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Wagner, Christian;
Entwicklung eines qualitativen und quantitativen Messverfahrens zum sicheren Detektieren und Unterscheiden verschiedener Werkstoffe im Umfeld der Leergutrücknahme. - Ilmenau. - 133 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Im Umfeld der Leergutrücknahme werden anhand von vier spezifischen Merkmalen die Einweg- und Mehrwegpfandgebinde unterschieden, der entsprechende Pfandwert bestimmt und die Getränkeabfüller zugeordnet. Demzufolge ist diese Erkennungstechnologie auf die richtige Unterscheidung, Verrechnung und Zuordnung der Gebinde ausgerichtet. Der Werkstoff des Pfandgebindes ist in diesem Zusammenhang nur von sekundärer Bedeutung und kann über die Erkennungsmerkmale nicht direkt ausgelesen werden. Aus Sichtweise der Wieder- und Weiterverwendung von pfandpflichtigen Gebinden in der Kreislaufwirtschaft ist zukünftig eine sortenreine Trennung der entsprechenden Werkstoffe wünschenswert. Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, einen qualitativen und quantitativen Lösungsansatz eines Sensor-Messverfahren zu entwickeln, mit dem die jeweiligen Werkstoffe der Pfandgebinde sicher und eindeutig erkannt werden. Die Pfandgebinde bestehen zum Bearbeitungszeitpunkt dieser Arbeit aus Polyethylenterephthalat (PET), Glas, Aluminium und Weißblech. Aus diesem Grund ist es eine wesentliche Anforderung, mit dem entwickelten Prototyp die vier Werkstoffe zuverlässig zuzuordnen. Die Umsetzung der Zielvorgabe erfordert eine objektive und äquivalente Bewertung potenzieller Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (ZfP). Durch die Ergebnisse der Vergleichs- und Bewertungsmatrizen kann die Anzahl der Werkstoff-Erkennungsverfahren reduziert werden, für die eine praktische Realisierung sinnvoll erscheint. Aus der Bewertung ergeben sich vier Lösungsansätze. Für diese Ansätze erfolgt die Entwicklung theoretischer Entwürfe. Weiterhin lassen sich Annahmen zur messtechnischen Umsetzung ableiten. Schließlich lässt sich in Messversuchen die Praxistauglichkeit der erfolgversprechenden Verfahren zur Anwendung in einem Leergutautomaten untersuchen. Die Messergebnisse zeigen, dass aufgrund der physikalischen Funktionsprinzipien mit keinem einzelnen Sensor die vier geforderten Werkstoffarten identifizierbar sind. Letztendlich kann ein praktikabler Prototyp entwickelt werden, der mehrere, kombinierte Sensoren enthält. Mit diesem können die nichtmetallischen Werkstoffe (PET und Glas) sowie die Metalle (Aluminium und Weißblech) zugeordnet werden. Die Masterarbeit schließt mit der Auflistung einiger Hinweise für weiterführende Arbeiten ab und verweist auf den perspektivischen Einsatz des Verfahrens zur Werkstofferkennung.



