Regelungsstrategien für den Injektionsprozess im RTM-Verfahren. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Regelung für die Herstellung eines Faserkunststoffverbundbauteils im RTM-Verfahren. Dadurch sollen sich minimale Porenanteile im gesamten Faserverbund umsetzen lassen. Dafür wird zuerst die Entstehung von Fehlstellen während der Injektion präzisiert. Anschließend werden die Parameter, die dieses Verhalten verursachen, analysiert und in ein Konzept zur Regelung überführt. Es wird ein Versuchsaufbau zur Regelung des RTM-Prozesses entworfen und das Modell in diesem Versuchsaufbau implementiert. Der Versuchsaufbau umfasst die Konstruktion des RTM-Werkzeugs, die Umsetzung von geeigneter Sensorik und die Programmierung der Regelung. Anschließend werden Probekörper mit dem geregelten RTM-Verfahren hergestellt und mit denen des herkömmlichen Verfahrens verglichen, um die Effizienz dieser Strategie aufzuzeigen. Dafür werden der Porenvolumengehalt und optisch-mikroskopische Analysen der Faserkunststoffverbundbauteile für den Vergleich herangezogen.
Erprobung schlagzähigkeitsverbessernder Additive im Spritzgussverfahren. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Nachhaltige Produkte und Prozesse rücken zunehmend in das Bewusstsein der Menschen. Das zeigt sich in der Kunststoffverarbeitung. Kunststoffe, welche auf nachwachsenden Rohstoffen beruhen und zudem biologisch abbaubar sind, können unsere Umweltressourcen schonen und bieten völlig neue Wege des Recyclings. Die Möglichkeit, ein Kunststofferzeugnis unter besonderen Bedingungen vollständig zu kompostieren, ist eine Alternative zur Lagerung auf Deponien. Nachteilig ist jedoch, dass Biopolymere wie Poly(-lactide) teilweise noch unzureichende Eigenschaften für technische Anwendungen aufweisen, um ein breites Anwendungsspektrum zu bedienen. Besonders geringe Schlagzähigkeiten schränken die Verwendung ein. Durch die Zugabe von funktionalisierenden Füllstoffen werden Zähigkeiten weiter minimiert. Die Erweiterung der Verwendungsmöglichkeiten Wood-Plastic-Compounds (WPC) bedingen eine Steigerung der Schlagzähigkeit durch geeignete Zusätze. Ziel der Arbeit ist es, die Zusammensetzung eines PLA-KKS-Compound zu finden, dessen Schlagzähigkeit vergleichbar mit der eines Polypropylen-KKS-Compounds ist. Die Sicherung restlicher mechanischer Eigenschaften spielt hierbei ebenfalls eine entscheidende Rolle. Auftretende Wechselwirkungen zwischen Holzspäne und den verwendeten Konzepten werden anschließend diskutiert. Erste Erkenntnisse, das WPC materialschonend und prozessstabil zu verarbeiten, wurden bereits durch vorherige Untersuchungen am Fachgebiet Kunststofftechnik gesammelt. Beginnend mit einer Recherche nach Modifikationsmöglichkeiten an reinem PLA wurden erste Ansätze für das Compound entwickelt. Verschiedene Konzepte wurden, durch geeignete Bewertungsverfahren bewertet, ausgewählt und erprobt. Das zunächst im Doppelschneckenextruder hergestellte Compound wurde anschließend mit Hilfe einer Spritzgießmaschine zu Formteilen urgeformt, an denen mechanische Kennwerte wie Schlagzähigkeit, Oberflächenhärte, Zugeigenschaften und Wärmeformbeständigkeit normgerecht ermittelt wurden. Der Einfluss der Materialzusammensetzung auf die Eigenschaften des Werkstoffs konnte quantitativ ermittelt werden. Eine Gegenüberstellung der Materialkennwert-Beeinflussung zur Compoundzusammensetzung rundet die Arbeit ab.
