Nanostrukturiertes Si als Anodenmaterialien für Li-Ionen-Batterien. - 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Zwei Arten von nanostrukturiertem Silicium, nanoporöses Si und Si Nano-Säulen, wurden erfolgreich als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien hergestellt. Metall-unterstütztes chemisches Ätzen (MaCE) wurde für die Herstellung diese Nanostrukturen genutzt. Hierzu wurden verschiedene Parameter untersucht, um deren Einfluß auf den MaCE-Prozess besser zu verstehen. In der Arbeit wurden die Zusammensetzung der Ätzlösung, das Dotierungsniveau des Siliciums, sowie die kristallographische Orientierung des Si-Substrates variiert. Die Ätzrate von Si verringert sich, wenn die Konzentration der gesamten aktiven Komponenten in der Ätzlösung erhöht wirde. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die geätzte Struktur abhängig vom Molverhältnis Lamda = [HF] / ([HF] + [H2O2]) ist. Geordnete Si Nano-Säulen (nanoporöse Si-Nano-Säulen und Si Nano-Säulen mit nanoporöser Schale), wurden durch eine Kombination von Nanoimprint Lithographie und MaCE hergestellt. Die elektrochemischen Eigenschaften des nanostrukturierten Si für Batterieanwendungen wurden mittels Cyclovoltammetrie charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die nanostrukturierten Si-Strukturen eine höhere Kapazität und eine bessere Stabilität gegenüber Bulk-Si aufweisen.
Konstruktive Optimierung eines Schiebedachmoduls zur Implementierung eines Glasdeckels mit schaltbarer Transparenz im Bereich Entwicklung Karosserie. - 130 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Bereits seit der frühen Automobilentwicklung Anfang des 20. Jahrhunderts werden Glasscheiben in Fahrzeugen verbaut. Erstmals wurden Glasscheiben als transparenter Windschutz vor dem Fahrersitz verbaut. Spätestens seit Mitte der 20er Jahre waren Vollverglasungen sowohl bei Fahrzeugen mit geschlossenen Fahrgasträumen als auch bei hochwertigen Cabriolets Standard. In den vergangenen Jahren hat es, bedingt durch neue Technologien und dem Ziel nach mehr Sicherheit, Komfort und Qualität, immer mehr Verbesserungen und Neuerungen gegeben. So gibt es beispielsweise moderne Verbundsicherheitsverglasungen, die unter anderem wärme- und geräuschdämmende Eigenschaften, eine höhere Schlag- und Stoßfestigkeit, bei immer geringer werdendem Gewicht besitzen. Eine innovative Zusatzfunktion bei Verbundgläsern besteht in der Möglichkeit die Transmissionseigenschaften der Verglasung per "Knopfdruck" aktiv zu verändern. Ziel dieser Master-Thesis ist die Integration einer Verbundglasscheibe mit veränderbaren Transmissionseigenschaften in das Schiebedachmodul des Porsche Carrera. Dabei wird unter Berücksichtigung von definierten Kriterien eine Auswahl für eine geeignete Technologie im Schiebedachbereich erfolgen. Diese Kriterien befassen sich unter anderem mit der genauen Funktion der schaltbaren Transparenz, den Transmissionseigenschaften, der elektrischen- und der Verbrauchersicherheit. Nachdem die äußeren Randbedingungen für die Integration einer geeigneten schaltbaren Verglasung bekannt sind, wird die Konzeptphase gestartet. Darin werden verschiedene Kontaktierungskonzepte erarbeitet, um eine bestmögliche Energieversorgung der notwendigen elektrischen Bauteile zu gewährleisten. Dabei wird jedes Konzept hinsichtlich der Eingliederung in den vorhandenen Bauraum, der Funktion des Systems, des Fertigungs- und Kostenaufwandes und der Sicherheit näher betrachtet und beurteilt. Nach der Auswahl eines geeigneten Konzepts wird diese Variante detaillierter im CAD-Programm CATIA V5 ausgearbeitet. Abschließend wird ein Musteraufbau realisiert. Mit dem Musteraufbau werden Versuche durchgeführt, um die Funktion des entwickelten Entwurfs zu beurteilen und weitere Optimierungspotenziale aufzudecken.
