Integration von Harzkanälen in innendruckbeaufschlagte Kerne zur Herstellung von CFK Hohlprofilen im HD-RTM Verfahren. - 112 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Analyse scherender und thermischer Beanspruchung von Degradationsempfindlichen Thermoplasten am Beispiel PLA. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Das steigende Umweltbewusstsein führt zu Bestrebungen, eine Alternative zu den konventionellen Kunststoffen zu finden. Ein besonderer Vorteil von Biokunststoffen ist eine verbesserte CO2-Bilanz im Vergleich zur Herstellung petrochemischer Kunststoffe. Die Anwendung in technischen Bereichen erfordert geeignete mechanische Eigenschaften, welche im Wesentlichen vom Molekulargewicht abhängig sind. Biokunststoffe, darunter auch Polymilchsäure, gelten als degradationsempfindlich, weshalb materialschädigende Einflüsse während der Verarbeitung von besonderem Interesse sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Abbaumechanismen während der Verarbeitung nach thermischen und mechanischen Einflüssen zu trennen und mathematisch zu beschreiben. Dazu werden die Verarbeitungsverfahren Compoundieren und Spritzgießen exemplarisch mit Polymilchsäure untersucht. Zur Anwendung kommt die Methode der statistischen Versuchsplanung. Mit den Messergebnissen wird ein Modell erstellt, das die Vorhersage des Materialabbaus während der Verarbeitungsprozesse ermöglicht. Die erreichbaren mechanischen Eigenschaften werden mit dem gemessenen Materialabbau korreliert. Das Verarbeitungsverfahren des In Line Compoundierens wird vorgestellt und das Verbesserungspotential gegenüber der konventionellen Verarbeitung aufgezeigt.
Herstellung und Charakterisierung eines 3D-Aluminiumschaum Thermoplast Hybridverbund. - 115 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Konstruktion einer adaptiven Nivelliereinrichtung für Bodentragstrukturen aus Kunststoff. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Substitution von Metall durch Kunststoff ist ein stetig an Interesse gewinnendes Thema. Kunststoffe können die Anforderungen an Bauelemente oft mindestens ebenso gut erfüllen wie Metalle, hinsichtlich statisch-mechanischer, chemischer, elektrischer und vieler weiterer Eigenschaften. Zudem überzeugen Kunststoffe durch geringes Gewicht und Kosteneinsparung. Einen Anwendungsfall der Substitution von Metall durch Kunststoff stellt das in dieser Arbeit betrachtete Nivellierelement für Bodentragstrukturen dar. Ziel ist es, ein Kunststoffformteil zu entwickeln, das alle Anforderungen erfüllt, im Spritzgießverfahren hergestellt wird und leichter und günstiger ist als das ursprüngliche Bauteil. Hierzu werden zunächst Richtlinien zum Konstruieren von Spritzgießbauteilen und -werkzeugen zusammengefasst und der methodische Produktentwicklungsprozess erläutert. Im Anschluss folgen die Auswahl eines geeigneten thermoplastischen Materials und die Entwicklung verschiedener Formteilkonzepte zur Realisierung des Stützelements. Nach der Auswahl eines geeigneten Konzepts folgen die fertigungsgerechte Konstruktion des Nivellierelements, sowie die Konstruktion des Spritzgießwerkzeugs zur Herstellung des Kunststoffformteils. Abschließend findet ein technisch-wirtschaftlicher Vergleich zwischen dem ursprünglichen Metallbauteil und dem in dieser Arbeit entwickelten Kunststoffbauteil statt.
Einfluss der Gewebe-Konstruktion auf die Benetzung im RTM-Prozess. - 80 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Entwicklung einer Prüfmethodik zur Auswahl von Organoblechen für automobile Anwendungen. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Durch den steigenden Wunsch der Menschheit nach Mobilität, kommt es nachweislich zu einer Verschmutzung der Umwelt durch die ausgestoßenen Treibhausgase. Leichtbau von Beförderungsmitteln zur Reduzierung des Ausstoßes von Schadstoffen ist ein Weg zur Verzögerung eines anthropogenen Klimawandels. In dieser Arbeit werden dazu eine technologische, sowie eine wirtschaftliche Bewertung von Prüfmethoden zur Ermittlung von Konstruktionswerten für thermoplastische Faserverbundwerkstoffe durchgeführt. Im Anschluss an die Auswahl der geeigneten Prüfungen werden diese an verschiedenen endlosfaserverstärkten Thermoplasten angewandt. Des Weiteren wurde ein Bauteil aus diesen Werkstoffen hergestellt und in einem dem Bauteil spezifischen Lastfall geprüft. Die Ergebnisse dieser Bauteil- und Halbzeugprüfungen werden verglichen und die Eignung der Halbzeugprüfung bewertet.
