Studentische Arbeiten

Der Fokus dieser Masterarbeit liegt darauf, eine Methodik zur Bewertung der Druckbarkeit von Kunststoffpulvern im selektiven Lasersintern (SLS) zu untersuchen. Die Studie vertieft sich in die komplexe Beziehung zwischen den Eigenschaften des Pulvers und den in der SLS-Drucktechnologie verwendeten Parametern. Die Bewertung der Druckqualität während des eigentlichen Druckprozesses ist ein entscheidender Aspekt für die Erreichung der in dem Experiment festgelegten Ziele. Bei der Charakterisierung der Pulvereigenschaften wurden Messungen unter Verwendung von Techniken wie der Differentiellen Scanningkalorimetrie (DSC), der Partikelgrößenverteilung (PSD), der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und anderer durchgeführt. Eine Synthese dieser Pulvereigenschaften leitete eine Reihe von Parameteranpassungen an, die es ermöglichten, Probleme während des Druckens zu identifizieren und zusammenzufassen, verbunden mit einer Erforschung möglicher zugrunde liegender Ursachen. Im Bereich des eigentlichen Druckens erwies sich der Einsatz der isothermen DSC als effektiver Ansatz zur präzisen Konfiguration der Betriebstemperaturen, wobei ihre Bedeutung für die Erreichung optimaler Druckbarkeit anerkannt wurde. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Pulverfließfähigkeit bei erhöhten Temperaturen als Voraussetzung für optimale Druckbarkeit. Darüber hinaus hebt die Forschung die Bedeutung von Pulvereigenschaften wie der Partikelmorphologie und der Partikelgrößenverteilung hervor. Wenn sie in Verbindung mit der Schichtdicke betrachtet werden, spielen diese Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Pulverfließfähigkeit und haben folglich Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Druckens.

Das Spritzgießen ist eine der fortschrittlichsten Verarbeitungstechnologien und bildet einen bedeutenden Anteil in der kunststoffverarbeitenden Industrie. Um die hohe Qualität der Produkte zu gewährleisten, kann der Einsatz von Bildverarbeitungssensoren bei der Qualitätsprüfung der industriellen Kunststoffproduktion die Effizienz der Prüfung erheblich steigern. Ziel dieser Arbeit ist es, die Faktoren der Beleuchtungsbedingungen zu untersuchen, die die Erkennungsrate von Spritzgussfehlern beeinflussen und mögliche Optimierungslösungen für die industrielle Produktion zu finden. Auf Basis einer Literaturrecherche werden die Grundlagen der Bildverarbeitung, der Beleuchtungstechniken und der Eigenschaften von Spritzgießfehlern betrachtet. In einem Vorversuch wurden Bilder von fehlerhaften Spritzgussteilen unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen ausgewertet, um die möglichen Einflussfaktoren auf die Fehlererkennungsrate zu analysieren. Im Hauptversuch wurde anhand von Spritzgussteilen mit Farbschlieren und unvollständiger Formfüllung der Einfluss der Farbtemperatur und des Einfallswinkels der Lichtquelle untersucht. Zudem wurde der Einfluss von Fremdlicht in der Versuchsumgebung analysiert. Schließlich wurden basierend auf den Versuchsergebnissen mögliche Optimierungen und Ansätze für zukünftige Versuche vorgestellt.

Moderne Spritzgießmaschinen sind in der Lage hochpräzise Bauteile in hoher Stückzahl für die Kunststoffindustrie zu produzieren. Der Gestaltungsfreiheit der Bauteile sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Zudem ist auf der breiten Materialpalette für fasst jede Anwendung die richtige Eigenschaft zu finden. Die wahre Stärke des Spritzgießprozesses liegt allerdings nicht nur in der Flexibilität und Schnelligkeit, sondern insbesondere in der Wiederholbarkeit. Der Spritzgießprozess als solches, ist hinreichend genau erforscht, um gute Bauteilqualitäten in hohen Stückzahlen mit wenig Ausschuss erzielen zu können, weshalb die weitere Optimierung des grundsätzlichen Prozesses nicht zielführend ist. Speziell die schwankenden Materialeigenschaften innerhalb einer Charge sind für steigende Ausschusszahlen verantwortlich und belasten daher die Kunststoffindustrie enorm. Insbesondere Bauteile die aus recycelten Kunststoffen hergestellt werden, sind von dieser Problematik betroffen, da je nach Recyclingprozess die Materialeigenschaften unterschiedlich stark schwanken können. Somit kann der Spritzgießprozess nicht optimal eingestellt werden. Die Motivation dieser wissenschaftlichen Arbeit ist die Steigerung der Effizienz und Qualität des Spritzgießprozesses durch kontinuierliche Überwachung der Viskosität mittels eines InLine Rheometers. Basierend auf der Rheologie von Kunststoffen im Spritzgießprozess, wird ein InLine Rheometer ausgelegt, welches durch InLine Druck- und Temperaturmessung das Materialfließverhalten der Kunststoffschmelze während des Einspritzprozesses überwachen soll. Basierend auf wissenschaftlicher Literatur wurden Druck-, Durchsatz- und Temperaturverhalten von Kunststoffschmelzen in Spritzgießmaschinen analysiert und Einflussmöglichkeiten auf die Viskosität der Schmelzen erarbeitet. Weiterhin wird ein Überblick über den Kenntnisstand der InLine Messungen gegeben. Diese Literaturrecherche bildet die wissenschaftliche Grundlage zur mathematischen Modellierung, sowie zur Auswahl geeigneter Komponenten. Weiterhin wurden die Erkenntnisgewinne genutzt, um ein ingenieurgerechtes Lastenheft mit technischem Entwurf zu erstellen. Das InLine Rheometer ist für die Spritzgießmaschine KM 160 CX ausgelegt und wird an den Zylinderkopf, der direkt hinter der Plastifiziereinheit verschraubt ist, montiert. Die Geometrie und Abmessungen der Kanalführung wurden so original wie möglich konzipiert, um höhere Druckverluste, aufwendige Montage und Bauraumprobleme zu vermeiden. Lediglich die Abmessungen der einzelnen Bauteile haben sich aufgrund der benötigten Sensorik deutlich verändert. Sind alle Komponenten wie vorgesehen montiert, können in der Kanalführung nur geringfügige Änderungen im Vergleich zum Originalzustand festgestellt werden. Aufgrund der hohen Anforderungen an die Messbohrungen, unterscheidet sich die äußere Gestalt der InLine Rheometer-Komponenten deutlich vom vorherigen Design der Spritzgießmaschine. Der technische Entwurf des InLine Rheometers ist das Ergebnis aus unterschiedlichen Konzepten, sowie der rheologischen, thermischen und mechanischen Auslegung aller Komponenten. Dazu gehören das Gehäuse mit Kanalführung und Sensorbohrungen, sowie Düse, Sensoren, Stopfen und Heizmanschetten. Alle zu fertigenden Bauteile sind zusätzlich in einer fertigungsgerechten Einzelteilzeichnung dargestellt. Kaufteile wie geeignete Sensoren und Heizmanschetten wurden auf Grundlage der Prozessparameter begründet ausgewählt. Die Auswahl des Materials C60E wurde sowohl von thermischer, als auch von mechanischer Seite aus diskutiert. Vorüberlegungen zur Erstellung verschiedener Konzepte, wurden durch die Anfertigung eines Forderungsplans und einer Kombinationstabelle angestellt. Das umgesetzte Konzept ist eine Kombination zweier Einzelkonzepte, welche durch eine tiefgründige Bewertung, anhand gewichteter Kriterien, zur weiteren Untersuchung ausgewählt wurden. Nach abgeschlossener Fertigung und Montage des InLine Rheometers, werden zahlreiche Versuche durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit des Messprozesses zu überprüfen. Anschließend soll das InLine Rheometer, wie bereits angedeutet, auf Basis von computergestützter Intelligenz den Spritzgießprozess kontinuierlich überwachen. Daraufhin soll die Spritzgießmaschine in der Lage sein, den Prozess je nach Material-fließverhalten optimieren zu können. Das Lastenheft liegt der Arbeit in Form einer CD bei. Zur Orientierung während des Lesens wurde der Arbeit eine schematische Darstellung des InLine Rheometers im Format 2:1 in ausklappbarer Form angehängt.

Das Spritzgussverfahren ermöglicht das Herstellen von Kunststoffoptiken in hohen Stückzahlen. Die Funktionsflächen können gegenüber mineralischem Glas aufgrund der erweiterten Designfreiheit komplexe Geometrien aufweisen. Für die optische Funktionalität ist eine exakte Abformung notwendig. Aufgrund des materialspezifischen Verhaltens von Kunststoff ist die Schwindung während der Erstarrung des Formteils eine Herausforderung. Die Prozesstechnik stößt dabei, trotz Simulation oder mathematische Analyse der Parametereinstellungen an Grenzen. Entsprechend sind für eine präzisere Abformung alternative Methoden notwendig. Das Ziel der Arbeit besteht darin, eine Prozesskette zur iterativen Werkzeuganpassung zu entwickeln, um systematische Formfehler zu korrigieren. Durch eine praktische Nachweisführung wird die Eignung verifiziert und die Vorgehensweise optimiert. Auf der Grundlage einer Analyse zum Stand der Technik wird zunächst mittels statistischer Versuchsplanung eine geeignete Parametereinstellung abgeleitet. Dabei ist das Schwindungsverhalten besonders von den Faktoren Werkzeugtemperatur, Massetemperatur, Nachdruck, Nachdruckzeit, Restkühlzeit und Einspritzgeschwindigkeit abhängig. Anhand der entwickelten Prozesskette wird für einen freiformoptischen und rotationssymmetrischen Demonstrator, eine mathematische Korrekturberechnung des verbleibenden systematischen Formfehlers vorgenommen. Die erforderlichen Datenpunkte der Ist-Oberfläche sind auf Basis geeigneter Messtechnik zu erfassen. Durch die Anwendung zweier Korrekturstrategien werden Möglichkeiten und Grenzen der beiden Softwarelösungen aufgezeigt. Die neu berechneten Funktionsflächen werden mittels Ultrapräzisionsdrehbearbeitung auf die Formeinsätze übertragen. Anschließend erfolgt eine weitere Replikation der Optiken aus Kunststoff. Um Erkenntnisse über die Auswirkungen der geometrischen Korrektur auf die optische Qualität zu erhalten, wird die Formgenauigkeit der Funktionsflächen erneut gemessen. Durch die Minimierung der Abweichung zur idealen Soll-Geometrie kann die Wirkung der Prozesskette zur Kompensation der Volumenkontraktion nachgewiesen werden.

Faser-Kunststoff-Verbunde haben sich aufgrund ihrer gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften in zahlreichen Branchen als Standardwerkstoffe etabliert. Allerdings bringt das Verwenden dieser Werkstoffe eine große Menge an Abfallmaterial mit sich. Biokunststoffe bieten eine nachhaltige Alternative, um der steigenden Menge an Polymerabfällen entgegenzuwirken. Darum wird für diese Arbeit die Zielstellung gesetzt, vollkommen biobasierte Organobleche herzustellen und die Einflüsse der Herstellungsparameter auf diese zu untersuchen. Die Grundlage bildet dabei eine umfassende Literaturrecherche mit Augenmerk auf mögliche Verbundmaterialien, Herstellungsverfahren und Imprägnierungsmechanismen. Auf Basis der Literaturrecherche werden Vorversuche geplant und durchgeführt. Diese beinhalten PLA/Flachsfaser- und PP/Glasfaser-Verbunde, die durch Film-Stacking hergestellt werden. Da sich der verwendete PLA/Flachsfaser-Verbund nicht nach DIN EN ISO 1172 mittels Kalzinierung auswerten lässt, wird ein optisches Verfahren verwendet. Dieses wird anhand der PP/Glasfaser-Verbunde validiert. In den darauffolgenden Hauptversuchen werden PLA/Flachsfaser-Verbunde mittels Direktextrusion hergestellt. Dazu werden mehrere Versuche mit unterschiedlichen Herstellungsparametern durchgeführt. Die entstehenden Organobleche werden anschließend auf Faser- und Porengehalt sowie ihre mechanischen Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse werden abschließend in Zusammenhang mit den Parameterkombinationen evaluiert.

Die Arbeit mit umweltfreundlichen und erneuerbaren Rohstoffen wird heutzutage immer wichtiger. Von recycelten und biologisch abbaubaren Kunststoffen, bis zur zunehmenden Verwendung von pflanzlichen Extrakten und ätherischen Ölen in Medizin, Kosmetik und Verpackungsmaterialien. Ziel dieser Arbeit war es, einen dieser erneuerbaren Rohstoffe aus Kiefernholz-Extrakt zu untersuchen. Extrakte aus Weichholz wie der Kiefer besitzen eine Vielzahl von Inhaltsstoffen, die für die Zukunft wichtige Eigenschaften aufweisen. Darunter sind die Stilbene: Pinosylvin und seine Methylether-Variante, die durch ihre guten antibakteriellen Eigenschaften als Schutzschicht in Lebensmittelverpackungen genutzt werden könnten. Die Harzsäuren, die häufig als Füllstoff in Kunststoffen verwendet werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verändern oder für Mensch und Umwelt gefährlichere Füllstoffe aus dem Kunststoff ersetzen zu können, bei Aufrechterhaltung der gewünschten mechanischen Eigenschaften. Im Extrakt sind aber auch einige Vertreter flüchtiger Komponenten enthalten, darunter die Terpene. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu untersuchen, den Geruch, der von den flüchtigen Komponenten beeinflusst wird, zu reduzieren, ohne dabei die positiven, antibakteriellen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Durch die Reduktion des Geruchs könnte das Extrakt in einem breiteren Anwendungsfeld eingesetzt werden. Der Nachweis ob die getesteten Methoden, den Geruch zu reduzieren, gleichzeitig schonend für die gewünschten Bestandteile, wie das Stilben, waren erfolgt mit Hilfe einer TGA-FTIR-Untersuchung. Die Fourier transformierte Infrarotanalyse ermöglicht einen schnellen Nachweis der chemischen Zusammensetzung im entstehenden Gasstrom. Mit Hilfe der Recherche werden Zusammenhänge zwischen den im Gasstrom vorhandenen Verbindungen und der für die antibakterielle Wirkung wichtigen Komponenten im Extrakt möglich. Diese Messmethode kann somit unter der Voraussetzung das die Extrakt Komponenten bekannt sind, genutzt werden, um den Einfluss der Trennverfahren auf das Extrakt zu bestimmen. Die Veränderung in der olfaktorischen Wahrnehmung wird über eine Umfrage mit einer Gruppe Freiwilliger bewertet. Da die geruchsbildenden Stoffe schon in sehr kleinen Konzentrationen von Menschen wahrgenommen werden, die geringe Konzentration aber eine sehr schwierige Auswertung in der Infrarotspektroskopie darstellt. Die Arbeit begrenzt sich dabei auf Methoden, die einem relativ schnellen und kostengünstigen Zwischenschritt in der Fertigung simulieren.

In dieser Abschlussarbeit wird die Auswirkung des Ultraschallschweißens mit Kunststoffgehäusen auf darin eingekapselte, elektronische Bauteile untersucht. Hierbei steht der Einfluss von unterschiedlichen Kunststoffen aber auch der Schweißnahtgeometrien und Schweißparameter im Mittelpunkt. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die Materialeigenschaften wie E-Modul oder Glasfasergehalt auf die Schwingungsbelastung sowie das Auftreten von Beschädigungen an elektronischen Bauteilen haben. Neben Vorversuchen zur Schweißbarkeit der gewählten Kunststoffe wird daher untersucht, ob ein höherer E-Modul zu mehr Beschädigungen und einer höheren Schwingungsbelastung führt. Dabei werden die verbauten elektronischen Komponenten nach dem Schweißvorgang äußerlich und mittels Schliffmikroskopie auf Beschädigungen untersucht. Außerdem wird die Schwingungsbelastung unter Variation des Gehäusematerials während des Schweißvorgangs mittels Laser-Vibrometer gemessen. Abschließend wurden Thermoschock-Tests bei Baugruppen ohne Beschädigungen durchgeführt, um Vorschädigungen durch den Schweißvorgang auszuschließen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einkapselung von elektronischen Komponenten vor allem bei Gehäusematerialien mit niedrigem E-Modul beschädigungsfrei möglich ist. Je höher der E-Modul und Glasfasergehalt, umso mehr Beschädigungen traten auf und umso größer war die Schwingungsbelastung. Hierbei spielen aber auch das jeweilige Gehäuse- und PCB-Design eine entscheidende Rolle.

Das Ziel dieser Arbeit ist es gängige Berechnungsmodelle zur Bestimmung der Permeabilität auf ihre Anwendbarkeit auf multidirektionale Gewebe zu überprüfen. Zu diesem Zweck wird eine Methodik zur Messung der Permeabilität mittels kapazitiver Sensorik entwickelt und auf Repro-duzierbarkeit untersucht, da kein genormtes Messverfahren existiert. Die Messung der Permeabi-lität erfolgt mittels radialer und linearer Anordnung. Für den Vergleich mit den Berechnungsmo-dellen zur Vorausbestimmung der Permeabilität werden die am häufigsten verwendeten Modelle recherchiert und deren Ergebnisse mit den Messwerten verglichen. Abschließend werden die beiden Messmethoden zur Messung der Permeabilität von einlagigen Geweben mit vergangenen Arbeiten gegenübergestellt, die die Permeabilität von mehrlagigen Faserverbunden untersucht haben.

Um sowohl Energie als auch Kunststoff einzusparen, wird der Einsatz von In-Line verbauten Sensoren zur Überwachung der Produktqualität zu einem stark wachsenden Forschungsgebiet. Mit der Verwendung der Thermografie bietet sich eine neue Möglichkeit zur Erkennung von Fehlern in Spritzgießprodukten. Aufbauend auf eine Literaturrecherche werden die Merkmale verschiedener Arten von Spritzgießfehlern und die Durchführbarkeit der thermografischen Prüfung untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Positionierung der Wärmebildkamera unter Berücksichtigung möglicher Wärmestörquellen und durch den Vergleich der Ergebnisse aus den Versuchen festgelegt. Auf dieser Basis wird für den Einsatz im industriellen Maßstab der Einfluss des Zeitintervalls für die Aufnahme des Wärmebilds auf die Erkennung von Fehlern betrachtet. Zudem werden die Faktoren, die die Erkennungsgenauigkeit von Fehlern beeinflussen, durch gezielte Versuche analysiert.

Thema der vorliegenden Masterarbeit ist die Betrachtung einer zylindrischen bzw. plättchenartigen Partikelgeometrie für Kunststoffpulver der additiven Fertigung. Schwerpunkt der Untersuchungen ist der Zusammenhang zwischen der neuartigen Kornform und extrinsischen pulvertypischen Eigenschaften. Grundlagen der Pulverbettprozesse, der Pulverherstellung und der charakteristischen Pulvereigenschaften sind Teil des Stands der Technik. Darauf aufbauend werden Vorversuche gestaltet, mit denen die Faktoren Partikeldurchmesser, Pulvertemperatur und der Anteil sphärischer Partikel auf statistische Signifikanz geprüft werden. Im Rahmen der Hauptversuche werden verschiedene Partikelkonfigurationen gefertigt, die hinsichtlich Schüttdichte, Hausner-Faktor und Fließfähigkeit analysiert werden. Für die Durchführung werden, angepasst an die geringen Pulvermengen, neue Messmethoden entwickelt und validiert. Die Korngrößenverteilung der hergestellten Pulver wird als materialcharakterisierende Größe betrachtet und erfolgt über ein externes Labor. Aus den Ergebnissen der Hauptversuche geht hervor, dass der Durchmesser zylindrischer Partikel genutzt werden kann, um die Pulvereigenschaften gezielt zu steuern. Die Pulvertemperatur und der Anteil sphärischer Partikel haben insbesondere einen Effekt auf die Fließfähigkeit des Materials. Ein Benchmark-Vergleich mit drei kommerziellen Kunststoffpulvern aus Polypropylen hat ergeben, dass die neuartige Kornform für Pulverbettverfahren geeignete Merkmale erzielen kann. Es wird gezeigt, dass die zylindrische Partikelgeometrie Potenzial aufweist, um perspektivisch konkurrenzfähige Pulver für die additive Fertigung herzustellen.

Für die mechanischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe ist die Faserlänge von immenser Bedeutung. Es wurde zwar bereits der Einfluss einer großen Anzahl von Faktoren, wie z.B. Prozessparameter oder Schneckenabmessungen untersucht, jedoch blieb eine Betrachtung des Einflusses der Viskosität des Matrixmaterials bisher aus. Ziel dieser Arbeit war es, eben diesen Einfluss auf die resultierende Faserlänge von Kohlenstofffasern nach dem Extrudieren und dem Spritzgießen zu erforschen und in eine allgemeingültige Aussage zu überführen. Hierfür wurde zunächst das Granulat durch Compoundierung am gleichläufigen Doppelschneckenextruder hergestellt und später durch Spritzgießen weiterverarbeitet. Nach jedem Verarbeitungsschritt wurden Proben entnommen und die vorliegenden Faserlängen mittels Mikroskopbetrachtung nach einer Kalzinierung des Verbundes ermittelt. Diese Vorgehensweise wurde für zwei verschiedene Matrixwerkstoffe mit unterschiedlicher Viskosität durchgeführt, wobei pro Matrixwerkstoff Granulat und später Spritzgießteile mit einem Faservolumengehalt von 10%, 20% und 27% hergestellt wurden, um die Existenz eines möglichen Zusammenhangs von Viskosität und Fasergehalt zu überprüfen. Des Weiteren wurden die mittels Spritzgießen hergestellten Prüfkörper einem Zugversuch unterzogen, um deren mechanischen Eigenschaften zu prüfen und die gemessenen Faserlängen zu untermauern.

Kunststoffe werden durch freie Bewitterung stark beeinflusst und müssen mit entsprechenden Additiven auf ihre Anforderungsbereiche angepasst werden. Für die Anwendung an Elektronikgehäusen müssen zusätzliche Anforderungen erfüllt sein. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Polycarbonat und Polypropylen als einsetzbare Vertreter der thermoplastischen Grundwerkstoffe. Die Grundlagen der Bewitterung, insbesondere der solaren Strahlung und dessen Einfluss auf Kunststoffe wurden ausgearbeitet und vorrangig auf passive Kühlmöglichkeiten untersucht. Der Einfluss verschiedener Farben und natürlicher als auch erzwungener Konvektion wurden experimentell geprüft. Durch künstliche Bewitterung der Farbproben wird das farbabhängigen Alterungsverhalten analysiert mit dem Aufheizverhalten verglichen.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Werkstoffkombination für Anwendungen im Fahrzeugexterieur zu identifizieren und zu validieren, die im Vergleich zu den etablierten CFK-Exterieurbauteilen eine deutlich verbesserte CO₂-Bilanz aufweisen. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei Designausprägungen als Hauptrichtungen untersucht: Einerseits der Erhalt der etablierten 2/2 3K Köperoptik, andererseits die Definition zielführender neuartiger Optiken durch die Verwendung neuer Faserverbundstoffe. Eine Werkstoffauswahl sowie eine CO₂-Bilanz und die anschließende Qualifizierung für den Exterieurbereich standen im Fokus der Untersuchung. Eine Recherche zu den Faserarten wurde durchgeführte, dabei wurde mit einer Bewertungsmatrix die Flachsfaser als Zielführend definiert. Für die Flachsfaser wurde eine CO₂-Bilanz erstellt und ein Vergleich zu anderen Faserwerkstoffen wurde gezogen. Eine Senkung des ökologischen Fußabdrucks durch die Substitution von Kohlenstoff- durch Flachsfaser konnte für nicht-strukturelle Exterieurbauteile aufgezeigt werden. Die Feuchtigkeitsaufnahme von flachsfaserverstärkten Kunststoffbauteilen, die im Prepreg Autoklavverfahren hergestellt wurden, wurde im Kondenzwasserkonstantklimatest geprüft. Eine Aufnahme von Feuchtigkeit konnte festgestellt werden. Durch das Auftragen einer geeigneten Kantenversiegelung konnte die Wasseraufnahme reduziert werden. Im Klimawechseltest wurden die Formtreue und Passgenauigkeit so wie die Oberflächenbeschaffenheit nach thermischen Belastungen geprüft. Teile, die im Resin Transfer Moulding (RTM) Verfahren hergestellt wurden, weisen eine höhere Resistenz gegenüber den Belastungen des Klimawechseltests auf im Vergleich zu den Prepregautoklav Bauteilen. Die Bauteiloberfläche zeigt kein Setzen des Klarlacks oder des Harzes, was die Abzeichnung der Faserstruktur zur Folge hätte. Im Autoklavprozess hergestellte Komponenten weisen nach dem Testzyklus eine deutliche Abzeichnung der Gewebestruktur auf. Die Eignung von reinem naturfaserverstärkten Kunststoff (NFK) und der Hybridvariante als Frontaufsatz in Hinblick auf den Fußgängerschutz konnte nachgewiesen werden. Die Arbeit konzentrierte sich mit der Qualifikation des Werkstoffes Flachs auf die Verbesserung der Nachhaltigkeit für Exterieurbauteile und zeigte auf, dass erhebliche Senkungen der Treibhausgasemissionen möglich sind. Die vollständige Substitution der Kohlenstofffaser erfordert weitere Optimierungen und Tests.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Wickeldrahtisolationssysteme im Bezug zur Medienbeständigkeit untersucht. Dafür wurden Wickellocken zur Hälfte in organischen Säuren, Basen, VE-Wasser, Ölen, sowie Gemischen daraus ausgelagert. Im Anschluss wurden die Proben durch Bleistifthärtemessungen, Schliffe und Isolationswiderstandsmessungen auf Rissbildung und Alterung untersucht. Reine organische Säuren, VE-Wasser, Öle und niedrig konzentrierte Basen zeigten keine Rissbildung. Hier war ein zeitabhängiger hydrolytischer Angriff an der Isolation feststellbar. Nur durch einen hohen Alkalienanteil kam es zur schneller Rissbildung und einem Ausfall der isolierenden Eigenschaften der Kunststoffe. Anhand des Isolationssystems aus Polyesterimid als Grundschicht und Polyamidimid als Deckschicht wurde der Einfluss von Konzentration von Natronlauge, Temperatur und mechanischer Belastung analysiert. Hier zeigte sich, dass die Risse erst ab einer Konzentration an Natronlauge von 0,5 % Risse zu finden waren. Die Rissentstehungsdauer folgte bei höheren Konzentrationen einer umgekehrten Proportionalität. Der Temperatureinfluss auf die Rissbildungsdauer folgt bei Temperaturen über 60 ˚C einer linearen Funktion, darunter konnte eine Halbierung der Beständigkeitsdauer bei Temperaturerhöhung um 10 K festgestellt werden. Weiterhin ergab sich, dass der Bereich zwischen 5 % und 15 % Dehnung am kritischsten gegenüber der Rissbildung zu sehen ist. Zur Rissentstehung selbst konnten zwei Hypothesen formuliert werden. Am wahrscheinlichsten ist eine spannungsinduzierte Rissbildung im Polyamidimid, jedoch könnte es auch im Polyesterimid durch Versprödung zur Rissbildung kommen oder ein Mischangriff vorliegen. Beim Vergleich verschiedener Isolationssysteme konnte festgestellt werden, dass die Beständigkeit durch die Verwendung von reinen PAI-Drähten erhöht werden kann. Nur die mit PEEK isolierten Drähten hielten allen Belastungen ohne Verlust der Isolationseigenschaften stand.

