Publikationen aus dem Universitätsverlag Ilmenau

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Henning, Stefan;
Modellbasierte Entwicklung von Methoden, Algorithmen und Werkzeugen zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - XXI, 184 Seiten, Seite XXIII-LV. - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 7)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

ISBN 978-3-86360-252-9

Nachgiebige Mechanismen sind in technischen Anwendungen weit verbreitet, insbesondere in der Robotik, Präzisions-, Mess- und Medizintechnik. Ihr Verformungsverhalten wird maßgeblich durch die Gestaltung ausgewählter nachgiebiger Strukturabschnitte, beispielsweise durch die gezielte Reduktion der Querschnittsabmessungen, beeinflusst. Die Bewegung des Mechanismus erfolgt vorwiegend durch Biegung dieser Abschnitte. Die Berechnung des Verformungsverhaltens unter dem Einfluss äußerer Belastungen stellt aufgrund von geometrischer Nichtlinearität eine anspruchsvolle Aufgabe bei der Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen dar. Daher wird in dieser Arbeit ein Beitrag zur analytischen Modellbildung und damit zum Analyse- und Syntheseprozess geleistet. Die Modellgleichungen werden für ebene und räumliche Anwendungsfälle gegeben. Mit Hilfe dieser können nachgiebige Mechanismen mit variierenden Querschnitten, Krümmungen, Werkstoffen und Verzweigungen charakterisiert werden. Für die Betrachtung beliebiger Mechanismen werden die Gleichungen in einer rekursiven Form gegeben. Aufgrund von Strukturabschnitten unterschiedlicher Querschnitte werden, über reine Biegung hinaus, auch Querkraftschub und Querkontraktion im Modell berücksichtigt. Es werden Untersuchungen durchgeführt um zu definieren, wann diese Effekte, in Abhängigkeit der Geometrie, zu berücksichtigen sind. Auf Basis dieser Untersuchungen werden Empfehlungen für die zu verwendende Theorie gegeben. Durch die Formulierung der Gleichungen in einer einheitlichen Form wird ermöglicht, die Theorie für einzelne Abschnitte eines nachgiebigen Mechanismus individuell anzupassen. Weiterhin wird das Modell durch Beispielmechanismen für zwei- und dreidimensionale Anwendungsfälle mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode und experimentellen Untersuchungen validiert. Dabei werden die Empfehlungen der einzusetzenden Theorie angewendet. Daraufhin werden Algorithmen zur Dimensionierung einzelner Festkörpergelenke und nachgiebiger Mechanismen gegeben. Dadurch kann deren Bewegungsverhalten im Hinblick auf konkrete Zielkriterien verbessert werden. Abschließend werden die Methoden in drei eigenständig ausführbare Softwarewerkzeuge implementiert, die frei zur Verfügung gestellt sind. Durch deren Entwicklung wird ein Beitrag zum Entwurf sowie zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken und nachgiebigen Mechanismen geleistet.



Hafner, Anke;
Mobile Assistenzsysteme in der Intralogistikplanung der Automobilindustrie - Gestaltung, Nutzen und Akzeptanz Augmented Reality-basierter Mensch-Maschine-Schnittstellen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - XVII, 245 Seiten, Seite XIX-LXVI
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

