Elektrochemische Herstellung von Zinn-Nickel-Dispersionsschichten mit Titandioxidpartikeln. - 103 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Ein potentieller Ersatz für dekoratives Chrom mit hervorragender Korrosions- und Verschleißbeständigkeit stellt eine Legierung aus Zinn und Nickel in equiatomarer Phase dar. Diese Modifikation kann nur durch elektrochemische Verfahren hergestellt werden. Ziel ist die Abscheidung von Zinn-Nickel-Dispersionen, um eine Kombination mit den Vorzügen von Titandioxid zu erreichen. Es ist als Halbleiter optisch aktiv und ermöglicht die Zersetzung organischer Substanzen an dessen Oberfläche. Im Rahmen dieser Arbeit konnten erfolgreich Dispersionsschichten mit nanoskaligen Partikeln aus einem chloridisch-fluoridischen Legierungselektrolyten hergestellt werden. Durch Messmethoden wie RFA, EDX, XRD und elektrochemische Analysetechniken wurden die Schichten hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung untersucht. Der mittlere Gehalt an Titandioxid beträgt 1,4 m-% bei einem gleichbleibenden Verhältnis von Zinn und Nickel. Die inneren Spannungen werden durch den Partikelzusatz nicht signifikant beeinflusst, während die Korrosionsbeständigkeit leicht abnimmt. Neben der Phase SnNi wurde die Existenz weiterer Zinn-Nickel-Phasen, sowohl in den partikelfreien Schichten als auch in den Dispersionsschichten, festgestellt.
Oberflächen- und Grenzflächencharakterisierung der chemisch Palladium bekeimten HTCC-Keramiken zur autokatalytischen Vernickelung. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Im Rahmen dieser Arbeit wurden HTCC-Multilagenkeramiken, die mit einer Wolfram- oder Wolfram/Molybdänpaste bedruckt sind, mit Palladium bekeimt und anschließend mit einer haftfesten Nickel-Bor-Legierungsschicht beschichtet. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Oberflächen- und Grenzflächencharakterisierung des Schichtsystems und speziell auf der Palladiumbekeimung. Hierfür wurden umfangreiche Versuche durchgeführt, um den Bekeimungsprozess zu optimieren und dementsprechend eine fehlerfreie, haftfeste und gleichmäßige Nickel-Bor-Abscheidung zu gewährleisten. Die Bewertung der Untersuchungen erfolgte auf der Basis von Schichtdickenuntersuchungen, Lichtmikroskopaufnahmen, zweidimensionalen Rauheitsmessungen und Tape- und Tempertests. Zudem wurden mittels Rasterkraftmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie die Entstehung und das Wachstum der Palladiumkeimschicht untersucht. Weiterhin wurde mit Hilfe von 3D-Oberflächenmessungen nachgewiesen, inwiefern die eingesetzten Vorbehandlungen eine Auswirkung auf die Rauheit der bedruckten Keramiken ausüben und die Haftung des Schichtverbundes beeinflussen. Ebenfalls wurde die Auswirkung einer unterschiedlichen Wärmebehandlung auf Härte, Schichtstruktur und Haftung der Nickel-Bor-Schichten analysiert. Hierfür wurden Röntgendiffraktometrie-Messungen und instrumentierte Eindringprüfungen vorgenommen. Mögliche Diffusionsvorgänge innerhalb der Grenzflächenschicht (Metallisierungspaste / Palladiumkeimschicht / Nickel-Bor-Schicht) wurden durch Rasterelektronenmikroskopie bewertet.
