Bachelorarbeiten

Die vorliegende Bachelorarbeit hat die Zielstellung eine FVK-LKW-Wohnkabine mit direkter Anbindung an den LKW zu konstruieren und auszulegen. Hierfür wurde im Rahmen der Literaturrecherche zunächst ein Überblick über die Faserverbundkunststoffe erarbeitet. Dabei stand sowohl die werkstoffseitige Betrachtung der einzelnen Komponenten, Fasern und Matrix in Augenmerk, als auch die möglichen konstruktiven Umsetzungen einer Faserverbundstruktur. Weiterhin wurden bestehende Aufbaukonzepte von Wohnmobilen und Expeditionsfahrzeugen untersucht und in Bezug auf wichtige Anforderungen wie Festigkeit, Gewicht und thermische Isolation analysiert. Des Weiteren wurden die Anbindungsmöglichkeiten zwischen dem Aufbau und dem Lkw recherchiert. Nachdem sich ein Überblick über die Faserverbundwerkstoffe, Aufbaukonzepte und Anbindungsmöglichkeiten verschafft wurden ist, sollte sich dem vorhanden Trägerfahrzeug, ein Mercedes-Benz 1117A, zugewandt werden. Hierfür erfolgte ein Besichtigungstermin in Heidelberg, bei dem das Fahrzeug vermessen und ein Verschränkungstest durchgeführt wurden sind. Gleichzeitig wurde dieser Termin dafür genutzt, mit dem Besitzer des Fahrzeuges, die von Ihm gestellten Anforderungen an den Aufbau, zu dokumentieren. Die Anforderungen umfassen sowohl Abmessungen, Einsatzbedingungen als auch Gestaltungswünsche. Die erhaltenen Informationen wurden schließlich in der Form eines Lastenheftes niedergeschrieben. Hinzu kamen noch Anforderungen aus den Aufbaurichtlinien des LKW-Herstellers und aus den FVK-Konstruktionsrichtlinien. Nachfolgend wurden, unter Berücksichtigung der gewonnenen Ergebnisse aus der Literaturrecherche, Konzepte für die Bodengruppe inklusive Anbindung an das Fahrzeug als auch Konzepte für die Kabinenstruktur entwickelt. Hierbei flossen die Aufbaurichtlinien und FVK-Konstruktionsrichtlinien mit ein. Um eine Auswahl treffen zu können, wurden die einzelnen Konzepte mittels eine Bewertungstabelle, beurteilet. Für die Anbindung stellte sich ein Kombination aus zwei bestehenden Konzepten als herausragend dar. Hierbei ist der Aufbau einmal durch feste Schraubverbindungen mit dem Fahrgestellrahmen verbunden, des Weiteren sind elastische Lagerungen zwischen Aufbau und Lkw vorhanden, welche den Einsatz im unbefestigten Geläuf ermöglicht. Für die Fahrten auf ausgebauten Straßen, kann die elastische Lagerung mittels einer Verriegelung als starre Verbindung ausgeführt werden. Um den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Gewicht und thermischer Isolation Rechnung zu tragen, sollte die Kabine mittel Faserverbundkunststoffen gefertigt werden. Eine Konstruktion in Sandwichbauweise erwies sich als beste Möglichkeit. Die ausgewählten Konzepte wurden anschließend in der Konstruktion umgesetzt. Dabei wird die eigentliche Kabinenstruktur aus einzelne Sandwichplatten zusammengesetzt. Innerhalb der Konstruktionsphase wurden die bestehenden Anforderungen und Wünsche, falls diese technisch und wirtschaftlich umsetzbar waren, einbezogen. Es entstanden FVK-Sandwichplatten, welche aus GVK-Deckschichten und einem PUR-Hartschaum-Kern bestehen. Durch Klebung miteinander werden die Platten zur Kabine gefügt werden. Nach Fertigstellung des CAD-Modells wurde deren Festigkeit mittels einer FEM-Analyse geprüft. Die dafür notwendigen Randbedingungen wurden durch das erstellte Lastenheft vorgegeben. Eine Vorbetrachtung des Fahrgestellrahmens wurde durchgeführt, weil die aus dem durchgeführten Verschränkungstest gewonnenen Ergebnisse nicht für die Simulation verwertet werden könnten. Es wurden verschiedene Lastfälle durchgeführt. Diese unterschieden sich in den Punkten Betrag der einwirkenden Kraft, Krafteinleitungspunkte sowie in der Anzahl der angreifenden Kräfte. Dabei zeigte sich, dass eine Kraft von 120.000 N, diese entspricht der Kraft, welche die zweimalige maximale Zuladungsmasse als Gewichtskraft einbringen würde, für ausreichend betrachtet werden kann. Anschließend wurden erste Simulationen an der Kabine durchgeführt. Die angreifende Kraft wurde von den Vorbetrachtungen übernommen auch der Krafteinleitungspunkt wurde dementsprechend ausgewählt. Die aufgestellten Randbedingungen wurden berücksichtigt. Es ist eine FVK-LKW-Wohnkabine nach den Bedürfnissen des Nutzers entstanden, welche ohne den Einsatz eines Stahlzwischenrahmens an den LKW angebaut werden kann. Die Festigkeit ist nachgewiesen wurden.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Vergleich der Verbundwerkstoffe kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK). Dabei werden die mechanischen Eigenschaften der Materialien gegenübergestellt. Mithilfe der klassischen Laminattheorie (CLT) werden zu Beginn der Arbeit Materialkennwerte rechnerisch ermittelt. Diese werden anschließend mit den aus den Zug- und Biegeversuchen ermittelten Kennwerten verglichen, um praxisnahe Korrekturfaktoren für die Berechnung der klassischen Laminattheorie zu erhalten. Die gemessenen Kennwerte bilden die Grundlage für eine FEM-Simulation 3-dimensionaler Faserkunststoffverbundbauteile. Das Material-verhalten unter mechanischer Belastung wird im Experiment geprüft und mit den Ergebnissen der Simulation verglichen.

