Bachelorarbeiten

Der Einsatz von Faserverbund-Werkstoffen in Rotorscheiben stellt einen Ansatz zur Reduzierung bewegter Massen in Axialflussmaschinen dar. In dieser Arbeit werden Konzepte zur gewichtsoptimierten Krafteinleitung aus der Faserverbund-Rotorscheibe in die Motorwelle aus Metall als Hybridverbund erarbeitet. Dabei werden ausgehend von der Untersuchung der Haftungsmechanismen über Scherversuche die Eigenschaften der stoffschlüssigen Verbindung beider Komponenten akquiriert, die in den Vergleich mit kraft- und formschlüssigen Konzepten mit einfließen. Es wird eine Berechnungsmethode entwickelt, mit der sich Hybridbaugruppen in ANSYS Workbench modellieren und hinsichtlich des Verbundversagens untersuchen lassen. Es werden Gestaltungsrichtlinien formuliert und Festlegungen für den Lagenaufbau getroffen.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich damit, ungenutztes Potential der zerstörungsfreien Prüfverfahren, hinsichtlich Faserverbundkunststoffen, aufzudecken. Dabei wird ein möglicher Zusammenhang zwischen den vorhandenen mechanischen Kenngrößen eines orientierten Faserverstärkten Kunststoffes und dessen messbaren Ultraschallwerten ermittelt. Zu Beginn dieser Arbeit werden, im Rahmen einer Literaturrecherche, allgemeine Grundlagen dargestellt. Dazu zählen die verschiedenen Arten der Faserverbundkunststoffe, deren Eigenschaften und Herstellungsverfahren, sowie die Grundlagen zu zerstörenden und zerstörungsfreien Messmethoden der Kunststoffprüfung. Im Anschluss wird auf Basis dieser Grundlagen ein Versuchsplan aufgestellt. Es werden Prüfkörper mittels RTM Verfahren hergestellt, deren Eingangsparameter, wie der Faservolumengehalt, die Faserorientierung und die Dichte, variieren. Bei der zerstörungsfreien Impuls-Echo Prüfung werden die Ausgangsparameter Schallgeschwindigkeit und Schallschwächungskoeffizient ermittelt. Im Anschluss werden die mechanischen Kenngrößen, wie das E-Modul und die Zugfestigkeit bei einem Zugversuch bestimmt. Zum Schluss werden Ergebnisse der beiden Prüfungen, mit dem Ziel zum Ermitteln eines einfachen Modelles, analysiert und verglichen.

Additive Fertigungsverfahren bieten eine noch nie dagewesene Flexibilität in der Produktentwicklung. Die Stückkosten der werkzeuglosen Verfahren sind weitgehend stückzahlunabhängig und die Fertigung bedarf keiner Zentralisierung. Diese Vorteile machen die neuartige Verfahrensgruppe insbesondere für die Luftfahrtindustrie attraktiv. Für eine erfolgreiche Etablierung der additiven Fertigung in die alltäglichen Abläufe eines Instandhaltungsbetriebs wie der Lufthansa Technik AG, bedarf es noch der Erarbeitung umfassenderer Erkenntnisse zu den Technologien. Aus diesem Grund analysiert die vorliegende Abschlussarbeit Einflussgrößen des Selektiven Lasersinterns von Polymerbauteilen für die Anwendung in der Luftfahrtindustrie. Neben der Optimierung, zielt die Arbeit vor allem auf die Identifizierung wesentlicher Prozessparameter ab. Damit werden Erkenntnisse für die Zulassung additiv gefertigter Bauteile erlangt. Nach einer Einführung in die Grundlagen der additiven Fertigung, werden die wichtigsten kunststoffbasierten Fertigungsverfahren vorgestellt. Anschließend werden insbesondere der Selektive Lasersinterprozess und die zugehörigen Materialien betrachtet. Dabei wird stets besonderer Augenmerk auf die Anwendung in der Luftfahrt gelegt. Auf Grundlage einer Zusammenstellung und Definition aller essentiellen Prozessparameter des Selektiven Lasersinterns, wird eine Auswahl an Parametern getroffen, die im Zuge dieser Arbeit untersucht werden. Entsprechend dieser Auswahl werden Prüfpläne und Prüfkörper definiert, sowie die Grundlagen der Werkstoffprüfung erläutert. Durch Selektives Lasersintern werden Probekörper aus dem flammhemmenden Kunststoff DuraForm® FR 1200 unter Variation verschiedener Prozessparameter hergestellt. Zur Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften der Proben, dient der Zugversuch. Weiterhin erfolgt die Bestimmung der Oberflächenrauigkeit und der Probendichte zur ausführlichen Analyse der Prüfergebnisse. Die Interpretation der Messergebnisse erlaubt eine Bewertung des Einflusses der Prozessparameter auf die Bauteileigenschaften. Neben grundlegenden Erkenntnissen über das Fertigungsverfahren und das Material werden so vor allem wichtige Informationen für den Zertifizierungsprozess additiver Bauteile gewonnen.

