https://opendata.uni-halle.de//handle/541532/3153 2026-09-12T16:41:39Z 2026-09-12T16:41:39Z Siegle, Leo https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/126761 2026-09-08T01:10:12Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Auslegung von Wälzlagern für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen Author(s): Siegle, Leo Abstract: Wälzlager erzeugen während des Betriebs durch unterschiedliche tribologische und rheologische Effekte eine Verlustleistung, welche fast vollständig in Wärme übergeht. Bei einer normgerechten Auslegung, fachgerechter Montage, geeigneter Schmierung und einem ordnungsgemäßen Betrieb ist die resultierende Temperaturentwicklung als nicht kritisch einzustufen. Kommt es jedoch zu einer Abweichung der für den Normalbetrieb vorgesehenen Auslegung oder Montage, werden Wartungsintervalle nicht eingehalten oder es treten unvorhergesehene Betriebsbedingungen auf, kann das Verlustmoment infolge erhöhter Reibarbeit deutlich ansteigen. Die daraus resultierende Temperaturerhöhung kann zu einer unzulässigen heißen Oberfläche und damit zu einer potenziellen Zündquelle führen. Die DIN EN ISO 80079-36 und -37 geben ein grundsätzliches Vorgehen zur Identifikation und Bewertung potenzieller Zündquellen für nicht-elektrische Geräte vor. Für Wälzlager beschränken sich die normativen Hinweise jedoch auf allgemeine Betrachtungen, ohne eine spezifische, generische Methodik zur systematischen Einordnung wälzlagerbezogener Zündmechanismen bereitzustellen. Zur Schließung dieser Lücke wurde in der vorliegenden Arbeit ein generischer Bewertungsansatz für nicht-elektrische Maschinenelemente entwickelt und auf fettgeschmierte Schrägkugellager angewendet. Auf Grundlage einer Funktionsstruktur nach Pahl und Beitz wurden potenzielle Zündquellen systematisch identifiziert und anhand des aktuellen Forschungsstandes bewertet und eingeordnet. Die Ergebnisse wurden in 48 standardisierte Zündquellensteckbriefe zusammengeführt. Der empirische Teil dieser Arbeit analysiert eine im Rahmen der Literatur- und Normenanalyse identifizierte Forschungslücke. Die Analyse erfolgte auf einem eigens entwickelten Wälzlagerprüfstand und untersuchte die Auswirkung von Stärkekontamination im Wälzlagerschmierfett hinsichtlich des resultierenden Verlustmoments, der daraus resultierenden Betriebstemperatur, der Veränderung des Schwingungsverhaltens sowie der Auswirkung auf die Wälzlagerlebensdauer. Das Ergebnis der empirischen Untersuchung zeigte, dass bereits 1 Vol.-% fester Verunreinigung geringer Härte unabhängig von der Partikelgröße zu einer signifikanten Erhöhung des Verlustmoments und der Betriebstemperatur führt. Gleichzeitig konnte nachgewiesen werden, dass geringe Kontaminationsgrade über das breitbandige Schwingungsniveau (aRMS) detektierbar sind. Hinsichtlich der Lebensdauer zeigte sich eine deutliche Verkürzung gegenüber der rechnerischen Nennlebensdauer nach ISO 281 sowie gegenüber der experimentell bestimmten Referenzlebensdauer. Das Ergebnis dieser Arbeit liefert somit einen strukturierten Beitrag zur explosionsschutzgerechten Auslegung fettgeschmierter Wälzlager und stellt erstmalig einen Ansatz zur generischen Bewertung nicht-elektrischer Zündgefahren bereit.; During operation, roller bearings generate power losses due to various tribological and rheological effects, which are almost entirely converted into heat. With a standard-compliant design, professional installation, suitable lubrication and proper operation, the resulting temperature development is not considered critical. However, if there is a deviation from the design or installation intended for normal operation, maintenance intervals are not adhered to, or unforeseen operating conditions arise, the loss torque can increase significantly due to increased frictional work. The resulting temperature increase can lead to an impermissible hot surface and thus to a potential ignition source. DIN EN ISO 80079-36 and -37 specify a basic procedure for identifying and evaluating potential ignition sources for non-electrical equipment. For rolling