Das Fachgebiet Metallische Werkstoffe und Verbundwerkstoffe. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 315-318
Untersuchung und Analyse der Eigenschaften von Bremsscheiben aus unterschiedlichen Gusswerkstoffen. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Neben einer zügigen Verzögerung des Fahrzeuges werden weitere kundenrelevante Anforderungen an das Bremssystem gestellt. So sollen während des Bremsvorganges möglichst keine Geräusche und spürbaren Schwingungen vom Fahrer wahrgenommen werden. Auch die Korrosionsanfälligkeit sowie die Verschmutzung der Radfelgen durch Bremsenabrieb sollen möglichst gering gehalten werden. Für eine einwandfreie Leistungsfähigkeit hat die Bremsscheibe sowohl mechanische als auch thermische Eigenschaften zu erfüllen. Ihre werkstoffliche Zusammensetzung und ihre Geometrie beeinflussen maßgeblich den Erfüllungsgrad der angestrebten Kriterien. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Graugussvarianten EN-GJL-150, EN-GJL-200 und EN-GJL-250 hinsichtlich ihrer bremsentechnischen Eigenschaften verglichen werden. Dafür wurden Bremsscheiben aus den drei unterschiedlichen Materialien mit einer einheitlichen Geometrie gefertigt und in Prüfstandsversuchen auf ihre Leistungsfähigkeit getestet. Zusätzlich wird eine Werkstoffanalyse der vorliegenden Werkstoffe durchgeführt. Anhand der ausgewerteten und gegenübergestellten Ergebnisse kann eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Werkstoffe getroffen werden.
Erarbeitung eines Konzeptes zur Wärmerückgewinnung eines Aluminium Schmelzofens. - 64 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeptionierung eines Wärmerückgewinnungssystems zum Einsatz am Aluminium Schmelzofen. Dazu werden im Stand der Technik unterschiedliche Ofentypen vorgestellt und deren Einsatzzweck erläutert. Anschließend werden Verfahren zur industriellen Energierückgewinnung aufgeführt. Der untersuchte Aluminium Schmelzofen der ZPF GmbH ist bei der Mahle GmbH in Rottweil im Einsatz. Einer Analyse der aktuellen Betriebsweise schließt sich die Auswahl eines Luft-Wasser-Wärmetauschers im Bypass zur Berwertung der Energie aus dem heißen Abgas an. Unterschiedliche Konzepte werden vorgestellt und hinsichtlich ihrer Prozess- und Betriebssicherheit bewertet. Besonders gewichtet wird außerdem die Prozesssicherheit des Ofens und die Amortisationszeit des Wärmerückgewinnungssystems. Nach der Auswahl eines für den Einsatzfall passenden Energierückgewinnungssystems wird daraus ein Konzept entwickelt, sowie dessen Vorteile und Risiken aufgezeigt. Zuletzt werden im Ausblick noch weitere Energieeinsparpotentiale aufgezeigt.
Herstellung und Evaluierung eines n-leitenden Polymers für thermoelektrische Anwendungen. - 92 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Aufgrund der stetigen Entwicklungen im Bereich der Mikroelektronik und der Energieeffizienz kommen vermehrt organische Halbleiter zum Einsatz. Deren Vorteile liegen, im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterwerkstoffen, in der automatisierten wie auch breitgefächerten Herstellungsportfolio, sowie der variablen Geometrie. Der Anlass dieser Arbeit ist es, dass bis heute die Leitungsmechanismen in dem verwendeten Polymer nicht geklärt sind somit dessen physikalisches Potential noch nicht vollkommen erschöpft ist. Zudem ist die Synthese von elektrisch leitfähigen Polymeren hinsichtlich deren Reproduzierbarkeit von Bedeutung. Dies gilt es im Folgenden zu verbessern. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werden metall-organische Polymere nicht dotiert, obwohl eine Dotierung und die damit verbundene Einbringung weiterer Ladungsträger zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit führt. In der folgenden Arbeit wird sich mit der Synthese und der Optimierung eines metallorganischen thermoelektrischen Polymers beschäftigt.