Grau, Richard;
Eisen im Glas – Photometrische Untersuchungen zum Positions- und Intensitätsverhalten von Eisenionen in Abhängigkeit der Glasmatrix. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Transmissionskurven Fe(2+)- und Fe(3+)-haltiger Kalk-Alkali-Gläser in Abhängigkeit von der Alkalioxidzusammensetzung im Glas. Dazu werden Gläser festgelegter Zusammensetzung mit einem Eisengehalt von circa 0,2 mol% und 0,02 mol% hergestellt und der Alkalioxidanteil zwischen Natrium- und Kaliumoxid verändert. Die Charakterisierung der hergestellten Glasproben erfolgt nasschemisch, mittels Röntgenfluoreszenzanalyse und mittels UV-Vis-Spektroskopie anhand von Transmissionskurven. Es kann für die Modellgläser eine Abhängigkeit der Eisenabsorptionsbanden von den im Glas vorkommenden Alkalioxiden festgestellt werden. Für die Fe(2+)-Absorptionsbande bei 1113 nm kann eine Verschiebung des Absorptionsmaximums um 100 nm zu höheren Wellenlängen durch den Austausch von Natriumoxid mit Kaliumoxid beobachtet werden. Liegen im Glas zur Hälfte Kaliumoxid und Natriumoxid vor, befindet sich die Position der Absorptionsbande mittig zwischen den Gläsern mit nur einem Alkalioxid. Zudem steigt auch der molare Extinktionskoeffizient linear mit dem Kaliumanteil an. Im Gegensatz dazu kann für die Fe(3+)-Banden bei 379 nm, 417 nm und 437 nm keine Abhängigkeit der Lage von den Alkalioxiden ausgemacht werden. Eine Veränderung des molaren Extinktionskoeffizienten der Fe(3+)-Banden kann nur für die Absorptionsbande bei 379 nm ausgemacht werden, wobei dieser nichtlinear durch den Austausch von Natriumoxid mit Kaliumoxid ansteigt. Eine Verringerung des Eisenanteils von 0,2 mol% auf 0,02 mol% im Glas führt zu Abweichungen in der Verschiebung und des molaren Extinktionskoeffizienten der Fe(2+)-Bande. Der molare Extinktionskoeffizient der Fe(3+)-Banden der eisenarmen Gläser sinkt mit steigendem Kaliumoxidanteil und stellt damit einen abweichenden Verlauf zu den eisenreichen Gläsern dar. Zudem kann durch die nasschemische Analyse eine Veränderung des vorliegenden Eisenredoxverhältnisses in den Modellgläsern zugunsten von Fe(3+) beim Austausch von Natriumoxid mit Kaliumoxid nachgewiesen werden. Die Veränderung des Redoxverhältnisses erfolgt übereinstimmend mit der Theorie der optischen Basizität.



Eichler Robert, ;
Untersuchung polierter technischer Glasproben und Feststellung des Einflusses der angewendeten Polierprozessparameter auf die Oberflächeneigenschaften. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss ausgewählter Polierprozessparameter eines konventionellen Synchronspeedprozesses auf die Oberflächeneigenschaften optischer Gläser analysiert. Betrachtet wurden die Glaswerkstoffe N-BK7, N-KF9 und 7980 SF (Kieselglas). Für die Politur kam eine Radienschleifmaschine mit Spindelantrieb zum Einsatz. Diese kann eine maximal Spindelgeschwindigkeit von 2500 RPM und einen maximalen Arbeitsdruck von 300 N abbilden. Als Methoden zur Analyse der Oberfläche wurde die Nanoindentation, die Weißlichtinterferometrie und die Rasterkraftmikroskopie verwendet. Den Beginn der Untersuchungen stellten die Variation des Polierdrucks und der Poliergeschwindigkeit dar. Mit Hilfe der polierten Proben wurden die Messparameter für die Nanoindentation festgelegt. Anschließend erfolgte die Ermittlung der Vickershärte und Martenshärte in verschiedenen Bereichen der Probenoberfläche. Des Weiteren wurde der Einfluss von Kaliumhydroxid auf die Nanohärte untersucht. Die Variation der Polierzeit stellte den letzten Untersuchungsschritt dar. An diesen Proben wurde der Einfluss der Polierdauer auf die Oberflächenstruktur, die Vickers- und Martenshärte festgestellt. Die Nanoindentation ermöglichte die Aufzeichnung der Härte der obersten Glasschicht. Dabei handelt es sich um die Glasschicht, welche dauerhaft mit der Umgebung und während der Politur mit der Poliersuspension und -scheibe in Wechselwirkung steht. Mit Hilfe der Analyseergebnisse wurden Aussagen über die chemisch-mechanischen Vorgänge während der Politur und ihr Einfluss auf die Entstehung und Veränderung der Oberflächenschicht (Gelschicht) von Glas getroffen. Diese weist, anders als angenommen, eine höhere Vickershärte als das Grundmaterial auf. Außerdem kann die Gelschicht aktiv durch die Veränderung der Polierparameter beeinflusst werden. Abschließend wurden mögliche weitere Forschungspotentiale in diesem Bereich beleuchtet.



