Abschätzung mechanischer Eigenschaften faserverstärkter Sandwichverbundmaterialien unter zyklischer Biegebeanspruchung. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Sandwichverbunde sind Schichtverbunde, die aus einer niedrigdichten Kernschicht mit zwei umliegenden zugfesten und mechanisch belastbaren Deckschichten bestehen und im Bauwesen, Schiffsbau, sowie Luft- und Raumfahrt Verwendung finden. Der Vorteil von Sandwichverbunden im Vergleich zu Werkstoffen in voller Ausführung ist das deutlich reduzierte Gewicht bei weiterhin hohen mechanischen Eigenschaften. Diese Arbeit setzt sich mit der analytischen Modellierung der mechanischen Eigenschaften unter dynamischer Biegebelastung auseinander. Dabei werden Sandwichverbunde mit Deckschichten aus faserverstärkten Kunststoffen und Kernschichten aus Metall- und Polymerschäume in Betracht gezogen. Nach Beschreibung grundlegender Biegeversuche folgt ein Grundlagenteil über die mechanischen Eigenschaften der ausgewählten Sandwichkomponenten. Insbesondere bei faserverstärkten Kunststoffen werden Einflussparameter wie Fasergehalt, -länge und -orientierung, sowie Anhaftungs- und Schädigungsmechanismen beschrieben. Anschließend folgt eine kurze Abhandlung unterschiedlicher Modellierungsansätze aus der Forschung sowohl für statische als auch dynamische Biegebeanspruchung. Schließlich wird ein eigenes Konzept unter Zuhilfenahme eines Steifigkeitsreduktionsansatzes von Philippidis ausgearbeitet, welches die analytische Vorbestimmung der Biegesteifigkeit eines Sandwichbalkens in Abhängigkeit der Lastspielzahl und Spannungsamplitude ermöglicht.
Entwurf und Realisierung eines Sensors für die Ozonkonzentration. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, einen Sensor zu entwickeln, der anhand einer UV-Absorptionsmessung die Konzentration von Ozon am Ausgang eines Ozonerzeugers messen kann. Dieser Sensor soll genutzt werden, um den Ozonerzeuger eines Stickoxid-Messsystems zu regeln. Die Hauptschwerpunkte der Entwicklung lagen in der Miniaturisierung und Wirtschaftlichkeit des Sensors. Dafür wurden sowohl sämtliche Komponenten dimensioniert, als auch die notwendige Schaltungstechnik ausgelegt. Diese umfasst die Strahlungsquelle in Form einer UV-LED, die Küvette in Form eines Kunststoffschlauches sowie die Auswerteelektronik mit Fotodiode und Verstärkerschaltung. Die Dimensionierungen wurden nach der Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen anhand von Versuchen bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die UV-Absorptionsmessung durch einen FEP-Schlauch durchzuführen und mit kostengünstigen Komponenten eine Auflösung der Massenkonzentration von Ozon von 0,045 g/m^3 zu erreichen. Es wurden Möglichkeiten erarbeitet, diese Auflösung zu verbessern und über eine lange Messdauer aufrecht zu halten.
Verfahrensbedingte Änderungen der Morphologie von Holzlangspänen. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Im Rahmen der vorliegenden Bachelorthesis wurden durch eine umfassende Literaturrecherche die Eigenheiten der Struktur des Nadelholzes bis hin zum molekularen Aufbau dargestellt. Unter Zuhilfenahme bereits bekannter Modelle zum zellulären Aufbau sowie der klassischen Laminattheorie, wurden mechanische Kennwerte des Holzes berechnet und verifiziert. Auf Basis dieser Recherche wurden die Morphologieänderungen der Holzlangspäne unter den Prozesseinwirkungen zur Herstellung eines Hochleistung-Holzlangspan-Kunststoff-Verbundwerkstoff-Bauteils (HHKV-Bauteils) charakterisiert und Rückschlüsse auf eine verbesserte Prozessführung gezogen.
Analyse und Erarbeitung von innovativen Health Monitoring Lösungen für den Einsatz von Hochdruckspeichern in der Automobilindustrie. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Neben der Elektromobilität werden der Brennstoffzellentechnologie, aufgrund der höheren Reichweite und kürzeren Betankungsdauer, großes Potenzial zugesprochen. Um diese Reichweiten realisieren zu können, wird der als Treibstoff benötigte Wasserstoff in Druckspeichern mit einem Betriebsdruck von 70 MPa gespeichert. Zwar unterliegen die Druckspeicher hohen Sicherheitsrichtlinien, jedoch können kritische Beschädigungen, aufgrund des enormen Innendrucks, verheerende Folgen haben. Einen neuen Grad an Sicherheit könnte ein Health Monitoring System schaffen, welches den Druckspeicher hinsichtlich Schädigungen durch äußere Impacts überwacht. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Methoden des Health Monitorings sowie bestehende Anwendungen erläutert. Auf dieser Grundlage werden innovative Konzepte entwickelt und nach unterschiedlichen Kriterien bewertet. Die Konzepte mit dem höchsten Potenzial werden Versuchen im Rahmen einer Erprobung unterzogen und anschließend auf Basis der Versuchsergebnisse analysiert. Dabei erweist sich die Nutzung piezoelektrischer Körperschallsensoren, welche bauraumfreundlich an den metallischen Boss des Druckspeichers montiert werden, als das vielversprechendste Konzept. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass selbst geringste Impacts registriert werden können. Beim Einsatz von Sensoren an beiden Bossen erscheinen sogar Aussagen zur Position und Stärke des Impacts möglich. Für die Überprüfung dieser Hypothese bedarf es allerdings weiterer Versuche.
