Charakterisierung von Thermoplasten für den Spritzgießprozess mittels intelligenter Fließspirale. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel dieser Arbeit ist es Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) hinsichtlich der Schlagzähigkeit zu optimieren, ohne dabei die Fließfähigkeit zu beeinträchtigen. Dazu werden die Einflüsse der Verfahrensparameter und Materialauswahl auf die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit zunächst theoretisch betrachtet. Anschließend werden durch experimentelle Untersuchungen die theoretischen Betrachtungen verifiziert. Die Einflüsse werden mithilfe der mechanischen Eigenschaften: Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit, Zugmodul und Bruchdehnung sowie der Fließweglänge charakterisiert. Nach einer Materialauswahl wurden zunächst Polyblends von PE-HD mit Polyethylen hoher (PE-HMW) und ultrahoher Molmasse (PE-UHMW) betrachtet. Ein zweiter Versuch wurde bei Variation der Parameter Zylinderwandtemperatur, Vorlauftemperatur, Nachdruck und Einspritzvolumenstrom durchgeführt. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass ein PE-HD/PE-HMW Polyblend eine geeignete Möglichkeit zur Optimierung der Schlagzähigkeit darstellen kann. Nimmt dabei die Fließweglänge ab, kann diese über Erhöhung der Zylinderwandtemperatur, Vorlauftemperatur und den Einspritzvolumenstrom wieder erhöht werden, dies zeigen die Ergebnisse des zweiten Versuchs.
Einfluss von Additiven auf die elektrochemische Co-Abscheidung von Ti3SiC2 MAX-Phasen Partikel mit Kupfer. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen der Abscheidung von Kupfer mit Ti3SiC2-MAX-Phasen Partikeln mit den Additiven L-Cystein, Thioharnstoff, Polyethylenglycol und bis-(3 Natrium Sulfopropyl) Disulfid (SPS) zeigen, dass die Konzentration und die Art der Additive einen starken Einfluss auf den Partikelgehalt der abgeschiedenen Schicht haben. Es wurden Zeta-Potentiale ([Zeta]-Potentiale) der MAX-Partikel in verdünntem CuSO4 (1mM), versetzt mit verschiedenen Additiven, gemessen. Die Ergebnisse deuten auf eine Schicht SiO2 auf der Oberfläche der Partikel hin. Außerdem zeigen die Messungen, dass die Partikel zwischen pH 2 und pH 6 zum Agglomerieren neigen. Die Rauheit von Schichten, abgeschieden aus partikelfreien Elektrolyten, beträgt zwischen 0,8 [my]m und 6,4 [my]m. Thioharnstoff führt zu glatten und glänzenden Schichten mit einer Rauheit von 0,8 [my]m bei 0,01 g l-1 bei 2 Adm-2. Die Schicht aus additivfreien Elektrolyten besitzt eine Rauheit von 3,3 [my]m. In Schichten, die aus Elektrolyten mit 10 g l-1 MAX-Phasen Partikeln abgeschieden wurden, liegt die mittlere Rauheit zwischen 6,3 [my]m und 15,0 [my]m. Dies liegt an den Partikeln, die auch als Kristallisationskeime dienen, dies führt zu Poren in der Schicht. Des weiteren haben die Additive einen starken Einfluss auf den Partikelgehalt der Schicht. Die aus additivfreien Elektrolyten abgeschiedene Schicht enthält 3,3 wt% Partikel. Wird aus einem Elektrolyten mit 1,0 g l-1 bei 2 Adm-2abgeschieden, so kann ein Partikelgehalt von 6,8 wt% erreicht werden. Thioharnstoff hat keinen Einfluss auf den Partikelgehalt. Schliffaufnahmen zeigen im REM eine gleichmäßige Verteilung der Partikel in der Kupferschicht.