ISBN 978-3-86360-260-4

Steigende Herausforderungen, wie z.B. ein intensiver Wettbewerbsdruck hinsichtlich Innovationen und eine damit einhergehende Individualisierung der Produkte sowie eine steigende Internationalisierung führen zu einem Wandel in der Automobilbranche. Die Kombination der Faktoren führt zu einem Anstieg der Komplexität in der Fahrzeugherstellung sowie einem Anstieg der Komplexität des Produktionssystems. Eine wichtige Rolle in der Automobilindustrie wird u. a der Intralogistik zugeschrieben. Die Intralogistik, ausgehend von der Komplexität der Automobilindustrie, steht ebenso gewissen Herausforderungen gegenüber. Um der steigenden Komplexität entgegen zu wirken, besteht der Bedarf an innovativen Lösungen seitens der Logistikplanung. Eine Möglichkeit in der Intralogistikplanung kann der Einsatz von innovativen Mensch-Maschine Schnittstellen in Form von mobilen Assistenzsystemen mit Augmented Reality sein. Der Technologie Augmented Reality werden zahlreiche positive Eigenschaften zugesagt. Im Bereich der Intralogistik, bezogen auf Augmented Reality, wird vermehrt die operative Intralogistik, wie z. B. die Kommissionierung und das Picken, betrachtet. Obwohl auf dem Markt zahlreiche Technologien bestehen und diese in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, existieren in der Intralogistikplanung keine flächendeckenden Anwendungen im Sinne eines mobilen Assistenzsystems mit Augmented Reality in einer Produktionshalle. Ausgehend davon wird in diesem Buch ein Use Case und darauf basierende Prototypen für eine Augmented Reality -basierte Intralogistikplanung in der Automobilindustrie entwickelt. Dabei liegt der Fokus auf der Schaffung eines mobilen Assistenzsystems, welches eine durchgängige Augmented Reality -basierte Intralogistikplanung in der Endmontage der Automobilindustrie unterstützt. Für die Ausgestaltung des Use Cases erfolgt die Durchführung einer systematischen Literaturanalyse und das Analysieren von vorhandenen intralogistischen Planungsprozessen mit dem Ziel, die relevanten Planungsprozesse für den Einsatz des mobilen Assistenzsystems zu definieren. Auf Basis von funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen werden zwei Prototypen implementiert. Die prototypische Umsetzung erfolgt sowohl nach einem SLAM-basierten als auch nach einem hybriden Trackingansatz. Ferner werden die Prototypen anhand eines Feldexperiments validiert. Darüber hinaus wird für die Evaluation der Akzeptanz von Augmented Reality in der Intralogistikplanung das Technology Acceptance Model empirisch ausgewertet.



Schneckenburger, Max;
Machine learning Modell für die Abtragsvorhersage in der Roboter-Glaskeramik-Politur. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - xxv, 162 Seiten, Seite xxvii-lx. - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 24)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

ISBN 978-3-86360-259-8

Im 21. Jahrhundert gehören optische Systeme zu den Schlüsseltechnologien und spielen eine entscheidende Rolle im technischen Fortschritt. Hochgenaue optische Linsen finden sich u. a. in Astrospiegeln, Lasergyroskopen oder Lithographie-Linsen und die Anforderungen an Stückzahl und Qualität steigen kontinuierlich. Einer der letzten Prozessschritte in der Fertigungskette von Glas Hochleistungsoptiken ist in der Regel die Politur. Von diesem Prozessschritt hängt maßgeblich die Bauteilqualität ab. Trotz langer Tradition und Verwendung in der Industrie herrscht immer noch kein umfassendes Prozessverständnis. Zwar sind empirische Parametersätze vorhanden, jedoch gibt es keine Erkenntnis, inwiefern sich eine Änderung einzelner Parameter auf den Materialabtrag auswirkt. Während zahlreiche Untersuchungen empirische Prozessmodelle betrachteten, blieb der Einsatz von datengetriebenen Poliermodellen bislang weitgehend unbeachtet. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines datengetriebenen Poliermodells für die Robotergestützte-Politur von Optiken. Durch den Einsatz von Sensoren am Bearbeitungskopf werden alle relevanten Prozessparameter aufgezeichnet. Durch Datenanalyse können Anomalien und Muster im Prozess detektiert und darauf reagiert bzw. für weitere Analysen genutzt werden. Des Weiteren wird auf Grundlage der Daten ein maschinenlernendes Modell zur Vorhersage von Materialabtrag auf gekrümmten Flächen erstellt und validiert. Das vorliegende Machine learning Modell bildet den betrachteten Polierprozess ab und Einflüsse auf diesen werden durch den Sensoreinsatz abgebildet. Das Modell erreicht eine Vorhersagengenauigkeit des Abtrages von 99,22 % (R2-Wert), welches bei Prozessvorhersagen als sehr gut bewertet wird.



Buthmann, Reinhard; Sattler, Kai-Uwe
Die Technische Hochschule Ilmenau : eine sozialpolitische Studie. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 664 Seiten ISBN 978-3-86360-257-4