Machbarkeitsstudie zur makroskopischen Strukturierung von porösen Vycor-Gläsern mittels Schablonendruck. - 157 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2015
In der vorliegenden Arbeit wird die Möglichkeit einer makroskopischen Strukturierung von porösen Vycor-Gläsern mittels des Schablonendruckverfahrens überprüft. Die durchgeführten Versuche umfassen die Herstellung von Druckpasten, deren funktionelle Partikel aus Natriumborosilicatglas bestehen. Zur Ermittlung geeigneter Pastenkomponenten werden zwei verschiedene Bindemittel getestet und die Glaspartikel sowohl entmischbar, als auch porös verarbeitet. Letztlich erfolgt noch die Variation der Zusammensetzung des Pastenvehikels aus organischem Bindemittel und Lösungsmittel. Alle hergestellten Pasten werden bezüglich ihres Benetzungsverhaltens und ihrer Fließfähigkeit untersucht. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden Pasten für Druckversuche ausgewählt. Für die Druckversuche wird ein Schablonenlayout entworfen, dass Aussagen über Druckbarkeit verschiedener Geometrien ermöglicht. Im Druck werden verschiedene Pasten getestet und die maschinellen Parameter des Siebdruckgerätes systemtisch verändert. Die Druckbilder werden auf Gleichmäßigkeit der bedruckten Fläche, Kantenschärfe der einzelnen Elemente und Auflösungsvermögen von linearen und runden Strukturen untersucht. Dies dient der Auswahl einer der Druckpaste mit den besten Eigenschaften für den Einsatz im Schablonendruck und geeigneter Druckparameter für deren Verarbeitung. Schließlich werden die Druckbilder verarbeitet. In diesem Versuchsteil steht die Ermittlung der optimalen Temperatur und Dauer für die Wärmebehandlung der gedruckten Elemente im Mittelpunkt, um stabile gesinterte Glasgefüge herzustellen. Die Temperatur als auch die Dauer der thermischen Verarbeitung werden variiert. Die Ergebnisse werden mikroskopisch analysiert und anschließend geeignete Parameter empfohlen.
Entwicklung und Bewertung alternativer Vorformoperationen für das Schmieden von Radträgern aus Aluminiumknetlegierungen mittels FEM-Simulation. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Prozesskette des Gesenkschmiedens wird ganz wesentlich durch die Stadienfolge bestimmt, in welcher die Art und Anzahl der notwendigen Umformschritte festgelegt wird. Die Annäherung der Ausgangsform an die Endform durch die Massevorverteilung ist gerade bei komplex geformten Bauteilen, wie dem Radträger, von großer Bedeutung. Die dazu erforderlichen Vorformoperationen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Bauteilqualität, den Gratanteil, den Gesenkverschleiß, den Materialeinsatz und somit auf die Wirtschaftlichkeit des Fertigungsprozesses. Im Rahmen dieser Masterarbeit werden für das Gesenkschmieden von Radträgern aus Aluminiumknetlegierungen alternative Vorformoperationen für die Hirschvogel Aluminium GmbH entwickelt und deren Umsetzbarkeit in die Praxis bewertet. Dazu werden Masseverteilungsanalysen durchgeführt und die einzelnen Umformschritte mithilfe von FEM-Simulationen untersucht.
Analyse und Optimierung des Restschmutzeintrages durch den Einfluss von Reiblamellen in eine Doppelkupplung. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Nasslaufende Doppelkupplungssysteme finden in der Automobilbranche zunehmend Anwendung. Im Zuge der immer höher werdenden Leistungsdichte steigen ebenfalls die Anforderungen an den Komfort sowie die Schaltdynamik. Um ein gleichmäßiges Anfahrverhalten realisieren zu können, müssen alle Komponenten einer Lamellenkupplung einem hohen Qualitätsstandard entsprechen. Eine Ursache für die Minderung des Fahrkomforts ist auf das Bauteil Reiblamelle zurückzuführen. Durch einen erhöhten Restschmutzeintrag in Folge der spezifischen Fertigung, treten Messfehler bei der automatisierten Montage auf. Daraus resultierten Ungleichförmigkeiten bei der Momentenübertragung. Die vorliegende Masterarbeit liefert ein Reinigungskonzept zur Reduzierung des Restschmutzeintrages durch den Papierreibbelag einer Reiblamelle in eine Doppelkupplung. Zur Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt eine Prozesskettenanalyse. Auf der Grundlage von definierten Voruntersuchungen werden in diesem Zusammenhang die zu untersuchenden Prozessschritte festgelegt. Mit Hilfe eines Ishikawa-Diagramms werden davon ausgehend die Haupteinflussgrößen ermittelt. Für alle Versuchsteile der durchgeführten Untersuchungen wird durch eine definierte Analysemethode der Restschmutzgehalt bestimmt. Durch die dabei erlangten Ergebnisse wird die Ursache für den erhöhten Restschmutzgehalt identifiziert. Aufbauend auf dem Ist-Zustand wird ein Soll-Zustand definiert. Die Hauptanforderung entspricht dabei der Verbesserung der technischen Sauberkeit zur Einhaltung der Restschmutzspezifikation der Reiblamelle. Für die Umsetzung dieser Forderung werden Reinigungskonzepte entwickelt. Mit Hilfe einer experimentellen Versuchsreihe werden die unterschiedlichen Konzepte analysiert und bewertet. Dabei erfolgt eine Gegenüberstellung der Konzepte durch eine visuelle Beurteilung und eine Analyse bezüglich des Restschmutzes. Ausgehend von der Konzeptbewertung und mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Reinigungskonzept ausgewählt. Abschließend wird die Umsetzbarkeit des Konzeptes geprüft sowie Aussagen über Ausblick und Folgerung getroffen.
