Volumen- und Ausdehnungsbestimmung von PET-Flaschen an einem Berstdruckprüfstand. - 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Kunststoffe sind ein unverzichtbarer Bestandteil des heutigen Lebens. In jedem industriellen und privaten Bereich sind sie vertreten. In der Lebensmittelindustrie werden bevorzugt Kunststoffe als Verpackungen eingesetzt. Mehr und mehr Getränke werden ausschließlich in Kunststoffflaschen abgefüllt. Erfrischungsgetränke enthalten oftmals Kohlensäure und entwickeln dadurch einen flascheninternen Überdruck. Diesem muss die Polyethylenterephthalat-Flasche standhalten. Um die Belastungsgrenzen zu bestimmen, werden sie in verschiedensten Prüfständen bis zum Versagen getestet. Das Ziel der Arbeit ist es, einen bestehenden Berstdruckprüfstand, der einem Standard-Industrie-modell überlegen ist, weiter zu optimieren. Dafür wurde ein Konzept ausgearbeitet und umgesetzt. Der Inhalt war es, das vorhandene System von direkter Luftdruckbelastung auf indirekte Druckbeaufschlagung mit Wasser umzustellen. Dafür wurde ein Vordruckbehälter ausgelegt und installiert. Dieser ist mit Wasser gefüllt und Luft kann mit einem Kompressor eingepumpt werden. Somit wird der Druck von der Luft auf das Wasser übertragen und die Flasche wird mit dem fast inkompressiblen Medium geprüft. Damit werden die negativen Eigenschaften einer schlagartigen Luftentspannung eliminiert. Das bisherige Rohrleitungssystem wurde gewechselt, da es stark korrodiert war. Alle Teile, die mit Wasser in Berührung kommen, wurden durch Edelstahl ersetzt. Um das Konzept umzusetzen, wurden mehrere Ventile und andere Funktionsteile umpositioniert oder ausgetauscht. Enthalten sind unter anderem die Planung der benötigten Teile und Werkzeuge, sowie deren Einbau. Dem neuen Aufbau folgte eine Steuerungsanpassung. Einen Großteil dieser Arbeit nimmt der Informatikbereich ein. Ein passender Funktionsablauf wurde erarbeitet. Dieser wurde einprogrammiert. Die zu bearbeitenden Programmteile sind ausführlich beschrieben und nachvollziehbar dargelegt. Das Programm ist fehlerfrei funktionstüchtig. Eine Versuchsplanung und -durchführung ist enthalten. Die Kalibrierungswerte wurden ermittelt und dem Programm hinzugefügt.
Experimentelle Evaluierung von Extruderschneckensimulationen mit REX. - 81 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Arbeit wurde eine Evaluierung des Extrudersimulationsprogrammes "Rechnergestütze Extruderauslegung" durch den Vergleich mit Versuchen durchgeführt. Zusätzlich wurde in kleinerem Umfang das Simulationsprogramm "Virtual Extrusion Laboratory" mit den durchgeführten Versuchen verglichen. Zur Durchführung der Versuche wurden die signifikanten Einfluss- und Zielgrößen bestimmt. Für die Messung der Zielgrößen wurden verschiedene Messmethoden analysiert und bewertet. Weiterhin werden die verwendeten Modelle, der Simulationen, kurz vorgestellt. Anhand der Vorgehensweise bei der Simulation wird eine Vorgehensweise vorgestellt, um praxisnahe Simulationen zu erhalten. Für den verwendeten Extruder werden, anhand der Produktionsanforderungen, der kritischen Prozesswerten und der Simulation, Vorschläge zur Optimierung vorgestellt.
Untersuchung des Druckverlaufs und Auswirkungen der Stickstoffbeaufschlagung im "Nitro-Hotfill-Prozess". - 139 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Druckverlaufes bei der Stickstoffbeaufschlagung im Nitrohotfill-Prozess und die Auswirkung dieser Stickstoffbeaufschlagung auf Nitrohotfill-Flaschen der KRONES AG. Im Zuge des Ligtweighting für heißabgefüllte Getränke wurde ein neues Verfahren entwickelt, bei dem der entstehende Unterdruck nach Abkühlung des Füllgutes durch den Einsatz von flüssigem Stickstoff kompensiert wird. So wird eine inerte Atmosphäre im Kopfraum der Flasche aufrechterhalten. Im Gegensatz zu diesem Produktionsprozess werden die Untersuchungen der Flaschen im Labor mit Druckluft an Stelle von flüssigem Stickstoff durchgeführt. Diese Versuchsanordnung führt im Vergleich mit dem Produktionsprozess zu unterschiedlichen Ergebnissen. Mittels experimenteller Untersuchungen soll herausgefunden werden, woher diese Unterschiede kommen. Dafür werden die Druckkurven für die verschiedenen Prozesse aufgenommen und in den einzelnen Phasen des Prozesses analysiert. Durch diese Vorgehensweise soll für das Labor eine verbesserte Methode zur Druckbeaufschlagung entwickelt und umgesetzt werden. Alternativ wird ein Konzept für die Integration des N2-Injektors in den vorhandenen Testfüllstand entwickelt werden. Mittels Design of Experiments wird versucht, allgemeingültige Aussagen über den Nitrohotfill-Prozess zu erlangen und in Korrelationskurven festzuhalten. Dazu werden verschiedene Einflüsse wie PET-Material, Flaschengeometrie, Füllstandpegel, Abfüllgeschwindigkeit zwischen Beaufschlagung und Verschließen, Abfülltemperatur und Füllmedien untersucht.
