Bachelorarbeiten

Herklotz, Jamin;
Auslegungsrichtlinien für Frontalzusammenstoß-relevante Fahrzeugbauteile bestehend aus Aluminiumschäumen und faserverstärkten Thermoplasten. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Zielstellung dieser Arbeit ist die Erstellung von Auslegungsrichtlinien für Frontalzusammenstoß-relevante Fahrzeugbauteile. Diese sollen leichtbaugerecht aus Aluminiumschäumen und faserverstärkten Thermoplasten hergestellt werden und eine hohe massenspezifische Energieabsorption aufweisen. Zunächst erfolgt eine Darstellung der aktuellen Forschungsarbeiten. Anschließend werden die zu verwendenden Werkstoffe hinsichtlich ihres Verformungsverhaltens unter dynamischen Druckbelastungen charakterisiert. Aluminiumschäume zeigen über einen großen Stauchungsbereich eine quasi-konstante Druckspannung und eignen sich daher hervorragend, um im Crashfall hohe kinetische Energien umzuwandeln. Faserverstärkte Thermoplaste werden zur Positionierung und lokalen Verstärkung der Aluminiumschaumstruktur eingesetzt. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden mehrere Crashelement-Konzepte entwickelt, verglichen und bewertet. Zum Abschluss erfolgt eine beispielhafte Auslegung für ein konkretes Crashelement.

Gieß, Aaron;
Oberflächensensitive Untersuchungen an Arsen-terminierten Halbleiter (100)-Oberflächen. - Ilmenau. - 38 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Da fossile Energieträger durch ihre Begrenztheit und ihre schädliche Wirkung auf die Umwelt keine nachhaltige Energieversorgung darstellen und die menschliche Zivilisation durch die Verursachung des Klimawandels langfristig bedrohen, ist ein Umdenken in der Art der Energieversorgung dringend nötig. Gleiches gilt für die konventionelle Atomenergie, welche ebenfalls nur begrenzt auf diesem Planeten zur Verfügung steht. Des Weiteren kann es bei dieser jederzeit zu einem GAU (größter anzunehmender Unfall, wie in Tschernobyl oder Fukushima) kommen. Soll der Energiebedarf der Menschheit auf nachhaltigere und weniger umweltschädliche Weise gedeckt werden, ist man auf erneuerbare Energien, wie Windkraft, Photovoltaik, etc. angewiesen. Die Konkurrenzfähigkeit von Photovoltaikanlagen hängt entscheidend vom Wirkungsgrad der verbauten Zellen ab. Möchte man den Wirkungsgrad einer Solarzelle verbessern, so ist man bei konventionellen Zellen mit nur einem Absorber und ohne Konzentration des Lichtes, durch das Shockley-Queisser-Limit auf ca. 30 % begrenzt. Um Zellen mit höheren Wirkungsgraden zu erreichen, ist es z.B. möglich, Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken monolithisch zu kombinieren, also Heterostrukturen zu verwenden. Dabei wird durch die unteren Teilzellen ein größerer Teil des Spektrums genutzt, während bei den oberen eine niedrigere Thermalisierung (also die Umwandlung der Photonenenergie, welche über die der Bandlücke hinaus geht, in Wärme) auftritt. Ein möglicher Ansatz basiert auf einer Heterostruktur aus Silizium mit einer Bandlücke von EG = 1,1 eV und einer Gitterkonstante von [alpha] = 5,43 Å und Galliumphosphid (EG = 2,25 eV, [alpha] = 5,45 Å), da beide eine sehr ähnliche Gitterkonstanten haben. Im Idealfall sollte die Topzelle eines Tandems mit Si als Unterzelle allerdings eine Bandlücke von ca. 1,7 eV aufweisen, so dass zum Beispiel GaAsP geeignet wäre, wobei das anfängliche GaP als Pufferschicht dienen kann, auf der ein gradierter Puffer mit steigendem Arsengehalt aufgewachsen werden kann. Die Vorteile von Silizium als Substrat sind unter anderem ein vergleichsweise günstiger Preis, gute Verfügbarkeit und dass es bereits gut erforscht ist. Es kann vorteilhaft sein, das Substrat zunächst mit einer Arsenschicht zu terminieren. Dadurch lassen sich auf dem Si-Substrat Doppelstufen (die man für die III-V-Heteroepitaxie benötigt) bei einer niedrigeren Temperatur erzeugen, als bei der typischerweise bei MOCVD-Präparation verwendeten Wasserstoffterminierung. Dadurch lassen sich Prozessdauer und -temperatur reduzieren. Zudem lässt sich in dem für die Abscheidung von GaAsP genutzten MOCVD-Reaktor ein Arsenhintergrund kaum vermeiden. Daher ist eine kontrollierte Terminierung durch eine Arsenschicht sinnvoller, als unkontrollierte Arsenverunreinigungen in Kauf nehmen zu müssen. Für eine kontrollierte Arsen-Terminierung der Oberfläche ist ein genaues Verständnis dieses Prozesses sehr wichtig. Insbesondere ist von Interesse, welche Bindungen die Oberflächenatome eingehen und welche Stufen auf der Probe vorhanden sind. STM-Messungen zeigten, dass die Oberflächenatome Dimere ausbilden und ließen aufgrund asymmetrischer Struktur weiterhin vermuten, dass es sich um As-Si-Dimere handeln könnte. Dies sollte nun genauer untersucht werden. Eine Arsenterminierung von Ge(100)-Oberflächen, welche bereits als Substrat für effizientere Solarzellen etabliert ist, hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, da sich die Probeneigenschaften je nach Arsenquelle sehr präzise einstellen lassen. In dieser Arbeit werden mithilfe von STM-Messungen arsenterminierte Si(100)-Oberflächen mit einer Fehlorientierung von 0,1˚ und arsenterminierte Ge(100)-Oberflächen mit einer Fehlorientierung von 6˚ auf ihre atomare Struktur hin untersucht.

