Produkt- und Prozessdesign für Großserienschnittstellen in der Fertigung von neuen Lithium-Ionenbatterien. - XI, 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Forderungen nach effizienteren und größeren Energiespeichern beschäftigen die Energiespeicherhersteller. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Realisierung einer neuen Lithium-Ionen Batteriezelle und zeigt einen Vergleich zu herkömmlichen Designs auf. Basierend auf der Idee eines neuen Lithium-Ionen Batteriekonzeptes, wird zunächst eine Prozesskette entwickelt und an Hand dieser einzelne Prozessschritte herausgearbeitet. Für dieses neue Batteriedesign wird ein Werkstückträger konstruiert und an reellen Zelldummys getestet. Durch elektrische und elektrochemische Untersuchungen werden Verhaltenseigenschaften der Zelle in Form von Widerständen und der Zellausdehnung aufgezeigt. Zum Schluss wird ein Ausblick für einen Werkstückträger gegeben, der es ermöglicht mehrere Zellen aufzunehmen, um Produktionskosten einzusparen.
Entwicklung eines neuartigen CFK-Wassertanks für Luftfahrzeuge mit thermoplastischen Linern. - 101 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Herstellung von CFK-Wassertanks für die Anwendung in der Luftfahrt erfolgt bisher durch das Aufbringen eines Folienliners auf einen metallischen Wickelkern und der anschließenden Bewickelung mit in Epoxidharz getränkten Kohlenstofffasern. Nachteil dieses Verfahrens ist das erforderliche Trennen des CFK-Verbunds, um den Wickelkern zu entfernen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines innovativen Konzepts, bei welchem der metallische Wickelkern im Fertigungsprozess durch einen selbsttragenden, thermoplastischen Liner ersetzt wird. Dieser verbleibt im Wassertank und macht dadurch das Trennen des CFK-Verbunds überflüssig. Aus der Analyse bestehender Wassertanks und deren Herstellungsverfahren wird ein Lastenheft für das neue Konzept abgeleitet. Unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Aspekte kann ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Linerherstellung identifiziert werden. Auf Basis der Anwendungsanforderungen und der fertigungstechnischen Randbedingungen wird die Eignung alternativer CFK-Ausgangsmaterialien untersucht und eine Vorauswahl möglicher Linerwerkstoffe getroffen. Zur Evaluation eines Linerwerkstoffs und der finalen Auswahl dient der Vergleich von Funktionsprototypen. Ein Linerprototyp aus dem ausgewählten Werkstoff wird zur Validierung des Konzepts in einem Wickelversuch bewickelt. Ein erster Tankprototyp kann durch diesen Versuch dargestellt sowie entscheidende Prozessparameter ermittelt werden. Die zuverlässige Anbindung des CFK-Verbunds am thermoplastischen Liner erfordert die Aktivierung dessen Oberfläche. Anhand von Zug- und Schälversuchen an CFK-Prüfkörpern wird dafür ein geeignetes Oberflächenaktivierungsverfahren definiert. Der Vergleich des neu entwickelten mit dem bestehenden Tankkonzept hinsichtlich Gewicht, Herstellungskosten und -zeit bildet den Abschluss der Arbeit.
