Verbesserte thermische Prozessführung beim RTM Verfahren durch umsteuerbare Werkzeugtemperaturführung. - 179 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse verschiedener Möglichkeiten der Temperaturführung in RTM-Werkzeugen, mit denen eine verbesserte thermische Prozessführung erreicht wird. Die Arbeit enthält die Konzipierung und Umsetzung eines Versuchswerkzeuges zur Herstellung von plattenförmigen Faserverbundbauteilen. Mit dem Versuchswerkzeug werden Erkenntnisse über die thermischen Vorgänge am RTM-Werkzeug gewonnen. Die zugrundeliegenden Parameter, wie etwa Werkzeugaufbau oder Werkstoffeigenschaften werden verständlich. Beim Entwurf der Werkzeugtemperaturführung werden herstellungs- und sicherheitstechnische, aber vor allem prozess- und materialtechnische Aspekte berücksichtigt. Vor der Umsetzung des Versuchswerkzeuges wird der RTM-Prozess thermisch analysiert. Auf dieser Basis werden physikalische Prinzipe zur Umsetzung der Werkzeugtemperaturführung untersucht. Besondere Rücksicht gilt der hohen Dynamik der Temperaturführung. Es werden Möglichkeiten zur Umsetzung eines Temperierkonzeptes generiert. Das finale Temperierkonzept wird mit einem 3D-CAD Programm als Geometriemodell erzeugt. Mit diesem werden Simulationsrechnungen des thermischen Verhaltens des Versuchswerkzeuges durchgeführt. Im Anschluss daran wird das Werkzeug gefertigt. Am fertigen Versuchswerkzeug werden Temperaturverlaufsmessungen durchgeführt. Diese dienen der Überprüfung der, in der Simulation, ermittelten Heiz- und Kühlraten und der Erprobung des Konzeptes. Durch den Vergleich von Simulation und Messung wird die Berechenbarkeit der Temperaturverteilung überprüft. Die Dokumentationsunterlagen der Arbeit beinhalten Messergebnisse, Simulationsergebnisse und Umsetzungsvorschläge für das Temperierkonzept bei Freiformflächen. Es werden Probleme und Erkenntnisse aufgezeigt, die bei der Anfertigung der Arbeit entstanden sind und Anregungen für das weitere Vorgehen gegeben. In der Arbeit wird außerdem je ein analytisches Modell für den Heiz- und Kühlvorgang gegeben. Die Genauigkeit dieser Modelle wird anhand der Simulationsrechnungen und Messungen überprüft. Die Herstellung von Versuchsbauteilen zeigt, dass mittels geeigneter Temperaturführung eine Prozessbeschleunigung möglich ist.
Untersuchung zerspanender Verfahren beim automobilen Einsatz faserverstärkter Kunststoffe. - 146 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Faserverbundkunststoffe verfügen über ein großes Potential für den Leichtbau von Automobilen. Bei ihrer Bearbeitung stellen sie jedoch hohe Ansprüche an die Auswahl der Prozesseingangsgrößen. Daher wird in der vorliegenden Arbeit der Einfluss der Schnittparameter sowie der Werkzeug- und Werkstoffauswahl auf die Emissionen, Werkzeugverschleiß sowie Qualitätsmerkmale bei der Fräsbearbeitung von FVK-Werkstoffen untersucht. Hierbei wurden Erkenntnisse über die maximale Massenkonzentration und das Sedimentierungsverhalten der Partikel sowie Spangeometrie, Schneidkantenverschleiß, Delaminationen und Faserausfransungen gewonnen, die während eines Fräsprozesses entstehen können. Mit Hilfe von Parameterstudien konnten die Abhängigkeiten von Prozesseingangsgrößen (Schnittparameter, Werkzeuggeomitrie, Kühlung) und Prozessausgangsgrößen (Emissionen, Werkzeugverschleiß, Kantenqualität) nachgewiesen werden. Im Rahmen der Messungen wurden ingenieurgerechte Kennwerte abgeleitet, die die Zusammenhänge zwischen Eingangsparametern und Ausgangsparametern aufzeigen. Neben dem Zerspanverhalten in Abhängigkeit der Prozessparameterkombinationen, wurden die Einflüsse der Werkstoffeigenschaften auf die Ergebnisgrößen analysiert und eine Vergleichbarkeit der Werkstoffe hinsichtlich ihrer Zerspanbarkeit dargestellt. Für die Bearbeitung zukünftiger Bauteile konnten hieraus geeignete Werkstoff- und Prozessparameterempfehlungen ableitet werden.
