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Fakultätsübergreifendes Institut für Werkstofftechnik


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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

im Institut für Werkstofftechnik

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Erstellt: Mon, 16 Oct 2017 23:06:00 +0200 in 0.0137 sec


Walter, Tobias
Herstellung und Charakterisierung von Sulfophosphatgläsern. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit dem Herstellungsprozess und der Analyse von niedrigschmelzenden Sulfophosphatgläsern und analog dazu mit Phosphatgläsern mit ähnlicher Struktur. Phosphatgläser bilden je nach P2O5-Gehalt unterschiedliche Strukturen aus. In dieser Arbeit wurden Metaphosphatgläser geschmolzen, deren Netzwerkstruktur aus Phosphattetraeden besteht, die ring- oder kettenförmig angeordnet sind. Es wird angenommen, dass diese Netzwerkstruktur in den Sulfophosphatgläsern identisch ist. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Aufschluss über die Eigenschafts- und Strukturveränderung dieser niedrigschmelzenden Gläser zu geben, die durch den Einbau von Zink-Ionen in die Glasmatrix erfolgen. Zusätzlich soll die Rolle des Zinks innerhalb der Netzwerksstruktur aufgeklärt werden. In dieser Masterarbeit wurden Sulfophosphatgläser mit geringem Zinksulfatgehalt hergestellt. Ausgehend von einem zinkfreiem Sulfophosphatglas mit hohem Calciumsulfat-Anteil wurde Calciumsulfat durch Zinksulfat substituiert. Der Phosphat-, Kalium- und Natrium-Anteil wurde konstant gehalten. Analog dazu wurden Metaphosphatgläser hergestellt, deren Zusammensetzung den hergestellten Sulfophosphatgläsern ähneln, jedoch kein Sulfat enthalten. Der Zinksulfatanteil bzw. der Zinkoxidanteil wurde bei beiden Glasreihen von 0 mol% bis 5 mol% variiert. Die Glaszusammensetzung wurde durch eine vollständige Auflösung von Probenmaterial und darauffolgender ICP-OES bestimmt und dadurch auf die Abdampfungsverluste geschlossen. Ferner sind die Eigenschaften der Sulfophosphatgläser und der Phosphatgläser mittels Pulfrich-Refraktometrie, UV-VIS-NIR-Spektroskopie, Ramanspektroskopie, 31P NMR-Spektroskopie sowie DTA- und Dilatometrie-Analysen bestimmt worden. Weiterhin wurden Löslichkeitsuntersuchungen an Proben der hergestellten Gläser durchgeführt. Die Analysen ergaben, dass die beiden Glasreihen eine ähnliche Struktur besitzen, welche hauptsächlich aus Q2- Phosphattetraeder besteht und aus einigen Q1- Gruppen. Die Q3-Gruppen konnten nicht eindeutig nachgewiesen werden. Die Daten unterstützen die Sicht, dass die Glasnetzwerke der Gläser aus Ketten und Ringen bestehen. Beim Auflöseprozess sind signifikante Unterschiede festzustellen, die auf den Sulfat-Anteil, aber auch auf die Länge der Phosphatketten, die durch die Zugabe von Zink verkürzt werden, zurückgeführt werden können.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857353896walte.txt
Ante, Mirko Johannes
Electrochemical preparation and characterization of novel metal hydrides for hydrogen storage from Ionic liquids. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Um die langfristige Existens der Menschheit und der Umwelt sicherzustellen, ohne vollständig auf technologisch begründeten Lebensstandard verzichten zu müssen, ist es Hauptaufgabe jedes Wissenschaftlers und Ingenieurs, die vorhandenen Technologien auf ihre Umweltverträglichkeit hin zu untersuchen und zu verbessern. Insbesondere bei neuen Erfindungen müssen Parameter wie CO2-Ausstoß und Erneuerbarkeit bereits in der Entwicklungsphase betrachtet werden. Im Zuge der Elektromobilität sowie der Energiewende zu erneuerbaren Energien werden große Mengen an Hochleistungsenergiespeichern benötigt. In der Mobilität stellt sich eine Umstellung auf erneuerbare Energien als Herausfordung dar, da hohe Energiedichten und spezifische Energien benötigt werden. Wasserstoff hat sehr hohe Energiedichten zueigen, die Volumina der bislang technisch realisierten Wasserstoffspeicher sind allerdings zu groß für mobile Anwendungen. Leichtmetallhydride können können den Anforderungen von Brennstoffzellenfahrzeugen gerecht werden. Natrium ist ein sehr gut Verfügbares und günstig zu gewinnenes Element, Wasserstoff kann regenerativ beispielsweise über die Wasserelektrolyse gewonnen werden. Daher bietet sich NaH als Metallhydride für die Wasserstoffspeicherung an. Der Vorteil eines elektrochemischen Synthesewegs liegt in der höheren Effizienz, bei herkömmlicher Synthese werden Temperaturen von 400-450˚C und Drücke von mindestens 50 atm benötigt, die in dieser Arbeit untersuchte elektrochemische Synthese wird hingegen bei 155˚C und 1 atm durchgeführt. In dieser Arbeit wurde die elektrochemische Ko-Abscheidung von Natriumionen und Wasserstoff zu Natriumhydrid durch Zyklovoltammetrie in nachgewiesen. Als Elektrolyt wurde hierzu eine (80:20 mol%ige [TEA][TFSI]:Na[TFSI] tetraethylammonium bis-(trifluoromethansulfonyl)-amid) ionische Flüssigkeit als Elektrolyt verwendet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857298577ante.txt