Drapierfähigkeit faserverstärkter Kunststoffe. - 187 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Faserverstärkte Kunststoffe stellen einen wichtigen Verbundwerkstoff für den automobilen Leichtbau dar. Die Hauptvorteile gegenüber metallischen Leichtbauwerkstoffen sind die hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten bei einer wesentlich geringeren Dichte. Die Eigenschaften der Faserverbunde lassen sich dabei maßgeblich über die Auswahl der Verstärkungsfaser, der Faserlänge, des Faseranteils, der Faserausrichtung sowie des gewählten Matrixsystems beeinflussen. Daher können die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe sehr gut für den konkreten Belastungsfall ausgelegt werden. Für die Herstellung der Leichtbaustrukturen werden bevorzugt endlosfaserverstärkte Gewebe in Form von imprägnierten Kohlenstofffaserhalbzeugen, sogenannten Prepregs, verwendet. Bei der Drapierung der Gewebe auf die Form des herzustellenden Bauteils bilden sich Scherwinkel innerhalb der Gewebe, die eine Verschiebung der Faserlagen zur Folge haben. Besonders bei dreidimensionalen Geometrien können durch unterschiedliche Radien sehr große Scherwinkel entstehen, die zu einer Faltenbildung im Gewebe führen. Dadurch kommt es zu einer Dickenänderung des Gewebes sowie der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Im Zweifelsfalle können die entsprechenden Bauteile keiner Verwendung zugeführt werden, da sie den mechanischen Ansprüchen nicht genügen. Um diesem erhöhten Ausschuss entgegen zu wirken wird der Darpiervorgang über Software Programme wie FiberSIM zunächst simuliert. Es zeigen sich große Unterschiede zwischen den simulierten und dem real erhaltenen Ergebnissen, da die genaue Kenntnis über das Drapierverhalten der verwendeten Gewebe fehlt. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit das Scherverhalten zweier endlosfaserverstärkter Kohlenstoffprepregs bei der ZF Friedrichshafen AG untersucht. Die Untersuchungen für diese Arbeit wurden über den picture frame test (PFT) mit einem neuartigen Scherrahmen der ZF Friedrichshafen AG durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen Scherrahmen besteht bei diesem die Möglichkeit die Drehpunkte des Rahmens variabel zu verschieben, wodurch ein Einfluss auf das Scherverhalten der Proben erwartet wurde. Neben der Berechnung des Scherwinkels aus den Messdaten der verwendeten Zugprüfmaschine erfolgte ebenso die berührungslose Bestimmung des Scherwinkels durch das optische Dehnungsmesssystem ARAMIS. Mit Hilfe der Versuchsergebnisse konnte damit ein Vergleich beider Systeme vorgenommen werden, wobei sich eine gute Übereinstimmung zeigte. Neben der Inbetriebnahme und Optimierung des Scherrahmens konnte durch die umfangreichen Versuche mit Unterstützung des ARAMIS-Systems festgestellt werden, dass die beiden untersuchten Prepregmaterialen ein signifikant anderes Scherverhalten aufzeigten als erwartet wurde. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Drehpunkte einen wesentlichen Einfluss auf das Scherverhalten der Proben haben. Dies ist an Hand der aufgestellten Kraft-Weg-Scherwinkel-Korrelationen deutlich zu erkennen.