Charakterisierung des Einflusses von Feuchte und Oberflächenspannung bei Fasern auf das Tränkungsverhalten. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Schlichte und der Feuchtigkeit auf den Kontaktwinkel, die Tränkungsgeschwindigkeit und die Bildung von Fehlstellen im Faser-Kunststoff-Verbund. Für die Bestimmung des Kontaktwinkels werden verschiedene Messmethoden ausgewertet, wobei die Auswertung eines stehenden Wassertropfens auf dem Glasfasergewebe am aussagekräftigsten ist. Es werden die Schlichten FK144 und FK800 der Firma PD Glasfaser verglichen. Bei der FK800-Schlichte ergibt sich ein tendenziell kleinerer Kontaktwinkel. Ebenso weist das Gewebe mit dieser Schlichte einen kleineren Kontaktwinkel auf. Maximaler und minimaler Feuchtigkeitsgehalt sind bei beiden Schlichten nahezu gleich. In den Tränkungsversuchen in einem Glasbodenwerkzeug zeigen die gesättigten Gewebe zu Beginn der Harzinfusion höhere Fließgeschwindigkeiten. Jedoch entstehen im Vergleich zu den getrockneten Geweben bei den gesättigten mehr Fehlstellen im Faser-Kunststoff-Verbund. Damit ist eine Trocknung der Gewebe vor dem Infusionsprozess zu empfehlen.
Untersuchung des Gleitverhaltens von Kunststoffoberflächen auf Sand. - 98 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die Arbeit befasst sich mit dem Gleitverhalten von Kunststoffen auf Sand. Nach einer Literaturrecherche zu vorhandenen Messmethoden der Reibwertermittlung, werden diese an den Anwendungsfall angepasst. Die Methoden werden nach ausgewählten Kriterien bewertet und ausgewählt. Mit einem aufgestellten Versuchsplan werden die Effekte der Einflussgrößen und der Reibwert verschiedener Kunststoffe ermittelt. Die Ergebnisse werden aufgearbeitet und ausgewertet. Weiterhin werden die Reibwerte mit zuvor ermittelten mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe verglichen, um zu überprüfen, ob sich Zusammenhänge erkennen lassen. Es werden ebenfalls Versuche zum Abrasionsverhalten der Kunststoffe durchgeführt. Dazu werden mehrere Methoden getestet und bewertet.
Untersuchung des Zusammenhanges von Aushärteverhalten und Rheologie duroplastischer Harze für die FVK-Verarbeitung. - 60 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Der Begriff Leichtbau gewinnt in der heutigen Zeit zunehmend an Bedeutung. Industrieunternehmen welche Leichtbau betreiben, implementieren vermehrt die Faserverbundbauweise in ihr Portfolio. Dabei nimmt die Produktivität einen immer höheren Stellenwert ein. Verfahren wie das Resin-Transfer-Moulding (RTM) bieten die Möglichkeit, die Fertigung von Faserverbundkunststoff (FVK) Bauteilen aus Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), oder Aramidfaserverstärktem Kunststoff (AFK) zu automatisieren. Dabei steht auch die Taktzeit im Vordergrund. Diese ist nicht zuletzt abhängig von der Auswahl des Harzsystems. Nach einer Grundlagenbetrachtung beschreibt die vorliegende Arbeit eine Möglichkeit, Harzsysteme prägnant zu klassifizieren. Dabei werden die Aushärtecharakteristika der Harzsysteme mit Hilfe von zwei charakteristischen Parametern dargestellt. Anhand dieser Parameter kann vom Endverbraucher das für den jeweiligen Prozess optimale Harzsystem ausgewählt werden.
Einfluss der Prozessrandbedingungen auf die Klebequalität bei der Verbindung von Kunststoffteilen. - 45 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Prozessrandbedingungen bei der Herstellung einer Klebeverbindung auf ein Kunststoffteil untersucht. Bei der aufgebauten Fertigungsstraße wird doppelseitiges Klebeband mit Acrylatschaumkern und Acrylathaftklebstoffen auf ein aus PC-ABS-Polymerblend bestehenden Kunststoffteil aufgebracht. Mittels Stirnabzugsversuch werden Haltekräfte unter verschiedenen Bedingungen geprüft. Dazu erfolgt zuerst die Betrachtung des Aufbaus der Klebekraft in Abhängigkeit der Zeit. Anschließend wird untersucht, welchen Einfluss die Formteiltemperatur beim Klebevorgang und welchen Einfluss die Lagertemperatur nach dem Aufbringen der Klebeverbindung haben. Weiterhin werden die Verschmutzungseinflüsse Staub, Fingerabdrücke, ölhaltige Luft und Formschutzmittel untersucht. Alle Tests werden für das Originalmaterial PC/ABS Bayblend T65XF und einem Regenerat PC/ABS Gebablend 65HF durchgeführt. Zuletzt wird die Verpackung auf Tauglichkeit geprüft. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Klebeverbindung zu gewährleisten, werden für die aufgezeigten Ergebnisse Maßnahmen erstellt und diese in einem Gesamtaufbau der Fertigungsstraße realisiert. Dazu wird zusätzlich ein System zur Sortierung von bauähnlichen Kunststoffteilen integriert, sodass eine Verwechslung ausgeschlossen werden kann.
