Umsetzung, Systeminbetriebnahme und Versuche für die Integration eines intelligenten Schmelze-Speichermoduls zwischen Spritzgießmaschine und Doppelschneckenextruder zur schonenden Verarbeitung von Biokunststoffen. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Um den stetig steigenden Anforderungen an Kunststoffe gerecht zu werden und den Einsatz der Biokunststoffe weiter zu fördern, müssen diese den konventionellen Kunststoffe hinsichtlich der Eigenschaftsprofile immer weiter angepasst werden. Hier gilt es vorrangig, den Verarbeitungsprozess der Biokunststoffe zu optimieren. Entsprechend befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Umsetzung eines innovativen Inline-Compoundier-Systems zur schonenden Verarbeitung von Biokunststoffen sowie der Planung von Versuchsreihen zur Optimierung der mechanischen, rheologischen und thermischen Bauteileigenschaften durch Parametervariation im Spritzgießzyklus. Vorbereitend zur Umsetzung wird ein Überblick über die verwendeten Biokunststoffe und speziell deren Verarbeitung sowie der derzeitigen Maschinentechnik und den beim Spritzgießen ablaufenden Zyklus gegeben. Nach der Analyse des 3D-CAD-Modells wird die Optimierung und Vorgehensweise hin zu dessen Realisierung beschrieben. Darüber hinaus werden bisher nicht betrachtete Umbaumaßnahmen an der Spritzgießmaschine behandelt und zur Funktionsfähigkeit benötigte steuerungstechnische Programmierungsänderungen herausgearbeitet. Hinzu kommt eine Analyse zu den Verarbeitungsparametern, um Aussagen über die Bauteileigenschaften in Bezug auf die Parametervariation zu treffen. Speziell erfolgt eine Beurteilung in Bezug auf die Auswirkung der Variation auf die Verweilzeit und die Schergeschwindigkeit. Aus den im Bearbeitungszeitraum gewonnenen Erkenntnissen können anhand des realisierten Umbaus weiterführende Änderungsmaßnahmen am System aufgezeigt und Lösungsvarianten zur Inbetriebnahme der Maschinen erarbeitet werden. Abschließend werden die benötigten Laborversuche zur zeitnahen Ermittlung und Validierung der Eigenschaftsverbesserung durch das innovative System dargelegt.
Entwicklung eines Leichtbau-Unterfahrschutzes für einen Geländewagen. - 166 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Für einen Großteil der Automobilbranche ist die Erschließung und Etablierung in neuen Märkten eine Grundvoraussetzung für weiteres Wachstum. Unterstützt wird dies durch die steigende Globalisierung. Damit ergeben sich jedoch zunehmend neue Herausforderungen in Form umfangreicherer Produktvielfalten, neuen Fahrzeuganforderungen und unterschiedlichen Gesetzeslagen. Um den jeweiligen Artikel auf dem internationalen Markt attraktiv zu gestalten, müssen sowohl die technischen wie auch die wirtschaftlichen Aspekte betrachtet werden. Dazu zählt ebenfalls die Entwicklung neuer Bauteilkomponenten im Kraftfahrzeug. Diese werden jeweils für sich, im Verbund und in der Gesamtheit bewertet. In diesem Zusammenhang müssen ebenfalls als wichtige Randbedingung die Bedürfnisse möglicher Kunden berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein Beitrag zur Entwicklung eines Unterfahrschutzes im Bereich des Vorderwagens eines SUV-Fahrzeugs geleistet. Zum Einsatz kommt dabei die Finite-Element-Methode (FEM). Angestrebt wird ein leichtes kostengünstiges und wirksames Konzept, welches alle Anforderungen und Auslegungskriterien erfüllen kann. Diese sind für die jeweils unterschiedlichen Fahrzeugausprägungen zu entwickeln. Dabei wird unter anderem eine geeignete Werkstoffauswahl getroffen. Hauptaufgabe dabei ist mithilfe des Solvers OptiStruct eine ganzheitliche Optimierung des Geländeunterfahrschutzes durchzuführen. Diese beinhaltet neben der Analyse des aktuellen Konstruktionsstands sowohl die Topology- wie auch die Topographyuntersuchung. Zur ganzheitlichen Betrachtungsweise werden die zuvor angenommenen Lastannahmen aus der Simulation mit einem realen Fahrzeugversuch überprüft und gegenübergestellt werden. Dazu wird die Versuchsplanung, -durchführung und die Inbetriebnahme der Erprobungsstrecke übernommen. Das Ziel dieser Arbeit ist ein Unterfahrschutzkonzept, welches alle Auslegungskriterien mit den dazugehörigen Randbedingungen erfüllt. Durch die Optimierung werden technische sowie wirtschaftliche Gesichtspunkte in ein sinnvolles Verhältnis zueinander gebracht. Damit wird der Reifegrad des Produkts und somit auch des Gesamtfahrzeugs wesentlich gesteigert.