Friedmann, Michael
Rheologische Untersuchung einer Mischung aus Harz und Wüstensand. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Die Bildung von Slums, beispielsweise bedingt durch Urbanisierung, stellt viele, überwiegend arme Länder vor große Probleme. Hinzu kommen Umweltkatastrophen und Kriege. Polymerbeton könnte eine kostengünstige und vor allem schnelle Lösung sein, um kurzfristige oder langfristige Unterkünfte zu errichten. Das Modulare Aufbau System der Firma PolyCare ermöglicht es, ohne technische Hilfsmittel oder besondere Vorkenntnisse, Bausteine herzustellen und diese zu Häusern zusammenzustecken. Die so errichteten Häuser können bei Bedarf auseinander genommen und an anderen Stelle aufgebaut werden. Als Füllstoff ist Sand verwendbar, welcher in den Zielländern oftmals in großen Mengen vorhanden ist, was dieses System zusätzlich attraktiv macht. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Ansatz zu finden, um das Aushärteverhalten, die Fließeigenschaften und den Einfluss des Sandes auf das Harzsystem zu bestimmen. Weiterhin werden die Kurvenverläufe mittels Weibullfunktion angeglichen. Die ermittelten Parameter der Weibullfunktion ermöglichen es dem späteren Anwender, die passende Kombination aus Beschleuniger und Härter für seine Anwendung zu bestimmen. Mithilfe dieser Erkenntnisse, sollen die Prozessbedingungen verbessert und die Prozesszeit verringert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/857194909fried.txt
Schötz, Theresa
Electrochemical preparation and characterization of rechargeable Poly-3, 4 ethylendioxythiophen-Aluminium batteries in ionic liquids. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Diese Arbeit ist eine Machbarkeitsstudie einer wiederaufladbaren PEDOT-Aluminium-Batterie in ionischen Flüssigkeiten. Das Grundprinzip basiert auf der Ein-und Auslagerung von Chloridionen im Polymer sowie der Abscheidung und Auflösung von Aluminium in einer Chloraluminat-Schmelze. Beide Halbzellen zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und kostengünstige sowie verfügbare Materialien aus. Die Charakterisierung des Redoxverhaltens und der Reversibilität der Halbzellen und des Batteriesystems erfolgte durch zyklische Voltammetrie sowie galvanostatische Lade- und Entlade-Experimente. Darüber hinaus wurden repräsentative PEDOT und Aluminiumelektroden vor und nach galvanostatischen Laden und Entladen mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet. In Lewis-saurem Elektrolyt ist die reversible Abscheidung und Auflösung von Aluminium möglich. Das Cyclovoltammogramm zeigt die Abscheidung bei -0.2 V und die Auflösung bei 0,2 V gegen Al|Al(III). Darüber hinaus zeigt die PEDOT Halbzelle die schrittweise Einlagerung von Chloridionen bei 1,4 V, 1,9 V und 2,3 V und Auslagerung bei 0,7 V, 1,5 V und 1,8 V gegen Al|Al(III). Die Zellspannung des Systems in der Lewis-sauren Schmelze zeigt ein abnehmendes Entladungsplateau bei einer mittleren Zellspannung von 1 V. Die Energiedichte, bezogen auf die Aktivmasse von PEDOT, berechnet sich auf 228 Wh/kg, welche in der Größenordnung von Lithium-basierten Batteriesystemem eingeordnet werden kann. Die SEM-Untersuchungen zeigen, dass PEDOT eine poröse und granulare Struktur mit einer mittleren Korngröße von 2 um bis 20 [my]m aufweist. Die Dichte der Körner steigt mit der Menge an eingelagerten Chloridionen. Die oberflächliche Struktur von PEDOT nach galvanostatischen Laden und Entladen zeigt keine wesentlichen Veränderungen. Im Gegensatz dazu lagert sich auf der Aluminiumelektrode ein organischer poröser (0,4-1,4 [my]m) Film ab. Hinzukommend konnten kugelförmige Abscheidungen von Aluminium (˜28 [my]m) nachgewiesen werden. Ein Dendritenwachstum wurde nicht beobachtet. Im Allgemeinen, zeigt diese Arbeit erste Ergebnisse für ein alternatives Batterie-System mit hohen Energiedichten der PEDOT-Halbzelle. Die potentiostatische Abscheidung von PEDOT und das reversible Laden und Entladen einer PEDOT-Aluminium-Batterie in Lewis-sauren Chloraluminat-Schmelze ist machbar.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/85719383Xschoe.txt
