Silberablöseprozesse für die Reel-to-Reel Galvanik. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit Silberablöseprozessen für die Reel-to-Reel Galvanik. Die Silberablöseprozesse sollen die Rückstände eines Silberstrikes aus Bereichen entfernen, in denen dieser nicht gebraucht wird, um so die Qualität der gesamten Beschichtung zu erhöhen. Im Rahmen der Arbeit werden drei kommerziell erhältliche Silberablöseprozesse untersucht. Alle drei Elektrolyte funktionieren elektrochemisch und sind cyanidfrei. In der Reel-to-Reel Galvanik sind kurze Beschichtungszeiten entscheidend für die Produktivität der Anlagen. Für einen Silberablöseprozess bedeutet dies möglichst hohe Ablöseraten. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wird eine Zielablösegeschwindigkeit festgelegt. In dieser Arbeit wird zuerst untersucht, wie sich die Parameter Badbewegung, Temperatur, Konzentration und Stromdichte auf die Ablöserate, sowie die Optik nicht vollständig abgelöster Silberschichten auswirken. Im Anschluss wird mithilfe dieser Ergebnisse eine Optimierung durchgeführt, um die festgelegte Zielablösegeschwindigkeit zu erreichen. Da die Möglichkeit der Anwendung der Silberablöseprozesse für eine Ablösung bei vollständigem Eintauchen nicht ausgeschlossen werden soll, spielt hierbei die Optik der noch verbleibenden Silberschicht eine entscheidende Rolle. Des Weiteren wird betrachtet, wie sich die Strippingrate mit steigendem Badalter verändert. Es folgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse. Im Fazit werden weitere notwendige Untersuchungen im Hinblick auf die Einführung in den Produktionsprozess diskutiert.
Untersuchung des initialen Zelldickenwachstums von Lithium-Ionen Zellen. - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Um die Anforderungen an Lithium-Ionen Zellen für baterieelektrische Fahrzeuge zu erfüllen, werden die Zellen zu Modulen verschaltet. Dadurch werden die notwendigen Energien und Kapazitäten erreicht. Durch das steife Modulgehäuse führen die im Betrieb einer Lithium-Ionen Zelle auftretenden Volumenänderungen zu sich ändernden mechanischen Belastungen. Wird der Druck zu hoch, kann dies zu einem beschleunigten Kapazitätsverlust der Zellen und dem mechanischen Versagen des Moduls führen. In dieser Arbeit werden das irreversible Zelldickenwachstum an Lithium-Ionen Zellen unter simulierter Modulsteifigkeit untersucht. Die Zellen zeigen ein verstärktes Wachstum in den ersten Zyklen, welches nach und nach in ein annähernd lineares Wachstum übergeht. Das initiale Zelldickenwachstum wird in dieser Arbeit beschrieben und der verantwortliche Mechanismus untersucht. Dabei wurden Zellen mit Hilfe von Dilatometer, Lichtmikroskop, REM, EDX, AFM und ICP-OES Messungen untersucht. Durch die Analytik wurden Hinweise auf ein verstärktes Wachstum der Solid Electrolyte Interphase gefunden. Auch der Einfluss verschiedener mechanischer und elektrischer Parameter wurde untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine höhere initiale Verspannung zu mehr Wachstum im ersten Zyklus führt, während eine geringere simulierte Modulsteifigkeit sowohl das Wachstum im ersten als auch den Folgezyklen verstärkt. Die Untersuchung der elektrischen Parameter ergab, dass die Entladerate keinen Einfluss auf das initiale Wachstum hat. Durch Zyklen mit verringerter Ladeschlussspannung zu Beginn des Betriebs konnte das Wachstum eingedämmt werden, jedoch wuchsen die Zellen in den folgenden Vollzyklen auf eine ähnliche Dicke, auf die sie ohne Zyklen mit eingeschränktem SOC gewachsen wären. Mit langsamen Laden der Zellen in den ersten Zyklen konnte das Wachstum, auch in folgenden Zyklen mit schnellerem Laden, verringert werden. Schnellladen führt zu einem verstärkten Zelldickenwachstum der Lithium-Ionen Zellen.
