Numerische und experimentelle Methoden zur Evaluation von statischen Dichtungskonzepten für die Vermeidung korrosiver Dichtungsunterwanderung in hoch beanspruchten Bauräumen (Statische Abdichtung metallischer Elektronikgehäuse). - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Diese Arbeit beschreibt den Entwicklungsprozess einer numerischen und experimentellen Methodik zur Evaluierung von statischen Dichtungskonzepten zur effizienteren Bewertung virtueller Konstruktionsansätze. Bereits in frühen Entwicklungsphasen muss der Einfluss von geometrischen Festlegungen wie z.B. Verschraubungspositionierungen, insbesondere bei Dichtsystemen analysiert werden. Eine mögliche korrosive Unterwanderung der Dichtung bei z.B. Elektronikgehäusen kann zu einer Flüssigkeitskontaminierung funktionswichtiger Komponenten und dadurch zum Ausfall dieser führen. Entscheidend dabei ist, die Gestaltung des gesamten Dichtsystems inklusive Gehäuse- und Dichtungsmaterialien aber auch des geometrischen Aufbaus mit entstehenden Spalten. Zugrunde liegt die Annahme einer Korrosionsabhängigkeit von der Spalthöhe unmittelbar vor der Dichtung, da sowohl der Flüssigkeitsbenetzungsprozess durch den Kapillardruck als auch der Rücktrocknungsprozess beeinflusst werden. Eine Kopplung verschieden großer Kapillaren führt zu Unterschieden im Rücktrocknungsprozess des Spaltelektrolyten. Die verzögerte Rücktrocknung kleiner Kapillaren führt zu einer Verlängerung der Elektrolytreaktionszeit und resultiert in einem gesteigerten Abtragsprozess. Mithilfe numerischer FEM-Berechnungen und experimenteller Analysen werden Einflussparameter für die Entstehung ungünstiger Spalthöhen unmittelbar vor der Dichtung ermittelt. Die Durchführung von Druckmessfolien-Versuchen ermöglicht die Validierung der FEM-Simulationsergebnisse hinsichtlich resultierender Kontaktbereiche zwischen den Dichtsystembauteilen. Durch computertomographische Untersuchungen können nach der Montage der Dichtsystemkomponenten, in-situ die entstehenden Spaltöffnungen analysiert werden. Mithilfe der Durchführung von neutralen Salzsprühnebel-Versuchen nach DIN-EN-ISO 9227, konnte der Einfluss eines konstanten vor der Dichtung geöffneten Spaltes auf die Korrosion ermittelt werden. Es wurden Spalthöhen, ausgehend vom Standard-Spalt durch die Originalbedingungen und 0,09; 0,15; 0,25 und 0,3 [mm] eingestellt. Es wird aufgezeigt, dass konstant geöffnete Spalten vor der Dichtung zu einer Verbesserung der Unterwanderungsbeständigkeit führen. Eine Kopplung von ungleichmäßigen Kapillaren kann so verhindert werden, um den Rücktrocknungsprozess gleichmäßig zu gestalten. Aus den Ergebnissen abgeleitet werden konnte des Weiteren ein Beitrag zu einer internen Konstruktionsrichtlinie.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Klimaerwärmung, Ressourcenschutz und Senkung von Treibhausgas-Emissionen - das sind die größten Herausforderungen im heutigen Technologiezeitalter. Die wahrscheinlich einzige Technologie, die ökologische und ökonomische Vorteile miteinander vereint, ist der Leichtbau. Oder anders gesagt: Leichtbau ist gut fürs Klima und den Gelbeutel. Die derzeit eingesetzten metallischen Leichtbauwerkstoffe sind größtenteils Aluminium, hochfeste Stähle und Titan. Einen geringen Anteil macht das Leichtmetall Magnesium aus, welches sogar deutlich leichter als das etabliertere Aluminium ist. In der Grundlagenforschung, der modernen Metallforschung und Werkstoffprüfung zu neuen Materialien und Werkstoffen ist die Metallographie daher nicht mehr wegzudenken. Da sich die Metallographie von Magnesiumlegierungen aufgrund von verschiedenen Eigenschaften schwierig gestaltet, soll diese Arbeit die Problematik aufgreifen, um eine Art Präparationsanleitung zu erstellen und sinnvolle metallographische Gefügebilder zu erhalten. Zu Beginn dieser Arbeit werden Zielstellungen des Projektes formuliert. Im Stand der Technik wird neben Grundlagen der Metallographie auch auf die Anwendungen von Magnesium in der Industrie eingegangen. Es wird eine Art Bearbeitungsanleitung für die Metallographie von Magnesium erstellt und diese auf drei unterschiedliche Legierungen angewandt. Die damit hergestellten Proben werden im Anschluss daran mittels Röntgenfluoreszensanalyse, Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie analysiert und das entstandene Gefüge ausgewertet.
