Bachelorarbeiten

Die Verwendung von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen steigt wegen ihrem geringen Gewicht und mechanischen Eigenschaften stetig. Um ressourcenschonender und kostengünstigere kohlenstofffaserverstärkte Kunstoffbauteile fertigen zu können, wird die Alternative der rezyklierten Kohlenstofffasern erforscht. Für die mechanischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe ist die Faserlänge ein entscheidender Faktor. Während die Faserlängenreduzierung für Glasfasern und Kohlenstofffasern in verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten dokumentiert ist, existieren bisher nur wenige veröffentlichte Untersuchungsergebnisse über die Faserlängenverkürzung von rezyklierten Kohlenstofffasern im Spritzgusswerkzeug. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Prozessparameter analysiert, die einen Einfluss auf die Faserlängen im Werkzeug besitzen könnten. Hierfür wurden Prüfkörper aus Polypropylen (PP) mit 20 Gew.-% pyrolysierten Kohlenstofffasern und PP mit 20 Gew.-% Kohlenstofffasern aus Industrieverschnitten hergestellt. Nach einer Probenentnahme und Kalzinierung wurden die vorliegenden Faserlängen mithilfe einer Mikroskopbetrachtung ermittelt und statistisch ausgewertet. Es wurden verschiedene Stufen der Prozessparameter auf der Spritzgießmaschine eingestellt, um mögliche Zusammenhänge zwischen den Parametern und deren Einfluss auf die Faserlängen überprüfen zu können.

Das MoldJet®-Verfahren ist ein neuartiges sinterbasiertes, additives Fertigungsverfahren. Während des Druckprozesses wird eine Metallpulver-Suspension mittels Slot-Die-Coating in eine Negativform aus einem wachsartigen Polymer gerakelt. Durch zyklisches Durchlaufen der Prozessschritte Formherstellung und Formfüllung entsteht schichtweise ein stabiles Grünteil. In dieser Arbeit wird eine für dieses Verfahren geeignete Suspension aus einer Wolfram-Schwermetalllegierung entwickelt. Ein alternatives Bindersystem wird umfangreich getestet. Dazu erfolgt die rheologische Charakterisierung mehrerer Zusammensetzungen der Suspension. Deren Eigenschaften werden auf die chemischen Eigenschaften des Bindemittels zurückgeführt. Anhand eines entwickelten Anforderungsprofils wird die Suspension auf das Verfahren angepasst. Zu dieser Funktionalisierung dienen mehrere Additive. Deren Auswahl erfolgt anhand von Messungen der Rheologie sowie mit einem Grindometer. Kontaktwinkelmessungen auf dem wachsartigen Polymer, das als Formmaterial dient, charakterisieren das Benetzungsverhalten der Suspension. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Druckbarkeit der entwickelten Suspension an der MoldJet-Anlage validiert. Entstandene Fehlerbilder werden analysiert, Optimierungspotentiale erkannt und drucktechnisch umgesetzt. Die Pulverbeladung der Suspension wird anhand der Ergebnisse der Druckversuche skaliert. Abschließend wird die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften nachgewiesen.

Ziel dieser Arbeit ist es, die pH-Sensitivität von Hämatit in Bezug auf die zugehörigen Ramanspektren zu diskutieren. So könnte zukünftig eine neue Methode der optischen pH-Wert Messung entstehen. Dafür wird mittels Ramanspektroskopie innerhalb der Ramanspektren nach Veränderungen gesucht, welche durch eine pH-Wert Änderung induziert werden. Zuerst wurden vollflächige Hämatitproben in pH-Pufferlösungen vermessen, um zu bestimmen, ob eine pH-Sensitivität vorliegt. Im Anschluss daran wurden zwei strukturierte Hämatitsonden hinsichtlich ihrer Raman-Aktivität sowie verwendbarer Strukturgrößen charakterisiert. Die vollflächigen Hämatitproben wurden in einem pH-Bereich von pH 5 bis pH 8 anhand ihrer Spektren untersucht. Dabei konnten keine relativen Intensitätsänderungen, die einen Rückschluss auf eine pH-Sensitivität zulassen, gefunden werden. Auch die Entstehung neuer Intensitätsmaxima innerhalb des Spektrums, die eine Verbindung zu den verwendeten pH-Werten aufweisen, konnte nicht festgestellt werden. Aus diesem Grund wurden die vollflächigen Hämatitproben als nicht pH-sensitiv eingestuft. Darauf hin wurden die strukturierten Hämatitsonden spektroskopiert, um die Signalintensität verschiedener Strukurgrößen zu charakterisieren. Diese Untersuchung ergab, dass eine ähnliche Ramanaktivität wie bei den vollflächigen Proben vorliegt, welche jedoch von den gemessenen Strukturgrößen abhängig ist. Abschließend lässt sich keine pH-Sensitivität der Hämatitproben erkennen, was eine Nutzung dieses Materials für die Entwicklung zukünftiger Methoden zur optischen pH-Wert Messung unattraktiv macht.

In vorliegender Arbeit werden kunststoffbeschichtete Kupferdrähte (Hairpins) für den Stator eines Elektromotors betrachtet. Es werden drei Drahtkonfigurationen im Labor und auf einer der 13 Fertigungsanlagen untersucht. Diese unterscheiden sich bei gleichbleibender Außenabmessung in Kupferquerschnitt, Beschichtungsstärke, Beschichtungswerkstoff und Kupferqualität. Ziel ist es, zu prüfen, ob die Parameter der Biegeprozesse für unterschiedliche Drahtkonfigurationen anhand eines Faktors optimiert werden können. Dafür werden die Laborergebnisse ausgewertet und Versuche an der Serienanlage durchgeführt. Das Ergebnis der Untersuchungen ist, dass es durch verschiedene Rahmenbedingungen der Hairpin-Anlagen nicht möglich ist, die Parameter über einen Faktor an das veränderte Material anzupassen. Es muss für jeden Pintyp die Geometrie und 3D-Biegeposition in Abhängigkeit des Werkstückträgers manuell angepasst werden. Diese individuelle Einstellung wird exemplarisch für eine Anlage und einen Pintypen durchgeführt.

Am Fraunhofer Institut für angewandte Optik und Feinmechanik entstehen im Institutsalltag häufig Verbindungsaufgaben. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es eine Montagestrategie zu entwickeln, mit welcher man unterschiedliche Materialien verschiedener Geometrien miteinander verbinden kann. Dazu wurde mit Hilfe des Vorgehensmodell Kanban ein Montageprogramm an der Maschine AL 2000 der Firma ficonTEC Service GmbH entwickelt. Als Beispiel für eine Verbindung wurde das Fügeverfahren „Kleben” verwendet. Am Ende der Entwicklungsphase wurde ein Scherversuch durchgeführt. Mit Hilfe von Testklebungen während der Entwicklungsphase konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Materialien verschiedener Geometrien gefügt werden können. Darüber hinaus gab der Scherversuch erste Indizien dafür, dass die Montagestrategie Klebverbindungen mit gewünschten Scherfestigkeiten erreichen kann. Das Montageprogramm wurde im modularen Design erstellt, wobei jedes einzelne Modul einen bestimmten Arbeitsschritt der Montage repräsentiert. Auf dieser Grundlage können nun neue Verbindungsaufgaben gelöst und das Montageprogramm weiterentwickelt werden.