Einfluss von Spanausrichtung und -verdichtung auf die Herstellung von Hochleistungs-Holzfaser-Kunststoff-Verbunden (HHKV). - 101 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Entwicklung und Inbetriebnahme einer thermischen Konditionierstation für Organobleche. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Arbeit wird eine thermische Konditionierstation auf Basis von Infrarot-Heizstrahlern für das Aufheizen von plattenförmigen, endlosfaserverstärkten Thermoplasten (ELFT) konzipiert, konstruiert und in Betrieb genommen. Die thermische Konditionierstation soll zusammen mit einer konventionellen Spritzgießmaschine, einem Hybrid-Werkzeug und einem mehrachsigen Industrieroboter den Fertigungsprozess von Organoblechbauteilen im Technikumsmaßstab abbilden. Nach einer Analyse zum aktuellen Stand der Technik und der Betrachtung weiterer geeigneter Erwärmungsprinzipe werden die physikalischen Grundlagen der Infrarot-Erwärmung und der Wärmeleitung erarbeitet. Dabei wird insbesondere die Wechselwirkung zwischen Infrarot-Spektrum des Strahlers und Absorptions- bzw. Transmissionsspektrum des Halbzeugs und dessen Einfluss auf den Energieeintrag untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zu einem Modell zusammengetragen, welches in der Lage ist, die zeitliche und örtliche Temperaturverteilung im Organoblech während des Aufheizvorgangs in Abhängigkeit diverser Einflussgrößen zu simulieren. Abschließend werden Erwärmungsversuche mit unterschiedlichen Organoblechen auf der thermischen Konditionierstation durchgeführt und die Ergebnisse mit den Vorhersagen des erstellten Simulationsmodells verglichen.
Analyse und Modellbildung zur Auswaschung an bedruckten Folien im Hinterspritzprozess. - 82 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Durchsatz- und Leistungsbedarf im Feststoffförderbereich eines Nutbuchsenextruders in Abhängigkeit von Granulat- und Nutgeometrie. - 92 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Einschneckenextruder dienen zur kontinuierlichen Herstellung von Folien und Halbzeugen aus Kunststoffen. Das zugeführte Granulat wird im Extruder gefördert, aufgeschmolzen und homogenisiert. Der Nutbuchsenextruder besteht im Gegensatz zum konventionellen Glattrohrextruder aus einer genuteten Einzugszone, um ein gegendruckunabhängiges Förderverhalten zu gewährleisten. In der Einzugszone des Nutbuchsenextruders entstehen Wechselwirkungen zwischen den Granulateigenschaften, der Nutgeometrie und der Schneckengeometrie die das Durchsatzverhalten beeinflussen. Diese Wechselwirkungen wurden in bisherigen Arbeiten unvollständig betrachtet. In der vorliegenden Arbeit wird ein Rinnenversuchsstand entwickelt, welcher eine kinematische und geometrische Vereinfachung des Schneckenkanals abbildet. Versuche mit dem Rinnenmodell ermöglichen eine Analyse der Wechselwirkungen im Einzugszonenbereich des Nutbuchsenextruders. Die Ergebnisse der Variation von Granulat, Kanalhöhe und Nutgeometrie werden diskutiert und ein mathematisches Modell unter Betrachtung der Haupteinflussfaktoren gewonnen. Zusätzlich wird ein Modell zur physikalischen und geometrischen Beschreibung des Granulatverhaltens im Schneckenkanal erstellt und eine Übertragbarkeit der Ergebnisse der Rinnenversuche auf die Einzugszone abgeleitet. Versuche am Einzugszonenprüfstand ermöglichen eine Verifizierung der Erkenntnisse aus den Rinnenversuchen. Die Resultate der Einzugszonenprüfstandsversuche dienen der Untersuchung und Erweiterung von vorhandenen Modellen zur Durchsatz- und Leistungsberechnung.