Direktintegration von piezoelektrischen Bauelementen auf LTCC-Schaltungsträger. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Durch die immer weiter zunehmende Vernetzung elektrischer Systeme wird auch der Bedarf an kompatiblen Technologien immer größer. Viele Sensoren werden tagtäglich genutzt um Prozesse, Umgebungen und allgemein Vorgänge sensorisch zu erfassen. Eine solche sensorische Anwendung sind Surface-Acoustic-Wave-Sensoren (SAW-Sensoren), welche in dieser Arbeit thematisiert werden sollen. Eine Anregung eines piezoelektrischen Werkstoffes mittels Interdigitalstrukturen erzeugt die Oberflächenwellen. Diese werden durch Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur, -luftfeuchtigkeit oder eine chemische Diffusion beeinflusst. Durch den piezoresistiven Effekt ist es möglich die veränderte Oberflächenwelle in ein elektrisches Signal zu wandeln. Eine Veränderung der Oberflächenwelle deutet auf eine Veränderung der Umgebungsbedingungen hin und so ist es möglich diese zu detektieren und mit entsprechenden Kennlinien auf die Umgebungsgrößen zurück zu schließen. Ziel dieser Arbeit soll es sein, eine solche Teststruktur neuartig auf einer Niedertemperatur-Einbrandkeramik (Low Temperature Cofired Ceramic LTCC) aufzubauen, elektrisch zu testen und mit bereits existierenden Silicium Strukturen zu vergleichen. Vorweg wurden Versuche zur Einebnung von LTCC-Substraten durch Sol-Gel-Verfahren unternommen. Eine hohe Rauheit der Substrate bereits zu Beginn der Prozessierung wirkt sich negativ auf die Piezokonstanten und somit den Sensoreffekt aus. Dadurch sind die Vorversuche von großer Bedeutung für die weitere Prozessierung. Alle darauffolgenden Prozessschritte orientieren sich an der Prozessierung auf Silicium.
Röntgendiffraktometrie mit dem Pulstec [my]-360 Gerät : vergleichende Untersuchungen. - Ilmenau. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Mit stetig wachsenden Anforderungen an Bauteile und die verwendeten Werkstoffe ist es notwendig das Potential dieser voll auszuschöpfen. Besonders bei wechselbeanspruchten Bauteilen ist es erforderlich die Lebensdauer und Belastungsgrenzen zu erhöhen. Eigenspannungen in den Oberflächen haben einen sehr großen Einfluss auf die Wöhlerkurve, die in vielen Gebieten der Wissenschaft und Technik Parameter für die Bauteilauslegung liefert. Die Bestimmung des Eigenspannungszustands kann durch verschiedene Messmethoden realisiert werden. In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung konnte sich das röntgenographische Verfahren der sin2[Psi] - Methode etablieren. Eine neue alternative Methode ist das cos [alpha] - Verfahren, dessen Grundlagen durch Taira et al. [TTY78] im Jahr 1978 erarbeitet wurde. In dieser Arbeit steht das zurzeit weltweit kleinste und leichteste Eigenspannungsmessgerät Pulstec [my]-X360s (Entwicklung im Jahr 2016) im Fokus. Durch eine einzige Bestrahlung kann ein Debye-Scherrer-Ring mithilfe einer Bildplatte als 2-dimensionalen Detektor aufgenommen und daraus die Eigenspannungen ermittelt werden. Aufgrund der noch