Systembetrachtung der Korrosionsbeständigkeit an geschliffenen Oberflächen von metastabilen Austeniten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 1 Online-Ressource (VII, 202 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Wegen ihrer Beständigkeit gegen Korrosion sowie der guten Umformbarkeit sind austenitische CrNi-Stähle in einer Vielzahl von Anwendungen anzutreffen. Die Fähigkeit zur Ausbildung einer stabilen Passivschicht beruht dabei insbesondere auf dem Anteil an Chrom in der jeweiligen Legierung. Der Einfluss weiterer einzelner Faktoren auf das Korrosionsverhalten von CrNi-Stählen wird in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Arbeiten behandelt. Die vorliegende Arbeit befasst sich dabei explizit mit der Auswirkung einer erfolgten Kaltumformung und der erzeugten Bauteiloberfläche infolge unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren auf das Korrosionsverhalten. Zur Betrachtung der Wechselwirkung dieser beiden Faktoren wurden zwei metastabile austenitische Stähle herangezogen, welche eine nahezu identische Korrosionsbeständigkeit (gem. PREN) aufweisen, aber deren Austenitstabilität (gem. Md30) unterschiedlich ist. Durch mehrstufiges Kaltwalzen wurden an Blechmaterial verschiedene Umformgrade erzielt. Die Differenzierung in den Oberflächenausführungen wurde anschließend durch metallografische Präparation oder durch Plan-Umfangs-Längsschleifen erzeugt. Die metallografische Präparation führte zu geschliffenen, polierten oder elektropolierten Oberflächenausführungen. Für den maschinellen Flachschleifprozess wurden jeweils Oberflächen mit Siliziumkarbid oder mit Korund als Schleifmittel bearbeitet. Die Bestimmung des Korrosionsverhaltens erfolgte mittels verschiedener elektrochemischer Messmethoden. Zur Charakterisierung der erzeugten Oberflächen wurden unterschiedliche Analysemethoden angewendet, insbesondere die taktile und optische Bestimmung der Oberflächenrauheit sowie die Untersuchung mittels REM-Aufnahmen. Der Einfluss der Kaltumformung auf das vorliegende Gefüge, die zu einer ausgeprägten Bildung von α'-Martensit führte, wurde durch konventionelle Metallografie, EBSD-Messungen und magnetinduktive Messungen erfasst. In Bezug auf das erzielte Korrosionsverhalten zeigt sich der Einfluss beider Faktoren deutlich. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften infolge der Kaltumformung kann dabei als dominanter Einfluss auf die erzeugte Oberflächentopografie nachgewiesen werden. Hieraus folgt für geschliffene Oberflächen ein entgegengesetzter Trend des Korrosionsverhaltens mit steigendem Umformgrad zu den polierten oder elektropolierten Oberflächen.
https://doi.org/10.22032/dbt.50169
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2022
Die Herstellung von Bauteilen wird über einen hybriden Fertigungsansatz, bei dem komplexe, mittels Pulverbett-basiertem Schmelzen erstellte Halbzeuge über einen Laserschweißprozess mit weniger komplexen Strukturen, die konventionell hergestellt oder aber mit anderen additiv gefertigten Halbzeugen verbunden werden, durchgefüht. Auf eine Fügeflächenvorbehandlung der additiv gefertigten Halbzeuge durch Drehen, oder Fräsen wird hierbei bewusst verzichtet. Bei den Untersuchen werden die vorhandenen Einflüsse der Oberflächenrauheit, Ebenheit und Wasserstoffgehalt der Ausgangsmaterialien auf die Schweißnahtporosität und Nahtunregelmäßigkeiten ermittelt. Ausgewählte Parameter, wie Porosität Porengröße und Nahtbreite werden in Abhängigkeit der Parameter Laserleistung und Schweißgeschwindigkeit dargestellt. Die Ermittlung möglicher Prozessfenster, Abhängigkeiten und Einschränkungen sollen zur Erweiterung der Anwendung des Laserschweißens bei hybriden Fertigungsverfahren beitragen.