bearings, however, the normative information is limited to general considerations without providing a specific, generic methodology for the systematic classification of rolling bearing-related ignition mechanisms. To close this gap, this paper develops a generic assessment approach for non-electrical machine elements and applies it to grease-lubricated angular contact ball bearings. Based on a functional structure according to Pahl and Beitz, potential ignition sources were systematically identified, evaluated, and classified in light of the current state of research. The results were compiled into 48 standardised ignition source profiles. The empirical part of this work analyses a research gap identified in the literature and standards analysis. The analysis was carried out on a specially developed roller bearing test bench to examine the effect of starch contamination in roller bearing grease on torque loss, operating temperature, vibration behaviour, and service life. The results of the empirical investigation showed that even 1% by volume of low-hardness solid contamination leads to a significant increase in loss moment and operating temperature. At the same time, it was demonstrated that low levels of contamination can be detected via the broadband vibration level (aRMS). In terms of service life, there was a significant reduction compared to the calculated nominal service life according to ISO 281 and the experimentally determined reference service life. The results of this work thus provide a structured contribution to the explosion-proof design of grease-lubricated rolling bearings and, for the first time, provide an approach for the generic assessment of non-electrical ignition hazards.

2026-01-01T00:00:00Z Freytag, Lukas https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/126745 2026-09-08T01:10:18Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Methoden zur kundennahen Prognose der thermischen Beanspruchung von Elastomerlagern in der Fahrzeuganwendung Author(s): Freytag, Lukas Abstract: Die Abwärme des Antriebsstrangs führt in verbrennungsmotorischen Fahrzeugen zu einer hohen Beanspruchung Fahrzeugunterboden, zum Beispiel von Komponenten im Motorraum und bei Elastomerlagern. Im Rahmen des Fahrzeugentwicklungsprozesses muss die Einhaltung der vorgesehenen Lebensdauer von Elastomerlagern unter anderem im Hinblick auf ihre thermische Beanspruchung sichergestellt werden. Ziel ist hierbei die Realisierung einer möglichst anforderungsgerechten Absicherung, welche Qualitätsmängel im Kundenbetrieb sowie zusätzliche Kosten durch eine zu konservative Absicherung vermeidet. Diese Arbeit untersucht, wie Kundendaten für eine anforderungsgerechtere Absicherung der thermischen Beanspruchung von Elastomerlagern im Entwicklungsprozess genutzt werden können. Zudem soll die Umsetzung einer prädiktiven Wartungsstrategie für Elastomerlager die negativen Folgen von Qualitätsmängeln im Kundenbetrieb minimieren. Zur Zielerreichung werden im Rahmen dieser Arbeit zwei Methoden entwickelt. Die erste Methode ermittelt die thermische Beanspruchung von verschiedenen Elastomerlagern im Kundenbetrieb mit Hilfe von virtuellen Temperatursensoren. Die virtuellen Sensoren entsprechen einem datenbasierten Modell, welches mit Hilfe von Methoden des Maschinellen Lernens entwickelt wird und Komponententemperaturen anhand von verfügbaren Fahrzeugsignalen während der Fahrt prognostiziert. Die ermittelte thermische Beanspruchung in der Kundenflotte dient als Referenz für die anforderungsgerechte Absicherung von zukünftigen Fahrzeugen. Zudem ermöglicht die Überwachung der thermischen Beanspruchung im Kundenbetrieb die Umsetzung einer prädiktiven Wartungsstrategie. Die zweite Methode umfasst eine regelbasierte Erfassung von zeitaufgelösten Kundendaten bei signifikanter Reduktion der Auslastung der Rechenressourcen. Die erfassten Kundendaten ermöglichen die Validierung bzw. Anpassung von existierenden Lastfällen, die im Entwicklungsprozess für die Absicherung der thermischen Beanspruchung von Elastomerlagern eingesetzt werden. Die Regeln