Umweltverträgliche Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV). - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
In dieser Bachelorarbeit wurde die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Biokunststoffen als alternatives Bindersystem für Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV) untersucht. In einer ausführlichen Recherche wurden kommerziell verfügbare, sowie in Entwicklung befindliche Biokunststoffe ermittelt, signifikante Herstellungsparameter identifiziert, und potentiell geeignete Biokunststoffe durch ein kriterienbasiertes Auswahlverfahren eingegrenzt. In Vorversuchen wurden prozessrelevante Materialeigenschaften der Binder überprüft. In einem plattenförmigen Werkzeug wurden Kiefernlangholzspäne und biobasierte Binder zu Prüfkörpern zusammengefügt. Werkstoffspezifische Eigenschaften dieser Prüflinge wurden untersucht, und mit denen konventioneller HHKV, sowie ähnlicher Holzspanwerkstoffe verglichen. Zum Abschluss erfolgten eine Gesamtbewertung der erhaltenen Ergebnisse und ein Ausblick zur weiteren Verwendung biobasierter HHKV-Bindersysteme.
Analyse und Bewertung der Korrelation der Zinkverteilung auf einer Aluminiumoberfläche vor und nach dem Lötprozess. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, eine Korrelation zwischen dem Bedeckungsgrad einer Zinkschicht auf einer Aluminiumoberfläche (EN-AW 3XXX) vor und nach dem Hartlöten zu analysieren und zu bewerten. Die Quantifizierung des minimal nötigen Bedeckungsgrades vor der Wärmebehandlung sowie die Untersuchung grundlegender Mechanismen, welche die Verteilung des Zinks beeinflussen, waren weitere Ziele. Zu diesem Zweck wurden Grundlagenversuche in einem Labor-Glasofen durchgeführt. Die Auswirkung von Flussmittel auf die Benetzung des Substrates mit Zink während des thermischen Fügens in kontrollierter Atmosphäre wurde visuell betrachtet und bewertet. Des Weiteren wurde in diesem Ofen die Temperatur-Zeitabhängigkeit der Zinkdiffusion untersucht. Die Bewertung erfolgte metallografisch an geätzten Schliffproben. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Flussmittel nötig ist, um eine ausreichende Benetzung der Substratoberfläche mit Zink zu gewährleisten. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass eine signifikante Zinkdiffusion in den Grundwerkstoff größtenteils zwischen der Schmelztemperatur des Zinks und der Arbeitstemperatur des Flussmittels stattfindet. Weitere Untersuchungen fanden in einem Durchlaufofen unter kontrollierter Atmosphäre statt. Verwendung fanden verschiedene Aufbauten aus un-, be- und teilbeschichteten Rohren sowie zinkhaltigen und -freien Lamellenmaterialien. Es wurden Proben mit jeweils einer, sowie Proben mit zwei zinkhaltigen Komponenten zu einem Netzsegment aufgebaut und wärmebehandelt. Nach dem Löten wurden rasterelektronische Analysen an den Oberflächen sowie der Rohrwandungen im Schliff durchgeführt. Diese wurden durch metallografische Untersuchungen an polierten und geätzten Querschliffen ergänzt. Festgestellt werden konnte, dass der oberflächliche Zinkgehalt an einem Segment aus zinkhaltiger Lamelle und zinkbeschichteten Rohr zu 40 % - 50 % aus der Lamelle resultiert. Das verdampfende und kondensierende, beziehungsweise sublimierende und resublimierende Zink wird als gleichmäßig verteilter Niederschlag auf dem Aluminiumsubstrat abgeschieden. Der vermutete Einfluss der Kapillarwirkung auf die schmelzflüssige Zinkschicht beim Löten konnte durch oberflächliche Untersuchungen nicht bestätigt werden. Allerdings zeigen die Analysen an Schliffen, dass der tiefenabhängige Zinkgehalt am Lötmeniskus bei der Verwendung eines zinkfreien Lamellenwerkstoffs erhöht ist. Was die Korrelation des Bedeckungsgrades vor und nach dem Löten angeht, so wurde die Annahme getroffen, dass ein Bedeckungsgrad nach dem Löten durch den Zinkgehalt auf und in dem Substrat sowie anhand der Gestalt der Diffusionszone charakterisiert werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass der oberflächliche Zinkgehalt linear mit dem Bedeckungsgrad vor dem Löten korreliert. Die Schichtmorphologie vor dem Löten hat keinen Einfluss auf diese Abhängigkeit. Die Quantifizierung des minimalen Bedeckungsgrades ergab 30 % zur Einhaltung des oberflächlichen Zinkgehalts, 60 % zum Erreichen des tiefenabhängigen Zinkgehalts und > 75 % zur Ausprägung eines ebenen Tiefenprofils. Das Ziel, den Bedeckungsgrad vor und nach dem Löten zu analysieren und zu bewerten, sowie den minimalen Bedeckungsgrad vor dem Löten zu quantifizieren wurde erreicht. Allerdings wurde festgestellt, dass eine applikationsbedingte Abhängigkeit zwischen dem Bedeckungsgrad und dem Schichtgewicht besteht. Der Zinkgehalt an und in dem Substrat sowie die Gestalt des Tiefenprofils nach dem Löten sind vor allem von dem Temperatur-Zeit-Verlauf der Wärmebehandlung abhängig. Somit sind Aussagen über einen minimalen Bedeckungsgrad als prozessspezifisch anzusehen und können somit nicht pauschalisiert werden.
