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Fakultätsübergreifendes Institut für Werkstofftechnik


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INHALTE

Studienabschlussarbeiten

im Institut für Werkstofftechnik

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Erstellt: Wed, 18 Oct 2017 23:04:54 +0200 in 0.0182 sec


Stolze, Christoph
Modifizierung basaltfaserverstärkter Compounds. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Basaltfasern weisen höhere mechanischen Eigenschaften als Glasfasern auf und eignen sich auch aus wirtschaftlicher Sicht zur Verstärkung von Kunststoffen. Für eine technische Nutzung in Faserverbundkunststoffen wird die Faser-Matrix-Anbindung untersucht. Dazu wird ein existierender Modellansatz verwendet der um einen Haftungs-Korrekturfaktor erweitert wurde. Der Korrekturfaktor stützt sich auf die Faser Matrix Kompatibilität anhand der Grenzflächeneffekte zwischen beiden Materialpartnern. Benetzungseigenschaften und Oberflächenspannungen von Fasern und Matrices werden analysiert. Ausgehend von dispersen und polaren Spannungsanteilen werden geeignete Matrixwerkstoffe für einen Verbund mit Basaltfasern bestimmt. Im Zuge dessen wird der Einfluss von maleinsäureanhydridhaltigen Haftvermittlern auf niederpolare Polymere untersucht. Ein Polyamid 6.6 wird als geeignetes Matrixpolymer ermittelt. Der Basaltfaserverbund wird auf mechanische Zugeigenschaften untersucht. Abschließend werden die Ergebnisse von Messung und Berechnung gegenübergestellt.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895389932stolz.txt
Mösle, Christian
Orientierende Voruntersuchungen zur Entwicklung eines zyanidfreien Silberelektrolyten. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Galvanisch abgeschiedene Silberschichten werden in vielen Bereichen der modernen Technik eingesetzt. Die Gründe dafür sind die hervorragenden Eigenschaften von Silber wie die elektrische und thermische Leitfähigkeit. Anwendungsfelder sind die Elektrotechnik, die Energiegewinnung und die Medizin. Mit der zunehmenden Automatisierung, wie die Elektromobilität, das Internet der Dinge oder die fortschreitende Miniaturisierung bei gleichzeitiger Leistungssteigerung, wird die Nachfrage noch weiter steigen. In der Industrie werden hauptsächlich zyanidhaltige Silberbäder verwendet, um die benötigten Silberschichten herzustellen. Jedoch wird in der Forschung stetig daran gearbeitet zyanidfreie Ansätze zu entwickeln, um die Gefahren für Mensch und Umwelt zu reduzieren. Dies versucht auch die vorliegende Masterarbeit. Deren Aufgabe darin besteht, mittels potentiometrischer Titration, Stromdichte-Potential-Kurven, Hull-Zellenabscheidungen und REM-Aufnahmen, in orientierenden Voruntersuchungen einen zyanidfreien Silberelektrolyten zu entwickeln. Dazu werden zyanidfreie Ansätze aus der Literatur untersucht und mit eigenen Elektrolytzusammensetzungen ergänzt. Aus Vergleichen mit einer zyanidhaltigen Referenz ergibt sich ein Ansatz, der mittels Variation der Abscheideparameter und der Zugabe von Additiven optimiert wird. Dieses Vorgehen führt zu einer alkalischen Elektrolytzusammensetzung, deren Abscheidung mit der aus zyanidhaltigen Silberelektrolyten vergleichbar ist. Mit diesem ist es möglich, über einen breiten Stromdichtebereich homogene, geschlossene und matte Silberschichten abzuscheiden. Dabei kommt ein Komplexbildner zum Einsatz, der ungiftig und deutlich umweltfreundlicher ist als Zyanid. Allerdings sollte in weiterführenden Untersuchungen die Glanzbildung und die Prozesssicherheit sowie die Anwendbarkeit in größerem Maßstab erforscht werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/895168146moesl.txt
Pohle, Lisa
Abscheidung von Zinnoxidschichten mittels Atmosphärenduckplasmajet. - Ilmenau. - 129 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