Neben Herstellungsfehlern wie Fremdkörpereinschlüssen oder Unregelmäßigkeiten in der Faserorientierung sind Porositäten der am häufigsten auftretende prozessbedingte Bauteilfehler bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen. Sie haben einen wesentlichen negativen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils. So verringern sich beispielsweise mit zunehmendem Porenvolumengehalt die Druckfestigkeit und die interlaminare Scherfestigkeit des Faserverbunds. Es existieren zulässige Grenzwerte, in denen sich der Porenvolumengehalt je nach Anwendungsgebiet befinden darf. Dieser Lösungsansatz widerspricht jedoch dem Bestre-ben der Leichtbauphilosophie, nach dem das Potential eines Werkstoffs bestmöglich genutzt werden soll. Mittels geeigneter Prozessvariationen kann auf die Porengeometrie sowie deren Bewegungsverhalten Einfluss genommen werden. Jedoch führen solche Maßnahmen zu einem signifikanten Anstieg der Prozesskosten und beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens wesentlich. Diese Arbeit befasst sich mit drei Lösungsansätzen zur Reduzierung des Fehlstellen-gehalts in Faserverbundbauteilen und beurteilt diese hinsichtlich energetischer und wirtschaftlicher Kriterien. Untersucht wurde der Einfluss von nachgelagerten Prozessschritten, wie Nachdruck, einer Erhöhung der Werkzeugkompression und eines Spülvorganges auf das Verhalten von Poren. In verschiedenen Versuchsreihen wurden schrittweise Variationen der Prozessparameter hinsichtlich ihres Einflusses auf den Fehlstellengehalt untersucht. Die Auswertung der Versuchsreihen erfolgte über optische und physikalische Methoden. Nach der optischen Beurteilung der hergestellten Bauteile mittels Digitalmikroskop und der Auswertung von Mikroskopaufnahmen anhand von Histogrammen wurde eine Veraschung zur Bestimmung des Porengehalts der Probekörper durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass ein definierter und konstanter Nachdruck von 3 bar den Fehlstellengehalt in Glasfaserverbunden erheblich reduziert. Bei Nachdruckstufen oberhalb von 3 bar zeigt sich jedoch wieder ein erhöhter Fehlstellengehalt. Mittels der durchgeführten Versuche zu einer erhöhten Werkzeugkompression und Spülvorgängen konnte kein verbessertes Fehlstellenbild erzeugt werden.

Faserverstärkte Kunststoffe sind vielseitig einsetzbare Leichtbau-Werkstoffe, die gute mechanische Eigenschaften mit einer geringen Dichte kombinieren. Neben duroplastischen Harzsystemen erlangen auch thermoplastische Kunststoffmatrizes immer mehr an Bedeutung, da sie im Gegensatz zu Duroplasten ein Umformen nach der Herstellung ermöglichen. Eine Möglichkeit zur Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplaste, sogenannter Organobleche, ist das Verpressen von Faserhalbzeugen mit aufgeschmolzenen Kunststofffolien, auch Film-Stacking genannt. In dieser Arbeit soll der Einfluss verschiedener Materialien und verschiedener Herstellungsparameter auf die Qualität von Organoblechen untersucht werden. Mit Folien aus Polypropylen, Polylactid, Polyethylenterephthalat und Polycarbonat werden Organobleche bei unterschiedlichen Herstellungsparametern hergestellt und anschließend deren Faser- und Porenvolumenanteile bestimmt. Die Ergebnisse werden ausgewertet und ihre Abhängigkeit zu verschiedenen Parametern wird grafisch dargestellt.

Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es, die Machbarkeit der Einbringung von Sensorik in Organoblech-Halbzeuge zu überprüfen. Dadurch soll die Möglichkeit gegeben werden, intelligente faserverstärkte Bauteile bereits in der Halbzeugproduktion und der anschließenden Umformung herzustellen. Hierfür erfolgt eine Recherche und Berechnung der notwendigen Prozessparameter und deren Dokumentation ins Lastenheft. Auf dieser Basis wird eine Auswahl an zu testenden Sensoren getroffen. Nachfolgend sollen die verschiedenen Sensoren auf Anwendbarkeit hinsichtlich Temperatur, Druck, Messgenauigkeit und Möglichkeit der Weiterverarbeitung geprüft werden. Es werden die Auswirkungen der beeinflussenden Prozessparameter gegenüber den ausgewählten Sensoren mit Hilfe eines Versuchsplans erfasst und durch Messreihen die maximalen Betriebspunkte der Sensoren ohne deren Schädigung ermittelt. Danach wird ein Konzept entworfen, bei welchem die Einbringung der ausgewählten Sensoren sowohl im Herstellungsprozess vor der Kalandrierung als auch im Umformprozess des FVK-Halbzeugs untersucht werden können. Nach der Integration der Sensoren erfolgen Kontrollmessungen, die Messergebnisse werden mit den Eingangsmessungen verglichen und die Auswirkung der Einarbeitung erfasst. Abschließend ist, bei erfolgreicher Einbringung eine Strategie zur automatisierten Sensorzuführung für die industrielle Einarbeitung im Herstellungsprozess mit Blick auf verschiedene Anlagenkonzepte zu entwickeln.

Thermoplastische Faser-Verbund-Kunststoffe finden in vielen Bereichen der Industrie Anwendung. Aufgrund ihrer herausragenden mechanischen Eigenschaften in Kombination mit einer geringen Dichte verfügen sie über ein hohes Leichtbaupotenzial. Während der Herstellung kann es jedoch zu prozessbedingten Schwankungen der Halbzeugqualität kommen. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Herstellung von Organoblechen. Der Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die resultierende Halbzeugqualität wird untersucht, um Richtlinien für eine anwendungsoptimierte Parametereinstellung zu schaffen. Anhand eines erarbeiteten Versuchsplans werden Organobleche aus Polypropylen-Granulat und Glasfasergewebe hergestellt. Die Verarbeitung in einem statischen beheizten Presswerk dient der Reduzierung äußerer Einflüsse. Durch die Analyse entnommener Proben können Aussagen bezüglich der Faserverschiebung sowie des Poren- und Faservolumengehalts getroffen werden. Zudem erfolgt eine statistische Auswertung der Messwerte sowie die Darstellung der Parameterabhängigkeit der Qualitätsmerkmale. Es wird geprüft, ob die gewonnenen Erkenntnisse auf weitere Materialien anwendbar sind.

In dieser Arbeit wird eine neuartige Methode zur Trennung der Metalle aus Kunststoffmetallverbunden vorgestellt, dass durch Vergleichen der mechanischen, elektronischen und rheologischen Eigenschaften von PA6 GF15 und PPS GF40 vor und nach der Wärmebehandlung den Grad der thermischen Degradation von Kunststoff definiert und damit den optimalen Temperaturbereich daraus zu ermitteln. Der Stand der Technik und der Mechanismus der verwandten. Theorie werden ausführlich diskutiert. Experimentelle Studien an Laborgeräten bestätigen die Machbarkeit und Wirksamkeit der vorgeschlagenen Methode. Auf dieser Basis wird auch die Möglichkeit zukünftiger Arbeiten diskutiert.

Bei Harzinjektionsverfahren wie zum Beispiel dem Resin Transfer Moulding kommt es häufig zu Porenbildung innerhalb des Werkstücks. Eine der Hauptursachen für dieses Fehlerbild sind unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten bzw. ungleichmäßige Fließfronten innerhalb der Kavität. Damit diesen Ursachen entgegengewirkt werden kann, ist es Ziel dieser Arbeit ein variables Angusssystem zu entwickeln, mit dem es möglich ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Fließfront lokal zu regeln. Um das Ziel zu erreichen, wird zunächst der Stand der Technik bezüglich Harzinjektionsverfahren und den dabei verwendeten Materialien dargelegt. Außerdem wird im Stand der Technik auf verschiedene Eigenschaften und Verhaltensweisen von Poren eingegangen. Anschließend erfolgt die Konzeptions- und Bewertungsphase, in der mit Hilfe des konstruktiven Entwicklungsprozesses vier Lösungsvarianten erarbeitet werden. Zu dieser Phase gehören unter anderem die Erarbeitung einer Anforderungsliste, eines graphischen Forderungsplans und einer Funktionsstruktur. Um eine der gefundenen vier Varianten auszuwählen, werden sie unter technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien analysiert und bewertet. Zusätzlich werden Richtlinien zur Positionierung von Angüssen und Steigern bei Harzinjektionswerkzeugen formuliert. Auf Grundlage der Konzeptions- und Bewertungsphase, sowie der formulierten Richtlinien wird anschließend die ausgewählte Lösungsvariante konstruktiv ausgelegt und gestaltet. Während dieser Gestaltungsphase wird ein konkretisiertes technisches Prinzip, eine Produktstruktur sowie die Auslegung der einzelnen Bauteile, Baugruppen und Schnittstellen vorgenommen. Daraufhin werden die benötigten Einzelteile hergestellt bzw. gekauft, um das entwickelte Angusssystem herzustellen und zu testen. Zuletzt wird eine Analyse des Systems vorgenommen und Verbesserungsvorschläge formuliert. Durch die Analyse des Systems und der Ergebnisse aus den Versuchen wird ersichtlich, dass die erarbeitete Konstruktion die gestellten Anforderungen erfüllt, wenn mehr als ein Anguss verwendet wird. Bei der Verwendung von nur einem Anguss wirkt das Kontinuitätsgesetz und es erhöht sich lediglich die Geschwindigkeit am kleineren Querschnitt, jedoch ergibt sich kein gedrosselter Volumenstrom. Wird mehr als ein Anguss verwendet ist eine Drosselung des Volumenstroms erkennbar.

Faser-Kunststoff-Verbunde haben sich in vielen Industriebereichen als Standardwerkstoffe etabliert. Dabei bilden sie aufgrund guter gewichtsspezifischer mechanischer Eigenschaften, eine ernstzunehmende Alternative zu klassischen Werkstoffen wie Metallen. Obwohl Faserverbunde mit duroplastischer Matrix lange Zeit den größten Marktanteil hatten, gewinnen Thermoplastverbunde immer mehr an Bedeutung. Diese können erwärmt und mittels Tiefziehverfahren umgeformt werden, was die Herstellung komplexer Bauteile ermöglicht. Die vorliegende Bachelorarbeit setzt sich mit der Prozessoptimierung zur Direktextrusion auseinander. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung vollständig imprägnierter, endlos faserverstärkter Thermoplasthalbzeuge (Organobleche). Im Rahmen der Arbeit wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt. Dabei werden verschiedene Arten von FKV, Herstellungsverfahren sowie Einflussparameter auf den Prozess und die Imprägnierung dargestellt. Es werden Vorversuche zur Herstellung einlagiger Organobleche durchgeführt. Auf Basis von Literatur und Vorversuchen wird ein Versuchsplan erstellt, um die wichtigsten Parametereinflüsse zu untersuchen. Die hergestellten Organobleche werden auf Faservolumenanteil, Porenvolumenanteil und Faserverschiebung untersucht. Die Ergebnisse der einzelnen Zustände werden ausgewertet, diskutiert und verglichen. Mit Hilfe einer Auswertungssoftware werden die Parameter im Hinblick auf Effekt und Einflussmaß untersucht, um einen physikalischen Zusammenhang aufzustellen. Abschließend wird ein Prozesspunkt ausgewählt und überprüft, ob sich das Modell auf einen mehrlagigen Prozess gleicher Werkstoffpaarung übertragen lässt.

Beim Prozess des Spritzgießens geht der Trend in Richtung immer kürzerer Zykluszeiten. Dies betrifft auch die Zeiten, in denen ein fertiges Formteil aus der Spritzgussmaschine entnommen wird. Im Labor des KTI werden momentan die Spritzgussteile lediglich in einen Auffangbehälter fallen gelassen. Um ein dadurch mögliches Beschädigen der Formteile zu vermeiden, soll ein Roboter inklusive Greifer an der Spritzgussmaschine angebracht werden, der das fertige Teil entnimmt und in Bezug auf eine anschließende Qualitätskontrollstrecke präzise in verschiedenen Lagen positioniert. Dieser sollte dem Trend der kurzen Zykluszeiten folgen, um Totzeiten aufgrund einer Verzögerung des Entnahmeprozesses zu vermeiden. Im Rahmen dieser Arbeit soll deshalb ein Robotergreifer aus Faserverbundkunststoff in Leichtbauweise entwickelt und konstruiert werden. Die Ausschöpfung von Leichtbaupotentialen ist daher von Vorteil, da eine Gewichtsreduktion des Greifers insgesamt zu einer Reduktion der bewegten Masse führt und somit zu einer möglichen Verbesserung der Greifdynamik. Der Entnahmegreifer wird dabei mittels entwicklungsmethodischer Ansätze wie beispielsweise dem Entwurf verschiedener Technischer Prinzipe entwickelt und anschließenden in einer Konstruktion umgesetzt. Zudem werden verschiedene mögliche Faserverbund-Materialien miteinander verglichen und eine Verformungs- und Spannungsanalyse durchgeführt, um eine bestmögliche Auswahl bezogen auf Gewicht und Festigkeiten zu treffen. Des Weiteren wird die benötigte Griffkraft für verschiedene Handhabungsrichtungen und Gewichte der Formteile berechnet. Eine Fertigung und abschließender Test des Greifers sind aufgrund technischer Probleme des vorhandenen Roboters nicht möglich und werden durch eine theoretische Betrachtungsweise ersetzt. Die Erkenntnisse werden mit herkömmlichen Greifern verglichen und eine Aussage darüber getroffen, inwieweit die Massereduktion tatsächlich einen Vorteil bringen könnte.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt das thermische Fügen geschäfteter, thermoplastischer Faserverbundstrukturen unter Anwendung der Infrarottechnologie und zeigt eine systematische Vorgehensweise zur Verfahrensentwicklung auf. Die Konstruktion und Validierung eines Prüfaufbaus sowie die Fertigung der geschäfteten Probekörper bilden die Basis für nachfolgende experimentelle Untersuchungen. Aus den Resultaten erster Vorversuche wird ein Versuchsplan zur Eingrenzung des Prozessfensters sowie zur Auswahl einer optimalen Werkstoffkombination abgeleitet. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse fließen in eine Regressionsanalyse ein mit dem Ziel, die Wirkzusammenhänge zwischen wesentlichen Prozessparametern und ausgewählten Zielgrößen numerisch darzulegen. Den Abschluss der Arbeit bildet die Überführung der ermittelten Beziehungen in einen physikalischen Kontext. Es konnte gezeigt werden, dass das Verfahren eine Vielzahl an indirekten Faktoren bereithält, die die Qualität der Fügeverbindung massiv beeinflussen. Die Versuchsergebnisse weisen einen großen Streubereich und damit keine Reproduzierbarkeit auf, sodass die Anwendung des gebildeten mathematischen Modells auf zukünftige Untersuchungen zur Prozessoptimierung beschränkt ist.

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.

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.

Die steigende Bedeutung des Leichtbaus in der Automobilindustrie bedingt, dass Bauteile aus konventionellen, metallischen Konstruktionswerkstoffen vermehrt durch leichtere Bauteile aus Faserkunststoffverbunden, wie beispielsweise Organoblechen, ersetzt werden. Bei Organoblechen handelt es sich um flächige, endlosfaserverstärkte Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix, die sich im Thermoformverfahren zu dreidimensionalen, schalenförmigen Bauteilen umformen lassen. Die anisotropen mechanischen Eigenschaften und das komplexe Umformverhalten des Verbundes verlangen nach einem speziell auf sie abgestimmten Vorgehen bei der Auslegung und Dimensionierung der Bauteile. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Masterarbeit eine Konstruktionsmethodik entwickelt, mit deren Hilfe bestehende Blechbauteile in Organoblech-Bauteile überführt werden können. Die neuen Bauteile sollen auf den bisher verwendeten Umformpressen hergestellt werden können. In einer Literaturrecherche werden zunächst die Umformmechanismen endlosfaserverstärkter Kunststoffe behandelt und bestehende Konstruktions- und Gestaltungsmethoden technischer Produkte analysiert. Der Prozessablauf des Thermoformens und der Aufbau der verwendeten Umformwerkzeuge werden präsentiert. Zum Vergleich werden Grundlagen des Tiefziehens metallischer Bleche vorgestellt. Anhand von Umformversuchen ausgewählter Geometrien erfolgt die Beschreibung des Drapierungsverhaltens eines mehrlagigen, gewebeverstärkten Organoblechs. Die in den Versuchen gewonnenen Erkenntnisse fließen in die entwickelte Methodik ein. Zusätzlich werden Versuche zur Funktionalisierung der Bauteile unternommen, bei denen das im Organoblech vorhandene Matrixmaterial zur Formung von Rippen und Schraubdomen genutzt wird. Abschließend wird die erstellte Methodik zur Gestaltung eines Probekörpers komplexer Geometrie verwendet und das für seine Herstellung benötigte Thermoformwerkzeug wird entwickelt.

Der Erhalt der Faserlänge ist bei der Verarbeitung faserverstärkter Polymere auf Schneckenmaschinen von großer Bedeutung, da die resultierende Faserlänge im Formteil einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften besitzt. Während der Faserlängenabbau von glasfaserverstärkten Kunststoffen bereits umfassend in der Literatur dokumentiert ist, existieren bisher nur begrenzt veröffentlichte Untersuchungsergebnisse zum Einfluss der Herstellungsbedingungen auf die Längendegradation von langkohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten. Im Rahmen dieser Arbeit werden die zentralen Prozessparameter bis zum Austritt der Schmelze aus der Düse identifiziert und analysiert. Zudem wird die mechanische Beschädigung des unaufgeschmolzenen Granulats beim Passieren der Einfüllöffnung und während der Feststoffförderung untersucht. Der Einfluss der Schneckengeometrie auf die Faserlängendegradation wird bei drei unterschiedlichen Schnecken näher betrachtet. Die Erkenntnisse werden in ein mathematisches Modell überführt, welches basierend auf den zentralen Einflussgrößen eine Vorhersage der resultierenden mittleren Faserlänge am Düsenausgang ermöglicht.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von Montagehilfsmitteln mit Oberflächenkontakt, welche im Montageprozess der Daimler AG zum Einsatz kommen. Diese, aus Polyoxymethylen (POM) gefertigten Hilfen, verursachen regelmäßig Beschädigungen an den lackierten Oberflächen der Fahrzeuge. Die Folgen daraus sind aufwändige Nacharbeiten, welche mit zusätzlichen Kosten verbunden sind. Zudem ist die spanende Fertigung der Montagehilfen aus POM kostenintensiv. Ausgehende von dieser Problematik wird deshalb im Rahmen der Arbeit ein Alternativmaterial für POM gesucht, welches als Fertigungsmaterial für Montagehilfen herangezogen werden kann. Hierdurch sollen durch Montagehilfen hervorgerufene Oberflächenbeschädigungen an Fahrzeugen vermieden und Kosten bei der Herstellung der Hilfen gesenkt werden.

Das Abkühlverhalten von Formteilen im Spritzgießverfahren beeinflusst maßgeblich deren physikalische Struktur und somit auch die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Daher ist es von großem Interesse genaue Kenntnis über das Abkühlverhalten zu erlangen, um mittels zielführend eingestellten Prozessparametern die Zielvorgaben mechanischer Eigenschaften einzuhalten und erweitern zu können. Das Ziel dieser Arbeit war es, durch den Einsatz der Infrarot-Thermografie Grundlagen für eine Korrelation der Temperaturverteilung der noch heißen Formteile mit deren Morphologie und Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu schaffen. Dieser Sachverhalt wurde an einem High-Density-Polyethylen dargestellt. Anhand einer Literaturrecherche wurden das Verhalten von Thermoplasten beim Abkühlen aus der Schmelze und die bislang bekannten Einflussgrößen auf die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften herausgearbeitet. Nach der Bewertung und Auswahl konkreter Einflussfaktoren erfolgte eine statistische Versuchsdurchführung, deren erfasste Zusammenhänge beurteilt und diskutiert wurden. Die dabei gewonnenen Daten wurden anhand einer Regressionsanalyse in ein mathematisches Modell überführt. Mit diesem Modell ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften quantitativ auf Basis der Temperaturinformationen über den Abkühlvorgang vorherzusagen.

Der Einsatz von Faserverbund-Werkstoffen in Rotorscheiben stellt einen Ansatz zur Reduzierung bewegter Massen in Axialflussmaschinen dar. In dieser Arbeit werden Konzepte zur gewichtsoptimierten Krafteinleitung aus der Faserverbund-Rotorscheibe in die Motorwelle aus Metall als Hybridverbund erarbeitet. Dabei werden ausgehend von der Untersuchung der Haftungsmechanismen über Scherversuche die Eigenschaften der stoffschlüssigen Verbindung beider Komponenten akquiriert, die in den Vergleich mit kraft- und formschlüssigen Konzepten mit einfließen. Es wird eine Berechnungsmethode entwickelt, mit der sich Hybridbaugruppen in ANSYS Workbench modellieren und hinsichtlich des Verbundversagens untersuchen lassen. Es werden Gestaltungsrichtlinien formuliert und Festlegungen für den Lagenaufbau getroffen.

Die mechanischen Eigenschaften von gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffen werden durch die Ondulation der Verstärkungsfasern beeinflusst. Darüber hinaus beeinflusst die Umgebungstemperatur die mechanischen Eigenschaften der gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffe. Um den Einfluss der Ondulation und variierender Umgebungstemperaturen zu quantifizieren wurde in dieser Arbeit ein Berechnungsablauf entwickelt. Der Berechnungsablauf ermöglicht die Berechnung der Steifigkeiten und der Festigkeiten von gewebeverstärkten Faserverbundkunststoffen in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur, auf Basis der klassischen Laminattheorie. Im Berechnungsablauf werden der mittlere Ondulationswinkel und die thermischen Eigenspannungen als Funktion der Temperatur berücksichtigt. Grundlage der Berechnungen der thermischen Eigenspannungen und der temperaturbedingten Ondulationswinkeländerungen ist ein in dieser Arbeit entwickeltes analytisches Modell, welches die Gewebestruktur und die Temperaturabhängigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kunststoffmatrix berücksichtigt. Für die Berechnungen in dieser Arbeit wurden drei mögliche Definitionen des mittleren Ondulationswinkels verwendet. Zur Validierung der Theorie und zur Ermittlung der mittleren Ondulationswinkel, welche sich am besten für die Berechnung der Steifigkeit und der Festigkeit eignen, wurden Zugversuche bei variierender Temperatur mit verschiedenen Verbunden durchgeführt.

Die Länge der Fasern in faserverstärkten Kunststoffen hat einen signifikanten Einfluss auf deren mechanische Eigenschaften. Die Herstellung solcher Compounds kann neben Doppelschnecken-extrudern auch in Innenmischern erfolgen. Das Verhalten von Fasern in Innenmischern ist bislang allerdings kaum erforscht. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Miniaturinnenmischer entworfen. Die Skalierung erfolgt in Anlehnung an einen vorhandenen Innenmischer. Besonderheiten für die Verarbeitung von Kohlefasern werden berücksichtigt. Der Miniaturinnenmischer besitzt eine durchsichtige Mischkammer zur Beobachtung der internen Prozesse. An dem fertigen Aufbau werden Versuchsreihen mit Kohlefasern in Glycerin durchgeführt. Die Einflüsse von volumetrischem Faseranteil, Drehzahl und Mischdauer auf die resultierenden Faserlängen und die Durchmischung werden experimentell untersucht. Erste Modellansätze werden dargelegt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit analysiert.

In der vorliegenden Master-Arbeit wurden Prozesseinflüsse der Kühlstrecke auf die Temperaturführung und die Absorption von Wasser bei der Polyamid-Compoundierung untersucht. In einer ausführlichen Literaturrecherche über die Struktur der Polyamide, das Kühlen von Extrudaten und den Mechanismus der Wasserabsorption werden Methoden zur Messung der Kristallinität und des relativen Wassergehaltes vorgestellt. Nach einer Analyse der Kühlstrecke, der in ihr wirkendem Wärmeüber-tragumgsmechanismen und der Wasserabsorption wird ein FEM-Modell generiert, welches den Temperaturverlauf des Extrudates beschreibt. Nach diesen Voruntersuchungen werden zwei Ansätze formuliert. Mittels DoE-Methode (Design of Experiments) führen diese zu unterschiedlichen Versuchskonzeptionen und -Durchführungen. In einer ersten Versuchsreihe wird die Kühlrate verändert und deren Effekt auf die Kristallinität und die Wasseraufnahme untersucht. In der zweiten Versuchsreihe wird der Effekt der Granulattemperatur auf die Wasserabsorption aus der Umgebungsluft analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse führen zu konstruktiven Maßnahmen zur Reduktion der Wasseraufnahme der Extrudate, sowie zu einer optimierten Temperaturführung innerhalb des Kühlprozesses

Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die wirkenden Haftungsmechanismen innerhalb der Grenzschicht von thermoplastischen Sandwichverbunden. Der Fokus liegt auf einer Kombination aus einem Wabenkern aus Polypropylen (PP) und endlosfaserverstärkten Deckschichten aus Glasfasern und PP. Die Verschweißung beider Komponenten ermöglicht die Herstellung von Probekörpern für optische und mechanische Untersuchungen. Durch den 4-Punkt-Biegeversuch und den Trommelschälversuch werden sowohl die Grenzschicht als auch die mechanischen Eigenschaften der Kernverbunde analysiert. Die Nutzung der statistischen Versuchsplanung ermöglicht die Trennung der Effekte und eine Auswertung in Faktordiagrammen. Als Ergebnis entsteht ein quantitatives Modell, welches die Auswirkungen der Verfahrensparameter auf die vorliegenden Haftungsmechanismen beschreibt.

