Analyse der Einflussfaktoren auf den Preforming Prozess komplexer Faserverbundstrukturbauteile für die automobile Serienproduktion. - 135 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Faserverbundwerkstoffe bieten durch ihre guten mechanischen Eigenschaften bei niedriger Dichte, die freie Formgestaltung oder der hohen Korrosionsbeständigkeit charakteristische Vorteile gegenüber anderen Werkstoffen. Ein Einsatz in der automobilen Serienproduktion wird bislang durch hohe Material- und Produktionskosten sowie langen Zykluszeiten zur Herstellung komplexer Bauteilgeometrien verhindert. Durch das RTM-Verfahren können Faserverbundbauteile in großen Stückzahlen hergestellt werden. Einen Teilprozess stellt die Fertigung einer eigensteifen, endkonturnahen Verstärkungsfaserstruktur, das Preforming, dar. Dabei verursachen ungünstige Einflussfaktoren auf den Fertigungsprozess Schädigungen an der Preform. Inhalt dieser Arbeit ist die Analyse von zwei Materialführungssystemen auf das Drapierergebnis von Kohlefaserhalbzeugen. Dabei wird zum einen die Auswirkung von Lagenanregung durch Schwingungen auf das Halbzeuginteraktionsverhalten und die damit verbundene Ausbildung von Fehlstellen untersucht. Zudem wird durch die Entwicklung von aktiven Zwischenblechen, mit denen der Materialfluss während der Drapierung gesteuert werden kann, eine Methode für ein lagenspezifisches Einlaufverhalten bei Mehrlagendrapierung generiert. Durch die Inbetriebnahme einer Vorheizstation wird ein vorhandener Prüfstand erweitert und die Auswirkung der veränderten Halbzeugerwärmung auf die Formtreue der Preform analysiert. Ziel dieser Prozessänderung ist die Reduzierung der Zykluszeit auf eine für die industrielle Serienproduktion annehmbare Taktzeit bei Bewertung der erreichbaren Preformqualität. Die Materialführungssysteme mit positivem Einfluss auf das Preformergebnis einfacher Bauteilgeometrien werden auf die Realgeometrie eines Lampentopfs übertragen. Anhand dieser komplexen Geometrie erfolgt eine Verifizierung der Materialführungsstrategien. Zusätzlich wird durch die erlangten Erkenntnisse eine Methodik zur Umsetzung der Maßnahmen an ähnlichen Bauteilen erstellt.
Untersuchung und Modellierung der Duromereindickung bei der Herstellung von Außenhautbauteilen aus Sheet Moulding Compound. - 96 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
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.
Konzipierung und Umsetzung eines Prüfstandes für luftgelagerte Antriebskomponenten. - 110 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Konzipierung und Umsetzung eines Prüfstandes für luftgelagerte Antriebskomponenten. Dieser Prüfstand spiegelt eine Nachbildung einer Transversalflussreluktanzmaschine wider und dient der Untersuchung der Leistungsfähigkeit einer Luftlagerung für die Rotorkomponenten. Transversalflussreluktanzmaschinen stellen eine besondere Art von Elektromotoren dar, welche sich durch eine innerhalb eines Stators rotierende Scheibe auszeichnen. Entscheidend bei dieser Motorbauart ist der Luftspalt zwischen Rotorscheibe und Stator. Je kleiner der Luftspalt realisiert werden kann, desto größer ist der Wirkungsgrad und das Drehmoment des Antriebes. Bisher wurde die Lagerung des Rotors von Transversalflussreluktanzmaschinen mit Hilfe konventioneller Wälzlagertechnik ausgeführt. Diese wird durch eine Luftlagerung ersetzt. Ergebnisse der Arbeit sind der funktionsfähige Prüfstand und die Bewertung der Luftlagerungstechnologie der Rotorscheibe für Transversalflussreluktanzmaschinen basierend auf der Grundlage durchgeführter Versuche.
Ermittlung von Verfahrensparametern für Herstellung von Hybridverbunden aus CFK und Aluminiumschaum. - 87 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2015
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.
