Miniaturisierte Druckerzeugung für fluidisch durchstimmbare Membran-Mikrolinsen. - 39 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Adaptive Mikrolinsen haben eine große Bedeutung für mobile Systeme, wobei besonders membranbasierte Mikrolinsen einen großen Verstimmbereich bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen abdecken können. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine solche membranbasierte Mikrolinse vorgestellt, die mit einer integrierten Pumpeinrichtung arbeitet. Sie basiert auf dem thermo-pneumatischen Prinzip, wobei eine thermische Entkopplung zwischen der geheizten Struktur und dem optischen Pfad realisiert wird. Das System wird als hybrider Aufbau aus Keramik und Silizium entwickelt. Es wird hinsichtlich der Temperaturverteilung bei Leistungseintrag, der Verformung der Membran und der optischen Eigenschaften bewertet. Das Mikrosystem zeichnet sich durch ein großes Temperaturgefälle über der Keramik von der Heizstruktur zum optischen Pfad, einen gut ausgenutzten Verformungsbereich der Membran sowie durch gute optische Eigenschaften in einem großen Brennweitenbereich aus. Eine thermische Entkopplung durch räumliche Trennung zweier Strukturen in einem Mikrosystem ist demnach möglich.
Experimentelle Evaluierung von Extruderschneckensimulationen mit REX. - 81 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Arbeit wurde eine Evaluierung des Extrudersimulationsprogrammes "Rechnergestütze Extruderauslegung" durch den Vergleich mit Versuchen durchgeführt. Zusätzlich wurde in kleinerem Umfang das Simulationsprogramm "Virtual Extrusion Laboratory" mit den durchgeführten Versuchen verglichen. Zur Durchführung der Versuche wurden die signifikanten Einfluss- und Zielgrößen bestimmt. Für die Messung der Zielgrößen wurden verschiedene Messmethoden analysiert und bewertet. Weiterhin werden die verwendeten Modelle, der Simulationen, kurz vorgestellt. Anhand der Vorgehensweise bei der Simulation wird eine Vorgehensweise vorgestellt, um praxisnahe Simulationen zu erhalten. Für den verwendeten Extruder werden, anhand der Produktionsanforderungen, der kritischen Prozesswerten und der Simulation, Vorschläge zur Optimierung vorgestellt.
Untersuchung des Druckverlaufs und Auswirkungen der Stickstoffbeaufschlagung im "Nitro-Hotfill-Prozess". - 139 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung des Druckverlaufes bei der Stickstoffbeaufschlagung im Nitrohotfill-Prozess und die Auswirkung dieser Stickstoffbeaufschlagung auf Nitrohotfill-Flaschen der KRONES AG. Im Zuge des Ligtweighting für heißabgefüllte Getränke wurde ein neues Verfahren entwickelt, bei dem der entstehende Unterdruck nach Abkühlung des Füllgutes durch den Einsatz von flüssigem Stickstoff kompensiert wird. So wird eine inerte Atmosphäre im Kopfraum der Flasche aufrechterhalten. Im Gegensatz zu diesem Produktionsprozess werden die Untersuchungen der Flaschen im Labor mit Druckluft an Stelle von flüssigem Stickstoff durchgeführt. Diese Versuchsanordnung führt im Vergleich mit dem Produktionsprozess zu unterschiedlichen Ergebnissen. Mittels experimenteller Untersuchungen soll herausgefunden werden, woher diese Unterschiede kommen. Dafür werden die Druckkurven für die verschiedenen Prozesse aufgenommen und in den einzelnen Phasen des Prozesses analysiert. Durch diese Vorgehensweise soll für das Labor eine verbesserte Methode zur Druckbeaufschlagung entwickelt und umgesetzt werden. Alternativ wird ein Konzept für die Integration des N2-Injektors in den vorhandenen Testfüllstand entwickelt werden. Mittels Design of Experiments wird versucht, allgemeingültige Aussagen über den Nitrohotfill-Prozess zu erlangen und in Korrelationskurven festzuhalten. Dazu werden verschiedene Einflüsse wie PET-Material, Flaschengeometrie, Füllstandpegel, Abfüllgeschwindigkeit zwischen Beaufschlagung und Verschließen, Abfülltemperatur und Füllmedien untersucht.