Mit Hilfe von numerischen Strömungsberechnungen (Computational Fluid Dynamics) können Aufschmelzvorgänge, die bis heute nur teilweise experimentell nachvollzogen werden können, dargestellt werden. Am Beispiel der Plastifizierung von thermoplastischen Kunststoffen im Einschneckenextruder soll ein numerisches Aufschmelzmodell mit Ansys Polyflow erstellt werden. Ziel soll es sein, anhand dieses Modells genaue Untersuchungen des Aufschmelzvorganges zu ermöglichen. Nach einer Analyse bestehender analytischer und numerischer Aufschmelzmodelle erfolgt die Konzeption eines Aufschmelzmodells in Ansys Polyflow. In dieser werden die benötigten Geometrie-, Prozess- und Materialparameter genau analysiert und hinsichtlich der Auswirkungen von vereinfachten Annahmen diskutiert. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die Abbildung der Materialdaten sowie des Feststoffbettes, in Form eines hochviskosen Fluids für die numerische Strömungssimulation, gelegt. Anschließend erfolgt die schrittweise Implementierung in Ansys Polyflow sowie die Diskussion der Ergebnisse und auftretender Problemstellungen.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Regelung für die Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils im RTM-Verfahren. Dadurch sollen sich minimale Porenanteile im gesamten Faserverbund umsetzen lassen. Dafür wird zuerst die Entstehung von Fehlstellen während der Injektion präzisiert. Anschließend werden die Parameter, die dieses Verhalten verursachen, analysiert und in ein Konzept zur Regelung überführt. Es wird ein Versuchsaufbau zur Regelung des RTM-Prozesses entworfen und das Modell in diesem Versuchsaufbau implementiert. Der Versuchsaufbau umfasst die Konstruktion des RTM-Werkzeugs, die Umsetzung von geeigneter Sensorik und die Programmierung der Regelung. Anschließend werden Probekörper mit dem geregelten RTM-Verfahren hergestellt und mit denen des herkömmlichen Verfahrens verglichen, um die Effizienz dieser Strategie aufzuzeigen. Dafür werden der Porenvolumengehalt und optisch-mikroskopische Analysen der Faserkunststoffverbundbauteile für den Vergleich herangezogen.

Diese Bachelorarbeit untersucht die Eignung von biobasierten Werkstoffen zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten (ELFT), welche als Decklagen bei Sandwichverbunden eingesetzt werden. Es werden verschiedene biobasierte Kunststoffe und Naturfasern, anhand ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie ihrer Verarbeitbarkeit, miteinander verglichen und geeignete ausgewählt. Anhand eines ausgearbeiteten Versuchsplans werden mittels Direktextrusion ELFT-Decklagen hergestellt und aus diesen Proben entnommen. Durch Zugversuche werden Zugfestigkeit und E-Modul der verschiedenen Proben gemessen, die gewonnenen Daten statistisch ausgewertet und als Faktordiagramme dargestellt. Die ermittelten Regressionsgleichungen werden zur Erstellung von Vorhersagemodellen benutzt. Eine optische Untersuchung ermöglicht die Berechnung des Faservolumengehaltes. Durch die Analyse mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops werden Aussagen über die Qualität der Proben getroffen.

Das steigende Umweltbewusstsein der Bevölkerung führt zu erhöhter Nachfrage und Verwendung nachhaltiger Rohstoffe im Bereich der Kunststoffindustrie. Diesem Trend folgend werden im Rahmen dieser Arbeit Holzlangspäne zur Verstärkung duroplastischer Kunststoffe eingesetzt. Zur qualitativ hochwertigen und zugleich effizienten Herstellung derartig verstärkter Kunststoffe mittels Resin Transfer Moulding Verfahren werden signifikante Prozessparameter (Vorkompression, Injektionsdruck, Faservolumengehalt) untersucht sowie das Fließverhalten verwendeter Harzsysteme modelliert. Nach Validierung des entwickelten Modells werden Rückschlüsse auf Porenentstehung während der Herstellung gezogen sowie mechanische Eigenschaften hergestellter Probekörper mit gemessenen Porenvolumenanteilen korreliert.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines auf maschineninterner Kompressionsmessung basierenden Reglungskonzepts, um die Gewichts- und Volumenkonstanz beim Spritzgießen von Thermoplasten zu verbessern. Dazu wird ein vorliegendes Regelungskonzept auf dessen Sensitivität gegenüber der wirkenden Störeinflüssen zur präventiven Ausschussvermeidung analysiert. Die Prozessstörung wird hierbei durch die gezielte Variation der Schmelzeviskosität und -kompressibilität des verwendeten Polypropylens erreicht. Neben der Funktionsüberprüfung der vorhandenen Regelung wird der Informationsgehalt der Kompressionsmessung untersucht und mit bewehrten Prozesskennzahlen verglichen. Die Erkenntnis aus der Versuchsdurchführung wird an-schließend dazu verwendet das bestehende Regelungskonzept zu optimieren, indem das Füllvolumen basierend auf der gemessenen Schmelzekompressibilität in Kombination des vorherrschenden Einspritzdrucks geregelt wird.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Schwingungsanregung von Kunststoffschmelzen mit Piezoaktoren. In der Literaturrecherche werden Studien verglichen und Thesen der Schmelze-Schwingungsanregung formuliert. Vorversuche werden durchgeführt und der Messstand analysiert. In einem statistischen Versuchsplan werden die Einflüsse von Frequenz (0 Hz bis 10 Hz), Verweilzeit (3 s bis 16 s), Temperatur (180 ˚C bis 210 ˚C) und Amplitude (300 V bis 1000 V) untersucht. Frequenz und Verweilzeit sind signifikant. Bei 2 Hz und 16 s wird für Polypropylen (Borealis BC612WG) ein Viskositätsabfall von 25 % bestimmt. Aus den Ergebnissen des Hauptversuchsplanes werden Regressionsgeraden für die Abschätzung der Viskositätsreduktion erstellt. Es wird ein erweiterter Versuchsplan angegeben, mit dem die Abschätzungsgleichungen optimiert werden können. Die Arbeit endet mit einem Ausblick auf mögliche Anwendungsfelder der Schmelze-Schwingungsanregung.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung verschiedener Hochdruckpolyethylentypen (LDPE-Typen), die in Reaktoren unterschiedlichen Durchmessers polymerisiert werden. Dazu werden verschiedene LDPE-Blasfolientypen ausgewählt, die sich im Molekulargewicht und der Dichte unterscheiden. Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss des Reaktordurchmessers auf die molekulare Struktur zu charakterisieren und die Auswirkungen dieser auf optische und mechanische Eigenschaften von Blasfolien zu ermitteln. Dazu wird die Polymerstruktur mit unterschiedlichen Analyse-Methoden wie der Gelpermeationschromatographie mit anschließender Lichtstreuung und verschiedener rheologischer Verfahren charakterisiert. Weiterhin wird untersucht, wie verschiedene Prozessbedingungen einer Blasfolienanlage (Frostlinienhöhe, Durchsatz und Kühlringart) die Folieneigenschaften beeinflussen, um sowohl den Einfluss der molekularen Struktur als auch der Verarbeitungsbedingungen zu bestimmen und zu vergleichen. Der Einfluss des Reaktordurchmessers auf die Struktur der untersuchten LDPE-Folientypen konnte gezeigt und eine klare Korrelation zu den optischen und mechanischen Eigenschaften der Blasfolien hergestellt werden.

Im Rahmen vorliegender Bachelorarbeit wird eine Theorie über wirkende Haftmechanismen bei Verbindung von Kohlenstofffasern mit aufgeschäumtem Polyethylenterephthalat durch ein Epoxidharzsystem entwickelt. Mithilfe von Resin-Transfer-Moulding- sowie Vakuuminjektions-Verfahren werden unter Variation der Kernmaterialdichte plattenförmige Sandwichverbunde hergestellt und daraus entnommene Probekörper messtechnisch untersucht. Der stoffschlüssige Haftmechanismus wird durch Kontaktwinkelmessungen am Kernmaterial charakterisiert. Der formschlüssige Haftmechanismus wird durch chemisches Auflösen des Kernmaterials hergestellter Probekörper mittels Natronlauge und anschließender bildtechnischer Untersuchung ausgebildeter Grenzschichten charakterisiert. Gewonnene Ergebnisse werden interpretiert und Empfehlungen zur Auswahl der Schaumdichte sowie des Verarbeitungsprozesses mit Zielgröße höchstmöglicher Verbundfestigkeit abgeleitet.

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.

Im Einschneckenextruder finden Schneckenelemente zur Förderung und Homogenisierung der Kunststoffschmelze häufig Anwendung. Ziel dieser Arbeit ist die numerische Auslegung eines förderwirksamen Schneckenelementes zur besseren Abkühlung und Homogenisierung der Schmelze. Im Fokus der Arbeiten steht dabei zunächst die qualitative Untersuchung der vorliegenden Schneckenelemente. Nach der Analysephase werden die zu untersuchenden Schneckenelementgeometrien und Betriebsparameter definiert. Mithilfe des Programmes ANSYS-Polyflow wird der Druck- und Temperaturverlauf bei verschiedenen Schneckenelementen berechnet. Die Simulationsergebnisse dieser Schneckenelemente werden analysiert und nach den Zielgrößen und der Priorität geordnet. Die Auslegung eines kombinierten Schneckenelementes wird auf Basis der zusammengefassten Analyseergebnisse durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schmelze kann mittels dieses Schneckenelementes gut gefördert, abgekühlt und homogenisiert werden kann.

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.

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.

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wurde der Einfluss ausgewählter Materialparameter von Holzlangspänen auf die mechanischen Eigenschaften mit Matrix verpresster Hochleistungs-Holz-Kunststoff-Verbunde (HHKV) untersucht. Im Anschluss einer ausführlichen Literaturrecherche wurden Prüfverfahren zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen ausgewählt. Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden signifikante Prozessparameter identifiziert und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Holzlangspänen abgeschätzt. Mittels der DoE-Methode (Design of Experiments) und unter Berücksichtigung der drei einflussreichsten Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften, wurde ein Versuchsplan erstellt. Mit Hilfe eines statistischen Analyseprogramms wurden die Messergebnisse ausgewertet und Berechnungsformeln für mechanische Eigenschaften von Holzlangspänen erarbeitet und verifiziert.

In der heutigen Zeit gewinnt der Leichtbau im Bereich der Fahrzeugindustrie zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ihres Innovationpotenzials und ihrer mechanischen Eigenschaften gilt das vor allem für die Faserverbundkunststoffe. Ein Ziel des Einsatzes von faserverstärkten Kunststoffen ist eine Gewichtsreduzierung des Automobils, um eine Leistungserhöhung zu erreichen oder gesetzliche Grenzen für das Maximalgewicht eines Fahrzeugtyps einzuhalten. Dafür werden neuartige Karosseriekonzepte entwickelt, die eine Kombination von nicht verzichtbaren Metallkomponenten mit Faserverbundkunststoffen innerhalb der Chassis - Konstruktion ermöglichen. Die Anbindung wird mittels verschiedener Fügeverfahren realisiert. Während der Nutzungsphase der Fahrzeuge treten dynamische Belastungen auf, z.B. durch Unebenheiten der Fahrbahn. Da für diese Art von Hybridverbunden wenig bis keine Erfahrungswerte bezüglich der Langzeitfestigkeit vorliegen, soll in dieser Arbeit ein Berech-nungskonzept erstellt werden, welches eine Abschätzung dieser Festigkeit ermöglicht. Dafür werden zwei Auslegungskonzepte hinsichtlich der verwendeten Fügeverfahren für die Realisierung der Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs, vorliegend in Form von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), an die Metallstruktur ausgearbeitet. Die Grundlage bilden Literaturrecherchen über bekannte und gängige Fügeverfahren zur Verbindung ungleicher Werkstoffe und deren Berechnung, sowie Nachforschungen bezüglich Normen und Grundlagen für die Planung und Realisierung von dynamischen Schwingversuchen. Für die Langzeitfestigkeitsberechnung dienen Kennwerte aus statischen Zugversuchen, die mit den einzelnen Komponenten des Verbundes durchgeführt werden. Die zu erwartenden dynamischen Festigkeiten werden für vorab dimensionierte Proben der Auslegungskonzepte ermittelt und anschließend mit den Ergebnissen aus Schwinguntersuchungen an den Proben verglichen. Für die Schwingversuche wird ein Prüfstand ausgelegt und in der Werkstatt des Fachgebiets gefertigt. Die Aussagekraft bzw. Aussagegenauigkeit der Berechnungsmethode wird mit den experimentellen Untersuchungen an den Versuchskörpern validiert oder widerlegt. Weiterführend werden Restzugfestigkeitsversuche durchgeführt. Die Ergebnisse werden dokumentiert, analysiert und diskutiert. Im Anschluss erfolgt eine Auflistung von Verbesserungsmöglichkeiten des Prüfausbaus, der Prüfbedingungen und der Vorgehensweise sowie Vorschläge für weiterführende Untersuchungen hinsichtlich dynamischer Festigkeitsversuche.

Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit der Entwicklung eines Prüfstandes, der prozesstechnische und montagebedingte Einflussgrößen bei der automatisierten Verschraubung von Verschlusskappen quantitativ identifizieren kann. Hierfür soll das Messsystem so beschaffen sein, dass eine axiale und rotatorisch unabhängige, kraft- und drehzahlgeregelte Verschraubbewegung ausgeführt und aufgezeichnet werden kann. Der Startimpuls für die neue Konstruktion war durch die unzureichende Einstellbarkeit des alten Prüfstandes der Remy & Geiser GmbH begründet. Es war bisher nicht möglich definierte Krafteinstellungen sowie -messungen vorzunehmen. Außerdem gab es keine hinreichenden Möglichkeiten zur Einstellung von Drehzahlen und Drehmomenten. Dazu kam, dass die Reproduzierbarkeit der Verschraubungsparameter nicht zufriedenstellend war. Durch diese Ungenauigkeiten in der Messung konnte die Remy & Geiser GmbH nur beschränkt Analysen vornehmen, war somit nicht zufriedengestellt und beauftragte die Entwicklung eines neuen Prüfkonzeptes. Die erst Phase beschäftigt sich intensiv mit der Analyse der physikalischen Effekte während der Verschraubung. Hierfür wird ein Prüfplan konzipiert und umgesetzt, der die Quantifizierung der Effekte von Drehmoment, Kraft und Drehzahl auf die Verschraubungsqualität ermöglicht. Daraufhin erfolgt eine Ausarbeitung von Forderungen an ein neues Messsystem. Aus den Erkenntnissen wird ein neuer Prüfstand auf der Grundlage von Berechnungen und Messungen konstruiert, der die optimierte Messanordnung beinhaltet und steuert. Der entworfene Messstand ist ein effektives Ergebnis und kann durch weitere Abschlussarbeiten fortgesetzt werden.

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer vereinfachten Auslegungssystematik für Spritzgießmaschinen, die eine schnelle erste Konfiguration der zentralen Komponenten ermöglicht. Zunächst wird hierfür ein Überblick über die prozesstechnisch relevanten Materialeigenschaften und den Aufbau einer Spritzgießmaschine gegeben. Durch den analytischen Vergleich der derzeitigen Maschinenauslegung mit den verfahrenstechnischen Merkmalen beim Spritzgießprozess werden die Schwachstellen des aktuellen Konzeptes aufgezeigt. Darauf aufbauend werden einzelne mathematische Modelle überarbeitet und validiert und eine neue verfahrensgerechte Auslegungssystematik erstellt. Die Ermittlung der Anforderungen an die Spritzgießmaschine erfolgt dabei basierend auf den Produkteckdaten, den Abmessungen des Werkzeuges und dem Material. Mit Hilfe dieser Anforderungen erfolgt anschließend die Konfiguration der einzelnen Komponenten. Des Weiteren werden Produktkategorien gebildet, die eine eindeutige Zuordnung von Spritzteilen ermöglichen. Durch die Zugehörigkeit zu einer Produktgruppe können die Qualitätsanforderungen des Spritzteils und die Produktionsbedingungen bei der Auswahl der Maschine berücksichtigt werden.

Die zukünftigen Neuentwicklungen in der Automobilbranche zielen auf die Hybrid- oder Elektroantriebe ab. Diese Fahrzeuge zeichnen sich durch ein geräuscharmes bis lautloses Fahrverhalten aus. Zusätzlich werden die Fahrzeuginnenräume immer besser von Außengeräuschen wie beispielsweise Motor- und Windgeräusche abgeschirmt. Die Wahrscheinlichkeit, dass Störgeräusche durch den Kunden erkannt werden, steigt. Zulieferer von Interieurkomponenten sind bestrebt die Störgeräuschquellen im Entwicklungsprozess zu identifizieren und auszuschalten. Inhalt dieser Arbeit ist eine Konzeptentwicklung einer Luftführungskomponente zur Reduzierung von Störgeräuschen. Eine Analyse des Marktes am Anfang gibt einen Überblick über vorhandene Konzepte. Anschließend wird ein Prüfstand zur Ermittlung der Einflussgrößen entwickelt. Die Auswirkungen der Einflussgrößen werden in verschiedenen Versuchsreihen untersucht. Für die Messreihen werden Prüfpläne erstellt und die Versuchsreihen im betriebsähnlichen Zustand durchgeführt. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird die Konzeptentwicklung nach dem konstruktiven Entwicklungsprozess durchgeführt. Abschließend wird ein Vergleich zwischen der vorhandenen und neu entwickelten Komponente gezogen.

Folienhinterspritzen ist ein Spritzgießverfahren, bei dem eine bedruckte Folie in das Werkzeug eingelegt und mit Kunststoff hinterspritzt wird. Das Verfahren wird genutzt, um eine höherwertige Optik, eine gewünschte Haptik, ein Schutz oder Informationen in die Oberfläche von Bauteilen einzubringen. Während des Spritzgießens treten Auswaschungen auf, die zum Ausschuss der betroffenen Folie führen. Diese entstehen aufgrund der einwirkenden mechanischen und thermischen Belastung. In dieser Arbeit wird mit Hilfe von Spritzgießversuchen der Einfluss der thermischen und mechanischen Belastung, sowie der Einfluss der erstarrten Randschicht untersucht und in ein Modell übertragen. Zusätzlich werden Zugversuche zur Bestimmung des Temperatureinflusses auf die Folie, sowie Peelingversuche zur Bestimmung der Verbundfestigkeit im Bereich der Auswaschungen durchgeführt. In den Spritzgießversuchen konnten bei Variation der Schmelzetemperatur gegensätzliche Verläufe beobachtet werden. Das erstellte Modell gibt die Wandschubspannung, die Temperaturbelastung sowie die Kontaktzeit zwischen Schmelze und Folie als Haupteinflüsse auf Auswaschungen an. Ein direkter Einfluss der Randschicht konnte nicht ermittelt werden.

Faserverstärkte Kunststoffe bieten mit ihren hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten ein enormes Leichtbaupotential im Automobilbau. Daher finden diese verstärkt im Karosseriebau Anwendung. Ihre anisotropen Eigenschaften ermöglichen es, die Kunststoffe gezielt an die Bauteilanforderungen und -beanspruchungen anzupassen. Unter Ausnutzung des Leichtbaupotentials wurde im Rahmen dieser Arbeit ein FVK-Monocoque entwickelt und simuliert. Die dafür notwendigen Kenntnisse über die gängigen Werkstoffe, Verfahrensweisen und Technologien wurden durch Literaturrecherche erarbeitet. Darauf folgte eine Analyse eines bereits bestehenden Monocoque hinsichtlich dessen Leichtbaupotentials. Die Anforderungen an das neue Monocoque wurden anhand eines aktuellen Reglements und den Betriebsbedingungen erarbeitet und in einem Lastenheft aufgeführt. Auf Basis dieser Anforderungen sowie den Erkenntnissen aus der Literaturrecherche und Analyse wurden neue Konzepte für den Lagenaufbau und Krafteinleitungselemente erarbeitet und nach einer kritischen Bewertung ausgewählt. Im Vorfeld der Auslegung der Lagenaufbauten wurden die Materialeigenschaften von CFK-Laminaten nach DIN-Normen in Versuchen experimentell ermittelt. Mit diesen gewonnenen Daten sowie den in ANSYS PrePost 16.2 modellierten Versuchsaufbauten wurden Sandwichstrukturen entwickelt und simuliert. Den Abschluss der Arbeit bilden weitere Tests zur Validierung der Simulationsergebnisse.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Beeinflussung veränderlicher Einsatztemperaturen und variablem Lagenaufbau eines Hybridlaminats aus CFK und GFK. Grundlage bildet eine Anpassung der klassischen Laminattheorie mit temperaturabhängigen Ausgangsgrößen. Dies soll reellere Werte der Laminatsteifigkeit und der resultierenden Spannungen widergeben. Anhand praktischer Versuche mit Vergleichslaminaten erfolgt die Ermittlung der Ingenieurkonstanten der Proben, auf Basis von gemessenem Spannungs-Dehnungs-Verhalten. Diese Werte werden mit berechneten Größen vergli-chen. Die Lagenschichtung der Proben erfolgt in der Kombination CFK/GFK - 0/0˚, 0/90˚, 90/0˚ und 90/90˚. Dies stellt den höchstmöglichen Winkelversatz bei den Faserorientierungen in einem Laminat dar. Da aus diesen Anordnungen ermittelten Werte lassen auf weitere Kombinationen unterschiedli-cher Orientierungsvarianten der Einzelschichten in einem Hybridlaminat schließen und eine Voraussage über das Werkstoffverhalten treffen. In dieser Arbeit wird das Verhalten eines Hybridverbundes aus HT-Kohlefasern und E-Glasfasern in Kombination mit Epoxidharz untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage zur Untersuchung weiterer Werkstoffkombinationen. Ziel ist es ein Material- und Berechnungsmodell aufzustellen, das geeignet ist das Verhalten eines Hybridverbundes aus CFK und GFK in Abhängigkeit vom Lagenaufbau zu beschreiben.

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, entscheidende Einflussfaktoren beim Insert-Molding aufzuzeigen und diese gezielt zu reduzieren. Dafür wurde exemplarisch die Maßhaltigkeit eines Geometriemerkmals an Hochdruckeinspritzventilen untersucht und ausgewertet. Hierbei wurde die statistische Versuchsplanung (DoE) angewendet, um zunächst mit der Einfaktor-Methode die relevanten Einflussparameter des Prozesses herauszuarbeiten und mit Hilfe von Literaturrecheren zu hinterlegen. Mittels Taguchi-Versuchsplanung werden die Parameter optimiert, um den Spritzgießprozess robuster gegenüber Störeinflüssen zu gestalten. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zum Ende der Arbeit validiert. Durch eine gezielte Anpassung im zuvor stattfindenden Richtprozess kann das Geometriemerkmal gezielt berücksichtigt werden. Die Schlussfolgerung der Arbeit bestehen darin, dass der Spritzgießprozess bzw. die Faserorientierung maßgeblich zu den Schwankungen der Maßhaltigkeit beitragen. Durch die in den Untersuchungen gewonnen Erkenntnisse kann der Einfluss des Umspritzens gezielt kompensiert werden und die angestrebte Minimieren der Streuung wird erreicht. Zuletzt werden Vorschläge für Prozessanpassungen der Folgegenerationen der Hochdruckeinspritzventile gegeben.

In dieser Arbeit wurden mittels Versuchen auf den Spritzgießmaschinen KM80-380CX und KM750-180 CX V/160 der Firma KraussMaffei die Antriebsanforderungen von Schneckenantrieben für Spritzgießmaschinen ermittelt. Dazu wurden Drehmomentmessungen und Leistungsmessungen auf den Spritzeinheiten durchgeführt und ausgewertet und die Auswirkungen prozessbeeinflussender Größen auf diese untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war die Erstellung von Betriebsszenarien, aus welchen sich die Antriebsanforderungen entnehmen lassen. Die ermittelten Schneckenantriebsmomente dienten dabei als Basis der Betriebsszenarien. Für die Erstellung der Betriebsszenarien wurde davon ausgegangen, dass der Antrieb für eine Spritzgießmaschine, auf der ein Bauteil in Dauerproduktion hergestellt wird, optimiert werden soll. Des Weiteren werden die Antriebsanforderungen durch Anwendung von Skalierungsregeln auf verschiedene Schneckendurchmesser übertragen und Hinweise für die Anwendung der Betriebsszenarien gegeben.

Die Bildung von Slums, beispielsweise bedingt durch Urbanisierung, stellt viele, überwiegend arme Länder vor große Probleme. Hinzu kommen Umweltkatastrophen und Kriege. Polymerbeton könnte eine kostengünstige und vor allem schnelle Lösung sein, um kurzfristige oder langfristige Unterkünfte zu errichten. Das Modulare Aufbau System der Firma PolyCare ermöglicht es, ohne technische Hilfsmittel oder besondere Vorkenntnisse, Bausteine herzustellen und diese zu Häusern zusammenzustecken. Die so errichteten Häuser können bei Bedarf auseinander genommen und an anderen Stelle aufgebaut werden. Als Füllstoff ist Sand verwendbar, welcher in den Zielländern oftmals in großen Mengen vorhanden ist, was dieses System zusätzlich attraktiv macht. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Ansatz zu finden, um das Aushärteverhalten, die Fließeigenschaften und den Einfluss des Sandes auf das Harzsystem zu bestimmen. Weiterhin werden die Kurvenverläufe mittels Weibullfunktion angeglichen. Die ermittelten Parameter der Weibullfunktion ermöglichen es dem späteren Anwender, die passende Kombination aus Beschleuniger und Härter für seine Anwendung zu bestimmen. Mithilfe dieser Erkenntnisse, sollen die Prozessbedingungen verbessert und die Prozesszeit verringert werden.

Die Industrie stellt immer höhere Ansprüche an Fahrzeuge und Maschinen. Seit mehreren Jahren liegt ein besonderer Fokus auf Leistungssteigerung und Energieeinsparung. Diese Anforderungen können durch Einsatz der Leichtbauweise bei Maschinen und Fahrzeugen umgesetzt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen Maschinen und Fahrzeuge besser gestaltet werden können. Es stellt sich heraus, dass einzelne fallbezogene Konzepte nicht zielführend sind. Es wird eine allgemeine, branchenübergreifende und von der Anwenderexpertise unabhängige Bewertungsmethodik für den FVK-Leichtbau entwickelt. Das Konzept zur Ermittlung des Leichtbaupotentials basiert auf einer überschläglichen Ermittlung der maximal möglichen Gewichtsreduzierung und einer anschließenden Berücksichtigung mindernder Einflüsse. Das Ergebnis ist eine Übersicht aller Bauteile und dem dazugehörigen Leichtbaupotential. Das Konzept wird in einer eigenständigen Software umgesetzt. Zusätzlich werden in dem Programm Tipps zum Fertigungsverfahren und zur Auslegung gegeben. Zur Überprüfung der Anwenderunabhängigkeit werden mit dem Programm und mehreren Bauteilen Probandentests durchgeführt. Es zeigt sich, dass alle Versuchspersonen ein ähnliches Ergebnis erhalten. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit diskutiert und mögliche Weiterentwicklungen aufgezeigt.