In der vorliegenden Arbeit wurden undotierte Zinnoxidschichten mittels Atmosphä-rendruckplasmajet (APPJ) auf Glas- und Siliziumsubstrate abgeschieden. Als Precursor wurde Tetrabutylzinn (TBT) verwendet und mit Hilfe einer Aerosolerzeugereinheit in den Plasmastrahl eindosiert. Die Einflüsse der Auftragsanzahl und der Substrattemperatur auf die Schichteigenschaften wurden untersucht. Die Bestimmung der Leitfähigkeit erfolgte mittels 4-Punkt-Messung. Um die Transmission und die optischen Bandlücken zu ermitteln, kam UV-Vis-Spektroskopie zum Einsatz. Die Schichtdicken sowie optische Eigenschaften wurden mit Hilfe der Spektralellipsometrie analysiert. Die Charakterisierung von Schichtaufbau und Morphologie erfolgte auf Grundlage von REM-, AFM- und TEM-Untersuchungen. Zusätzlich fand die Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit anhand von Lichtmikroskopie, Profilometrie und Kontaktwinkelmessung statt. Basierend auf GI-XRD-Untersuchungen wurden Struktur, Textur und Korngröße der Zinnoxidschichten bewertet. Bei Substrattemperaturen unter 300 ˚C auf Si abgeschiedene SnOx-Schichten bestehen aus einem 20 bis 30 nm dicken, relativ dichten und feinkörnigen Film, der mit steigender Entfernung von der Substratoberfläche in ein poröses Gerüst aus Partikelaggregaten und -clustern übergeht. Mit steigender Substrattemperatur verdichtet sich die Schicht, die scharfkantigen Partikel runden sich deutlich ab und lagern sich dichter zusammen. Für die APPJ-Schichten auf Glassubstraten konnte kein Zusammenhang zwischen Substrattemperatur oder Anzahl der Beschichtungsdurchläufe und spezifischem Widerstand festgestellt werden. Er schwankt zwischen 0,01 [Omega]cm und 0,4 [Omega]cm und ist etwas geringer als die Widerstände der durch Sputtern hergestellten Vergleichs-SnOx-Schichten (0,15 1,5 [Omega]cm). Die Schichten sind überwiegend röntgenamorph bzw. nanokristallin. Ansätze von Röntgenpeaks zeigen sich erst ab einer Substrattemperatur von 500 ˚C. Der Leitsilberlack, der zur Substratfixierung bei hohen Temperaturen verwendet wurde, induziert eine Kristallisation bzw. Umkristallisation der SnO2-Schicht. Sie setzt unmittelbar nach dem Abscheidevorgang auf beheizten Substraten ein und wird durch die Abkühlung auf Raumtemperatur unterbrochen. Hierbei bilden sich komplexe und stark verzweigte Kristalle in einem kurzen Zeitraum, was auf ein thermodynamisches Ungleichgewicht in den abgeschiedenen Schichten hindeutet.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/894806912pohle.txt
Gensowski, Katharina
Entwicklung leitfähiger Druckpasten zur elektrochemischen Strukturierung von Aluminiumschichten für die Solarzellenmetallisierung mittels statistischer Versuchsplanung. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die vorliegende Arbeit thematisiert die Entwicklung von leitfähigen Druckpasten für neuartige elektrochemische Druckverfahren. Mit diesen Verfahren können dünne Metallschichten strukturiert werden, um Leiterbahnen auszubilden. Die ECM-Technologie (Electrochemical Machining) und die lokale Oxidation zur Strukturierung von Metallschichten werden in dem elektrochemischen Druckprozess kombiniert. In der Anwendung auf Solarzellen bietet sich mit diesem maskierungsfreien, flexiblen und kostengünstigen Verfahren die Perspektive, ein sehr effizientes (eta = 26,6%), jedoch bisher unwirtschaftliches Solarzellenkonzept (Rückseitenkontaktsolarzellen), attraktiver für die industrielle Massenproduktion zu gestalten. Durch die Neuheit des Verfahrens gibt es für den elektrochemischen Druckprozess keine kommerziell erhältlichen leitfähigen Druckpasten. Die Pastenentwicklung wurde mittels vollfaktoriellem Versuchsplan in dieser Arbeit durchgeführt. Zudem wurden die Pasten bezüglich der rheologischen Eigenschaften, der Benetzbarkeit und der Druckbarkeit charakterisiert. Es wurden die elektrische Leitfähigkeit, die Ätzwirkung und die Druckbarkeit als Hauptanforderungen definiert. Die Zielgröße des Versuchsplans ist das Druckergebnis der Pasten. Die Druckpasten sind wasserbasierte Systeme mit NaNO3, welches als elektrochemisch aktive Spezies fungiert. Lösungsmittel, Verdickungsmittel und Rheologieadditive sind weitere Komponenten der Druckmedien. Die Pastenherstellung und die Pastenhomogenisierung wurden ebenfalls entwickelt. Die rheologischen Eigenschaften und die Partikelgröße der Pasten hängen von den Konzentrationen des Kieselgels und des Rheologieadditivs BYK-420 (modifizierter Harnstoff) ab. Mit steigender Konzentration der Additive nimmt die Viskosität der Paste zu und die Partikelgröße der Paste ab. Mittels elektrochemischem Siebdruck wurden vollflächige Aluminiumschichten mit unterschiedlichen Druckpasten strukturiert. Das Druckergebnis wird von der Viskosität, der Pastenhomogenität und der NaNO3-Konzentration maßgeblich beeinflusst. Es konnte eine Standardrezeptur bestimmt werden, die auf 20 %iger NaNO3-Lösung basiert und mit Xanthan verdickt wird. 2,3% Kieselgel und 2,4% Rheologieadditiv BYK-420 sind zudem enthalten. Damit wurden Druckergebnisse mit Konturengenauigkeit und durchgängigen Ätzbereichen mit Pasten erreicht, die die höchsten Additivkonzentrationen enthielten. Die Pastenrezeptur konnte reproduzierbar hergestellt werden. Zukünftig ist eine weitere Pastenoptimierung mit dem Schwerpunkt der Partikelgrößenreduzierung notwendig, um den elektrochemischen Druckprozess prozesssicher durchführen zu können.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/894755110genso.txt
