Bachelorarbeiten

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Zusammenhang zwischen Fließgeschwindigkeit des Harzes und dem resultierenden Porenvolumengehalt sowie der Porengeometrie im Harzinjektionsverfahren festzustellen. Dadurch soll durch geeignete Wahl der Fließgeschwindigkeit der Porenvolumenanteil während des Herstellungsprozesses minimiert werden. Es existieren Berechnungsmodelle zur Bestimmung des Porenvolumengehaltes für unidirektionale FVK. Diese Berechnungsmodelle werden auf ihre Anwendbarkeit auf multidirektionale FVK untersucht. Ebenfalls Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss eines Aushärtedrucks auf Porenvolumengehalt und Porengeometrie zu untersuchen. Dazu wird zuerst die Entstehung der Poren während des Herstellungsverfahrens dargestellt. Danach wird ein Versuchsaufbau entworfen, in dem Probekörper im RTM-Verfahren mit unterschiedlicher Fließgeschwindigkeit hergestellt werden können. Anschließend werden die Probekörper hergestellt und auf Porenvolumengehalt und Porengeometrie untersucht. Die Messergebnisse werden dann mit den Berechnungsmodellen verglichen, um die Gültigkeit der Berechnungsmodelle zu prüfen. Abschließend wird der Einfluss der Fließgeschwindigkeit und der Einfluss des Aushärtedrucks auf den Porenvolumengehalt und die Porengeometrie untersucht.

Das Thema dieser Abschlussarbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Gefügeentwicklung bei metallischen Werkstoffen mit Hilfe des Ionenstrahlätzens. Hierzu wurde das Leica EM TIC 3X System verwendet. Beispielhaft werden dabei verschiedene Stahlsorten, Aluminium-, Magnesium- und Zink-Legierungen untersucht, um die Eignung des Verfahrens zur Gefügeentwicklung zu prüfen. Die Proben mit dem am besten entwickelten Gefüge wurden anschließend mit nasschemisch geätzten Proben desselben Materials verglichen. Den ersten Schritt stellte die Entwicklung einer geeigneten Vorpräparation dar. Diese setzt sich aus Einbetten der Probenteile, mechanischem Schleifen und Polieren zusammen. Im Anschluss erfolgt das Ionenstrahlätzen, wobei hier der Fokus auf der Ermittlung geeigneter Ätzparameter lag. Dazu zählen die Ätzzeit, der Winkel, unter dem der Ionenstrahl auf die Probe trifft, sowie die Energie des Ionenstrahls und die Probenbewegung. Je Material wurden dabei mehrere Proben mit unterschiedlichen Parametern geätzt. Im Anschluss wurden die Proben mit Hilfe des Lichtmikroskops und des Rasterelektronenmikroskops untersucht, um die am besten geeignete Untersuchungsmethode zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass das Ionenstrahlätzen eine ernsthafte Alternative zur nasschemischen Ätzung darstellt. Viele Proben zeigen ein deutlich besser ausgeprägtes Gefüge als es bei den nasschemisch geätzten Proben der Fall war. Das betrifft sowohl die Erkennbarkeit einzelner Gefügebestandteile als auch die gesamte Gefügestruktur. Bei einigen Proben ergaben sich jedoch keine Vorteile bezüglich der Erkennbarkeit des Gefüges gegenüber der nasschemischen Ätzung. In Anbetracht des hohen Zeitaufwandes und teilweise kleinen Ätzbereiches ist der Einsatz dieses Verfahrens daher nur bei bestimmten Materialien sinnvoll.

In dieser spannenden Zeit, in der sich unsere Gesellschaft mit Dingen wie Energiewende und Elektromobilität (e-mobility) beschäftigt, vermehrt sich gleichzeitig die Forderung nach neuen leichten Werkstoffen und den dazugehörigen Technologien. Ein Ansatz ist die Herstellung von Leichtmetallschäumen. Diese weisen bei geringer Dichte ein hohes Energieabsorptionsvermögen auf. In dieser Arbeit wurden Versuche zur Herstellung von geschlossenporigen Magnesiumschäumen über die pulvermetallurgische Route durchgeführt. Dabei wurden Schäume aus Magnesium-Aluminium-Zink-Legierung hergestellt. Dazu wurden die verwendeten Pulver untersucht und dann mittels einer geeigneten Methode gepresst. Die Verdichtung und die Verteilung der Elemente wurde gemessen. Dabei kam ein Verfahren, welches man als röntgenfluoreszensanalytische Tomographie bezeichnet, zum Einsatz. Es wurde das Verhalten der Grünlinge während des Schäumungsprozesses aufgezeichnet. Die entstandenen Schäume und porigen Strukturen wurden metallografisch untersucht und die Poren beschrieben.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden polymere Materialien hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Der Kunststoffe soll als faltbares Gehäuse für miniaturisierte Spektrometer dienen. Dazu müssen die Kunststoffe opak sein, nicht fluoreszieren und diffus reflektieren. Zum Testen der Eigenschaften wurden die Transmissions- und Reflexions-, sowie Fluoreszenzeigenschaften gemessen. Außerdem wurde ein Ramanspektrum der Kunststoffe aufgenommen, um eine Materialanalyse zu erhalten. Als Proben kamen 3D-gedrucke und spritzgegossene Kunststoffe zum Einsatz. Es hat sich gezeigt, dass lichtempfindliche Kunststoffe, welche mittels Stereolithographie oder MultiJet Verfahren hergestellt wurden, ungeeignet sind. Als eine gute Materialklasse haben sich die Polyamide herausgestellt, welche gute optische und mechanische Eigenschaften vereinen.

