Additive Fertigungsverfahren zeichnen sich durch eine hohe erreichbare Komplexität der zu erzeugenden Geometrien, bei gleichzeitig kaum steigendem Fertigungsaufwand, aus. Dies wird durch den schichtweisen Aufbau additiver Fertigungsverfahren erreicht, bei dem die zu fertigende Geometrie zunächst in einzelne Bauteilquerschnitte aufgeteilt und anschließend durch Fügen dieser Querschnitte aufgebaut wird. Ein etabliertes additives Fertigungsverfahren ist das selektive Laserschmelzen, bei dem die zu erzeugende Geometrie durch Aufschmelzen von Metallpulver mittels eines Lasers in einem Pulverbett erzeugt wird. Die durch selektives Laserschmelzen generierten Oberflächen müssen zur Erzeugung von Funktionsflächen spanend endbearbeitet werden, wobei die charakteristische Anisotropie additiv erzeugter Werkstoffe berücksichtigt werden muss. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Wirkmechanismen additiv-subtraktiver Prozessketten bei der spanenden Bearbeitung von Edelstahl 1.4404, wobei zunächst beide Prozesskettenteile getrennt voneinander analysiert werden. Es werden unterschiedliche Wirkzusammenhänge der Prozessparameter der additiven Fertigung und Pulvereigenschaften auf den erzeugten Werkstoff identifizert. Weiter werden durch den Einsatz des Mikrofräsens als Bearbeitungsverfahren (Werkzeugdurchmesser < 50 µm) Wechselwirkungen zwischen anisotropem Werkstoff sowie Prozess- und Prozessergebnisgrößen der spanenden Bearbeitung besonders deutlich. Die Untersuchungen ergaben, dass prozesskettenübergreifende Wirkmechanismen zwischen additiven und subtraktiven Prozesskettenteilen beim selektiven Laserschmelzen und Mikrofräsen von Edelstahl 1.4404 bestehen.

Die induktive Erwärmung stellt insbesondere aufgrund der schnellen intrinsischen Erwärmung eine Schlüsseltechnologie für die zunehmende industrielle Anwendung von textilverstärkten CFK-Organoblechen dar. Allerdings kann deren großes Potenti-al nicht vollständig ausgeschöpft werden, da sich bei konventionellen CFK-Organoblechen über der Laminatdicke physikalisch bedingt eine mit zunehmendem Abstand zum Induktor abfallende Temperaturkurve ergibt. Speziell für CFK-Organobleche bestehend aus textilen Verstärkungshalbzeugen wurde im Rahmen dieser Arbeit zunächst der Einfluss der Textil- und Laminatparameter grundlegend untersucht. Zusätzlich wurde ein analytisches Modell in Form eines elektrischen Er-satzschaubilds einer im CFK-Organoblech vorliegenden Leiterschleife entwickelt, an-hand dessen der dominierende Heizmechanismus identifiziert werden kann. Ab-schließend wurde basierend auf den zuvor gewonnenen Erkenntnissen ein speziell für das kontinuierliche Induktionsschweißen angepasster Laminataufbau entwickelt und validiert.

New engine concepts such as Miller, HCCI or highly diluted combustion offer great potential for further optimization of ICEs in terms of fuel economy and pollutant emissions. However, the development of such concepts requires a high degree of variability in the control of gas exchange, characterized by variability in valve spread, maximum valve lift and – ideally independent of these two variables – in valve opening time. In current series variable valvetrains, valve lift and opening duration are usually directly dependent one from the other. In the ideal case, however, engine concepts such as Miller require a fully flexible variation of the closing time of the intake valve while still maintaining the same intake opening time. Here, a methodology for the geometric layout of fully variable valve trains with significantly extended functionalities is presented. In this concept, the control of the valve opening and closing events is distributed to two synchronously rotating cam disks. This geometric separation allows to vary the valve opening duration at constant maximum valve lift by varying the phase offset between the two disks. On the other hand, the geometric properties of the system can be used to vary the maximum valve lift at the constant valve opening and/or valve closing (depending on the layout), as well as for switching additional valve events on or off. The methodology presented here includes the computer-aided and partially automated generation of the characteristic geometric features of the system and the kinematic simulation and evaluation of the concept. By kinematic simulation, various possible resulting valve lift curves can be evaluated and optimized by adapting the geometry and the motion rules. The subsequent investigations on a component test bench serve to assess the newly developed concept with respect to functionality, required drive torque, stiffness and speed capability, thus proving its technical feasibility.