"Was bedeuten Reste der akademischen Freiheit", fragt der Bildungswissenschaftler Manfred Heinemann, "wenn die Handlungsebenen in der Institution und ihren Subeinheiten sich in einer parteilichen, sogar staatlich gesicherten Zwangsumklammerung verlieren? Was bedeuten hierbei die Hochschulreformen? Sind sie Auflösung von Hochschulkrisen, wie sie als Reflex von außen in den Staatsapparaten, Führungsebenen und dem Zentralkomitee der Staatspartei auf dem Weg zum Kommunismus gesehen und gehandhabt wurden?" Der Autor gibt Antworten aus dem Leben der 1953 gegründeten Hochschule für Elektrotechnik, die, und so lautet ein beliebtes Narrativ, im relativen Windschatten der SED ihren Kurs verfolgen konnte. Dieses Narrativ ist falsifiziert. Dabei erwiesen sich drei Phänomene von Festigkeit: der chronische Ressourcenmangel, der staatlich-normative Druck auf alle Kernbelange der Hochschule und der hohe Stellenwert der kommunistischen Erziehung. Dennoch war ihre Leistungsbilanz beeindruckend, besaß sie mit sechs Herausstellungsmerkmalen gar einen vorderen Platz in der Hochschullandschaft der DDR.



Mommert, Michael;
Untersuchung der Zirkulationsbewegung und des Wärmetransports in turbulenter Mischkonvektion mittels optischer Messverfahren. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - xxi, 188 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

ISBN 978-3-86360-258-1

Diese Arbeit befasst sich mit dem dynamischen Verhalten von Strömungsstrukturen in turbulenter Mischkonvektion. Zu deren Untersuchung wurden Experimente in einer quaderförmigen Rayleigh-Bénard-Zelle, welche durch Luftein- und -auslässe an der oberen und unteren langen Kante auf einer Seite der Zelle erweitert wurde, durchgeführt. Um die Mechanik hinter den verschiedenen Dynamiken der Strukturen zu verstehen, wurden die Geschwindigkeitsfelder für zwei Typen unterschiedlichen dynamischen Verhaltens mit der tomographischen Particle Image Velocimetry (PIV) für den linken Teil der Zelle erfasst. Da das dynamische Verhalten, welches mit niedrigeren Einströmgeschwindigkeiten verbunden ist, selten und nicht periodisch auftrat, wurde eine automatisierte Methode entwickelt, um die Messungen mit dem Eintreten der Dynamik zu starten. Die Analyse der Geschwindigkeitsfelder und ihre Zerlegung in orthogonale Moden ergaben, dass unterschiedliche Mechanismen das dynamische Verhalten der beiden Fälle antreiben: Für den niedrigen Luftdurchsatz dominieren thermische Prozesse und das dynamische Verhalten hängt mit einer Akkumulation warmer Luft innerhalb des vorliegenden Wirbelsystems zusammen, die in unregelmäßigen Abständen zur Freisetzung von Plumes führt. Im Gegensatz dazu dominieren bei höheren Luftdurchsätzen trägheitsgetriebene Prozesse. Insbesondere werden die dynamischen Prozesse in diesem Fall durch Taylor-Görtler-artige Wirbel angetrieben. Der initiale Widerspruch des für beide Fälle beobachteten Umklappens der Rollenstrukturen mit dem Translationsmechanismus aus früheren Untersuchungen wurde durch stereoskopische PIV-Messungen über die gesamte Zelllänge aufgelöst: Sie zeigen, dass der Klappmechanismus primär das Verhalten der Strömung im Seitenwandbereich beschreibt. Um den Beitrag Taylor-Görtler-artiger Wirbel zum Wärmetransport zu untersuchen, wurde die Methode der kombinierten stereoskopischen Particle Image Velocimetry und Thermometrie angewandt, um die Berechnung messebenennormaler Wärmeströme zu ermöglichen. Die Ergebnisse daraus zeigen, dass die Temperatur und die vertikale Geschwindigkeitskomponente korreliert sind, obwohl die Taylor-Görtler-artigen Wirbel durch Trägheitskräfte erzeugt werden. Weitere Analysen zeigen, dass der statistische Fußabdruck dieser Strukturen es erlaubt, sie von z.B. Plumes an der Frontwand zu unterscheiden.