für die Initiierung der Datenerfassung werden mit Hilfe von Messdaten und Clusterbildung definiert. Die virtuellen Temperatursensoren erreichen für verschiedene Elastomerlager und Fahrzeugmodelle eine sehr gute Prognosegüte mit einer mittleren absoluten Abweichung kleiner 2 K für das Temperaturkollektiv – unter der Voraussetzung, dass eine breite Datenbasis an Messdaten für das Modelltraining zur Verfügung steht. Die regelbasierte Datenerfassung ermöglicht die Erfassung aller relevanten Kundendaten für die Validierung der Extremlastfälle bei signifikanter Reduktion der Erfassung von irrelevanten Daten auf etwa 15 %. Die beiden entwickelten Methoden leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des aktuellen Stands der Wissenschaft und Technik, indem sie eine anforderungsgerechte thermische Absicherung von Elastomerlagern sowie die Umsetzung einer prädiktiven Wartungsstrategie im Kundenbetrieb ermöglichen. In Zukunft können die entwickelten Methoden auf weitere thermisch beanspruchte Komponenten im Fahrzeug übertragen werden, zum Beispiel auf Steuergeräte.; In combustion engine vehicles, the waste heat emanating from the drivetrain exerts high thermal stress on components located within the engine compartment and vehicle underbody, including elastomer bearings. In the context of the vehicle development process, it is imperative to ensure the intended service life of elastomer bearings, with particular attention to their thermal stress. The objective is to achieve the most requirements-based validation possible, thereby avoiding quality defects in customer operation and additional costs due to overly conservative validation. The present work examines the potential of customer data to facilitate more requirements-based validation of thermal stress on elastomer bearings during the development process. Moreover, the implementation of a predictive maintenance strategy for elastomer bearings should minimize the negative consequences of quality defects in customer operations. To achieve these objectives, two methods have been developed in this work. The first method determines the thermal stress of various elastomer bearings in customer operations with the aid of virtual temperature sensors. The virtual sensors correspond to a data-based model developed by using machine learning methods, which predicts component temperatures based on available vehicle signals. The thermal stress determined in the customer fleet serves as a reference for requirements-based validation of future vehicles. Furthermore, monitoring the thermal stress in customer operations enables the implementation of a predictive maintenance strategy. The second method involves a rule-based collection of time-resolved customer data, resulting in a significant reduction in computing resource utilization. The collected customer data enables the validation or adjustment of existing load cases, which are used in the development process to verify the thermal stress of elastomer bearings. The rules for initiating the data collection are defined using measurement data and clustering. The virtual temperature sensors demonstrate a high degree of prediction accuracy for various elastomer bearings and vehicle models, exhibiting a mean absolute error of less than 2 K for the temperature collective. This accuracy of this method is contingent upon the availability of a comprehensive database of measurement data for model training. The implementation of a rule-based data collection approach ensures the recording of all relevant customer data for the validation of the extreme load cases, while concurrently achieving a substantial reduction in irrelevant data to approximately 15%. The two methods developed make a significant contribution to improving the current state of the art by enabling requirements-based thermal validation of elastomer bearings and the implementation of a predictive maintenance strategy in customer operations. Subsequent applications of these methods may extend to other thermally stressed components within vehicles, such as control units.