Werkzeugintegrierte Folienumformung beim Hinterspritzen dreidimensionaler Formteile. - 58 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Das Folienhinterspritzen bietet gegenüber herkömmlich verwendeten Verfahren wie Thermoformen oder Spritzguss Vorteile. Es ist kostensenkend und umweltfreundlich, da Schritte wie das Lackieren entfallen. Außerdem ist es ohne hohe Investitionskosten auf herkömmlichen Spritzgießanlagen integrierbar. Allerdings sind die Grenzen bezüglich der Verformung von Folien dieses Verfahrens bisher nicht vollständig untersucht. Ziel der Arbeit ist die Ermittlung der Haupteinflussparameter auf den Prozess des Folienhinter-spritzens und dessen Grenzen sowie die Formulierung eines Foliendeformationsmodells. Die Arbeit beginnt mit einer Literaturrecherche zu Verfahren und Kennwerten in Bezug auf die Deformation von Folien. Anschließend werden durch Vorversuche die Parameter der Hauptversuche festgelegt und deren Einfluss auf die Deformation der Folie untersucht. Dafür werden die Wanddickenverteilung, der Umformgrad und die temperaturabhängige Längenänderung der Folien ausgewertet. Im abschließenden Foliendeformationsmodell wird ein Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Versuchsparametern hergestellt und ein Idealwert dieses Modells vorgegeben. Haupteinflussfaktor auf die Wanddickenverteilung ist die Schmelzetemperatur und auf den Umformgrad die Werkzeugtemperatur. Der Abstand zwischen dem berechneten Idealwert und den gemessenen Werten liegt bei mindestens 4,65 % und maximal 64,48 %.
Untersuchung einer vollständig Rückseiten-kontaktierten Siliziumdünnschichtsolarzelle. - 51 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Strukturierung und Kontaktierung einer multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle mittels Lithografie, nasschemischen Ätzen und Metallisierung. Es wird nur eine, sich wiederverwendende Schutzlackschicht, für Strukturierung und Kontaktierung umgesetzt. Die vollständig Rückseiten kontaktierte Solarzelle wird hinsichtlich der Leitungsverluste in den Kontakten und dem Absorber optimiert und die aktive Solarzellfläche vergrößert. Das Kontaktschema wird auf drei verschiedenen Varianten der multikristallinen Siliziumdünnschichtsolarzelle umgesetzt.
Untersuchung der Morphologie und elektrochemischen Eigenschaften von Elektroden für Lithium-Ionen Batterien in Abhängigkeit des temperierten Kalandrierens. - 79 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Entscheidend für die Leistungsfähigkeit einer Lithium-Ionen Sekundärbatterie ist es, das optimale Verhältnis zwischen elektronischer und ionischer Leitfähigkeit herzustellen. Durch exaktes Kalandrieren der Elektrode auf den bestmöglichen Porositätswert ist dies erreichbar. Grundsätzlich werden die Energiedichte sowie die mechanischen Eigenschaften der Elektroden durch das Kalandrieren verbessert. Für niedrige Porositäten resultieren höhere Energiedichten, allerdings wird die Leistungsfähigkeit der Elektroden aufgrund des auftretenden Blockiereffektes des Binders an der Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche gemindert. In dieser Arbeit wird der grundlegende Einfluss des temperierten Kalandrierens auf die Morphologie und die elektrochemischen Eigenschaften von NCM-Kathoden untersucht. Hierfür werden drei unterschiedliche Flächenkapazitätswerte der Kathoden analysiert (2,0 mAh/cm 2, 2,8 mAh/cm 2 und 3,6 mAh/cm 2). Die Auswirkungen der Kalanderparameter, wie Kalanderspalt und Walzentemperatur, auf die Porosität werden zu Beginn der Arbeit untersucht. Bei höheren Kalanderwalzentemperaturen wurde eine Schichtstärkenzunahme festgestellt, wodurch die Kompaktierung der Elektroden zunehmend schwieriger wird. Dieser Effekt wurde mittels Rasterelektronenmikroskop (REM), energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX), Röntgenbeugung (XRD) und dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) untersucht. Anhand jener Ergebnisse wird versucht, den auftretenden Effekt zu erklären. Weiterhin wird gezeigt, dass die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden für niedrige Porositäten gesteigert werden kann. Elektroden, die bei einer Temperatur von 100˚C kalandriert wurden, zeigten aufgrund der Umstrukturierung des Bindernetzwerkes eine geringere Leitfähigkeit gegenüber denen bei Raumtemperatur. Im letzten Teil der Arbeit werden die Zusammenhänge zwischen den morphologischen und elektrochemischen Analysen aufgezeigt. Dabei werden C-Raten-Tests von Halbzellen gegenüber Lithium-Anoden (EL-Cells) durchgeführt, um die Entladefähigkeit der Kathoden zu bewerten. Langzeitzyklierungstests von Vollzellen gegenüber Graphit-Anoden (Pouch- Zellen) bei einer Entlade-C-Rate von 3C, dienen der Bewertung der Langzeitstabilität der Kathoden.
