Konstruktion eines RTM-Formrahmens mit modularem Werkzeugeinsatz. - 118 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
In der modernen Fertigung besitzen metallische Werkstoffe einen hohen Stellenwert. Dies kann auf deren guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie dem jahrelangen Umgang mit diesen Werkstoffen zurückgeführt werden. Mit der Forderung nach Leichtbau im Automotive- und Maschinenbausektor zur Reduzierung des Rohstoff- und Energieverbauchs bei der Herstellung sowie Nutzung stieg die Weiterentwicklung von Faserverbundkunststoffen (FVK). Das resin transfer molding (kurz: RTM-Verfahren) zählt hierbei zu den weitverbreitetsten Herstellungsverfahren für FVK. Es zeichnet sich durch die hohe Reproduzierbarkeit beidseitig glatter Flächen und somit gleichbleibender Bauteilqualität aus. Kurze Taktzeiten ermöglichen die Fertigung großer Stückzahlen. Da jedes Bauteil ein separates Werkzeug mit Formnest benötigt, ist die Anwendung dieses Verfahrens für kleine Stückzahlen unrentabel. Im Fachgebiet Kunststofftechnik (KTI) der Technischen Universität Ilmenau werden im Forschungsprojekt FiLiMA unterschiedliche RTM-Werkzeuge für die Herstellung von FVK benötigt. Daraus resultiert die Anschaffung mehrerer kostenintensiver Werkzeuge. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein RTM-Formrahmen mit modularem Werkzeugeinsatz konzipiert und konstruiert, der im Gegensatz zu den bisherigen Formwerkzeugen die Fertigung verschiedener Faserverbundbauteile ermöglicht. Die Bauteilvariation wird durch den vereinfachten Austausch von Werkzeugeinsätzen in den RTM-Formrahmen realisiert. Alle prozessrelevanten Komponenten wurden aus dem Werkzeug in den Formrahmen verlagert. Mit der Umsetzung des technischen Gebildes soll das RTM-Verfahren für geringe Stückzahlen, durch eine Komplex- und Kostenreduktion der Werkzeugeinsätze, rentabel werden. Für die Fertigung wurden alle notwendigen Fertigungsunterlagen (Technische Zeichnungen, Stückliste, Montageanleitung) bereitgestellt. Alle standardisierten Schnittstellen für die Kopplung weiterer Werkzeugeinsätze wurden dargelegt.
Quantifizierung der Haftungsmechanismen zwischen Faserverbundwerkstoffen auf Duromerbasis und metallischen Oberflächen. - 116 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
The demand and requirements for maintenance-free spherical plain bearings in todays machines are increasingly rising. The operational safety has to be ensured under the aspect of increasing requirements in terms of bearing strength or service life. For maintenance-free spherical plain bearings in high-performance variant, a sliding layer is used, which is applied by a special process to the outer ring. Its adhesive bonding must be ensured over the entire service life. This sliding layer is designed of a textile fabric that is embedded in a thermoset resin system. The adhesive bonding of the so-called prepreg to the outer ring is a critical property which is currently ensured by applying cost-intensive production processes. - Therefore, in this study the factors that guarantee a sufficient adhesion of the prepreg to the metallic substrate are examined and evaluated. The factors include on the one hand the properties of the substrate and on the other hand alternative resin systems and modifications of textile fabric liner. Especially the properties of the metallic surface have to be considered, since the adhesion of the fabric is mainly depending on the quality of manufactured substrate surface topography and the previous cleaning process. Furthermore, findings of this research are used for the verification of quality standards and to ensure adherence. Consequently possibilities to simplify the complex manufacturing process can be emerged. - To quantify the adhesion based on a DIN standard, the adhesive bonding is subjected to peeling and the required peeling force measured. In previous theses a conceptual model and a measuring system were developed. The determined results for various prepregs and different surface textures will be compared based on required peel force and the fracture pattern. - After evaluating the adhesive bonding between prepreg and substrate, the relevant parameters for the individual variants are identified. Based on these findings, an adaptation of todays standard process can be made and recommendations are derived for the bonding process.