Charakterisierung einer hochfesten Aluminiumlegierung AA7021 auf das Korrosions- und Crashverhalten für die Anwendung im Automobilbau. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Rahmen dieser Bachelorthesis wird die höchstfeste Aluminiumknetlegierung AA7021 bzgl. ihrer Korrosionsbeständigkeit und Crashtauglichkeit überprüft und entsprechend charakterisiert. Die Legierung wird mit unterschiedlichen Blechvarianten (Monoblech, walzplattiertes Blech) und Wärmebehandlungsarten (T4, T79) untersucht. Im ersten Abschnitt der Thesis werden die Prüfbleche nach dem Durchlaufen unterschiedlicher Korrosionstests (KWT-DC, VDA, CASS) makroskopisch und mikroskopisch analysiert. Hierbei liegt der Prüfungsschwerpunkt auf den Korrosionserscheinungen (insbesondere der Spannungsrisskorrosion) und dem Vergleich der Korrosionsausprägung zwischen Blechen mit und ohne eine Walzplattierung. Der zweite Abschnitt befasst sich mit den Crasheigenschaften der verschiedenen Blechvarianten der AA7021. In diesem Versuchsteil erfahren die clinchgeklebten Doppelhutprofile den quasistatischen Stauch- sowie den Drei-Punkt-Biegeversuch. Der Fokus liegt hierbei auf der maximalen Festigkeit, dem Energieabsorptionsvermögen und dem Rissverhalten der Profile. Letzterem werden zwei werkstofftechnische Kennwerte (Biegewinkel, Bruchdehnung) gegenübergestellt und auf evtl. Korrelationen überprüft. Die Ergebnisse der Korrosionsuntersuchungen veranschaulichen die Schutzwirkung der Walzplattierung vor Spannungsrisskorrosion im Grundmaterial, mit Ausnahme der Bereiche an den Blechrändern. Des Weiteren ist eine Richtungsabhängigkeit der Spannungsrisskorrosion festzustellen, sowie Loch- bzw. Muldenkorrosion bei allen Blechvarianten. Im Falle der Crashtauglichkeit wurde deutlich, dass die Legierung AA7021 Potenzial für die Anwendung hat, wobei die Monobleche ein besseres Rissverhalten aufweisen als die walzplattierte Variante. Korrelationen zwischen dem Rissverhalten und den mechanischen Kennwerten konnte nicht festgestellt werden, sodass sich keine aussagekräftigen Rückschlüsse auf die Crasheigenschaften der Legierung ziehen lassen.
Untersuchung zur Energieabsorption an Kunststoff-Metallschaum-Hybridmaterialien. - 76 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Bachelorarbeit wurden die Grundlagen für eine Prüfmethode mit Hilfe von Druckstempeln an Kunststoff-Metallschaum-Hybridmaterialien erarbeitet, um durch diese Energieabsorptions-Kenndaten bestimmen zu können. Dafür wurden zunächst Vorversuche an Aluminiumschaum durchgeführt, um den Einfluss der Stempeldruckfläche und der Stauchungsrate auf die Messung zu analysieren, zusätzlich konnte die Prüfmethode genauer untersucht werden. Anschließend wurden Stempeldruckuntersuchungen an den Hybridmaterialien durchgeführt und die Energieabsorptionsfähigkeit bestimmt. Bei der Auswertung der Versuche zeigte sich, die gegenüber reinem Metallschaum erwartete, deutlich gesteigerte Fähigkeit der Kunststoff-Metallschaum-Hybridmaterialien, Energie durch plastische Verformung absorbieren zu können. Die Stempeldruckprüfung ist gut dafür geeignet, die speziellen Eigenschaften der Hybridproben darzustellen. Bei Anwendung der Methode werden die Proben allerdings nicht durch reine Druck-, sondern mit einer speziellen kombinierten Belastung gestaucht, wodurch die Vergleichbarkeit der Kenndaten eingeschränkt wird.
Konzeption und Entwurf eines elektrischen angetriebenen Kernzugs für Spritzgießwerkzeuge. - 141 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Spritzgießprozess werden Hinterschneidungen in Formteilen oftmals mittels Kernzügen realisiert. Deren Antrieb erfolgt, aufgrund der großen Leistungsdichte, bislang hydraulisch, was in Hinblick einer elektrischen Spritzgießmaschine einen Mehraufwand sowie verschiedene Nachteile bedeutet. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit dem Entwurf einer Prototypenbaureihe eines elektrischen Kernzugantriebs. Die Hauptaufgabe eines Kernzugantriebs liegt in dem Ziehen (Entformen) und dem Zustellen von Kernen. Ausgehend von den am Markt erhältlichen Kernzug-Hydraulikzylindern, Entformungskraftberechnungen an Beispielformteilen sowie Gesprächen mit Werkzeugherstellern werden die Parameter für eine elektrische Lösung definiert. Verschiedene Lösungskonzepte werden miteinander verglichen, mit dem Ergebnis, dass ein mutterseitig angetriebener Rollengewindetrieb mit Getriebemotor die optimale Lösung darstellt. Anhand von Auslegungsrichtlinien sind die wesentlichen Komponenten berechnet. Die in Gruppen unterteilte Betrachtung der Konstruktion zeigt schließlich die Umsetzung des gewählten Konzeptes und die Verbindungen zwischen den zuvor berechneten Komponenten mit dem Gesamtantrieb.