Eigenschaftskorrelation von Verfahrensparametern und Beadparametern für Bauteile aus Polyolefin-Partikelschäumen. - 115 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Herstellung von Bauteilen aus geschlossenzelligen Polyolefin-Partikelschäumen mittels des Formteilprozesses ist von einer Vielzahl an Einflussgrößen abhängig. Fehlende Erkenntnisse über Effekte und Zusammenhänge dieser Einflussgrößen begründen einen von hohen Ausschusszahlen und uneinheitlicher Prozessführung geprägten Prozess. Aus diesem Grund beschäftigt sich das im Rahmen dieses Projektes bearbeitete Thema mit der Entwicklung eines Prozessmodells zur Herstellung von Polyolefin-Partikelschäumen. Zu diesem Zweck wird zunächst ein theoretischer Überblick über das Schäumen von Kunststoffen, sowie den Formteilprozess gegeben. Im Anschluss wurde der Formteilprozess analysiert. Dabei wurden Prozess- und Materialparameter zusammengetragen und Zielgrößen zur Charakterisierung von Formteilen aus Partikelschäumen definiert. Anhand der aus der Prozessanalyse gewonnen Erkenntnisse wurde die Linearität der Zusammenhänge zwischen den Prozess- und Materialparametern und den Zielgrößen geklärt, sowie eine Wichtung der Prozess- und Materialparameter vorgenommen. Die relevanten Prozess- und Materialparameter wurden dann mit Hilfe eines statistischen Versuchsplans auf ihre Effekte und Wechselwirkungen auf die Zielgrößen untersucht, sodass im Anschluss für jede Zielgröße ein Prozessmodell entwickelt werden konnte. Mit Hilfe dieser Prozessmodelle ist es nunmehr möglich, Zielgrößenanpassungen und Parameterprognosen vorzunehmen.
Untersuchung verschiedener Speichertechnologien zum Aufbau hybrider Energiespeicher für elektrische Fahrzeuge. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In dieser Arbeit werden anhand von elektrischen Ersatzschaltbildern mathematische Modelle für einen Doppelschichtkondensator, einen Lithium-Ionen-Kondensator sowie für Lithium-Ionen-Zellen definiert und in einer Simulationsumgebung umgesetzt. Neben einer mathematischen Definition der Energiespeicher, wird unter anderem in einer elektrischen Simulationsumgebung das Verhalten der Speicher betrachtet. Durch die Kombination von verschiedenen Speichertechnologien zu hybriden Energiespeichern ist es möglich, diese zu optimieren und den speziellen Anforderungen an Leistung und Energie gerecht zu werden. Mithilfe der erstellten Modelle werden Untersuchungen für unterschiedliche Einsatzfälle von Energiespeichern bei verschiedenen Lastprofilen, Konfigurationen sowie Topologien durchgeführt.