Materialcharakterisierung thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe für hoch beanspruchte Fahrzeugstrukturen. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit behandelt im Rahmen eines Bachelorabschlusses die Materialcharakterisierung in Hinblick auf den Einfluss von Feuchtigkeitsgehalten und Klimawechseltest auf faserverstärkte Thermoplasten, sowie das Energieabsorptionsvermögen von thermoplastischen Strukturen. Zu diesem Zweck wurde eine grundlegende Literaturrecherche zum Thema der faserverstärkten Kunststoffe und zu den Energieabsorptionsmechanismen von faserverstärkten Kunststoffen erstellt.Im ersten Teil der Arbeit wurden [0/90]xsymetrich glasfaserverstärkte Polyamid 6 Proben, sowie [0/90]xsymetrisch kohlenstofffaserverstärkte Polyamid 6 Proben betrachtet. Beide Materialgruppen wurden verschiedenen Konditionierungen, wie minimalen und maximalen Feuchtegehalt, unterzogen. Um Aussagen über den Einfluss oben genannter Faktoren auf die mechanischen Eigenschaften treffen zu können, wurden die Prüfkörper anschließend mittels normgerechter Zugversuche und Biegeversuche geprüft. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit energieabsorbierenden Thermoplaststrukturen. Dabei wurden durch die Untersuchung von Segmentproben Grundlagen für die Entwicklung von thermoplastischen OLA-Strukturen gelegt. Verschiedene Materialmodifikationen aus thermoplastischen Matrixmaterialien und Halbzeugarten wurden statisch (mit konstanter Crushinggeschwindigkeit) und dynamisch (am Fallhammer) gecrusht.
Systemanalyse und Ermittlung von Einstellparametern an einem Prototypensystem zum Setzen von Klebbolzen auf CFK Verbundbauteilen. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
In dieser Arbeit wird das neue Verfahren des Bolzenklebens auf Kohlefaserverstärkten Verbundbauteilen näher betrachtet. Es erfolgt eine kurze Einführung in die Themengebiet des Klebens und des kohlenfaserverstärkten Kunststoffes. Zunächst werden die unterschiedlichen auf dem Markt vorhandenen Systeme kurz vorgestellt und ihre Stärken und Schwächen dargelegt. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Parameterfindung für das Prototypensystem der Fa. Emhardt Teknologies (Tucker) durchgeführt. Des Weiteren werden optische und zerstörende Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle und Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Systems entwickelt. In den praktischen Versuchen wurden äußere Einflüsse und Störfaktoren auf das System untersucht. Eine Analyse des Systems, unter Berücksichtigung der Risiken und Chancen, trifft eine erste Beurteilung über die Einsatzfähigkeit in einer Serienproduktion. Es werden Arbeitsanweisungen abgeleitet, die zu einem sicheren Einsatz des Systems bei der Audi AG führen sollen.
