Bachelorarbeiten

Kunststoffe erlangen eine immer stärkere Bedeutung als leistungsfähiger Konstruktionswerkstoff. Bei der Herstellung von Kunststoffbauteilen durchlaufen die Kunststoffe eine Reihe von Fertigungsschritten. Die chemische Industrie als Rohstoffhersteller, erzeugt die Ausgangsprodukte wie Granulate oder Pulver. Diese wiederum werden von Aufbereitern und Compoundierern veredelt. Um schließlich bei Kunststoffverarbeitern zu Halbzeugen und Fertigprodukten verarbeitet zu werden. Aufgrund ihres Aufbaus müssen Kunststoffe bei jedem Arbeitsschritt aufgeschmolzen werden, um diese zu verarbeiten. Gleichzeitig schädigt die thermische Belastung die innere Struktur der Kunststoffe. Dieser Prozess lässt sich nicht vermeiden, da Kunststoffprodukte mit Urformverfahren wie Spritzgießen, Extrusion und Schäumen hergestellt werden. Um die thermischen Belastungen durch die Verarbeitung zu verringern und dabei die Eigenschaften von Kunststoffprodukten zu verbessern, werden die Prozessparameter der Fertigungsverfahren vermehrt durch Simulationen ermittelt. Für aussagekräftige Simulationen werden jedoch Materialkennwerte benötigt, die die Eigenschaften der Kunststoffe beim Verarbeitungsprozess widerspiegeln. Ziel dieser Arbeit war ein Prüfstand zu entwickeln, der in der Lage ist, die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen nahe den Bedingungen beim Spritzgießprozess zu ermitteln. Genauer bedeutet dies, dass die Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit der Temperatur und auch in Abhängigkeit des Druckes bestimmt werden soll. Im Zuge dieser Aufgabe wurden eine Reihe von Methoden vorgestellt, wie die Wärmeleitfähigkeit gemessen werden kann. Um anschließend aus der geeignetsten Methode ein Konzept zu entwickeln, wie diese Methode konstruktiv umgesetzt werden kann. Ergebnis des Konzeptions- und Konstruktionsprozess ist der Technische Entwurf am Ende dieser Arbeit.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich, einerseits mit der werkstofftechnologischen Optimierung der fotostrukturierbaren Gläser FS21 und Foturan und andererseits mit dem Design von Strahlführungselementen, auf Basis eines vorgegebenen Sensoraufbaus, in ein monolithischen Glasbauteils. - Die werkstofftechnologische Optimierung widmet sich der Erhöhung der IR-Strahlungsabsorption und der Erzielung eines feinkörnigen Gefüges der fotostrukturierbaren Gläser. Die Modifizierung, der einzustellenden Eigenschaften, fand über den Fotoformprozess statt. Anhand verschiedener experimenteller Methoden wurde der Einfluss der Belichtungsenergiedichte und der Temperzeit auf die einzustellenden Eigenschaften des Glases analysiert. Zum Erreichen eines feinkörnigen Gefüges wurde der Schwerpunkt auf ein einstufiges Temperregime mit einer Haltezeit bei der Keimbildungstemperatur gelegt. Dabei konnte zwischen der Transmissionsminderung der Plasmonenanregung des Silbers, der Kristallgröße und -anzahl einen Zusammenhang hergestellt werden. Aus der Erhöhung der Belichtungsenergiedichte und Temperzeit resultierende Gefügemodifizierung beeinflussen die Größe und Anzahl der Kristalle. - Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den Konzepten zur Integration einer Blendenfunktion und Strahlführungsfunktion sowie zur Herstellung solch eines monolithischen Glasbauteils. Mit der Optiksoftware ASAP konnten zwei Konzepte von Strahlführungselementen auf Basis eines vorgegebenen mikrooptischen Sensoraufbaus erarbeitet werden. Im Zuge einer Recherche wurde ein für den Fotoformprozess geeignetes Verfahren (Variation der Maskentransmission) für die Strukturierung in die Tiefe von fotostrukturierbarem Glas ermittelt. Die für die Strukturierung notwendigen Parameter, wie Belichtungsenergiedichte, Temperzeit und Tempertemperatur wurden bereits im ersten Teil der Arbeit ermittelt. In Verbindung mit den gewonnenen Parametern und der Variation der Maskentransmission konnte ein Konzept zur Herstellung eines mikrostrukturierten Glasbauteils erstellt werden. In der Optik wird großer Wert auf die Oberflächengüte gelegt. Zur Verbesserung der Oberflächengüte wurden abschließend Feuerpolitur-Versuche durchgeführt.

Die Erforschung von High-Tech-Materialien ist für den industriellen Fortschritt unerlässlich geworden. Forderungen nach multiplen Fähigkeiten, Kosteneffizienz, Sicherheit und Umweltfreundlichkeit sind stets ausschlaggebend für innovative Werkstoffe. Konventionelle Werkstoffe reichen oftmals nicht mehr aus, um technisch anspruchsvolle Einsatzgebiete allein abdecken zu können. Daher haben Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde eine enorme Entwicklung durchlaufen und werden sich in Zukunft auch weiter profilieren können. - Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit wurden die Herstellung hybrider Metallschaum-Polymer-Bauteile im Labormaßstab dokumentiert und die Erzeugnisse auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Es handelt sich dabei um Hybrid Bauteile aus Aluminiumschaum und Polypropylen. Die Zielsetzung dieser Arbeit umfasst die Identifikation der Potenziale hinsichtlich Herstellung und Anwendung des Hybridwerkstoffes. Neben der technischen Betrachtung wurden zusätzlich der wirtschaftliche und umwelttechnische Standpunkt als Kriterium hinzugezogen.

Piezo-Aktoren sind Bestandteil der neuesten Generation der Common Rail Injektoren moderner Dieselmotoren. Sie werden auf Grund ihrer hochdynamischen Eigenschaften zum Öffnen und Schließen dieser Common Rail Injektoren verwendet. Ein wesentlicher Fertigungsschritt zur Herstellung eines Piezo-Aktors ist das Lackieren zur Hochspannungsisolation. Im Rahmen der zunehmenden Erfahrung aus dem Serienbetrieb der Lackieranlagen wurden Schwachstellen deutlich. In dieser Arbeit werden diese Schwachstellen der Serien-Lackieranlagen detailliert analysiert, welche mit dem Aufbau einer Versuchslackieranlage verbessert werden sollen. Neben der Erprobung neuer technischer Komponenten, werden auch Veränderungen im Prozessablauf vorgenommen und deren Einfluss ermittelt. Dabei werden ein neuer Pumpenmechanismus sowie ein alternatives System zur Beförderung des Isolationslackes untersucht. Weiterhin wird die Ausbildung der Lackgeometrie eines Piezo-Aktors durch verfahrenstechnische Maßnahmen nachhaltig verbessert. Um Lufteinschlüsse im Isolationslack zu entfernen, wird im System eine Vakuumpumpe integriert. Als weitere Schwachstelle zeigt sich der Eintrag von Fremdpartikeln in den Isolationslack, was durch den Entwurf eines neuartigen Konzeptes der Lackieranlage optimiert werden soll. Die quantitative Ausbringung der Serien-Lackieranlagen kann durch Vorschläge zur Reduzierung der Taktzeit gesteigert werden. Durch technische und wirtschaftliche Kriterien wird ein Vergleich zwischen Serien- und Versuchslackieranlage durchgeführt, der eine Aussage ermöglicht, welche Maßnahmen im Serienprozess sinnvoll verwendet werden können.