Materialvoruntersuchungen für die großtechnische Verarbeitung thermoplastischer Biokunststoffe. - 106 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die sogenannte dritte Generation von Biokunststoffen hat einen Entwicklungsstand erreicht, der es aufgrund verbesserter mechanischer Eigenschaften und eines niedrigeren Preisniveaus erlaubt, die als umweltfreundlich geltenden Materialien für technische Anwendungen zu nutzen. Mit Beschränkung auf Polylactide (PLA), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polyhydroxybutyrate (PHB) und Celluloseacetate (CA) sind in dieser Arbeit Hersteller mit einer Jahreskapazität von über 3000 Tonnen zuzüglich deren Produkte aufgeführt, die sich zur Spritzgussverarbeitung eignen. Durch eine Produktauswahl, die nach Anforderungen der Automobilindustrie und der Spritzgussverarbeitung getroffen wurde, stellte sich heraus, dass die Polylactide die beste Bewertung erzielten und dadurch das größte Potential für technische Anwendungen besitzen. Von diesem Kunststofftyp wurden das Ingeo 3251D, 3051D und 3001D der Firma Nature Works anhand der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) und der Thermogravimetrischen Analyse (TGA) untersucht, um zur Optimierung der Verarbeitung Werte unter einheitlichen Prüfbedingungen zu erhalten. Des Weiteren standen der PLA-ABS-Blend V751-X53 von Toray Industries und das PHB P226 von Biomer für Versuche zur Verfügung. Insgesamt wurde Neben der Glasübergangs-, der Schmelz, und Zersetzungstemperatur die Wärmekapazität, die Dichte, sowie das Kristallisationsverhalten ermittelt und mit den Werten der Datenblätter verglichen, wobei die Werte größtenteils bestätigt werden konnten.
Entwicklung von Prüfvorrichtungen und -abläufen für Latentwärmespeichermaterialien in automobilen Anwendungsbereichen. - 43 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Jedes KFZ enthält Baugruppen, die Wärme ungenutzt an die Umgebung abgeben. Dieser Umstand mindert den Gesamtwirkungsgrad und erhöht den Energiebedarf von Motorrad, PKW, LKW und Bus. Hochgerechnet auf weltweit über 1.000.000.000 Fahrzeuge, bietet sich eine enorme Energieeinsparmöglichkeit. Mit einem im Fahrzeug integrierten Wärmespeichersystem kann dieser unnötigen Ressourcenverschwendung entgegengewirkt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Probelauf und der Weiterentwicklung eines KFZ-Latentwärmespeicher-Prüfstands. Mit Hilfe der Vorgaben des Neuen Europäischen Fahrzyklus werden Prüfzyklen entwickelt, die eine Autofahrt mit für Europa durchschnittlichen Werten der Fahrdauer und -dynamik nachbilden können. Aus diesen Prüfzyklen wird abgeschätzt, welche maximale Gesamtwärme und welcher maximale Gesamtwärmestrom der verschiedenen Baugruppen zur Wärmespeicherung genutzt werden könnten. Am LWS-Prüfstand soll das Aufladen des Wärmespeichers mit dem ermittelten Gesamtwärmestrom durchgeführt werden. Dies kann nicht realisiert werden, da sich die Wärmebehälterkonstruktion als ungeeignet heraus stellt. Zur Entladung des Speichers werden verschiedene Szenarien, wie die Klimatisierung von Fahrerkabine oder der Akkumulatoren im E-KFZ erläutert und die dafür notwendigen Wärmeströme berechnet. Als LWS-Materialien finden die Salzhydrate Magnesiumnitrat-Hexahydrat Mg(NO3)2 &hahog; 6H2O und Natriumacetat-Trihydrat C2H3NaO2 &hahog; 3H2O Verwendung. Ihre Schmelztemperatur liegt im Bereich der Arbeitstemperatur des Umlaufmediums im KFZ-Kühlkreislauf. Sie entsprechen zum anderen den ermittelten Anforderungen an LWS-Materialien im KFZ. Die Stabilität der beiden Salzhydrate beim zyklischen Erwärmen und Abkühlen wird mit Hilfe eines Laborofens untersucht und ausgewertet. Im Laufe der Arbeit zeigt sich, dass der Prüfstand mit seinem momentanen Aufbau, nicht die gewünschten Versuchsergebnisse liefern kann. Änderungen der Wärmebehälterkonstruktion und der Einbringung der LWS-Materialien sind unumgänglich. Abschließend werden Maßnahmen zur Verbesserung des Prüfstands formuliert und die verschiedenen Varianten bewertet.
