Bachelorarbeiten

Innere Spannungen einer abgeschiedenen Schicht können unerwünschte Zug- oder Druckspannungen sein, die zu Formänderungen des Bauteils führen können. Mit dem in-situ Messsystem MSM200 lassen sich die Makrospannungen bestimmen. Ein in der Produktion eingesetzter Nickelsulfamat-Elektrolyt wurde auf seine Zusammensetzung analysiert und der Einfluss verschiedener Parameter in Hinsicht auf die inneren Spannungen der erzeugten Schichten untersucht. Zu den Einflussfaktoren gehörten Stromdichte, Temperatur, Zugabe von Netzmitteln sowie Chlorid- und Glanzbildner-Gehalt. Zusätzlich wurde die Oberflächenspannung nach Netzmittelzugabe gemessen. Des Weiteren konnte mit der Simulationssoftware Cell-Design die Schichtdicken- bzw. Stromdichteverteilung einer Grabenstruktur berechnet werden. Diese Berechnung ist in guter Übereinstimmung mit von der aus metallografischen Querschliffen erhaltenen Schichtdickenverteilung. Die Simulation ist von großem Vorteil, da der experimentelle Zeitaufwand zur Herstellung dicker Schichten sehr groß ist. Ebenfalls in-situ wurde das Messgerät dresor EP zur online Messung der Abscheidungsgeschwindigkeit getestet. Seine Funktionsweise wurde ausführlich an einem Zinkelektrolyten geprüft.