2026-01-01T00:00:00Z Nietzke, Jonathan https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/126629 2026-08-29T01:08:57Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Untersuchung der Auswirkungen von Hochdruckwasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften austenitischer Stähle Author(s): Nietzke, Jonathan Abstract: Austenitische Stähle werden häufig als geeignet für den Einsatz in Wasserstoffatmosphäre angesehen. Je nach Zusammensetzung und Einsatzbedingungen können sich jedoch Auswirkungen von Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften ergeben. In dieser Arbeit werden diese im Hinblick auf die austenitischen Stähle AISI 316L und AISI 304L untersucht. Hierbei erfolgt ein Vergleich unterschiedlicher Verfahren mit Fokus auf der Verwendung von Hohlzugproben. Im Hinblick auf den Werkstoff AISI 316L zeigt sich grundsätzlich eine Verringerung der Duktilität unter dem Einfluss von Wasserstoff. Diese ist für den kaltgezogenen Zustand etwas geringer ausgeprägt als nach dem Lösungsglühen. Für Proben aus additiv gefertigtem AISI 316L zeigt sich zunächst eine ähnliche Degradation durch Wasserstoff. Erfolgt keine mechanische Nachbearbeitung der mit Wasserstoff in Kontakt stehenden Oberfläche, zeigen additiv gefertigte Proben unter den hier eingesetzten Prüfparametern hingegen eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff. Versuche an Proben aus kaltgezogenem AISI 304L zeigen erwartungsgemäß eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff. Als ein wichtiger Einflussfaktor bei der Rissbildung kann die Transformation zu Martensit gesehen werden, welche verstärkt im Bereich von Rissen auftritt. Zusätzlich korreliert die Martensitbildung mit der Dehnrate. Wasserstoff führt dagegen in den in dieser Arbeit durchgeführten Versuchen insgesamt zu einem geringeren Martensitanteil. Gleichzeitig bilden sich unter Wasserstoff jedoch vermehrt Nebenrisse, an welchen wiederum eine lokal verstärkte Martensittransformation festzustellen ist. Der Vergleich der Prüfverfahren und Prüfparameter zeigt klare Unterschiede zwischen ex-situ-Versuchen an Proben, welche mit welche mit Wasserstoff vorbeladen wurden, und in-situ-Versuchen mit Hohlzugproben. So führt unter den hier geprüften Bedingungen die Vorbeladung zu einer leicht erhöhten Festigkeit, während der Einfluss auf die Duktilität geringer ausgeprägt ist als bei in-situ-Versuchen. Zusätzlich zeigt sich, dass die Art der Wasserstoffbeladung eine wichtige Rolle in Bezug auf die Wasserstoffkonzentration und -verteilung spielt. In Bezug auf die Prüfgeschwindigkeit zeigt sich bei in-situ-Versuchen eine Tendenz zu geringeren Auswirkungen des Wasserstoffs auf die Duktilität bei höheren Dehnraten. Bei vorbeladenen Proben deuten die Ergebnisse hingegen auf einen maximalen Effekt im Bereich einer Dehnrate von 10-4 s-1 hin. Ein Einfluss unterschiedlicher Fertigungsverfahren der Innenoberfläche lässt sich – mit Ausnahme der endkonturnahen additiven Fertigung – weder ausschließen noch klar belegen. In Referenzversuchen bis 1000 bar zeigt sich ein zunehmender Einfluss der aus dem Druck resultierenden mechanischen Beanspruchung. Diese wirkt sich unter anderem in Form einer verringerten Verlängerung bei Bruch und verringerten Abnahme des Innendurchmessers aus. In Versuchen mit Wasserstoff zeigt sich eine mit dem Druck zunehmende Degradation der mechanischen Eigenschaften.; Austenitic steels are often considered suitable for use in hydrogen atmospheres. However, depending on their composition and conditions of use, hydrogen can affect their mechanical properties. This thesis examines the effects of hydrogen on austenitic steels AISI 316L and AISI 304L. It compares different methods, focusing on the use of hollow tensile specimens. With regard to the material AISI 316L, there is a general reduction in ductility under the influence of hydrogen. This is slightly less pronounced in the cold-drawn state than after solution annealing. For specimens made from additively manufactured AISI 316L, a similar degradation due to hydrogen is initially observed. However, if the surface in contact with hydrogen is not machined, additively manufactured specimens show lower sensitivity to hydrogen under the test parameters used here. As expected, tests on specimens made from cold-drawn AISI 304L show higher sensitivity to hydrogen. The transformation to martensite, which occurs more frequently in the area of cracks, can be seen as an important influencing factor in crack formation. In addition, martensite formation correlates with the strain rate. In contrast, testing with hydrogen leads to an overall lower martensite content in the experiments conducted in this work. At the same time, hydrogen causes an increase in secondary cracks, in which a locally enhanced martensite transformation can be observed. A comparison of the test methods and test parameters reveals clear differences between ex-situ tests on specimens pre-charged with hydrogen and in-situ tests with hollow tensile specimens. Under the conditions tested here, pre-charging leads to a slight increase in strength, while the influence on ductility is less pronounced than in in-situ tests. Furthermore, this study shows that the type of hydrogen charging plays an important role in terms of hydrogen concentration and distribution. With regard to the test speed, in-situ tests show a tendency for hydrogen to have less of an effect on ductility at higher strain rates. In pre-charged specimens, however, the results indicate a maximum effect in the range of a strain rate of 10-4 s-1. With the exception of the near-net-shape specimens, the influence of different manufacturing processes on the inner surface can neither be ruled out nor clearly determined. Reference tests up to 1000 bar show an increasing influence of the mechanical stress resulting from the pressure. Among other things, this manifests itself in the form of reduced elongation at fracture and reduced reduction in the inner diameter. Tests with hydrogen show a degradation of the mechanical properties that increases with pressure.