Untersuchung zur Bestimmung magnetostriktiver Eigenschaften von Co-Fe-Multilagen- und Legierungsschichten. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

In der vorliegenden Arbeit sind die Ergebnisse von Messungen der Magnetostriktion, der elektrischen Leitfähigkeit und der Struktureigenschaften von gesputterten Eisen-Cobalt-Multilagenschichten zusammengestellt. Dabei wurde sich speziell auf die Magnetostriktionsbestimmung konzentriert und versucht, den dafür verwendeten Messaufbau zu bewerten. Substrate für die Proben bestanden aus streifenförmigem Silizium oder Borosilikatglas, auf welche eine 500 nm dicke Multilagenschicht aus Eisen und Cobalt mit Periodendicken von 25 nm und 250 nm aufgebracht wurden. Die Siliziumsubstrate waren zusätzlich mit einer Diffusionsbarriere aus Siliziumdioxid versehen. Als Haftschicht diente eine dünne Chromschicht. Die Schichten der Probenstreifen wurden mittels DC-Magnetronsputtern in Argongas hergestellt. Zwischen einigen Untersuchungen wurden die Proben zudem bei 450 ˚C, 500 ˚C und 800 ˚C kurz in einer Rapid Thermal Processing Einheit wärmebehandelt. Die Magnetostriktion wurde über eine Auslenkungsbestimmung der Streifen als Biegebalken an einem Laserprofilometer bestimmt. Die magnetostriktive Schicht befand sich dabei innerhalb einer Spule, deren Magnetfeld sich kontrolliert änderte. Mit weiteren Untersuchungen konnten die Schichten charakterisiert und Zusammenhänge zur Struktur gefunden werden. Dabei kam die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht mittels linearer Vier-Spitzen-Methode zum Einsatz. Im Rasterelektronenmikroskop wurden die Morphologie und die Zusammensetzung mittels energiedispersive Röntgenspektroskopie analysiert und die Kristallstruktur durch eine Untersuchung an einem Röntgendiffraktometer interpretiert. Zudem konnten die inneren Spannungsänderungen der Schichten durch die Wärmebehandlung berechnet werden. Die Multilagenschichten besitzen eine maximale Magnetostriktion von etwa -50 ppm und die getemperten Schichten eine Magnetostriktion von 50 ppm. Es ist zudem eine Änderung der Kristallstruktur erkennbar und es konnte eine Bildung von kubisch flächenzentriertem Kobalt-reichen Phasen nachgewiesen werden. Durch die Wärmebehandlung wurde die Spannung in den Schichten gesenkt. Die Messung der elektrischen Eigenschaften brachte Erkenntnisse über die Veränderung der inneren Struktur hervor. Bei 800 ˚C ist die Interdiffusion der einzelnen Schichten sowie die Legierungsbildung maximal und die elektrische Leitfähigkeit nimmt parallel dazu ab.