mangelnden Erfahrungswerte gilt es diese zu sammeln sowie die Fähigkeiten und Grenzen des Geräts näher zu untersuchen. Zu den Untersuchungspunkten zählen unter anderem Brennfleckuntersuchungen, Messungen an konkav und konvex gekrümmten Proben, die Variation des Auswertungsbereichs der Debye-Scherrer-Ringe und die Messfähigkeit bei vorhandenen Schubspannungen im Bauteil. Es konnte gezeigt werden, dass die Einrichtung der Messung sehr genau erfolgen sollte und sich einige Zusatzkomponenten, wie z. B. ein x-y-Tisch für die Probenpositionierung, als sehr nützlich erwiesen haben. Besonders sollten während weiterer Messungen die gewonnen Kenntnisse bezüglich der Brennfleckuntersuchungen berücksichtigt werden. Aufgrund verschiedener Probengeometrien ist es möglich, dass die Debye-Scherrer Ringe teilweise abgeschattet werden. Um den Einfluss dieser Unregelmäßigkeiten zu vermindern ist es notwendig den Auswertungsbereich einzuschränken. Des Weiteren sind verschiedene Methoden aufgeführt, um die Schubspannungskomponente TYX zu ermitteln. Im Vergleich mit den Messungen der sin2[Psi] - Methode konnten bei nahezu allen Ergebnissen äquivalente Werte erzielt werden, was die Validität des Geräts und der cos [alpha] - Methode bestätigt. Dennoch ist anzumerken, dass es Verbesserungsbedarf hinsichtlich des Laserpunkts, der Einrichtungsmöglichkeit des Geräts und der Auswertungssoftware gibt.
Weiterentwicklung eines Dosiersystems für Inertgase im Schaumextrusionsprozess. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Die Herstellung von geschäumten Kunststoffbeads erfordert Kenntnisse über das Löslichkeitsverhältnis des verarbeiteten Materials. Das Lösen von Treibmitteln in einer Kunststoffschmelze wird von vielen Faktoren beeinflusst. Es ist daher wünschenswert, eine Beziehung zwischen der Löslichkeit und anderen Versuchsfaktoren zu gewinnen. In dieser Arbeit wird zuerst ein Inertgas-Dosiersystem für den Schaumextrusionsprozess entwickelt. Durch die Steuerung des Kohlendioxidmassestroms können die Löslichkeit von Kohlendioxid im Polypropylen mit anderen Prozessparametern wie Temperatur und Extruderdrehzahl in Korrelation gebracht werden. Basierend auf einer Literaturrecherche wurde eine Methode zur die Löslichkeitsbestimmung durch die Expansionsrate des geschäumten Polypropylens entwicklet. Daher wird die Expansionsrate des geschäumten Polypropylens in dieser Masterarbeit betrachtet, um die Löslichkeit von Kohlendioxid in Polypropylen unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen zu vergleichen und zu beurteilen. Anschließend wurde anhand der Versuchsergebnisse ein mathematisches Modell erstellt, um die Expansionsrate des geschäumten Polypropylens abzuschätzen. Dieses Modell ist nur für Berechnungen innerhalb eines bestimmten Versuchsumfangs geeignet und beurteilt nicht die physikalischen Eigenschaften von geschäumtem Polypropylen. Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften erfordert die Beobachtung der inneren Zellstruktur der geschäumten Polypropylenbeads, z. B. durch Rasterelektronenmikroskopie.