Ultraschalluntersuchungen zur Bestimmung von Materialparametern in verschiedenen Werkstoffgruppen. - Ilmenau. - 127 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Werkstoffprüfung mit Ultraschall stellt einen wichtigen Bestandteil der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung dar. Durch dieses Verfahren kann eine Vielzahl von Werkstoffen untersucht werden. Die Anwendungsgebiete liegen hauptsächlich in der Fehlerlagenbestimmung, der Wandstärkenmessung und der Ermittlung von elastischen Materialkennwerten, wie der Elastizitätsmodul und der Poissonsche Konstante. Es besteht die Möglichkeit Bauteile jeder Größe und Geometrie zu vermessen. Die vorliegende Arbeit richtet das Hauptaugenmerk auf die Bestimmung von elastischen Materialkennwerten, den Elastizitätsmodul und die Poissonsche Konstante, von zwei verschiedenen Werkstoffgruppen. Bei den untersuchten Materialien handelt es sich um Silizium, Kieselglas und Fensterglas. Für die Bestimmung der Materialkennwerte ist es notwendig die Schallgeschwindigkeit der Transversalwellen und der Longitudinalwellen zu messen, da zwischen diesen eine Abhängigkeit besteht. Es wird außerdem die Schallschwächung gemessen. Gläser weisen isotrope Materialeigenschaften auf. Dies wird durch die Untersuchung der Kieselglasproben gezeigt. Des Weiteren ergibt die Untersuchung von mit Titan dotiertem Kieselglas im Vergleich zu reinem Kieselglas, sowie die Untersuchung von eingefärbten Fensterglasproben, dass die Zusätze einen Einfluss auf die elastischen Eigenschaften nehmen. Die Ultraschallmessungen sind von der Dichte abhängig, folglich auch die Materialparameter, weswegen die Zusätze diese beeinflussen werden. Außerdem wird eine Inhomogenitätsuntersuchung von Fensterglasplatten vorgenommen, welche ergibt, dass sich keine Inhomogenitäten zeigen, begründet durch die relativ großen Schwankungen der Messwerte. Silizium ist ein anisotropes Material. Für die Untersuchung der anisotropen Materialeigenschaften werden Siliziumeinkristalle mit verschiedenen Orientierungen herangezogen. Auch hier werden, zur Berechnung des Elastizitätsmodul, die Schallgeschwindigkeiten benötigt. Für die Transversalwellengeschwindigkeitsmessung ergibt sich dabei eine Winkelabhängigkeit. Letztendlich werden für Silizium, da es sich um ein kubisches Kristallsystem handelt, nur drei Schallgeschwindigkeitsmessungen benötigt, um für jede beliebige Kristallrichtung einen Elastizitätsmodul zu bestimmen. Es wird wieder bestätigt, dass die Dichte, in dem Fall die Netzebenendichte, die Ultraschallmessung und im Besonderen die Schallschwächung beeinflusst. Die gemessenen und berechneten Werte finden sich in guter Übereinstimmung mit der Literatur.