Fertigstellung, Inbetriebnahme und Kalibrierung eines Hochdruckkapillarheometers. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Mit einem Hochdruckkapillarrheometer lässt sich die Viskositätskurve einer Polymerschmelze ermitteln. Hierbei wird eine Polymerschmelze durch eine Kapillare gepresst und dabei der Druckgradient gemessen. Diese Viskositätskurve wird unter Anderem für die rheologische Auslegung eines Spritzgießprozesses benötigt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Inbetriebnahme und Erweiterung eines Hochdruckkapillarrheometers, welches an der TU Ilmenau vorhanden ist. Einen wesentlichen Anteil bei der Inbetriebnahme stellten die Arbeiten im Programmpaket LabVIEW dar. Verschiedene Sensoren, die für die Messwertaufnahme benötigt werden, mussten programmtechnisch integriert und angesteuert werden. Bei den ersten Probemessungen stellten sich konstruktionsbedingte Undichtheiten an einer Übergangsstelle heraus. Dieses Problem konnte mithilfe einer Kupferscheibe, die an dieser Stelle integriert wurde, behoben werden. Um den systematischen Fehler des Messgeräts zu eliminieren, wurde ein Konzept erstellt, wobei ein weiteres Rheometer für Referenzmessungen hinzugezogen werden soll. Die ermittelte Übertragungsfunktion wird zur Kalibrierung in die Auswertesoftware integriert. Durch konstruktive und softwaretechnische Anpassungen sind mit einem HDKR weitere Messverfahren möglich, wie die Messung der Strangaufweitung oder eines pvT-Diagramms.
Analyse der Relaxationseffekte bei Kunststoff-Direktverschraubungen. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
In the automobile industry, the use of fixations where screws are directly screwed into plastic components has increased. This is mainly due to the cost savings which can be achieved. The screws used for these fixations have a special thread geometry, which causes the plastic material to take on the form of the thread, thus eliminating the need for a separate part. For metric bolts screwed into a metric threaded nut, the applied torque is directly related to the preloading force. Thus, a preloaded force can be accurately set, relative to the moment. However, for plastic fittings this relationship doesnt exist. Due to their visco-elastic properties of plastics, a stress induced relaxation in the fastened components occurs. Relaxation describes the decrease in the preloaded force over a certain period after mounting the screw. This effect depends on different parameters which may extend the relaxation process over a long period. In this document, the preloading force for plastic fastenings has been investigated. Factors such as tightening torque, screw thread geometry and temperature have been analysed. Furthermore the influence of these factors on the stress relaxation behaviour for plastic fastenings has been studied.
Aufgaben, Prozessstruktur und organisatorische Einbindung eines Lieferantenqualitätssicherungskonzeptes für ein Anlagenbauunternehmen. - 128 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Um im Großanlagenbau den geforderten Qualitätsbedürfnissen gerecht zu werden, bedarf es einer fertigungsbegleitenden Überwachung von Bauteilen. Eine eigene Abteilung wird in das Unternehmen integriert, um diese zu koordinieren beziehungsweise durchzuführen. Die Analyse und Verbesserung der Arbeit dieser Abteilung ist die Aufgabe dieser Ausführungen. Zunächst werden Möglichkeiten der Organisationsgestaltung aus der Literatur erörtert um den gegebenen Sachverhalt verstehen zu können. Hierbei wird sowohl auf Formen der Organisationen, als auch auf die Situation im Großanlagenbau mit seinen speziellen Herausforderungen eingegangen. Es werden grundsätzliche Möglichkeiten der Gestaltung von Organisationen aufgezeigt, als auch Vor- und Nachteile dargestellt. Ebenso wird der allgemeine Prozess einer Produkterstellung im Anlagenbau beschrieben. Dabei wird der Unterschied im Lieferantenmanagement im Vergleich zu anderen Branchen hervorgehoben und dargestellt. Im weiteren