Identifikation von Energieeinsparpotenzialen in der Kunststoffproduktion. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die energieintensive Kunststoffindustrie sieht sich mit den steigenden Energiekosten konfrontiert. Das führt vermehrt zu Energieeffizienzbetrachtungen der Kunststoffmaschinen. Diese sollen im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden. Betrachtet werden die drei Verfahren Extruion, Extrusionsblasformen und Spritzguss. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine Methode entwickelt, um Energieeinsparpotenziale zu identifizieren. Diese Vorgehensweise soll am laufenden Prozess anwendbar sein. Darum sind nur minimalinvasive Messungen möglich, um den Produktionsablauf nicht zu stören. Mit der entwickelten Methode können in neun Schritten Energieeinsparpotenziale identifiziert werden. Durch Zusammenstellung vorhandener Kennzahlen zum Energieverbrauch sind Einschätzungen bezüglich der Energieeffizienz möglich. Von Bedeutung ist dabei der spezifische Energieverbrauch. Gemessen wurde, um die Methode zu testen, am Extruder und an der Spritzgussmaschine im Technikum der TU Ilmenau. Die Auswertung bestätigte die Praxistauglichkeit der Methode, da Einsparpotenziale identifiziert werden konnten. Daraufhin wurde die Methode für Spritzgussmaschinen in der Industrie validiert. Auch hierbei konnten Einsparpotenziale identifiziert werden.
Anforderungen an die Prüfung von geschäumten Kunststoffproben. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der Arbeit war die Entwicklung und Wahl geeigneter Prüfverfahren für Partikel- und Integralschäume aus Polypropylen. Die Prüfungen wurden priorisiert auf die Lastfälle Zug, Druck und Biegung. Motivation hierfür war der Einsatz von Kunststoffschäumen in der Automobilherstellung. Zunächst wurde dafür eine Recherche zu existierenden Prüfverfahren von Kunststoffschaum und speziell Partikel- und Integralschaum vorangesetzt. Mit dieser wurden dann Prüfungen von Partikelschaum in zwei verschiedenen Dichten, mit variierenden Probekörperabmaßen in den erwähnten Lastfällen durchgeführt. Aufgrund dieser Versuchswerte konnten dann Empfehlungen für die Probekörperabmaße von Partikelschaum gegeben werden.
Einfluss von Geometrie, Feuchtegehalt und Verdichtungsgrad von Holzlangspänen auf mechanische Eigenschaften mit Matrix verpresster HHKV. - Ilmenau. - 144 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
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.
Entwicklung eines CFK Kardanantriebes für ein Lastfahrrad. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Der Leichtbau dient der Effizienzsteigerung mechanischer Komponenten und gewinnt stetig an Interesse. Gezielter Materialeinsatz, sowie die entsprechende Bauteilkonstruktion ermöglichen die Entwicklung und Herstellung von Bauteilen mit hoher Belastbarkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Besonders geeignet sind hierfür Faserverbundkunststoffe, die bei korrektem Einsatz hohe spezifische mechanische Eigenschaften aufweisen und durch die geringe Dichte das Bauteilgewicht minimieren. Einen Anwendungsfall von Faserverbundkunststoffen stellt der in dieser Arbeit betrachtete Kardanantrieb für ein leichtes Lastenfahrrad dar. Ziel ist es, mittels eines Leichtbaupotentialkonzeptes, das dem Ablauf einer mehrwertigen Bewertung folgt, die Bauteile des Antriebes zu ermitteln, die in Leichtbauweise hergestellt werden können. Dafür wird zunächst der konventionelle Kardanantrieb entwickelt und an das Lastenfahrrad angepasst. Dieser wird hinsichtlich definierter, gewichteter Kriterien bewertet und die in Leichtbauweise herzustellenden Bauteile werden ermittelt. Die ausgewählten Bauteile werden anschließend ausgelegt, konstruiert und in äquivalenten Lastfällen simuliert. Der gesamte Kardanantrieb wird entsprechend der Leichtbauteile angepasst. Darauf folgt ein Vergleich hinsichtlich des Gewichtes zum konventionellen Antrieb und das Einsparungspotential wird aufgezeigt. Auf Grundlage der Konstruktion des Leichtbaukardanantriebes wird ein Demonstrator entwickelt, der der praktischen Umsetzung des Antriebsstranges und der Validierung der Funktion ebendieses dient. Für den Aufbau des Demonstrators werden die zuvor entwickelten Leichtbauteile hergestellt und aufgrund betrieblicher Rahmenbedingungen angepasst. Der Demonstrator stellt eine funktionsfä-hige Grundlage für weiterführende Tests und den Aufbau eines Prototyps des Lastenfahrrades dar.
Dauerfestigkeit von GFK/Metall- und GFK/CFK-Hybridverbunden. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
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.