Faserverstärkte Kunststoffe zeichnen sich durch hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit aus. In der Fahrzeugtechnik steigen die Anforderungen an den Leichtbau stetig, weshalb Faserver-bunde immer häufiger Anwendung finden. Ein neuentwickeltes Reisemobil wird mit einer Karosserie aus glasfaserverstärktem Kunststoff versehen, um eine zulässige Gesamtmasse von 3,5 t nicht zu überschreiten. Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Anbindungskonzepts für einen Gurtbock an die Karosserie aus glasfaserverstärkten Kunststoff. Der Stand der Technik zu Krafteinleitungselementen für faserverstärkte Kunststoffe wird erarbeitet, auf deren Basis in einem konstruktiven Entwicklungsprozess vier Varianten ausgewählt und anhand von Berechnungsmodellen konstruktiv ausgelegt werden. Im Entwicklungsprozess werden diese mit einem bestehenden Konzept hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Kriterien verglichen und zwei Varianten ausgewählt. Prüfversuche stellen die Grundlage zur Überprüfung der mechanischen Sicherheit dar. Die ermittelten Werte werden auf Simulationen übertragen, die zur Abschätzung der Konzepteigenschaften dienen. Die Tragfähigkeit der Konzepte erfolgt anhand der erarbeiteten Daten und es werden Verbesserungsmöglichkeiten und weitere Schritte aufgezeigt. Eine Vorgehensweise zur Verbesserung bestehender Berechnungsverfahren, wie der klassischen Laminattheorie, sowie eine allgemeine Herangehensweise an die Entwicklung von Anbindungskonzepten an Faserverbundstrukturen werden vorgeschlagen.

Die vor allem in der Automobilindustrie stetig steigenden Anforderungen, hervorgerufen durch immer strengere Umwelt- und Sicherheitsrichtlinien der Fahrzeuge, führen zu der Notwendigkeit von konsequentem Leichtbau und der Entwicklung innovativer Materialien und Produkte. Endlosfaserverstärkte Kunststoffe nehmen dabei aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften einen immer größer werdenden Stellenwert ein. Ein besonderes Augenmerk wird in den letzten Jahren auf endlosfaserverstärkte Thermoplaste (Organobleche) gelegt, die für die Industrie vor allem aufgrund der Möglichkeit einer Formgebung im Thermoformprozess und der daraus resultierenden Großserientauglichkeit interessant sind. Aufgrund des komplexen Umformverhaltens bestehen allerdings immer noch Defizite in der Prozessbeherrschung. Ziel dieser Bachelorarbeit soll es deshalb sein die Umformung mehrlagiger Organobleche experimentell zu untersuchen und zu beschreiben. Nach einer Betrachtung verschiedener Herstellung, Umformprozesse und Aufheizverfahren im Stand der Technik wird eine Analyse der auftretenden Umformmechanismen und ihren Einflussgrößen, sowie der möglichen Umformfehler vorgenommen. Anschließend erfolgt eine Konzeption zur Durchführung experimenteller Umformversuche einer 2 dimensionalen Geometrie anhand derer auftretende Effekte untersucht werden können. Die Durchführung der Umformversuche erfolgt mit verschiedenen Prozess- und Materialparametern, die nachfolgend auf ihren Einfluss hinsichtlich der Umformmechanismen und Umformfehler, sowie der sich nach der Umformung einstellenden mechanischen Eigenschaften, Bauteilgeometrie und Beschaffenheit untersucht und interpretiert werden. Aus den Erkenntnissen der bis dahin durchgeführten Umformversuche wird ein Umformwerkzeug konstruiert anhand dessen weitere notwendige Untersuchungen von Prozess- und Geometrieparametern empfohlen werden.

Die Arbeit befasst sich mit der Füllstoffverteilung bei der Einarbeitung von Basaltfasern in Polypropylen und den resultierenden Auswirkungen auf die Bauteilqualität. Prozessparameter, die die Faserlänge und die Faserverteilung beeinflussen, werden identifiziert und analysiert. Anhand von Versuchen werden prozessparameterabhängige Modelle entwickelt, welche auf physikalische Größen abgeleitet werden sollen. Die Beurteilung der Bauteilqualität erfolgt über die mechanischen Kenngrößen E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit. Für diese Kenngrößen werden Modelle zur Vorabschätzung der erreichbaren Eigenschaften in Abhängigkeit von Faserlänge und Faservolumengehalt ermittelt. Abschließend wird für das E-Modul ein Vergleich zu existierenden Modellen angestellt.

Zierelemente bzw. Bauteile im Automobilinterieur mit einer Hochglanzsichtkarbonoberfläche stellen für den Hersteller in Bezug auf den Fahrzeugnutzungszyklus eine besondere Herausforderung dar. Wechselnden klimatischen Bedingungen ausgesetzt, mit Temperaturschwankungen von -30˚C bis 80˚C und schwankender Luftfeuchte von 30% bis 80%, weisen die Bauteile eine karbongewebestrukturfolgende Oberflächenwelligkeit und einen Verzug auf. Ziel der Arbeit ist, die Ermittlung der Entstehungsmechanismen für die Oberflächenwelligkeit und den Verzug sowie die Identifizierung von Qualitätsverbesserungsmöglichkeiten im Serienfertigungsprozess. Zur Ermittlung der Entstehungsmechanismen erfolgen eine Betrachtung des Serienfertigungsprozesses und eine theoretische Analyse des Schichtaufbaus. Der Schichtaufbau des Zierteils umfasst eine Polyurethan-, eine Karbonfasergewebe-Polyurethan, eine Vlies- und eine glasfaserverstärkte Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrolträger-Schicht. Im Folgenden werden unter Einbezug der Materialeigenschaften der Einzelschichten und den Klimabedingungen Thesen zu den möglichen Entstehungsmechanismen erstellt. Anschließend werden durch einen Vorversuch und thermische Untersuchungen die Entstehungsmechanismen eingegrenzt. Zusammenfassend können die Entstehungsmechanismen auf eine Relaxation von Schichtspannungen und auf eine Volumenänderung des Polyurethans zurückgeführt werden. Der Versuch der Qualitätsbeeinflussung durch Parametervariation in der Serienfertigung führt zu dem Ergebnis, dass die klimabedingte Oberflächenwelligkeit durch einen geeigneten Temperprozess um 26% gesenkt werden kann. Eine Beeinflussung des klimabedingten Verzugs ist durch die gewählte Parametervariation nicht eindeutig nachweisbar.

In dieser Arbeit werden Modelle für die Bestimmung des Verschleißzustandes von Komponenten einer Spritzgießmaschine entwickelt. Zunächst wird ein Überblick über die Funktionsweise und den Aufbau einer Spritzgießmaschine gegeben. Anschließend werden tribologische Systeme einer Spritzeinheit und in der Hydraulik betrachtet. Es werden Instandhaltungsstrategien und technische Umsetzungen einer Zustandsüberwachung dargestellt. Danach werden fünf Hauptverschleißkomponenten einer vollhydraulischen Spritzgießmaschine bestimmt. Das Verschleißverhalten und dessen Auswirkung auf die Maschinenfunktionen werden fürdiese Komponenten nachvollzogen. Für drei der Hauptverschleißkomponenten wird jeweils ein Modell, welches den Verschleißzustand erfasst, entwickelt. Zunächst wird eine geeignete Prüfmethode oder Messmöglichkeit ausgewählt.Daran anschließend wird die Umsetzung der Modelle an einer Spritzgießmaschine aufgezeigt und ein Überblick über mögliche Einflussgrößen auf das Modell gegeben. Für die Messwerterfassung wird keine zusätzliche Hardware an der Maschine benötigt. Es werden Rahmenbedingungen für die Anwendung der Modelle für die Zustandsbestimmung dargestellt. Die Modelle werden anhand von synthetischen Tests und Vergleichsversuchen validiert.

In der vorliegenden Masterarbeit wird die Integration holographischer Folien in KFZ-Rückleuchten betrachtet. Dabei werden zwei Verfahren, das Folienhinterspritzen und das Ultraschallschweißen, untersucht. Vor dem Einsatz der Verfahren werden die Folien nach Spezifikationen der Automobilindustrie auf ihre Funktionstauglichkeit getestet. Danach gilt es Konzepte zur Integration der Folie zu entwickeln und umzusetzen. Dabei wird zuerst die Verbundfestigkeit überprüft und deren Einflussparameter ermittelt. Auf Basis der Ergebnisse werden ausgewählte Kombinationen weitergeführt. Die nachfolgenden Versuche beschäftigen sich beim Hinterspritzen mit der Auswaschung. Diesbezüglich werden vorher Wirkmechanismen und Einflussgrößen identifiziert, deren Einfluss anhand von Versuchen erörtert wird. Hinsichtlich des Ultraschallschweißens muss die Welligkeit der Folien nach dem Fügen optimiert werden. Nach der Herstellung von Proben, die die vorgegebenen Toleranzgrenzen zur Beständigkeit des Hologramms nicht überschreiten, sind Bewitterungsprüfungen durchzuführen. Anschließenden werden die Ergebnisse und Fehlerbilder dokumentiert und analysiert. Darauf folgt eine Bewertung der Verfahren, durch die Gewichtung der einzelnen Verfahrensschritte und Ergebnisse, sowie der Fehlerbilder aus den Bewitterungsprüfungen. Anhand der Gegenüberstellung durch Bepunktung wird ein Vergleich der Verfahren ermöglicht und eine Empfehlung für die seriennahe Anwendung ausgesprochen. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung des Verfahrens gegeben.

Im alltäglichen Leben ist die Nutzung verschiedener optischer Systeme, wie zum Beispiel die der Kamera eines Smartphones, so groß wie nie zuvor. Durch diesen Boom finden immer mehr Kunststoffoptiken Verwendung. Durch ihr geringes spezifisches Gewicht, ihren kostengünstigen Werkstoff und ihre hohe Designfreiheit haben sie gegenüber anorganischem Glas einige Vorteile. Ein geeignetes kunststofftechnisches Fertigungsverfahren zur Herstellung solcher Kunststoffoptiken ist das Spritzprägen. Die Qualitätswerte von Kunststofflinsen lassen sich durch innere, geometrische und optische Eigenschaften charakterisieren. Um diese Qualitätswerte in der Konzeption des Spritzprägewerkzeugs umsetzen zu können ist ein genaues Prozessverständnis notwendig. Dazu wird der Aufbau einer Spritzgießmaschine betrachtet und der Verfahrensablauf des Spritzprägens untersucht. Nach abgeschlossener Analyse prozess-, funktions- und qualitätsbeeinflussender Faktoren werden diese in die Konzeption des Spritzprägewerkzeugs überführt. Dazu dienen eine Anforderungsliste, eine Gesamt- und Funktionsstruktur. Anhand dieser Informationen werden drei Werkzeugkonzepte erarbeitet, die sowohl technisch als auch wirtschaftlich bewertet werden. Das beste Konzept wird in einer Konstruktion zu einem Spritzprägewerkzeug zur Herstellung hochwertiger Kunststofflinsen weiterentwickelt. Neben der Grundfunktion ist das Werkzeug modular ausgelegt, um verschiedene Linsendicken und Linsenkonturen, wie zum Beispiel konvexe oder konkave Linsen, bei geringem Rüstaufwand fertigen zu können. Außerdem sind Temperatur- und Druckkraftmesssensoren verbaut, um eine hohe Bandbreite an Prozessbedingungen messen zu können. Abschließend erfolgt ein Funktionsnachweis mit gleichzeitiger Untersuchung von den zuvor aufgestellten Qualitätswerten optischer Kunststofflinsen.

Hohlbauteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) werden mitunter durch Umflechten von blasgeformten Kernen und Injektion einer duroplastischen Matrix im anschließenden Resin-Transfer-Moulding (RTM)-Verfahren hergestellt. Dabei bieten Fließkanäle ein großes Potential, die Verteilung des injizierten Harzsystems über das Bauteil zu beschleunigen. Auf diese Weise kann die Tränkung des Geflechts in Bereichen, die nicht in unmittelbarer Nähe des Angusspunkts liegen, verbessert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Herstellbarkeit von blasgeformten Kernen mit einer integrierten Fließkanalstruktur untersucht. In einer theoretischen Betrachtung wird die Durchlässigkeit von Fließkanälen ermittelt. Basierend auf der Systemanalyse eines bestehenden Prozesses zur Herstellung von CFK Hohlbauteilen mit einem konventionellen Blaskern, werden unterschiedliche Konzepte entwickelt. Die erarbeiteten Kerngeometrien werden in Modellversuchen hinsichtlich verschiedener Kriterien untersucht. Neben der Herstellbarkeit wird der Einfluss der Fließkanäle auf die Bauteilsteifigkeit und die Innendruckstabilität analysiert. Des Weiteren wird ermittelt, wie sich verschiedene Kanalausprägungen gegenüber dem Einschwemmen der Fasern in den Querschnitt des Fließkanals verhalten. Zuletzt wird in einem Modellversuch die Entfernbarkeit des Kerns mit einer Kanalstruktur aus einem CFK Hohlbauteil nachgestellt. Es wird das Verhalten des Kerns beim Entfernen untersucht und die benötigte Kraft für die Entformung ermittelt. Basierend auf den Versuchsergebnissen der Modellversuche wird eine Matrix entwickelt, aus der eine Handlungsempfehlung für die Konstruktion blasgeformter Kerne mit integrierten Fließkanälen abgeleitet wird.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuartigen Verbundwerkstoff bestehend aus Aluminiumschaum und thermoplastischem Kunststoff. Dabei bildet der Aluminiumschaum den Kern während der Kunststoff als Mantelmaterial dient, mit dem der Aluminiumschaumkern dreidimensional ummantelt wird. Untersucht wird die Wirkung der Kunststoffummantelung auf die mechanischen Eigenschaften eines solchen Hybridbauteils. Besonderer Fokus liegt dabei auf dem Druckversuch, da dieser für die geplante spätere Anwendung der Technologie als Absorptionselement eine herausragende Rolle spielt. Als weiterer Lastfall wird die Biegung ausgewählt, die ebenfalls behandelt wird. Für beide Lastfälle werden Modelle entwickelt, die auf Basis einfacher Vorversuche oder basierend auf einfachen Werkstoffkennwerten aus Datenblättern das Verhalten dieser Hybridbauteile simulieren. Die entwickelten Modelle werden getestet und spezifische Erkenntnisse zur Dimensionierung abgeleitet. Dafür wird im Zuge der Arbeit eine Prüfmethodik erstellt und auf dreidimensional ummantelte Probekörper angewendet. Die Testergebnisse werden vorgestellt und Abweichungen zum Modell interpretiert. Im Anschluss daran findet ein Vergleich der beiden getesteten Kunststoffe statt und es werden Schlüsse für die anwendungsspezifische Auswahl von Thermoplasten gezogen.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse verschiedener Gewebekonstruktionen für die Bauteilherstellung im RTM Verfahren. Dazu werden sowohl verschiedene Gewebearten als auch Lagenausrichtungen mittels unterschiedlicher Methoden untersucht. Hierzu bleiben Größen wie Harzviskosität, Faserwerkstoff und Druck konstant, sodass lediglich der Vergleich der verschiedenen Gewebekonstruktionen angestellt werden kann. Diese Vergleiche werden anhand der Fließfrontgeschwindigkeit in einem modifizierten Vakuuminfusionsverfahren durch einen neu konzipierten Versuchsaufbau gezogen. Dieser soll den realen RTM-Prozess so genau wie möglich wiederspiegeln, jedoch bei einem minimalen Kosten- und Zeitaufwand durchführbar sein. Die Prozesszeit eines gesamten Versuchsdurchlaufes mit allen erforderlichen Messgrößen beträgt dann 2-3 Stunden pro Versuchskörper. Dabei kommen Durchlichtmikroskopieverfahren sowie Zeitmessungen an mehreren Versuchsaufbauten mit den differierenden Kenngrößen Gewebeausrichtung und Gewebeart zum Einsatz. Nach der Prozessanalyse folgt eine Untersuchung der ausgehärteten Probekörper auf Faservolumen- und Porenvolumengehalt sowie Schliffproben zum Vergleich der in Flussrichtung auftretenden Effekte der Verpressung von Gewebematerialien. Anhand der ermittelten Ergebnisse kann nun ein Katalog über die unterschiedlichen Gewebekonstruktionen angefertigt werden, welcher dann einen Vergleich dieser ermöglicht.

Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Erprobung einer neuartigen Werkstoffklasse gefertigt im Resin Transer Molding Verfahren. Der Verbundwerkstoff aus Holzlangspänen (Kiefer) als Faserwerkstoff und einem niedrigviskosen ungesättigten Polyesterharz (UP) als duroplastische Matrixkomponente erfüllt dabei hohe Ansprüche an die Nachhaltigkeit bezüglich nachwachsender Ressourcen sowie Kosteneffizienz aufgrund vergleichsweise stabiler und niedriger Rohstoffpreise. Durch Nutzung der anisotropen Eigenschaften des Holzes kann eine anwendungsoptimierte Auslegung als Konstruktionswerkstoff für den Anwendungsfall erfolgen. Von bislang genutzten Faser-Kunststoff-Verbunden unterscheidet sich der Werkstoff unter anderem dadurch, dass die Faserdichte geringer ist als die des Harzes und abhängig von Prozessparametern zwischen der Schüttdichte der Holzspäne und der Reindichte des Holzes variiert. Weiterhin wird durch Verwendung des Holzes in Spanform und somit unzerfasert eine Vorausrichtung der Holzfaser genutzt. Ausgehend von bisher verbreiteten konventionellen Holzwerkstoffen werden in dieser Bachelorarbeit Parallelen gezogen und Prüfmethoden zur Anwendung für Hochleistungs-Holzfaser-Kunststoff-Verbunde (HHKV) erarbeitet. Mit den Methoden der statistischen Versuchsplanung wird für die Herstellung und Prüfung des Werkstoffs ein vollfaktorieller Versuchsplan entwickelt, welcher die Untersuchung von Einflüssen dreier Faktoren auf die Werkstoffeigenschaften zulässt. Variiert werden dabei Spanausrichtung, Spangröße und Verdichtung anhand von reproduzierbaren Prozessparametern. Diesen Prozessparametern werden begründet Grenzen gesetzt und so ein definierter Versuchsraum erstellt. Zur Sicherstellung einer guten Bauteilqualität wird das Herstellverfahren durch Nutzung von VARTM, Compression RTM sowie Analyse des Harzaushärteverhaltens und der harzflussbedingten Spanbenetzung schrittweise optimiert und im Anschluss zur Herstellung aller für die Untersuchung der Werkstoffeigenschaften erforderlichen Proben genutzt. Aus diesen werden im weiteren Verlauf die Prüfkörper zur Eigenschaftsuntersuchung entnommen. Die Ermittlung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften erfolgt durch Messung von Dickenquellung, Rohdichte, Biegeelastizitätsmodul und Biegefestigkeit angelehnt an gängige Normen aus dem Bereich der konventionellen Holzwerkstoffe sowie durch Prüfung der verzugsbedingten Formabweichungen. Aufgrund der anisotropen Eigenschaften des Werkstoffs werden dabei alle erforderlichen Parameter unter Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit ermittelt. Nach Auswertung der gewonnenen Einzelwerte führt eine Analyse der jeweils beteiligten signifikanten Effekte zu einer ersten Modellierung des Werkstoffverhaltens auf Basis linearer Regression.

Auswaschungen bei der Folienhinterspritzung führen zum Ausschuss der betreffenden Formteile. Die Arbeit hat zum Ziel die Ursache der Auswaschung zu Ergründen und diese in einer Modellansicht zu erfassen. Die Auswaschung entsteht auf Grund der aus dem Injektionsvorgang resultierenden Spannungs- und Temperaturbelastung der Dekorfolie. In der Versuchsdurchführung wurde die Entstehung der Auswaschung in einer Teilfüllstudie untersucht. Der Einfluss der verwendeten Materialien, PP und PC, auf das Auswaschungsabmaß wurde in einer vollfaktoriellen Versuchsdurchführung untersucht. Die aus den Versuchen resultierende Modelansicht besagt, dass die Auswaschung der Folie die Folge der Überschreitung der Grenzspannungen im Folienverbund ist. Die Foliendeformation wird dabei durch geometrische und stoffliche Kenngrößen bedingt.

Die Bewegung von Bauteilen in einer Maschine erfordert Energie, wobei die benötigte Energie mit der Masse ansteigt. Aufgrund dessen ist es für den Bau von Fahrzeugen aller Art dringend notwendig das Gewicht aller bewegten Teile auf ein Minimum zu reduzieren. Da diese jedoch auch über eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit verfügen müssen und diese nur durch eine massivere Bauweise erreicht werden kann, sind Metalle in Hinsicht auf nachhaltige Mobilität nur hinreichend geeignet. Eine gute Alternative hierfür bieten die Faserverbundkunststoffe. Diese weisen ein geringes Gewicht auf und können zugleich hohe Kräfte aufnehmen. Damit diese Bauteile jedoch dem Anspruch gerecht werden können ist eine annähernd perfekte Bauteilqualität erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, die Entstehung von Fehlstellen in einem FVK hinsichtlich unterschiedlicher Gewebegeometrien zu ermitteln. Dabei soll der Prozess zur Herstellung von duroplastischen Laminaten genauer untersucht werden. Der Zusammenhang zwischen den Tränkungseigenschaften und der Faserbündelgeometrie kann dadurch analysiert und wissenschaftlich dargestellt werden. Dafür werden Prozessparameter wie Fließfrontgeschwindigkeit, Gewebepermeabilität und Viskosität betrachtet und mit den Ergebnissen des Poren- und Faservolumengehalts, Kapillarzahl und Querschnittsgeometrie der Laminatproben in Verbindung gebracht. Zusätzlich wird der Tränkungsvorgang an einzelnen Faserbündeln mithilfe der Durchlichtmikroskopie analysiert, wodurch eine optische Überprüfung der Ergebnisse möglich ist.

Das Thema Leichtbau ist in den letzten Jahren hauptsächlich im Fahrzeugbau immer wichtiger geworden. Die Kombination von verschiedenen Werkstoffen in einem Hybridbauteil zeigt ein hohes Leichtbaupotenzial. Eine Möglichkeit dieser Mischbauweise ist ein Aluminiumschaum-Thermoplast-Hybridverbund. Dieser überzeugt durch die guten mechanischen Eigenschaften und vor allem dem geringen Gewicht. Beim Herstellungsprozess kann es jedoch beim Spritzgießen zum Eindringen von Kunststoffschmelze in den Aluminiumschaum kommen. Die dadurch entstehende Schädigung verringert durch Zunahme der Verbunddichte das Leichtbaupotenzial. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, die Auswirkungen der Fließeigenschaften der verwendeten Thermoplaste auf diesen Verbund zu untersuchen. Hierbei werden zuerst die Zusammenhänge zwischen den rheologischen Größen und den Prozessparametern anhand einer Literaturrecherche erarbeitet. Darauf aufbauend werden weitere Kunststoffe ausgewählt und ein statistischer Versuchsplan aufgestellt. Zudem wird eine Ausgangshypothese über die erwarteten Ergebnisse aufgestellt. Zusätzlich wird eine Simulation durchgeführt, um zu überprüfen, ob eine Vergleichbarkeit von simulierten und praktischen Versuchen grundsätzlich möglich ist. Nach Durchführung aller Versuche wird ausgewertet, wie stark sich die Fließeigenschaften eines Kunststoffs hauptsächlich auf den Füllgrad und gegebenenfalls die Schädigung auswirken. Zuletzt werden die Ergebnisse mit der ursprünglichen Hypothese verglichen.

Die Reduzierung von Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen wird immer wichtiger. Ein neuer Ansatz besteht darin, Luftklappensteuerungen in Fahrzeugen einzusetzen. Diese Luftklappensteuerungen befinden sich im Frontbereich, meist zwischen Ziergrill und Kühler eines Personen- oder Lastkraftwagens. Bei geschlossenen Klappen wird die Luft um das Fahrzeug gelenkt und das Einströmen der Luft in den Motorraum verhindert. Dadurch verringert sich der Widerstandsbeiwert des Fahrzeuges, wodurch eine Kraftstoffersparnis und die damit verbundene Reduzierung des CO2-Ausstoßes hervorgerufen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die schnellere Erwärmung des Motors bei einem Kaltstart. Die Kühlung des Motors kann durch eine Öffnungsbewegung der drehbar gelagerten Klappen erfolgen, wodurch Außenluft in den Motorinnenraum gelangen kann. Das Drehmoment wird von einem Schrittmotor bereitgestellt. Da nur ein begrenztes Drehmoment zur Verfügung steht, ist es notwendig, schon während der Konstruktion der Luftklappensteuerung das maximal auftretende Drehmoment zu kennen. In einer frühen Konstruktionsphase soll das Moment aus den vorhandenen geometrischen und materialspezifischen Größen unter Einbeziehung der Fahrgeschwindigkeit bestimmt werden. Es wird ein theoretisches Berechnungsmodell zur Drehmomentbestimmung aufgestellt und mit einem Fahrversuch abgeglichen.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Leichtbau-Achsstrebe aus Faser-Kunststoff-Verbund für den Einsatz in NKW-Anwendungen. Bei gleichen Anforderungen hinsichtlich der Belastung und einer Reduzierung der Masse, sollen sich die Herstellungskosten im Rahmen von maximal +20 % der aktu-ellen Vorserien-Variante aus Aluminium bewegen. Erreicht wird dies durch den Einsatz einer Multi-Material-Bauweise aus CFK, GFK und Aluminium. Die einzelnen Komponenten der Konstruktion sind so ausgelegt, dass zum einen ihre charakteristischen Materialeigenschaften ausgenutzt werden, und zum anderen voll automatisch herstellbar sind. Dadurch sollen die Kosten niedrig gehalten werden. Hierfür werden unterschiedliche Konstruktionsvarianten betrachtet. Ergebnis dieser Untersuchung ist eine Achsstrebe mit einer Masseersparnis von ca. 60 % sowie Herstellungskosten von ca. +10 % im Vergleich zur Aluminium-Strebe. Nach der erfolgreichen Simulation werden mehrere Prototypen gefertigt, die anschließend auf einem Prüfstand getestet werden sollen. Diese Prüfstandtests sind nicht Teil dieser Arbeit.

