Ausschussreduzierung bei der Herstellung von folienhinterspritzten Formteilen für Automobile Bedienelemente. - 80 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der Herstellungsprozess von Einlegefolien für das Kunststoffhinterspritzen beinhaltet eine Vielzahl an einzelnen Arbeitsgängen. In dieser Arbeit wurden die Prozessschritte der Einlegefolienherstellung analysiert und hinsichtlich ihres Einflusses auf die Qualität der Endprodukte bewertet. Der Schwerpunkt lag hier auf der Verschmutzung durch Stanzprozesse sowie die Gütebestimmung einer UV-aushärtbaren Acrylatschicht, welche auf die Folien aufgebracht ist. Nach UV-Härtung hat diese Schicht hervorragende Eigenschaften wie Kratzbeständigkeit oder die Resistenz gegen chemische Einwirkungen. Durch Prozessversuche an den Folien und durch verschiedene Messreihen konnte der Einfluss einiger Faktoren ausgeschlossen werden. Weiterhin wurde mit dem instrumentierten Eindringversuch ein Verfahren gefunden, mit dem die Aushärtung der Acrylatschicht qualitativ gemessen werden kann. Es konnte experimentell der Zeitpunkt der vollständigen Aushärtung nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen konnten Qualitätsmessgrößen erarbeitet werden, auf deren Basis Vorschläge zur Steigerung der Qualität der Einlegefolien erstellt werden konnten.
Schmiermittelarme Rollen- und Flyerketten erzeugt durch chemische Dispersionsabscheidung. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Der Einsatz von mineralölhaltigen Schmiermitteln bei Rollen- und Flyerketten (technische Ketten, die Kräfte und Bewegungen übertragen sollen) kann durch den Einbau von Trockenschmiermitteln in eine metallische Verschleißschutzbeschichtung reduziert werden. Zudem verringern sich die Kosten für aufwendige Nachschmierungen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit selbstschmierenden Schichten, bei der eine Mitabscheidung von PTFE und MoS2 in eine chemische Nickel-Phosphor-Matrix untersucht wird. Als Nickelelektrolyten wurden ein Ansatz der Firma HSO sowie ein Ansatz aus der Literatur gewählt. Es wurden zylindrische Proben mit einem standardisierten Elektrolytprüfstand des Fraunhofer IPA beschichtet. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Partikelgehalt im Elektrolyten und hydrodynamische Effekte einen deutlichen Einfluss auf die Schichtdicke, den Einbau und die Verteilung der Partikel im Überzug sowie die Härte ausüben. Neben diesen Versuchen erfolgten weitere Beschichtungen von Nickel-Phosphor-PTFE-Schichten mit standardisierten Profilkörpern des Fraunhofer IPA. Anhand dieser Proben wurden Verschleißtests durchgeführt. Dabei ergab sich, dass der Reibwert bei einer Mitabscheidung von PTFE um ca. 65 % verringert wurde.
Beschreibung des Schwindungsverhaltens duroplastischer Harzsysteme in geschlossenen Formprozessverfahren. - 109 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der heutigen Industriegesellschaft ist es wichtig Bauteile kostengünstig und mit hoher Qualität herzustellen um wettbewerbsfähig zu sein. Die Prozessoptimierung zur Erhöhung der Bauteilqualität hat deshalb auch bei den faserverstärkten Kunststoffe (FVK) einen hohen Stellenwert. Die größte Beeinträchtigung der Bauteilqualität geht dabei von der Schwindung der Harzmatrix aus, wodurch es zum Verzug der FVK-Bauteile kommt. Damit hat der Schwindungsfaktor gleichsam die größte Verbesserungswürdigkeit. Deswegen wurde sich in dieser Arbeit der Auswirkung der Schwindung von duroplastischen Harzsystemen und deren Beeinflussung durch äußere Einflussfaktoren gewidmet. Anhand von Experimenten wurde der Einfluss der Temperatur-Zeit-Einstellung auf die Volumenschwindung untersucht. Darauf aufbauend wurde eine optimierte Prozessführung zur Schwindungsreduzierung entwickelt, die auf einen isothermen Härtungsverlauf und der Minimierung der physikalischen Schwindung ausgerichtet ist. Die auf das spezifische Harzaushärtungsverhalten angepasste Prozessoptimierung zur Schwindungsreduzierung wurde abschließend auf die Herstellung von glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen im RTM-Prozess (Resin Transfer Moulding) angewendet.