Die Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der strömungsbedingten Schallemissionen in Belüftungsanlagen von Kraftfahrzeugen. Diese werden von den Insassen als störend wahrgenommen, weshalb die Bestrebung aufkommt, sie zu reduzieren. Hierbei werden der Luftkanal und der Mittenausströmer des BMW 7er G11 als Grundlage für die Untersuchungen herangezogen. Die Bauteile werden nicht im verbauten Zustand in einem Kraftfahrzeug akustisch vermessen, sondern auf einem Prüfstand in einem Akustik-Labor. Die Messungen werden mit einer Schallkamera aufgenommen, die sowohl den Schalldruckpegel ermittelt, als auch den Ort der Schallquelle bestimmt und graphisch anzeigt. Darüber hinaus wird auch der Massestrom der Luft sowie der durch die Veränderungen auftretende statische Druckverlust aufgenommen. Für eine akustische Optimierung wird eine Vielzahl von Maßnahmen entwickelt. Zum einen wird eine Strömungssimulation durchgeführt, die etwaige Turbulenzen in dem Luftkanal und dem Ausströmer offenlegt. Durch verbesserte Strömungseigenschaften kann gleichzeitig auch die Akustik verbessert werden, weil eine verwirbelte Luftströmung ungewünschten Schall erzeugt. Weiterhin wird der Mittenausströmer gründlich untersucht. Dieser emittiert je nach Lamellen- und Schließklappenstellung einen unterschiedlichen Schalldruckpegel. Um diesen zu senken, wird Vliesstoff im Inneren des Gehäuses des Ausströmers und an die Schließklappe angebracht. Eine weitere Maßnahme, die untersucht wird, ist ein aufgerautes Gehäuse des Ausströmers. Im originalen Zustand ist dieses sehr glatt. Durch das Aufrauen wird der Mittelrauwert der Oberfläche erhöht und bei einer Reflektion tritt eine breitere Streuung der Schallwellen auf. Außerdem können durch bestimmte Oberflächenrauheiten die Strömungseigenschaften positiv beeinflusst werden. Über diese Maßnahmen hinaus, die nur die vorhandenen Bauteile betreffen, werden noch zwei Zusatzbaugruppen untersucht, die die Schallemissionen der Innenraumbelüftung reduzieren. Beide Baugruppen werden anfangs ohne den Luftkanal und den Ausströmer auf dem Prüfstand getestet. Dabei ist zuerst ein Kammerschalldämpfer zu nennen. Er besteht aus zwei Querschnittssprüngen. Der erste verdreifacht die Querschnittsfläche der Strömung und der zweite reduziert diese wieder auf den ursprünglichen Wert. Außerdem werden die Auswirkungen verschiedener Abstände zwischen den beiden Sprüngen untersucht. Die unterschiedliche Größe der Expansionskammer wirkt sich auf die Schalldämmung aus. Weiterhin wird die Einlage von schallabsorbierenden Materialien mit dem Ziel der Verhinderung von Mehrfachreflektionen bei den Querschnittssprüngen experimentell validiert. Die zweite Zusatzbaugruppe, die im Rahmen dieser Bachelorarbeit entwickelt wird, erzeugt eine künstliche Umlenkung des Luftstroms. Ein Rohr mit derselben Querschnittsfläche wie ein Ausströmer wird konstruiert. Dieses enthält im Inneren eine helixförmige Führung, die sich über die komplette Länge axial um 180˚ verdreht. Über diese Führung werden verschiedene Vliesstoffe und andere schallabsorbierende Materialien in das Rohr eingebracht. Dadurch wird der vom Lüfter bereitgestellte Luftstrom aufgeteilt. Zusätzlich wird die Innenwand des Rohres ebenfalls ausgekleidet. Das hat den Hintergrund, dass die Moleküle der Luft, die als Ausbreitungsmedium für den Schall dienen, durch die Drehung der Helix vermehrt an die Wand stoßen. Durch die ausgekleideten Wände kann diese Tatsache für einen hohen Absorptionsgrad des Helix-Rohres ausgenutzt werden. Abschließend werden die ursprünglich einzeln untersuchten Maßnahmen zusammengeführt. Dabei wird aus den vorher erlangten Erkenntnissen, welche Maßnahmen am zielführendsten sind, eine Kombination gebildet. Die Zusatzbaugruppen werden zwischen den Luftkanal und den Ausströmer in das System integriert. Dieses wird zum Schluss erneut vermessen, um ein Gesamtergebnis zu erhalten. Es beinhaltet den Schalldruckpegel sowie den Massestrom und den Druckverlust, die sich einstellen.