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.
Einfluss der Bündelgeometerie auf die Tränkungseigenschaften von Faserverbunden. - 82 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Versuchswerkzeug zur Herstellung von Bauteilen aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten (ELFT) im Spritzgießprozess. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten (ELFT) hergestellten Strukturbauteils im Spritzgießprozess und der Konzeption, Konstruktion sowie Produktion des dazugehörigen Hybridwerkzeuges zur Herstellung verschiedener Geometrien. Umformradien sowie Wandstärken am gesamten Bauteil spielen hierbei eine Rolle. Für die Entwicklung des Strukturbauteils werden die geometrischen Einflüsse auf die Umformbarkeit des ELFT-Halbzeuges untersucht. Zur rheologischen Validierung wird eine Füllsimulation durchgeführt. Auf Basis des so erhaltenen Bauteils werden mögliche Konzepte für die Teilfunktionen des Werkzeuges ermittelt. Die gewichtete Bewertung aller Teilkonzepte erlaubt die Zusammenführung zu einem funktionsfähigen Gesamtkonzept. Bei der konstruktiven Ausarbeitung liegen kostengünstige Fertigung sowie Effizienz des Werkzeuges im Fokus. Die Inbetriebnahme ermöglicht eine Einstellung des Prozesses. Die Untersuchung geometrischer Einflüsse auf das Umformverhalten des Einlegers ist nach Abschluss dieser Arbeit möglich.
Untersuchung der Auswirkungen von Kunststoff-Fließeigenschaften auf einen Metall-Kunststoff-Hybridverbund. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Entwicklung hoch beanspruchbarer und schlagzäher Biokunststoffe mit antibakteriellem Kiefernkernholz. - 128 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der Kunststofftechnik setzte sich in den letzten Jahren ein Trend weg von petrochemisch basierten Erzeugnissen hin zu den s. g. Biokunststoffen durch. In der aktuellen Forschung wird vermehrt Wert auf Beständigkeit und Eignung der Biokunststoffe für technische Anwendungen gelegt. Seitdem Kiefernkernholz (KKH) eine antibakterielle Wirkung nachgewiesen wurde, wird dieses mit Polypropylen und anderen petrochemisch basierten Kunststoffen beispielsweise zu Spielzeug und Tischablagen für den Krankenhaussektor verarbeitet. Naheliegend ist die Kombination von KKH und Biokunststoffen. Hier gibt es noch Probleme hinsichtlich der Qualität der Teile sowie der Prozessstabilität. Zu dieser Thematik fehlen Kenntnisse bei der Einarbeitung von KKH in Biokunststoffe sowie Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Formteileigenschaften. Daher ist es das Ziel dieser Arbeit, einen stabilen Prozess für die Einarbeitung von KKH-Späne sowie der Weiterverarbeitung zum Formteil zu schaffen, um die empfindlichen Materialien möglichst schonend zu verarbeiten und die antibakterielle Wirkung des Holzes sowie die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffes zu erhalten. Dazu müssen Zusammenhänge zwischen den Einflussgrößen sowie dem Molekülkettenabbau untersucht werden, sodass eine Optimierung der Prozesse bezüglich der mechanischen und thermischen Eigenschaften der Formteile möglich wird. Als Verarbeitungsverfahren sollen das konventionelle Compoundieren und das nachfolgende Spritzgießen mit dem innovativen Verfahren des In-Line-Compounding (ILC) verglichen werden. Aufgrund fehlender Daten zur Verarbeitung von Holz in Schneckenmaschinen, werden nach der Grundlagenerarbeitung eine Reihe von Vorversuchen und versuchsbegleitenden Untersuchungen durchgeführt. So wird der verwendete Biokunststoff auf eine Wechselwirkung mit den Holzinhaltstoffen untersucht. Es folgt eine nähere Betrachtung des Holztrocknungsverhaltens in Vorbereitung auf eine Verarbeitung in Schneckenmaschinen, sodass Aussagen hierzu möglich sind. In den Hauptversuchen werden Zusammenhänge zwischen den Material- sowie Prozessparametern und den Prüfkörpereigenschaften mithilfe einer Versuchsplanung an der SGM generiert. Allerdings ist es nicht möglich eine Prozessstabilität zu erzeugen, die mit der im Prozess bei der Verarbeitung von reinem PLA vergleichbar wäre. Aus den Versuchen können Empfehlungen gegeben werden, um mechanische und thermische Eigenschaften zu maximieren und die Spanzerkleinerung zu minimieren. Für einen Vergleich mit Verarbeitungsdaten des ILC konnten keine Probekörper hergestellt werden.