Optimierung des tribologischen Kontakts Nockenwelle-Schlepphebel hinsichtlich Haft- und Gleitreibung durch Variation der Oberflächenbeschichtung und Oberflächentopographie. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
Die vorliegende Diplomarbeit gliedert sich in ein Vorentwicklungsprojekt der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG ein. Hintergrund ist die Umstellung der aktuellen Motorengeneration 9A1 auf die Motorengeneration 9A2, die in der siebten Generation des Porsche 911 zum Einsatz kommen soll. Schwerpunkt der Arbeit ist die Optimierung des Ventiltriebs mit dem Ziel der weiteren Reduktion von Reibverlusten vor allem bei niedrigen Drehzahlen. Startpunkt der Diplomarbeit war die Inbetriebnahme und Optimierung eines Tribologieprüftstandes, der in einer vorangegangenen Diplomarbeit konstruiert und aufgebaut wurde. Der Prüfstand soll korrelierbare Ergebnisse mit Komponentenprüfstands- und Dauerlaufversuchen unter starker Zeitraffung liefern. Dafür ist der erste Schritt die Ermittlung eines geeigneten Belastungskollektivs, das zu vergleichbaren Verschleißbildern führt. Unter Beleuchtung der Tribologie, Identifizierung der Funktionsflächen, Finden geeigneter Beschichtungssysteme und günstiger Oberflächentopographien werden Beschichtungsvarianten ausgewählt und auf dem Prüfstand erprobt. Anhand der Prüfstandsergebnisse sollen erste Verbesserungspotentiale durch zusätzliche Oberflächenbeschichtungen und Oberflächentexturierungen aufgezeigt werden.
Aufbau- und Justagekonzepte für kamerabasierende Fahrerassistenzsysteme. - 150 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Mit der Zielstellung das Fahrzeugfahren sicherer und komfortabler zu gestalten, entwickelt die Continental AG® innovative Fahrerassistenzsysteme für den internationalen Markt. Das immer größer werdende Spektrum der Assistenzsysteme für die aktive und passive Fahrersicherheit erfordert zuverlässige und kompakte Sensoren um die Fahrzeugumgebung hinreichend genau zu erfassen. Neben Infrarot- und Radarsensoren gewinnen kamerabasierte Assistenzsysteme dabei zunehmend an Bedeutung. Diese können eine Vielzahl von Funktionen (z. B. Verkehrszeichenerkennung) durch Auswertung der Bilddaten realisieren. In der vorliegenden Arbeit wird das aktuelle Aufbau- und Justagekonzept der Fahrerassistenzkamera MFC300® vorgestellt und mit Blick auf die Toleranzen des Systems analysiert. Dabei werden die Toleranzketten arithmetisch und statisch aufgestellt und berechnet. Basierend auf der Toleranzanalyse werden die kritischen Stufen des Aufbau- und Justagekonzepts aufgezeigt. Weiterhin enthält die Arbeit eine Patentrecherche um einen Überblick über bestehende Kamerakonzepte zu gewinnen und das aktuelle Konzept mit dem Wettbewerb vergleichen zu können. Ausgehend von den Ergebnissen, werden alternative oder optimierte Aufbau- und Justagekonzepte entwickelt und bewertet.
Erarbeiten einer Korrelation zwischen Freibewitterung und Sonnensimulation für das neue System Magic Sky Control. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Der Wunsch der Fahrzeughersteller nach einer schnellen Möglichkeit, die Alterung von Fahrzeugbauteilen und Bauteilkomponenten bestimmen zu können, steigt stetig. Für das Bestimmen der Alterungsbeständigkeit werden Kurzzeitbewitterungsverfahren und die Freibewitterung verwendet. In dieser Arbeit werden die Grundlagen und die Vorgehensweise zur Erstellung einer Korrelation beschrieben und für das Magic Sky Control angewendet. Für die Korrelation werden die Prüfteile in der Freibewitterung in drei Klimazonen und in der zeitraffenden Laborbewitterung Sonnensimulation gelagert. Für die Korrelation werden vier Methoden beschrieben und für das Magic Sky Control angewandt. Die beste Methode wird anschließend mittels eines Bewertungsverfahrens ermittelt. Mit dem Korrelationsfaktor kann die Prüfdauer abgeschätzt werden, wann eine bestimmte Schadensgrenze erreicht wird.