Konzeption und Entwurf eines elektrischen angetriebenen Kernzugs für Spritzgießwerkzeuge. - 141 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Spritzgießprozess werden Hinterschneidungen in Formteilen oftmals mittels Kernzügen realisiert. Deren Antrieb erfolgt, aufgrund der großen Leistungsdichte, bislang hydraulisch, was in Hinblick einer elektrischen Spritzgießmaschine einen Mehraufwand sowie verschiedene Nachteile bedeutet. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Entwurf einer Prototypenbaureihe eines elektrischen Kernzugantriebs. Die Hauptaufgabe eines Kernzugantriebs liegt in dem Ziehen (Entformen) und dem Zustellen von Kernen. Ausgehend von den am Markt erhältlichen Kernzug-Hydraulikzylindern, Entformungskraftberechnungen an Beispielformteilen sowie Gesprächen mit Werkzeugherstellern werden die Parameter für eine elektrische Lösung definiert. Verschiedene Lösungskonzepte werden miteinander verglichen, mit dem Ergebnis, dass ein mutterseitig angetriebener Rollengewindetrieb mit Getriebemotor die optimale Lösung darstellt. Anhand von Auslegungsrichtlinien sind die wesentlichen Komponenten berechnet. Die in Gruppen unterteilte Betrachtung der Konstruktion zeigt schließlich die Umsetzung des gewählten Konzeptes und die Verbindungen zwischen den zuvor berechneten Komponenten mit dem Gesamtantrieb.
Vergleich verschiedener hydraulischer Antriebskonzepte an Spritzgießmaschinen durch Simulation. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Maschinenbau und speziell in der Spritzgießtechnik, wo hohe Kräfte und gleichzeitig hohe Geschwindigkeiten gefordert sind, werden neben elektrischen Antrieben hydraulische Antriebskonzepte eingesetzt. Diese sollten die geforderten Ansprüche Maschinenproduktivität und besonders Energieeffizienz erfüllen und somit die Energieressourcen sichern. Mit Hilfe von Simulationsmodellen ist es möglich, Leistungs- und Energieberechnungen durchzuführen. In dieser Arbeit werden nach einem Einblick in die hydraulische Antriebstechnik verschiedene Antriebssysteme auf Simulationsebene dargestellt und mit Messungen verifiziert. Einen wesentlichen Anteil der Arbeit stellt dabei die Simulationsumgebung Virtuos dar, mit der die einzelnen Simulationen erstellt wurden. So werden die Antriebskonzepte Asynchronmotor mit Axialkolbenpumpe und Synchronservomotor mit Konstantpumpe beschrieben und mittels vorhandener Wirkungsgradkennlinien für den elektrischen Motor und die Hydraulikpumpe auf Simulationsebene erstellt. Mit den Simulationen ist es möglich, die Energieverbräuche in einem bestimmten Betriebspunkt bzw. über einen Spritzgießzyklus zu berechnen. Es lässt sich somit über einen Simulator der Leistungsverlauf eines Zyklus vor der Fertigung einer Spritzgießmaschine erstellen. D. h. es werden die existierenden Antriebskonzepte aus energetischer Sicht verglichen. Dank dieses Vergleichs kann eine Aussage über die Effektivität des jeweiligen Antriebskonzeptes getroffenen werden. Im Weiteren dienen die erstellten Simulationen zur vereinfachten Berechnung. Mit diesem können über die Eingabe zyklusspezifischer Parameter die Leistung und der Energieverbrauch ermittelt werden.
Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme eines Torsionsprüfstandes. - 113S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Lösungskonzept für die Umsetzung eines Prüfstandes, dessen Aufgabe darin besteht, Erkenntnisse über Eigenschaften, wie zum Beispiel das Torsionsmodul, faserverstärkter Kunststoffprofile zu gewinnen und deren zugrundeliegende Parameter, wie etwa den Faserlagenaufbau zu verstehen. Der Prüfstand wird in eine vorliegende Peripherie integriert und eine Messkette impliziert, wobei ein automatischer Messablauf sowie eine entsprechende Datenausgabe verwirklicht werden. Weitestgehend wird in der Arbeit auf die Methodik und gleichermaßen auf die fachlichen Zusammenhänge bei der Entwicklung einer Maschine eingegangen. Als Ergebnis der Analyse der bestehenden Vorgaben und der folgenden eigenen Aufgabenpräzisierung und Funktionsanalyse werden zunächst erforderliche Gestaltforderungen und physikalische Lasten festgelegt sowie deren Bedeutung und Einflussparameter untersucht. Erforderliche Formeln und Funktionen werden hergeleitet und erklärt. Als Resultat der vorhergehenden Betrachtungen stehen ein theoretisches Konstrukt und eine Prinzipvariante für einen Torsionsprüfstand, die in der folgenden Arbeit mit einem 3D-Zeichenprogramm als finales Lösungskonzept umgesetzt werden. Dieses Konzept muss vorhergehend ermittelten technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien genügen.
Modellbildung und Verifizierung zur Beschreibung der Antriebsfunktionen von Spritzgießmaschinen unter energetischen Gesichtspunkten. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit werden die Antriebsfunktionen von Spritzgießmaschinen unter energetischen Gesichtspunkten betrachtet und ein für alle Typen von Spritzgießmaschinen anzuwendendes Modell zur Beschreibung der aufzuwendenden Energie erstellt. Hierfür werden zunächst die Funktionsweisen und die verfügbare Maschinentechnik untersucht und erläutert, um den zugrunde liegenden Ablauf des Spritzgießzyklus und seine Anforderungen an die Maschine zu erfassen. Im Anschluss werden die sich daraus ableitenden Maschinentypen und ihre Besonderheiten vorgestellt. Das Berechnungsmodell basiert auf physikalischen und technischen Beziehungen, die das Verhalten der Maschinentechnik während der einzelnen Prozessphasen des Zyklus beschreiben. Anhand einer ausgewählten Spritzgießmaschine werden die Energien dieser mit dem Modell berechnet, parallel erfolgen Messungen der realen Leistungsaufnahme. Die Ergebnisse werden anschließend gegenübergestellt und bewertet. In dieser Arbeit wird weiterhin die Erstellung eines Cluster zur systematischen Kategorisierung von unterschiedlichsten Formteilen auf Basis charakteristischer Kennzahlen hergeleitet und durchgeführt. Basierend auf den Beziehungen des Modells, den gemessenen Werten und den Ergebnissen des Clusters werden abschließend Potenziale zur Optimierung des Spritzgießverfahrens vorgestellt. Dabei werden konstruktive und verfahrenstechnische Gesichtspunkte, der Einfluss des Kunststoffs sowie die parallel zur Spritzgießmaschine benötigten Querschnittstechnologien betrachtet.
Integrationstechniken für elektrisch angetriebene Kfz-Nebenaggregate. - 144 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Im Zuge der stetigen Ressourcenverknappung müssen Automobile immer effektiver und sparsamer entwickelt werden. Ein Schritt ist die mechanische Entkopplung der Nebenaggregate vom Motor. So werden beispielsweise der Kühlerlüfter, die Ölpumpe oder die Kühlmittelpumpe separat betrieben. Das gestattet einen kleineren, und damit leichteren und sparsameren Antrieb. Für die Nebenaggregate bedeutet das, dass diese ausschließlich im Bedarfsfall aktiviert werden können und keine ständige Last darstellen. Mit der steigenden Zahl elektrischer Antriebe sind Konzepte gefragt, die auf den Einsatz von kostenaufwändigen Selten Erden Magneten verzichten. Eine mögliche Lösung hierfür bietet der Reluktanzmotor, der gänzlich ohne den Einsatz von Permanentmagneten auskommt. Eine Einbindung solcher Antriebe im Kfz steckt noch in den Kinderschuhen. Gerade unter dem Gesichtspunkt der Anwendung leistungsfähiger Materialien und Fertigungstechnologien sind ausgereifte Lösungen gefragt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz von Reluktanzantrieben für Nebenaggregate im Automobil, speziell für die Kühlmittelpumpe, zu ermöglichen. Dabei soll unter Anwendung von Kunststoffen und dem Einsatz von "Somaloy", als weichmagnetischer Stator-/Rotorwerkstoff, eine hochintegrierte Baugruppe entworfen werden. In Anlehnung an die Aufgabenstellung werden Integrationstechniken für eine Anwendung von Kunststoffen in elektrisch betriebenen Nebenaggregaten vorgestellt. Anschließend werden am Beispiel einer Kühlmittelumwälzpumpe Konzepte entwickelt, um Nebenaggregate mit Reluktanzantrieben unter Anwendung von Kunststoffen konstruktiv umsetzen zu können. Mit dem darauf aufbauenden Konstruktionsprozess entsteht ein technischer Entwurf, der zuletzt als Funktionsmuster umgesetzt wird.