In ökonomischer sowie ökologischer Hinsicht rückt der Leichtbau im Fahrzeugbau immer weiter in den Vordergrund. Die konsequente Umsetzung dieses Themas erfolgt zum einen über Stoffleichtbau, wobei der herkömmliche Stahl beispielsweise durch Stahl mit verbesserten Eigenschaften oder durch völlig neue Metalle wie Aluminium ersetzt wird. Zum anderen muss bei der Substitution des Stahls durch Aluminium auf konstruktive Mittel zurückgegriffen werden, da sich das Konzept des Stahl-Karosseriebaus nicht immer vollständig in entsprechender Serie auf Aluminium übertragen lässt. Für den Karosseriebau mit Aluminium werden derzeit drei Konzepte angewandt: Die Blechschalenbauweise, die Spaceframe-Konstruktion (mit der sich ein Aluminiumeinsatz von bis zu 100 % in der Karosserie realisieren lässt) sowie die Aluminium-Hybridbauweise. Im Karosseriebau werden hauptsächlich Aluminiumknetlegierungen der 5xxx sowie der 6xxx-Serie verwendet. Die 5xxx-Serie bildet allerdings bei Verformung Fließfiguren aus, weshalb diese Legierungen im Sichtbereich nicht eingesetzt werden können. Daher werden für Außenhautlegierungen die fließfigurenfreien 6xxx-Legierungen (AlMgSi) eingesetzt. Mit steigender Lagerdauer bilden sich Mg2Si-Ausscheidungen, welche mit der Zeit eine zunehmende Verfestigung des Materials verursachen. Die übliche Garantiespanne auf die Kennwerte der Legierung beträgt sechs Monate. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob zwei spezielle Außenhaut-Legierungen über einen Gesamtzeitraum von zwölf Monaten ab Lösungsglühen verwendbar sind. Da Stahl dennoch eine wichtige Komponente des Karosseriebaus darstellt, wird auch bei sechs Karosseriestählen unterschiedlicher Festigkeitsklassen eine Untersuchung über die Erweiterung des Garantiezeitraumes auf zwölf Monate ab Verzinkung durchgeführt. Ein weiterer Aspekt der Untersuchung an Aluminium ist die experimentelle Ermittlung der Wirkung unterschiedlicher Lagertemperaturen auf das Aushärtungsverhalten einer AA 6014 Legierung. Der Werkstoff wird hierzu über einen Zeitraum von vier Monaten geprüft. Ziel dieser Arbeit ist eine Bewertung aller untersuchten Werkstoffe hinsichtlich der verwendeten Auslagerungsdauer und -temperatur. Hierzu werden über den jeweiligen Untersuchungszeitraum monatlich Zug- und Biegeversuche (mit und ohne Vordehnung des Materials), Erichsen-Tiefungen, Näpfchen-Tiefziehversuche nach Swift sowie metallographische Gefügeanalysen durchgeführt. Abschließend wird mittels rasterelektronenmikroskopischer Analyse der Bruchflächen ausgewählter Zugproben ein Bezug zwischen Lagerdauer/-temperatur und Aushärtung hergestellt. Für die Beurteilung der Lagerfähigkeit des Materials bei unterschiedlichen Raumtemperaturen wird das Material bei tiefen Temperaturen (-24 ˚C sowie 7 ˚C), erhöhter Temperatur (50 ˚C) sowie Raumtemperatur (als Referenz) ausgelagert. Dabei wird das Material für die tiefen Temperaturen (sowie eine Raumtemperatur-Referenz) selbst lösungsgeglüht. Im Zuge dieser Untersuchungen wird ermittelt, ob sich die Lagerdauer einer schnellaushärtenden Legierung auf den Lackeinbrennungsprozess und die damit verbundene Festigkeitssteigerung des Materials auswirken. Aus den Ergebnissen der durchgeführten Versuche wird deutlich, dass die Verfestigung der untersuchten Aluminiumlegierungen innerhalb eines Jahres langsamer voranschreitet als erwartet. Dies bedeutet, dass die Grenzen der mechanischen Kennwerte auch nach zwölf Monaten noch nicht überschritten sind. Bei beiden Aluminiumlegierungen kann deshalb eine Erweiterung des Lagerzeitraumes auf zwölf Monate ab Lösungsglühen vorgenommen werden. Auch bei den analysierten Stählen kann aufgrund der vorliegenden Ergebnisse der jeweils festgelegte Auslagerungszeitraum verdoppelt werden. Die Untersuchung der Lagertemperaturen hat ergeben, dass eine Auslagerung bei erhöhten Temperaturen nur mit Einschränkung möglich ist. Eine Auslagerung bei tiefen Temperaturen verlangsamt zwar das Ausscheidungsverhalten, jedoch kann der extreme energetische Aufwand durch die vergleichsweise geringe Auswirkung auf die mechanischen Kennwerte nicht gerechtfertigt werden. Insgesamt wird deutlich, dass sich die Verfestigung des Materials auf die Zugversuche auswirkt, auf die Biege-, Tief- und Streckzieheigenschaften jedoch wenig Einfluss hat. Anhand der Bruchflächen über zwölf Monate kann dies bestätigt werden. In der Bruchstruktur der verschiedenen Lagertemperaturen sind jedoch keine Unterschiede erkennbar. Auf Basis dieser Arbeit kann als nächster Schritt ein Betriebsversuch in Betracht gezogen werden.

Viele Entwicklungen aus der Mikroelektronik sind heute fester Bestandteil unseres Alltags. Besonders ist hier der MOSFET als das wichtigste Bauelement für integrierte Schaltungen hervorzuheben, welcher diese erst ermöglicht hat. Dehnbare Substrate eröffnen nun neue Anwendungsbereiche fernab der konventionell steifen Materialien. So soll in dieser Arbeit ein Prozess zur Übertragung von Leiterbahnen und etwaiger Komponenten auf ein solches Substrat vorgestellt werden. Als Bauelemente dienen speziell angepasste MOSFETs, deren abschließende elektrische Charakterisierung nach dem Transfer bis zu einer Dehnung des Substrates von 55 % konstante Werte liefert, bevor die Lötverbindung am Sourcekontakt bricht.