Weiß, Anton;
Charakterisierung und Bewertung des bei der Herstellung von Quarzglas anfallenden Ausschusses hinsichtlich eines effizienten Nutzungskonzeptes. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Im Rahmen einer aktuellen Forschungsfrage der Raesch Quarz (Germany) GmbH, einem Hersteller von Quarzglas- und Quarzgutprodukten, befasst sich diese Arbeit mit Nutzungskonzepten für den bei der Produktion anfallenden Ausschuss. Es handelt sich um ein Hochleistungsmaterial, welches in einem kostenintensiven Prozess aus höchstreinen, intensiv aufbereiteten Quarzsanden unter komplexen Bedingungen und bei hohen Temperaturen erschmolzen wird. Der bisherige Umgang mit dem Produktionsausschuss führt dadurch zu hohen finanziellen Verlusten für das Unternehmen. Zu Beginn der Bemühungen hin zu einer verlustärmeren Verfahrensweise konzentriert sich diese Arbeit insbesondere auf eine Aufbereitung des Materials für eine potentielle Rückführung in den eigenen Schmelzprozess, wie es in anderen Bereichen der Glasindustrie üblich ist. Dazu wurde ein eigener Mahlbehälter für Laborversuche zur kontaminationsarmen Zerkleinerung des Ausschussmaterials gebaut und getestet. Anschließend erfolgte eine Charakterisierung des entstandenen Mahlgutes hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung sowie unter anderem durch Lichtmikroskopie und Differential Scanning Calorimetry-Messungen. Im Ergebnis entsteht ein Quarzglaspulver, welches gegenüber einem anderen, konventionellen Zerkleinerungsverfahren vergleichsweise wenig metallische Verunreinigungen enthält und sich für Schmelzversuche zu neuen Quarzglasprodukten anbietet. Darüber hinaus werden weitere Ansätze zur Beeinflussung der Wiedereinschmelzbarkeit und für alternative Verwertungsmöglichkeiten kurz vorgestellt. Schließlich konnten, neben der Raesch Quarz (Germany) GmbH selber, auch externe Interessenten für das Pulver als SiO2-Rohstoff gefunden werden.



Lüdemann, Marius;
Ortsaufgelöste Charakterisierung von Verkapselungsfolien für Solarzellen. - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Photovoltaik (PV) liefert einen großen Beitrag zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und bildet eine Grundlage für Klimaneutralität in Deutschland. Umso entscheidender ist es, dass die gewährleistete Lebensdauer der PV-Module von über 25 Jahren erreicht wird und Ausfälle vermieden werden. PV-Module bestehen typischerweise aus Frontglas, Frontverkapselung, Silizium-zellen, Rückseitenverkapselung und Rückseitenfolie. Ein großer Teil der Modulausfälle ist auf das Verkapselungsmaterial zurückzuführen. Als Verkapselungsmaterial werden meist Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA) verwendet, welche mit Additiven versehen sind. Diese schützen das Basispolymer u. a. vor schädlicher UV-Strahlung. Sie haben daher einen maßgeblichen Einfluss auf das Degradations-Verhalten der Verkapselungsfolien und folglich auch auf die Lebensdauer des PV-Moduls. Trotz des großen Potentials für Grenzflächeneffekte und chemische Reaktionen im PV-Modul, werden das Verkapselungsmaterial und die Zusammensetzung der enthaltenen Additive seit fast 40 Jahren unverändert genutzt. Bisher sind jedoch sowohl die Wechselwirkungen im Modul als auch das Degradationsverhalten nur ungenügend erforscht. Um das Degradationsverhalten der Verkapselungsfolien in Abhängigkeit dieser Additive zu untersuchen, wurden Prüfkörperlaminate mit definierten Additiv-zusammensetzungen hergestellt. In diesem Zusammenhang war die Variation der Konzentrationen des UV-Absorbers und des UV-Stabilisators von besonderem Interesse. Um sowohl den Einfluss von Inhomogenitäten in der Additivverteilung als auch das Verhalten der Additive bei Vorhandensein eines Konzentrationsgradienten zu untersuchen, wurden die hergestellten Prüfkörper für 2000 h bei 65 ˚C, 20 % relativer Luftfeuchte und einer integrierten UV-Intensität von 81 W/m2 künstlich gealtert. Nachfolgend wurden an definierten Stellen der Prüfkörper Proben entnommen und vollständig charakterisiert. Mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie, Thermogravimetrischer Analyse und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie wurden die Polymereigenschaften des EVAs bestimmt. Nachfolgende Messungen mittels Pyrolyse-Gaschromatographie-Massenspektrometrie dienten zur Ermittlung der absolute Additivverteilung. Abschließend wurden ortsaufgelöste 2D-Karten erstellt, welche die ermittelten Polymereigenschaften in Abhängigkeit von der Bewitterungszeit darstellen. Außerdem wurden die Additivwechselwirkungen innerhalb des Ver-kapselungsmaterials analysiert und ein Diffusionsschema angefertigt.