Strickstrock, Monika;
Oberflächenmodifizierung von dentalen Y-TZP Keramikimplantaten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - XVI, 308 Seiten. - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 23)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-256-7

Mehr als eine Million Dentalimplantate werden pro Jahr in Deutschland inseriert. Ästhetik und Verträglichkeit sprechen für keramisches Material statt für den Standardwerkstoff Titan. Für diesen Einsatz, der in Hinblick auf Festigkeit, Biokompatibilität, Be- und Verarbeitbarkeit komplexe Ansprüche stellt, ist Zirkoniumdioxid (ZrO2), genauer Yttriumoxid stabilisiertes ZrO2 (Y-TZP), geeignet. Schwachpunkt ist jedoch die geringere Toleranz von Keramik gegenüber Oberflächendefekten, die sich festigkeitsmindernd auswirken. Die Oberflächenaufrauung ist für eine bessere Einheilung in den Knochen allerdings unabdingbar. Durch Oberflächenmodifizierung im dichtgesinterten Zustand kann die Festigkeit sowohl erhöht als auch erniedrigt werden, da Strukturumwandlungen im polymorphen Y-TZP in Abhängigkeit der Herstellungsparameter stattfinden. Das Ziel dieser Arbeit ist durch holistische Analyse des Herstellungsprozesses eines Y-TZP Implantates diesen zu optimieren. Die Bewertung erfolgt in den drei Eigenschaftskategorien: Physikochemie, Mechanik, Topographie und schließt mit einer zellbiologischen Prüfung ab. Die Physikochemie wird mit drei Hydrophilierungsmethoden verändert (UV, UV-Ozon, Plasma) und optimale Behandlungsparameter werden mittels Kontaktwinkelmessungen gefunden. Die Plasmabehandlung stellt die effektivste Methode dar. Zur Konservierung der Hydrophilie wird die Lagerung unter Luftabschluss in Isopropanol (zum Erhalt der Sterilität) untersucht. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Aufrauung im Weißzustand negativ beeinflusst. Durch Material- und Prozessanpassung wird eine Erhöhung der Festigkeit (˜30 %) und der Alterungsbeständigkeit erreicht. Um der nach Aufrauung bestehenden Festigkeitsreduzierung entgegen zu wirken, wird ein Prozess zur Oberflächenverstärkung mittels Festigkeitsstrahlen (SP) für raue Oberflächen erarbeitet. Neben der Umwandlung von tetragonal zu monoklin werden weitere Strukturen in der Literatur kontrovers diskutiert. Daher werden umfassende diffraktometrische Analysen durchgeführt, um zukünftig die Festigkeitsbeeinflussungen klarer vorhersagen zu können. Nach SP lassen sich statisch und dynamisch eine um ˜30% erhöhte Festigkeit am rauen Produkt belegen, während die Makrotopographie der osseointegrativen Oberfläche erhalten bleibt. Die topographischen Eigenschaften werden durch Profilmessung bestimmt und durch 3D-Oberflächenaufnahmen zur Charakterisierung von Hybridparametern für die abrundende zellbiologische Untersuchung betrachtet. In vitro schneiden alle ZrO2 Serien vergleichbar zur sandgestrahlt und geätzten Titan-Referenzoberfläche ab.



Paffhausen, Michael;
Rührreibschweißen mit einem Industrieroboter unter Berücksichtigung der Einsatzkriterien für die automobile Großserienfertigung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 225 Seiten. - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 13)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-255-0

Das Fügeverfahren "Rührreibschweißen" ermöglicht die Herstellung reproduzierbar hochwertiger Schweißverbindungen. Aufgrund der sehr hohen Prozesskräfte werden in der Produktion vorzugsweise Sonder- und Werkzeugmaschinen eingesetzt. In der automobilen Großserienfertigung wird jedoch der Einsatz von Standard-Industrierobotern für das Rührreibschweißen als kostengünstigere und flexiblere Alternative favorisiert. Im Rahmen der Arbeit werden die Leistungskenngrößen des Industrieroboters zunächst ohne Bearbeitungskräfte analysiert. In diesem Zusammenhang werden die Pose- und Bahn-Wiederholgenauigkeit des Industrieroboters an unterschiedlichen Referenzbahnen in der Ebene quantifiziert. Hier ist festzustellen, dass der Roboter den Genauigkeitsanforderungen des Schweißverfahrens genügt. Bei der Analyse der Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboterstruktur wird jedoch deutlich, dass die Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters durch die resultierenden Prozesskräfte beim Rührreib-schweißen signifikant beeinflusst wird; ohne ein "Nachteachen" oder eine Offline-Korrektur der programmierten Soll-Bahn werden die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung durch die mangelnde Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters negativ beeinflusst. Bei der Analyse kann nachgewiesen werden, dass die Abdrängung des Werkzeugs nicht nur von den resultierenden Prozesskräften abhängt, sondern auch signifikant durch die Richtung des Vektors der Bahngeschwindigkeit beim Bahnschweißen beeinflusst wird. Bei der Analyse der statischen und dynamischen Systemeigenschaften des Roboters wird gezeigt, dass die nichtlinearen Steifigkeiten der Roboterstruktur maßgeblich von den Gelenkstellungen und der Belastungsrichtung abhängen. Aus den Erkenntnissen der Systemanalyse wird eine modellbasierte Offline-Bahnkorrektur, die Nachgiebigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboter berücksichtigt, entwickelt.