Oxidations- und Erosionsuntersuchungen an Zündkerzenelektroden aus Iridiumlegierungen. - 94 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
In dieser Arbeit wird der Erosionsmechanismus von Zündkerzenelektroden aus verschiedenen Iridiumbasislegierungen untersucht. Es wird die Abhängigkeit des Verschleißes von der Temperatur, des Durchmessers und des Abstands untersucht. Die befunkten Oberflächen werden mittels REM/EDX hinsichtlich Morphologie und chemischer Zusammensetzung charakterisiert. Es werden Spannungskurven für verschiedene Oberflächenzusammensetzungen und Temperaturen aufgenommen und miteinander verglichen. An befunkten Iridiumlegierungen bildet sich in Abhängigkeit der Temperatur eine rhodiumreiche Randschicht aus, welche den Erosionsmechanismus sowie das Abdampfverhalten von Iridiumoxiden beeinflusst. Während der Befunkung abgelagertes Nickeloxid beeinflusst den Verschleiß deutlich. Die Abhängigkeit dieser Ablagerungen von Elektrodenmaterial, Elektrodendurchmesser und Elektrodenabstand werden untersucht.
Entwicklung und Konstruktion eines Spin-Prüfstands zur mechanischen High-Speed-Absicherung von Reifenventilen. - 125 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs ist in hohem Maße von einem korrekt eingestellten Reifenfülldruck abhängig. Zudem wirkt er sich auf das Komfort- und Umweltverhalten eines Fahrzeugs aus. Die aktuelle europäische Gesetzeslage schreibt daher einen flächendeckenden Einsatz von Reifendruckkontrollsystemen ab dem 01.11.2012 mit neuer EG-Typengenehmigung vor. Die mechanische Belastung eines Ventils vor allem mit Reifendruckkontrollsensoren ist bei High-Speed (>210 km/h) extrem hoch. Bisher war eine mechanische Hochgeschwindigkeitsabsicherung nur per Fahrversuch oder beim Lieferanten möglich. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Prüfstand zu entwickeln, der mechanische Belastungen an Reifenventilen simulieren kann. Zur Erstellung verschiedener Konzepte wird eine Situationsanalyse durchgeführt und anschließend eine Anforderungsliste erstellt. Eine Bewertungsanalyse vereinfacht die Auswahl des richtigen Konzeptes. Darauffolgend wird eine Sicherheitsanalyse nach DIN EN 1050 durchgeführt. Ein Programmablaufplan für die Ansteuerung über ein SPS-System (Speicherprogrammierbare Steuerung) schließt diese Arbeit ab.
Optische Bewertung der Homogenisierungswirkung von Rührmethodenals Beitrag für die Optimierung von Glasschmelztechnologien. - 54 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
Die vorgestellte Arbeit beschäftigt sich mit der ortsaufgelösten Bewertung von Inhomogenitäten im Auslauf eines Durchlaufmischers. Als Messgröße dient die Konzentrationsverteilung von in das Modellfluid eingebrachten Tracern, die optisch über ein 3D-Laserscanverfahren erfasst und quantitativ bewertet wird. Der den Bewertungen zugrunde gelegte Durchlaufmischer stellt das Modell eines Feederkanals dar, und kann sowohl mit einemmechanischen als auch elektromagnetischen Rührer betrieben werden. Zur Visualisierung des Mischungszustandes wird am Einlauf des Mischers eine mit Partikeln beladene Schliere eingebracht, die durch das jeweilige Rührverfahren in das Modellfluid eingerührt wird. Die Verteilung der Tracer nach den Rührvorgängen wird in einer Durchlaufküvette am Auslauf des Durchlaufmischers bestimmt. Dazu wird ein Linienlaser der Wellenlänge 660 nm schrittweise durch die Küvette verfahren und das an den Partikeln gestreute Laserlicht durch eine im rechten Winkel zur Einstrahlrichtung des Lasers angeordneten Kamera erfasst. Durch ein eigenentwickeltes Makro für das Bildverarbeitungsprogramm ImageJ werden die Partikelverteilungen in den erhaltenen Bildern der gesamten Messzelle bewertet und zur Mischgradbestimmung eingesetzt. Die Bestimmung der Homogenisierungswirkung bei unterschiedlichen Prozessparametern legt die Wirksamkeit bzw. die Grenzen des Verfahrens dar.