Einfluss der Produktionsplanung auf den Energieverbrauch im Spritzgießbetrieb. - 117 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Angesichts ständig steigender Rohstoffpreise erhöht sich insbesondere für energieintensive Branchen, wie die Kunststoffindustrie, der Kostendruck enorm. Dies rückt einen energieeffizienteren Einsatz der zur Wertschöpfung eingesetzten Ausgangsgüter vermehrt in den Fokus. Um die Voraussetzung eines langfristigen Unternehmenserfolgs zu schaffen und nachhaltig zu sichern, ist es erforderlich, das bisherige Produktionsmanagement um das Ziel der Energiekostenreduzierung zu erweitern. Deshalb befasst sich die vorliegende Arbeit damit, anhand von Versuchen zu überprüfen, wie sich eine energieorientierte Maschinen-Formteil-Paarung in der Spritzgießfertigung gestalten kann. Dazu wird zunächst analysiert, welche Einzelprozesse sowohl während des Rüstvorgangs als auch während des Spritzgießprozesses eines Einsatzes an Energie bedürfen. Darüber hinaus wird aufgezeigt, welchen Einfluss das zu fertigende Formteil auf den Energieverbrauch der Spritzgießmaschine ausübt. Anhand dieser Analyse werden Parameter zur Spritzgießmaschine abgeleitet, die bei einer optimaleren Spritzgießmaschinen-Formteil-Auswahl zu einem reduzierten Energiebedarf beitragen können. Um eine Beurteilung der erarbeiteten Kriterien vorzunehmen, werden Versuche, bei denen die Leistungsaufnahme der Spritzgießmaschine gemessen wird, zu verschiedenen Formteilen und Maschinenbauarten durchgeführt. Die Auswertung der aufgenommenen Daten bildet somit die Grundlage für die Entwicklung eines Ansatzes zu einem energieorientierten Produktionsplanungskonzept. Weiterhin wird auf Basis der Versuchsdaten erörtert, inwiefern sich der Rüstenergiebedarf bzw. eine veränderte Maschinen-Formteil-Zuordnung hinsichtlich der Losgrößenplanung auswirken. Anschließend wird im Rahmen der Auswertung dargestellt, welche Kostenersparnisse sich durch eine verbesserte Maschi-nen-Formteil-Zuordnung einstellen können.
Entwicklung und Anwendung eines Leichtbaukonzeptes für einen Rollstuhl. - 104 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Für die Neuentwicklung eines gewichtsoptimierten Rollstuhls mittels Faserverbundkunststoffe wurde ein Konzept zur Detektion der potentialsten Bauteile entwickelt. Dieses Konzept ermöglicht eine Betrachtung der Bauteile hinsichtlich ihrer Gewichtspotentiale, Herstellungsmöglichkeiten und entstehenden Kosten. Das Konzept wurde anhand eines Aktivrollstuhls durchgeführt und über eine Konstruktion und Simulation der drei besten Bauteile nachgewiesen. Die Resultate entsprachen den angenommenen Werten. Das Konzept ist allgemeingültig aufgestellt. Abschließend kann ein erfolgreich angewandtes Leichtbaukonzept vorgewiesen werden, welches sich für produktgleiche und produktübergreifende Untersuchungen anwenden lässt.
Konstruktion zur Integration eines Direktantriebes in die Plastifizierachse einer Spritzgießmaschine. - 91 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit wurde eine Konzeptionierung und Konstruktion für die Ausrüstung einer Spritzgießmaschine mit einem gegebenen Direktantrieb in die Plastifizierachse erstellt. Dabei soll das Plastifizier-Drehmoment erfasst werden können. Dazu wurde zuerst eine Anforderungsliste erstellt, worauf hin mehrere Konzepte aufgestellt und in bestimmten Kriterien verglichen wurden. Die gefundene Variante wurde konstruiert und umgesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt der Aufgabenstellung war die Konzeption der Integration des Direktantriebes für verschiedene Bauarten für Spritzeinheiten. Dazu wurde die Eignung der Bauart mit Bewertungskriterien untersucht. Zudem wurden Beispielrechnungen für mögliche finanzielle Einsparungen bei der Nutzung des Direktantriebes für verschiedene Szenarien angefertigt. Desweiteren wurde das Potential des antriebsseitigen Schneckenwechsels durch die Hohlwelle des Antriebes für verschiedene Bauarten betrachtet. Hierzu wurden Voraussetzungen formuliert, die von den zuvor betrachteten Konzepten zur Integration des Antriebes erfüllt werden müssen.