Sensoren von Elektronikmodulen zur Steuerung von Automatikgetrieben werden über einen Spritzpressprozess mit duroplastischen Material verkapselt, um der geforderten Zuverlässigkeit und Langlebigkeit im Automobilbau gerecht zu werden. Das dabei eingesetzte additiv vernetzende Epoxidharzsystem garantiert eine gute Haftung auf den Einlegeteilen, verursacht aber im Gegenzug Anhaftungen am Werkzeug bei der Verarbeitung. Im Rahmen dieser Arbeit findet durch eine Literaturrecherche und Systemanalyse die methodische Auswahl von geeigneten Prüfmethoden statt. Die auftretenden Haftmechanismen werden anschließend quantitativ über Scherversuche bewertet. Dabei wird der Zusammenhang der Haftkräfte zur Beschaffenheit der Werkzeugoberfläche und zur Vernetzung des duroplastischen Materials während der Verarbeitung hergestellt. Die Vernetzung des Materials wird mit Hilfe der dielektrischen Analyse und einem speziell entwickelten Pressrheometer bewertet. Aus den Untersuchungen werden Empfehlungen zur Reduzierung der Häufigkeit von Fertigungsauffälligkeiten bei der Verarbeitung des Harzsystems mittels Spritzpressen abgeleitet.

Zur verfahrenstechnischen Auslegung von Extrudern ist die Kenntnis über das Druck-/ Durchsatzverhalten und die Temperaturentwicklung der Kunststoffschmelze im Extrusionswerkzeug von hoher Bedeutung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines verifizierten Berechnungsmodells zur Vorhersage der Druck- und Temperaturentwicklung der Kunststoffschmelze im Extrusionswerkzeug. Die Entwicklung des Berechnungsmodells entsteht durch Kombination bestehender Modelle und einer Energiebilanz am Extrusionswerkzeug. Nach einer Analyse der bestehenden Modelle wird ein Versuchsplan erstellt und die Versuchsdurchführung festgelegt. Das entwickelte Modell wird mit den Ergebnissen der Versuchsdurchführung verifiziert. Abschließend werden aus diesem Auslegungsempfehlungen für ein Extrusionswerkzeug abgeleitet.

Die im Modellmaßstab konstruierte Blasfolienextrusionsanlage "Blowmaster" dient zur Herstellung von Folien aus Kunststoff. Weil der verwendete Kühlring keine ausreichende Kühlung gewährleistet und nur wenige Betriebspunkte angefahren werden können, wird in dieser Arbeit ein Kühlring entwickelt, der eine Kühlung ermöglicht und verschiedene Betriebspunkte erzielt. Die Auswertung des Stands der Technik, von Fachzeitschriften und Patenten führt zu einer Aufstellung von Kriterien, die bei der Konstruktion eines Kühlrings beachtet werden sollen. Die Randbedingungen des "Blowmaste" finden ebenso Berücksichtigung, wie die Untersuchung des derzeitigen Kühlrings im "Blowmaster". Mit der Aufstellung eines morphologischen Kastens werden drei Konzepte erstellt, die nach Bewertungskriterien untersucht werden. Die Machbarkeit der Konzepte wird durch ein vereinfachtes strömungsmechanisches Modell geprüft. Ein Druckluftsicherheitsfaktor wird erstellt und bewertet. Weiter wird die Geschwindigkeit bei einer 90˚ Düse entlang des Umfangs gemessen und damit die Strömungshomogenisierung bewertet. Außerdem wird die Lagerreibung und Düsenvariabilität bewertet. Das Konzept mit der höchsten Bewertung wird umgesetzt. Das Lösungskonzept ist ein Kühlring mit austauschbaren Düsenpaaren (30˚, 45˚, 60˚, 90˚) mit Höhenverstellung und einem Verteilerkanal mit Umlenkplatten. Eine Besonderheit ist die Verwendung eines Dünnringlagers zur Ermöglichung einer Rotation des inneren Kühlringteils. Der maximale Volumenstrom, das Verhalten der Strömung an vorgegebenen Blasfoliengeometrien bei verschiedenen Düsenpaaren und die Strömungsgeschwindigkeit am Düsenaustritt einer 90˚ Düse werden durch eine Simulation untersucht. Die Strömungsgeschwindigkeit wird mit den Konzepten verglichen. Nach dem Bau des Kühlrings wird der Kühlring erprobt. Es ergibt sich ein Aufblasverhältnis von zwei. Die Frostlinie liegt innerhalb des Kühlrings, daher kann die 2D-Simulation nicht validiert werden. Die Druckverlustrechnung und - simulation wird validiert. Es werden verschiedene stabile Betriebspunkte für die Düsenpaare festgehalten. Das Wenden der Düse erweist sich als stabilisierend. Es können Folien mit einer Stärke von 5 [my]m bis 35 [my]m erzeugt werden. Dickere Folien verhalten sich stabiler als dünne Folien. Empfehlungen zur Auslegung und Konstruktion werden gegeben.

Effizienter Leichtbau gewinnt nicht nur im Automobilbereich immer mehr an Bedeutung. Durch kürzere Zykluszeiten werden Faserverbundkunststoffe auch im allgemeinen Maschinen- und Anlagenbau immer gefragter. Mit Hilfe des RTM-Verfahrens lassen sich qualitativ hochwertige Bauteile herstellen. Während der Injektionsphase kann es jedoch zum Entstehen von Fehlstellen kommen, die Einfluss auf die Bauteilqualität haben. In dieser Arbeit soll der Einfluss verschiedener Fehlstellengehalte und Fehlstellentypen auf die mechanischen Eigenschaften charakterisiert werden. Dafür werden unter Variation des Injektionsdruckes unterschiedlich fehlstellenbehaftete Laminate erzeugt. Unter Verwendung der gültigen DIN Normen für faserverstärkte Kunststoffe erfolgt eine ausführliche Werkstoffprüfung mit Hilfe der thermischen Kalzinierung sowie des Zugversuchs. Nach dem Legen des Grundwissens folgt eine detaillierte Dokumentation der praktischen Durchführung. Abschließend werden die ermittelten Ergebnisse unter Betrachtung der wichtigsten Werkstoffkennwerte ausgewertet.

Die vorliegende Bachelorarbeit hat die Zielstellung eine FVK-LKW-Wohnkabine mit direkter Anbindung an den LKW zu konstruieren und auszulegen. Hierfür wurde im Rahmen der Literaturrecherche zunächst ein Überblick über die Faserverbundkunststoffe erarbeitet. Dabei stand sowohl die werkstoffseitige Betrachtung der einzelnen Komponenten, Fasern und Matrix in Augenmerk, als auch die möglichen konstruktiven Umsetzungen einer Faserverbundstruktur. Weiterhin wurden bestehende Aufbaukonzepte von Wohnmobilen und Expeditionsfahrzeugen untersucht und in Bezug auf wichtige Anforderungen wie Festigkeit, Gewicht und thermische Isolation analysiert. Des Weiteren wurden die Anbindungsmöglichkeiten zwischen dem Aufbau und dem Lkw recherchiert. Nachdem sich ein Überblick über die Faserverbundwerkstoffe, Aufbaukonzepte und Anbindungsmöglichkeiten verschafft wurden ist, sollte sich dem vorhanden Trägerfahrzeug, ein Mercedes-Benz 1117A, zugewandt werden. Hierfür erfolgte ein Besichtigungstermin in Heidelberg, bei dem das Fahrzeug vermessen und ein Verschränkungstest durchgeführt wurden sind. Gleichzeitig wurde dieser Termin dafür genutzt, mit dem Besitzer des Fahrzeuges, die von Ihm gestellten Anforderungen an den Aufbau, zu dokumentieren. Die Anforderungen umfassen sowohl Abmessungen, Einsatzbedingungen als auch Gestaltungswünsche. Die erhaltenen Informationen wurden schließlich in der Form eines Lastenheftes niedergeschrieben. Hinzu kamen noch Anforderungen aus den Aufbaurichtlinien des LKW-Herstellers und aus den FVK-Konstruktionsrichtlinien. Nachfolgend wurden, unter Berücksichtigung der gewonnenen Ergebnisse aus der Literaturrecherche, Konzepte für die Bodengruppe inklusive Anbindung an das Fahrzeug als auch Konzepte für die Kabinenstruktur entwickelt. Hierbei flossen die Aufbaurichtlinien und FVK-Konstruktionsrichtlinien mit ein. Um eine Auswahl treffen zu können, wurden die einzelnen Konzepte mittels eine Bewertungstabelle, beurteilet. Für die Anbindung stellte sich ein Kombination aus zwei bestehenden Konzepten als herausragend dar. Hierbei ist der Aufbau einmal durch feste Schraubverbindungen mit dem Fahrgestellrahmen verbunden, des Weiteren sind elastische Lagerungen zwischen Aufbau und Lkw vorhanden, welche den Einsatz im unbefestigten Geläuf ermöglicht. Für die Fahrten auf ausgebauten Straßen, kann die elastische Lagerung mittels einer Verriegelung als starre Verbindung ausgeführt werden. Um den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Gewicht und thermischer Isolation Rechnung zu tragen, sollte die Kabine mittel Faserverbundkunststoffen gefertigt werden. Eine Konstruktion in Sandwichbauweise erwies sich als beste Möglichkeit. Die ausgewählten Konzepte wurden anschließend in der Konstruktion umgesetzt. Dabei wird die eigentliche Kabinenstruktur aus einzelne Sandwichplatten zusammengesetzt. Innerhalb der Konstruktionsphase wurden die bestehenden Anforderungen und Wünsche, falls diese technisch und wirtschaftlich umsetzbar waren, einbezogen. Es entstanden FVK-Sandwichplatten, welche aus GVK-Deckschichten und einem PUR-Hartschaum-Kern bestehen. Durch Klebung miteinander werden die Platten zur Kabine gefügt werden. Nach Fertigstellung des CAD-Modells wurde deren Festigkeit mittels einer FEM-Analyse geprüft. Die dafür notwendigen Randbedingungen wurden durch das erstellte Lastenheft vorgegeben. Eine Vorbetrachtung des Fahrgestellrahmens wurde durchgeführt, weil die aus dem durchgeführten Verschränkungstest gewonnenen Ergebnisse nicht für die Simulation verwertet werden könnten. Es wurden verschiedene Lastfälle durchgeführt. Diese unterschieden sich in den Punkten Betrag der einwirkenden Kraft, Krafteinleitungspunkte sowie in der Anzahl der angreifenden Kräfte. Dabei zeigte sich, dass eine Kraft von 120.000 N, diese entspricht der Kraft, welche die zweimalige maximale Zuladungsmasse als Gewichtskraft einbringen würde, für ausreichend betrachtet werden kann. Anschließend wurden erste Simulationen an der Kabine durchgeführt. Die angreifende Kraft wurde von den Vorbetrachtungen übernommen auch der Krafteinleitungspunkt wurde dementsprechend ausgewählt. Die aufgestellten Randbedingungen wurden berücksichtigt. Es ist eine FVK-LKW-Wohnkabine nach den Bedürfnissen des Nutzers entstanden, welche ohne den Einsatz eines Stahlzwischenrahmens an den LKW angebaut werden kann. Die Festigkeit ist nachgewiesen wurden.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Reinigung von Filtersystemen in beutellosen Bodenstaubsaugern. Es sollen drei Reinigungskonzepte erarbeitet werden, die für zukünftige Entwicklungen der Firma Bosch Siemens Haushaltsgeräte vorgesehen sind. Die Reinigungskonzepte sollen das Filtersystem von anhaftenden Staubpartikeln befreien, damit die Saugleistung des Bodenstaubsaugers während des Betriebs nicht abfällt. Als Referenz wird das Konzept der Paddelreinigung verwendet. Ein erarbeitetes Reinigungskonzept ist eine Variante mit einem Elektromagneten, der den Filter in eine vertikale Bewegung versetzt. Bei dem dritten Konzept wird die Reinigungseinheit durch eine rotierende Unwuchtmasse in Schwingung versetzt. Die drei Konzepte sollen theoretisch betrachtet und experimentell auf ihre Reinigungsleistung untersucht werden. Die theoretische Untersuchung des Magnetreinigungskonzepts wird anhand von physikalischen Gleichungen durchgeführt. Beim Rotationsschwingungsreinigungskonzept soll mittels einer FEM-(= Finite-Elemente-Methode)-Simulation die Schwingfähigkeit der Reinigungsbaugruppe betrachtet werden. Zur Quantifizierung der Reinigungsleistung dient eine Volumenstrommessung. Mittels einer Entscheidungsmatrix sollen die Konzepte miteinander verglichen, eines der Konzepte ausgewählt und anschließend in eine kunststoffgerechte Konstruktion überführt werden.

In Politik und Wirtschaft ist der effiziente Umgang mit den Ressourcen der Erde eine zentrale Thematik. Zur Senkung des Treibstoffverbrauchs werden im Automobilsektor zunehmend Faser-Kunststoff-Verbunde verwendet. Sie zeichnen sich durch eine geringe Dichte bei gleichzeitig hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften aus. Für Sichtteile des PKW-Exterieurs ist eine hohe Oberflächengüte gefordert, welche durch die Materialklasse der Sheet Moulding Compounds (SMC) realisierbar ist. Bei der Herstellung dieses Werkstoffs wirken sich eine Vielzahl an Prozessparametern auf die Bauteileigenschaften und deren Reproduzierbarkeit aus. Die vorliegende Arbeit befasst sich vornehmlich mit dem Prozessschritt der Eindickung, bei dem die Viskosität des SMC-Halbzeugs signifikant ansteigt, so dass eine Weiterverarbeitung ermöglicht wird. Der Einfluss der Eindickung auf den folgenden Fließpressprozess sowie die endgültige Bauteilqualität wird nachgewiesen, indem zunächst die maßgeblichen Parameter und Randbedingungen der Eindickung identifiziert werden. Hieraus ergibt sich ein Versuchsplan mit variierenden Eindickparametern, welcher als Grundlage für die Herstellung von Probekörpern dient. Bei den gewählten Parameterstufen hat der Eindickergehalt den größten Einfluss auf die Oberflächenwelligkeit. Je größer dessen Anteil ist, umso stärker ist die Welligkeit ausgeprägt. Auf Basis der ermittelten, globalen Pressenparameter ist es möglich die Phasen der Formfüllung zu charakterisieren. Die Dauer der Kavitätsfüllung ist von der Fließfähigkeit der Pressmasse abhängig. Eine hohe Verarbeitungsviskosität führt zu einer längeren Füllzeit, weil das Halbzeug dem Stempel einen größeren Widerstand entgegenbringt. Des Weiteren werden aus den Ergebnissen der Werkstoffanalyse mathematische Prozessmodelle abgeleitet, welche die Oberflächenwelligkeit und die Zugsteifigkeit in Abhängigkeit der Eindickparameter beschreiben. Somit können die Eigenschaften der Probekörper für beliebige Parameterkonstellationen innerhalb der untersuchten Eindickbedingungen errechnet werden.

In der vorliegenden Arbeit werden Hybridverbunde aus Kohlefaserverstärktem Kunststoff und Aluminiumschaum unter dem Aspekt der Herstellbarkeit im Resin Transfer Molding Verfahren beleuchtet. Dazu werden in einem ersten Schritt Optimierungen des Fertigungsprozesses erarbeitet, welche eine hochwertige und vor allem reproduzierbare Bauteilqualität ermöglichen sollen. Dies wird im Rahmen von Vorversuchen durchgeführt. Aufbauend darauf werden Konzepte zur Minimierung der während der Fertigung auftretenden Harzpenetration des Aluminiumschaums entwickelt und umgesetzt. Weiterhin steht der für die genannte Materialkombination problematische Effekt der Kontaktkorrosion im Fokus. Durch Anwendung geeigneter Gegenmaßnahmen ist eine Vermeidung der genannten Korrosionserscheinung möglich. Die bisher für allgemeine Hybridverbunde angewandten Berechnungsmodelle sind hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit für Verbundkörper aus Kohlefaserverstärktem Kunststoff und Aluminiumschaum zu untersuchen und validieren. Dazu werden ausgehend von einem Prüfplan verschiedene Demonstratorbauteile gefertigt, daraus geeignete Probenkörper entnommen und diese mittels 3-Punkt-Biegung zu prüfen. Zur Beurteilung möglicher Korrosionserscheinungen sind Teile der Probenkörper vor der mechanischen Prüfung einer definierten Klimabehandlung zu unterziehen. Anhand der Versuchsergebnisse können Aussagen über die Realitätsnähe der berechneten mechanischen Eigenschaften getroffen werden.

Bei der Fertigung von Prototypen und Kleinserien stellen die Werkzeugkosten bezüglich der Produktionskosten einen entscheidenden Faktor dar. Im Hinblick auf die wachsende Bedeutung der Just-in-Time Produktion, also der Fertigung von Bauteilen nach Bedarf, ist die Rüstzeit von Spritzgießmaschinen ein weiterer, entscheidender Faktor. Während für 1K-Anwendungen unterschiedliche Werkzeugsysteme zur Reduzierung der Kostenfaktoren entwickelt wurden, gibt es im Bereich der Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren bisher keine Lösung. In der vorliegenden Bachelorarbeit wird die Entwicklung und Konstruktion eines modularen Werkzeugsystems für 2K-Spritzgießprozesse beschrieben. Zunächst wurden die Besonderheiten von 2K-Spritzgießverfahren herausgestellt und eine Analyse der bereits umgesetzten 1K-Lösungen durchgeführt. Auf den gewonnenen Erkenntnissen aufbauend, werden Prinzipe für die wichtigsten Teilfunktionen entwickelt und unter Zuhilfenahme der Nutzwertanalyse die zu favorisierenden Konzepte bestimmt. Anschließend werden die ausgewählten Varianten konkretisiert und unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Bauraums der Anlage in CATIA V5 konstruktiv umgesetzt. Abschließend werden alle notwendigen Zeichnungen für eine Fertigung des Werkzeuges erstellt. Das Ergebnis der Arbeit ist ein Mutterwerkzeug, welches die Anwendung verschiedener Spritzgießverfahren, darunter das Sandwichverfahren und das Drehtellerverfahren, ermöglicht. Weiterhin kann eine Kavitätsänderung schnell und werkzeuglos im eingebauten Zustand durchgeführt werden.

Das Folienhinterspritzen bietet gegenüber herkömmlich verwendeten Verfahren wie Thermoformen oder Spritzguss Vorteile. Es ist kostensenkend und umweltfreundlich, da Schritte wie das Lackieren entfallen. Außerdem ist es ohne hohe Investitionskosten auf herkömmlichen Spritzgießanlagen integrierbar. Allerdings sind die Grenzen bezüglich der Verformung von Folien dieses Verfahrens bisher nicht vollständig untersucht. Ziel der Arbeit ist die Ermittlung der Haupteinflussparameter auf den Prozess des Folienhinter-spritzens und dessen Grenzen sowie die Formulierung eines Foliendeformationsmodells. Die Arbeit beginnt mit einer Literaturrecherche zu Verfahren und Kennwerten in Bezug auf die Deformation von Folien. Anschließend werden durch Vorversuche die Parameter der Hauptversuche festgelegt und deren Einfluss auf die Deformation der Folie untersucht. Dafür werden die Wanddickenverteilung, der Umformgrad und die temperaturabhängige Längenänderung der Folien ausgewertet. Im abschließenden Foliendeformationsmodell wird ein Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Versuchsparametern hergestellt und ein Idealwert dieses Modells vorgegeben. Haupteinflussfaktor auf die Wanddickenverteilung ist die Schmelzetemperatur und auf den Umformgrad die Werkzeugtemperatur. Der Abstand zwischen dem berechneten Idealwert und den gemessenen Werten liegt bei mindestens 4,65 % und maximal 64,48 %.

Die energetische Betrachtung der Kunststoffproduktion wird mit den steigenden Energiepreisen immer wichtiger. Um Kunststoffe effizient verarbeiten zu können, müssen optimale Prozessparameter eingestellt werden. Die Vorgänge in Fertigungsmaschinen werden daher erforscht, um diese Parameter zu finden. Diese Arbeit baut auf den Ergebnissen von SCHNEIDMADEL [Sch13] auf, um die Energiebilanz der Einzugszone eines fördersteifen Extruders zu untersuchen. In einer intensiven Literaturrecherche wurden bestehende Modelle zur Beschreibung der Vorgänge in Einschneckenextrudern analysiert und verglichen. Nachdem benötigte Materialeigenschaften ermittelt wurden, wurden die Modelle in Versuchen am Extruder geprüft. Zu diesem Zweck wurde ein fördersteifer Extruder mit SCHNEIDMADELs Feststoffdrossel auf die Einzugszone verkürzt. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass Modelle zur Durchsatzkalkulation verifiziert werden können. Zur Kalkulation der dissipativen Leistung in der Einzugszone wird ein neues Modell vorgestellt, dass die Energiebilanzgleichung von SCHNEIDMADEL vervollständigt.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse technischer Möglichkeiten zur Beschleunigung des Resin Transfer Moulding Verfahrens durch Parallelisierung von Teilprozessen. Diesbezüglich liegt das Hauptaugenmerk der Arbeit auf der physischen Separierung der Injektion und der Aushärtung. Im ersten Schritt wird das gesamte Verfahren analysiert und die Grundlagen für eine parallelisierte Prozessführung erarbeitet. Auf Basis des Stands der Technik werden die, der Trennung der Injektion und Aushärtung zu Grunde liegenden, Parameter definiert. Anschließend werden verschiedene Möglichkeiten zur Überführung des imprägnierten Faserhalbzeugs in die Aushärtestation beschrieben. Bestandteil der Arbeit ist zudem die Beurteilung der Transportkonzepte bezüglich ihrer Vor- und Nachteile. Basierend auf einer Bewertung erfolgt die Auswahl geeigneter Transportsysteme für die weiteren Untersuchungen der Arbeit. Den Abschluss der Konzeptionierung bildet eine theoretische Abschätzung der Zykluszeiteinsparung. Im Rahmen der praktischen Untersuchungen werden, basierend auf der Bewertung, zwei Transportkonzepte exemplarisch umgesetzt. Mit den Untersuchungen werden Erkenntnisse über die Funktionstauglichkeit der Konzepte sowie über auftretende prozessbedingte Fehlstellen gewonnen. Zudem werden Strategien zur Minimierung dieser Fehlstellen entwickelt. Des Weiteren erfolgt ein experimenteller Nachweis der Zykluszeiteinsparung. Abschließend werden die einzuhaltenden Rahmenbedingungen für eine Separierung der Injektion und Aushärtung, unter Erhaltung einer hohen Bauteilqualität, definiert und beschrieben.

Diese Arbeit befasst sich mit der Identifizierung und Reduzierung produktionshemmender Faktoren in Prozessketten zur wirtschaftlichen Herstellung von Strukturen aus faserverstärktem Kunststoff (FVK). Hierbei werden die Prozessketten dreier möglicher Verfahren zur Herstellung von FVK-Strukturen betrachtet. Die zu untersuchenden Verfahren sind: das Vakuuminfusionsverfahren, das Resin Transfer Moulding und die Organoblechherstellung. Zuerst werden die Prozessketten der Verfahren analysiert und prozesshemmende Faktoren identifiziert. Des Weiteren werden aus den Prozessen heraus, wichtige Parameter bzw. technisch-wirtschaftliche Kennzahlen für die Analyse ermittelt. Danach sollen die prozesshemmenden Faktoren eliminiert und optimierte Prozessketten ausgearbeitet werden. Abschließend soll ein Vergleich der ursprünglichen mit den optimierten Prozessketten auf Grundlage der technisch-wirtschaftlichen Kennzahlen erfolgen und dabei die optimalste Prozesskette herausgearbeitet werden.

Für eine offene und lichtdurchflutete Raumgestaltung gewinnen bodentiefe Fenster immer mehr an Beliebtheit. Da diese jedoch auch in mehrstöckigen Gebäuden eingebaut werden, bildet sich bei geöffnetem Fenster die Gefahr des Absturzes von Personen und Gegenständen auf die darunter liegende Fläche. Die Entwicklung einer Absturzsicherung für die Montage an Kunststoff-Rahmenprofilen wird in dieser Forschungsarbeit beschrieben. Zu Beginn der Arbeit sind bereits bestehende Systeme zu recherchieren und analysieren. Es wird unterschieden in Glasabsturzsicherungen und Stabsysteme. Besonders zu beachten ist die Art der Verankerung am Kunststoffrahmen. Bei der Analyse wird zum einen ersichtlich, welche absturzsichernden Systeme von Architekten und Bauherren bevorzugt werden und zum anderen spiegeln sie die Vorschriften einer Absturzsicherung wieder. Die Normen und Richtlinien, die innerhalb der Bundesrepublik Deutschland gelten, sind zu erläutern. Ausgehend von den Vorschriften und Richtlinien ist ein Lastenheft zu entwerfen, welches die qualitativen und quantitativen Anforderungen an das zu entwickelnde System zusammenfasst. Zusätzlich müssen jedoch auch die Anforderungen des Systemgebers berücksichtigt werden. Somit werden zum Beispiel vor der Konstruktion die zu verwendenden Glasmaße eingeschränkt, um die Vielfalt der Produktpalette zu minimieren. Die Art und Lage der Verschraubung sollte, abgesehen von der geforderten Lastaufnahme, montagefreundlich zu verarbeiten sein. Des Weiteren ist es wichtig, neben dem zu entwickelnden System auch andere Zusatzprofile, zum Beispiel eine Rollladenführungsschiene, an einem Fensterelement verwenden zu können. Demnach muss das Produkt kompatibel zu anderen Systemen gestaltet werden. Durch eine Systemanalyse der bereits bestehenden Produkte ergeben sich einige grundlegend einzuhaltende Maße. Unter Berücksichtigung des Lastenhefts werden verschiedene technische Prinzipe entwickelt. Dabei gilt es, Materialien für das System auszuwählen, welche den statischen Anforderungen gerecht werden. Außerdem werden verschiedene Befestigungsmethoden und Formen erarbeitet. Aus einer Vielzahl von technischen Prinzipen gilt es dann, vier verschiedene Konzepte zu entwickeln und zu bewerten. Die Bewertung erfolgt zum einen aus technisch-wirtschaftlicher Sicht und zum anderen aus den statischen und thermischen Eigenschaften des Systems. Bei der technisch-wirtschaftlichen Bewertung werden neben den Materialeigenschaften, die Kosten und die Montage analysiert. Durch FEM-Berechnungen werden anschließend die Konzepte auf die Spannungen und Verformungen bei Stoßbeanspruchung getestet. Die Berechnung des Isothermenverlaufes von der Raumaußenseite durch das System in die Rauminnenseite veranschaulicht den Wärmestrom. Daraus lässt sich schließen, ob das System auch an Passivhauselementen montiert werden kann. Aus der Bewertung ergibt sich ein Konzept mit den positivsten Ergebnissen. Nach weiterer Entwicklung wird der Zeichnungssatz für einen Prototypen zusammengestellt. Mit Hilfe der Abteilung für Werkzeugbau und der Musterwerkstatt wird ein Prototyp hergestellt, der bei einer Pendelschlagprüfung auf Stoßbeanspruchung getestet wird. Die Ergebnisse der Verarbeitung und der Prüfung bilden die Grundlage für eine abschließende Optimierung. Ziel dieser Arbeit ist die konstruktive Entwicklung und Untersuchung einer neuartigen Absturzsicherung, die die geltenden sicherheits- und funktionsrelevanten Anforderungen erfüllt.