Werkstoffgerechte Konstruktion eines Leichbaufahrzeugbodens. - 98 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In dieser Masterarbeit wird eine Fahrzeugbodengruppe aus faserverstärktem Kunststoff für den Einsatz in einem Wohnmobil konstruiert. Hierfür wird zunächst die Werkstoffwahl spezifiziert und die zu erfüllenden Anforderungen analysiert und festgelegt. Dabei werden die mechanischen Anforderungen an den Werkstoff und der Konstruktion unter anderem durch eine Belastungssimulation des Tragsystems, wie es bisher in Wohnmobilen zum Einsatz kommt, erarbeitet. Weiterhin werden Anforderungen aus den für eine Fertigung und Gestaltung notwendigen Aspekten einer werkstoffgerechten Konstruktion und den Bedingungen an eine "Typgenehmigung für Fahrzeuge" durch das Kraftfahrzeugbundesamt entwickelt. Anschließend wird anhand der festgelegten Anforderungen ein Grundmodell als Ausgangspunkt für Belastungssimulationen mit einer Finite-Elemente-Software geschaffen und daraus die Belastungsverhältnisse in der Fahrzeugbodengruppe erarbeitet. Aufgrund dieser Vorgehensweise entsteht schließlich ein in der Konstruktion und im Lagenaufbau optimiertes Modell einer Fahrzeugbodengruppe für Wohnmobile. Den Schluss bildet das Fertigen eines realen, maßstabsgerechten Modells aus faserverstärktem Kunststoff.
Verbesserung der Maßhaltigkeit glasfasergefüllter Kunststoffbauteile in quellenden Medien. - 74 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Um der globalen Erderwärmung entgegenzuwirken versucht die Europäische Union (EU) die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu beschränken. Darauf haben sich die 194 Länder auf der 15. UNKlima Konferenz im Jahr 2007 geeinigt. Nach Meinung der EU kann dieses Ziel mit einem geringeren Ausstoß von Treibhausgasen, vor allem mit der Minderung des mengenmäßig bedeutsamsten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2), erreicht werden. Aus diesem Grund beschränkt die EU, die im Verkehr ausgestoßenen CO2 Emissionen Schritt für Schritt. Automobilhersteller, die die Vorgaben der EU nicht umsetzten, müssen Strafzahlungen leisten. Die europäische Automobilindustrie verkauft, auch auf Wunsch des Kunden, weiterhin komfortable und leistungsstarke Fahrzeuge. Daher sind die Automobilhersteller dazu angehalten Wege zu finden, den CO2 Ausstoß zu reduzieren ohne die Wünsche des Kunden zu beschneiden. Eine Möglichkeit CO2 Emissionen zu minimieren besteht in der Reduzierung des Fahrzeugmasse, bzw. der Masse der Fahrzeugkomponenten. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur CO2 Emissionen reduziert werden sondern auch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann, was sich positiv auf die Konkurrenzfähigkeit des Produktes auswirkt. Das Substituieren von Metallwerkstoffe in Polymere stellt eine Möglichkeit dar die Fahrzeugmasse zu senken. Der Kunststoffanteil in modernen Fahrzeugen steigt stetig. Heutzutage werden sogar Auspuffanlagen aus Polymerwerkstoffen gefertigt [SCH 08]. Auch in Kühlsystemen moderner Fahrzeuge finden sich Polymerwerkstoffe. Jedoch werden Präzisionskomponenten variabler Wasserpumpen immer noch aus Aluminium gefertigt, da günstige Kunststoffe, aufgrund von Diffusionsprozessen den Anforderungen hinsichtlich ihrer Maßhaltigkeit nicht gerecht werden. Anhand eines Regelkolbens, der hohen Anforderungen gerecht werden muss wie, ein enges Toleranzfenster zwischen Regelkolben und Pumpengehäuse, Trennung von Kühlmittel und Umwelt und eine hohe Anzahl an Bewegungszyklen, konnte ein glasfaserverstärkter Kunststoff gefunden werden, der diese Anforderungen erfüllt. Um die Eignung einiger ausgewählter Kunststoffe festzustellen wurden Versuche durchgeführt. So wurde mit der Thermisch-Mechanischen Analyse (TMA) das thermische Ausdehnungsverhalten der Kunststoffe aufgezeichnet. Die Quellung der Polymere in Kühlmittel wurde mit einer 3D-Messeinrichtung bestimmt. Die Feuchtigkeitsaufnahme wurde mit einer Waage dokumentiert, indem die Werkstoffe mehrere Tage in Kühlmittel (Glykol-Wassergemisch) eingelagert wurden. Auch wurde das Alterungsverhalten der Polymere in Kühlmittel aufgezeichnet. Dazu wurde die Brinell-Härte gemessen und Zugversuche durchgeführt. Ein Vyncolit X 6320 (PF GF-60) wurde gefunden, der alle Anforderungen erfüllt. Im Vergleich zum Aluminium Regelkolben besitzt dieser Kunststoffkolben ein um fast 50% geringeres Gewicht und ein finanzielles Einsparpotential von fast 60%.