Selzam, Franziska
Einfluss nanoskaliger Matrixadditive auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kompositmaterialien. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Um den Einfluss nanoskaliger Matrixadditive auf die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Kompositmaterialien zu bestimmen, wird Epoxidharz mit Nanopartikeln versehen. Als Experimentierpartikel wird Böhmit (AlO(OH)) verwendet. Neben der unmodifizierten Form kommt auch eine essigsäuremodifizierte Form des Böhmits zum Einsatz. Der Partikeleinfluss auf die matrixdominierten Eigenschaften des Faserverbundkunststoffs (FVK) wird mit Hilfe von parametrischen Reihenuntersuchungen an faserverstärkten und nicht-faserverstärkten Kompositmaterialien verifiziert. Die Fertigung der verwendeten Probekörper wird ebenfalls in dieser Arbeit beschrieben. Zur Bestimmung und Bewertung ausgewählter mechanischer und thermischer Eigenschaften werden folgende Untersuchungen durchgeführt: - Zugversuch; - Drei-Punkt-Biegeprüfung; - Risszähigkeitsprüfung und Energiefreisetzungsrate; - Iosipescu-Schubversuch; - Differential Scanning Calorimetry (DSC); - Thermogravimetrische Analyse (TGA). Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass es durch die Zugabe der Nanopartikel zu einer signifikanten Beeinflussung der mechanischen und thermischen Kennwerte kommt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856998117selza.txt
Neitzel, Benedikt
Grenzen der Faserondulation in Faserverbunden für die Eigenschaften bei komplexer Bauteilgeometrie. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Webart textiler Halbzeuge wirkt sich auf die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundkunststoffen aus. Im Rahmen der Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen der Gewebegeometrie von Mehrschichtverbunden und deren Steifigkeit und Festigkeit untersucht. Es wird ein Modell entwickelt, das es erlaubt die Faserondulation in der klassischen Laminattheorie zu berücksichtigen. Durch Versuche wird die Qualität des Modells zunächst für flache Probekörper überprüft. Zusätzlich wird ein Prüfverfahren für das Aufbiegen von gekrümmten Bauteilen erstellt. Es werden verschiedene Lösungsansätze zur Berechnung des Spannungszustands und der Festigkeit der Probekörper vorgestellt. Anschließend wird experimentell bestimmt welcher Berechnungsansatz für den vorliegenden Fall verwendet werden kann. Die mechanischen Eigenschaften von Proben mit verschiedenen Verstärkungsgeweben werden ermittelt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/853173990neitz.txt
Fligge, René
Softwarebasierte Konzeptionsmethodik für Leichtbauteile und Maschinen. - 43 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Industrie stellt immer höhere Ansprüche an Fahrzeuge und Maschinen. Seit mehreren Jahren liegt ein besonderer Fokus auf Leistungssteigerung und Energieeinsparung. Diese Anforderungen können durch Einsatz der Leichtbauweise bei Maschinen und Fahrzeugen umgesetzt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen Maschinen und Fahrzeuge besser gestaltet werden können. Es stellt sich heraus, dass einzelne fallbezogene Konzepte nicht zielführend sind. Es wird eine allgemeine, branchenübergreifende und von der Anwenderexpertise unabhängige Bewertungsmethodik für den FVK-Leichtbau entwickelt. Das Konzept zur Ermittlung des Leichtbaupotentials basiert auf einer überschläglichen Ermittlung der maximal möglichen Gewichtsreduzierung und einer anschließenden Berücksichtigung mindernder Einflüsse. Das Ergebnis ist eine Übersicht aller Bauteile und dem dazugehörigen Leichtbaupotential. Das Konzept wird in einer eigenständigen Software umgesetzt. Zusätzlich werden in dem Programm Tipps zum Fertigungsverfahren und zur Auslegung gegeben. Zur Überprüfung der Anwenderunabhängigkeit werden mit dem Programm und mehreren Bauteilen Probandentests durchgeführt. Es zeigt sich, dass alle Versuchspersonen ein ähnliches Ergebnis erhalten. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und mögliche Weiterentwicklungen aufgezeigt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848618866fligg.txt
Schröder, Frederik
Wärmebehandlung von Formteilen aus EPP-Partikelschaum. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2016