Krumbein, Philipp;
Untersuchung zur Maximierung des Hydrolyseprozesses in Sol-Gel-Reaktionen. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Hydrolysereaktion in Sol-Gel-Prozessen. Das Ziel der Arbeit ist es, verschiedene Einflussfaktoren auf die Reaktion zu untersuchen und den Hydrolysegrad zu maximieren. Als Bewertungskriterium dient der im Endprodukt nachweisbare Kohlenstoffgehalt. Untersucht werden die entstehenden Abweichungen bei Verwendung verschiedener Katalysatoren, bei Anwendung eines Vakuumprozesses sowie der Einfluss verschiedener Temperaturen zwischen 20˚ C und 100˚ C. Die Ergebnisse zeigen, dass eine vollständige Entfernung des Kohlenstoffs aus den Endprodukten nicht möglich war. Trotzdem wurden Methoden gefunden, welche eine signifikante Reduzierung des Kohlenstoffgehalts ermöglichen. Weiterhin wurde das Verständnis des Gesamtprozesses verbessert.



Patzer, Niklas;
Aufbearbeitung und Wiederverwertung spezieller schwermetallhaltiger Glasabfälle. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Blei und seine Oxide stellen in vielen Produkten einen kaum bis nicht ersetzbaren Bestandteil dar. Eines es dieser Produkte wird von der Firma „Capillary Solutions“ hergestellt. Aufgrund der Toxizität von bestimmten Bleiverbindungen für den menschlichen Körper müssen Produktionsabfälle unter besonderen Auflagen deponiert werden. Deshalb stellt sich die Frage, wie der Bleianteil in den zu deponierenden Abfällen reduziert werden kann. Dies ist Ziel und Inhalt der vorliegenden Arbeit. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden die Glasabfälle aus der Produktion mit Borsäure und Siliciumdioxid gemischt, um ein spezifisches Verhältnis zwischen Siliciumdioxid, Bortrioxid und den im Glas enthaltenen Metallionen zu erzielen. Es wurden zwei Gemische hergestellt und anschließend zu einem homogenen Glas verschmolzen. Dabei wies eines der Gläser einen Siliciumoxidanteil von 50 mol% und das andere einen Siliciumoxidanteil von 55 mol% auf. Anschließend wurden Teile dieser Gläser bei 550 ˚C, 600 ˚C und 650 ˚C getempert, um eine Phasentrennung in eine Siliciumoxid-reiche und eine Borat-reiche Phase zu induzieren. Metallionen tendieren zur Anlagerung in der Borat-reichen Phase. Diese wurde nach dem Tempern mittels Salzsäure entfernt. Die so extrahierten Gläser und die Lösung der Extraktion wurden anschließend Verfahren untersucht. Diese umfassen Massemessungen, Röntgenfluoreszenzanalysen, Dichtemessungen und die chemische Analyse durch ein externes Labor. Die Ergebnisse geben Einblicke in die Struktur der durch die Phasentrennung erzeugten Gefüge, sowie Optimierungen des hier verwendeten Prozesses. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Anteil von Blei im extrahierten Silicatglas um mehr als 95% reduziert werden konnte. Blei wird in Form von Bleiiodid gewonnen. Das extrahierte Silicatglas könnte als Rohstoff für neue Schmelzen zur Verfügung gestellt werden.