Entwicklung und Anwendung eines Leichtbaukonzepts für Komponenten von Textilmaschinen. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Textilmaschinenbranche stellt sehr hohe Anforderungen an die Produktivität. Infolge der Energiewende rückt zunehmend auch der Faktor Ökonomie in den Fokus. Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, bedienen sich die Hersteller immer öfter dem Mittel des Leichtbaus. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird untersucht, wie systematisch identifiziert werden kann, an welchen Stellen in einer existierenden Maschine sinnvoll Leichtbau anzuwenden ist. Eine Grundlagenbetrachtung zeigt den aktuellen Stand der Technik und ermöglicht die Definition von Randbedingungen des modernen Maschinen- und Anlagenbaus. Mit diesen wird ein Identifikationskonzept für Leichtbaupotential entwickelt. Im Anschluss daran wird diese Vorgehensweise an einer Textilmaschine der Firma LIBA Maschinenfabrik GmbH angewandt. Eine Bewertung aller Bauteile der Maschine ist das Ergebnis dieser Untersuchungen. Des Weiteren werden die drei Bauteile mit dem höchsten Leichtbaupotential mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) analysiert. Schließlich erfolgt die Neugestaltung dieser in Faserverbundbauweise und ein Vergleich zu den bestehenden Teilen wird durchgeführt. Abschließend werden alle Erkenntnisse diskutiert und ein Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen wird aufgezeigt.
Erfassung von Energieverbrauchsdaten von Teileclustern beim Spritzgießen. - 62 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Der stetige Anstieg der Energiekosten zwingt Industriezweige mit energieintensiven Herstellungsprozessen, wie die Kunststoffverarbeitung, in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens zur verstärkten Betrachtung des Energieverbrauchs und vor allem der Energieeffizienz der eingesetzten Maschinen. So rückt neben der kontinuierlichen Verbesserung der Produktionsverfahren vermehrt die Energiekostenreduzierung in den Fokus der Unternehmen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit ein bauteilspezifischer Bewertungsmaßstab für den Energieverbrauch von Spritzgießteilen dargelegt. Durch die Generierung signifikanter Material-, Geometrie- und Maschinenkennzahlen wird die Basis zur Erstellung eines Teileclusters bezüglich der Anwendungsbereiche der Produkte hergestellt. Auf Grundlage dieser Clusterung wird eine Energieeffizienzbetrachtung des Plastifiziervorgangs, der den wesentlichsten Anteil des Energieverbrauchs eines Spritzgießprozesses darstellt, durchgeführt. Das Ergebnis ermöglicht Unternehmen Vergleiche zwischen den eigenen und clusterinternen Produkten vorzunehmen. Auf diese Weise wird eine Option geboten vorhandene Potentiale zur Energieeffizienzsteigerung zu erkennen und auszuwerten. Um die Tauglichkeit einer Spritzgießmaschine für die erarbeiteten Teilecluster zu visualisieren, wurde ein Energielabel entwickelt. Dieses zeigt die Energieeffizienzwerte der ausgearbeiteten Cluster auf und verdeutlicht die Eignung der Maschine für die jeweiligen Herstellungsprozesse. Auf Basis dieses Energielabels soll es Unternehmen vereinfacht werden, die für ihr Produkt am besten geeignete Spritzgießmaschine auszuwählen.
Fügekonzept für Leichtbaukomponenten aus endlosfaserverstärkten Thermoplastbauteilen für ein Schienenfahrzeug. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In der heutigen Mobilität ist ein stetiger Trend zu mehr Wirtschaftlichkeit und Effizienz zu beobachten. In Bezug auf den Einsatz von fossilen Energieträgern und dem umweltbelastenden CO2-Ausstoß werden immer größere Anstrengungen unternommen, um den Energiebedarf zu minimieren. Eine Möglichkeit diesem Ziel näher zu kommen, ist die Senkung der Fahrzeugmasse. Auch in Schienenfahrzeugen kann der Leichtbau durch Multimaterialsysteme signifikant verbessert werden. Dazu ersetzen endlosfaserverstärkte Kunststoffbauteile in hybriden Strukturen herkömmliche metallische Bauteile und erlauben neue Geometrien. Das dieser Arbeit zugrundeliegende Bauteilkonzept besteht aus einem kohlefaserfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffbauteil (Organoblech) und dient der Verstärkung einer Aluminium-Wagenkastenstruktur. Ziel dieser Arbeit ist es, geeignete Fügeverfahren für die Verbindung des Faserverbundbauteils mit der metallischen Wagenkastenstruktur zu qualifizieren. Für die Anbindung des Faserverbundbauteils an die Seitenwandstruktur des Wagenkastens werden verschiedene Fügekonzepte analysiert. Spezifische Eigenschaften der verwendeten Fügepartner sowie Anforderungen aus dem Einsatz und der Herstellung der Verbindung stellen bei der Studie der Fügevarianten eine zentrale Anforderung dar. Eine abschließende Bewertung der Verfahren zeigt eine besondere Qualifikation von Verklebungen und mechanischen Fügeelementen. Mögliche Abläufe für die Füge- und Prozessfolge im Wagenkastenbau werden mit den ausgewählten Fügevarianten des Verklebens in Kombination mit Schrauben, Nieten und Bolzen generiert. Eine erste wirtschaftliche Betrachtung der Fügefolgen im Montageablauf zeigt keine wesentlichen Kostenunterschiede in Aspekten wie Material- und Maschinenkosten sowie der Montagezeit. Darauf folgt die Definition und Abschätzung der für den Fügeprozess erforderlichen Oberflächenvorbehandlung sowie der notwendigen Umgebungsbedingungen. Die favorisierten Fügekonzepte werden anschließend in anwendungsnahen Lastfällen, durch Scherzug- und Biegeschälversuche, erprobt und deren mechanische Eigenschaften dokumentiert. In der Umsetzung werden die für eine Verklebung der Fügepartner relevanten Parameter priorisiert, deren versuchstechnische Betrachtung zu den im Folgenden erläuterten Erkenntnissen führt. Eine Modifikation der Belastungsrichtung des verklebten, anisotropen Organobleches, zeigt eine Richtungsabhängigkeit der maximalen Spannungsaufnahme der Verbindung. Im Scherzugversuch wird die Fügeverbindung mit den für eine Klebeverbindung günstigen Scherzugkräften belastet. Auch schälende Belastungen, die senkrecht zur Klebefläche angreifen und eine ungünstige Belastungsart darstellen, werden im Versuch getestet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Schälanteile eines angreifenden Lastvektors Auslöser für das Versagen der Klebeverbindung sind. Diese können demnach durch höhere Bauteilsteifigkeiten der Fügepartner minimiert werden. Das zusätzliche Fügen durch mechanische Elemente vor und nach der Klebstoffaushärtung zeigt keine signifikante Erhöhung, jedoch auch keine Verringerung, der maximal übertragbaren Kräfte. Nach dem Versagen der Klebeverbindung kann eine unterschiedliche Restkraft der verschiedenen Fügeelemente beobachtet werden. Dadurch begründet sich ein Einsatz der mechanischen Fügetechnik als Notlaufelement im Fall des Versagens der Klebeverbindung im Bauteileinsatz. Weiterhin besteht eine berechtigte Verwendung im Fügeprozess der Klebeverbindung, wo die Elemente das Fixieren des Organoblechbauteils an der Seitenwand für die Zeit der Klebstoffaushärtung leisten können. Daraus resultieren begünstigende Prozessablauffaktoren, die einen schnelleren und effizienteren Montagefluss fördern sowie zusätzliche Spann- und Haltesysteme ersetzen. Sowohl im Scherzug- als auch im Biegeschälversuch kann in gewissen Grenzen eine Abweichung der aufgebrachten Klebeschichtdicke, die durch Bauteiltoleranzen der Fügepartner entstehen kann, keine Reduktion der Maximalspannung bewirken. Eine durch Schälkräfte beanspruchte Klebeverbindung zeigt durch die Temperaturbeanspruchung, die in der thermoplastischen Umformung der Organoblech-Bauteilherstellung Oberflächenveränderungen hervorruft, eine Verdopplung der übertragbaren Spannungen. Eine Scherzugbelastung der Probe weist einen ähnlichen, jedoch geringeren Trend der Spannungssteigerung auf. Die zusätzlich zur Verklebung eingebrachten mechanischen Fügeelemente können bei einer Biegeschälbeanspruchung nicht die Belastbarkeit der Klebeverbindung steigern, da der Startpunkt des Versagens in der Klebstoffschicht und somit geometrisch vor dem Fügeelement liegt. Der gesamte Verlust der Klebeanbindung kann jedoch durch das Stoppen des Rissfortschrittes verhindert werden, wodurch im Fall des Versagens mit mechanischen Fügeelementen ein positiver Effekt erzielt wird.