Zum Stand der Forschung bei chrom(III)-basierten Passivierungen. - In: ZVO-Report, (2021), 1, S. 43
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Die Arbeit entstand im Rahmen des Projektes "HyDru - Hybridisierung mittels Niederdruckguss" des Fraunhofer Projektzentrums Wolfsburg. Vor dem Hintergrund des Leichtbaus und der Prozessoptimierung sollen Fügeschritte bei der Fertigung von Verbundbauteilen durch direktes Ein-, An-, oder Umgießen eingespart werden. Für diese Arbeit wurden Al-Al-Verbundbauteile mit stranggepressten und gegossenen Parts hergestellt. Als Materialien wurden die Legierungen EN AW-6060 und EN AC 42 100 verwendet. Im Niederdruckkokillenguss wurden verschiedene stranggepresste Hohlprofile angegossen. Anschließend wurden die Übergangsbereiche der produzierten Proben charakterisiert. Schwerpunkt der Untersuchungen lag vor allem auf der Art der geschaffenen Verbindung, dem Einfluss der Einlegervarianten auf diese und den mechanischen Eigenschaften des Verbundes im Übergangsbereich. Metallographische Betrachtungen zeigten, dass an einigen Stellen eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wurde, diese sich aber nie über die gesamte Übergangsfläche erstreckte. Die Einleger mit der geringsten Wandstärke lieferten die besten Ergebnisse bei der mechanischen Prüfung der Grenzzone. Weitere Versuche sind erforderlich, um zusätzliche Erkenntnisse zu dem Erstarrungsverhalten des Al-Al-Verbundes zu erlangen.
Fertigung eines Seal & Divide-Instrumentes mittels Rapid Prototyping. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
In Vorbereitung der Entwicklung eines neuen laparoskopischen Einmalinstrumentes, soll ein Produkt-Prototyp entwickelt werden. Der Prototyp soll als Bipolares Seal & Divide Instrument, zum Koagulieren und Präparieren von Geweben ausgeführt werden. Um die Entwicklungskosten und die Iterationszeiten möglichst kurz zu halten, kommt für die Werkzeug- und Bauteilentwicklung die additive Fertigung zum Einsatz. Zur vollständigen Fertigung des Prototypen kommen die Fertigungsverfahren Tiefziehen, Ätzen, Laserschweißen, Widerstands-Punktschweißen, Keramik-Beschichten und Kunststoff-Spritzguss zum Einsatz. Die additive Fertigung kommt bei der Werkzeug-Entwicklung der Umformprozesse, des Widerstands-Schweißprozesses und der Bauteilgeometrie Entwicklung für die Kunststoff-Spritzgussprozesse zum Einsatz. Erfolgsentscheidend ist dabei die Qualität der mittels Umformung hergestellten Maulteil-Klauen und -Elektroden aus Blech. Das Ziel ist es, die Fertigungsprozesse bereits während Prototypenentwicklung möglichst seriennah auszulegen, um bei der Qualifizierung der Prozesse und Werkzeuge für die spätere Serienproduktion Zeit zu sparen.