Analyse und Optimierung der Schweißverbindungen zwischen der Hauptnabe und dem Außenlamellenträger IC bzw. dem Außenlamellenträger OC einer Doppelkupplung. - 101 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Das Laserstrahlschweißen als Fertigungsprozess hat in der Industrie an zunehmender Bedeutung gewonnen. Vor allem bei der Herstellung von Doppelkupplungen, in Verbindung mit leistungsstarken Laseranlagen, findet diese Technologie ein breites Anwendungsspektrum. Die Firma BorgWarner Transmission Systems nimmt eine weltweit führende Position in der Entwicklung und Herstellung von nasslaufenden Doppelkupplungssystemen ein. Der moderne und innovative Automobilzulieferer zeichnet sich vor allem durch seine hohen Qualitäts- und Servicestandards aus. In Folge ständig steigender Anforderungen der Kunden an den Lieferanten wird eine stetige Weiterentwicklung vorhandener Produkte verlangt. Dabei ist es umso wichtiger die qualitätsbeeinflussenden Parameter und deren Wirkung zu kennen. Nur so kann ein stabiler Prozess gewährleistet werden. Es ist notwendig flexibel auf Schwankungen im Rahmen der Qualitätssicherung reagieren zu können, um so kontinuierliche Prozesse aufrecht zu erhalten. Die vorliegende Bachelorarbeit liefert eine Optimierungslösung für die Schweißverbindung einer Baugruppe einer Doppelkupplung. Bei der genannten Schweißbaugruppe handelt es sich um das Housing einer Kupplung. Dieses umfasst die Hauptnabe in Verbindung mit den Außenlamellenträgern. Nach einer kurzen Einführung in die Thematik der Doppelkupplungen folgt eine Darstellung theoretischer Grundlagen des Laserstrahlschweißens. Unter Berücksichtigung aller Rahmenbedingungen wurde eine Ursachenanalyse zur Ermittlung der zu untersuchenden Einflussfaktoren durchgeführt. Für die Festlegung der Toleranzgrenzen für die eigentlichen Versuchsreihen wurden Grenzmusterversuch vorgenommen. Mit Hilfe einer geeigneten statistischen Versuchsplanung konnten die Prozessparameter analysiert und definiert werden. Dazu wurde sich der Methode von Dorian Shainin bedient. Diese Art der Versuchsplanung liefert gleichzeitig eine Aussage über die Wechselwirkungen der Einflussgrößen untereinander. Alle Versuchsteile wurden durch eine zerstörende Schweißnahtprüfung untersucht. Dadurch konnten die Parameter mit dem größten Einfluss erkannt werden. Abschließend werden die Ergebnisse im Zuge ihrer Umsetzbarkeit geprüft sowie Aussagen über Ausblick und Folgerung getroffen.