Drößler, Marcel
Prozesintegration der Siphonimprägnierung als neue Imprägniertechnik für das Fasernasswickelverfahren zur Herstellung von Epoxidhochleistungsverbundwerkstoffen. - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die Fasernasswickeltechnik ist einer der wichtigsten Herstellungsverfahren für die Fertigung von unidirektionalen (UD) faserverstärkten Kunststoffen. Hochbelastete Bauteile wie Wasserstoffdrucktanks, Antriebswellen oder auch Armierungshülsen für Permanentmagnetmotoren werden mit der Wickeltechnik hergestellt. Durch die kontinuierlich ansteigende Nachfrage an UD-Verbundwerkstoffen, ist die Faserverbundindustrie gefordert die Produktionseffizienz zur Kostenreduzierung zu steigern. Im Rahmen dieser Arbeit wurde bei der Schunk Kohlenstofftechnik GmbH die Prozessintegration der Siphonimprägnierung (SI) als neue Imprägniertechnik durchgeführt. Aktuell wird mit der Walzen- und Tauchimprägnierung mit bis zu 100 Prozent Harzüberschuss gearbeitet. Besonders für sehr teure Matrixsysteme ist mit diesen Imprägniertechniken keine Wirtschaftlichkeit mehr gegeben. Hinzu kommt, dass die Geschwindigkeit des Wickelprozesses begrenzt ist. Das Ziel der Siphonimprägnierung war es die Menge des Harzüberschusses drastisch zu reduzieren und die Wickelgeschwindigkeit zu erhöhen, bei gleichbleibender Bauteilqualität. Dafür wurden Versuchsrohre bei sukzessiv ansteigenden Geschwindigkeiten hergestellt. Simultan zur Geschwindigkeitserhöhung erfolgte die Anpassung der Dosiermenge, um den Harzüberschuss zu minimieren. Die aus den Rohren hergestellten Probekörper wurden schließlich einer Reihe an Untersuchungen unterzogen und mit Referenzproben, die mit der Walzenimprägnierung (WI) hergestellt wurden, verglichen. Die Senkung des Harzüberschusses war erfolgreich, muss aber noch durch Anpassungen Dosieranlagensoftware verbessert werden. Es zeigte sich das eine Erhöhung der Wickelgeschwindigkeit keine Minderung der Bauteilqualität zur Folge hat. Die Versuchsreihe mit der Maximalgeschwindigkeit von 75 m/min erzielte in allen Bereichen gleichwertige Ergebnisse wie die Referenzproben und wiesen zudem die höchsten Zugfestigkeiten von allen Versuchsreihen auf. Die Fadenspannung erwies sich dennoch als zu niedrig, da die Schliffbilder noch deutliche Poren- und Porenzeilen im Laminat der Bauteile aufwiesen. Es hat sich herausgestellt, dass die Laminatqualität der hergestellten Bauteile besonders von der Prozessführung abhängig ist. Störungen während der Imprägnierung verursachten nicht akzeptable Fehlstellen in den Bauteilen. Kritische Porenzeilen führten zu einer deutlichen Senkung der mechanischen Eigenschaften. Durch weitere Prozessanpassungen, wie die Erhöhung der Fadenspannung sowie der Softwareoptimierung der benutzen Dosieranlage, wird es möglich sein mit der SI porenfreie Bauteile bei einem geringen Harzüberschuss und hohen Abzugsgeschwindigkeiten zu realisieren.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/89333121Xdroes.txt
Trautvetter, Tom
Elektrische Leitfähigkeitsuntersuchungen an MOX-Schichten für die Gassensorik. - Ilmenau. - 105 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Für die Erkennung von Bränden in der frühen Entstehungsphase, ist es erforderlich Sensoren mit hoher Sensitivität, Langzeitstabilität und geringer Querempfindlichkeit zu entwickeln. Gassensoren auf Basis von Metalloxiden zeichnen sich durch unterschiedliche Sensitivitäten gegenüber verschiedenen Rauch- und Brandgasen aus. Ziel dieser Arbeit war es, anhand von Komplexuntersuchungen die elektrischen Kenndaten der untersuchten Metalloxidschichten in Abhängigkeit von Prozessführung, Struktur-, Gefüge- und Eigenschaftsbeziehungen zu evaluieren. Dazu wurden Schichten aus WO3 und SnO2 auf ebenem Siliziumsubstrat untersucht. Mittels Magnetronsputtern in Sauerstoffatmosphäre wurden diese aufgetragen und in einem anschließenden Temperprozess behandelt. Zu den Ermittlungen der elektrischen Eigenschaften kamen Untersuchungen der Oberflächenbeschaffenheit, Kristallinität, Korngröße und Schichtdicke hinzu (Masterarbeit Anna Franz). Parallel dazu wurden quantitative Tiefenprofil- und Stöchiometrieanalysen mittels optischer