Aluminiumpunktschweißen - Untersuchungen zur Schweißbarkeit, Prozesskontrolle und Standmenge. - 152 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Widerstandspunktschweißklebbarkeit sowie die Elektrodenkappenstandmenge und Prozessfähigkeit verschiedener Materialpaarungen der 5xxxer und 6xxxer Aluminiumknetlegierungsserien analysiert. Im ersten Abschnitt der Arbeit werden nach den durchgeführten Widerstandspunktschweißungen die Schweißbarkeit verschiedener zuvor ausgewählter Materialpaarungen anhand der ausgeknöpften Blechpaarung, makroskopischen Schliffbildern und durchgeführten Zugversuchen charakterisiert. Dabei liegen die Untersuchungsschwerpunkte auf den Schweißpunktdurchmessern, der Zugfestigkeit der Schweißpunkte mit und ohne Klebstoff und der kritischen Prozessfähigkeit in Relation zu den zuvor definierten Mindestschweißpunktdurchmessern. Der zweite Abschnitt behandelt das Elektrodenkappenstandmengenverhalten sowie mögliche Optimierungsmaßnahmen zur Erhöhung des Standmengenverhaltens. Dabei wird das Anlegieren der Elektrodenkappen auf der Blechoberfläche untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf dem Erhöhen der Elektrodenkappenstandmenge mittels Variation der Elektrodenkappengeometrie und Anwendung eines neu entwickelten Softwarepakets zur rotatorischen Zangendrehbewegung. Im dritten Abschnitt wird eine mögliche Optimierungsmaßnahme hinsichtlich der Prozessfähigkeit untersucht. Dabei dient die Standardabweichung als Vergleichsparameter. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Generierung eines reproduzierbaren Schweißlinsendurchmessers mittels eines adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium. Hinsichtlich der Schweißbarkeit hat sich gezeigt, dass diese von der Gesamtblechdicke der Materialpaarung sowie der Homogenität der Konversionsbeschichtung abhängt. Die Elektrodenkappenstandmenge ist stark von der Oxidschichtdicke abhängig. Dabei ist auf eine homogene Konversionsschicht zu achten. Des Weiteren kann eine höhere Standmenge durch die Reduzierung der Stromdichte realisiert werden. Dies ist durch die Vergrößerung der Elektrodenkappenradien und Elektrodenkappendurchmesser möglich. Hierfür ist eine Anlagentechnik, welche größere Elektrodenkräfte aufbringt zu verwenden. Durch die Anwendung einer rotatorischen Schweißzangendrehbewegung während des Schweißprozesses lässt sich die Elektrodenkappenstandmenge erhöhen. Die Prozessfähigkeit ließ sich anhand des adaptiven Schweißstromreglers für Aluminium nicht verbessert werden.
Grundsatzuntersuchung zur Auswirkung der Temperaturmessung auf die Leistungsverteilung von Photovoltaik-Modulen. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Der aktuelle und zukünftige Bedarf und die Preisentwicklung von elektrischer Energie zwingen die Menschheit über alternative Energieversorgungskonzepte nachzudenken. Die Unternehmen dieser Branchen stehen aufgrund der Entwicklung mehr denn je im Wettbewerb. Um in Zukunft für den Verbraucher attraktiv zu bleiben ist es äußerst wichtig, möglichst kostengünstig und effizient qualitative Photovoltaikmodule herzustellen. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Masterarbeit mit dem Einfluss der Temperatur auf die Leistungsmessung von Photovoltaikmodulen. Zunächst wir der Einfluss der Temperatur auf die Module bestimmt. Auf Grundlage dieser Messungen werden die Temperaturunterschiede innerhalb des Moduls gemessen und deren Einfluss auf die Leistung ermittelt. Anhand der Ergebnisse werden Lösungsvorschläge zur Verbesserung des Messvorgangs beschrieben. Aus Basis dieser wird der wirtschaftlichste Vorschlag umgesetzt und dessen Ergebnisse dargestellt.