Methoden zur quantitativen Fehlstellenanalyse in Faserverbundbauteilen. - 116 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) kommt es in Folge von unzureichender Faserbenetzung oder Verwirbelungen der Fließfronten sowie durch Beschläge der Fasern aufgrund von Feuchtigkeit zu einer prozessbedingten Ausbildung von Poren. Diese stellen eine Ursache der Verminderung der mechanischen Eigenschaften dar. Durch eine Erhöhung des Sicherheitsfaktors kann dieser Nachteil in der Konstruktion berücksichtigt werden. Jedoch sollte der Anspruch vorhanden sein, durch eine Optimierung der Verfahrenstechnik, wie auch der Qualitätssicherung, diesen Faktor zu minimieren. Die Qualitätssicherung ermöglicht erst die Analyse der Fehlstellen in FVK-Bauteilen, um auf dessen Basis die Prozessparameter hinsichtlich verbesserter Qualität zu optimieren. Aufgrund dessen ist es nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich, dass maximale Leichtbaupotential der FVK auszunutzen. Die folgende Arbeit beschäftigt mit der Analyse von Fehlstellen. Dazu werden verschiedene Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mittels einer Bewertungsmethodik verglichen. Die Verfahren zur Fehlstellenanalyse werden hinsichtlich ihres Potentiales in einem industriellen Einsatzgebiet ausgewählt. Als elementare Bewertungsgrundlagen werden neben ökonomischen Aspekten der jeweiligen Verfahren auch die Fähigkeiten des Personals, wie auch die Genauigkeit, bewertet. Die Analyse der Proben hinsichtlich deren Porenvolumenanteile bzw. deren Fehlstellenverteilung geschieht mit der Thermographie, der Mikroskopie, dem Impuls-Echo-Verfahren und den Röntgenverfahren. Hinzu kommt der Vergleich der rein theoretischen Berechnung des Porenvolumenanteils mit den experimentell ermittelten Anteilen zur Verifizierung einer Tendenz der unterschiedlichen Berechnungsgrundsätze untereinander. Darüber hinaus werden die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Proben mit den entsprechenden Porenvolumenanteilen in Kontext gesetzt, um dahingehend eine Korrelation zu erstellen. Um Proben mit geeigneten Poren für die Analyse herstellen zu können, wird zu Beginn ein entsprechendes Versuchskonzept erstellt, welches sich vorrangig mit der Bildung von Fehlstellen beschäftigt. Auf Grundlage dessen werden die Proben mittels einer Variation der Injektionsdrücke hergestellt. Die These dahinter ist, dass mit steigenden Injektionsdrücken der Fehlstellengehalt abnimmt und die mechanischen Eigenschaften steigen. Des Weiteren werden bei der Analyse die Lage der Poren in den untersuchten Probenkörper berücksichtigt, um eine Aussage über die Fehlstellenverteilung in Fließrichtung treffen zu können. Die Berechnung des Porenvolumenanteils auf Basis von theoretisch ermittelten Kennwerten des Verbundes zeigt im Vergleich zum praktisch berechneten Fehlstellenanteil, dass diese Art der Berechnung aufgrund der Einfachheit ohne Messaufwand ein empfehlenswertes Verfahren ist. Mit Hilfe dessen können vorab erste Abschätzungen getroffen werden, welche die Qualität von Bauteilen beurteilen. Allerdings ist hierbei zu beachten, dass durch unterschiedliche Prozessparameter die wahren von den theoretischen Porenvolumenanteilen abweichen können. Die Berechnungen der Porenvolumenanteile, auf Basis der gemessenen Verbundkennwerte, zeigen eine vergleichbare Tendenz zu den im CT ermittelten Fehlstellenanteilen auf. Somit bestätigen diese Werte die Theorie, dass mit steigenden Injektionsdrücken der Porenvolumenanteil sinkt. Die unter dem Lichtmikroskop vermessenen Porendurchmesser und die daraus bestimmten Porenvolumenanteile korrelieren nur mit den berechneten Fehlstellenanteilen in dem Sinne, dass die Tendenz der ermittelten Werte untereinander gleich sind. Die Ergebnisse des Impuls-Echo-Verfahrens sind zur Ermittlung der Fehlstellen nicht zuverlässig nutzbar. Indessen stellt die Thermographie einen quantitativen Überblick über die Fehlstellenverteilung innerhalb der Proben dar. Dieses Verfahren ist ebenfalls durch die Erstellung der Kosten-Nutzen-Matrix hinsichtlich der Analysegenauigkeit, der ökonomischen Aspekte und der einfachen Handhabung das zu empfehlende Messverfahren. Allerdings ist festzuhalten, dass das 3D-CT die realitätsnahesten Messergebnisse liefert. Dementgegen stehen die hohe Analysedauer und die Kosten einer Messung bzw. der Anschaffung dieses Messgerätes. Die Nachteile des Computertomographen können mittels der 2D-Analyse von Proben reduziert werden. Dabei werden lediglich vereinzelte computertomographische Aufnahmen unterschiedlicher Probenebenen angefertigt und nicht wie beim 3D-CT zu einem 3 dimensionalem Objekt zusammengesetzt. Der Nachteil der 2D-Methode ist die vergleichsweise hohe Streuung der Ergebnisse aufgrund der lokalen Erfassung der inhomogen verteilten Fehlstellen. Die Zugversuche der Prüfkörper quer zur Faserrichtung zeigen, dass mit steigenden Porenvolumenanteilen der E-Modul steigert wobei zugleich die Bruchspannungen vermindert werden. Des Weiteren bestätigt sich die Annahme bei der Prüfung der Proben quer wie auch längs zur Faserrichtung, dass mit steigenden Faservolumenanteilen die Bruchspannungen verbessern. Bei der Analyse der Zugproben in Faserrichtung ist aus den Werten ein idealer Faservolumenanteil zu erkennen, bei welchem die Bruchspannungen ihren Höchstwert einnehmen. Hinzu kommt, dass sich bei den Proben in Faserrichtung analog zum idealen Faservolumenanteil ein idealer Porenvolumenanteil einstellt.
Abscheidung von transparentem und leitfähigem aluminiumdotierten Zinkoxid mit dem Spraypyrolyseverfahren. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung transparenter leitfähiger Schichten aus aluminiumdotierten Zinkoxid (ZnO:Al) mittels Spraypyrolyseverfahren für die Anwendung bei Solarzellen. Die Schichten wurden aus einer Lösung (Methanol und Wasser) auf Siliziumsubstraten abgeschieden. Als Präkursoren wurden Zinkacetat-Dihydrat und Aluminium-Acetylacetonat verwendet. Dabei wurde der Einfluss der Depositions- (200 ˚C bis 350 ˚C) und Tempertemperatur (200 ˚C bis 500 ˚C) auf die elektrischen, optischen, kristallinen und chemischen Eigenschaften untersucht. Die Charakterisierung der abgeschiedenen und getemperten Proben erfolgte mittels 4-Spitzen-Widerstandsmessung, Ellipsometrie, XRD und XPS. Die niedrigsten spezifischen elektrischen Widerstände von 3,3 10^-2 [Omega]cm wurden bei einer Abscheidetemperatur von 300 ˚C und nach einer Temperaturbehandlung in einer 3 %igen Wasserstoffatmosphäre bei 200 ˚C erreicht. Die optischen Konstanten n und k steigen mit Erhöhung der Depositionstemperatur an. Mit wachsender Abscheide- und Tempertemperatur wechselt die Schicht von einer teils amorphen in eine polykristalline hexagonale Wurtzitstruktur. Die Kristalle weisen eine bevorzugte c-Achsenorientierung in Richtung der Oberfläche auf. Trotz einer 2 %igen Aluminium-Präkursorkonzentration in der Lösung konnte in den Proben kein Aluminium nachgewiesen werden. Auf Grund des hohen spezifischen Widerstandes des ZnO:Al sind die Schichten, welche bei niedrigen Temperaturen mit dem Spraypyrolyseverfahren hergestellt und getempert wurden, nicht für die Anwendung bei Solarzellen geeignet.
Messtechnische Untersuchung des Drehmomentenverlaufes entlang einer Extruderschnecke. - 71 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Ein Messaufbau zur die Messung des Drehmomentenverlauf entlang einer Extruderschnecke wird ausgelegt. Zunächst wird ein Überblick über die Funktionsweise eines Extruders gegeben. Anschließend wird dargestellt wie die Messung des Gesamtdrehmoments an Extrudern bisher realisiert wird und auf welche Weise der Drehmomentenverlauf gemessen wird. Um eine Messeinrichtung auszulegen, die eine möglichst geringe Veränderung an Zylinder oder Schnecke erfordert, werden verschiedene Drehmomentmessmethoden betrachtet und das Prinzip der Messung des Phasenwinkels für den Messaufbau gewählt. In der konstruktiven Auslegung des Messaufbaus wird die gesamte Einrichtung in vier Funktionselemente unterteilt: Sensor, Messverstärker, Auswerteschaltung und Auswertesoftware. Diese vier Komponenten werden anhand der jeweiligen Anforderungen ausgelegt. Die entworfene Messeinrichtung wird anschließend in Betrieb genommen. Bei der Inbetriebnahme wird der erwartete Signalverlauf des Messaufbaus mit den vorhandenen Signalverläufen verglichen. Mögliche Störquellen auf den Signalverlauf werden benannt und Maßnahmen formuliert um die Funktionsfähigkeit des Messaufbaus herzustellen.
Einfluss der Probenpräparation auf die EBSD-Analyse von Duplex-Stahl. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde sich mit der metallografischen Präparation zur EBSD-Untersuchung von Duplexstahl befasst. Dabei wurden Proben aus den Materialien Reineisen (ferritische Probe), X2CrNiMoN 22-5-3 bzw. 1.4462 (ferritisch-austenitische Probe) und X2CrNiMo 17-22-2 bzw. 1.4404 (austenitische Probe) untersucht, um das Verhalten der Phasen Ferrit und Austenit hinsichtlich der Präparationsmethoden zu analysieren. Als Präparationsmethoden wurden die Verfahren der mechanischen und elektrochemischen Präparation, sowie der mechanischen Präparation kombiniert mit Vibrationspolieren untersucht. Das Ziel bestand darin, aus den ausgewählten Präparationswegen eine optimale Probenbehandlung zu finden, mit deren Hilfe es möglich ist, einen ferritisch-austenitischen Duplexstahl für eine Phasenanalyse mittels EBSD zu präparieren. Die Ergebnisse zeigten, dass eine mechanische Präparation ungenügend für eine sichere Aussage und somit nicht anzuwenden ist. Die elektrochemische Probenpräparation zeigte für die rein ferritische und rein austenitische Probe jeweils sehr zuverlässige Ergebnisse, für die Duplexstahlprobe jedoch keine Verbesserung gegenüber der mechanischen Präparation. Die dritte Präparationsmethode, die mechanische Präparation in Kombination mit Vibrationspolitur, erzielte für die Duplexstahlprobe sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der CI-, FIT- und IQ-Werte. Die Ursache ist hier in der Topografie, sowie der amorphen Deckschicht zu finden. Aus mechanischer Präparation resultierten geringe Oberflächentopografie, jedoch starke Deformationsschicht. Bei elektrochemischer Präparation wurde keine mechanische Deformation, jedoch eine Oberflächentopografie erzeugt. Die Vibrationspolitur stellte ein geeignetes Mittelmaß zwischen beiden Präparationsmethoden dar: Geringe Deformationsschicht, bei geringer Topografieausbildung. Als Schlussfolgerung kann für diese Bachelorarbeit zusammenfassend die Aussage getroffen werden, dass für optimale Ergebnisse die mechanische Präparation in Kombination mit Vibrationspolitur die besten Ergebnisse für EBSD-Untersuchungen lieferte. Als Ausblick besteht die systematische Untersuchung exakter Parametersätze sowohl für die Probenpräparation, als auch der Einstellungen zur EBSD-Messung, um systematische Fehler bewusst zu eliminieren und Präparations- und Untersuchungszeiten weiter zu optimieren.
Charakterisierung des Einflusses von Feuchte und Oberflächenspannung bei Fasern auf das Tränkungsverhalten. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Schlichte und der Feuchtigkeit auf den Kontaktwinkel, die Tränkungsgeschwindigkeit und die Bildung von Fehlstellen im Faser-Kunststoff-Verbund. Für die Bestimmung des Kontaktwinkels werden verschiedene Messmethoden ausgewertet, wobei die Auswertung eines stehenden Wassertropfens auf dem Glasfasergewebe am aussagekräftigsten ist. Es werden die Schlichten FK144 und FK800 der Firma PD Glasfaser verglichen. Bei der FK800-Schlichte ergibt sich ein tendenziell kleinerer Kontaktwinkel. Ebenso weist das Gewebe mit dieser Schlichte einen kleineren Kontaktwinkel auf. Maximaler und minimaler Feuchtigkeitsgehalt sind bei beiden Schlichten nahezu gleich. In den Tränkungsversuchen in einem Glasbodenwerkzeug zeigen die gesättigten Gewebe zu Beginn der Harzinfusion höhere Fließgeschwindigkeiten. Jedoch entstehen im Vergleich zu den getrockneten Geweben bei den gesättigten mehr Fehlstellen im Faser-Kunststoff-Verbund. Damit ist eine Trocknung der Gewebe vor dem Infusionsprozess zu empfehlen.
Untersuchungen zur Nickelgalvanoformung von kreisrunden Säulen mit hohen Aspektverhältnissen. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
An important process in the microtechnology for the manufacturing of microscale components from plastics, metals or ceramics is the LIGA process, which was developed in the early 1980s at the former Nuclear Research Center Karlsruhe. The acronym is a reference to the eponymous steps (X-ray) lithography (Lithografie), electroforming (Galvanoformung) and molding (Abformung). Current research activities on the optimization of the LIGA process are dealing with an industrial practicable method for replication of LIGA micro parts of high quantity. The examination and elimination of challenges in the implementation of high standards, in the dimensional accuracy of the mold inserts as well as in the choice of material and a practical use for replication, are subject of the dissertation by Dipl.-Ing. J. Heneka. Part of this bachelor thesis is to grow circular columns with a diameter of 50 to 250 microns correctly in cavities of a 400 microns thick PMMA resist layer with nickel and to find reasons for their high failure rate. The substrate seems to be blocked, either by polymeric residues from the resist layer or by hydrogen bubbles that are formed during the electrodeposition process of nickel. Additionally the high aspect ratio of the cavities slows down diffusion processes. Thus the pH-value will rise in the microstructures and cause a precipitation of nickel hydroxide. In preliminary experiments possible influences were examined. Based on its intensity, and the propability of their occurrence, the experiments were limited to three parameters to be examined. From the causes and effects of mass transport conditions at the resist development and the formation of hydrogen during electrodeposition a pretreatment by reactive ion etching (RIE) for an additional removal of resist residues was defined as one of three parameters. Furthermore, the formation of hydrogen during the nickel deposition is to be reduced as much as possible. For this purpose, the effects of a pre-metallization of the conductive ground with gold and two different current densities were examined. Using a statistical experimental design, all three parameters over eight samples were varied in different settings. Using different optical characterization techniques (three-dimensional surface measurement, light and scanning electron microscope), the amount of missing columns in the structured nickel plate was documented. The detected topographic conditions of the nickel layer and the Ti/TiOx-layer were analyzed and assigned to different kinds of influences. In the statistical evaluation of the failure rates of circular structures with high aspect ratios, the main effects of the individual parameters were determined and weighed against their actual influences on the microscopic findings. In the experiments a positive effect was found in the growth of the column at a pretreatment by RIE. Similarly, a low current density during the electroforming with nickel gives rise to a low failure rate. The influence of a gold layer showed only a slight improvement in the growth of nickel columns. Additional considerations for improving the growth of circular columns in the nickel electroforming provide insight into additional ways of reducing the hydrogen formation and the increase of the buoyancy force of individual gas bubbles during the electrodeposition.