Aufschäumen naturfaserverstärkter Biokunststoffcompounds. - Ilmenau. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Das Bestreben nach Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit fordert den Einsatz von Kunststoffen mit funktionellen Füllstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen. Das Schäumen eines solchen Compounds ist gerade für den Leichtbau besonders attraktiv. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der weitgehend unbekannten Eigenschaften des geschäumten naturfaserverstärkten Biokunststoffs Polylactids (PLA). Hierfür werden die Eigenschaften der infrage kommenden Biokunststoffe und Naturfasern recherchiert. Mithilfe einer Nutzwertanalyse wird eine Naturfaser ausgewählt. Des Weiteren werden die möglichen Verarbeitungs- und Schäumverfahren untersucht. Anschließend erfolgt das Compoundieren auf einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder und die weitere Verarbeitung im Spritzguss unter Verwendung eines chemischen Treibmittels. Durch eine systematische Analyse der Einflussfaktoren auf die mechanischen Eigenschaften werden Fasermasseanteile, Dichten der Musterformteile und Schergeschwindigkeiten in der Düse für eine statistische Versuchsplanung ausgewählt. Aus der Wirkung der Faktoren auf die Eigenschaften eines Musterformteils wird ein Modellansatz entwickelt. Dieser ermöglicht eine Abschätzung des Eigenschaftsprofils unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen. So können Parameterempfehlungen gegeben werden, die eine Maximierung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen. Die Ergebnisse des Modellansatzes werden mit realen Messungen gegenübergestellt und diskutiert.
Verschraubungsprüfstand zur Kappenmontage beim Verschluss pharmazeutischer Behälter. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
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.
Beschreibung des Einflusses von Herstellbedingungen auf die Poreneigenschaften cellulose-basierter Schäume. - 69 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Biobasierter Leichtbau als ressourcenschonende Schlüsseltechnologie gewinnt durch die weiter zunehmende Verknappung der fossilen Rohstoffe immer mehr an Bedeutung. Die Forschung und Entwicklung wird sich daher auch zukünftig weiter intensiv mit Alternativen zu petrochemischen Kunststoffen auseinandersetzen. Methylcellulose, ein Derivat der Cellulose und zugleich der weltweit am häufigsten vorkommenden Biorohstoff, stellt eine geeignete Lösung zur Substitution erdölbasierter Polymere dar. Die Tatsache der nicht vorhandenen Schadstoffemission ist einer der wesentlichen Vorteile, welche die Cellulose als biobasiertes Ausgangsmaterial für verschiedenste Anwendungen auszeichnet. Ziel dieser Arbeit ist die technologische Herstellung und Bewertung von Schaumstoffen aus Methylcellulose. Dabei wurde auf bereits bestehende Grundlagenarbeit aufgebaut um die Schaumherstellung vom Handversuchsmaßstab auf den Produktionsmaßstab zu überführen. Die experimentelle Erfassung sowie der Erkenntnisgewinn über die wesentlichen Wirkmechanismen der Schaumherstellung standen hierbei im Vordergrund. Diese Mechanismen sollten durch die Analyse der einstellbaren Prozessparametern (Schaumdichte, Fördergeschwindigkeit, Scherrate), sowie der nachgelagerten Trocknungsmethode erarbeitet werden. Die verschiedenen Parameter wurden mittels statistischer Versuchsplanung ausgewählt, woraufhin die Zielgrößen (Porengröße und Oberflächenhärte) auf ihre Effekte hin untersucht werden konnten. Für die Analyse der Celluloseschaummorphologien wurde eine spezielle Probenpräparation entwickelt, wohingegen die Auswertung mithilfe eines Stereomikroskops stattfand
Entwicklung einer vereinfachten Auslegungssystematik für Spritzgießmaschinen basierend auf Produktgruppen. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
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.
Mechanical properties and degradation of starch-based biopolymers as a result of processing. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
Die Entwicklung von Kunststoffen auf Basis erneuerbarer Ressourcen ist ein wachsender Markt. Jedoch werden Biopolymere bei der Verarbeitung einem Molekülkettenabbau ausgesetzt, der ihre Eigenschaften beeinflusst. Um diese Eigenschaften zu verbessern und die Lebensdauer von mit Biopolymeren hergestellten Produkten zu erhöhen, muss das Abbauverhalten während der Verarbeitung identifiziert werden. In der vorliegenden Arbeit werden Abbaumechanismen von stärkebasierenden Kunststoffen beschrieben. Basierend auf der Beziehung von mittlerer Molmasse und newtonscher Viskosität wurde das Abbauverhalten von PHBV untersucht. Es wurde herausgefunden, dass PHBV anfällig ist für thermische Belastung. Mechanische Scherbelastung zeigt jedoch nur geringe Auswirkung auf eine Änderung in der newtonschen Viskosität. Hydrolyse und (thermo-)oxidative Effekte zeigten keinen signifikanten Einfluss auf den Molekülkettenabbau von PHBV. In Versuchen mit einem Doppelschneckenextruder zeigte sich, dass die Parameter Temperatur, Schneckengeschwindigkeit und Durchsatz den Abbau von PHBV beeinflussen. Eine Beziehung von Einflussfaktoren und Molekülkettenabbau wurde formuliert. Die Auswirkungen des Abbaus auf die mechanische Eigenschaften E-Modul, Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Schlagzähigkeit wurden untersucht.