Normgerechte Modifikation einer Prüfmethode zur Ermittlung der Haftzugfestigkeit von thermischen Spritzschichten. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Ein wichtiges Qualitätskriterium für die Bewertung thermischer Spritzschichten ist die Haftzugfestigkeit. Das Ziel dieser Arbeit ist die Adaption der aktuellen Prüfmethode zur Ermittlung der Haftzugfestigkeit thermisch gespritzter Schichten bei der N3 Engine Overhaul Services GmbH & Co. KG (im Folgenden N3 genannt) an die Vorgaben aus der DIN EN ISO 14916 und innerbetrieblichen Bestimmungen von Rolls-Royce. Dazu wird zunächst der alte Prozess analysiert, um Maßnahmen zur Behebung der Abweichungen von der Norm zu definieren und durch geeignete Änderungen des Equipments und im Prüfungsvorgehen abzustellen. Die überarbeitete Prüfmethode wird dann in verschiedenen Versuchsreihen im Hinblick auf die Vergleichbarkeit der Ergebnisse, die Reproduzierbarkeit und mögliche Anwendungsfehler untersucht. Die durchgeführten Haftzugprüfungen zeigen, dass mit dem neuaufgelegten Prozess konstant zuverlässige Messungen durchgeführt werden können, die den Anforderungen aus Norm und Richtlinien gerecht werden. Die auftretenden Schwankungen der Messergebnisse sind auf den inhomogenen Schichtaufbau der thermischen Spritzschichten zurückzuführen.
Einfluss des Tränkungsverhaltens faserverstärkter Duroplaste auf Porenvolumengehalt und Porengeometrie. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Zusammenhang zwischen Fließgeschwindigkeit des Harzes und dem resultierenden Porenvolumengehalt sowie der Porengeometrie im Harzinjektionsverfahren festzustellen. Dadurch soll durch geeignete Wahl der Fließgeschwindigkeit der Porenvolumenanteil während des Herstellungsprozesses minimiert werden. Es existieren Berechnungsmodelle zur Bestimmung des Porenvolumengehaltes für unidirektionale FVK. Diese Berechnungsmodelle werden auf ihre Anwendbarkeit auf multidirektionale FVK untersucht. Ebenfalls Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss eines Aushärtedrucks auf Porenvolumengehalt und Porengeometrie zu untersuchen. Dazu wird zuerst die Entstehung der Poren während des Herstellungsverfahrens dargestellt. Danach wird ein Versuchsaufbau entworfen, in dem Probekörper im RTM-Verfahren mit unterschiedlicher Fließgeschwindigkeit hergestellt werden können. Anschließend werden die Probekörper hergestellt und auf Porenvolumengehalt und Porengeometrie untersucht. Die Messergebnisse werden dann mit den Berechnungsmodellen verglichen, um die Gültigkeit der Berechnungsmodelle zu prüfen. Abschließend wird der Einfluss der Fließgeschwindigkeit und der Einfluss des Aushärtedrucks auf den Porenvolumengehalt und die Porengeometrie untersucht.
Erarbeitung einer Designbibliothek für MEMS-Elemente auf Silizium-Keramik-Substraten. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die Kombination von kristallinem Silizium und hochfrequenztauglicher, amorpher LTCC ermöglicht die Umsetzung neuartiger, hoch integrierter MEMS-Systeme, vor allem in harschen Umgebungen. In dieser Arbeit werden Konzepte von Einzelstrukturen komplexer MEMS-Systeme erarbeitet und zu einer Designbibliothek zusammengefasst. Ausgehend von der Formulierung der Anforderungen an die Sensorteilsysteme findet ein Transfer der technischen Umsetzung auf die neue SiCer Technologie statt. Hierbei werden Lösungen für konkrete MEMS-Elemente wie Biegebalken und Membran erarbeitet sowie Gestaltungsrichtlinien formuliert. Es wird eine Berechnungsmethode entwickelt, mit der sich die SiCer Komponenten modellieren und ihre grundsätzliche Funktionsweise in statischen ANSYS Workbench Simulationen nachweisen lassen.
