Bachelorarbeiten

Das Ziel der vorliegenenden Bachelorarbeit war des den Einfluss einer strukturierten Oberfläche von Fügeteilen auf die Klebeverbindung zu untersuchen. Hierfür wurden mittels Spritzgussverfahren definierte Rauheiten auf Zug-Scher-Lineale übertragen. Verwendet wurden zwei thermoplastische Werkstoffe (PBT und PPS). Es wurde der Einfluss von drei Rauheiten untersucht. Dabei handelte es sich um eine geringe Rauheit mit Rz 1,8, eine mittlere mit Rz 15 und eine hohe Rauheit von Rz 45. Als Klebstoffsysteme wurden ein hochfestes Epoxid und ein fließfähiges Silikon ausgewählt. Um zu untersuchen ob äußere Einflüsse Auswirkungen auf die Klebung haben wurden Proben ausgelagert und gealtert. Hierbei handelt es sich um Hochtemperaturlagerungen, Temperaturschockwechsellagerungen sowie Feuchte-Lagerungen. Eine Versuchsgruppe wurde mit einem Plasmaverfahren vorbehandelt um untersuchen zu können ob eine definierte Rauheit einen Plasmavorgang entfallen lassen kann. Aufbau und Prüfung der Proben wurden in Anlehnung an DIN EN 1465 durchgeführt. Die Versagensarten wurden nach DIN EN ISO 10365 ermittelt und bewertet. Die Ergebnisse einer Versuchsgruppe wurden zusammengefasst und mit denen der anderen Rauheiten verglichen. Darüber hinaus konnten durch den Aufbau von Schliffen weitere Erkenntnisse gewonnen werden. Zur Ermittlung der Ist-Rauheit auf den Oberflächen wurden die Lineale mit einer taktilen Rauheitsmessung untersucht.

Nachhaltige Produkte und Prozesse rücken zunehmend in das Bewusstsein der Menschen. Das zeigt sich in der Kunststoffverarbeitung. Kunststoffe, welche auf nachwachsenden Rohstoffen beruhen und zudem biologisch abbaubar sind, können unsere Umweltressourcen schonen und bieten völlig neue Wege des Recyclings. Die Möglichkeit, ein Kunststofferzeugnis unter besonderen Bedingungen vollständig zu kompostieren, ist eine Alternative zur Lagerung auf Deponien. Nachteilig ist jedoch, dass Biopolymere wie Poly(-lactide) teilweise noch unzureichende Eigenschaften für technische Anwendungen aufweisen, um ein breites Anwendungsspektrum zu bedienen. Besonders geringe Schlagzähigkeiten schränken die Verwendung ein. Durch die Zugabe von funktionalisierenden Füllstoffen werden Zähigkeiten weiter minimiert. Die Erweiterung der Verwendungsmöglichkeiten Wood-Plastic-Compounds (WPC) bedingen eine Steigerung der Schlagzähigkeit durch geeignete Zusätze. Ziel der Arbeit ist es, die Zusammensetzung eines PLA-KKS-Compound zu finden, dessen Schlagzähigkeit vergleichbar mit der eines Polypropylen-KKS-Compounds ist. Die Sicherung restlicher mechanischer Eigenschaften spielt hierbei ebenfalls eine entscheidende Rolle. Auftretende Wechselwirkungen zwischen Holzspäne und den verwendeten Konzepten werden anschließend diskutiert. Erste Erkenntnisse, das WPC materialschonend und prozessstabil zu verarbeiten, wurden bereits durch vorherige Untersuchungen am Fachgebiet Kunststofftechnik gesammelt. Beginnend mit einer Recherche nach Modifikationsmöglichkeiten an reinem PLA wurden erste Ansätze für das Compound entwickelt. Verschiedene Konzepte wurden, durch geeignete Bewertungsverfahren bewertet, ausgewählt und erprobt. Das zunächst im Doppelschneckenextruder hergestellte Compound wurde anschließend mit Hilfe einer Spritzgießmaschine zu Formteilen urgeformt, an denen mechanische Kennwerte wie Schlagzähigkeit, Oberflächenhärte, Zugeigenschaften und Wärmeformbeständigkeit normgerecht ermittelt wurden. Der Einfluss der Materialzusammensetzung auf die Eigenschaften des Werkstoffs konnte quantitativ ermittelt werden. Eine Gegenüberstellung der Materialkennwert-Beeinflussung zur Compoundzusammensetzung rundet die Arbeit ab.

