Auswirkungen von Oberflächenmodifikationen von Aluminiumschaum (ALS) eines Hybridverbundes aus ALS und thermoplastischem Kunststoff (TPK) auf die mechanischen Eigenschaften. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die stetig steigende Anforderung nach konsequenten Leichtbau gepaart mit strengen Richtlinien der passiven Sicherheit sowie den Wunsch nach immer kompakteren Fortbewegungsmitteln sind die treibende Kraft bei der Entwicklung innovativer Produkte im Automobilbau. Hybridverbunde aus thermoplastischen Kunststoff und Aluminiumschaum erfüllen durch die niedrige Verbunddichte und guten mechanischen Eigenschaften diese Anforderungen. Während der Verbundherstellung im Spritzgießprozess kommt es durch das Eindringen der Kunststoffschmelze zu einer Schädigung des Aluminiumschaum-Einlegers. Ziel dieser Bachelorarbeit ist diese Schädigung zu minimieren sowie die Verbundfestigkeit des entstehenden Hybridbauteils zu steigern. Dabei werden die für die Infiltration und Haftung verantwortlichen Mechanismen ausgearbeitet und durch gezielte Oberflächenmodifikation gesteuert. Die Auswahl der Oberflächenbehandlungsmaßnahmen wird durch eine Gegenüberstellung möglicher Methoden erreicht. Mittels statistischer Versuchsplanung werden günstige Spritzgießparameter festgelegt. Nach der Verbundherstellung erfolgt die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften sowie deren Beeinflussung durch die Oberflächenmodifikation. Hierfür werden die Biege und Druckeigenschaften sowie Verbundfestigkeit und Eindringmasse mittels Biege-, Druck- und Schälversuche sowie das Wiegen der Bauteile ermittelt. Dabei wird ein Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaftsänderungen und Oberflächenbehandlungen deutlich.
RTM Prozessbeschleunigung durch physische Separierung von Injektion und Aushärtung. - 115 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
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.
Oberflächenstrukturierung auf thermoplastischen Gleitoberflächen zur Minderung der Abrasion. - 73 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Verschleiß stellt eine Herausforderung bei der Herstellung thermoplastischer Formteile dar, die einer Gleitbeanspruchung auf Sand ausgesetzt sind. Die Verringerung der Abrasion bei einer Reibpaarung Kunststoff-Sand würde die Herstellung langlebiger Gleitelemente zulassen. Es wird vermutet, dass Abrasion durch die Einbringung einer werkstoffunabhängigen Oberflächenstrukturierung der Gleitfläche erreicht werden kann. Auf der Grundlage biologischer Oberflächenstrukturierungen werden technisch umsetzbare Modelle erstellt. Diese werden anhand vorhandener Messeinrichtungen getestet und die Ergebnisse über eigens entwickelte Kriterien bestimmt. Ziel der Arbeit ist es eine Oberflächenstrukturierung herzustellen, die verringerte Abrasions und Reibwerte besitzt.
Identifizierung und Reduzierung produktionshemmender Faktoren in Prozessketten zur wirtschaftlichen Herstellung von FVK Strukturen. - 159 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
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.
Untersuchung der Verbundfestigkeit folienhinterspritzter Bauteile in Abhängigkeit von Prozessparametern und Material für automobile Bedienelemente. - 42 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In dieser Arbeit wurde die Verbundfestigkeit folienhinterspritzter Kunststoffe näher untersucht. Durch eine geeignete Prozessparameter- und Materialauswahl wurde versucht die Verbundfestigkeit der einzelnen Verbunde zu erhöhen und eine allgemeine Aussage zur Verwendung der Parameter im Spritzgießprozess zu treffen. Aufbauend auf Erkenntnissen über die Adhäsionsmechanismen in einem Zweikomponenten-Verbund wurden die einflussreichsten Prozessparameter beim Hinterspritzen ermittelt. Mittels statistischer Versuchsplanung wurden die Prozessparameter nach der Größe des Einflusses auf die Verbundfestigkeit der verschiedenen Materialkombinationen ermittelt. Es hat sich herausgestellt, dass die Höhe der Verbundfestigkeit von der jeweiligen Materialkombination abhängt. Daraus folgt, dass sich eine Variation der Spritzgießparameter bei jeder Materialkombination verschieden stark auswirkt. Eine große Abhängigkeit zeigte die Verbundfestigkeit von der Schmelzetemperatur. Auch die Anhebung der Werkzeugwandtemperatur und der Foliendicke wirken sich positiv auf die Höhe der Verbundfestigkeit aus. Im Gegensatz zum Nachdruck hatte auch eine Variation des Einspritzdrucks einen Einfluss auf die Verbundfestigkeit. Weiterhin wurde der Einfluss verschiedener Farbsysteme auf die Verbundfestigkeit mit dem hinter-spritzten Trägermaterial untersucht. Die Auswertung der Versuche ergab, dass die Verbundfestigkeit der Kombination aus dem Farbsystem Makrofol 1xXWR+1XTR N mit dem jeweiligen hinterspritzten Kunststoff, PC oder PC/ABS, um mehr als das vierfache höher ist als bei den Kombinationen mit den anderen Farbsystemen. Das könnte an den Eigenschaften der NORIPHAN® XWR Farbschicht liegen.
Entwicklung und Prototypenherstellung einer Personenabsturzsicherung zur Verankerung am Kunststoff-Rahmenprofil. - 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
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.