Glimmentladungsspektroskopie erstellt (Masterarbeit Rene Böttcher). Auf Basis von theoretischen Modellen zum Ladungstransport in dünnen Schichten, wurden die Ergebnisse der elektrischen Leitfähigkeitsuntersuchungen bewertet. Es stellte sich heraus, dass für die untersuchten Metalloxidschichten das Modell nach Mayadas und Shatzkes, welches einen Korngrenzeneinfluss auf den elektrischen Widerstand als vordergründig propagiert, als valide eingestuft werden kann. Die für WO3 und SnO2 optimalen Prozessparameter konnten im Rahmen der Untersuchungen bestimmt werden. Zudem wurden im Rahmen des EU-Projektes SAFESENS weiterführende Gassensortests vom Projektpartner Bosch am Standort Reutlingen durchgeführt. Mit abnehmender Schichtdicke konnte die Sensitivität der untersuchten Metalloxidschichten gesteigert werden. Wolframoxid zeigte gegenüber NO2 und Zinnoxid gegenüber H2 sehr gute Sensorreaktionen mit entsprechenden Sensitivitäten. Es konnte zudem ein kurzes Ansprechverhalten auf die zugeführten Gase, für beide Materialsysteme in Dünnschichtkonfiguration, nachgewiesen werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/892913754traut.txt
Utz, Michael
Krafteinleitungselemente für einen Hybridverbund aus CFK und Kunststoffschaum. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Das Substituieren von bestehenden Baugruppen durch leichtbaugerecht gestaltete Alternativen bietet häufig die Möglichkeit Prozesse und Maschinen energieeffizienter und vielseitiger zu betreiben. So kann durch eine Gewichtsreduzierung der in dieser Arbeit betrachteten Vertikalschwingplatte eines Schwingungsprüfgerätes die eingesparte Last im gleichen Maße zur Masseerhöhung der Prüfkörper genutzt werden oder alternativ kann die Prüfeinrichtung innerhalb eines höheren Frequenzbereichs betrieben werden. Die Kombination von Deckschichten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und einem Kern aus Kunststoffschaum zu einem Sandwichverbund ermöglicht es Lasten unter geringerem Gewichtseinsatz als bei einem metallischen Festkörper aufzunehmen, ohne dass ein Absinken der mechanischen Eigenschaften zu erwarten ist. Zugleich erfordert eine solche Maßnahme eine genaue Betrachtung der Krafteinleitungselemente, die sich leicht als Schwachpunkt einer solchen Konstruktion erweisen können. Diese Wechselwirkung zwischen Sandwichverbund und Krafteinleitungselement stellt den betrachteten Forschungsschwerpunkt der folgenden Arbeit dar. Es werden verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten für solche Krafteinleitungselemente aufgezeigt, die auf den vorliegenden Lastfall und die Vorgaben aus dem Lastenheft angepasst, sowie nach den entscheidenden Kriterien bewertet und ausgewählt werden. Für die vielversprechendsten Konzepte wird ein Ablauf zur Auslegung mittels der Finiten Elemente Methode aufgezeigt, deren Ergebnisse durch eine mechanische Prüfung der hergestellten Modellbauteile validiert wird, sodass ein Versagen der Bauteile ausgeschlossen werden kann. Für eine der zwei geprüften Varianten des Inserts kann nach den durchgeführten Messungen eine Eignung für den geprüften Lastfall angenommen werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/890482810utz.txt
Li, Zhibin
Konzipierung, Realisierung und Validierung eines Fluidisierungs-Prüfstandes für Schüttgüter. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die Betrachtung des Fließverhaltens von Schüttgütern dient der erforderlichen Verarbeitung von Thermoplasten mittels Schneckenmaschinen. Um das Fließverhalten von Schüttgütern effizient charakterisieren zu können, kann ein Fluidisierungs-Prüfstand für Schüttgüter mit Hilfe zwei typischer Kennwerte, dem Lawinenwinkel und der Lawinenhöhe, konzipiert und realisiert werden. Das Messprinzip aus der Pulververarbeitung wird in dieser Arbeit zu Hilfe genommen und optimiert. Zur Analysierung der physikalischen Bewegungsgrundlagen des Schüttguts wird das Einzelkugelmodell untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird ein Fluidisierungs-Prüfstand entwickelt, der aus Antriebsmechanismus, digitalem Bildverarbeitungssystem sowie digitalen Steuerungssystem besteht. Mit diesem Prüfstand werden mögliche Konstruktionsparameter und Betriebsparameter untersucht. Die Versuchsergebnisse der Variation von Füllungsgrad der Schüttgüter, Drehzahl und Umfangsgeschwindigkeit der Trommel und Trommeldurchmesser werden mit Hilfe der Standardabweichung analysiert und ausgewertet. Die Auswertung des Fließverhaltens mit diesem Fluidisierungs-Prüfstand ermöglicht die Vergleichbarkeit und Übertragbarkeit zwischen unterschiedlichen Schüttgütern.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/890356084li.txt
Berlin, Werner
Werkstoffentwicklung und Bauteiloptimierung bei NFK-Organoblechen. - Ilmenau. - 200 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit, 2017