Bei der Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) kommen unterschiedlichste Faser-, Kunststoff- sowie Faser/Kunststoff-Halbzeuge zum Einsatz. Diese weisen oft sehr komplexe Verarbeitungseigenschaften auf, die bei der Prozessentwicklung eine besondere Herausforderung darstellen. Ein typisches Beispiel ist die Verfahrensgruppe der Flüssigimprägnierverfahren, bei denen eine endkonturnahe Faserstruktur mit einem Harzsystem imprägniert wird. Eine den Prozessverlauf maßgeblich bestimmende Verarbeitungseigenschaft der Faserstruktur ist hierbei die Permeabilität. Sie quantifiziert die Durchlässigkeit der Faserstruktur für die fluide Strömung und resultiert aus einer Vielzahl an interdependenten Einflüssen, wie z. B. einer inhomogenen Porosität mit extrem variierenden Fließkanaldurchmessern, lokalen Strukturvariationen, einer hohen Deformierbarkeit sowie Kapillarkräften. Wissensgenerierung durch Grundlagenforschung zu einer einzelnen prozesskritischen Verarbeitungseigenschaft (wie der Permeabilität), stellt eine ideale Grundlage für die ganzheitliche, also sowohl die Prozess- und Anlagentechnik als auch die Materialien umfassende, Prozessentwicklung der jeweils betrachteten Verfahren/Verfahrensgruppe (z. B. Flüssigimprägnierverfahren) dar. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine mehrstufige, in sich geschlossene Forschungsmethodik definiert, die zur kontinuierlichen Weiterentwicklung des betrachteten Herstell-verfahrens sowie der eingesetzten Anlagen, Werkzeuge und Materialien geeignet ist. Anhand von Forschungsarbeiten zum Anwendungsbeispiel der Flüssigimprägnierverfahren bzw. der Permeabilität wird gezeigt, wie die Methodik umgesetzt werden kann: Der erste Schritt besteht in der Entwicklung von Methoden und Technologien, um Einflüsse auf die Permeabilität reproduzierbar zu erzeugen und die Auswirkungen untersuchen zu können. Anschließend folgen Parameterstudien zu Einflüssen auf die Permeabilität und die gewonnenen Erkenntnisse werden dann zu Richtlinien aggregiert. Anhand der Richtlinien können Materialien, Prozesse und Messtechnologien auf einen Anwendungsfall hin optimiert werden. Schließlich, werden über den Erkenntnisgewinn grundlegend neue Technologien entwickelt, woraus sich wiederum neue Aufgaben für die erste Stufe der Methodik ergeben.

Flächenhafte Kalibriernormale dienen zur Kalibrierung und Justierung von flächenhaft messenden Topographiemessgeräten und ermöglichen die Abschätzung der Messunsicherheit und die Rückführung der gemessenen Länge zur Basiseinheit. Es existieren hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität von Kalibriernormalen. Da in der Norm DIN EN ISO 25178-70 kein Fertigungsverfahren zur Herstellung von flächenhaften Kalibriernormalen vorgeschrieben ist, wurden bisher unterschiedliche Verfahren angewandt. Mikrofräsen ist ein sehr flexibles Herstellungsverfahren, welches hohe Maßhaltigkeiten und Oberflächengüten auf der Mikroskala ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Mikrofräsprozess zur Herstellung der Kalibriernormale mittels Kugelfräsern ausgelegt. Dazu wurden experimentelle als auch simulative Versuche durchgeführt und wichtige Einflussgrößen auf das Prozessergebnis zunächst identifiziert und anschließend entsprechend definiert. Nachdem zuerst flächenhafte Kalibriernormale, welche bereits genormte Kalibrierstrukturen aufweisen, gefertigt wurden, wurde der Mikrofräsprozess anschließend auch auf neuartige Kalibrierstrukturen basierend auf realen Bauteiloberflächen angewandt. Für alle gefertigten Kalibrierstrukturen lagen die Abweichungen von den Soll-Kennwerten nach der entsprechenden Prozessanpassung im einstelligen bis niedrig zweistelligen Nanometerbereich. Die Wiederholbarkeit bei der Fertigung der Kalibrierstrukturen lag in der gleichen Größenordnung. Mit dem ausgelegten Fräsprozess können die hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität der Kalibriernormale erfüllt werden.