Heinrich, Lukas;
Herstellung und Charakterisierung ökologischer Dämmstoffsysteme für den Einsatz in Polymerbetonsteinen. - Ilmenau. - 45 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Herstellung und Charakterisierung von Dämmstoffsystemen aus ökologischen Quellen. Auf Basis einer Metakaolin-basierten Geopolymerrezeptur wurden mehrere aufgeschäumte Proben hergestellt und der Einfluss verschiedener metallischer Treibmittel und eines nicht-ionischen Tensids als Schaumstabilisator, sowie einer Zugabe von CaO-reicher Flugasche analysiert. Mittels eines im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Messeinrichtung (Guarded Hot Plate) wurde die Wärmeleitfähigkeit der Proben untersucht. Die hergestellten Schaumstoffe erreichten Dichten zwischen 0,385 und 0,670 g/cm³ und Wärmeleitfähigkeiten von 0,123 - 0,291 W/(m K). Ferner wurde eine mit Hanffasern gefüllte Geopolymerprobe hergestellt. Bei dieser wurde eine Dichte von 0,600 g/cm³ und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,131 W/(m K) bestimmt. Aus Thermometerglasabfällen wurden durch alkalische Aktivierung und mechanisches Schäumen mit anschließender Temperaturbehandlung bei 350 - 550 ˚C Schaumgläser hergestellt, die Dichten von 0,558 - 0,732 g/cm³ erreichten.



Der Einfluss von Vorbehandlungsprozessen und Umgebungsbedingungen auf die Glasoberflächen optischer Substrate. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Die Fertigung optischer Bauteile führt zu einer Veränderung der Oberfläche dieser Bauteile. In dieser Arbeit wird der Einfluss einer alkalischen Lösung auf die Oberfläche von optischen Substraten aus B270 Glas untersucht. Die Proben wurden von verschiedenen Zulieferern bezogen. Einige Proben wurden einem besonders aggressiven Reinigungsprozess ausgesetzt. Die Expositionszeit der Proben in der Lösung wurde systematisch variiert. Einige ausgewählte Proben wurden in einem Klimaschrank bewittert. Anschließend wurden die Proben mit Hilfe verschiedener Methoden auf Kratzer und Partikel analysiert (Lichtmikroskopie, Weißlichtinterferometrie, Rasterkraftmikroskopie). Zusätzlich wird die Rauigkeit der Oberflächen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit zunehmender Expositionszeit in der Lösung mehr Kratzer sichtbar wurden und die Rauigkeit anstieg. Der aggressive Reinigungsprozess unterliegt einer großen Variation und führt zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität.



Heyne, Paul;
Herstellung, Charakterisierung und chemisches Vorspannen von Gläsern des Lithium-Aluminosilikat-Borat-Typs (LABS-Gläser). - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Ziel der Arbeit ist die Weiterentwicklung des Glassystems um das SCHOTT Xensation® α. Hauptaugenmerk wird hierbei auf eine Verbesserung der Vorspannbarkeit durch Zusammensetzungsvariation gelegt. Dazu wurden im Labor verschiedene Gläser hergestellt. Ausgangspunkt ist eine Nachschmelze des Materials SCHOTT Xensation® α als Referenz, da Untersuchungen an Versuchsschmelzen im Vergleich zu großtechnisch gefertigten Gläsern häufig abweichende Eigenschaften zeigen. Die anderen borhaltigen Lithium-Aluminosilikat (LABS)-Gläser lehnen sich in ihrer Zusammensetzung an die des SCHOTT Xensation® α an. Variationen werden durch Änderungen des Bor-, Natrium- und Erdalkali-Gehaltes durchgeführt, sodass die restlichen Komponenten in konstanten molaren Anteilen vorliegen. Von den erstellten Gläsern wurden Dichte, Brechungsindex, Glasübergangstemperatur und Ausdehnungskoeffizient bestimmt. Außerdem wurde ihre Vorspannbarkeit spannungsoptisch charakterisiert. Im Vergleich mit der Zusammensetzung konnten verschiedene Abhängigkeiten erkannt werden. So sind mit steigendem Erdalkali- und sinkendem Bor-Gehalt eine Steigerung der Druckspannung und ein Abfallen der Spannungstiefe festzustellen. Dabei kann jedoch nicht zwischen Bor und Erdalkalien differenziert werden. Des Weiteren kann mit einem sinkenden Natrium-Gehalt eine tendenzielle Erhöhung der Spannungswerte in 30 [my]m Tiefe beobachtet werden. Gleichzeitig werden größere Druckspannungstiefen beim Lithium-Natrium-Austausch erreicht, jedoch erfolgt eine Verringerung dieser beim Natrium-Kalium-Austausch. Schlüsselworte: LABS-Glas, chemisches Vorspannen, Ionen-Austausch, spannungsoptische Messung