Berechnungsmodell zur Ermittlung des Drehmomentbedarfs von Luftklappenantrieben. - 78 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Einfluss der Verfahrensparameter auf Packungsdichte und Gewebe bei der Vakuuminfusion. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die faserverstärkten Kunststoffe bieten im Vergleich zu den Metallen für viele Anwendungen die Möglichkeit der Gewichtseinsparung bei gleichbleibenden oder verbesserten mechanischen Eigenschaften. Sie bieten ein sehr breites Anwendungsspektrum durch eine Vielzahl an Herstellungsverfahren. Bei ihrer Herstellung können die Eigenschaften des Faserverbundes direkt auf die spätere Belastungssituation abgestimmt werden. Diese Arbeit befasst sich mit dem Vakuuminfusionsverfahren. Das Ziel ist die Vorhersage der erreichbaren mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Bauteile in Abhängigkeit der gewählten Prozessparameter und der damit erreichten Imprägnierung des Faserverbundes. Es wird eine Möglichkeit zur genauen Simulation des Infusionsvorganges aufgezeigt. Die Simulationsergebnisse können genutzt werden, um den Fehlstellengehalt der herzustellenden Bauteile vorabzuschätzen. Zur Vorabschätzung der mechanischen Eigenschaften wird die klassische Laminattheorie verwendet. Es wird verdeutlicht, wie die mechanischen Eigenschaften der herzustellenden Bauteile gezielt über die Prozessparameter des Vakuuminfusionsverfahrens gesteuert werden können und wie die Entstehung von Fehlstellen im Bauteil verhindert werden kann.
Entwicklung und Konstruktion einer hochbelasteten Leichtbau-Achsstrebe aus Faserverbundkunststoff im NKW-Segment. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Entwicklung eines Modells zur Strömungsvorhersage in Filtermedian anhand eines Filterbodens. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Atemschutzgeräte ermöglichen es Anwendern in einer mit Schadstoffen belasteten Umgebung zu arbeiten. Daher sollen Beeinträchtigungen durch das Hilfsmittel Atemschutzgerät auf den Anwender so gering wie möglich gehalten werden. Bei der Verwendung von Maske-Filter-Kombinationen wird der Atemwiderstand insbesondere durch die Filtermedien verursacht. Bei Gasfiltern handelt es sich dabei meist um Aktivkohle, die im Filter zwischen zwei Filterböden verdichtet ist. Zur Minimierung des Atemwiderstands werden zunächst im Hinblick auf strömungsmechanische Eigenschaften verschiedene Prozessparameter der Fertigung von Gasfiltern untersucht. Aus dieser Studie geht hervor, dass sich mit niedrigerem Pressdruck auf die Aktivkohle der Atemwiderstand verringert. Dieses Verhalten lässt sich auf die durch den verringerten Pressdruck hervorgerufene Änderung der beiden Haupteinflussfaktoren auf den Widerstand zurückführen. Einerseits nimmt durch die geringere Verdichtung des Filtermaterials das Hohlraumvolumen im porösen Medium zu, was sich positiv auf den Atemwiderstand auswirkt. Durch das verminderte Verpressen der Aktivkohlekörner nimmt zudem der Anteil an Kohlestaub ab, was wiederum einem geringeren Widerstand zu Gute kommt. Für die Untersuchung der Strömung im Filter werden die Darcy-Forchheimer-Koeffizienten der Aktivkohle und Vliese ermittelt und in die Strömungssimulation eingebunden. Der Pressdruck der Kohle kann jedoch nicht beliebig gesenkt werden, da die Schüttung ab einem gewissen Punkt ihre Festigkeit verliert. Aus diesem Grund werden verschiedene Parameter untersucht, welche die mechanische Festigkeit des Aktivkohlebettes beeinflussen. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden drei Konzepte erstellt, die bei niedrigem Druck auf das Kohlebett genügend Festigkeit erzeugen. Nach der Bewertung wird eines der Konzepte hinsichtlich strömungsmechanischen Gesichtspunkten mittels CFD-Simulation iterativ optimiert. Im Anschluss werden Versuche mit dem Fokus auf Atemwiderstand, mechanischer Festigkeit und Haltezeit des neuen Gasfilters durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem neuen Filterboden bei gleichbleibender Filterleistung ein um 20% geringerer Widerstand erreicht werden kann. Ein Vergleich der Partikelgrößenverteilung zeigt auch, dass durch den geringeren Druck auf das Kohlebett Staubentstehung vermindert wird. Zuletzt wird auf das Verbesserungspotential der pneumatischen Förderung der Aktivkohle eingegangen.
Analyse der Hafteigenschaften von ausgewählten Duroplasten bei der Formgebung in Spritzpresswerkzeugen. - 180 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
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.