Schwingungsdämpfung mit partikelgefüllten Hohlkugeln

Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der Dämpfungsmechanismen partikelgefüllter Hohlkugelstrukturen und die Charakterisierung ihres Dämpfungsvermögens, um werkstoffgerechte Konstruktionen zur Schwingungsdämpfung zu ermöglichen. Seit die Reduktion der Masse bewegter Baugruppen zur Reduktion des Energieverbrauchs von Maschinen in den Fokus der Entwicklung im Maschinenbau gerückt ist, und gleichzeitig der Anspruch an die Genauigkeit und Oberflächengüte der zu fertigenden Bauteile steigt, hat sich die Dämpfung mechanischer Schwingungen von einem dem Komfort dienenden Thema zu einer essentiellen Aufgabe vor allem in der Konstruktion von Werkzeugmaschinen gewandelt. In der Literatur werden viele Verfahren zur aktiven, semiaktiven und passiven Dämpfung mechanischer Schwingungen diskutiert. Industriell etabliert haben sich bisher hauptsächlich Verfahren, die auf der Dämpfung im Gefüge der Werkstoffe beruhen. Zur Aktivierung der Dämpfungsmechanismen im Gefüge ist immer eine Verformung des Werkstoffs notwendig. Die in der Arbeit untersuchten partikelgefüllten Hohlkugeln dagegen ermöglichen eine Starrkörperdämpfung. Ausgehend von der Erfahrung, dass eine fallen gelassene partikelgefüllte Hohlkugel kaum oder gar nicht hüpft, wurde ein Verfahren zur Messung der Dämpfungsfähigkeit von Einzelkugeln entwickelt. Es wurden die Parameter der partikelgefüllten Hohlkugeln identifiziert, die durch ihre Veränderung Rückschlüsse auf deren Dämpfungswirkung erwarten ließen. Von den Eigenschaften der Partikel, über technologische Messungen an den Pulvern, die Messung des Dämpfungsvermögens der Einzelkugel und der Dämpfung von Probekörpern bis hin zum Einsatz im Frässchlitten einer Beispielmaschine wurde das Dämpfungsverhalten des realen Werkstoffs untersucht. Durch die Abschätzungen anhand eines Modellsystems wurde eine vertiefte Vorstellung der in den partikelgefüllten Hohlkugeln ablaufenden Vorgänge erreicht. Anhand eines Frässchlittens einer Beispielmaschine konnte die Schwingungsdämpfung im Leichtbau nachgewiesen werden.:1 Einleitung 5 2 Literatur und Stand der Technik 7 2.1 Dämpfung mechanischer Schwingungen 7 2.1.1 Begriffsbestimmungen 7 2.1.2 Dämpfung im Gefüge von Werkstoffen 9 2.1.3 Besonderheiten der Dämpfung in zellularen metallischen Werkstoffen (ZMW) 13 2.1.4 Dämpfung durch Reibung zwischen Bauteilen 15 2.1.5 Modelluntersuchungen an Schlag- und Partikeldämpfern 15 2.1.6 Reibung in Pulvern und Schüttgütern 21 2.2 Kombination von Leichtbau und Schwingungsdämpfung im Maschinenbau 29 2.2.1 Notwendigkeit und Potential 29 2.2.2 Sandwichbauweise 29 2.3 Technologie 35 2.3.1 Herstellung ungefüllter Hohlkugeln und Hohlkugelstrukturen 35 2.3.2 Herstellung gefüllter Hohlkugeln im Labormaßstab 37 3 Ziel der vorliegenden Arbeit 39 4 Methoden 41 4.1 Probenherstellung 41 4.1.1 Ausgangsmaterialien 41 4.1.2 Beschichtung 42 4.1.3 Entbinderung und Sinterung 43 4.1.4 Partikelgefüllte keramische Hohlkugeln 44 4.1.5 Herstellung von Probekörpern 45 4.2 Charakterisierungsmethoden 47 4.2.1 Pulvercharakterisierung 47 4.2.2 Dämpfung von Einzelkugeln 52 4.2.3 Resonanzfrequenz – Dämpfungsanalyse (RFDA) 54 5 Ergebnisse 58 5.1 Partikelbewegung in gefüllten Hohlkugeln 58 5.2 Dämpfungspulver 61 5.2.1 Partikelform 61 5.2.2 Partikelgrößenverteilung 62 5.2.3 Pulverdichten 64 5.2.4 Veränderung der Partikeloberfläche 66 5.3 Dämpfung bei geringem Energieeintrag 67 5.4 Dämpfung der Partikel bei hohem Energieeintrag 69 5.4.1 Einfluss der Hausnerzahl 69 5.4.2 Einfluss der Fähigkeit zur Fluidisierung 71 5.4.3 Abhängigkeit vom Masseverhältnis 75 5.4.4 Abhängigkeit von der Partikelgröße 76 5.4.5 Abhängigkeit von der spezifischen Oberfläche 78 5.4.6 Abhängigkeit von der Kugelschale 79 5.5 Dämpfung von Bauteilen 81 5.5.1 Dämpfung von Probekörpern in Abhängigkeit von der Dämpfung der Einzelkugeln 81 5.5.2 Dämpfung von Probekörpern in Abhängigkeit vom Masseverhältnis Partikel – Probekörper 83 5.5.3 Volumenanteil der Einzelkugeln im Probekörper 84 5.5.4 Dämpfung in Abhängigkeit von der Anzahl der Dämpfungszentren 85 6 Diskussion 87 6.1 Analyse der Bewegungszustände der Partikel 87 6.2 Analyse der wirkenden Kräfte 89 6.3 Modellierung der Dämpfung 93 6.4 Folgerungen aus dem Modell 94 6.5 Vergleich mit experimentellen Ergebnissen 98 6.5.1 Energiedissipation im Pulverbett 99 6.5.2 Fluidisierung des Pulverbettes 100 6.5.3 Gasartige Partikelbewegung 102 6.5.4 Füllgrad 103 6.5.5 Dämpfung im Verbundwerkstoff 106 6.6 Abschätzungen zur Bauteildämpfung 108 6.7 Anwendungsbeispiel Frässchlitten 109 6.7.1 Technische Ergebnisse 109 6.7.2 Kostenabschätzung im Manufakturbetrieb 113 7 Zusammenfassung 117 8 Danksagung 120 9 Anhang 122 9.1 Literaturverzeichnis 122 9.2 Berechnungen 130 9.2.1 Berechnung der Stoßzahl 130 9.2.2 Partikeloberfläche pro Hohlkugel 130 9.2.3 Füllgrad von Einzelkugeln 132 9.3 Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole 135 9.4 Verzeichnis der Abbildungen 13