Werkstoffwissenschafltiche Untersuchungen zum mechanischen Verhalten (vorrangig Bruch) von speziellen Legierungen aus dem Maschinenbau. - 147 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde das Bruchverhalten an verschiedenen Proben untersucht. Zu diesen gehörten patentiert gezogene Federstahldrähte und Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und ölschlussvergütetem Federstahldraht. Die Drähte wurden dabei durch Zug- und Torsionsversuche und die Schraubendruckfedern durch Dauerschwingversuche bis zum Bruch belastet. Mittels Stereomikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie wurden die Brüche auf ihre Bruchmerkmale untersucht und die Bruchursachen festgestellt. Vereinzelt wurden Röntgenanalyse (Röntgendiffraktogramme aufgenommen in Bragg-Brentano-Anordnung, Texturanalyse mittels Polfiguren, Eigenspannungsanalyse) oder Metallographie begleitend herangezogen. Grundsätzlich stand bei den Untersuchungen eine Erklärung der Unterschiede in den Festigkeitseigenschaften und des Bruchverhalten in Abhängigkeit einer variierenden Wärmebehandlung oder Federstahldrahtsorte im Vordergrund. Des Weiteren sollten Schraubendruckfedergruppen, die sich in dem Zeitpunkt einer Wärmebehandlung nach dem Kaltumformen zur Feder unterschieden, auf eventuell vorhandene Mikrorisse untersucht werden. In Bezug auf die patentiert gezogenen Federstahldrahte konnten deutlich erkennbare Unterschiede in Abhängigkeit einer vorangestellten Wärmebehandlung erkannt werden. Dabei wiesen Proben, die eine 10 bis 30 minütige Wärmebehandlung bei 200˚ C erfuhren, die geringste Plastizität auf. Mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung war allerdings wieder einer Zunahme dieser zu verzeichnen. Mit den verwendeten Untersuchungsmethoden konnten allerdings keine erklärenden Unterschiede zwischen den unterschiedlich wärmebehandelten Proben festgestellt werden. In Bezug auf die Schraubendruckfedern konnte der Längsfehlers (Ziehstruktur) am meisten beobachtetet werden. Ebenso waren zwischen den Brüchen der Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenem und solchen aus ölschlussvergütetem Federstahldraht Unterschiede feststellbar. Nur in Bezug auf die Schraubendruckfedern aus patentiert gezogenen Federstahldrähten konnte allerdings ein deutlicher Bezug zur Wärmebehandlung festgestellt werden. Auf Grund von nicht auffindbaren Mikrorissen, konnte bei den Schraubendruckfedern kein Zusammenhang zwischen einem Auftreten von Mikrorissen und der Zeitspanne zwischen Kaltumformung und Wärmebehandlung beobachtet werden.
Wechselwirkung von Trennmitteln, Puffern und Komplexbildnern mit Glasoberflächen. - 56 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2015
Auf Glasoberflächen gibt es verschiedene Arten von Korrosionserscheinungen (Beulen, Löcher, Kristallitbildung, Präzipitate auf und in der Glasoberfläche, Diffusionshöfe). Auch unterliegt die Korrosion vielen Einflüssen. Beispielsweise ist sie abhängig von der Temperatur, der relativen Luftfeuchte, aufgetragenen Trennmitteln und den Lagerbedingungen (Druck und Luftzirkulation). In dieser Arbeit wurden die verschiedenen Korrosionserscheinungen untersucht um Erkenntnisse über ihre Entstehung und die Abhängigkeiten zu gewinnen. Verschiedene Grundaussagen über die Glaskorrosion von gelagertem Floatglas können nach dieser Arbeit getroffen werden: - verstärkte Korrosion durch Zusammenschließen der Einflusszonen um agglomerierte PMMA Teilchen; - je höher die Konzentration an korrosionshemmenden Säuren im Trennmittel, desto besser der Korrosionsschutz, aber zeitlich begrenzte Wirkung; - ein Großteil der Präzipitate lassen sich durch Waschen der Proben auf der Oberfläche entfernen, Präzipitate in der Gelschicht nicht; - Bildung von Diffusionshöfen um PMMA Teilchen, die sich nicht durch Waschen entfernen lassen; - druckbelastete PMMA Teilchen hinterlassen irreversible Eindrücke in der Gelschicht. Selbst mit korrosionshemmenden Stoffen in den verschiedenen Trennmitteln lässt sich die Veränderung auf der Glasoberfläche nicht verhindern. Die Diffusions- und Gelschicht auf der Glasoberfläche sind wie eine Art lebendige Haut, die es gilt zu schützen. Welches Mittel benutzt wird, ist abhängig von der Dauer der Lagerung der Glasscheiben. Jedoch bietet selbst bei kurzer Lagerung das Trennmittel mit einem hohen Säureanteil den besten Schutz. In dieser Arbeit war es AC Separol 6494 mit 50 gew. % Adipinsäure, das von der Chemetall GmbH bereit gestellt wurde. Bei vielen der gezeigten Phänomene auf der Glasoberfläche laufen bestimmte Mechanismen ab. Einige Modelle wurden gezeigt, um diese zu beschreiben. Jedoch ist stark davon auszugehen, dass es noch weitere ungeklärte Mechanismen gibt. Um diese zu beschreiben, muss weiter geforscht werden. Auch wird es nötig sein die Kristallite nachweislich zu quantifizieren mit auch bisher noch nicht angewendeten Messmethoden. Die Schwierigkeit hierbei sind die geringen Mengen an Kristalliten bzw. Präzipitaten, die auf der Oberfläche wachsen und entstehen. Weiterhin sollten Versuche mit anderen Trennmitteln durchgeführt werden (gibt es Unterschiede bei Verwendung unterschiedlicher Polymerstoffe, Höfe um das PMMA Teilchen). Auch ist es möglich die Druckkräfte bei den Versuchen zu variieren. Wie stark ist die Korrosion auf der Glasoberfläche abhängig bei unterschiedlichen Kräften. Wichtig ist es, die Mechanismen der Glaskorrosion zu identifizieren und zu verstehen und dafür sind weitere Experimente und Analysen von Nöten.