Viele der im Automobilinterieur sichtbar verbauten Kunststoffteile werden lackiert, um bestimmte Oberflächeneigenschaften einzustellen. So können unter anderem Farbe, Kratzfestigkeit und Glanz gezielt angepasst werden. Da die Anforderungen der Automobilhersteller und Kunden immer anspruchsvoller werden, muss die Lackierung diesen Ansprüchen ebenfalls Rechnung tragen. Deshalb werden stets neue Lacke und Applikationsmethoden entwickelt, welche den neuesten Trends und Ansprüchen gerecht werden müssen. Eine dieser Neuentwicklungen sind UV-Lacke, bei denen eine Vernetzung der Polymere im Lackfilm durch UV-Strahlung initiiert wird. Diese bieten ausgehärtet eine erhebliche Verbesserung, vor allem im Hinblick auf die Kratzbeständigkeit. Jedoch spiegeln sich die gehobenen Anforderungen bei der Applikation der neuen UV-Lacke wider. Bei gleicher Herangehensweise an den Lackierprozess wie bei den bisherigen Lacksystemen können, vor allem bei großflächigen Bauteilen, keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden. Bei der Lackierung von großen Sichtblenden mit UV-Lack zeigte sich ein Fehlerbild, welches zuvor bei der UV-Lackierung von Kleinteilen nicht in diesem Ausmaß zu erkennen war. Bei diesen Fehlern handelt es sich um pickelartige Gebilde im Lack, welche sich bereits im nassen Lackfilm bilden und sich im weiteren Verlauf der Lackierung nicht glätten. Somit werden die Pickel durch die UV-Bestrahlung ausgehärtet. Die Fehler sind auch auf den Kleinteilen vorhanden, jedoch ist der Einfluss auf die Ausschussquote bei den Blenden mit ihrer bedeutend größeren Oberfläche enorm, da die Wahrscheinlichkeit auf den Teilen einen oder mehrere kritische Fehler zu haben mit ihrer zunehmenden Oberfläche wächst. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die gesamte Prozesskette auf Verbesserungsmöglichkeiten zu untersuchen. Das heißt vom Granulat des Rohteils, bis hin zum fertigen Produkt, Fehler und Einflüsse auf das Lackierergebnis zu finden und zu beheben. Dazu wurden zunächst verschiedene Versuche zur Ermittlung der Fehlerursache durchgeführt und anschließend darauf basierend unterschiedliche Vorbehandlungsmethoden sowie Veränderungen am Fertigungsprozess erprobt.

Zur Bestimmung diverser Strukturen oder Fehler in Objekten bzw. im Material, steht an der TU Ilmenau die Nano-Röntgen- und Computertomographie-Anlage phoenix nanome|x 180 zur Verfügung. Um herauszufinden, bis zu welcher Größe es damit möglich ist, die zu untersuchenden Details aufzulösen, ist das Ziel dieser Arbeit zwei verschiedene Arten von Prüfkörpern zu entwickeln. Mit diesen Prüfobjekten soll es möglich sein, schnell und einfach die Auflösungsgrenze der Anlage zu ermitteln, indem die kleinste im Prüfkörper noch zu erkennende Struktur festgestellt wird, deren Größe der minimalen Auflösung entspricht. Andere, ältere Verfahren, wie beispielsweise die Draht-Bildgüteprüfkörper, weisen nicht die erforderliche Auflösung zur Anwendung im Mikro- und Nanometerbereich auf. Ein anderes Verfahren ist die Ermittlung der Modulations-Transfer-Funktion. Dies erfordert jedoch einen enormen Zeit- und Rechenaufwand. Somit ist es wichtig einen alternativen Prüfprozess zu entwickeln. Bei der Betrachtung der Auflösung wird zwischen der Kontrast- und der Ortsauflösung unterschieden. Erstere beschreibt die Erkennbarkeit von Grauwertunterschieden. Letztere ist die Fähigkeit des Systems, kleine nah beieinander liegende Strukturen aufzulösen sowie getrennt und komplett darzustellen. Die Ortsauflösung, auch räumliche Auflösung, ist das, was als Auflösungsgrenze interpretiert wird und auf deren Schwerpunkt diese Arbeit aufgebaut ist. Die Herstellung des ersten Prüfkörpers erfolgte dabei mittels Fotolithographie aus einem Silizium-Wafer und die des anderen im 3D-Druckverfahren. Es konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass das 3D-Druckverfahren eine zu grobe Auflösung hat, weshalb hier nur ermittelt werden kann, dass die Auflösung der phoenix nanome|x kleiner als 0,06 mm ist. Mit den Silizium-Proben konnte dahingegen eine Auflösungsgrenze von 2 [my]m ermittelt werden.

Ziel dieser Bachelorarbeit ist der Aufbau einer Apparatur zur Messung der druckabhängigen Wärmeleitfähigkeit von Vakuumisolationspaneelen. Diese soll in existierenden Messaufbauten zur Bestimmung von Wärmeleitfähigkeiten eingesetzt werden. Dafür wurden verschiedene Probenaufbauten zur schnellen Messung der druckabhängigen Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Kernmaterialien entwickelt und getestet. Mit der neuen Messapparatur wurden verschiedene Kernmaterialien charakterisiert und mit existierenden Apparaturen hinsichtlich Messzeit, Handhabbarkeit und Qualität der Ergebnisse verglichen. Die getesteten Materialien waren zwei Glasfasermaterialien, zwei Polyurethanhartschäume und ein Pressling aus pyrogener Kieselsäure. Mit dem neuen Probenaufbau konnten Drücke von unter 0,002 mbar realisiert werden, die zuvor nicht erreichbar waren. Auch konnten nun beliebige Drücke von 0,002 bis 1000 mbar eingestellt und gehalten werden. Durch die gleichmäßige Verteilung der Messwerte im zu messenden Druckspektrum wurden genauere Ergebnisse bei gleichzeitig bis zu um die Hälfte reduzierter Gesamtmessdauer erreicht. Außerdem wurde mit Hilfe der neuen Messapparatur der Einfluss von Wasserdampf auf die Wärmeleitfähigkeit gemessen. Dieser wurde für einen Pressling aus pyrogener Kieselsäure bestimmt und mit vorherigen Messungen des ZAE Bayern und der Fa. Avery Dennison Hanita verglichen. Der anfängliche lineare Anstieg der Wärmeleitfähigkeit betrug 0,57 mW/mK pro Massenprozent(1 m%)-Wasser und war damit den zuvor bekannten Messergebnissen ähnlich. Die Messkurve knickte nach 1,5 m%-Wasser ab und hatte im weiteren Verlauf einen linearen Wärmeleitfähigkeitsanstieg von 0,05 mW/mK pro 1 m%-Wasser. Dies entsprach einem Abfall um den Faktor 11,4 und bestätigte die von Avery Dennison Hanita gemachten Erkenntnisse.