Methodik zur Erstellung einer Innovationsstrategie und Branchenroadmap. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Rentabilität und Wachstum von Unternehmen sind Grundvoraussetzungen für den Wohlstand von Wirtschaftsregionen. Stetig steigender Wettbewerb in etablierten Märkten schmälert die Gewinnmar-gen, wodurch die Rentabilität gesenkt und das Wachstum von Unternehmen verhindert wird. Prozessinnovationen führen zu einer Senkung der Produktionskosten und somit zu einer Erhöhung der Gewinnmargen. Die Senkung der Produktionskosten ist jedoch nur begrenzt möglich. Mithilfe von Produktinnovationen können neue Wettbewerbssituationen geschaffen werden, wodurch sich Unternehmen dem immer größer werdenden Druck des bestehenden Wettbewerbs entziehen können. Innovationen sind mit einem hohen Maß an Unsicherheit verbunden und erfordern von Unternehmen die Fähigkeit, Innovationen umsetzen zu können. Sowohl das Risiko als auch der mit Innovationen verbundene Aufwand stellt vor allem kleine und mittelständische Unternehmen vor große Herausforderungen. Durch Kooperationen mit anderen Unternehmen, F&E-Instituten und Bildungseinrichtungen können die Risiken und der Aufwand gesenkt werden. Erfolgt die Steuerung der Kooperationen innerhalb eines regionalen Branchennetzwerkes, profitiert davon nicht nur das einzelne Unternehmen, sondern auch die Region in welchem sich das Branchennetzwerk befindet. Denn erfolgreiche Innovationstätigkeiten beeinflussen die Höhe der Steuerabgaben und schaffen Arbeitsplätze. In dieser Arbeit werden theoretische Modelle zur Strategieplanung und -umsetzung untersucht und darauf aufbauend eine Methodik entwickelt. Durch Anwendung der Methodik können Trendentwicklungen, der Aktivitätsbedarf der Branche sowie das ressourcen- und marktbezogene Innovationspotential von Technologien mit in die Generierung von Innovationsprojekten einfließen. Die Methodik sieht in einem ersten Schritt das Erstellen einer Technologieroadmap auf Branchenebene vor, die anschließend zur Unterstützung der Strategiebildung und -umsetzung angewendet werden kann. Zu dieser Methodik wurden Schulungsunterlagen erstellt, anhand derer Mitarbeiter von Unternehmen geschult werden können.
Realisierung einer Röntgenmarkierung durch Kunststoffbauteilfunktionalisierung am Beispiel einer medizintechnischen Radiusplatte. - 114 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
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.
Vergleichsuntersuchungen für erreichbare Eigenschaften technischer Bauteile aus Biokunststoffen durch verschiedene Verarbeitungsverfahren. - 49 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In dieser Arbeit werden fünf verschiedene Biokunststoffe auf ihr Eigenschaftsverhalten untersucht. Um Änderungen festzustellen wird ein Versuchsplan aufgestellt, der die Materialien mit unterschiedlichen Faktoren belastet. Einerseits geht es nur um die mechanische Belastung durch die Umfangs- und Einspritzgeschwindigkeit. Andererseits geht es um die thermische Belastung durch Verweilzeit in der Schnecke und dem Heißkanal der Spritzgießmaschine. Den Abschluss der Untersuchungen bildet eine Kombination aus allen vier Belastungsfaktoren, um einen optimalen Arbeitspunkt für jeden Werkstoff zu finden. Die hergestellten Materialproben werden mit Hilfe diverser Analyseverfahren (Zugversuch, Schlagzähigkeitsbestimmung, DSC, MFI-bestimmung) untersucht, um die Änderungen der Eigenschaften deutlich zu machen und analysieren zu können. Für alle untersuchten Biokunststoffe gilt die Aussage, dass die Produktion mit einfachen Formen auf einer SGM mit kleiner Schließkraft fast ohne Probleme ablaufen kann, wenn die richtigen Parameter gewählt werden. Die hergestellten Prüfkörper sind in einem Werkzeug gefertigt, welches keine Rippen, unterschiedlichen Tiefen oder Hinterspritzungen aufweist. Der Materialfluss kann hierbei im kompletten Werkzeug ohne Behinderung funktionieren. Komplexere Formteile lassen sich nur sehr schwer fertigen. Rippen am Bauteil reißen beim Entformen oft ab, da sie im Werkzeug stecken bleiben. Um dies teilweise zu verhindern, muss viel Trennmittel benutzt werden, was den Arbeitsprozess deutlich verlangsamt und den Stückkostenpreis nach oben treibt. Bei der Produktion auf großen Anlagen kommt es oftmals zu Störungen in der Anlage. Dies kann vom Vereisen des Materials im Anguss bis zum Zersetzen des Werkstoffes führen. Generell kann gesagt werden, dass die untersuchten Biokunststoffe meistens sehr temperaturempfindlich sind, das heißt nur in einem sehr geringen Temperaturfenster verarbeitet werden können. Auch Verweilzeiten in der Maschine sind sehr schädlich für das Material und oftmals muss die Maschine nach nur kurzem Stillstand von wenigen Minuten gereinigt werden, da sich das Material bereits zersetzt hat. Auch die Schwindung des Materials spielt eine große Rolle, denn hierdurch sind Rippen nur schwer fertigbar, da sich das Material dann im Werkzeug festklemmen kann.
Entwicklung eines Druckstücks für Infusionsbauteile. - 113 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
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.