Gefügeentwicklung an metallischen Werkstoffen mittels Argon-Ionenätzen. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Das Thema dieser Abschlussarbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Gefügeentwicklung bei metallischen Werkstoffen mit Hilfe des Ionenstrahlätzens. Hierzu wurde das Leica EM TIC 3X System verwendet. Beispielhaft werden dabei verschiedene Stahlsorten, Aluminium-, Magnesium- und Zink-Legierungen untersucht, um die Eignung des Verfahrens zur Gefügeentwicklung zu prüfen. Die Proben mit dem am besten entwickelten Gefüge wurden anschließend mit nasschemisch geätzten Proben desselben Materials verglichen. Den ersten Schritt stellte die Entwicklung einer geeigneten Vorpräparation dar. Diese setzt sich aus Einbetten der Probenteile, mechanischem Schleifen und Polieren zusammen. Im Anschluss erfolgt das Ionenstrahlätzen, wobei hier der Fokus auf der Ermittlung geeigneter Ätzparameter lag. Dazu zählen die Ätzzeit, der Winkel, unter dem der Ionenstrahl auf die Probe trifft, sowie die Energie des Ionenstrahls und die Probenbewegung. Je Material wurden dabei mehrere Proben mit unterschiedlichen Parametern geätzt. Im Anschluss wurden die Proben mit Hilfe des Lichtmikroskops und des Rasterelektronenmikroskops untersucht, um die am besten geeignete Untersuchungsmethode zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass das Ionenstrahlätzen eine ernsthafte Alternative zur nasschemischen Ätzung darstellt. Viele Proben zeigen ein deutlich besser ausgeprägtes Gefüge als es bei den nasschemisch geätzten Proben der Fall war. Das betrifft sowohl die Erkennbarkeit einzelner Gefügebestandteile als auch die gesamte Gefügestruktur. Bei einigen Proben ergaben sich jedoch keine Vorteile bezüglich der Erkennbarkeit des Gefüges gegenüber der nasschemischen Ätzung. In Anbetracht des hohen Zeitaufwandes und teilweise kleinen Ätzbereiches ist der Einsatz dieses Verfahrens daher nur bei bestimmten Materialien sinnvoll.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Entwurf einer Regelung für eine MEMS basierte Kompensationswaage. Die Wägezelle, bestehend aus einem kapazitiven Sensor zur Lagebestimmung und einem kapazitiven Aktor zur Aufbringung der Kompensationskraft, soll eine minimale Auflösung von 1-10 [my]g erreichen. Hierfür soll der Hebel - als beweglicher Teil der Waage - im Nullpunkt austariert werden und über die aufgebrachte Kompensationskraft auf die zu bestimmende Masse rückgeschlossen werden. Zur Erstellung eines Reglers wird ein Modell zur Beschreibung des Systemverhaltens erarbeitet. Durch eine zeitkontinuierliche Betrachtung des Systems wird ein Regelkreis modelliert und der Regler parametrisiert. Eine Diskretisierung des Reglers und die Analyse der Zeitkonstanten des Systems dienen als Vorbereitung für eine später mögliche Implementierung auf das Zielsystem. Aufgrund der vernachlässigbar kleinen Dämpfung der Wägezelle ergibt sich eine hohe Eigenfrequenz für das System und daraus resultierend eine kleine Abtastzeit. Dies hat zur Folge, dass die Kapazität des Sensors mit einer hohen Frequenz ausgelesen werden und die Regelung sehr schnell reagieren muss. Allerdings ließ sich durch geeignete Regelparameter der maximale Spannungsanstieg am Aktor ausreichend klein halten. Des Weiteren wird der Regler, aufgrund der Nichtlinearität der elektrostatischen Kraft, für eine virtuelle Größe entworfen, welche separat als Teil der Eingangs-Ausgangslinearisierung zur eigentlichen Stellgröße umgewandelt wird. Durch eine simulative Betrachtung lässt sich erkennen, dass das Modell auch mit realen Komponenten umsetzbar ist.
Herstellung und Charakterisierung von geschlossenporigen Magnesiumschäumen über die pulvermetallurgische Route. - Ilmenau. - 52 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
In dieser spannenden Zeit, in der sich unsere Gesellschaft mit Dingen wie Energiewende und Elektromobilität (e-mobility) beschäftigt, vermehrt sich gleichzeitig die Forderung nach neuen leichten Werkstoffen und den dazugehörigen Technologien. Ein Ansatz ist die Herstellung von Leichtmetallschäumen. Diese weisen bei geringer Dichte ein hohes Energieabsorptionsvermögen auf. In dieser Arbeit wurden Versuche zur Herstellung von geschlossenporigen Magnesiumschäumen über die pulvermetallurgische Route durchgeführt. Dabei wurden Schäume aus Magnesium-Aluminium-Zink-Legierung hergestellt. Dazu wurden die verwendeten Pulver untersucht und dann mittels einer geeigneten Methode gepresst. Die Verdichtung und die Verteilung der Elemente wurde gemessen. Dabei kam ein Verfahren, welches man als röntgenfluoreszensanalytische Tomographie bezeichnet, zum Einsatz. Es wurde das Verhalten der Grünlinge während des Schäumungsprozesses aufgezeichnet. Die entstandenen Schäume und porigen Strukturen wurden metallografisch untersucht und die Poren beschrieben.