Möglichkeiten der Einflussnahme der Formteilqualität im Spritzgießprozess durch eine Einspritz- und Nachdruckregelung. - 91 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Steigende Qualitätsanforderungen und ein wachsendes Bewusstsein für eine nachhaltige Produktion erfordern innovative, energieeffiziente Technologien im Bereich der Kunststoffverarbeitung. Bisherige Ansätze im Spritzgießprozess beziehen sich auf die Regelung von Prozessparametern, womit allerdings keine konstante Formteilqualität bei Chargenschwankungen gewährleistet ist. Die vorliegende Arbeit behandelt die Thematik intelligenter Regelungssysteme im Spritzgießprozess, mit denen es möglich ist mit Hilfe mathematischer Operationen konkrete Kennzahlen aus kontinuierlichen Kurvenverläufen gängiger Prozessgrößen zu generieren und damit eine direkte Prozessregelung zu ermöglichen. Aus den Vorversuchen stellten sich als Haupteinflussgrößen auf Qualitätsmerkmale die Nachdruckhöhe und die Nachdruckzeit heraus, weshalb diese in darauffolgenden Versuchen vertiefend untersucht werden. Aus den Ergebnissen der Hauptversuche erfolgt eine Bewertung der ermittelten Kennzahlen hinsichtlich ihrer Eignung eine Materialänderung anzuzeigen. Durch die Aufstellung von Regressionsgleichungen für ausgewählte Kennzahlen können erste Aussagen über die Eignung zur Überwachung eines Spritzgießprozesses getroffen werden. Weiterhin wurden Regelungskonzepte vorgeschlagen, die in einem Spritzgießprozess Änderungen der Verarbeitungsbedingungen erkennen und über Regressionsmodelle diese durch eine Anpassung der Maschinenparameter kompensieren. Aus den gewonnen Erkenntnissen wurde die grundsätzliche Eignung eines Prozessregelungssystems mittels Kennzahlen bestätigt.
Selektive Vorderseitenmetallisierung von Silizium-Solarzellen. - 118 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die am häufigsten eingesetzte Technologie zur Frontkontaktierung von Siliziumsolarzellen erfolgt mit dem Druck von Silberpaste mit anschließender Feuerung zur Ausbildung des Metall-Halbleiterkontaktes. Ziel ist der Ersatz des Silbers durch eine Kupferbeschichtung. Hierfür ist jedoch eine dünne Diffusionsbarriere aus Nickel erforderlich. Die Strukturierung der Frontkontakte (Finger und Busbars) erfolgte über einen Laserprozess durch die Entfernung der Antireflexionsschicht (SiNx). In den gelaserten Bereichen wurde die Nickelschicht lichtunterstützt unter optimierten hydrodynamischen Bedingungen abgeschieden. Dabei erfolgte die Variation der Beleuchtungsstärke, der Vorbehandlung und der Abscheidungsparameter. Spezielles Augenmerk lag auf der Nickelkeimbildung und der benötigten Schichtdicke zur vollständigen Bedeckung des gelaserten Bereichs. Weiterhin erfolgten Analysen zur Qualifizierung des Laserprozesses durch GDOES-, XPS- und AES-Messungen. Zusätzlich wurden Impedanzmessungen zur Analyse des Widerstandsverhaltens in Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke an Siliziumsolarzellen durchgeführt.
Umsetzung, Systeminbetriebnahme und Versuche für die Integration eines intelligenten Schmelze-Speichermoduls zwischen Spritzgießmaschine und Doppelschneckenextruder zur schonenden Verarbeitung von Biokunststoffen. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Um den stetig steigenden Anforderungen an Kunststoffe gerecht zu werden und den Einsatz der Biokunststoffe weiter zu fördern, müssen diese den konventionellen Kunststoffe hinsichtlich der Eigenschaftsprofile immer weiter angepasst werden. Hier gilt es vorrangig, den Verarbeitungsprozess der Biokunststoffe zu optimieren. Entsprechend befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Umsetzung eines innovativen Inline-Compoundier-Systems zur schonenden Verarbeitung von Biokunststoffen sowie der Planung von Versuchsreihen zur Optimierung der mechanischen, rheologischen und thermischen Bauteileigenschaften durch Parametervariation im Spritzgießzyklus. Vorbereitend zur Umsetzung wird ein Überblick über die verwendeten Biokunststoffe und speziell deren Verarbeitung sowie der derzeitigen Maschinentechnik und den beim Spritzgießen ablaufenden Zyklus gegeben. Nach der Analyse des 3D-CAD-Modells wird die Optimierung und Vorgehensweise hin zu dessen Realisierung beschrieben. Darüber hinaus werden bisher nicht betrachtete Umbaumaßnahmen an der Spritzgießmaschine behandelt und zur Funktionsfähigkeit benötigte steuerungstechnische Programmierungsänderungen herausgearbeitet. Hinzu kommt eine Analyse zu den Verarbeitungsparametern, um Aussagen über die Bauteileigenschaften in Bezug auf die Parametervariation zu treffen. Speziell erfolgt eine Beurteilung in Bezug auf die Auswirkung der Variation auf die Verweilzeit und die Schergeschwindigkeit. Aus den im Bearbeitungszeitraum gewonnenen Erkenntnissen können anhand des realisierten Umbaus weiterführende Änderungsmaßnahmen am System aufgezeigt und Lösungsvarianten zur Inbetriebnahme der Maschinen erarbeitet werden. Abschließend werden die benötigten Laborversuche zur zeitnahen Ermittlung und Validierung der Eigenschaftsverbesserung durch das innovative System dargelegt.
Entwicklung eines Leichtbau-Unterfahrschutzes für einen Geländewagen. - 166 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Für einen Großteil der Automobilbranche ist die Erschließung und Etablierung in neuen Märkten eine Grundvoraussetzung für weiteres Wachstum. Unterstützt wird dies durch die steigende Globalisierung. Damit ergeben sich jedoch zunehmend neue Herausforderungen in Form umfangreicherer Produktvielfalten, neuen Fahrzeuganforderungen und unterschiedlichen Gesetzeslagen. Um den jeweiligen Artikel auf dem internationalen Markt attraktiv zu gestalten, müssen sowohl die technischen wie auch die wirtschaftlichen Aspekte betrachtet werden. Dazu zählt ebenfalls die Entwicklung neuer Bauteilkomponenten im Kraftfahrzeug. Diese werden jeweils für sich, im Verbund und in der Gesamtheit bewertet. In diesem Zusammenhang müssen ebenfalls als wichtige Randbedingung die Bedürfnisse möglicher Kunden berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein Beitrag zur Entwicklung eines Unterfahrschutzes im Bereich des Vorderwagens eines SUV-Fahrzeugs geleistet. Zum Einsatz kommt dabei die Finite-Element-Methode (FEM). Angestrebt wird ein leichtes kostengünstiges und wirksames Konzept, welches alle Anforderungen und Auslegungskriterien erfüllen kann. Diese sind für die jeweils unterschiedlichen Fahrzeugausprägungen zu entwickeln. Dabei wird unter anderem eine geeignete Werkstoffauswahl getroffen. Hauptaufgabe dabei ist mithilfe des Solvers OptiStruct eine ganzheitliche Optimierung des Geländeunterfahrschutzes durchzuführen. Diese beinhaltet neben der Analyse des aktuellen Konstruktionsstands sowohl die Topology- wie auch die Topographyuntersuchung. Zur ganzheitlichen Betrachtungsweise werden die zuvor angenommenen Lastannahmen aus der Simulation mit einem realen Fahrzeugversuch überprüft und gegenübergestellt werden. Dazu wird die Versuchsplanung, -durchführung und die Inbetriebnahme der Erprobungsstrecke übernommen. Das Ziel dieser Arbeit ist ein Unterfahrschutzkonzept, welches alle Auslegungskriterien mit den dazugehörigen Randbedingungen erfüllt. Durch die Optimierung werden technische sowie wirtschaftliche Gesichtspunkte in ein sinnvolles Verhältnis zueinander gebracht. Damit wird der Reifegrad des Produkts und somit auch des Gesamtfahrzeugs wesentlich gesteigert.
P-typ-Kontaktierung von Gruppe III-Nitriden. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In der vorliegenden Arbeit wurde die elektrische Kontaktierung von zweidimensionalen Löchergasen untersucht. Die Bedingungen der Bildung und der Koexistenz von Elektronen- (2DEG) und Löchergasen (2DHG) in GaN/AlGaN/GaN-Heterostrukturen wurde mit Hilfe von Simulationen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass die gleichzeitige Bildung von 2DHG und 2DEG sowohl von der Barrierenschichtdicke als auch von der Stärke der Cap-Schicht abhängig ist. In einem zweiten Schritt wurde die Kontaktierung von 2DHG-Schichten mit hilfe eines neuen Kontaktierungsverfahrens untersucht. Dazu sollte das 2DHG von der Seite kontaktiert werden. Der entscheidende Parameter war daher nicht die Kontaktfläche sondern die Länge der geätzten und anschließend kontaktierten Kante.
Systemanalyse und Ermittlung von Einstellparametern an einem Prototypensystem zum Setzen von Klebbolzen auf CFK Verbundbauteilen. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
In dieser Arbeit wird das neue Verfahren des Bolzenklebens auf Kohlefaserverstärkten Verbundbauteilen näher betrachtet. Es erfolgt eine kurze Einführung in die Themengebiet des Klebens und des kohlenfaserverstärkten Kunststoffes. Zunächst werden die unterschiedlichen auf dem Markt vorhandenen Systeme kurz vorgestellt und ihre Stärken und Schwächen dargelegt. Im Rahmen der Arbeit wird eine erste Parameterfindung für das Prototypensystem der Fa. Emhardt Teknologies (Tucker) durchgeführt. Des Weiteren werden optische und zerstörende Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle und Überprüfung der Leistungsfähigkeit des Systems entwickelt. In den praktischen Versuchen wurden äußere Einflüsse und Störfaktoren auf das System untersucht. Eine Analyse des Systems, unter Berücksichtigung der Risiken und Chancen, trifft eine erste Beurteilung über die Einsatzfähigkeit in einer Serienproduktion. Es werden Arbeitsanweisungen abgeleitet, die zu einem sicheren Einsatz des Systems bei der Audi AG führen sollen.
Einfluss der Produktionsplanung auf den Energieverbrauch im Spritzgießbetrieb. - 117 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Angesichts ständig steigender Rohstoffpreise erhöht sich insbesondere für energieintensive Branchen, wie die Kunststoffindustrie, der Kostendruck enorm. Dies rückt einen energieeffizienteren Einsatz der zur Wertschöpfung eingesetzten Ausgangsgüter vermehrt in den Fokus. Um die Voraussetzung eines langfristigen Unternehmenserfolgs zu schaffen und nachhaltig zu sichern, ist es erforderlich, das bisherige Produktionsmanagement um das Ziel der Energiekostenreduzierung zu erweitern. Deshalb befasst sich die vorliegende Arbeit damit, anhand von Versuchen zu überprüfen, wie sich eine energieorientierte Maschinen-Formteil-Paarung in der Spritzgießfertigung gestalten kann. Dazu wird zunächst analysiert, welche Einzelprozesse sowohl während des Rüstvorgangs als auch während des Spritzgießprozesses eines Einsatzes an Energie bedürfen. Darüber hinaus wird aufgezeigt, welchen Einfluss das zu fertigende Formteil auf den Energieverbrauch der Spritzgießmaschine ausübt. Anhand dieser Analyse werden Parameter zur Spritzgießmaschine abgeleitet, die bei einer optimaleren Spritzgießmaschinen-Formteil-Auswahl zu einem reduzierten Energiebedarf beitragen können. Um eine Beurteilung der erarbeiteten Kriterien vorzunehmen, werden Versuche, bei denen die Leistungsaufnahme der Spritzgießmaschine gemessen wird, zu verschiedenen Formteilen und Maschinenbauarten durchgeführt. Die Auswertung der aufgenommenen Daten bildet somit die Grundlage für die Entwicklung eines Ansatzes zu einem energieorientierten Produktionsplanungskonzept. Weiterhin wird auf Basis der Versuchsdaten erörtert, inwiefern sich der Rüstenergiebedarf bzw. eine veränderte Maschinen-Formteil-Zuordnung hinsichtlich der Losgrößenplanung auswirken. Anschließend wird im Rahmen der Auswertung dargestellt, welche Kostenersparnisse sich durch eine verbesserte Maschi-nen-Formteil-Zuordnung einstellen können.
Eigenschaften von T- und Y-Schaltern aus epitaktischem Graphen auf 6H-SiC. - 76 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Graphen wurde epitaktisch auf 6H-SiC in einem Brennofen mit Graphitausmauerung der Brennkammer in einer Argonatmosphere mit einem Druck von 1,5 bar gewachsen. Dabei wurde die Abhängigkeit des Wachstumsprozesses von den Parametern Temperatur und Heizzeit untersucht und mit der Qualität des so hergestellten Graphens in Zusammenhang gebracht. Die Qualität, Dotierung und Dicke des Graphens wurde mit Ramanspektroskopie untersucht. Infrarotspektroskopie ermöglichte die Indentifierzung von Plasmonen im Graphen. Es wurde festgestellt, dass eine stärkere Plasmonanregung bei Graphen auf der C-Seite des SiCs erreicht werden konnte. Dann wurde die Morpholigie der Siliziumkarbidoberfläche in Abhängigkeit der einzelnen Schritte des Wachstumsprozesses untersucht. Y- und T- Strukturen wurden mit Hilfe von Elektronstrahllitographie hergestellt. Die Abhängigkeit des Gleichrichtereffektes von den geometrischen Abmessungen der Bauelemente wurde untersucht. Dabei wurde ein Parameter identifiziert, welcher das Verhalten der T- und Y-Schalter beschreibt. Außerdem wurde eine Erklärung für das diffuse Verhalten von T- und Y-Strukturen mit sehr schmalen Kanälen bei einer Push-Pull-Spannung von fast Null vorgeschlagen. Zum erste Mal wurde ein transitorähnliches Schaltverhalten in T- und Y-Schaltern aus Graphen beoabachtet. Die Steilheit dieser Strukturen beträgt bis zu 440 myS/mym. Der differentielle Spannungszuwachs erreicht Werte von bis zu 560. Eine Erklärung für dieses Verhalten wird vorgeschlagen. Der Kontaktwiderstand von Titan-Gold- und Chrom-Gold-Kontakten wurde gemessen. Der Widerstand beträgt 1600 [omega] mym für erstgenanntes und 4400 [omega] mym für letztgenanntes.
Entwicklung und Anwendung eines Leichtbaukonzeptes für einen Rollstuhl. - 104 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Für die Neuentwicklung eines gewichtsoptimierten Rollstuhls mittels Faserverbundkunststoffe wurde ein Konzept zur Detektion der potentialsten Bauteile entwickelt. Dieses Konzept ermöglicht eine Betrachtung der Bauteile hinsichtlich ihrer Gewichtspotentiale, Herstellungsmöglichkeiten und entstehenden Kosten. Das Konzept wurde anhand eines Aktivrollstuhls durchgeführt und über eine Konstruktion und Simulation der drei besten Bauteile nachgewiesen. Die Resultate entsprachen den angenommenen Werten. Das Konzept ist allgemeingültig aufgestellt. Abschließend kann ein erfolgreich angewandtes Leichtbaukonzept vorgewiesen werden, welches sich für produktgleiche und produktübergreifende Untersuchungen anwenden lässt.
Konstruktion zur Integration eines Direktantriebes in die Plastifizierachse einer Spritzgießmaschine. - 91 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit wurde eine Konzeptionierung und Konstruktion für die Ausrüstung einer Spritzgießmaschine mit einem gegebenen Direktantrieb in die Plastifizierachse erstellt. Dabei soll das Plastifizier-Drehmoment erfasst werden können. Dazu wurde zuerst eine Anforderungsliste erstellt, worauf hin mehrere Konzepte aufgestellt und in bestimmten Kriterien verglichen wurden. Die gefundene Variante wurde konstruiert und umgesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt der Aufgabenstellung war die Konzeption der Integration des Direktantriebes für verschiedene Bauarten für Spritzeinheiten. Dazu wurde die Eignung der Bauart mit Bewertungskriterien untersucht. Zudem wurden Beispielrechnungen für mögliche finanzielle Einsparungen bei der Nutzung des Direktantriebes für verschiedene Szenarien angefertigt. Desweiteren wurde das Potential des antriebsseitigen Schneckenwechsels durch die Hohlwelle des Antriebes für verschiedene Bauarten betrachtet. Hierzu wurden Voraussetzungen formuliert, die von den zuvor betrachteten Konzepten zur Integration des Antriebes erfüllt werden müssen.