Verlauf werden alle essentiellen Punkte der Prozesstheorie und Prozessdarstellung beschrieben. Zunächst erfolgt die Definition von Prozessen in der Theorie. Darauf aufbauend werden Gründe für deren Verbesserung dieser dargelegt. Mögliche Ziele als Motivation und Aufzeigen der erreichbaren Möglichkeiten, sowie anwendbare Methoden rahmen das Kapitel der Prozessverbesserung ein. Zur Prozessdarstellung werden alle Werkzeuge aufgezeigt. Der nächste Schritt ist eine Ist-Analyse mittels einer Mitarbeitermeinungserhebung. Dazu werden Mitarbeiter in Einzelgesprächen interviewt um im Anschluss eine anonymisierte Auswertung zu erstellen. Eine zweigeteilte Analyse gibt zunächst die Performance der betrachteten Abteilung wieder und im stellt im nächsten Schritt Probleme und Herausforderungen dar. Für die Befragung wurde ein eigens entwickelter Fragebogen verwendet. Auf Basis dieser Daten werden die gegebenen Noten analysiert und Gründe für die Vergabe gefunden. Im zweiten Teil der Befragung werden die Beantwortungen der Fragen stichpunktartig vollführt. Dadurch lassen sich Probleme in der Zusammenarbeit spezifisch herausstellen, wie auch Informationen zur Prozessdefinition sammeln. In der Konzeptionierung werden alle mit der Abteilung zusammen hängende Prozesse definiert und abgestimmt. Somit ist ein Ansatz für das am häufigsten genannte Problem erstellt und ein Weg für darauf aufbauende Arbeit geschaffen.
Konzeption, Entwurf und Umsetzung eines Prüfstandes zur Montage- und Qualitätskontrolle einer PKW-Heckklappenverkleidung. - 95 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Mit Einführung der Fließbandfertigung, wurde die Automobilindustrie und damit auch Produktions- und Fertigungsabläufe revolutioniert. Höhere Ausbringungsmengen konnten durch exakte Prozessplanung, modernere, automatisierte Produktion und ein ausgeklügeltes Qualitätsmanagement realisiert werden. Die Autobauer entwickeln und montieren das Auto lediglich noch. Zulieferer produzieren die Bauteile und -gruppen und liefern sie just in time aus. So ist es unabdingbar, dass die Produktanforderungen der Bauteile klar und exakt zwischen den beiden Partnern definiert sind. Das Qualitätsmanagement sorgt durch stetige Kontrollen für die Einhaltung der vereinbarten Produktionsanforderungen. Dies spielt heute mehr denn je eine wichtige Rolle, da es bei mangelnder Qualität zu Rückrufaktionen kommen kann, die hohe Kosten verursachen und ein finanzielles Risiko darstellen. Wurde früher noch eine 100%-Prüfung vom Menschen durchgeführt, hält heute die moderne Automatisierungstechnik Einzug in diesen Bereich. Prüfvorrichtungen arbeiten unabhängig von Tageszeit und physischer Verfassung. Sie bewerten objektiv und schneller als der Mensch und nehmen ihm monotone Prüfaufgaben ab. Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit soll ein Konzept entwickelt werden, um ein Kunststoffverkleidungsteil eines Automobilzulieferers durch eine automatisierte Prüfvorrichtung zu kontrollieren. Ziel ist es, die korrekte Montage von acht Kunststoffclips am Verkleidungsteil zu prüfen und eine mögliche Konturabweichung an einer definierten Stelle festzustellen. Das Verkleidungsteil soll im Anschluss mit einer Markierung versehen werden, die den konformen Durchlauf des Teils durch die Vorrichtung bestätigt. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wird das Vorgehen zur Entwicklung einer automatischen Vorrichtung nach dem konstruktiven Entwicklungsprozess geschildert. Aufgaben und Anforderungen werden definiert. Technische Lösungsmöglichkeiten werden dargestellt und bewertet. Die Auswahl fällt auf das Schubladenschrank-System, das mittels Kamerasensor prüft. Dieses System wird im Anschluss technisch ausgelegt und konstruiert. Am Ende stehen die Realisierung der Vorrichtung und die Beobachtung ihres Betriebsverhaltens in der Produktion. Im Ausblick werden nochmals Stärken und Schwächen der entwickelten Vorrichtung dargestellt, sowie Anregungen und Perspektiven für Erweiterungsmöglichkeiten gegeben.