Im Rahmen der Masterarbeit mit dem Thema "Realisierung einer Röntgenmarkierung durch Kunststoffbauteilfunktionalisierung am Beispiel einer medizintechnischen Radiusplatte" wird zunächst der aktuelle Stand des Wissens zur distalen Radiusfraktur dargestellt. In einem nachfolgenden Punkt wird auf den aktuellen Stand der Technik von Kunststoffimplantaten eingegangen. Dabei wird zunächst die Unterscheidung nach den verschiedenen Werkstoffen vorgenommen. Es wird zwischen bioresorbierbaren Implantatmaterialien, Implantaten aus Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) und Polyetheretherketon (PEEK) unterschieden. Die aktuelle Marktsituation zu Implantaten aus Kunststoffen wird dargestellt. Weiterhin werden unterschiedliche Methoden zur Realisierung einer Sichtbarkeit von Kunststoffimplantaten im Röntgenbild betrachtet. Anhand eines aufzustellenden Lastenheftes soll ein Implantat konstruiert werden. Dieses soll durch die Kombination von Spritzgießen und CNC-Bearbeitung gefertigt werden. Die Konstruktion des Spritzgusswerkzeuges stellt eine der Hauptaufgaben dieser Arbeit dar. Besondere Herausforderung ist die exakte Gestaltung aller Formelemente. Weiterhin findet eine Betrachtung zu unterschiedlichen Möglichkeiten der Angussgestaltung statt. Es finden Flusssimulationen zu Ausführungen mit und ohne Heißkanal statt. Eine wichtige Rolle für die Werkzeuggestaltung spielt auch die Materialauswahl und Realisierung der Röntgensichtbarkeit. Diese soll durch die Zumischung von Bariumsulfat erfolgen. Zur Entscheidung, welcher Bariumsulfatanteil für eine ausreichende Sichtbarkeit notwendig ist, konnten Röntgenaufnahmen von Probekörpern angefertigt werden.Der Werkzeugkonstruktion nachgestellt erfolgt die Prototypenfertigung mit Spritzguss und CNC-Bearbeitung. Die gefertigten Prototypen werden vergleichend mit geometrisch weitgehend übereinstimmenden Implantaten aus Titan untersucht. Bei den Untersuchungen wurde das Verhalten bei einem statischen Vier-Punkt-Biegeversuch und bei einem Biegeversuch zur anatomischen Form der Platte verglichen. Ein Ausblick zu weiteren möglichen und notwendigen Prüfungen, sowie Empfehlungen zur frühzeitigen Optimierung bilden den Abschluss der Arbeit.

Die faserverstärkten Kunststoffe gelangen in der industriellen Anwendung immer weiter an Bedeutung. Das geringe Gewicht und die guten mechanischen Eigenschaften, verglichen mit metallischen Werkstoffen, sind in der Luftfahrt notwendig, um weitere Leichtbaukonzepte mit Gewichtseinsparpotenzial entwickeln zu können. Momentan wird bei Airbus der größte Teil der kohlenstofffaserverstärkten Bauteile durch die Prepreg-Technologie hergestellt. Die Kühlung von vorimprägnierten Halbzeugen, sowie das Aushärten im Autoklav steigern die Fertigungskosten bei der Bauteilherstellung. Vor allem wegen den hohen Fertigungskosten der Prepreg-Bauteile wird die Entwicklung von Trockenfasertechnologien vorangetrieben. Ein vielversprechendes Verfahren ist die Vakuuminfusion. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung des Vakuuminfusionsprozesses, und den dabei verwendeten Druckstücke. Bei der Vakuuminfusion wird durch eine Druckdifferenz das Harz in den Vakuumaufbau gezogen und die Fasern werden getränkt. Die Druckstücke dienen dabei als Werkzeuge um Harzüberschüsse an meist rechtwinkligen Kanten zu vermeiden, eine bestimmte Form abzubilden oder eine ausreichende Oberflächenqualität zu realisieren. Die existierenden Konzepte sollen analysiert werden und mit der Idee des Speichervolumens zu einem integrierten System verbunden werden. Das Speichervolumen ist durch Kanäle, wie beispielsweise Bohrungen, mit dem Aufbau verbunden. Geschützt durch eine semipermeable Membran, soll das Speichervolumen während der Vakuuminfusion entstehende Gase aufnehmen, und so die Qualität des Bauteils gewährleisten. Die notwendige Größe des Speichervolumens und der notwendige Unterdruck im Speichervolumen sollen anhand einer Berechnung festgelegt werden, und im Versuch bestätigt werden, um für spätere Bauteile genaue Randbedingungen errechnen zu können.

Großflächige CFK-Bauteile in der Luftfahrtindustrie werden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften mit Versteifungselementen versehen. Weiterentwicklungen in diesem Bereich sind getrieben durch eine Effizienzsteigerung. Insbesondere integrale Bauweisen zeigen verbesserte Gewichtseigenschaften, bei einem gleichzeitig geringeren Montageaufwand. In dieser Bachelorarbeit sollen verschiedene Prozessvarianten auf deren Eignung zur Fertigung großflächiger, integraler CFK-Bauteile hin untersucht werden. Hierfür wird zunächst eine globale Prozesskette aufgestellt und daran angelehnt, grundsätzliche und spezifische Randbedingungen abgeleitet. Anhand dieser Randbedingungen und der ermittelten Prozesskette ist es möglich, aufbauend auf einer umfangreichen Literatur- und Patentrecherche, Konzepte auszuformulieren. Auf dieser Basis kann eine Bewertung der Konzepte in technischer und wirtschaftlicher Sicht durchgeführt werden, mit entsprechenden Soll- und KO-Kriterien. Diesen Kriterien werden mit Hilfe eines paarweisen Vergleiches Gewichtungen zugeordnet. Ziel dieser Bewertung ist es, die Prozessvarianten auf deren Eignung für den vorliegenden Bearbeitungsfall hin zu prüfen. Die somit ermittelten Konzepte sollen im Anschluss an diese Arbeit weiter detailliert und mit Hilfe von Versuchsbauteilen optimiert werden, mit dem Ziel der Technologieeinführung im Jahre 2025.

Im Bereich des klassischen Maschinen- und Anlagenbau werden zunehmend Leistungsgrenzen der verwendeten Werkstoffe sichtbar. Faser-Kunststoff-Verbund als Konstruktionswerkstoff bietet aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften einzigartige Möglichkeiten der Gestaltung von Strukturen. Eine faserverbundgerechte Konstruktion wird jedoch durch das anisotrope Verhalten von Strukturen erschwert. Eine reine Substitution der Gestaltungsgrundlagen für metallische Werkstoffe ist absolut nicht sinnvoll. Auf diese Weise wird der Großteil an Potential von Faser-Kunststoff-Verbunden nicht genutzt. In der vorliegenden Bachelorarbeit werden Gestaltungsregeln für Bauteil aus faserverstärktem Kunststoff zusammengefasst. Darüber hinaus werden anhand von empirischen Versuchen, weitere spezielle Gestaltungsregeln aufgestellt und geprüft. Die Untersuchungen basieren auf einer umfassenden theoretischen Analyse sowie experimentellen Nachweisen. Es werden grundsätzlich zwei Gestaltungsregeln für unterschiedliche Anforderungen erarbeitet. Die Nutzung des anisotropen Verhaltes von Faser-Kunststoff-Verbunden und die damit verbundene Verformungs-Koppelungen ermöglichen die Gestaltung von Bauteilen mit vordefinierten Verzerrungen. Der schichtenweise Aufbau bietet dagegen die Möglichkeit Eigenspannungen in das Laminat einzubringen und zwar mit einer entgegengesetzten Richtung zur äußeren Belastung. Das sorgt für eine erhöhte Festigkeit. Hier wurden zwei Verfahren zum Einbringen von Eigenspannungen nach Puck betrachtet. Daraus wurde ein weiteres Verfahre ausgearbeitet und seine Wirksamkeit nachgewiesen.

Aufgrund steigender Energieeffizienzforderung und Kostendruck seitens der kunststoffverarbeitenden Unternehmen besteht das Bedürfnis, den Energiebedarf von Spritzgießprozessen zur Herstellung eines Formteils zu ermitteln. Diese Arbeit betrachtet den Energieverbrauch der Schließeinheit von Spritzgießmaschinen, als Teil eines Gesamtkonzeptes zur energetischen Beschreibung von Spritzgießmaschinen. Ziel ist es, anhand vorgegebener Bauteileigenschaften, den Energieverbrauch der Schließeinheit bestimmen zu können. Diese Beschreibung soll allgemein, als auch angepasst auf die Bauart der Spritzgießmaschine erfolgen. Zu diesem Zweck wird nach einer Betrachtung der technischen Gegebenheiten ein mathematisches Modell erstellt. Es umfasst mehrere Abstraktionsebenen ausgehend von einem idealen Prozess bis hin zu der Beschreibung des Energiebedarfs der konkreten Schließeinheit. Dieses wird zu einem allgemein gültigen Gesamtmodell zusammengefasst und durch Messungen verifiziert.

In der vorliegenden Arbeit werden Harzinjektionsverfahren und Vakuuminfusionsverfahren analysiert. Harzinjektionsverfahren zeichnen sich durch eine endkonturnahe Fertigung von hochbelastbaren Faserverbundbauteilen aus, wobei ein hoher Automatisierungsgrad möglich ist. Jedoch bedarf es auf dem Gebiet der Bauteilqualität noch Verbesserungen. Häufig treten Fertigungsfehler wie Lufteinschlüsse (Poren) oder nicht imprägnierte Teilbereiche auf. In Form einer Prozessanalyse werden die wesentlichen Prozessparameter herausgearbeitet und mit bekannten Qualitätsproblemen verknüpft. Des Weiteren wird der Zusammenhang zwischen Bauteilqualität und den mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen bestimmt. Im Zuge dessen werden Methoden zur Fehlerdetektierung und Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen vorgestellt und eingesetzt. Die Versuche sollen Aufschluss darüber geben, inwieweit Lufteinschlüsse und andere Fertigungsfehler, wie zum Beispiel nicht imprägnierte Teilbereiche, Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff schwächen. Auf Basis der Prozessanalyse und der durchgeführten Versuche werden Kriterien zur Qualitätsbeurteilung von faserverstärkten Kunststoffen aufgestellt und Vorschläge zur Verbesserung der Bauteilqualität vorgestellt. Diese werden in weiteren Versuchen verifiziert.

Verbundstrukturen gewinnen im Zuge der Gewichtsersparnis immer mehr an Bedeutung. Die Anwendungsgebiete sind zahlreiche Branchen wie zum Beispiel die Fahrzeugindustrie, den Maschinen- und Anlagenbau und die Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Gewichtersparnis geht direkt einher mit einer Senkung der Energiekosten. Aus dieser Entwicklung geht unter anderem auch der Verbund von Deckschichten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit einem Kern aus Aluminiumschaum hervor. Dieser Verbund stellt den zentralen Forschungsschwerpunkt der folgenden Arbeit dar. Dabei wird im speziellen untersucht wie Befestigungselemente in einen solchen Verbund integriert werden können. Der Zweck ist es, das Anwendungsgebiet dieses Hybridverbundes zu erweitern. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine vorhandene horizontale Schwingplatte eines Schwingungsprüfgerätes durch den Verbund aus Aluminiumschaum und CFK ersetzt werden. Dazu Konzepte erstellt und gefertigt. Unter Zuhilfenahme des Lastenheftes können Parameter festgelegt werden, welche dazu dienen, den Anwendungsfall möglichst genau nachvollziehen zu können. Also werden die Schwingungsgrößen des im Lastenheft beschriebenen Standartprüfverfahrens genommen, um eine ähnliche Bauteilbelastung zu simulieren. Mittels eines optischen Prüfsystems konnte untersucht werden, ob sich die Gewindeeinsätze in irgendeiner Art und Weise lockern bzw. ob es zum Bruch der Probe kommt. Im Vorfeld ist mit Hilfe von Excel ein Berechnungsprogramm entstanden, welches die erforderlichen Bauteildimensionen aus den Stoffgrößen, der verwendeten Werkstoffe und aus den Schwinggrößen heraus, berechnet. In Bezug auf die festgelegten Parameter lässt sich sagen, dass alle drei Befestigungskonzepte den simulierten Schwingfall ohne Bruch oder eine Lockerung des Gewindeeinsatzes ertragen haben.

Der Herstellungsprozess von Einlegefolien für das Kunststoffhinterspritzen beinhaltet eine Vielzahl an einzelnen Arbeitsgängen. In dieser Arbeit wurden die Prozessschritte der Einlegefolienherstellung analysiert und hinsichtlich ihres Einflusses auf die Qualität der Endprodukte bewertet. Der Schwerpunkt lag hier auf der Verschmutzung durch Stanzprozesse sowie die Gütebestimmung einer UV-aushärtbaren Acrylatschicht, welche auf die Folien aufgebracht ist. Nach UV-Härtung hat diese Schicht hervorragende Eigenschaften wie Kratzbeständigkeit oder die Resistenz gegen chemische Einwirkungen. Durch Prozessversuche an den Folien und durch verschiedene Messreihen konnte der Einfluss einiger Faktoren ausgeschlossen werden. Weiterhin wurde mit dem instrumentierten Eindringversuch ein Verfahren gefunden, mit dem die Aushärtung der Acrylatschicht qualitativ gemessen werden kann. Es konnte experimentell der Zeitpunkt der vollständigen Aushärtung nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen konnten Qualitätsmessgrößen erarbeitet werden, auf deren Basis Vorschläge zur Steigerung der Qualität der Einlegefolien erstellt werden konnten.

Eine genaue Vorhersage, wie viel Antriebsleistung und wie viel Heizleistung zum Aufschmelzen von Kunststoff benötigt wird, gewinnt zur Auslegung von Antrieben und Schnecken von Kunststoffverarbeitungsmaschinen zunehmend an Bedeutung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es ein geschlossenes, analytisches Leistungsberechnungsmodell für die Aufschmelzzone zu entwickeln. Nach einer Modellanalyse bestehender Aufschmelzmodelle wird eine Modellerweiterung zur Leistungsverlaufberechnung entwickelt. Aus dieser Erweiterung entstehen zwei Ansätze zur Leistungsberechnung. Eine Wärmestromansatz und ein Massestromansatz zur Berechnung der Leistung aus einem bestehenden Aufschmelzverlauf. Es folgt eine experimentelle Überprüfung der Modelle. Erste simulierte Ergebnisse einer integralen Betrachtung ergeben eine Abweichung von 25% zu der gemessenen benötigten Leistung.

Die Beschreibung der energetischen Situation in Kunststoffextrudern gewinnt in der freien Wirtschaft immer größere Bedeutung, um effizient und kostengünstig Kunststoffe verarbeiten zu können. Die Forschung ist deshalb bemüht, umfassende Modellgleichungen zur Beschreibung der Energiebilanz von Kunststoffextrudern zu bestimmen. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Beschreibung der energetischen Vorgänge in der genuteten Einzugszone eines Einschneckenextruders. Zu Beginn der Arbeit wird eine umfassende Literaturrecherche durchgeführt und die bestehenden Modelle zur Beschreibung des Feststoffförderverhaltens in der Einzugszone miteinander verglichen. Anschließend wird in der Konzeption eine Energiebilanzgleichung für die Einzugszone des Extruders aufgestellt und die wesentlichen Messgrößen festgesetzt. Zur Erfassung des Drucks am Ende der Einzugszone wird eine Feststoffdrossel entwickelt. Für die Ermittlung wesentlicher Einflussgrößen in die aufgestellte Energiebilanzgleichung werden begleitende Untersuchungen an der genuteten Einzugszone, am Messaufbau und am Material durchgeführt. Die Ergebnisse der Versuche am Extruder zeigen, dass die aufgestellte Energiebilanzgleichung die energetischen Vorgänge in der Einzugszone des Extruders nachbilden kann. Weiterhin wurden Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Energiebilanz in der Einzugszone gewonnen.

In der heutigen Industriegesellschaft ist es wichtig Bauteile kostengünstig und mit hoher Qualität herzustellen um wettbewerbsfähig zu sein. Die Prozessoptimierung zur Erhöhung der Bauteilqualität hat deshalb auch bei den faserverstärkten Kunststoffe (FVK) einen hohen Stellenwert. Die größte Beeinträchtigung der Bauteilqualität geht dabei von der Schwindung der Harzmatrix aus, wodurch es zum Verzug der FVK-Bauteile kommt. Damit hat der Schwindungsfaktor gleichsam die größte Verbesserungswürdigkeit. Deswegen wurde sich in dieser Arbeit der Auswirkung der Schwindung von duroplastischen Harzsystemen und deren Beeinflussung durch äußere Einflussfaktoren gewidmet. Anhand von Experimenten wurde der Einfluss der Temperatur-Zeit-Einstellung auf die Volumenschwindung untersucht. Darauf aufbauend wurde eine optimierte Prozessführung zur Schwindungsreduzierung entwickelt, die auf einen isothermen Härtungsverlauf und der Minimierung der physikalischen Schwindung ausgerichtet ist. Die auf das spezifische Harzaushärtungsverhalten angepasste Prozessoptimierung zur Schwindungsreduzierung wurde abschließend auf die Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen im RTM-Prozess (Resin Transfer Moulding) angewendet.

Ein Messaufbau zur die Messung des Drehmomentenverlauf entlang einer Extruderschnecke wird ausgelegt. Zunächst wird ein Überblick über die Funktionsweise eines Extruders gegeben. Anschließend wird dargestellt wie die Messung des Gesamtdrehmoments an Extrudern bisher realisiert wird und auf welche Weise der Drehmomentenverlauf gemessen wird. Um eine Messeinrichtung auszulegen, die eine möglichst geringe Veränderung an Zylinder oder Schnecke erfordert, werden verschiedene Drehmomentmessmethoden betrachtet und das Prinzip der Messung des Phasenwinkels für den Messaufbau gewählt. In der konstruktiven Auslegung des Messaufbaus wird die gesamte Einrichtung in vier Funktionselemente unterteilt: Sensor, Messverstärker, Auswerteschaltung und Auswertesoftware. Diese vier Komponenten werden anhand der jeweiligen Anforderungen ausgelegt. Die entworfene Messeinrichtung wird anschließend in Betrieb genommen. Bei der Inbetriebnahme wird der erwartete Signalverlauf des Messaufbaus mit den vorhandenen Signalverläufen verglichen. Mögliche Störquellen auf den Signalverlauf werden benannt und Maßnahmen formuliert um die Funktionsfähigkeit des Messaufbaus herzustellen.

Faserverbundkunststoffe verfügen über ein großes Potential für den Leichtbau von Automobilen. Bei ihrer Bearbeitung stellen sie jedoch hohe Ansprüche an die Auswahl der Prozesseingangsgrößen. Daher wird in der vorliegenden Arbeit der Einfluss der Schnittparameter sowie der Werkzeug- und Werkstoffauswahl auf die Emissionen, Werkzeugverschleiß sowie Qualitätsmerkmale bei der Fräsbearbeitung von FVK-Werkstoffen untersucht. Hierbei wurden Erkenntnisse über die maximale Massenkonzentration und das Sedimentierungsverhalten der Partikel sowie Spangeometrie, Schneidkantenverschleiß, Delaminationen und Faserausfransungen gewonnen, die während eines Fräsprozesses entstehen können. Mit Hilfe von Parameterstudien konnten die Abhängigkeiten von Prozesseingangsgrößen (Schnittparameter, Werkzeuggeomitrie, Kühlung) und Prozessausgangsgrößen (Emissionen, Werkzeugverschleiß, Kantenqualität) nachgewiesen werden. Im Rahmen der Messungen wurden ingenieurgerechte Kennwerte abgeleitet, die die Zusammenhänge zwischen Eingangsparametern und Ausgangsparametern aufzeigen. Neben dem Zerspanverhalten in Abhängigkeit der Prozessparameterkombinationen, wurden die Einflüsse der Werkstoffeigenschaften auf die Ergebnisgrößen analysiert und eine Vergleichbarkeit der Werkstoffe hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit dargestellt. Für die Bearbeitung zukünftiger Bauteile konnten hieraus geeignete Werkstoff- und Prozessparameterempfehlungen ableitet werden.

Die Arbeit befasst sich mit dem Gleitverhalten von Kunststoffen auf Sand. Nach einer Literaturrecherche zu vorhandenen Messmethoden der Reibwertermittlung, werden diese an den Anwendungsfall angepasst. Die Methoden werden nach ausgewählten Kriterien bewertet und ausgewählt. Mit einem aufgestellten Versuchsplan werden die Effekte der Einflussgrößen und der Reibwert verschiedener Kunststoffe ermittelt. Die Ergebnisse werden aufgearbeitet und ausgewertet. Weiterhin werden die Reibwerte mit zuvor ermittelten mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe verglichen, um zu überprüfen, ob sich Zusammenhänge erkennen lassen. Es werden ebenfalls Versuche zum Abrasionsverhalten der Kunststoffe durchgeführt. Dazu werden mehrere Methoden getestet und bewertet.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Prozessrandbedingungen bei der Herstellung einer Klebeverbindung auf ein Kunststoffteil untersucht. Bei der aufgebauten Fertigungsstraße wird doppelseitiges Klebeband mit Acrylatschaumkern und Acrylathaftklebstoffen auf ein aus PC-ABS-Polymerblend bestehenden Kunststoffteil aufgebracht. Mittels Stirnabzugsversuch werden Haltekräfte unter verschiedenen Bedingungen geprüft. Dazu erfolgt zuerst die Betrachtung des Aufbaus der Klebekraft in Abhängigkeit der Zeit. Anschließend wird untersucht, welchen Einfluss die Formteiltemperatur beim Klebevorgang und welchen Einfluss die Lagertemperatur nach dem Aufbringen der Klebeverbindung haben. Weiterhin werden die Verschmutzungseinflüsse Staub, Fingerabdrücke, ölhaltige Luft und Formschutzmittel untersucht. Alle Tests werden für das Originalmaterial PC/ABS Bayblend T65XF und einem Regenerat PC/ABS Gebablend 65HF durchgeführt. Zuletzt wird die Verpackung auf Tauglichkeit geprüft. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Klebeverbindung zu gewährleisten, werden für die aufgezeigten Ergebnisse Maßnahmen erstellt und diese in einem Gesamtaufbau der Fertigungsstraße realisiert. Dazu wird zusätzlich ein System zur Sortierung von bauähnlichen Kunststoffteilen integriert, sodass eine Verwechslung ausgeschlossen werden kann.

Um der globalen Erderwärmung entgegenzuwirken versucht die Europäische Union (EU) die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu beschränken. Darauf haben sich die 194 Länder auf der 15. UNKlima Konferenz im Jahr 2007 geeinigt. Nach Meinung der EU kann dieses Ziel mit einem geringeren Ausstoß von Treibhausgasen, vor allem mit der Minderung des mengenmäßig bedeutsamsten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2), erreicht werden. Aus diesem Grund beschränkt die EU, die im Verkehr ausgestoßenen CO2 Emissionen Schritt für Schritt. Automobilhersteller, die die Vorgaben der EU nicht umsetzten, müssen Strafzahlungen leisten. Die europäische Automobilindustrie verkauft, auch auf Wunsch des Kunden, weiterhin komfortable und leistungsstarke Fahrzeuge. Daher sind die Automobilhersteller dazu angehalten Wege zu finden, den CO2 Ausstoß zu reduzieren ohne die Wünsche des Kunden zu beschneiden. Eine Möglichkeit CO2 Emissionen zu minimieren besteht in der Reduzierung des Fahrzeugmasse, bzw. der Masse der Fahrzeugkomponenten. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur CO2 Emissionen reduziert werden sondern auch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann, was sich positiv auf die Konkurrenzfähigkeit des Produktes auswirkt. Das Substituieren von Metallwerkstoffe in Polymere stellt eine Möglichkeit dar die Fahrzeugmasse zu senken. Der Kunststoffanteil in modernen Fahrzeugen steigt stetig. Heutzutage werden sogar Auspuffanlagen aus Polymerwerkstoffen gefertigt [SCH 08]. Auch in Kühlsystemen moderner Fahrzeuge finden sich Polymerwerkstoffe. Jedoch werden Präzisionskomponenten variabler Wasserpumpen immer noch aus Aluminium gefertigt, da günstige Kunststoffe, aufgrund von Diffusionsprozessen den Anforderungen hinsichtlich ihrer Maßhaltigkeit nicht gerecht werden. Anhand eines Regelkolbens, der hohen Anforderungen gerecht werden muss wie, ein enges Toleranzfenster zwischen Regelkolben und Pumpengehäuse, Trennung von Kühlmittel und Umwelt und eine hohe Anzahl an Bewegungszyklen, konnte ein glasfaserverstärkter Kunststoff gefunden werden, der diese Anforderungen erfüllt. Um die Eignung einiger ausgewählter Kunststoffe festzustellen wurden Versuche durchgeführt. So wurde mit der Thermisch-Mechanischen Analyse (TMA) das thermische Ausdehnungsverhalten der Kunststoffe aufgezeichnet. Die Quellung der Polymere in Kühlmittel wurde mit einer 3D-Messeinrichtung bestimmt. Die Feuchtigkeitsaufnahme wurde mit einer Waage dokumentiert, indem die Werkstoffe mehrere Tage in Kühlmittel (Glykol-Wassergemisch) eingelagert wurden. Auch wurde das Alterungsverhalten der Polymere in Kühlmittel aufgezeichnet. Dazu wurde die Brinell-Härte gemessen und Zugversuche durchgeführt. Ein Vyncolit X 6320 (PF GF-60) wurde gefunden, der alle Anforderungen erfüllt. Im Vergleich zum Aluminium Regelkolben besitzt dieser Kunststoffkolben ein um fast 50% geringeres Gewicht und ein finanzielles Einsparpotential von fast 60%.

Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen mit Extrudern ist die Schmelzehomogenität entscheidend für die Qualität der Extrudate. Sie ist abhängig von Materialdaten, Schneckengeometrie und Betriebsparametern. Auch der Energieverbrauch spielt eine immer größer werdende Rolle. Viel Energie geht durch uneffektive Antriebe oder schlechte Temperatureinstellungen am Extruder verloren. Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung eines Zusammenhangs zwischen Schmelzehomogenität und Energieverbrauch im Extrusionsprozess für Einschneckenextruder auf der Basis von Experimenten. Zur Beschreibung der Homogenität wurde die Mischgüte nach [PoK86] verwendet. Die zur Berechnung der Mischgüte notwendigen Werte wurden über eine Grauwertanalyse mittels eines Histogramms ermittelt. Dabei wurden während der Versuche vier lilafarbenen Masterbatchkörner in die Einfüllöffnung des Extruders gegeben und die eingefärbten Stränge abgeschnitten. Mit Hilfe eines Mikrotomschnittgerätes wurden aus den eingefärbten Strängen Dünnschnitte an verschiedenen Betriebspunkten entnommen und über ein Mikroskop und eine Kamera auf einem Computer dargestellt. Für die Grauwertanalyse wurden die Mikroskopbilder mit der Software Corel Photo-Paint X6 bearbeitet. Aus dem daraus entstandenen Histogramm konnten alle relevanten Werte für die Mischgüte, wie Standardabweichung, Mittelwert und Bandbreite, entnommen werden. Für die Versuche wurden die Schneckengeometrie, die Schneckenumfangsgeschwindigkeit, das Material und das Teperaturprofil in unterschiedlichen Stufen variiert. Die Ergebnisse der Versuche stellten keinen Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Schmelzehomogenität fest. Den größten Einfluss auf die Schmelzehomogenität hatte die Schneckengeometrie, wobei die Verwendung von Zahnscheibenmischteil und Wendelnutenscherteil sich vorteilhaft auswirkte. Die Schneckengeometrie hatte keinen Einfluss auf den Energieverbrauch, der abhängig von der Schneckenumfangsgeschwindigkeit und dem verwendeten Material ist. Mit zunehmender Schneckenumfangsgeschwindigkeit sank der spezifische Energieverbrauch. Die Verarbeitung von PE-LLD benötigte mehr Energie als die Verarbeitung von PE-LD. Eine gute Mischgüte bei möglichst geringem Energieverbrauch erzielte die Verarbeitung von PE-LD auf einer Dreizonenschnecke mit Mischteil bei einer Schneckenumfangsgeschwindigkeit von 0,22 m/s bis 0,38 m/s.

Kunststoffe nehmen in der heutigen Zeit einen großen Teil des alltäglichen Lebens ein. In jedem Bereich sind Kunststoffe vertreten, sei es in der Industrie oder im privaten Bereich. Für die Automobilindustrie werden bevorzugt Kunststoffbauteile verwendet, an die hohe Anforderungen bezüglich Festigkeit und Steifigkeit gestellt werden. Um solche Bauteile herzustellen, ist es notwendig den Kunststoff zu verstärken. Die Herstellung von faserverstärktem Kunststoff erfolgt üblicherweise in einem Extruder. Ziel bei der Einarbeitung ist es, die Fasern in dem Kunststoff homogen zu verteilen, um ein optimales Stoffgemisch herzustellen. Das Ziel der Arbeit war es, eine Fasertransport und Dosiervorrichtung zu entwickeln, die einen gleichmäßigen Faserstrom in einen Extruder sicherstellt. Für die Umsetzung wurde ein geeignetes Konzept ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Des Weiteren bestand eine Aufgabe der Arbeit darin, bereits bestehende Lösungen zu recherchieren und die dabei auftretenden Probleme zu beschreiben. Bei der Recherche wurde deutlich, dass bisherige Lösungsansätze mangelhaft umgesetzt wurden. Die Fasern werden entweder als Garne oder als kurze Schnittfasern in den Extruder eingebracht. Während Garne durch Öffnungen in den dafür vorgesehenen Zylinderelementen direkt in die Schnecken des Extruders eingeführt werden können, erfolgt die Zuführung kurzer Fasern mit Hilfe von Fördereinrichtungen oder Stopfwerken. Damit die kurzen Fasern mit hoher Förderkonstanz in den Extruder gebracht werden können, müssen diese rieselfähig sein. Häufig liegen jedoch schlecht rieselfähige Fasern mit sehr niedrigem Schüttgewicht als Ausgangsfasern vor, die bereits in der Dosiervorrichtung oder danach im Stopfwerk am Extruder zur Brückenbildung neigen und mit dem technisch verfügbaren Equipment nicht in der erforderlichen Menge und Konstanz in den Extruder gebracht werden können. Es wurde ein Konzept entwickelt, dass die bestehenden Probleme minimiert und einen gleichmäßigen Faserstrom mit einer ausreichenden Konstanz in den Extruder sicher stellt. Der Transport der Fasern erfolgt über einen Luftstrom, wodurch sie vereinzelt werden. Das entwickelte Gerät trennt die Fasern und die Luft voneinander und bringt die Fasern unter Zwang über eine dichtkämmende Doppelschnecke in den Extruder ein. Die Dosiervorrichtung wurde konstruktiv und baulich umgesetzt. Für die Konstruktion wurde ein Model mit allen für den Bau notwendigen Einzelteilzeichnungen angefertigt. Mit dem Gerät wurden Versuche durchgeführt und protokolliert. Die dabei erzielten Durchsätze sind industrieller Standard. Da diese Umsetzung der Fasereinbringung bisher noch nicht existiert und die gewünschten Ergebnisse brachte, wurde ein Patent eingereicht.

Faserverstärkte Bauteile werden im Flugzeugbau schon seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Mit steigender Anzahl faserverstärkter Komponenten müssen daher Fertigungsverfahren entwickelt werden, die dieser sich ständig erhöhenden Nachfrage gerecht werden können. Die momentane Produktion bei Airbus erfolgt zu einem großen Teil durch Prepreg-Halbzeuge, die durch die Vorimprägnierung jedoch gekühlt gelagert werden müssen und auch bei der Aushärtung im Autoklaven hohe Kosten erzeugen. Eine Lösung ist daher die Produktion durch Vakuuminfusion. Hierbei werden Trockenfasern mit Hilfe einer Druckdifferenz zwischen Infusionsaufbau und Umwelt mit Harz getränkt. Um den Prozess robuster und damit störungsresistenter zu gestalten, wird die Vakuuminfusion weiterentwickelt. Diese Masterarbeit befasst sich mit der Tränkung von Trockenfasern über eine sogenannte integrierte Fließhilfe. Dabei handelt es sich um in die Werkzeugoberfläche eingebrachte Fließkanäle, die den Harztransport gewährleisten sollen. In praktischen Versuchen werden Fließgeschwindigkeiten verschiedener Faserhalbzeuge und Laminatdicken untersucht und auf weitere Versuchsaufbauten übertragen, die die Imprägnierung von Versteifungsprofilen verifizieren. Um den vom standardmäßig verwendeten Infusionsaufbau abweichenden Prozess beurteilen zu können, werden abschließend Schliffbilder angefertigt, um die Laminatqualität der hergestellten Bauteile zu überprüfen. Da das Verfahren auch für aerodynamische Außenflächen zum Einsatz kommen soll, wird in einem Lackierversuch der Aufwand beurteilt, der nötig ist, um die erzeugten Bauteiloberflächen vorzubereiten und anschließend zu lackieren.

Bei der Kunststoffherstellung kommen Extruder zum Einsatz deren wesentliche Bestandteile ein Zylinder und eine darin befindliche, drehbare Schnecke sind. Für die Dimensionierung der Schnecke werden verschiedene Berechnungsmodelle verwendet, mit denen sich Kennwerte zur Beurteilung der Extruder-Eigenschaften bestimmen lassen. Das im Folgenden betrachtete Modell stellt eine Reihe von vereinfachenden Gleichungen zur Berechnung von Kennwerten, für die grundlegende Schneckengeometrie, zur Verfügung. Basierend auf diesen Gleichungen wurde ein Matlab-Programm erstellt, welches unter der Vorgabe von Eingangsparametern, die Kennwerte berechnet, anzeigt und teils grafisch darstellt. Desweiteren enthält das Programm auch eine Optimierungsfunktion für ausgewählte Parameter, welche im Anschluss an die Berechnung verwendet werden kann. Das Ziel der Optimierung ist die Bestimmung von günstigen Werten für die Optimierungsparameter, unter der Vorgabe eines minimalen Energiebedarfs. Die Ergebnisse der Optimierung lassen sich ebenfalls wertmäßig und graphisch darstellen.

Das Thermoplast-Schaumspritzgießen stellt eine Möglichkeit dar, das Gewicht von Spritzgußteilen durch das gezielte Einbringen von Gas im Bauteilkern zu verringern. Die Anwendung dieses Verfahrens ist neu für Geräte im Bereich der Forst- und Landschaftspflege. Ziel dieser Arbeit ist es die Eignung dieses Verfahrens in der Firma STIHL zu überprüfen. Dazu wurden anhand von geschäumten Kettenraddeckeln mechanische Untersuchungen wie Biege- und Zugversuch durchgeführt. Weiterhin wurde nach Verfahren gesucht, welche eine Prüfung der Oberflächenqualität mit den zur Verfügung stehenden Messgeräten zulassen. Es sollte das Zusammenwirken von Werkstoff, Prozessführung und resultierenden Bauteileigenschaften erfasst werden. Als geeignete Verfahren zur serienbegleitenden Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit kommen das Tastschnittverfahren sowie die Auswertung des Grauanteils bei schwarzen Bauteilen unter dem Lichtmikroskop in Frage. Für die optische Auswertung grauer Bauteile wird die Verwendung eines Kontrastmittels empfohlen. Die erzielten Gewichtsreduktionen sind mit maximal 10 % vergleichsweise gering, was dazu führt, dass die Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften ebenfalls gering sind. Es konnten durch die Variation einiger Prozessparameter sowohl fein- als auch grobporige Schaumkerne hergestellt werden. Als Ansatzpunkt für weitere Analysen kann die Untersuchung von Thermoplast-Schaumspritzgussteilen unter Verwendung variothermer Werkzeugtemperierung gesehen werden.

Energieeinsparung durch Massereduzierung ist nicht nur im Automobilbau ein häufig verfolgter Ansatz. Eine Werkstoffgruppe mit hohem Leichtbau- und Großserienpotential sind Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) auf thermoplastischer Basis. Oftmals aufwändige und zeitintensive Vorversuche limitieren aber den vermehrten Einsatz dieser Materialgruppe. Diese Grundlagen sind jedoch nötig, um das ideale, materialspezifische Parameterprofil - vornehmlich bestehend aus Prozessdruck und -temperatur sowie Gesamtpresszeit - festzulegen. Die vorliegende Arbeit setzt sich zunächst mit den theoretischen Grundlagen und Arten der Herstellung von endlosglasfaserverstärkten Thermoplast-Halbzeugen auseinander, wobei die Laminatqualität in großem Maße von den Prozessen der Imprägnierung und Konsolidierung beeinflusst wird. Die Parameter der Vorversuche auf einer statischen Laborpresse (STAT) werden transferiert und auf einer industrienahen Intervall-Heißpresse (IVHP) nachgefahren. Die entstehenden Organobleche werden einer analytischen und mechanischen Prüfung unterzogen. Dabei erweisen sich vor allem die statische 3-Punkt-Biegeprüfung und die Ermittlung der Verbunddichte nach der Eintauchmethode als besonders geeignet. Zur Aufklärung des Imprägnierungsfortschritts werden Mikroskopieaufnahmen der FKV-Platten qualitativ ausgewertet und verglichen. Die Auswertung der Analysemethoden belegt, dass das Temperatur-Druck-Profil der IVHP zu komplex ist, um einen konform deckungsgleichen Übertrag von der STAT zu realisieren. Dennoch ist eine eindeutige Abhängigkeit der Laminatqualität von den definierten Prozessparametern nachweisbar. Eine Erhöhung einer der Parameter Druck, Temperatur und Zeit bewirkt, sowohl bei der statischen als auch bei der semi-kontinuierlichen Fertigung, einen Anstieg der untersuchten Werkstoffkennwerte, welche den Imprägnierungsfortschritt abbilden. Die Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit dienen als Grundlage für tiefergehende Untersuchungen an den Einrichtungen der "Neue Materialien Fürth GmbH".

Für einen Großteil der Automobilbranche ist die Erschließung und Etablierung in neuen Märkten eine Grundvoraussetzung für weiteres Wachstum. Unterstützt wird dies durch die steigende Globalisierung. Damit ergeben sich jedoch zunehmend neue Herausforderungen in Form umfangreicherer Produktvielfalten, neuen Fahrzeuganforderungen und unterschiedlichen Gesetzeslagen. Um den jeweiligen Artikel auf dem internationalen Markt attraktiv zu gestalten, müssen sowohl die technischen wie auch die wirtschaftlichen Aspekte betrachtet werden. Dazu zählt ebenfalls die Entwicklung neuer Bauteilkomponenten im Kraftfahrzeug. Diese werden jeweils für sich, im Verbund und in der Gesamtheit bewertet. In diesem Zusammenhang müssen ebenfalls als wichtige Randbedingung die Bedürfnisse möglicher Kunden berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein Beitrag zur Entwicklung eines Unterfahrschutzes im Bereich des Vorderwagens eines SUV-Fahrzeugs geleistet. Zum Einsatz kommt dabei die Finite-Element-Methode (FEM). Angestrebt wird ein leichtes kostengünstiges und wirksames Konzept, welches alle Anforderungen und Auslegungskriterien erfüllen kann. Diese sind für die jeweils unterschiedlichen Fahrzeugausprägungen zu entwickeln. Dabei wird unter anderem eine geeignete Werkstoffauswahl getroffen. Hauptaufgabe dabei ist mithilfe des Solvers OptiStruct eine ganzheitliche Optimierung des Geländeunterfahrschutzes durchzuführen. Diese beinhaltet neben der Analyse des aktuellen Konstruktionsstands sowohl die Topology- wie auch die Topographyuntersuchung. Zur ganzheitlichen Betrachtungsweise werden die zuvor angenommenen Lastannahmen aus der Simulation mit einem realen Fahrzeugversuch überprüft und gegenübergestellt werden. Dazu wird die Versuchsplanung, -durchführung und die Inbetriebnahme der Erprobungsstrecke übernommen. Das Ziel dieser Arbeit ist ein Unterfahrschutzkonzept, welches alle Auslegungskriterien mit den dazugehörigen Randbedingungen erfüllt. Durch die Optimierung werden technische sowie wirtschaftliche Gesichtspunkte in ein sinnvolles Verhältnis zueinander gebracht. Damit wird der Reifegrad des Produkts und somit auch des Gesamtfahrzeugs wesentlich gesteigert.

In dieser Arbeit wird das neue Verfahren des Bolzenklebens auf Kohlefaserverstärkten Verbundbauteilen näher betrachtet. Es erfolgt eine kurze Einführung in die Themengebiet des Klebens und des kohlenfaserverstärkten Kunststoffes. Zunächst werden die unterschiedlichen auf dem Markt vorhandenen Systeme kurz vorgestellt und ihre Stärken und Schwächen dargelegt. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Parameterfindung für das Prototypensystem der Fa. Emhardt Teknologies (Tucker) durchgeführt. Des Weiteren werden optische und zerstörende Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle und Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Systems entwickelt. In den praktischen Versuchen wurden äußere Einflüsse und Störfaktoren auf das System untersucht. Eine Analyse des Systems, unter Berücksichtigung der Risiken und Chancen, trifft eine erste Beurteilung über die Einsatzfähigkeit in einer Serienproduktion. Es werden Arbeitsanweisungen abgeleitet, die zu einem sicheren Einsatz des Systems bei der Audi AG führen sollen.

Für die Neuentwicklung eines gewichtsoptimierten Rollstuhls mittels Faserverbundkunststoffe wurde ein Konzept zur Detektion der potentialsten Bauteile entwickelt. Dieses Konzept ermöglicht eine Betrachtung der Bauteile hinsichtlich ihrer Gewichtspotentiale, Herstellungsmöglichkeiten und entstehenden Kosten. Das Konzept wurde anhand eines Aktivrollstuhls durchgeführt und über eine Konstruktion und Simulation der drei besten Bauteile nachgewiesen. Die Resultate entsprachen den angenommenen Werten. Das Konzept ist allgemeingültig aufgestellt. Abschließend kann ein erfolgreich angewandtes Leichtbaukonzept vorgewiesen werden, welches sich für produktgleiche und produktübergreifende Untersuchungen anwenden lässt.

Die Textilmaschinenbranche stellt sehr hohe Anforderungen an die Produktivität. Infolge der Energiewende rückt zunehmend auch der Faktor Ökonomie in den Fokus. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, bedienen sich die Hersteller immer öfter dem Mittel des Leichtbaus. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen in einer existierenden Maschine sinnvoll Leichtbau anzuwenden ist. Eine Grundlagenbetrachtung zeigt den aktuellen Stand der Technik und ermöglicht die Definition von Randbedingungen des modernen Maschinen- und Anlagenbaus. Mit diesen wird ein Identifikationskonzept für Leichtbaupotential entwickelt. Im Anschluss daran wird diese Vorgehensweise an einer Textilmaschine der Firma LIBA Maschinenfabrik GmbH angewandt. Eine Bewertung aller Bauteile der Maschine ist das Ergebnis dieser Untersuchungen. Des Weiteren werden die drei Bauteile mit dem höchsten Leichtbaupotential mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) analysiert. Schließlich erfolgt die Neugestaltung dieser in Faserverbundbauweise und ein Vergleich zu den bestehenden Teilen wird durchgeführt. Abschließend werden alle Erkenntnisse diskutiert und ein Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen wird aufgezeigt.

In der heutigen Mobilität ist ein stetiger Trend zu mehr Wirtschaftlichkeit und Effizienz zu beobachten. In Bezug auf den Einsatz von fossilen Energieträgern und dem umweltbelastenden CO2-Ausstoß werden immer größere Anstrengungen unternommen, um den Energiebedarf zu minimieren. Eine Möglichkeit diesem Ziel näher zu kommen, ist die Senkung der Fahrzeugmasse. Auch in Schienenfahrzeugen kann der Leichtbau durch Multimaterialsysteme signifikant verbessert werden. Dazu ersetzen endlosfaserverstärkte Kunststoffbauteile in hybriden Strukturen herkömmliche metallische Bauteile und erlauben neue Geometrien. Das dieser Arbeit zugrundeliegende Bauteilkonzept besteht aus einem kohlefaserfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffbauteil (Organoblech) und dient der Verstärkung einer Aluminium-Wagenkastenstruktur. Ziel dieser Arbeit ist es, geeignete Fügeverfahren für die Verbindung des Faserverbundbauteils mit der metallischen Wagenkastenstruktur zu qualifizieren. Für die Anbindung des Faserverbundbauteils an die Seitenwandstruktur des Wagenkastens werden verschiedene Fügekonzepte analysiert. Spezifische Eigenschaften der verwendeten Fügepartner sowie Anforderungen aus dem Einsatz und der Herstellung der Verbindung stellen bei der Studie der Fügevarianten eine zentrale Anforderung dar. Eine abschließende Bewertung der Verfahren zeigt eine besondere Qualifikation von Verklebungen und mechanischen Fügeelementen. Mögliche Abläufe für die Füge- und Prozessfolge im Wagenkastenbau werden mit den ausgewählten Fügevarianten des Verklebens in Kombination mit Schrauben, Nieten und Bolzen generiert. Eine erste wirtschaftliche Betrachtung der Fügefolgen im Montageablauf zeigt keine wesentlichen Kostenunterschiede in Aspekten wie Material- und Maschinenkosten sowie der Montagezeit. Darauf folgt die Definition und Abschätzung der für den Fügeprozess erforderlichen Oberflächenvorbehandlung sowie der notwendigen Umgebungsbedingungen. Die favorisierten Fügekonzepte werden anschließend in anwendungsnahen Lastfällen, durch Scherzug- und Biegeschälversuche, erprobt und deren mechanische Eigenschaften dokumentiert. In der Umsetzung werden die für eine Verklebung der Fügepartner relevanten Parameter priorisiert, deren versuchstechnische Betrachtung zu den im Folgenden erläuterten Erkenntnissen führt. Eine Modifikation der Belastungsrichtung des verklebten, anisotropen Organobleches, zeigt eine Richtungsabhängigkeit der maximalen Spannungsaufnahme der Verbindung. Im Scherzugversuch wird die Fügeverbindung mit den für eine Klebeverbindung günstigen Scherzugkräften belastet. Auch schälende Belastungen, die senkrecht zur Klebefläche angreifen und eine ungünstige Belastungsart darstellen, werden im Versuch getestet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Schälanteile eines angreifenden Lastvektors Auslöser für das Versagen der Klebeverbindung sind. Diese können demnach durch höhere Bauteilsteifigkeiten der Fügepartner minimiert werden. Das zusätzliche Fügen durch mechanische Elemente vor und nach der Klebstoffaushärtung zeigt keine signifikante Erhöhung, jedoch auch keine Verringerung, der maximal übertragbaren Kräfte. Nach dem Versagen der Klebeverbindung kann eine unterschiedliche Restkraft der verschiedenen Fügeelemente beobachtet werden. Dadurch begründet sich ein Einsatz der mechanischen Fügetechnik als Notlaufelement im Fall des Versagens der Klebeverbindung im Bauteileinsatz. Weiterhin besteht eine berechtigte Verwendung im Fügeprozess der Klebeverbindung, wo die Elemente das Fixieren des Organoblechbauteils an der Seitenwand für die Zeit der Klebstoffaushärtung leisten können. Daraus resultieren begünstigende Prozessablauffaktoren, die einen schnelleren und effizienteren Montagefluss fördern sowie zusätzliche Spann- und Haltesysteme ersetzen. Sowohl im Scherzug- als auch im Biegeschälversuch kann in gewissen Grenzen eine Abweichung der aufgebrachten Klebeschichtdicke, die durch Bauteiltoleranzen der Fügepartner entstehen kann, keine Reduktion der Maximalspannung bewirken. Eine durch Schälkräfte beanspruchte Klebeverbindung zeigt durch die Temperaturbeanspruchung, die in der thermoplastischen Umformung der Organoblech-Bauteilherstellung Oberflächenveränderungen hervorruft, eine Verdopplung der übertragbaren Spannungen. Eine Scherzugbelastung der Probe weist einen ähnlichen, jedoch geringeren Trend der Spannungssteigerung auf. Die zusätzlich zur Verklebung eingebrachten mechanischen Fügeelemente können bei einer Biegeschälbeanspruchung nicht die Belastbarkeit der Klebeverbindung steigern, da der Startpunkt des Versagens in der Klebstoffschicht und somit geometrisch vor dem Fügeelement liegt. Der gesamte Verlust der Klebeanbindung kann jedoch durch das Stoppen des Rissfortschrittes verhindert werden, wodurch im Fall des Versagens mit mechanischen Fügeelementen ein positiver Effekt erzielt wird.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Prüfung der Möglichkeit faserverstärkte Kunststoffe bei einer neuen Bauart von Warmwasserspeichern einzusetzen. Die Wärmespeicher sollen in Zukunft aus glasfaserverstärkten Kunststoffplatten zusammengesetzt werden. Die mechanischen, thermischen und funktionalen Eigenschaften der Platten sind dabei noch nicht hinreichend bekannt. Diese Arbeit befasst sich mit der Ermittlung dieser Eigenschaften. Zunächst werden die Beschaffenheit und die grundsätzlichen Eigenschaften von glasfaserverstärkten Kunststoffen dargestellt. Die Prüfmethoden werden vorgestellt. Es werden von drei verschiedenen glasfaserverstärkten Kunststoffplatten die mechanischen Kenngrößen wie Zug- und Druckfestigkeit, E-Modul, G-Modul, Querkontraktionszahl und Biegesteifigkeit ermittelt. Die Kenngrößen werden bei Temperaturen von 25˚ C, 50˚ C und 80˚ C geprüft, um die maximale mechanische Belastbarkeit, bei in der Anwendung üblichen Temperaturen, zu simulieren. Die thermischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffplatten werden über die Wärmeausdehnung und die Wärmeleitzahl charakterisiert. Als weitere wichtige funktionale Kenngröße für die Anwendung wird die Wasserdampfdurchlässigkeit überprüft. Die Versuche werden nach den aktuellen Normen für die Prüfung von Kunststoffen durchgeführt. Die gemessenen Kennwerte werden grafisch dargestellt und mit Richtwerten aus der Literatur verglichen. Die Versuche haben eindeutig die Platte mit den besten mechanischen Eigenschaften aufgezeigt. Diese Platte besteht aus einer duroplastischen Matrix aus ungesättigtem Polyesterharz namens UP R937-IPF-17 und wird in der Arbeit als Platte 3 bezeichnet. In das Harz sind Glasfaserschichten aus Rovinggewebe und Endlosmatten eingebettet. Der massebezogene Glasfasergehalt beträgt 37,13 %. Die Materialkosten sind bei Platte 3 am geringsten. Die Versuche haben unter anderem ergeben, dass diese Platte eine Zugfestigkeit von 140,51 MPa und einen Zug-E-Modul von 6,68 GPa bei 80˚ C aufweist. Das Deutsche Institut für Bautechnik schreibt bei ähnlichem Material eine Zugfestigkeit von mindestens 100 MPa und einen Zug-E-Modul von mindestens 9 GPa vor[KNA06 S.62]. Nun muss im weiteren Projektverlauf mithilfe von FEM-Simulationen geprüft werden, ob unter anderem der geringe Zug-E-Modul der Platte 3 dennoch ausreichend für diese Anwendung ist. Zudem hat sich gezeigt, dass die Wasserdampfdurchlässigkeiten aller geprüften Werkstoffe im Hinblick auf die Betriebsdauer der Wärmespeicher (mindestens 10 Jahre) zu hoch sind. Die Wärmeleitfähigkeiten aller Platten liegen im Bereich der Literaturwerte. Die Eignung der Platten kann damit leider noch nicht für diese Anwendung bestätigt werden und es ist noch weitere Entwicklungsarbeit zu leisten.

Eine genaue Vorhersage der Schneckenantriebsleistung, zur Auslegung von Antrieben und Schnecken, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Verifizierung eines modifizierten Ansatzes, zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit der Leistungsaufnahme von Einschneckenextrudern. Zu Beginn dieser Arbeit findet eine umfangreiche Literaturrecherche statt, um die vorliegenden Modelle zu sichten. Anschließend erfolgt eine Analyse des Verhaltens einzelner Modelle unter Variation der Eingangsgrößen. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse wird die Abweichung der berechneten Leistung aufgrund von Schwankungen der Eingangsparameter festgestellt. Im Rahmen der experimentellen Überprüfung der Antriebsleistung findet ein Vergleich zwischen Messung und Simulation statt. Aus den Erkenntnissen der Modellanalyse und der experimentellen Analyse wird ein neues integrales Modell abgeleitet. Dieses Modell erzielt, mit einer durchschnittlichen Abweichung zu den gemessenen Antriebsleistungen von 14 %, gute Ergebnisse.

