneren Spannungen im Bauteil. Durch die geplante Kooperation mit der TU München und der Universität Stuttgart wird ein Zugang zu hochauflösenden transmissiven Analysewerkzeugen ermöglicht, mit dem der Einfluss energetischer Modulationen auf die Schmelzebewegung, den Energietransfer und die Dynamik innerhalb der Schmelze ermittelt werden kann. Mittels Neutronenbeugung sollen für Schweiß-, Löt- und Beschichtungsprozesse Aufschlüsse zur inneren Struktur der Werkstoffe während des Schmelzeprozesses und der Erstarrung gewonnen werden.

Aktive Mitglieder: A1, A2, A4, A5, A11, B9

  Schematische Darstellung der Temperaturmessung eines Bauteils aus unterschiedlichen Richtungen Schematische Darstellung der Temperaturmessung eines Bauteils aus unterschiedlichen Richtungen

Bestimmung des Wärmeübergangs bei Gießprozessen

Der Arbeitskreis „Bestimmung des Wärmeübergangs bei Gießprozessen“ befasst sich mit der Detektion des Energietransfers in Spritzgieß- und Gießwerkzeugen. Über eine ortsaufgelöste Messung der thermischen Gegebenheiten über neuartige Thermosensoren soll quantitativ der Wärmeübergang aus dem sich in Erstarrung befindlichen Bauteils und der Werkzeugwand bestimmt werden. Bei den thermisch niedrigeren Kunststoff-Spritzgießprozessen soll über transparente Wandelemente innerhalb des Werkzeugs eine optische Zugänglichkeit für eine Thermokameramessung ermöglich werden. Hiermit können zeit- und ortsaufgelöst Temperaturfelder während und nach der Schmelzephase in den Polymeren an der Wand bestimmt und daraus Rückschlüsse auf die Entwärmung innerhalb des Bauteils gezogen werden.

Aktive Mitglieder: B1, B4, B8