Recherche und Vergleich von Serienfertigungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe. - 142 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Fahrzeug- und im Flugzeugbau werden immer häufiger Faserverbunde eingesetzt. Der Einsatz von Faserverbundtechnologien hat viele Vorteile für die Industrie. Die Bauteile sind leicht und mechanisch belastbar. Aus diesen Gründen werden alle Faserverbundverarbeitungstechnologien verbessert, optimiert und zur Großserienproduktion vorbereitet. Es werden neue Produktionsmethoden entwickelt. In dieser Arbeit wird die Leistungsfähigkeit der wichtigsten Fertigungstechnologien für duroplastische Verbunde (Niederdruck- RTM- Verfahren, Vakuum Assisted RTM- Verfahren, Hochdruck RTM- Verfahren, RIM/ PUR- Verfahren, Vakuuminfusion) und für thermoplastische endlosfaserverstärkte Verbunde (Verarbeitung von Organoblechen) untersucht und bewertet. Auf Basis des heutigen Standes der Technik werden passende Bewertungskriterien formuliert, eine entsprechende Bewertungsmethodik ausgewählt und weiterentwickelt. Mit Hilfe der Bewertung werden Aussagen getroffen, welche Technologien zur Großserienproduktion von Bauteilen, am besten geeignet sind. Nach der Wahl eines geeigneten Bewertungsprinzips wird versucht eine vergleichende Bewertung der Technologien auf Basis von konkreten, für jede Technologie typischen Bauteilen, durchzuführen. Danach werden eine mehrwertige Bewertung der Technologien, sowie eine Bewertung auf Basis qualitativer und quantitativer Bewertungskriterien durchgeführt. Am Ende der Bewertungsphase wird eine Schwachstellenanalyse durchgeführt, mit deren Hilfe die Schwachstellen der Technologien definiert werden. Es wird eine Untersuchung aktueller Forschungsansätze durchgeführt, um an erster Stelle zu bestimmen, wieweit die Schwachstellen der untersuchten Faserverbundverarbeitungstechnologien behandelt werden und welche Grenzen, Entwicklungsrichtungen und Entwicklungspotenziale die Technologien haben. In dieser Arbeit wird eine theoretische Prozessuntersuchung durchgeführt, um eine umfangreiche Informationsbasis zu beschaffen. Als Ergebnis der Arbeit wird eine Bewertungsmethodik entwickelt, mit deren Hilfe, Aussagen über die Leistungsfähigkeit der verglichenen Technologien und deren Entwicklungsrichtungen getroffen werden können. Es werden Aussagen getroffen, welche Technologien die leistungsfähigsten sind und zur Großserienproduktion in der Industrie geeignet sind und es werden die Entwicklungsrichtungen der Technologien definiert.
Modularisierung eines Nutzfahrzeugbodens in GFK-Bauweise. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011
Für den neuartigen Fahrzeugboden eines Nutzfahrzeuges, der aus faserverstärktem Kunststoff produziert werden soll, wird in dieser Arbeit ein Modularisierungskonzept erarbeitet. Es ist das Ziel des Konzepts, durch Variantenoptimierung und Modularisierung eine Komplexitätsreduktion herbei zu führen. Im Zuge der Arbeit werden dafür verschiedene Modularisierungsstrategien beleuchtet und aus diesen Strategien eine Synthese in Form einer Richtlinie erarbeitet. Im weiteren Verlauf der Arbeit kommt diese Richtlinie zur Anwendung. Die wichtigsten Elemente der Richtlinie sind die Klärung der Projektstruktur, erfassen der Projektanforderungen, Reduktion der Varianten, Modularisierung der Komponenten und Bewertung der Ergebnisse. Am Ende der Arbeit kann ein erfolgreich angewandtes Modularisierungskonzept vorgewiesen werden, welches für die Entwicklung weiterer Fahrzeugbodengruppen verwendbar ist.