Poröses Silizium als Anode für Lithium-Ionen-Batterien - Herstellung und Charakterisierung von gedruckten Batteriezellen. - 120 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Neben der Energiegewinnung spielt die elektrische Energiespeicherung im Zuge des Ausbaus des Anteils Erneuerbarer Energien für die Stromversorgung in Deutschland und der sich entwickelnden Elektromobilität eine tragende Rolle. Für beide Anwendungen sind elektrochemische Speicher aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Kompaktheit, Flexibilität und Leistungsfähigkeit besonders gut geeignet. Die Lithium-Ionen-Batterie ist ein Vertreter im Bereich elektrochemischer Energiespeicher, der diese Anforderungen besonders gut erfüllt. Durch den Einsatz und die Entwicklung kostengünstiger und effizienter Elektrodenmaterialien sowie einer großtechnischen Herstellungsweise kann dieses Speicherkonzept zukünftig eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Speichersystemen spielen. Zur Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie soll in dieser Arbeit Silizium als aktives Elektrodenmaterial mit einer bis um den Faktor 11 höheren Speicherfähigkeit im Vergleich zum derzeit verwendeten kohlenstoffbasierten Material eingesetzt und untersucht werden. Die nachfolgende Masterarbeit ist in zwei Versuchsteile gegliedert. Im ersten Versuchsteil liegt der Schwerpunkt zunächst auf der Charakterisierung des eingesetzten Silizium-Rohmaterials. Darauf folgen die Verarbeitung des Materials sowie die Entwicklung von Elektrodenpasten bestehend aus Graphit (als Referenz) und Silizium. Hierbei wird das Silizium Rohmaterial mit ausgewählten Bindemitteln vermischt und dahingehend optimiert, dass eine großflächige Beschichtung mittels Rakelverfahren möglich wird. Für die Herstellung der Pastensysteme werden verschiedene Bindemittel verwendet. In einem zweiten Versuchsteil erfolgt letztlich die Evaluation der Beschichtungsergebnisse in Verbindung mit der elektrischen Charakterisierung der prozessierten Elektroden. Hierzu werden die hergestellten Elektroden in Testzellen verbaut und zykliert. Dabei werden die Fertigungsschritte des Zellbaus sowie das Vorgehen bei der Zyklierung im Einzelnen vorgestellt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse vergleichend diskutiert und ein Ausblick für zukünftige Forschungsarbeiten gegeben. Als Resultat der Elektrodenherstellung und der angestellten Optimierungsmaßnahmen können Graphit-Elektroden mit Kapazitäten von 338 mAh/g (1. Zyklus) bzw. 232 mAh/g (nach 40. Zyklen) mit einem energetischen Wirkungsgrad von bis zu [eta]_Wh= 96,1 % sowie mit einer Coulomb-Effizienz von bis zu [eta]_Ah= 99,8 % erzielt werden. Darüber hinaus erreichen die entwickelten Silizium-Elektroden nutzbare Kapazitäten von bis zu 1965 mAh/g bei einem energetischen Wirkungsgrad von [eta]_Wh= 88,78 % und einer Coulomb-Effizienz von [eta]_Ah= 90,3 %.