Modellbildung zur Korrelation von Thermographie-Aufnahmen mit den mechanischen Eigenschaften von Formteilen. - Ilmenau. - 97 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Das Abkühlverhalten von Formteilen im Spritzgießverfahren beeinflusst maßgeblich deren physikalische Struktur und somit auch die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Daher ist es von großem Interesse genaue Kenntnis über das Abkühlverhalten zu erlangen, um mittels zielführend eingestellten Prozessparametern die Zielvorgaben mechanischer Eigenschaften einzuhalten und erweitern zu können. Das Ziel dieser Arbeit war es, durch den Einsatz der Infrarot-Thermografie Grundlagen für eine Korrelation der Temperaturverteilung der noch heißen Formteile mit deren Morphologie und Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu schaffen. Dieser Sachverhalt wurde an einem High-Density-Polyethylen dargestellt. Anhand einer Literaturrecherche wurden das Verhalten von Thermoplasten beim Abkühlen aus der Schmelze und die bislang bekannten Einflussgrößen auf die Morphologie und die mechanischen Eigenschaften herausgearbeitet. Nach der Bewertung und Auswahl konkreter Einflussfaktoren erfolgte eine statistische Versuchsdurchführung, deren erfasste Zusammenhänge beurteilt und diskutiert wurden. Die dabei gewonnenen Daten wurden anhand einer Regressionsanalyse in ein mathematisches Modell überführt. Mit diesem Modell ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften quantitativ auf Basis der Temperaturinformationen über den Abkühlvorgang vorherzusagen.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Das Spritzprägeverfahren ermöglicht es bei idealer Prozessführung, Kunststofflinsen mit hoher optischer Qualität herzustellen. Aufgrund einer Vielzahl an zusätzlichen Parametern ist die Prozesseinrichtung komplexer als beim Spritzgießverfahren. Die Auswirkungen der Prozessführung auf die optische Qualität der Kunststofflinsen ist zudem unzureichend erforscht. Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Einstellparameter des Spritzprägeprozesses auf die optische Abbildungsqualität der Kunststofflinsen. Auf der Grundlage einer Analyse des Standes der Technik wird zunächst ein idealer Prozessablauf abgeleitet und am vorhandenen Versuchsaufbau verwirklicht. Dabei stellt sich die vollständige Ersetzung der Nachdruckwirkung, die im klassischen Spritzgießverfahren den Schwindungsausgleich ermöglicht, durch die werkzeugseitige Prägebewegung als Voraussetzung für eine Abgrenzung zum Spritzgießverfahren heraus. Vorversuche ergeben, dass die optische Qualität der Kunststofflinsen besonders von der Kompressionsphase beeinflusst wird, die durch die Parameter Prägekraft und Restkühlzeit bestimmt wird. Ein umfangreicher statistischer Versuchsplan untersucht den Einfluss der Parameter Prägekraft, Restkühlzeit, Prägespalt, Prägegeschwindigkeit und Einspritzgeschwindigkeit auf die optische Abbildungsqualität. Es schließt sich eine Modellbildung an, die eine direkte Beschreibung des Zusammenhangs zwischen den Einstellparametern und den optischen Qualitätsmerkmalen ermöglicht. Dabei zeigt sich ein dominierender Einfluss der Prägekraft, der einem quadratischen Verlauf folgt und ein optimales Einstellniveau aufweist. Um Erkenntnisse über die Auswirkungen der Beschaffenheit der Linsen auf die optische Qualität zu erhalten, werden Messungen der Abformgenauigkeit und der werkstofflichen Eigenschaften der Linsen durchgeführt, die eine Beurteilung des Einflusses der Prozessführung auf diese Kriterien ermöglichen. Bei einem abschließenden Vergleich der spritzgeprägten Kunststofflinsen mit spritzgegossenen Linsen mit angepasstem Betriebspunkt kann eine Verbesserung der optischen Qualität durch das Spritzprägeverfahren nachgewiesen werden.