Die Arbeit behandelt Untersuchungen an flächigen, thermoplastischen, faserverstärkten Halbzeugen. Vor allem soll dabei die Möglichkeit einer Substitution von Glasfasern durch pflanzliche Naturfasern und die entsprechende Additivierung von Kunststoffen für den Gebrauch mit pflanzlichen Naturfasern betrachtet werden. Dazu werden verschiedene Additive in verschiedenen Dosierungen auf Schneckenanlagen zu Kunststoffen und in einem nächsten Schritt zu Organoblechen verarbeitet. An den Kunststoffen werden thermische und mechanische, an den Organoblechen chemische und mechanische Prüfungen durchgeführt. Die Ergebnisse erlauben eine Aussage über die Eignung der jeweiligen Additive und deren Dosierung. Als Ergebnis wird eine an den Einsatz von pflanzlichen Naturfasern angepasste Kunststoffformulierung herausgestellt. Das daraus hergestellte Organoblech hat die im Rahmen der Betrachtungen höchsten mechanischen Eigenschaften.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/890122466berli.txt
Heinisch, Daniel
Identifikation von Energieeinsparpotenzialen in der Kunststoffproduktion. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit, 2017

Die energieintensive Kunststoffindustrie sieht sich mit den steigenden Energiekosten konfrontiert. Das führt vermehrt zu Energieeffizienzbetrachtungen der Kunststoffmaschinen. Diese sollen im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Betrachtet werden die drei Verfahren Extruion, Extrusionsblasformen und Spritzguss. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine Methode entwickelt, um Energieeinsparpotenziale zu identifizieren. Diese Vorgehensweise soll am laufenden Prozess anwendbar sein. Darum sind nur minimalinvasive Messungen möglich, um den Produktionsablauf nicht zu stören. Mit der entwickelten Methode können in neun Schritten Energieeinsparpotenziale identifiziert werden. Durch Zusammenstellung vorhandener Kennzahlen zum Energieverbrauch sind Einschätzungen bezüglich der Energieeffizienz möglich. Von Bedeutung ist dabei der spezifische Energieverbrauch. Gemessen wurde, um die Methode zu testen, am Extruder und an der Spritzgussmaschine im Technikum der TU Ilmenau. Die Auswertung bestätigte die Praxistauglichkeit der Methode, da Einsparpotenziale identifiziert werden konnten. Daraufhin wurde die Methode für Spritzgussmaschinen in der Industrie validiert. Auch hierbei konnten Einsparpotenziale identifiziert werden.


http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/889488088heini.txt