Die Verwendung von EPP-Formteilen in der Automobilindustrie steigt stetig, dies ist für die EPP-Hersteller mit großen Herausforderungen verbunden. Um die abgefragten Mengen herstellen zu können, muss der gesamte Herstellungsprozess effizienter gestaltet werden. Als kosten- und zeitintensiver Teilprozess ist die Wärmebehandlung effektiver zu gestalten. In Folge des Formteilprozesses kann es zur Ausbildung von Maßabweichungen durch Verzug oder Einfallstellen kommen. In dieser Arbeit werden über die Aufnahme der Wirkmechanismen und Abläufe des Tempervorgangs, sowie der Betrachtung der Verarbeitungsgeschichte des Formteils, die entscheidenden Einflussgrößen herausgearbeitet. Diese werden in Versuchen den definierten Zielgrößen, die sowohl geometrische und mechanische Eigenschaften als auch die Kostenentstehung beinhalten, gegenübergestellt und auf Abhängigkeiten überprüft. Das Resultat der Versuche sind die Effekte und Wechselwirkungen der Einflussgrößen auf die Zielgrößen. Aus diesen Ergebnissen war es möglich ein Prozessmodell zu jeder Zielgröße zu entwickeln, durch das eine Zielgrößenvorhersage, bzw. eine Parameteranpassung möglich ist.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848616979schro.txt
Schorn, Silvia
Untersuchung zur Zink- und Nickelabscheidung mittels in-situ-Messungen der Abscheidungsgeschwindigkeit und der Inneren Spannungen. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Innere Spannungen einer abgeschiedenen Schicht können unerwünschte Zug- oder Druckspannungen sein, die zu Formänderungen des Bauteils führen können. Mit dem in-situ Messsystem MSM200 lassen sich die Makrospannungen bestimmen. Ein in der Produktion eingesetzter Nickelsulfamat-Elektrolyt wurde auf seine Zusammensetzung analysiert und der Einfluss verschiedener Parameter in Hinsicht auf die inneren Spannungen der erzeugten Schichten untersucht. Zu den Einflussfaktoren gehörten Stromdichte, Temperatur, Zugabe von Netzmitteln sowie Chlorid- und Glanzbildner-Gehalt. Zusätzlich wurde die Oberflächenspannung nach Netzmittelzugabe gemessen. Des Weiteren konnte mit der Simulationssoftware Cell-Design die Schichtdicken- bzw. Stromdichteverteilung einer Grabenstruktur berechnet werden. Diese Berechnung ist in guter Übereinstimmung mit von der aus metallografischen Querschliffen erhaltenen Schichtdickenverteilung. Die Simulation ist von großem Vorteil, da der experimentelle Zeitaufwand zur Herstellung dicker Schichten sehr groß ist. Ebenfalls in-situ wurde das Messgerät dresor EP zur online Messung der Abscheidungsgeschwindigkeit getestet. Seine Funktionsweise wurde ausführlich an einem Zinkelektrolyten geprüft.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848030613schor.txt
Kern, Florian
Entwicklung eines Gurtbockkonzeptes für FVK Fahrzeugboden. - 192 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2016

Faserverstärkte Kunststoffe zeichnen sich durch hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aus. In der Fahrzeugtechnik steigen die Anforderungen an den Leichtbau stetig, weshalb Faserver-bunde immer häufiger Anwendung finden. Ein neuentwickeltes Reisemobil wird mit einer Karosserie aus glasfaserverstärktem Kunststoff versehen, um eine zulässige Gesamtmasse von 3,5 t nicht zu überschreiten. Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Anbindungskonzepts für einen Gurtbock an die Karosserie aus glasfaserverstärkten Kunststoff. Der Stand der Technik zu Krafteinleitungselementen für faserverstärkte Kunststoffe wird erarbeitet, auf deren Basis in einem konstruktiven Entwicklungsprozess vier Varianten ausgewählt und anhand von Berechnungsmodellen konstruktiv ausgelegt werden. Im Entwicklungsprozess werden diese mit einem bestehenden Konzept hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Kriterien verglichen und zwei Varianten ausgewählt. Prüfversuche stellen die Grundlage zur Überprüfung der mechanischen Sicherheit dar. Die ermittelten Werte werden auf Simulationen übertragen, die zur Abschätzung der Konzepteigenschaften dienen. Die Tragfähigkeit der Konzepte erfolgt anhand der erarbeiteten Daten und es werden Verbesserungsmöglichkeiten und weitere Schritte aufgezeigt. Eine Vorgehensweise zur Verbesserung bestehender Berechnungsverfahren, wie der klassischen Laminattheorie, sowie eine allgemeine Herangehensweise an die Entwicklung von Anbindungskonzepten an Faserverbundstrukturen werden vorgeschlagen.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848018389kern.txt