Diese Arbeit befasst sich mit Beeinträchtigungen der Kaskadennutzung von Biokunststoffen durch Degradationseffekte sowie Maßnahmen zur Erhaltung der Eigenschaften. Es werden die Auswirkungen einer Mehrfachverarbeitung des Biokunststoffs Poly(β-hydroxybutyrat-co-β-hydroxyvalerianat) (PHBV) auf mechanische, thermische und rheologische Eigenschaften unter-sucht. Dazu werden in Vergleichsmessungen nach jedem Recyclingzyklus an spritzgegossenen Prüfkörpern Messungen der Zugfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Bruchdehnung, der Schlagzähigkeit und des Schmelzeflussindex (MFI) durchgeführt sowie deren Veränderungen analysiert. Zur Erklärung der gemessenen Kennwerte werden zusätzlich Daten aus Differenzka-lorimetrie (DSC) und Thermogravimetrie (TGA) herangezogen. Die Ergebnisse zeigen die Wie-derverwertungsmöglichkeiten des Biokunststoffes auf und ermöglichen Empfehlungen für die Verarbeitung von PHBV.

In der vorliegenden Arbeit konnte das RF-Sputtern als Beschichtungstechnologie für großflächige ITO-Schichten auf Glassubstraten am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP etabliert werden. Mit der dynamischen Abscheidung ist es möglich, ITO-Schichten bis zu einer Substrathöhe von circa 440 mm homogen herzustellen. Der spezifische elektrische Widerstand einer ungetemperten Probe liegt bei 4,5&hahog;10-4 [Omega]cm ±7% bei einer Schichtdicke von 135 nm ±3,5%. Die Beschichtung wurde bei einem Arbeitsdruck von 0,1 Pa, einer Wirkleistung von 1,5 kW und einem Sauerstoffgehalt von 0,58 % des Gesamtgasflusses durchgeführt. Die ungetemperten, RF-gesputterten Schichten zeigen eine höhere elektrische Leitfähigkeit und einen geringeren Extinktionskoeffizienten als ITO-Schichten der Standard-DC-Abscheidung des Fraunhofer FEP. Die Prozessdauer der RF-Abscheidung übersteigt die einer DC-Abscheidung deutlich, da die dynamische Abscheiderate, je nach Arbeitsdruck und Wirkleistung, für den RF-Prozess um den Faktor vier bis sieben niedriger ist. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das Verhältnis isolierender und leitfähiger Oberflächen in der Beschichtungskammer maßgeblich die Eigenschaften des RF-Plasmas beeinflusst. Weiterhin wurde festgestellt, dass bei der thermischen Nachbehandlung großflächiger RF-gesputterter ITO-Schichten im Vakuum andere Effekte auftreten als bei der Nachbehandlung großflächiger ITO-Schichten aus DC-Prozessen. Bei der Temperung RF-abgeschiedener Schichten sinkt die Homogenität der elektrischen Schichteigenschaften. Je nach untersuchtem Schichtbereich wurden höhere, niedrigere, aber auch nahezu unveränderte spezifische elektrische Widerstände als vor dem Temperprozess ermittelt. Es ist zu vermuten, dass die Inhomogenität bereits nach der Abscheidung vorliegt und durch die thermische Nachbehandlung verstärkt wird. Um diese Aussage zu bestätigen, müsste die Schicht hinsichtlich ihrer strukturellen Eigenschaften und ihrer chemischen Zusammensetzung weiter untersucht werden.