Untersuchung eines Echtzeit-Korrosionsmessgeräts zur Überwachung von Bauteilen und Motoren beim Transport und der Lagerung. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung und Bewertung des Echtzeit-Korrosionsmessgeräts AirCorr, das zur Überwachung von Bauteilen und Motoren beim Transport und der Lagerung eingesetzt werden kann. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Erprobung der Metallsensoren, deren Verhalten bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen in der Klimakammer, Salzsprühnebelkammer und zwei Seetransporten untersucht werden. Während die Beurteilung der Korrosivität bei unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchten besonders gut über die Korrosionsraten des Silbersensors bestimmt werden kann, eignet sich der Kupfersensor für chloridhaltige Atmosphären. Chloride beschleunigen das Korrosionsverhalten des Sensors stark. Ein weiterer Fokus liegt auf der Regeneration der Sensoren, um eine mehrfache Nutzung zu ermöglichen. Diese wird mittels der Beize des Kupfersensors und Reduktion des Silbersensors durchgeführt. Die Korrosionsraten der regenerierten Sensoren weichen von dem Originalzustand ab, liegen nach der DIN EN ISO 9223 jedoch in der gleichen Korrosivitätskategorie wie die unverbrauchten Sensoren. Um eine Korrelation zwischen den Messungen des AirCorr und den Bauteilen und Motoren zu erhalten, werden Gewichtsverlustmessungen an Gusseisenproben durchgeführt. Es zeigt sich, dass der Silbersensor sensitiver auf Veränderungen in der Umgebung reagiert. Überschreitet dieser die Korrosivitätskategorie IC 2 nicht, geht keine Rostgefahr für die Gussproben aus. Das AirCorr Messgerät liefert einen Informationsgewinn gegenüber gewöhnlichen Datenloggern, da der diverse Einfluss korrosiver Spezies in der Atmosphäre gemessen wird. Der Einsatz in zukünftigen Anwendungen bietet die Möglichkeit, die Umgebung von Bauteilen und Motoren bei Transporten und der Lagerung genauer zu überwachen, korrosive Exposition besser zu erkennen und Maßnahmen zu treffen.
Prozessoptimierung für die Funktionsentwicklung und Verifizierung der Fahrerassistenzsysteme, unter Anwendung von KI-Methoden. - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
In der Automobilindustrie wird ein immer größeres Augenmerk auf Fahrerassistenzsysteme und autonomes Fahren gelegt. Diese Arbeit beschreibt die Auswirkungen der Nutzung von künstlicher Intelligenz in der Serienentwicklung eines Automobilkonzerns. Dabei wird speziell auf die Veränderung einer Architektur und den Einsatz von lernenden Algorithmen eingegangen. Es werden Entwicklungs- und Absicherungskonzepte ausgehend von den bestehenden gesetzlichen Grundlagen geschaffen. Diese werden in Prozesse umgesetzt sowie in den Produktentstehungsprozess integriert. Des Weiteren wird ein Reifegradmodell zur Qualifizierung von Softwarekomponenten aufgestellt.
Template-assisted fabrication of Ni nanograss for the electrocatalytic appication. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019
Aufgrund seiner elektrokatalytischen Aktivität, die hohen Korrosionsbeständigkeit und günstigen Kosten hat Nickel (Ni) in Zukunft ein großes Potential als elektrokatalytisches Elektrodenmaterial. In dieser Arbeit werden Si-Vorlagen mit nanograsartigen Oberflächenstrukturen durch tiefes RIE-Verfahren hergestellt, dann werden Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen (große Oberfläche) durch Si-Vorlagen-gestützte Galvanik erhalten. Zum Vergleich werden auch Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche hergestellt. Die Elektroden sind für die Wasserstoff- und Sauerstoffevolutionsreaktion (HER und OER) elektrochemisch charakterisiert. Die Elektroden mit Nanograsstrukturen zeigen eine deutlich bessere katalytische Aktivität, und die entsprechende elektrochemische Oberfläche ist 10-mal größer als die der Ni-Elektroden mit ebener Oberfläche. Die erhaltenen Ni-Elektroden mit Nanograsstrukturen werden mit N2-Plasma weiterbehandelt. Die behandelten Ni-Elektroden zeigen eine deutlich verbesserte katalytische Aktivität für HER und OER aufgrund der gebildeten Phase Ni3N in der Ni-Matrix nach der Plasmabehandlung. Schlüsselworte: Nickel, N2-Plasma, Elektrokatalysator, HER, OER