2026-01-01T00:00:00Z Kretschmann, Robert https://opendata.uni-halle.de//handle/1981185920/126628 2026-08-29T01:09:04Z 2026-01-01T00:00:00Z

Title: Beitrag zur Gestaltung nachhaltiger und instandsetzungsfähiger Hochvolt-Speicher Author(s): Kretschmann, Robert Abstract: Durch die zunehmende Verbreitung elektrischer Antriebsstränge und elektrochemischer Energiespeicher steigt der Ressourceneinsatz wichtiger Rohstoffe. Besonders im Bereich der batterieelektrischen Fahrzeuge (engl. battery electric vehicle - BEV) haben sich gekapselte Bauweisen etabliert. Langfristig sorgt dies dafür, dass die Demontage und Instandsetzung vor dem Hintergrund von Second-Use-Ansätzen und Aufbereitungen mit komplexen Verfahren und der Zerstörung rückgewinnungswürdiger Bauteile, insbesondere der Batteriezellen, einhergeht. Damit ist die sorten- und werkstoffreine Trennung mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Die ursächlichen Ansätze ergeben sich aus den hohen Anforderungen (Bauraumbedarf, Leistungsfähigkeit, Sicherheit, Automatisierbarkeit etc.) im Automobilbereich. Diesem Trend soll leistungsfähiges Batteriesystems gegenübergestellt werden, bei dessen Entwicklung in allen Aspekten Demontage- und Instandsetzungsfähigkeit im Fokus stehen. Damit soll gezeigt werden, dass auch unter Berücksichtigung entsprechender Anforderungen, Konzepte umgesetzt werden können, die die zerstörungsfreie Rückgewinnung wichtiger Bauteile ermöglichen, ohne die Leistungsfähigkeit des Systems negativ zu beeinflussen. Aufbauend auf unterschiedlichsten Anforderungen und Annahmen (bspw. Zelltyp und Thermomanagementstrategie) werden die Auslegung der wichtigsten Konzepte, Einzelteile und Baugruppen dargestellt und analysiert. Aus diesen Überlegungen werden allgemeine Gestaltungsrichtlinien abgeleitet, die einen Beitrag zur zukünftigen Auslegung von instandsetzungsfähigen, demontagefreundlichen Batteriesystemen leisten.; The increasing prevalence of electric powertrains and electrochemical energy storage systems is driving up the use of key raw materials. Enclosed designs have become particularly established in the field of battery electric vehicles (BEVs). In the long term, this means that disassembly and repair in the context of second-use approaches and recycling are accompanied by complex processes and the destruction of components suitable for recovery, particularly battery cells. As a result, the separation of components by type and material requires additional effort. The underlying approaches stem from the high requirements (space constraints, performance, safety, automatability, etc.) in the automotive sector. This trend is to be contrasted with a high-performance battery system whose development focuses on disassembly and repairability in all aspects. The aim is to demonstrate that, even when taking these requirements into account, concepts can be implemented that enable the non-destructive recovery of important components without negatively impacting the system's performance. Based on a wide variety of requirements and assumptions (e.g., cell type and thermal management strategy), the design of the most important concepts, individual parts, and assemblies is presented and analysed. From these considerations, general design guidelines are derived that will contribute to the future design of repairable, easy-to-disassemble battery systems.

2026-01-01T00:00:00Z