Entwurf, Konstruktion und Bau eines Spritzgießwerkzeuges zur Herstellung spritzgegossener Proben, bzw. Bauteile. - 99 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Im Fachgebiet Kunststofftechnik an der TU - Ilmenau werden in der Lehre, bei Praktika der Studenten und in der Forschung unterschiedliche thermoplastische Probekörper bzw. Bauteile benötigt oder verwendet. Die Herstellung erfolgt über das Spritzgießverfahren in speziellen Spritzgießwerkzeugen. Um das Spektrum an Kunststoffformteilen zu realisieren, werden unterschiedliche spezielle Werkzeuge benötigt. Eine kostenintensive Anschaffung mehrerer kompletter Werkzeuge ist die Folge. Der Ein- und Ausbau eines Spritzgießwerkzeuges in eine Spritzgießmaschine ist ein sehr zeitintensiver Vorgang. Deshalb wurde ein Werkzeug entwickelt bei dem die Formeinsätze manuell austauschbar sind. Dabei bleibt das Mutterwerkzeug (Grundwerkzeug) ohne die Formeinsätze zu jederzeit in der Spritzgießmaschine. Im Formeinsatz werden alle spezifischen Anforderungen der Spritzteile integriert. Die funktionelle Trennung vom Grundwerkzeug hat den Vorteil, das Auswerfer- und Angusssystem an das herzustellende Formteil angepasst sind. Die Gestaltung der Formeinsätze erfordert die Berücksichtigung der Anforderungen, die durch die Prozessparameter beim Spritzgießen erzeugt werden. Der reproduzierbare Spritzgießprozess bleibt auch nach einem Formeinsatzwechsel bestehen. Das Spritzgießwerkzeug wurde mit einem Formeinsatz für Probekörper konzipiert und konstruktiv für den Werkzeugbau bereitgestellt. Alle Randbedingungen für weitere Formeinsätze wurden berücksichtigt.
Konzeption und Entwurf eines Prüfstandes zur Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen. - 165 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Kunststoffe erlangen eine immer stärkere Bedeutung als leistungsfähiger Konstruktionswerkstoff. Bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen durchlaufen die Kunststoffe eine Reihe von Fertigungsschritten. Die chemische Industrie als Rohstoffhersteller, erzeugt die Ausgangsprodukte wie Granulate oder Pulver. Diese wiederum werden von Aufbereitern und Compoundierern veredelt. Um schließlich bei Kunststoffverarbeitern zu Halbzeugen und Fertigprodukten verarbeitet zu werden. Aufgrund ihres Aufbaus müssen Kunststoffe bei jedem Arbeitsschritt aufgeschmolzen werden, um diese zu verarbeiten. Gleichzeitig schädigt die thermische Belastung die innere Struktur der Kunststoffe. Dieser Prozess lässt sich nicht vermeiden, da Kunststoffprodukte mit Urformverfahren wie Spritzgießen, Extrusion und Schäumen hergestellt werden. Um die thermischen Belastungen durch die Verarbeitung zu verringern und dabei die Eigenschaften von Kunststoffprodukten zu verbessern, werden die Prozessparameter der Fertigungsverfahren vermehrt durch Simulationen ermittelt. Für aussagekräftige Simulationen werden jedoch Materialkennwerte benötigt, die die Eigenschaften der Kunststoffe beim Verarbeitungsprozess widerspiegeln. Ziel dieser Arbeit war ein Prüfstand zu entwickeln, der in der Lage ist, die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen nahe den Bedingungen beim Spritzgießprozess zu ermitteln. Genauer bedeutet dies, dass die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur und auch in Abhängigkeit des Druckes bestimmt werden soll. Im Zuge dieser Aufgabe wurden eine Reihe von Methoden vorgestellt, wie die Wärmeleitfähigkeit gemessen werden kann. Um anschließend aus der geeignetsten Methode ein Konzept zu entwickeln, wie diese Methode konstruktiv umgesetzt werden kann. Ergebnis des Konzeptions- und Konstruktionsprozess ist der Technische Entwurf am Ende dieser Arbeit.