Wilbertz, Björn;
Entwurf und Realisierung eines Sensors für die Ozonkonzentration. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, einen Sensor zu entwickeln, der anhand einer UV-Absorptionsmessung die Konzentration von Ozon am Ausgang eines Ozonerzeugers messen kann. Dieser Sensor soll genutzt werden, um den Ozonerzeuger eines Stickoxid-Messsystems zu regeln. Die Hauptschwerpunkte der Entwicklung lagen in der Miniaturisierung und Wirtschaftlichkeit des Sensors. Dafür wurden sowohl sämtliche Komponenten dimensioniert, als auch die notwendige Schaltungstechnik ausgelegt. Diese umfasst die Strahlungsquelle in Form einer UV-LED, die Küvette in Form eines Kunststoffschlauches sowie die Auswerteelektronik mit Fotodiode und Verstärkerschaltung. Die Dimensionierungen wurden nach der Erarbeitung der wissenschaftlichen Grundlagen anhand von Versuchen bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die UV-Absorptionsmessung durch einen FEP-Schlauch durchzuführen und mit kostengünstigen Komponenten eine Auflösung der Massenkonzentration von Ozon von 0,045 g/m^3 zu erreichen. Es wurden Möglichkeiten erarbeitet, diese Auflösung zu verbessern und über eine lange Messdauer aufrecht zu halten.

Meyer, Jannik;
Analyse und Erarbeitung von innovativen Health Monitoring Lösungen für den Einsatz von Hochdruckspeichern in der Automobilindustrie. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Neben der Elektromobilität werden der Brennstoffzellentechnologie, aufgrund der höheren Reichweite und kürzeren Betankungsdauer, großes Potenzial zugesprochen. Um diese Reichweiten realisieren zu können, wird der als Treibstoff benötigte Wasserstoff in Druckspeichern mit einem Betriebsdruck von 70 MPa gespeichert. Zwar unterliegen die Druckspeicher hohen Sicherheitsrichtlinien, jedoch können kritische Beschädigungen, aufgrund des enormen Innendrucks, verheerende Folgen haben. Einen neuen Grad an Sicherheit könnte ein Health Monitoring System schaffen, welches den Druckspeicher hinsichtlich Schädigungen durch äußere Impacts überwacht. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Methoden des Health Monitorings sowie bestehende Anwendungen erläutert. Auf dieser Grundlage werden innovative Konzepte entwickelt und nach unterschiedlichen Kriterien bewertet. Die Konzepte mit dem höchsten Potenzial werden Versuchen im Rahmen einer Erprobung unterzogen und anschließend auf Basis der Versuchsergebnisse analysiert. Dabei erweist sich die Nutzung piezoelektrischer Körperschallsensoren, welche bauraumfreundlich an den metallischen Boss des Druckspeichers montiert werden, als das vielversprechendste Konzept. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass selbst geringste Impacts registriert werden können. Beim Einsatz von Sensoren an beiden Bossen erscheinen sogar Aussagen zur Position und Stärke des Impacts möglich. Für die Überprüfung dieser Hypothese bedarf es allerdings weiterer Versuche.