Diese Arbeit befasst sich mit den Bedingungen für die Einarbeitung leitfähiger Füllstoffe in Thermoplaste. Es sollen dabei die Einflüsse auf die Leitfähigkeit herausgearbeitet werden und abschließend eine Empfehlung für Verarbeitungsparameter erfolgen. Hierfür wird zunächst die Extrusion der Fasern betrachtet. Als wesentliche Einflussfaktoren werden die Faserlänge, Faserkonzentration und die Extruderparameter wie Temperaturführung, Schneckengeometrie und Schneckendrehzahl analysiert. Um eine Aussage über deren Einfluss zu treffen, werden verschiedene Versuche am Extruder und anschließend eine Prüfung des erzeugten Strangs hinsichtlich der Leitfähigkeit durchgeführt. Im Anschluss an die Untersuchung des Strangs wird das Kunststoffgranulat hergestellt und ebenfalls auf Leitfähigkeit untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass aufgrund der mangelhaften Leitungsverbindung zwischen den Granulatkörnern kein Stromfluss stattfindet. Abschließend werden Probekörper aus dem Kunststoffgranulat gespritzt, die ebenfalls auf ihre Leitfähigkeit getestet werden. Hierfür werden wie bei der Messung des Strangs zwei Elektroden auf den Probekörper aufgebracht und wieder der elektrische Widerstand gemessen. Um die Analyse der Probekörper abzurunden werden verschiedene Untersuchungen am Probekörper durchgeführt. Mithilfe der Dichtemessung und der thermografischen Analyse und wird der Fasergehalt des Probekörpers ermittelt. Durch einen Zugversuch werden die mechanischen Kennwerte der Probekörper aufgenommen. Schließlich wird noch die Faserlänge und Faserorientierung im Probekörper untersucht. Abschließend kann man sagen, dass sowohl für die Einleitung des Stroms als auch für den Stromtransport durch das Material neben der Faserkonzentration die Faserorientierung den größten Einfluss hat. Für die Herstellung von Bauteilen aus leitfähigen Kunststoffen kann man deshalb Empfehlungen für die Werkzeugkonstruktion und die Verarbeitungsparameter geben.

Leichtbau durch Kunststoff, besonders durch neuartige Leichtbau-Sandwichstrukturen, eröffnet eine neue Dimension im Automobiltechnik. Die Firma REHAU AG+Co. hat sich besonders das Thema Strukturleichtbau auf Basis thermoplastischer Composites (TPC) vertieft. Hierbei stehen Konzepte der unidirektionalen Faserverstärkung (DU-Tapes) im Mittelpunkte. Die einachsig ausgerichteten Faserlagen werden in einer Thermoplast-Matrix eingebettet. Das neue Verfahren trägt den Namen ULTRLITEC. Nach einer Recherche zum Stand der Technik wird eine Marktrecherche nach geeigneten Kernschichtmaterialien durchgeführt. Aus UD-Tapes wurden im ULTRLITEC verfahren Sandwichplatten mit unterschiedlichen Materialkombinationen hergestellt. Als Kernschichtmaterialien wurden verschiedenen Schäumen (sowie PVC, PUR, PMI, PET), Waben und Balsaholz eingesetzt. Dabei werden die verwendeten Herstellparameter zu optimieren und zu beschreiben. Die Sandwichplatten werden hinsichtlich ihre mechanischen Kennwerten aus dem Druck-, Schub- und Biegeversuch ermittelt und beurteilt. Als Bewertungskriterium wurde Leichtgüte und Leichtbaurentabilität verwendet. Anschließend lässt sich sagen, dass aufgrund der hohen Leichtbaugüte und hohen Leichtbaurentabilität welche Kernschichtmaterialien für weitere Untersuchung und Verwendung besonders interessant.

Durch die geänderten Ansprüche und Rahmenbedingungen der Fahrzeugindustrie, ist eine Gewichtsreduktion der Modelle notwendig. Im Bereich der Fahrzeugsitze, weist die aktuelle Stahlstruktur nur noch wenige Potentiale in dieser Richtung auf. Aus diesem Grund untersucht die vorliegende Arbeit ein neues Konzept eines Frontsitzes aus faserverstärktem Kunststoff. Dabei wird dieser in 3 Teile geteilt: eine einteilige Sitzschale, den Unterbau und das Polstermaterial. Die geforderten mechanischen Festigkeiten werden mit Hilfe der FE-Methode simuliert und anschließend in mehreren Iterationsschritten in die Konstruktion eingebracht. Der Unterbau beinhaltet eine innovative Beeinflussung aller Verstellwege, um durch eine vereinfachte Konstruktion Gewicht zu sparen und gleichzeitig einen großen Teil von potentiellen Insassen abzudecken. Auch hier kommt faserverstärkter Kunststoff zum Einsatz, um durch einen angepassten Versagensverlauf Gewicht zu sparen. Die Arbeit analysiert diesen auf die Vorgänge des Materials bei Belastung. Den Komfort und die Ergonomie des Konzeptes bestätigen Probandenuntersuchungen eines Musters, aus denen zukünftige Schritte ableitbar sind. Die Polstermaterialien werden auf ihre klimaphysiologischen Eigenschaften untersucht, mit Hilfe verschiedener thermischer Experimente. Dabei zeigt sich, dass mit neuen Materialien bessere Eigenschaften geschaffen werden können, die gleichzeitig zur Vereinfachung und Gewichtsreduktion der Konstruktion beitragen.

In dieser Arbeit wurde eine Evaluierung des Extrudersimulationsprogrammes "Rechnergestütze Extruderauslegung" durch den Vergleich mit Versuchen durchgeführt. Zusätzlich wurde in kleinerem Umfang das Simulationsprogramm "Virtual Extrusion Laboratory" mit den durchgeführten Versuchen verglichen. Zur Durchführung der Versuche wurden die signifikanten Einfluss- und Zielgrößen bestimmt. Für die Messung der Zielgrößen wurden verschiedene Messmethoden analysiert und bewertet. Weiterhin werden die verwendeten Modelle, der Simulationen, kurz vorgestellt. Anhand der Vorgehensweise bei der Simulation wird eine Vorgehensweise vorgestellt, um praxisnahe Simulationen zu erhalten. Für den verwendeten Extruder werden, anhand der Produktionsanforderungen, der kritischen Prozesswerten und der Simulation, Vorschläge zur Optimierung vorgestellt.

Im Spritzgießprozess werden Hinterschneidungen in Formteilen oftmals mittels Kernzügen realisiert. Deren Antrieb erfolgt, aufgrund der großen Leistungsdichte, bislang hydraulisch, was in Hinblick einer elektrischen Spritzgießmaschine einen Mehraufwand sowie verschiedene Nachteile bedeutet. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Entwurf einer Prototypenbaureihe eines elektrischen Kernzugantriebs. Die Hauptaufgabe eines Kernzugantriebs liegt in dem Ziehen (Entformen) und dem Zustellen von Kernen. Ausgehend von den am Markt erhältlichen Kernzug-Hydraulikzylindern, Entformungskraftberechnungen an Beispielformteilen sowie Gesprächen mit Werkzeugherstellern werden die Parameter für eine elektrische Lösung definiert. Verschiedene Lösungskonzepte werden miteinander verglichen, mit dem Ergebnis, dass ein mutterseitig angetriebener Rollengewindetrieb mit Getriebemotor die optimale Lösung darstellt. Anhand von Auslegungsrichtlinien sind die wesentlichen Komponenten berechnet. Die in Gruppen unterteilte Betrachtung der Konstruktion zeigt schließlich die Umsetzung des gewählten Konzeptes und die Verbindungen zwischen den zuvor berechneten Komponenten mit dem Gesamtantrieb.

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Lösungskonzept für die Umsetzung eines Prüfstandes, dessen Aufgabe darin besteht, Erkenntnisse über Eigenschaften, wie zum Beispiel das Torsionsmodul, faserverstärkter Kunststoffprofile zu gewinnen und deren zugrundeliegende Parameter, wie etwa den Faserlagenaufbau zu verstehen. Der Prüfstand wird in eine vorliegende Peripherie integriert und eine Messkette impliziert, wobei ein automatischer Messablauf sowie eine entsprechende Datenausgabe verwirklicht werden. Weitestgehend wird in der Arbeit auf die Methodik und gleichermaßen auf die fachlichen Zusammenhänge bei der Entwicklung einer Maschine eingegangen. Als Ergebnis der Analyse der bestehenden Vorgaben und der folgenden eigenen Aufgabenpräzisierung und Funktionsanalyse werden zunächst erforderliche Gestaltforderungen und physikalische Lasten festgelegt sowie deren Bedeutung und Einflussparameter untersucht. Erforderliche Formeln und Funktionen werden hergeleitet und erklärt. Als Resultat der vorhergehenden Betrachtungen stehen ein theoretisches Konstrukt und eine Prinzipvariante für einen Torsionsprüfstand, die in der folgenden Arbeit mit einem 3D-Zeichenprogramm als finales Lösungskonzept umgesetzt werden. Dieses Konzept muss vorhergehend ermittelten technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien genügen.

Im Zuge der stetigen Ressourcenverknappung müssen Automobile immer effektiver und sparsamer entwickelt werden. Ein Schritt ist die mechanische Entkopplung der Nebenaggregate vom Motor. So werden beispielsweise der Kühlerlüfter, die Ölpumpe oder die Kühlmittelpumpe separat betrieben. Das gestattet einen kleineren, und damit leichteren und sparsameren Antrieb. Für die Nebenaggregate bedeutet das, dass diese ausschließlich im Bedarfsfall aktiviert werden können und keine ständige Last darstellen. Mit der steigenden Zahl elektrischer Antriebe sind Konzepte gefragt, die auf den Einsatz von kostenaufwändigen Selten Erden Magneten verzichten. Eine mögliche Lösung hierfür bietet der Reluktanzmotor, der gänzlich ohne den Einsatz von Permanentmagneten auskommt. Eine Einbindung solcher Antriebe im Kfz steckt noch in den Kinderschuhen. Gerade unter dem Gesichtspunkt der Anwendung leistungsfähiger Materialien und Fertigungstechnologien sind ausgereifte Lösungen gefragt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz von Reluktanzantrieben für Nebenaggregate im Automobil, speziell für die Kühlmittelpumpe, zu ermöglichen. Dabei soll unter Anwendung von Kunststoffen und dem Einsatz von "Somaloy", als weichmagnetischer Stator-/Rotorwerkstoff, eine hochintegrierte Baugruppe entworfen werden. In Anlehnung an die Aufgabenstellung werden Integrationstechniken für eine Anwendung von Kunststoffen in elektrisch betriebenen Nebenaggregaten vorgestellt. Anschließend werden am Beispiel einer Kühlmittelumwälzpumpe Konzepte entwickelt, um Nebenaggregate mit Reluktanzantrieben unter Anwendung von Kunststoffen konstruktiv umsetzen zu können. Mit dem darauf aufbauenden Konstruktionsprozess entsteht ein technischer Entwurf, der zuletzt als Funktionsmuster umgesetzt wird.

Für den neuartigen Fahrzeugboden eines Nutzfahrzeuges, der aus faserverstärktem Kunststoff produziert werden soll, wird in dieser Arbeit ein Modularisierungskonzept erarbeitet. Es ist das Ziel des Konzepts, durch Variantenoptimierung und Modularisierung eine Komplexitätsreduktion herbei zu führen. Im Zuge der Arbeit werden dafür verschiedene Modularisierungsstrategien beleuchtet und aus diesen Strategien eine Synthese in Form einer Richtlinie erarbeitet. Im weiteren Verlauf der Arbeit kommt diese Richtlinie zur Anwendung. Die wichtigsten Elemente der Richtlinie sind die Klärung der Projektstruktur, erfassen der Projektanforderungen, Reduktion der Varianten, Modularisierung der Komponenten und Bewertung der Ergebnisse. Am Ende der Arbeit kann ein erfolgreich angewandtes Modularisierungskonzept vorgewiesen werden, welches für die Entwicklung weiterer Fahrzeugbodengruppen verwendbar ist.

In der modernen Fertigung besitzen metallische Werkstoffe einen hohen Stellenwert. Dies kann auf deren guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie dem jahrelangen Umgang mit diesen Werkstoffen zurückgeführt werden. Mit der Forderung nach Leichtbau im Automotive- und Maschinenbausektor zur Reduzierung des Rohstoff- und Energieverbauchs bei der Herstellung sowie Nutzung stieg die Weiterentwicklung von Faserverbundkunststoffen (FVK). Das resin transfer molding (kurz: RTM-Verfahren) zählt hierbei zu den weitverbreitetsten Herstellungsverfahren für FVK. Es zeichnet sich durch die hohe Reproduzierbarkeit beidseitig glatter Flächen und somit gleichbleibender Bauteilqualität aus. Kurze Taktzeiten ermöglichen die Fertigung großer Stückzahlen. Da jedes Bauteil ein separates Werkzeug mit Formnest benötigt, ist die Anwendung dieses Verfahrens für kleine Stückzahlen unrentabel. Im Fachgebiet Kunststofftechnik (KTI) der Technischen Universität Ilmenau werden im Forschungsprojekt FiLiMA unterschiedliche RTM-Werkzeuge für die Herstellung von FVK benötigt. Daraus resultiert die Anschaffung mehrerer kostenintensiver Werkzeuge. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein RTM-Formrahmen mit modularem Werkzeugeinsatz konzipiert und konstruiert, der im Gegensatz zu den bisherigen Formwerkzeugen die Fertigung verschiedener Faserverbundbauteile ermöglicht. Die Bauteilvariation wird durch den vereinfachten Austausch von Werkzeugeinsätzen in den RTM-Formrahmen realisiert. Alle prozessrelevanten Komponenten wurden aus dem Werkzeug in den Formrahmen verlagert. Mit der Umsetzung des technischen Gebildes soll das RTM-Verfahren für geringe Stückzahlen, durch eine Komplex- und Kostenreduktion der Werkzeugeinsätze, rentabel werden. Für die Fertigung wurden alle notwendigen Fertigungsunterlagen (Technische Zeichnungen, Stückliste, Montageanleitung) bereitgestellt. Alle standardisierten Schnittstellen für die Kopplung weiterer Werkzeugeinsätze wurden dargelegt.

Die sogenannte dritte Generation von Biokunststoffen hat einen Entwicklungsstand erreicht, der es aufgrund verbesserter mechanischer Eigenschaften und eines niedrigeren Preisniveaus erlaubt, die als umweltfreundlich geltenden Materialien für technische Anwendungen zu nutzen. Mit Beschränkung auf Polylactide (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polyhydroxybutyrate (PHB) und Celluloseacetate (CA) sind in dieser Arbeit Hersteller mit einer Jahreskapazität von über 3000 Tonnen zuzüglich deren Produkte aufgeführt, die sich zur Spritzgussverarbeitung eignen. Durch eine Produktauswahl, die nach Anforderungen der Automobilindustrie und der Spritzgussverarbeitung getroffen wurde, stellte sich heraus, dass die Polylactide die beste Bewertung erzielten und dadurch das größte Potential für technische Anwendungen besitzen. Von diesem Kunststofftyp wurden das Ingeo 3251D, 3051D und 3001D der Firma Nature Works anhand der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) und der Thermogravimetrischen Analyse (TGA) untersucht, um zur Optimierung der Verarbeitung Werte unter einheitlichen Prüfbedingungen zu erhalten. Des Weiteren standen der PLA-ABS-Blend V751-X53 von Toray Industries und das PHB P226 von Biomer für Versuche zur Verfügung. Insgesamt wurde Neben der Glasübergangs-, der Schmelz, und Zersetzungstemperatur die Wärmekapazität, die Dichte, sowie das Kristallisationsverhalten ermittelt und mit den Werten der Datenblätter verglichen, wobei die Werte größtenteils bestätigt werden konnten.

Mit einem Hochdruckkapillarrheometer lässt sich die Viskositätskurve einer Polymerschmelze ermitteln. Hierbei wird eine Polymerschmelze durch eine Kapillare gepresst und dabei der Druckgradient gemessen. Diese Viskositätskurve wird unter Anderem für die rheologische Auslegung eines Spritzgießprozesses benötigt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Inbetriebnahme und Erweiterung eines Hochdruckkapillarrheometers, welches an der TU Ilmenau vorhanden ist. Einen wesentlichen Anteil bei der Inbetriebnahme stellten die Arbeiten im Programmpaket LabVIEW dar. Verschiedene Sensoren, die für die Messwertaufnahme benötigt werden, mussten programmtechnisch integriert und angesteuert werden. Bei den ersten Probemessungen stellten sich konstruktionsbedingte Undichtheiten an einer Übergangsstelle heraus. Dieses Problem konnte mithilfe einer Kupferscheibe, die an dieser Stelle integriert wurde, behoben werden. Um den systematischen Fehler des Messgeräts zu eliminieren, wurde ein Konzept erstellt, wobei ein weiteres Rheometer für Referenzmessungen hinzugezogen werden soll. Die ermittelte Übertragungsfunktion wird zur Kalibrierung in die Auswertesoftware integriert. Durch konstruktive und softwaretechnische Anpassungen sind mit einem HDKR weitere Messverfahren möglich, wie die Messung der Strangaufweitung oder eines pvT-Diagramms.

Um im Großanlagenbau den geforderten Qualitätsbedürfnissen gerecht zu werden, bedarf es einer fertigungsbegleitenden Überwachung von Bauteilen. Eine eigene Abteilung wird in das Unternehmen integriert, um diese zu koordinieren beziehungsweise durchzuführen. Die Analyse und Verbesserung der Arbeit dieser Abteilung ist die Aufgabe dieser Ausführungen. Zunächst werden Möglichkeiten der Organisationsgestaltung aus der Literatur erörtert um den gegebenen Sachverhalt verstehen zu können. Hierbei wird sowohl auf Formen der Organisationen, als auch auf die Situation im Großanlagenbau mit seinen speziellen Herausforderungen eingegangen. Es werden grundsätzliche Möglichkeiten der Gestaltung von Organisationen aufgezeigt, als auch Vor- und Nachteile dargestellt. Ebenso wird der allgemeine Prozess einer Produkterstellung im Anlagenbau beschrieben. Dabei wird der Unterschied im Lieferantenmanagement im Vergleich zu anderen Branchen hervorgehoben und dargestellt. Im weiteren Verlauf werden alle essentiellen Punkte der Prozesstheorie und Prozessdarstellung beschrieben. Zunächst erfolgt die Definition von Prozessen in der Theorie. Darauf aufbauend werden Gründe für deren Verbesserung dieser dargelegt. Mögliche Ziele als Motivation und Aufzeigen der erreichbaren Möglichkeiten, sowie anwendbare Methoden rahmen das Kapitel der Prozessverbesserung ein. Zur Prozessdarstellung werden alle Werkzeuge aufgezeigt. Der nächste Schritt ist eine Ist-Analyse mittels einer Mitarbeitermeinungserhebung. Dazu werden Mitarbeiter in Einzelgesprächen interviewt um im Anschluss eine anonymisierte Auswertung zu erstellen. Eine zweigeteilte Analyse gibt zunächst die Performance der betrachteten Abteilung wieder und im stellt im nächsten Schritt Probleme und Herausforderungen dar. Für die Befragung wurde ein eigens entwickelter Fragebogen verwendet. Auf Basis dieser Daten werden die gegebenen Noten analysiert und Gründe für die Vergabe gefunden. Im zweiten Teil der Befragung werden die Beantwortungen der Fragen stichpunktartig vollführt. Dadurch lassen sich Probleme in der Zusammenarbeit spezifisch herausstellen, wie auch Informationen zur Prozessdefinition sammeln. In der Konzeptionierung werden alle mit der Abteilung zusammen hängende Prozesse definiert und abgestimmt. Somit ist ein Ansatz für das am häufigsten genannte Problem erstellt und ein Weg für darauf aufbauende Arbeit geschaffen.

Im Fachgebiet Kunststofftechnik an der TU - Ilmenau werden in der Lehre, bei Praktika der Studenten und in der Forschung unterschiedliche thermoplastische Probekörper bzw. Bauteile benötigt oder verwendet. Die Herstellung erfolgt über das Spritzgießverfahren in speziellen Spritzgießwerkzeugen. Um das Spektrum an Kunststoffformteilen zu realisieren, werden unterschiedliche spezielle Werkzeuge benötigt. Eine kostenintensive Anschaffung mehrerer kompletter Werkzeuge ist die Folge. Der Ein- und Ausbau eines Spritzgießwerkzeuges in eine Spritzgießmaschine ist ein sehr zeitintensiver Vorgang. Deshalb wurde ein Werkzeug entwickelt bei dem die Formeinsätze manuell austauschbar sind. Dabei bleibt das Mutterwerkzeug (Grundwerkzeug) ohne die Formeinsätze zu jederzeit in der Spritzgießmaschine. Im Formeinsatz werden alle spezifischen Anforderungen der Spritzteile integriert. Die funktionelle Trennung vom Grundwerkzeug hat den Vorteil, das Auswerfer- und Angusssystem an das herzustellende Formteil angepasst sind. Die Gestaltung der Formeinsätze erfordert die Berücksichtigung der Anforderungen, die durch die Prozessparameter beim Spritzgießen erzeugt werden. Der reproduzierbare Spritzgießprozess bleibt auch nach einem Formeinsatzwechsel bestehen. Das Spritzgießwerkzeug wurde mit einem Formeinsatz für Probekörper konzipiert und konstruktiv für den Werkzeugbau bereitgestellt. Alle Randbedingungen für weitere Formeinsätze wurden berücksichtigt.

Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Überlegung, das Einsatzgebiet von Vakuumisolationspaneelen (VIP) zu erweitern und diese in Systemen mit höheren Temperaturen (z.B. thermische Flachkollektoren) einzusetzen. Ausgasungen des Kernmaterials können den Vakuumdruck im Inneren vergrößern und werden durch steigende Temperaturen beschleunigt. Ein höherer Druck führt zu einer Steigerung der Gaswärmeleitfähigkeit und damit einer Verringerung der Dämmwirkung des VIP, in denen die Gaswärmeleitfähigkeit durch Evakuieren des Kerns normalerweise nahezu null ist. In dieser Arbeit wurden verschiedene Faserkernmaterialien bezüglich ihres Ausgasungsverhalten bei Erwärmung untersucht. Zur quantitativen Erfassung der Ausgasungen wurden die Proben im Vakuum während einer 24h-Heizperiode (Heiztemperatur 230˚C; mittlere Probentemperatur 160˚C) gewogen und somit die Ausgasungsmassen direkt gemessen. Um die qualitative Zusammensetzung der abgegeben Stoffe zu identifizieren, wurden die ausgegasten Stoffe zeitgleich mit einem Massenspektrometer analysiert. Mit Hilfe der Gaszusammensetzung ist eine Zerlegung des totalen Masseverlustes in gasartspezifische Masseverluste und mit ihnen die Umrechnung in Partialdruckänderungen möglich (Modell der idealen Gasgleichung). Diese Partialdrücke verursachen Änderungen der Gaswärmeleitfähigkeit je Gaskomponente, die in eine gesamte Änderung der Gaswärmeleitfähigkeit für das Gasgemisch umgerechnet werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass die unbehandelten Materialien Ausgasungsraten zwischen 1 und 9 mg je g Probenmasse aufzeigen, wobei Materialien mit Bindemitteln die höchsten Masseverluste vorweisen. Die Gaswärmeleitfähigkeit des Gasgemisches ist jedoch nach Berechnungen bereits ab ca. 0,8 mg/g Ausgasungsmasse voll ausgebildet. Alle Ausgasungen sind vor allem durch einen hohen Wasseranteil bis zu 90% bei Binder freien Materialien gekennzeichnet. Der verbleibende Teil setzt sich aus H2 (ca. 2%), CO (ca. 4%) und CO2 (ca. 4%) zusammen. Enthält das Material Bindemittel, so sinkt der Wasseranteil der Ausgasungen auf ca. 40-50%. Hingegen steigt der Restanteil, der auf sich zersetzende Bindemittel beruht. Schlussfolgernd ist festzuhalten, dass die unbehandelten Materialien (vorzugsweise ohne Binder) definitiv eine Temperaturvorbehandlung mindestens zur Eliminierung von Wasser benötigen, um sie für "Hochtemperatur-VIPs" einsatzfähig zu machen.

Auf Basis der Grundlagen des Spritzgießprozesses sowie der Gedanken der Lean Production wurden Fertigungsbereiche für Einspritzventile analysiert. Schwerpunkt war die Erfassung der Schnittstellen, der Puffer sowie die Instandhaltung. Durch die unterschiedliche Integration ergeben sich Stärken sowie Schwächen der einzelnen Konzepte. - Die Auswertung der Linienanalyse ergab, dass viele Gedanken der Lean Production beim Umspritzen berücksichtigt werden. Die Gestaltung des Materialflusses, die Nivellierung der Produktion, Schnellrüsten sowie das Visual Management sind in den Fertigungsbereichen umgesetzt. Probleme stellen derzeit die Einhaltung von 1-zu-1 Beziehungen sowie die Gestaltung der Bestände dar. - Durch die Integration in den Montageprozess können 1-zu-1 Beziehungen realisiert werden. Bei Poolfertigung, sowie Fertigung auf parallelen Anlagen, ist die Nachverfolgbarkeit schwierig. Auch der Konflikt mit den Beständen kann gelöst werden, indem sie definiert sind und so keine Verschwendung im Sinne der Lean Production darstellen. Durch eine Störungsanalyse kann der Sicherheitsbestand ermittelt werden, der für eine Prozessabsicherung notwendig ist. Bei der Gestaltung des Puffers ist auf einen geeigneten Materialfluss zu achten. - Anhand der Ergebnisse der Linienanalyse wurde ein Konzept für die Umspritzung erarbeitet. Durch den Einsatz kleiner Ladungsträger kann der Bestand in der Fertigung bei gleicher Funktion reduziert werden. Mit aktiver Kühlung kann der Bestand zusätzlich herabgesetzt werden. Das exakte Einsparpotential durch eine Kühlung muss aufgrund des komplexen Wärmeübertragungssystems durch Versuchsreihen ermittelt werden. Um den Bestand minimal zu gestalten, ist eine Kombination aus kleineren Werkstückträgern sowie einer aktiven Kühlung ideal. Der bei der Dimensionierung berechnete Bestand kann sich durch Optimierungen im Fertigungsprozess verändern. Daher ist eine regelmäßige Überprüfung des Bestandsoptimums notwendig. - Durch eine Berechnung der Bestände anhand der Störungscharakteristik kann eine Stabilisierung der bisherigen Prozesse erreicht werden. Um konstante Prozessparameter erzielen zu können ist es außerdem wichtig, dass der Mitarbeiter die Handlingsaufgaben während der Zykluszeit sicher erledigen kann. Nur so kann eine schwankende Zykluszeit bei regelmäßiger Teilezufuhr vermieden werden.