CNT-verstärkter Aluminiumschaum: Herstellverfahren, Eigenschaftsermittlung und Analyse. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Leichtbau findet in vielen Bereichen des Maschinenbaus immer mehr Anwendungsgebiete. Metallschäume bieten mit ihren Eigenschaften, geringe Dichte und Energieabsorptionsvermögen hervorragende Voraussetzungen um Anwendungen in der Leichtbaukonstruktion zu finden. Ziel dieser Arbeit ist es, CNT verstärkte Aluminiumschäume herzustellen. Das Kombinieren der bereits guten Eigenschaften von Metallschäumen und Kohlenstoffnanoröhren soll weiter die Eigenschaften verbessern und neue Eigenschaften hervorbringen. Für die Herstellung der Schäume wird das Pulvermetallurgische Verfahren verwendet. Dabei werden die Pulver in einer Kugelmühle über verschiedene Mahldauern gemahlen. Zur Untersuchung der Pulverproben wurden diese anschließend metallographisch untersucht und miteinander verglichen. Das gemahlene Pulver wird zu einem Pressling zusammengepresst. Diese Presslinge werden auf Risse, Partikelzusammensetzung und Partikelform untersucht um Abhängigkeiten auf die Schäumbarkeit zu ermitteln. Aussagen zum Gefüge, Porenstruktur und Expansionsgrad der Aluminiumschäume werden getroffen. Außerdem wird die Verteilung der CNT im Schaum untersucht. Die Ergebnisse werden miteinander verglichen um tendenzielle Effekte aufzuzeigen. Am Ende der Arbeit wird eine Zusammenfassung über die verschiedenen Parameter und ihre Effekte auf den Aluminiumschaum gegeben.
Entwicklung und Bewertung alternativer Vorformoperationen für das Schmieden von Radträgern aus Aluminiumknetlegierungen mittels FEM-Simulation. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Prozesskette des Gesenkschmiedens wird ganz wesentlich durch die Stadienfolge bestimmt, in welcher die Art und Anzahl der notwendigen Umformschritte festgelegt wird. Die Annäherung der Ausgangsform an die Endform durch die Massevorverteilung ist gerade bei komplex geformten Bauteilen, wie dem Radträger, von großer Bedeutung. Die dazu erforderlichen Vorformoperationen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Bauteilqualität, den Gratanteil, den Gesenkverschleiß, den Materialeinsatz und somit auf die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden für das Gesenkschmieden von Radträgern aus Aluminiumknetlegierungen alternative Vorformoperationen für die Hirschvogel Aluminium GmbH entwickelt und deren Umsetzbarkeit in die Praxis bewertet. Dazu werden Masseverteilungsanalysen durchgeführt und die einzelnen Umformschritte mithilfe von FEM-Simulationen untersucht.
Aluminiumschäume pulvermetallurgisch hergestellt und faserverstärkt. - In: Emobility tec, ISSN 2193-892X, Bd. 4 (2015), 2, S. 60-63
Die Anwendungen von porösen Metallen oder auch Metallschäumen wird aktuell noch sehr stark durch die im Vergleich zu den entsprechenden Monomaterialien schlechteren mechanischen Eigenschaften begrenzt. Besonders hervorzuheben ist die geringe Dichte und somit eine geringe Masse im Verhältnis zum Volumen, eine hohe Druckfestigkeit und ein gutes Dämpfungsvermögen der Aluminiumschäume. Eine Verbesserung der Druckfestigkeiten und des Energieabsorptionsvermögens durch das Einbringen von Fasern in einen Aluminiumschaum ist das Ziel der vorgestellten Untersuchungen.