Ermittlung der Verfahrensparameter zur Herstellung biobasierter Sandwichverbunde. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Diese Bachelorarbeit untersucht die Eignung von biobasierten Werkstoffen zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten (ELFT), welche als Decklagen bei Sandwichverbunden eingesetzt werden. Es werden verschiedene biobasierte Kunststoffe und Naturfasern, anhand ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie ihrer Verarbeitbarkeit, miteinander verglichen und geeignete ausgewählt. Anhand eines ausgearbeiteten Versuchsplans werden mittels Direktextrusion ELFT-Decklagen hergestellt und aus diesen Proben entnommen. Durch Zugversuche werden Zugfestigkeit und E-Modul der verschiedenen Proben gemessen, die gewonnenen Daten statistisch ausgewertet und als Faktordiagramme dargestellt. Die ermittelten Regressionsgleichungen werden zur Erstellung von Vorhersagemodellen benutzt. Eine optische Untersuchung ermöglicht die Berechnung des Faservolumengehaltes. Durch die Analyse mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops werden Aussagen über die Qualität der Proben getroffen.
Berechnungsmodelle für Faserverbundkunststoffe unter Berücksichtigung von Fertigungsverfahren, Faserart und Faserondulation. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundlaminaten werden von verschiedenen Faktoren, wie Porengehalt und Ondulationswinkel beeinflusst. Diese Arbeit untersucht den Ursprung von Poren in Faserverbunden und den Zusammenhang zwischen Poren sowie der Faserondulation zur Steifigkeit und Festigkeit endlosfaserverstärkter Mehrschichtverbunde. Dazu wird ein Modell entwickelt, welches ausgehend von Herstellungsparametern im RTM-Prozess, wie Injektionsdruck und Kompressionsdruck den Porengehalt, den Faservolumengehalt, sowie den Ondulationswinkel für Gewebe und Gelege voraussagt. Ausgehend von diesen Laminateigenschaften werden Modelle untersucht, welche die mechanischen Eigenschaften eines Laminats ermitteln. Diese Modelle werden anschließend durch Prüfungen an plattenförmigen Laminaten verschiedener Webart, Faserart und Herstellungsparameter überprüft und angepasst.
Permeabilitätsmodell zur Benetzung von Holzlangspänen mit duroplastischen Kunststoffen. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Das steigende Umweltbewusstsein der Bevölkerung führt zu erhöhter Nachfrage und Verwendung nachhaltiger Rohstoffe im Bereich der Kunststoffindustrie. Diesem Trend folgend werden im Rahmen dieser Arbeit Holzlangspäne zur Verstärkung duroplastischer Kunststoffe eingesetzt. Zur qualitativ hochwertigen und zugleich effizienten Herstellung derartig verstärkter Kunststoffe mittels Resin Transfer Moulding Verfahren werden signifikante Prozessparameter (Vorkompression, Injektionsdruck, Faservolumengehalt) untersucht sowie das Fließverhalten verwendeter Harzsysteme modelliert. Nach Validierung des entwickelten Modells werden Rückschlüsse auf Porenentstehung während der Herstellung gezogen sowie mechanische Eigenschaften hergestellter Probekörper mit gemessenen Porenvolumenanteilen korreliert.
Untersuchung des Langzeitverhaltens endlosfaserverstärkter Sandwichstrukturbauteile. - Ilmenau. - 186 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird eine Prüfanlage zur Simulation mechanischer und klimatischer Einflüsse auf Sandwichstrukturbauteile entwickelt. Die Anlage wird in einem konstruktiven Entwicklungsprozess schrittweise konzipiert und entworfen. Das bestbewertete erstellte Technische Prinzip wird dimensioniert und konstruiert. Den Abschluss der Arbeit bildet ein Technischer Entwurf der Anlage mitsamt Kostenabschätzung.
Untersuchung eines Konzeptes zur Regelung des Einspritzvorganges durch vorhergehende Schmelzekompression. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung eines auf maschineninterner Kompressionsmessung basierenden Reglungskonzepts, um die Gewichts- und Volumenkonstanz beim Spritzgießen von Thermoplasten zu verbessern. Dazu wird ein vorliegendes Regelungskonzept auf dessen Sensitivität gegenüber der wirkenden Störeinflüssen zur präventiven Ausschussvermeidung analysiert. Die Prozessstörung wird hierbei durch die gezielte Variation der Schmelzeviskosität und -kompressibilität des verwendeten Polypropylens erreicht. Neben der Funktionsüberprüfung der vorhandenen Regelung wird der Informationsgehalt der Kompressionsmessung untersucht und mit bewehrten Prozesskennzahlen verglichen. Die Erkenntnis aus der Versuchsdurchführung wird an-schließend dazu verwendet das bestehende Regelungskonzept zu optimieren, indem das Füllvolumen basierend auf der gemessenen Schmelzekompressibilität in Kombination des vorherrschenden Einspritzdrucks geregelt wird.