Vergleich verschiedener hydraulischer Antriebskonzepte an Spritzgießmaschinen durch Simulation. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Maschinenbau und speziell in der Spritzgießtechnik, wo hohe Kräfte und gleichzeitig hohe Geschwindigkeiten gefordert sind, werden neben elektrischen Antrieben hydraulische Antriebskonzepte eingesetzt. Diese sollten die geforderten Ansprüche Maschinenproduktivität und besonders Energieeffizienz erfüllen und somit die Energieressourcen sichern. Mit Hilfe von Simulationsmodellen ist es möglich, Leistungs- und Energieberechnungen durchzuführen. In dieser Arbeit werden nach einem Einblick in die hydraulische Antriebstechnik verschiedene Antriebssysteme auf Simulationsebene dargestellt und mit Messungen verifiziert. Einen wesentlichen Anteil der Arbeit stellt dabei die Simulationsumgebung Virtuos dar, mit der die einzelnen Simulationen erstellt wurden. So werden die Antriebskonzepte Asynchronmotor mit Axialkolbenpumpe und Synchronservomotor mit Konstantpumpe beschrieben und mittels vorhandener Wirkungsgradkennlinien für den elektrischen Motor und die Hydraulikpumpe auf Simulationsebene erstellt. Mit den Simulationen ist es möglich, die Energieverbräuche in einem bestimmten Betriebspunkt bzw. über einen Spritzgießzyklus zu berechnen. Es lässt sich somit über einen Simulator der Leistungsverlauf eines Zyklus vor der Fertigung einer Spritzgießmaschine erstellen. D. h. es werden die existierenden Antriebskonzepte aus energetischer Sicht verglichen. Dank dieses Vergleichs kann eine Aussage über die Effektivität des jeweiligen Antriebskonzeptes getroffenen werden. Im Weiteren dienen die erstellten Simulationen zur vereinfachten Berechnung. Mit diesem können über die Eingabe zyklusspezifischer Parameter die Leistung und der Energieverbrauch ermittelt werden.
Untersuchung des Einflusses einer Wärmebehandlung auf das Umformpotential der hochfesten Aluminiumlegierung AA7021 im Automobilbau. - 86 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Aufgrund des Klimawandels und gestiegener Energiepreise, sind in den letzten Jahren die Themen Umweltfreundlichkeit und Energieeffizienz zunehmend in den Fokus des öffentlichen Interesses gerückt. In Rahmen verschiedener Abkommen hat sich ein Großteil der Weltstaaten darauf geeinigt, die Treibhausgasemissionen (z.B. CO2) drastisch zu senken. Auch die Automobilindustrie ist verpflichtet, den Treibstoffverbrauch deutlich zu verringern. Die Reduzierung des Fahrzeuggewichts durch Leichtbau, insbesondere durch Werkstoffleichtbau, spielt eine wichtige Rolle. Großes Potential hat dabei der Einsatz von Aluminiumlegierungen. Diese zeichnen sich vor allem durch ihre sehr gute spezifische Festigkeit und Recyclingfähigkeit aus. Im Bereich der Blechumformung ist der Einsatz von Aluminium jedoch bis heute durch die werkstoffbedingten Grenzen der Umformbarkeit eingeschränkt. Durch den Einsatz von Wärme vor oder während der Blechumformung können diese Verfahrensgrenzen erweitert werden. Dadurch kann die Komplexität der darstellbaren Blechformteile erhöht werden. Im Rahmen der Bachelorarbeit wird der Einfluss einer Wärmebehandlung auf das Umformpotential der hochfesten Aluminiumlegierung EN AW-7021 untersucht. Schwerpunkt ist die systematische Betrachtung von zwei verschiedenen Prozessketten (ein- bzw. zweistufiger Umformprozess). Dazu wird der Einfluss verschiedener Temperaturen und Prozessabläufe auf die mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit untersucht. Die Charakterisierung des Umformpotentials erfolgt über Zugversuche (Dehngrenze Rp0,2 und Bruchdehnung A80) und Plättchenbiegeversuche (Biegewinkel α). Des Weiteren wird die Auswirkung von unterschiedlichen Erwärmungstechnologien (Ofenerwärmung, induktive Erwärmung) untersucht. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere mittels des einstufigen Umformprozesses bei hohen Temperaturen, die Umformbarkeit im Vergleich zur Kaltumformung um bis zu 100 % gesteigert werden kann. Zwischen den beiden Erwärmungstechnologien sind nur geringe Unterschiede festzustellen.
Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme eines Torsionsprüfstandes. - 113S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Lösungskonzept für die Umsetzung eines Prüfstandes, dessen Aufgabe darin besteht, Erkenntnisse über Eigenschaften, wie zum Beispiel das Torsionsmodul, faserverstärkter Kunststoffprofile zu gewinnen und deren zugrundeliegende Parameter, wie etwa den Faserlagenaufbau zu verstehen. Der Prüfstand wird in eine vorliegende Peripherie integriert und eine Messkette impliziert, wobei ein automatischer Messablauf sowie eine entsprechende Datenausgabe verwirklicht werden. Weitestgehend wird in der Arbeit auf die Methodik und gleichermaßen auf die fachlichen Zusammenhänge bei der Entwicklung einer Maschine eingegangen. Als Ergebnis der Analyse der bestehenden Vorgaben und der folgenden eigenen Aufgabenpräzisierung und Funktionsanalyse werden zunächst erforderliche Gestaltforderungen und physikalische Lasten festgelegt sowie deren Bedeutung und Einflussparameter untersucht. Erforderliche Formeln und Funktionen werden hergeleitet und erklärt. Als Resultat der vorhergehenden Betrachtungen stehen ein theoretisches Konstrukt und eine Prinzipvariante für einen Torsionsprüfstand, die in der folgenden Arbeit mit einem 3D-Zeichenprogramm als finales Lösungskonzept umgesetzt werden. Dieses Konzept muss vorhergehend ermittelten technischen und wirtschaftlichen Bewertungskriterien genügen.
Herstellung und Charakterisierung von Graphen-Side-Gate-Transistoren. - 52 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Side-Gate-Transistoren aus Graphen hergestellt und charakterisiert. Die Gliederung umfasst die Hauptpunkte Graphenherstellung, U-I-Kennlinien und Streukapazitäten der Side-Gate-Strukturen. Die Herstellung des Graphens erfolgte über einen Hochtemperaturprozess für das epitaktische Wachstum auf dem Si-Face eines 6H Siliziumkarbidsubstrats unter Argonatmosphäre. Der Heizprozess wurde dabei zweimal in einer speziell angefertigten Graphitbox durchlaufen. Im ersten Schritt wurde die Probe zusätzlich von einer Graphit-Abdeckung abgedeckt, um Stufenwachstum zu fördern. Im zweiten Schritt wurde die Abdeckung entfernt und so das Graphenwachstum ermöglicht. Die Side-Gate-Bauelemente wurden in mehreren geometrischen Parametern variiert. Der Schreibprozess erfolgte mittels Elektronenstrahllithografie und die Strukturierung über bekannte chemische Prozesse der Halbleitertechnologie. Von den vierundzwanzig produzierten Bauelementen waren zwölf funktionstüchtig und konnten elektrisch charakterisiert werden. Die Ausbeute für Strukturen mit kleinem Gate-Abstand kann noch optimiert werden, wenn der Interproximity-Effekt abgeschwächt oder unterbunden werden kann. Es wurden erstmals U-I-Kennlinien von Graphen-Side-Gate-Transistoren vorgestellt. Die Auswertung dieser Kennlinienfelder ergab die zu diesem Zeitpunkt besten Steilheiten für Graphen-Feldeffekttransistoren in Side-Gate-Bauweise mit 582 S/m und 511 S/m. Die erreichten Steilheiten sind trotz nicht optimiertem Design und deutlich größerem Gate-Kanal-Abstand vergleichbar mit denen von Graphen-Top-Gate-MOSFETs. Über ein theoretisches Modell zur Beschreibung von Streukapazitäten konnte die Wirkung der drei Designparameter Gate-Breite, Gate-Kanal-Abstand und Kanalbreite veranschaulicht werden. Eine abgeleitete Parametrisierung aller Strukturen ergab dabei, dass die Gate-Breite keinen Beitrag zur spezifischen Streukapazität leistet und somit die Steilheit nicht beeinflusst. Des weiteren konnte nachgewiesen werden, dass die spezifische Streukapazität eine antiproportionale Abhängigkeit vom Gate-Kanal-Abstand sowie von der Kanalbreite aufweist. Es hat sich zusätzlich herausgestellt, dass die Kanalbreite der dominante Parameter in Bezug auf die Optimierung der Steilheit ist. Warum die beiden Bauelemente mit den besten Steilheiten sich sehr stark von den übrigen gemessenen Strukturen abheben, konnte im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht geklärt werden. Weder die Abhängigkeit der Geometrie, noch die Abhängigkeit der spezifischen Streukapazität ließen eine Schlussfolgerung zu.