Die Zündkerze sorgt mit der Erzeugung des Funkens für die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Ottomotor. Der durch den Funken hervorgerufene Materialabtrag an den Elektroden begrenzt Ihre Lebensdauer. Daher wurden in dieser Arbeit Funkenerosionsuntersuchungen an einer Iridiumbasislegierung für zwei verschiedene Zündsysteme durchgeführt. Es wurde unter Einstellung definierter Randbedingungen das Verschleißverhalten in Abhängigkeit des Elektrodenabstandes und des Drucks untersucht und interpretiert. Die Funkenerosionsuntersuchungen der Proben erfolgten mittels eines speziell entwickelten Funkenerosionsprüfstandes, welcher im Rahmen dieser Arbeit umgebaut und erweitert wurde. Die Untersuchungen des Verschleißverhaltens einer Iridiumbasislegierung haben ergeben, dass die verschleißbestimmenden Kriterien vom gewählten Zündsystem abhängig sind. Bei beiden Zündsystemen zeichnete sich unter Zunahme des eingestellten Drucks ein erhöhter Verschleiß am Material ab. Bei Variation des Elektrodenabstandes zeigten die beiden Zündsysteme hinsichtlich ihrer Verschleißeinwirkung auf die Iridiumbasislegierung eine gegenläufige Tendenz. Während die Zunahme des Elektrodenabstandes beim kapazitiven Zündsystem mit einem steigenden Verschleiß einher ging, so stellte sich beim induktiven Zündsystem eine Verringerung des Verschleißes dar. Die Zündspannung hat sich als ein mögliches verschleißbestimmendes Kriterium beim kapazitiven Zündsystem herausgestellt. Beim induktiven Zündsystem zeichnete sich die Dauer der Nachentladungsphase als ein mögliches verschleißbestimmendes Kriterium ab.

In der Klebtechnik ist der Zusammenhalt des Klebeverbunds maßgeblich von seinen Adhäsionseigenschaften abhängig. Das Beizen gilt als eine der effektivsten Vorbehandlungsmethoden von Aluminiumoberflächen. Aufgrund der immer strengeren Umweltauflagen sowie stetig steigenden Anforde-rungen an eine Aluminiumklebung werden in der vorliegenden Arbeit alternative Vorbehandlungsmethoden zur Verbesserung der Adhäsion von Epoxidharzklebstoffen an Aluminiumoberflächen analysiert. Dazu werden Aluminiumsubstrate vor dem Fügen mittels Epoxidharzklebstoff physikalischen, chemischen sowie mechanischen Vorbehandlungsmethoden unterzogen. Die Auswirkungen der jeweiligen Vorbehandlungsmethode werden u.a. mittels einer REM-Analyse, einer Lichtmikroskopie sowie eines Schertests beurteilt. Die Resultate der untersuchten Aluminium/Epoxidharz-Verbunde weißen einen engen Zusammenhang der Haftfestigkeit mit der Oberflächenstruktur auf. Je zerklüfteter die Aluminiumoberfläche ist, desto besser ist die adhäsive Bindung. Demzufolge sollte bei weiteren Untersuchungen von Aluminiumklebungen der Fokus auf der Oberflächenstrukturierung liegen.

Um die Beständigkeit metallischer Bauteile gegen korrosive Angriffe von Säuren und Wasser zu schützen, werden diese über ein atmosphärisches CVD-Verfahren bei mittlerer Temperatur mit einer Siliciumoxidschicht versehen. Die Aufgabe bestand darin den Beschichtungsprozess zu optimieren, mit dem Ziel die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Reaktionsmechanismen der eingesetzten Precursoren bilden die Grundlage für die Interpretation von Versuchen mit verschiedenen Kombinationen der relevanten Beschichtungsparameter. Infolge dessen wurden die Versuchsparameter standardisiert und unter Verwendung neuer Precursoren angewendet. Als Haupteinflussgröße zur Verbesserung des Beschichtungsprozesses konnte die Anströmung der Bauteile ermittelt werden. Bei der Untersuchung der unterschiedlichen Precursoren zeigte sich, dass eine Precursorkombination mit gezielter Variation der Seitenketten bezogen auf die Zielsetzung Korrosionsschutz die besten Resultate erzielte.