Untersuchung einer thermischen Granulatvorkonditionierung auf die Betriebscharakteristik von Nutbuchsenextrudern. - 92 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Steigende Energiepreise zwingen die Kunststoffindustrie zur Entwicklung energieeffizienterer Extruder. Ein Ansatz zur Erhöhung der Energieeffizienz ist die Nutzung der Abwärme aus Kühlprozessen zur Erwärmung des Granulats vor dem Extrusionsprozess. Die Auswirkungen des vorgewärmten Kunststoffgranulats auf das Betriebsverhalten eines Nutbuchsenextruders werden in dieser Arbeit untersucht. Anfangs werden verschiedene, temperaturabhängige Stoffgrößen erläutert. Desweiteren werden theoretische Berechnungsmodelle für die Zielgrößen Massetemperatur und Massedruck an der Schneckenspitze, Massedruck am Ende der Nutbuchse und Durchsatz vorgestellt. Im experimentellen Teil der Arbeit werden mithilfe eines statistischen Versuchsplans die Haupteinflussgrößen auf den Prozess eines Wendelnutbuchsenextruders ermittelt. Der Einfluss der Granulattemperatur kann dadurch quantitativ bestimmt und mit anderen Haupteinflussgrößen verglichen werden. Mit dieser Erkenntnis wird ein bereits bestehendes Modell für den Durchsatz mit dem Einfluss der Granulattemperatur erweitert und ein neues Modell für die Massetemperatur an der Schneckenspitze entwickelt. Abschließend werden gemessene und berechnete Werte der jeweiligen Zielgröße miteinander verglichen. Der Einfluss der Granulattemperatur auf den gesamten Leistungsbedarf des Nutbuchsenextruders wird ebenfalls in dieser Arbeit untersucht.
Konstruktion eines 2K Spritzgieß-Mutterwerkzeuges. - 56 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
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.
Entwicklung eines neuartigen CFK-Wassertanks für Luftfahrzeuge mit thermoplastischen Linern. - 101 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Herstellung von CFK-Wassertanks für die Anwendung in der Luftfahrt erfolgt bisher durch das Aufbringen eines Folienliners auf einen metallischen Wickelkern und der anschließenden Bewickelung mit in Epoxidharz getränkten Kohlenstofffasern. Nachteil dieses Verfahrens ist das erforderliche Trennen des CFK-Verbunds, um den Wickelkern zu entfernen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines innovativen Konzepts, bei welchem der metallische Wickelkern im Fertigungsprozess durch einen selbsttragenden, thermoplastischen Liner ersetzt wird. Dieser verbleibt im Wassertank und macht dadurch das Trennen des CFK-Verbunds überflüssig. Aus der Analyse bestehender Wassertanks und deren Herstellungsverfahren wird ein Lastenheft für das neue Konzept abgeleitet. Unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte kann ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Linerherstellung identifiziert werden. Auf Basis der Anwendungsanforderungen und der fertigungstechnischen Randbedingungen wird die Eignung alternativer CFK-Ausgangsmaterialien untersucht und eine Vorauswahl möglicher Linerwerkstoffe getroffen. Zur Evaluation eines Linerwerkstoffs und der finalen Auswahl dient der Vergleich von Funktionsprototypen. Ein Linerprototyp aus dem ausgewählten Werkstoff wird zur Validierung des Konzepts in einem Wickelversuch bewickelt. Ein erster Tankprototyp kann durch diesen Versuch dargestellt sowie entscheidende Prozessparameter ermittelt werden. Die zuverlässige Anbindung des CFK-Verbunds am thermoplastischen Liner erfordert die Aktivierung dessen Oberfläche. Anhand von Zug- und Schälversuchen an CFK-Prüfkörpern wird dafür ein geeignetes Oberflächenaktivierungsverfahren definiert. Der Vergleich des neu entwickelten mit dem bestehenden Tankkonzept hinsichtlich Gewicht, Herstellungskosten und -zeit bildet den Abschluss der Arbeit.
Werkzeugintegrierte Folienumformung beim Hinterspritzen dreidimensionaler Formteile. - 58 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
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 %.
Einfluss der Herstellung von Faserverbundvorformlingen auf erreichbare Bauteileigenschaften. - 81 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Aufgrund gestiegener Anforderungen an die Energieeffizienz besteht in der Industrie der Bedarf, Leichtbaustrategien zu erforschen und weiterzuentwickeln. Faserverstärkte Kunststoffe weisen in vielerlei Hinsicht ein günstiges Eigenschaftsprofil auf. Das RTM-Verfahren bietet ein großes Potenzial zur Serienfertigung verstärkter Bauteile. Für die Herstellung endkonturnaher Vorformlinge kommen vorwiegend sequenzielle Preforming-Methoden zur Anwendung. Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht den Einfluss verschiedener Preforming-Strategien auf die Fehlstellenbildung sowie die mechanischen Eigenschaften. Nach der Beschreibung der theoretischen Grundlagen erfolgt die Erarbeitung eines geeigneten Prüfkonzepts. Ziel ist es, Vergleichskriterien zu erstellen, anhand derer die Eignung der Verfahren bezüglich einer industriellen Großserienfertigung beurteilt werden kann. In einer ausführlichen Dokumentation der Versuchsergebnisse wird der Einfluss von Binder- und Nähtechniken auf die mechanischen Kennwerte sowie die Zykluszeiten nachgewiesen. Zum Abschluss erfolgt die quantitative Bewertung der Preforming-Methoden mithilfe einer technisch-wirtschaftlichen Bewertungsmatrix.
Entwicklung und Verifizierung eines Modells zur Berechnung der Leistungsaufnahme von Nutbuchsenextrudern. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
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.