Entwicklung hochfester Aluminium-CFK Klebeverbindungen für einen Formula Student Rennwagen. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Arbeit umfasst die Vorgehensweise für eine Gewichtsoptimierung einer Radaufhängung eines Formula Student Fahrzeug zur Performanceverbesserung. Die Radaufhängung ist ein Bestandteil des Fahrwerkes. Es wird dargestellt, aus welchen Bestandteilen die Fahrwerksaufhängung besteht. Ein Werkstoffvergleich zeigt ein Gewichtseinsparungspotential, welches durch eine Änderungskonstruktion umgesetzt werden soll. Dabei wird nicht nur auf spezielle Werkstoffe eingegangen, sondern auch auf die Kombination dieser. Durch die Betrachtung der unterschiedlichen Werkstoffe, wurde ein Verbund aus Aluminium und CFK angestrebt. Durch diese Kombination erscheint zudem die Betrachtung von Fügemöglichkeiten essentiell. Dabei wird hauptsächlich das Fügeverfahren des Klebens als zielführend gesehen und verfolgt. Deshalb werden Prozesse beim Kleben analysiert, Klebestellen berechnet und abschließend durch Tests validiert. Durch die gewonnenen Erkenntnisse der Klebeversuche wird mit den Zwischenschritten der Konzeptionierung und Konzeptbewertung eine Konstruktion vorbereitet.
Beschreibung der Schmelze-Schwingungsanregung auf die Viskosität von Kunststoffen. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Schwingungsanregung von Kunststoffschmelzen mit Piezoaktoren. In der Literaturrecherche werden Studien verglichen und Thesen der Schmelze-Schwingungsanregung formuliert. Vorversuche werden durchgeführt und der Messstand analysiert. In einem statistischen Versuchsplan werden die Einflüsse von Frequenz (0 Hz bis 10 Hz), Verweilzeit (3 s bis 16 s), Temperatur (180 ˚C bis 210 ˚C) und Amplitude (300 V bis 1000 V) untersucht. Frequenz und Verweilzeit sind signifikant. Bei 2 Hz und 16 s wird für Polypropylen (Borealis BC612WG) ein Viskositätsabfall von 25 % bestimmt. Aus den Ergebnissen des Hauptversuchsplanes werden Regressionsgeraden für die Abschätzung der Viskositätsreduktion erstellt. Es wird ein erweiterter Versuchsplan angegeben, mit dem die Abschätzungsgleichungen optimiert werden können. Die Arbeit endet mit einem Ausblick auf mögliche Anwendungsfelder der Schmelze-Schwingungsanregung.
Abhängigkeit der Eigenschaften physikalisch geschäumter PET-Folien von werkstofflichen und verfahrenstechnischen Randbedingungen. - Ilmenau. - 138 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Extrusion thermoformbarer, physikalisch geschäumter Folie aus Polyethylenterephthalat erfordert umfassende werkstoffliche und verfahrenstechnische Kenntnisse. Schwankungen in der Rezeptur oder den Prozessbedingungen beeinflussen die Qualität des resultierenden Schaumes. Das Verständnis der notwendigen Verfahrenstechnik und der beteiligten Werkstoffe ermöglicht die gezielte Einstellung von Schaumcharakteristika wie der Dichte, der Zellmorphologie und den mechanischen Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit identifiziert die relevanten Einflussfaktoren auf die Schaumqualität und zeigt Wege zur quantitativen Charakterisierung selbiger. Die Abhandlung beschreibt die Entwicklung und Umsetzung eines Versuchsplans zur Untersuchung des Sachverhalts. Der Versuchsplan wird im Rahmen der praktischen Umsetzung auf einem gleichdrehenden Doppelschneckenextruder realisiert. Die Schaumqualität wird mithilfe geeigneter Messverfahren ermittelt. Die daraus resultierenden Datensätze werden genutzt, um phänomenologische Modelle zu formulieren, die in der Lage sind, die untersuchten Schaumeigenschaften mithilfe der Ausgangsparameter zu berechnen. Verifizierungsmessungen ermöglichen eine Validierung der Modellgleichungen und die Ermittlung des Gültigkeitsbereichs der modellierten Zusammenhänge. Die Haupteinflussparameter auf die Eigenschaften des Schaumes werden analysiert und vorgestellt.