Zierelemente bzw. Bauteile im Automobilinterieur mit einer Hochglanzsichtkarbonoberfläche stellen für den Hersteller in Bezug auf den Fahrzeugnutzungszyklus eine besondere Herausforderung dar. Wechselnden klimatischen Bedingungen ausgesetzt, mit Temperaturschwankungen von -30˚C bis 80˚C und schwankender Luftfeuchte von 30% bis 80%, weisen die Bauteile eine karbongewebestrukturfolgende Oberflächenwelligkeit und einen Verzug auf. Ziel der Arbeit ist, die Ermittlung der Entstehungsmechanismen für die Oberflächenwelligkeit und den Verzug sowie die Identifizierung von Qualitätsverbesserungsmöglichkeiten im Serienfertigungsprozess. Zur Ermittlung der Entstehungsmechanismen erfolgen eine Betrachtung des Serienfertigungsprozesses und eine theoretische Analyse des Schichtaufbaus. Der Schichtaufbau des Zierteils umfasst eine Polyurethan-, eine Karbonfasergewebe-Polyurethan, eine Vlies- und eine glasfaserverstärkte Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrolträger-Schicht. Im Folgenden werden unter Einbezug der Materialeigenschaften der Einzelschichten und den Klimabedingungen Thesen zu den möglichen Entstehungsmechanismen erstellt. Anschließend werden durch einen Vorversuch und thermische Untersuchungen die Entstehungsmechanismen eingegrenzt. Zusammenfassend können die Entstehungsmechanismen auf eine Relaxation von Schichtspannungen und auf eine Volumenänderung des Polyurethans zurückgeführt werden. Der Versuch der Qualitätsbeeinflussung durch Parametervariation in der Serienfertigung führt zu dem Ergebnis, dass die klimabedingte Oberflächenwelligkeit durch einen geeigneten Temperprozess um 26% gesenkt werden kann. Eine Beeinflussung des klimabedingten Verzugs ist durch die gewählte Parametervariation nicht eindeutig nachweisbar.

Faserverstärkte Kunststoffe gewinnen in der Fahrzeugindustrie zunehmend an Bedeutung. Hierbei stellen die Kosten der Carbonfaser einen erheblichen Anteil der Herstellungskosten von CFK-Strukturbauteilen dar. Eine Möglichkeit der Kostensenkung ist die Wiederverwendung von Gelege-Verschnittresten in Form eines Recycling-Vlieses. Des Weiteren existiert der Ansatz, die hohe Festigkeit und Steifigkeit der Kohlenstofffaser mit dem Kostenvorteil der Glasfaser in einer hybriden Faserverstärkung zu kombinieren. In der vorliegenden Arbeit soll die Serientauglichkeit der Substitution eines Carbonvlieses durch ein Glasfasergelege analysiert werden. Grundlage der Untersuchungen bilden die formgebenden Produktionsschritte, das Preforming und das Resin Transfer Moulding. Aus den Eigenschaften der beiden Werkstoffe Carbon und Glas werden zunächst prozess- und bauteilbeeinflussende Unterschiede herausgearbeitet und als Hypothese formuliert. Die aufgestellten Thesen werden in einem nachfolgenden Versuchsprogramm systematisch über die gesamte Prozesskette untersucht. Unterstützt wird die Prozessanalyse durch Modellversuche, die darauf abzielen, Abweichungen zwischen dem Serien- und dem Versuchsmaterial zu quantifizieren. Im Zuge dessen werden das Aufheizverhalten der Materialien im Preforming, das Umformverhalten der trockenen Halbzeuge sowie die Infiltration der Vorformlinge im RTM untersucht. Neben dem Einfluss der Materialsubstitution auf die Verarbeitung, werden die Auswirkungen auf Bauteileigenschaften ermittelt. Mögliche Abweichungen vom bestehenden Bauteil betreffen die mechanischen Eigenschaften, die Teilegeometrie durch Verzug und die Langzeitbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen.