Bachelorarbeiten

Ultraschallverfahren sind geeignet für die Untersuchung jeglicher Art von Werkstoffen und haben eine große Bedeutung in der Werkstoffprüfung. Haupteinsatz ist die Dicken- und Fehlerlagenbestimmung. Im Vergleich zu anderen Prüfmethoden, haben Ultraschallverfahren eine geringe Auflösung. Deshalb ist es notwendig eine Verbesserung der Auflösungsgrenze zu erreichen. Neben dem Einsatz von Vorlaufstrecken, kann der Einsatz von Signalverarbeitungsmethoden, wie der Fourieranalyse, und spezieller Hardware Vorteile bringen. Neben der Untersuchung von Werkstücken zur Dicken- und Fehlerlagenbestimmung, kann Ultraschall auch zur Bestimmung von Werkstoffkennwerten, wie dem Elastizitätsmodul und dem Schermodul sowie der Querkontraktionszahl, dienen. Diese Werte können über die Messung von longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten berechnet werden und zeigen eine gute Korrelation mit Referenzwerten der Literatur. Eine Kombination mit der Rauschanteil- und Prüffrequenzfilterung ist zusätzlich möglich. Auch der Schwächungskoeffizient bietet die Möglichkeit der Einschätzung des Zustandes des Werkstoffes. Bei seiner Messung stellt jedoch die Reproduzierbarkeit in Hinblick auf konstante und vergleichbare Ankopplung ein Problem dar. Eine Vorlaufstrecke ist vor allem im Bereich sehr dünner Proben von Bedeutung. Das Impulsecho kann aus dem Betrachtungsbereich entfernt werden und es können sowohl oberflächennahe Strukturen in dickeren detektiert als auch sehr dünne Proben untersucht werden. Hinzu kommt die Möglichkeit mit höheren Verstärkungen unter konstanter Ankopplung im Schallfokus zu arbeiten. Dies hat einen nicht zu vernachlässigenden Qualitätsgewinn der Messungen zur Folge. Der Einsatz von mathematischen Methoden, wie der hier angewendeten Fourieranalyse, erhöht die Qualität der Messdatenauswertung. Durch Filtern hochfrequenter Anteile und dem Bereich der Prüffrequenz können Echos klarer getrennt und besser lokalisiert werden. Damit erfolgt eine bessere Bestimmung der Lage von Materialfehlern und Grenzflächen, bis hin zu der genaueren Messung der Schallgeschwindigkeit. Die physikalische Auflösungsgrenze von [lambda] kann jedoch nicht überwunden werden. Es verbleibt daher eine Abhängigkeit der Auflösung vom untersuchten Material, seiner Schallgeschwindigkeit und der verwendeten Prüffrequenz.

Die Arbeit befasst sich mit dem Gleitverhalten von Kunststoffen auf Sand. Nach einer Literaturrecherche zu vorhandenen Messmethoden der Reibwertermittlung, werden diese an den Anwendungsfall angepasst. Die Methoden werden nach ausgewählten Kriterien bewertet und ausgewählt. Mit einem aufgestellten Versuchsplan werden die Effekte der Einflussgrößen und der Reibwert verschiedener Kunststoffe ermittelt. Die Ergebnisse werden aufgearbeitet und ausgewertet. Weiterhin werden die Reibwerte mit zuvor ermittelten mechanischen Eigenschaften der Kunststoffe verglichen, um zu überprüfen, ob sich Zusammenhänge erkennen lassen. Es werden ebenfalls Versuche zum Abrasionsverhalten der Kunststoffe durchgeführt. Dazu werden mehrere Methoden getestet und bewertet.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Prozessrandbedingungen bei der Herstellung einer Klebeverbindung auf ein Kunststoffteil untersucht. Bei der aufgebauten Fertigungsstraße wird doppelseitiges Klebeband mit Acrylatschaumkern und Acrylathaftklebstoffen auf ein aus PC-ABS-Polymerblend bestehenden Kunststoffteil aufgebracht. Mittels Stirnabzugsversuch werden Haltekräfte unter verschiedenen Bedingungen geprüft. Dazu erfolgt zuerst die Betrachtung des Aufbaus der Klebekraft in Abhängigkeit der Zeit. Anschließend wird untersucht, welchen Einfluss die Formteiltemperatur beim Klebevorgang und welchen Einfluss die Lagertemperatur nach dem Aufbringen der Klebeverbindung haben. Weiterhin werden die Verschmutzungseinflüsse Staub, Fingerabdrücke, ölhaltige Luft und Formschutzmittel untersucht. Alle Tests werden für das Originalmaterial PC/ABS Bayblend T65XF und einem Regenerat PC/ABS Gebablend 65HF durchgeführt. Zuletzt wird die Verpackung auf Tauglichkeit geprüft. Um eine gleichbleibend hohe Qualität der Klebeverbindung zu gewährleisten, werden für die aufgezeigten Ergebnisse Maßnahmen erstellt und diese in einem Gesamtaufbau der Fertigungsstraße realisiert. Dazu wird zusätzlich ein System zur Sortierung von bauähnlichen Kunststoffteilen integriert, sodass eine Verwechslung ausgeschlossen werden kann.

Im Rahmen dieser Bachelor-Thesis werden zinkhaltige AlSi-Druckgusslegierungen untersucht. Hierzu werden die Einflüsse unterschiedlicher Magnesium-, Mangan- und Kupfergehalte hinsichtlich des Aushärtungsverhaltens und der mechanischen Eigenschaften analysiert. Ein Lösungsglühen dient dabei der Homogenisierung der Elemente Zn, Mg und Cu im Aluminium-Mischkristall und der Einformung des eutektischen Siliciums. Die Homogenisierung wird durch theoretische Diffusionsrechnungen und experimentelle EDX-Analysen bestätigt. Des Weiteren wurde durch qualitative Metallographie die Morphologieänderung von eisenhaltigen intermetallischen Phasen in Folge einer Manganerhöhung belegt. Mittels Härte- und Leitfähigkeitsmessungen wurde gezeigt, dass die verschiedenen Magnesiumkonzentrationen Einfluss auf die Kaltaushärtungskinetik haben, wohingegen Mn- und Cu-Zusätze diese nicht signifikant beeinflussen. Bei 120˚C-Warmauslagerung mit vorangegangener Kaltauslagerung ist eine signifikante Beschleunigung der Aushärtungskinetik durch Mg- und Cu-Zusätze zu verzeichnen. Eine zusätzliche 190˚C-Wärmebehandlung vor der 120˚C-Warmauslagerung führt zu einer signifikant schnelleren aber gleichzeitig geringeren Aushärtung durch die Legierungselemente Mg und Cu. Es ist festzustellen, dass ein Mindestgehalt an Magnesium nötig ist, um eine effektive Kalt- und Warmaushärtung bei zinkhaltigen AlSi-Legierungen zu initiieren. Mit zunehmenden Legierungsgehalten von Mg und Cu steigt die Festigkeit und gleichzeitig nimmt die Duktilität ab, was sich insbesondere nach einer Wärmebehandlung für 500 h bei 120˚C zeigt. Durch DSC-Analysen wurden legierungs- und wärmebehandlungsspezifische Ausscheidungsreaktionen festgestellt, die mit thermodynamischen Gleichgewichtsrechnungen und der Literatur verglichen wurden. Demnach kann es sich abhängig von der Legierungszusammensetzung um vielschichtige Ausscheidungs- und Auflösungssequenzen der stabilen und metastabilen Entmischungsstadien des Typs [eta]-MgZn2, β-Mg2Si und Q-Al5Cu2Mg8Si6 handeln.

Um der globalen Erderwärmung entgegenzuwirken versucht die Europäische Union (EU) die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu beschränken. Darauf haben sich die 194 Länder auf der 15. UNKlima Konferenz im Jahr 2007 geeinigt. Nach Meinung der EU kann dieses Ziel mit einem geringeren Ausstoß von Treibhausgasen, vor allem mit der Minderung des mengenmäßig bedeutsamsten Treibhausgas Kohlendioxid (CO2), erreicht werden. Aus diesem Grund beschränkt die EU, die im Verkehr ausgestoßenen CO2 Emissionen Schritt für Schritt. Automobilhersteller, die die Vorgaben der EU nicht umsetzten, müssen Strafzahlungen leisten. Die europäische Automobilindustrie verkauft, auch auf Wunsch des Kunden, weiterhin komfortable und leistungsstarke Fahrzeuge. Daher sind die Automobilhersteller dazu angehalten Wege zu finden, den CO2 Ausstoß zu reduzieren ohne die Wünsche des Kunden zu beschneiden. Eine Möglichkeit CO2 Emissionen zu minimieren besteht in der Reduzierung des Fahrzeugmasse, bzw. der Masse der Fahrzeugkomponenten. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur CO2 Emissionen reduziert werden sondern auch der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann, was sich positiv auf die Konkurrenzfähigkeit des Produktes auswirkt. Das Substituieren von Metallwerkstoffe in Polymere stellt eine Möglichkeit dar die Fahrzeugmasse zu senken. Der Kunststoffanteil in modernen Fahrzeugen steigt stetig. Heutzutage werden sogar Auspuffanlagen aus Polymerwerkstoffen gefertigt [SCH 08]. Auch in Kühlsystemen moderner Fahrzeuge finden sich Polymerwerkstoffe. Jedoch werden Präzisionskomponenten variabler Wasserpumpen immer noch aus Aluminium gefertigt, da günstige Kunststoffe, aufgrund von Diffusionsprozessen den Anforderungen hinsichtlich ihrer Maßhaltigkeit nicht gerecht werden. Anhand eines Regelkolbens, der hohen Anforderungen gerecht werden muss wie, ein enges Toleranzfenster zwischen Regelkolben und Pumpengehäuse, Trennung von Kühlmittel und Umwelt und eine hohe Anzahl an Bewegungszyklen, konnte ein glasfaserverstärkter Kunststoff gefunden werden, der diese Anforderungen erfüllt. Um die Eignung einiger ausgewählter Kunststoffe festzustellen wurden Versuche durchgeführt. So wurde mit der Thermisch-Mechanischen Analyse (TMA) das thermische Ausdehnungsverhalten der Kunststoffe aufgezeichnet. Die Quellung der Polymere in Kühlmittel wurde mit einer 3D-Messeinrichtung bestimmt. Die Feuchtigkeitsaufnahme wurde mit einer Waage dokumentiert, indem die Werkstoffe mehrere Tage in Kühlmittel (Glykol-Wassergemisch) eingelagert wurden. Auch wurde das Alterungsverhalten der Polymere in Kühlmittel aufgezeichnet. Dazu wurde die Brinell-Härte gemessen und Zugversuche durchgeführt. Ein Vyncolit X 6320 (PF GF-60) wurde gefunden, der alle Anforderungen erfüllt. Im Vergleich zum Aluminium Regelkolben besitzt dieser Kunststoffkolben ein um fast 50% geringeres Gewicht und ein finanzielles Einsparpotential von fast 60%.