Spritzgießgerechte Konstruktion eines Bau- und Rangierfunkgerätes. - 110 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Konstruktion eines Bau- und Rangierfunkgerätes. Im Auftrag der Schweizer Bundesbahn wird für dieses Gerät ein Gehäuse entworfen, dessen äußere Form auf der Grundlage eines vorgegebenen Designs basiert. Da das Gehäuse aus Kunststoff gefertigt werden soll, wird eine detaillierte Kunststoffauswahl durchgeführt, in der die von der Schweizer Bundesbahn gestellten Forderungen an das Kunststoffgehäuse berücksichtigt werden. Das Gehäuse wird entsprechend des ausgewählten Kunststoffes sowie der Gestaltungsrichtlinien für Spritzgießformteile fertigungs- und belastungsgerecht gestaltet. Ebenfalls wird es so konstruiert, dass die Geräteelektronik integriert und am Gehäuse befestigt werden kann. Des Weiteren werden für das Bau- und Rangierfunkgerät ein Gelenk und ein Steckmechanismus für die Verbindung der Gehäusekomponenten konzipiert und in einem technischen Entwurf umgesetzt.
Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Homogenität. - 72 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen mit Extrudern ist die Schmelzehomogenität entscheidend für die Qualität der Extrudate. Sie ist abhängig von Materialdaten, Schneckengeometrie und Betriebsparametern. Auch der Energieverbrauch spielt eine immer größer werdende Rolle. Viel Energie geht durch uneffektive Antriebe oder schlechte Temperatureinstellungen am Extruder verloren. Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung eines Zusammenhangs zwischen Schmelzehomogenität und Energieverbrauch im Extrusionsprozess für Einschneckenextruder auf der Basis von Experimenten. Zur Beschreibung der Homogenität wurde die Mischgüte nach [PoK86] verwendet. Die zur Berechnung der Mischgüte notwendigen Werte wurden über eine Grauwertanalyse mittels eines Histogramms ermittelt. Dabei wurden während der Versuche vier lilafarbenen Masterbatchkörner in die Einfüllöffnung des Extruders gegeben und die eingefärbten Stränge abgeschnitten. Mit Hilfe eines Mikrotomschnittgerätes wurden aus den eingefärbten Strängen Dünnschnitte an verschiedenen Betriebspunkten entnommen und über ein Mikroskop und eine Kamera auf einem Computer dargestellt. Für die Grauwertanalyse wurden die Mikroskopbilder mit der Software Corel Photo-Paint X6 bearbeitet. Aus dem daraus entstandenen Histogramm konnten alle relevanten Werte für die Mischgüte, wie Standardabweichung, Mittelwert und Bandbreite, entnommen werden. Für die Versuche wurden die Schneckengeometrie, die Schneckenumfangsgeschwindigkeit, das Material und das Teperaturprofil in unterschiedlichen Stufen variiert. Die Ergebnisse der Versuche stellten keinen Zusammenhang zwischen Energieverbrauch und Schmelzehomogenität fest. Den größten Einfluss auf die Schmelzehomogenität hatte die Schneckengeometrie, wobei die Verwendung von Zahnscheibenmischteil und Wendelnutenscherteil sich vorteilhaft auswirkte. Die Schneckengeometrie hatte keinen Einfluss auf den Energieverbrauch, der abhängig von der Schneckenumfangsgeschwindigkeit und dem verwendeten Material ist. Mit zunehmender Schneckenumfangsgeschwindigkeit sank der spezifische Energieverbrauch. Die Verarbeitung von PE-LLD benötigte mehr Energie als die Verarbeitung von PE-LD. Eine gute Mischgüte bei möglichst geringem Energieverbrauch erzielte die Verarbeitung von PE-LD auf einer Dreizonenschnecke mit Mischteil bei einer Schneckenumfangsgeschwindigkeit von 0,22 m/s bis 0,38 m/s.