Entwicklung und Optimierung einer Messeinheit zur Analyse von a-C:H-Schichten mittels Glimmentladungsspektroskopie. - 95 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die Beschichtung von Düsennadeln unterliegt der ständigen Qualitätskontrolle. Eine Möglichkeit Schichtdicken zu messen ist die Glimmentladungsspektroskopie. Es wurde eine Methode entwickelt, mit der die Schichtelemente quantitativ über der Tiefe dargestellt werden. Dafür wurde der vorhandene Probenhalter verändert. Die Lage der Probe führte zu einer Verbesserung des Messprozesses. Negativ wirkende Einflüsse wurden reduziert. Durch die Veränderungen im Prozess wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erzielt. Sie wurden mit den bisherigen Methoden Infrarotspektroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse und Kalottenschliff verglichen. Die gemessenen Schichtdicken sind bei allen Methoden gleich, so dass die Glimmentladung mit der entwickelten Messmethode und dem Probenhalter als zuverlässiges Messmittel eingesetzt wird.
Schwingfestigkeit induktionsgehärteter Wellen. - 78 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die Abhandlung zum Thema "Schwingfestigkeit induktionsgehärteter Wellen" umfasst Zug-Druck-Schwingversuche an vergüteten und induktiv gehärteten Bauteilen zur Ermittlung von Kennwerten randschichtgehärteter Bauteile. Bei vergüteten Bauteilen konnten dehnungskontrollierte Wöhlerversuche durchgeführt werden, welche mit den theoretischen Vorgaben des Uniform Material Laws verglichen wurden. Des Weiteren erfolgten Umlaufbiege- und Torsionsversuche an randschichtgehärteten Bauteilen, um die Dimensionierungsgenauigkeit der FKM-Richtlinie (Auflage 6) zu untersuchen. Für solch inhomogene Werkstoffzustände wurde ebenfalls die dort vorgeschlagene Berechnung anhand des Konzeptes der lokalen Dauerfestigkeiten zur Betrachtung herangezogen.
Entwicklung und Verifizierung eines Modells zur Berechnung der Leistungsaufnahme von Nutbuchsenextrudern. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die energetische Betrachtung der Kunststoffproduktion wird mit den steigenden Energiepreisen immer wichtiger. Um Kunststoffe effizient verarbeiten zu können, müssen optimale Prozessparameter eingestellt werden. Die Vorgänge in Fertigungsmaschinen werden daher erforscht, um diese Parameter zu finden. Diese Arbeit baut auf den Ergebnissen von SCHNEIDMADEL [Sch13] auf, um die Energiebilanz der Einzugszone eines fördersteifen Extruders zu untersuchen. In einer intensiven Literaturrecherche wurden bestehende Modelle zur Beschreibung der Vorgänge in Einschneckenextrudern analysiert und verglichen. Nachdem benötigte Materialeigenschaften ermittelt wurden, wurden die Modelle in Versuchen am Extruder geprüft. Zu diesem Zweck wurde ein fördersteifer Extruder mit SCHNEIDMADELs Feststoffdrossel auf die Einzugszone verkürzt. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass Modelle zur Durchsatzkalkulation verifiziert werden können. Zur Kalkulation der dissipativen Leistung in der Einzugszone wird ein neues Modell vorgestellt, dass die Energiebilanzgleichung von SCHNEIDMADEL vervollständigt.