Aufbau und Charakterisierung eines kapillaren Schalters in einem hybriden Silizium-Keramik-Verbundsubstrat. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Diese Arbeit befasst sich mit dem CapSwitch, einem mikrofluidischen kapillaren Schalter, der elektronisch ansteuerbar ist und optisch zwischen zwei adiabatischen Wellenleitern koppelt. Es können insgesamt acht Eingangswellenleiter angebracht werden und pro Eingang können vier Ausgänge angesteuert werden. Um diesen optischen Schaltvorgang elektronisch zu steuern, wird mit zwei nicht mischbaren Fluiden gearbeitet, einem polaren Fluid und einem apolaren Fluid. Diese besitzen unterschiedliche Brechungsindices. Das Schalten von einem adiabatischen Wellenleiter auf einen anderen erfolgt durch den Wechsel von apolarem zu polarem Fluid. Das polare Fluid ermöglicht die adiabatische Kopplung zwischen Ein- und Ausgang. Damit diese Kopplung räumlich definiert ist, werden die Fluide in einem engen Kanalabschnitt (Kapillare) geschaltet, welcher direkt zwischen Ein- und Ausgangswellenleiter liegt. Der CapSwitch kann zum Beispiel in der Telekommunikationsinfrastruktur genutzt werden um das manuelle Umschalten zwischen Wellenleitern zu ersetzen. Dies bietet eine schnelle und flexible Lösung um auf Wellenleiterdefekte zu reagieren. Der Schalter basiert auf dem Electrowetting on dielectrics (EWOD) Prinzip. Dafür befinden sich Elektroden unter den Kapillaren. Wenn eine Spannung an einer Elektrode angelegt wird, zieht sich das polare Fluid in diese Kapillare. Weil es ein abgeschlossenes fluidisches System ist, wird das apolare Fluid in, die nicht mit Spannung beaufschlagt Kapillaren verdrängt. Eine Schaltreihe besteht aus vier Kapillaren. Eine Kapillare ist mit polaren Fluid gefüllt die anderen drei mit apolaren. Insgesamt verfügt der CapSwitch über acht Schaltkanäle und somit 32 Schaltkapillaren. Die Arbeit beschreibt die Ansteuerung der Elektroden mittels Mikrocontroller. Durch eine Programmierung und mehrere Eingangstaster ist die Ansteuerung einfach zu handhaben. Dazu wird ein Überblick über die Funktionsweise des Schalters und die dafür benötigten Effekte gegeben. Am Schluss wird die elektronische Schaltung zur Ansteuerung des Schalters, sowie der verwendete Softwarecode erläutert.
Entwicklung und Umsetzung von Fahrzeug-Interieur-Komponenten mit dezentralisierter Klimatisierungsfunktion. - Ilmenau. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die zukünftigen Entwicklungen in der Automobilbranche zielen auf Elektromobilität und autonomes Fahren ab. Diese Fahrzeuge bringen neue Herausforderungen mit sich. Besonders im Bereich der Klimatisierung sind neue und effektive Konzepte zu entwickeln. Der allgemeine Trend der Branche deute auf personalisierte und somit auf dezentralisierte Klimatisierung des Innenraumes hin. Diese Systeme sind energiesparend was besonders im Hinblick auf die Elektromobilität, sehr reizvoll ist. Weiterhin wird durch solche Maßnahmen der Komfort des Verbrauchers gesteigert. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung von Fahrzeug-Interieur-Komponenten mit dezentralisierter Klimatisierungsfunktion. Die Auslegung, prototypenhafte Umsetzung und Bewertung der Klimatisierungs-Funktionalität ist durchzuführen. Es ist eine dezentrale Heizung/Kühlung in der B-Säule und ein beheizbarer Handschuhfachdeckel zu entwickeln. Im Anschluss werden verschiedene Zielgrößen durch Tests überprüft. Dies ermöglicht eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Prototypen. Der Vergleich mit bestehenden Systemen ist zu ziehen. Ein Ausblick auf weitere Anwendungsmöglichkeiten und Funktionalität der Klimatisierungsfunktion wurde angefertigt.
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.
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.
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.