Hörtnagl, Arnulf;
Systembetrachtung der Korrosionsbeständigkeit an geschliffenen Oberflächen von metastabilen Austeniten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - VII, 202 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-251-2
Literaturverzeichnis: Seite 169-182

Wegen ihrer Beständigkeit gegen Korrosion sowie der guten Umformbarkeit sind austenitische CrNi-Stähle in einer Vielzahl von Anwendungen anzutreffen. Die Fähigkeit zur Ausbildung einer stabilen Passivschicht beruht dabei insbesondere auf dem Anteil an Chrom in der jeweiligen Legierung. Der Einfluss weiterer einzelner Faktoren auf das Korrosionsverhalten von CrNi-Stählen wird in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Arbeiten behandelt. Die vorliegende Arbeit befasst sich dabei explizit mit der Auswirkung einer erfolgten Kaltumformung und der erzeugten Bauteiloberfläche infolge unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren auf das Korrosionsverhalten. Zur Betrachtung der Wechselwirkung dieser beiden Faktoren wurden zwei metastabile austenitische Stähle herangezogen, welche eine nahezu identische Korrosionsbeständigkeit (gem. PREN) aufweisen, aber deren Austenitstabilität (gem. Md30) unterschiedlich ist. Durch mehrstufiges Kaltwalzen wurden an Blechmaterial verschiedene Umformgrade erzielt. Die Differenzierung in den Oberflächenausführungen wurde anschließend durch metallografische Präparation oder durch Plan-Umfangs-Längsschleifen erzeugt. Die metallografische Präparation führte zu geschliffenen, polierten oder elektropolierten Oberflächenausführungen. Für den maschinellen Flachschleifprozess wurden jeweils Oberflächen mit Siliziumkarbid oder mit Korund als Schleifmittel bearbeitet. Die Bestimmung des Korrosionsverhaltens erfolgte mittels verschiedener elektrochemischer Messmethoden. Zur Charakterisierung der erzeugten Oberflächen wurden unterschiedliche Analysemethoden angewendet, insbesondere die taktile und optische Bestimmung der Oberflächenrauheit sowie die Untersuchung mittels REM-Aufnahmen. Der Einfluss der Kaltumformung auf das vorliegende Gefüge, die zu einer ausgeprägten Bildung von α'-Martensit führte, wurde durch konventionelle Metallografie, EBSD-Messungen und magnetinduktive Messungen erfasst. In Bezug auf das erzielte Korrosionsverhalten zeigt sich der Einfluss beider Faktoren deutlich. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften infolge der Kaltumformung kann dabei als dominanter Einfluss auf die erzeugte Oberflächentopografie nachgewiesen werden. Hieraus folgt für geschliffene Oberflächen ein entgegengesetzter Trend des Korrosionsverhaltens mit steigendem Umformgrad zu den polierten oder elektropolierten Oberflächen.



Regensburg, Anna;
Hybrid Friction Eutectic Bonding (HFEB) - stoffschlüssiges Fügen von Aluminium und Kupfer unter Nutzung der eutektischen Reaktion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - X, 177 Seiten. - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 12)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-250-5
Literaturverzeichnis: Seite 149-164