Manufacturing Process of Low-Contamination Titanium Foam as Implant Material for Cranioplasty Based on Replica Technique

The article investigates the development of a manufacturing route for highly porous titanium foams suitable for craniofacial surgery applications, particularly in cranioplasties. The study focuses on the polyurethane replication method for foam production and emphasizes reducing residual gas content, as it significantly affects the mechanical properties and suitability for approval of the foams. Various factors such as starting materials, solvent debinding, heating schedules, and hydrogen atmosphere are analyzed for their impact on residual gas content. It is shown that significant reductions in residual gas content can only be achieved by reworking each step of the process. A combination of initial solvent debinding of the PU template with dimethyl sulphoxide, reduction of suspension additives, use of coarser Gd. 1 powders, and an integrated debinding and sintering process under partial hydrogen atmosphere achieves a significant reduction in residual gas content. This way, the potential for producing titanium foams that comply with relevant standards for craniofacial implants is demonstrated

Square-Wave Voltammetry of Electroinactive Surfactants

Under the influence of previously published and some new theoretical results, potential- dependent adsorption and desorption of model electroinactive surfactants Triton X-100 (T-X-100 or polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether) and sodium dodecyl sulfate (SDS) on the static mercury drop electrode (SMDE) were studied by square-wave voltammetry (SWV). Although (according to the theory) the resulting current – potential curve should consist of two highly separated peaks, only desorption signal could be seen on each experimentally obtained voltammogram, most probably because of the limitations concerning the available potential range. Different properties of the recorded peak are in good agreement with the theory indicating that square-wave voltammetry could be treated as a potential tool for tensammetric studies of electroinactive surface active substances

Vorentwicklung eines aktiven Cell-Balancing-Systems für Multi-Zell-Lithium-Ionen-Batterien im Bereich Elektromobilitïät

In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Elektromobilität große Fortschritte gemacht. Diese Entwicklungen wurden durch den stetig wachsenden Bedarf an alternativen Antriebs-konzepten im Automotive-Bereich auf Grund von knapper und somit teurer werdenden fossilen Brennstoffen forciert. Das Hauptproblem bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist die Batterie. Die Erhöhung der Reichweite und die damit einhergehende Vergrößerung der Traktionsbatterie steht oft im Konflikt mit dem daraus resultierenden Platzbedarf und dem hohen Gewicht solcher Energiespeicher. Um eine effizientere Nutzung der Batteriekapazität zu gewährleisten, ist eine aktive Symmetrierung der einzelnen Zellen als Bestandteil des Batterie-Management-Systems unumgänglich. Diese Arbeit hat zum Ziel, ein effektives aktives Cell-Balancing-Konzept für mehrzellige Lithium-Ionen-Batterien zu finden, da bestehende passive Systeme den hohen Anforderungen nicht genügen. Anhand erster Testläufe wurden das Verhalten und die Eignung einer Symmetrierungsschaltung auf Sperrwandler-Basis untersucht.Development in e-mobility has made a lot of progress in recent years. This move has been forced by the rising demand for alternative drive concepts in fields of automotive engineering caused by decreasing supply and rising prices of fossil fuels. The main challenge in the development of electric-powered vehicles is the battery. The increase in range and the subsequent enlargement of the traction battery are at odds with the resulting space requirements and the heavy weight of such energy storage. Of increasing importance is the need of a more efficient utilization of the battery's entire capacity. To meet this development target, a battery management system with active cell balancing is indispensable. The objective of this thesis is to find an effective active cell balancing concept for multi-cellular lithium ion batteries, because current passive systems do not meet the high requirements. In the initial tests, behavior and applicability of a flyback converter-based balancing circuit were analyzed