Modellbildung und Verifizierung zur Beschreibung der Antriebsfunktionen von Spritzgießmaschinen unter energetischen Gesichtspunkten. - 76 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit werden die Antriebsfunktionen von Spritzgießmaschinen unter energetischen Gesichtspunkten betrachtet und ein für alle Typen von Spritzgießmaschinen anzuwendendes Modell zur Beschreibung der aufzuwendenden Energie erstellt. Hierfür werden zunächst die Funktionsweisen und die verfügbare Maschinentechnik untersucht und erläutert, um den zugrunde liegenden Ablauf des Spritzgießzyklus und seine Anforderungen an die Maschine zu erfassen. Im Anschluss werden die sich daraus ableitenden Maschinentypen und ihre Besonderheiten vorgestellt. Das Berechnungsmodell basiert auf physikalischen und technischen Beziehungen, die das Verhalten der Maschinentechnik während der einzelnen Prozessphasen des Zyklus beschreiben. Anhand einer ausgewählten Spritzgießmaschine werden die Energien dieser mit dem Modell berechnet, parallel erfolgen Messungen der realen Leistungsaufnahme. Die Ergebnisse werden anschließend gegenübergestellt und bewertet. In dieser Arbeit wird weiterhin die Erstellung eines Cluster zur systematischen Kategorisierung von unterschiedlichsten Formteilen auf Basis charakteristischer Kennzahlen hergeleitet und durchgeführt. Basierend auf den Beziehungen des Modells, den gemessenen Werten und den Ergebnissen des Clusters werden abschließend Potenziale zur Optimierung des Spritzgießverfahrens vorgestellt. Dabei werden konstruktive und verfahrenstechnische Gesichtspunkte, der Einfluss des Kunststoffs sowie die parallel zur Spritzgießmaschine benötigten Querschnittstechnologien betrachtet.
Integrationstechniken für elektrisch angetriebene Kfz-Nebenaggregate. - 144 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Im Zuge der stetigen Ressourcenverknappung müssen Automobile immer effektiver und sparsamer entwickelt werden. Ein Schritt ist die mechanische Entkopplung der Nebenaggregate vom Motor. So werden beispielsweise der Kühlerlüfter, die Ölpumpe oder die Kühlmittelpumpe separat betrieben. Das gestattet einen kleineren, und damit leichteren und sparsameren Antrieb. Für die Nebenaggregate bedeutet das, dass diese ausschließlich im Bedarfsfall aktiviert werden können und keine ständige Last darstellen. Mit der steigenden Zahl elektrischer Antriebe sind Konzepte gefragt, die auf den Einsatz von kostenaufwändigen Selten Erden Magneten verzichten. Eine mögliche Lösung hierfür bietet der Reluktanzmotor, der gänzlich ohne den Einsatz von Permanentmagneten auskommt. Eine Einbindung solcher Antriebe im Kfz steckt noch in den Kinderschuhen. Gerade unter dem Gesichtspunkt der Anwendung leistungsfähiger Materialien und Fertigungstechnologien sind ausgereifte Lösungen gefragt. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz von Reluktanzantrieben für Nebenaggregate im Automobil, speziell für die Kühlmittelpumpe, zu ermöglichen. Dabei soll unter Anwendung von Kunststoffen und dem Einsatz von "Somaloy", als weichmagnetischer Stator-/Rotorwerkstoff, eine hochintegrierte Baugruppe entworfen werden. In Anlehnung an die Aufgabenstellung werden Integrationstechniken für eine Anwendung von Kunststoffen in elektrisch betriebenen Nebenaggregaten vorgestellt. Anschließend werden am Beispiel einer Kühlmittelumwälzpumpe Konzepte entwickelt, um Nebenaggregate mit Reluktanzantrieben unter Anwendung von Kunststoffen konstruktiv umsetzen zu können. Mit dem darauf aufbauenden Konstruktionsprozess entsteht ein technischer Entwurf, der zuletzt als Funktionsmuster umgesetzt wird.