Analyse und Optimierung des Restschmutzeintrages durch den Einfluss von Reiblamellen in eine Doppelkupplung. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Nasslaufende Doppelkupplungssysteme finden in der Automobilbranche zunehmend Anwendung. Im Zuge der immer höher werdenden Leistungsdichte steigen ebenfalls die Anforderungen an den Komfort sowie die Schaltdynamik. Um ein gleichmäßiges Anfahrverhalten realisieren zu können, müssen alle Komponenten einer Lamellenkupplung einem hohen Qualitätsstandard entsprechen. Eine Ursache für die Minderung des Fahrkomforts ist auf das Bauteil Reiblamelle zurückzuführen. Durch einen erhöhten Restschmutzeintrag in Folge der spezifischen Fertigung, treten Messfehler bei der automatisierten Montage auf. Daraus resultierten Ungleichförmigkeiten bei der Momentenübertragung. Die vorliegende Masterarbeit liefert ein Reinigungskonzept zur Reduzierung des Restschmutzeintrages durch den Papierreibbelag einer Reiblamelle in eine Doppelkupplung. Zur Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt eine Prozesskettenanalyse. Auf der Grundlage von definierten Voruntersuchungen werden in diesem Zusammenhang die zu untersuchenden Prozessschritte festgelegt. Mit Hilfe eines Ishikawa-Diagramms werden davon ausgehend die Haupteinflussgrößen ermittelt. Für alle Versuchsteile der durchgeführten Untersuchungen wird durch eine definierte Analysemethode der Restschmutzgehalt bestimmt. Durch die dabei erlangten Ergebnisse wird die Ursache für den erhöhten Restschmutzgehalt identifiziert. Aufbauend auf dem Ist-Zustand wird ein Soll-Zustand definiert. Die Hauptanforderung entspricht dabei der Verbesserung der technischen Sauberkeit zur Einhaltung der Restschmutzspezifikation der Reiblamelle. Für die Umsetzung dieser Forderung werden Reinigungskonzepte entwickelt. Mit Hilfe einer experimentellen Versuchsreihe werden die unterschiedlichen Konzepte analysiert und bewertet. Dabei erfolgt eine Gegenüberstellung der Konzepte durch eine visuelle Beurteilung und eine Analyse bezüglich des Restschmutzes. Ausgehend von der Konzeptbewertung und mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Reinigungskonzept ausgewählt. Abschließend wird die Umsetzbarkeit des Konzeptes geprüft sowie Aussagen über Ausblick und Folgerung getroffen.
Im MuCell®-Verfahren hergestellte, faserverstärkte Thermoplaste: Verfahrensbeschreibung, Untersuchung an Probekörpern und Bauteilen, Ableiten von Konstruktionshinweisen für das MuCell®-Verfahren. - 144 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Arbeit behandelt Untersuchungen an im MuCell®-Verfahren hergestellten Bauteilen und Proben. Dabei werden vor allem mechanische Kennwerte betrachtet und deren Beeinflussung durch das Einbringen von Poren. Zur Vorhersage des Verhaltens im Kurzzeitzugversuch wird ein Modell erstellt und diskutiert. Zur Modellerstellung wird die Mikrostruktur von im MuCell®-Verfahren geschäumten Kunststoffen analysiert. Aus der Betrachtung der Art, Form und Lage der Inhomogenitäten ergeben sich mittels eines mathematischen Homogenisierungsverfahrens effektive Materialkennwerte. Diese lassen Rückschlüsse auf die Reaktion der untersuchten Proben unter Zugbelastung zu. Im Speziellen erfolgen Betrachtungen zum Elastizitätsmodul und zur Bruchfestigkeit. Als Eingangsgröße in das Modell muss die Verteilung der Dichte bzw. der Poren über den Probenquerschnitt bekannt sein. Dazu wird ein Verfahren zur Bestimmung dieses Verlaufes erläutert und bei verschiedenen relativen Dichtereduzierungen durchgeführt. Die Ergebnisse werden dokumentiert und ausgewertet. Die effektiven Materialkennwerte ergeben sich aus den dadurch bestimmten Verläufen. Mit Hilfe des Zugversuches in Anlehnung an normierte Vorgehensweisen werden reale Materialkennwerte ermittelt. Zunächst erfolgt eine Diskussion hinsichtlich der Anwendbarkeit der Normen im Zugversuch auf geschäumtes Material. Über einen Vergleich mit den Modellwerten wird die Aussagefähigkeit der berechneten Kennwerte zur Vorhersage des Materialverhaltens geprüft. Aus den im Zugversuch bestimmten Spannungs-Dehnungs-Verläufen werden Rückschlüsse über den Einfluss von Poren auf das mechanische Verhalten abgeleitet. Des Weiteren erfolgt eine Beurteilung der Energieaufnahmefähigkeit des Materials bei stoßartiger Belastung. Dazu wird eine Schlagzähigkeitsuntersuchung herangezogen. Vor allem der Einfluss des Schäumens steht dabei im Vordergrund. Die durch die Versuche erlangten und darüber hinaus aus Diskussion und Literatur gewonnenen Erkenntnisse werden im Anschluss anwendungsgerecht in Form von Konstruktionshinweisen im Umgang mit dem MuCell®-Verfahren aufbereitet.