Ansätze des werkstofflichen Leichtbaus mit dem Ziel der Gewichts- und Ressourcenoptimierung in elektrischen Verbindungen haben das Fügen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen zu einem stark verfolgten Forschungsschwerpunkt der letzten Jahre gemacht. Im Rahmen von Elektromobilität sowie allgemeiner Erhöhung von Komfort- und Sicherheitsstandards ergeben sich hierfür hohe Herausforderungen an die einzusetzenden Fügetechnologien. Der Zielzustand für elektrische Verbindungen besteht in großflächigen, duktilen Verbindungen mit geringem Kontaktwiderstand. Je nach Verfahren werden diese Ziele jedoch durch die Bildung spröder, intermetallischer Phasen oder erhöhte Grenzflächen- und Bauteilverformung nur zum Teil erreicht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezielt die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen Aluminium und Kupfer genutzt, um den Lösungsraum zwischen Press- und Schmelzschweißverfahren zu nutzen. Während der Initialkontakt der Grenzflächen durch Fügedruck während des Rührreibpunktschweißens beschleunigt wird, findet die Vergrößerung und Benetzung der Fügefläche durch die Bildung einer eutektischen Schmelze statt. Diese bildet sich zwischen den Grundwerkstoffen, ohne dass diese in die flüssige Phase übergehen. In Abhängigkeit der Prozessführung kann der Pressschweißprozess hier erneut genutzt werden, um die Schmelze aus der Fügezone zu verdrängen. Somit kann das Erstarrungsverhalten gezielt beeinflusst werden, während sich weitere Vorteile durch den Abtransport von Einschlüssen und Verunreinigungen ergeben. Durch eine angepasste Prozessführung können vollflächige Anbindungen in kurzer Prozesszeit von weniger als 0,5 s erzielt werden. Die Bildung weiterer Sprödphasen außerhalb des eutektischen Systems wird durch die Limitierung der Spitzentemperatur und des Energieeintrags verhindert. Zusätzlich kann die Schmelzebildung als Reduzierung des Materialwiderstands während des kraftgeregelten Prozesses detektiert und diese für weitere Prozessansätze genutzt werden. Weitere Optimierungsansätze zeigen sich beim Übertrag auf weitere Pressschweißverfahren und Bauteilgeometrien.



Fuchs, Karsten;
Ein Beitrag zur Optimierung der elektrischen Feldstärkeverteilung in LDPE unter HGÜ-Beanspruchung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - XI, 150 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; Band 32)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-248-2
Literaturverzeichnis: Seite 113-127

International etabliert sich die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) für Spannungen bis 1,2 MV aufgrund von zunehmenden Übertragungsstrecken immer mehr zum Stand der Technik. National rückt die HGÜ aufgrund des politisch motivierten Ausbaus der erneuerbaren Energien und des damit verbundenen Aus- und Umbaus des Höchstspannungs-Übertragungsnetzes für Spannungen bis 525 kV in den Fokus. Dabei sind neue Übertragungsstrecken vorzugsweise als Trassen aus polymeren Kabeln zu realisieren. In Isolierstoffen von HGÜ-Kabelsystemen stellt sich im stationären Zustand ein elektrisches Strömungsfeld ein, das von der vorherrschenden elektrischen Leitfähigkeit der jeweiligen Isolierstoffe beeinflusst wird. Diese elektrische Leitfähigkeit wird durch die temperatur- und feldstärkeabhängige Entwicklung von Raumladungen in der Isolation bestimmt. Diese Effekte führen zu einer Veränderung und Umkehr der elektrischen Feldstärkeverteilung im Isolationsmaterial. Deshalb müssen bei der Auslegung von HGÜ-Komponenten hinsichtlich der Betriebsspannung neben den Permittivitäten auch die elektrischen Leitfähigkeiten und die Neigungen zur Akkumulation von Raumladungen der einzelnen Isolierstoffe betrachtet werden. Das Augenmerk der vorliegenden Arbeit richtet sich auf Compounds mit vernetztem Polyethylen (LDPE) als Basispolymer und unterschiedlichen Füllstoffanteilen von hexagonalem Bornitrid (h-BN) bis maximal 20 Vol.-%. Es zeigt sich, dass durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit bis 1 W/mK des Compounds eine verbesserte Abfuhr der Stromwärmeverluste des Innenleiters ermöglicht wird. Weitere Messungen bis 80 ˚C belegen, dass die elektrische Leitfähigkeit der Compounds stets kleiner ist als des Basispolymers LDPE. Zudem ist eine deutliche Vergrößerung der elektrischen Durchschlagsspannung der Compouds gegenüber LDPE gemessen wurden. Eine signifikante Akkumulation von Raumladungen ist weder für LDPE noch für die Compounds bei einer mittleren elektrischen Betriebsfeldstärke von 15 kV/mm mittels PEA-Verfahren (gepulstes elektroakustisches Verfahren) nachzuweisen. Anhand der gemessenen thermoanalytischen und dielektrischen Parameter in Abhängigkeit der Temperatur und elektrischen Feldstärke ist die grundsätzliche Eignung dieser Compounds als ein möglicher optimierter HGÜ-Isolierstoff festgestellt wurden. Jedoch wurden keine Alterungs- und Langzeiteffekte berücksichtigt.