Neuartige Formgedächtnispolymere für die Aktorik. - Ilmenau. - 198 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Formgedächtnispolymere sind Polymere, die in der Lage sind, durch einen äußeren Anreiz, von ihrer, durch eine thermomechanische Behandlung erzeugten, temporären Form, in die Originalform zurückzukehren. Thermoplastische Polyurethane können solche Formgedächtnispolymere sein. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel neue Formgedächtnispolymere zu finden, um das Sortiment, der bisher existierenden Formgedächtnispolymere zu erweitern und somit das Anwendungsfeld auszuweiten. Zunächst wurden thermoplastische Polymere mit einer variierenden chemischen Zusammensetzung untersucht. In einer ersten Versuchsreihe variierte das Weichsegment, welches die thermischen Eigenschaften bestimmt. Die zweite Versuchsreihe variierte die verwendeten Kettenverlängerer und Diisocyanate für Polyhexylenadipat-Polymere. Aus der Charakterisierung dieser Polymere konnte auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen geschlossen werden. Diese Analysen verdeutlichten, dass der Zweiweg-Formgedächtniseffekt nicht allein von der Kristallinität der Polymere abhängig ist. Eine weitere Versuchsreihe beschäftigte sich mit der Optimierung der Formgedächtnisaktorik von einem programmierbaren Polymer durch eine geometrische Änderung der aktuierenden Bauteile. Hierzu wurde ein Messstand konzipiert, welcher die reversible Bewegung bei verschiedenen Auslenkungen für Probebalken mit variierenden Querschnittsflächen, sowie die erzeugte Kraft während des Formgedächtniseffektes ermittelt. Die Messungen präsentieren, dass eine Geometrieänderung die Formgedächtnisaktorik optimieren kann und dadurch eine Materialeinsparung möglich ist. Das ermöglicht den Einsatz von programmierbaren Polymeren in Bereichen wie der Soft Robotic. Zusätzlich zu den Polymeren wurden auch Polyurethanschaumstoffe auf eine Anwendung als Formgedächtnispolymer untersucht. Hier variierten ebenfalls die Bestandteile, um Struktur-Eigenschaft-Beziehungen zu verdeutlichen. Die untersuchten Schäume führten einen Zweiweg-Formgedächtniseffekt spannungsfrei und unter konstanter Spannung aus. Die bestimmte Wärmeleitfähigkeit macht eine Anwendung als Dämmmaterialien möglich. Zudem wurden die untersuchten Schaumstoffe recycelt, wobei sich das Pressen als geeignetste Methode erwies. Eine Charakterisierung nach dem Recyceln zeigte, dass das recycelte Material nach einer Programmierung einen Einweg- und Zweiweg-Formgedächtniseffekt ausüben kann.
Entwicklung und Validierung eines Werkstückfördersystems für die vollautomatisierte Endkontrolle von Kühl- und Gefriergeräten. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Die Integration von mechatronischen Automatisierungssystemen in eine Fertigungslinie ist ein zeit- und arbeitsintensiver sowie interdisziplinärer Entwicklungsprozess. Aktuell verläuft die Konzepterarbeitung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik getrennt voneinander. Die einzelnen Disziplinen nehmen im Laufe des Projekts gegenseitigen Einfluss auf die Entwicklung des Gesamtkonzepts, nicht immer zu dessen Vorteil. Um dieses Zusammenspiel effizienter zu gestalten, bedarf es einer allgemein gültigen Methodik für die Entwicklung mechatronischer Systeme. Diese existiert bisher nur in geringem Umfang, weshalb ein Automatisierungskonzept sehr spezifisch an das zu fertigende Produkt angepasst werden muss und nicht ohne weiteres auf andere Systeme übertragbar ist. Die vorliegende Masterarbeit untersucht, ob eine allgemeine, fachübergreifende Prozessbeschreibung bei der Entwicklung und Integration von Automatisierungssystemen möglich ist, wie diese modelltechnisch funktionieren könnte und welche Vorteile damit einhergehen. Am Beispiel der Entwicklung eines Werkstückfördersystems für die automatisierte Geräteendprüfung von Kühlgeräten wird analysiert, in welchen Bereichen der Anlage eine Wechselwirkung zwischen Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik existiert. Das finale Automatisierungskonzept wird in einzelne Teilbereiche gegliedert, welche über die Definition von Schnittstellen in ein logisches Verhältnis zueinander gesetzt werden. Durch die Ableitung der Analyseergebnisse in ein allgemein anwendbares Modell wird ein Ansatz generiert, der eine methodische Entwicklung von Automatisierungsprojekten in der Haushaltsgroßgeräteproduktion frühzeitig unterstützt und den Bedarf an fachübergreifender Entwicklungsarbeit schon zu Projektbeginn lokalisieren kann. Die Notwendigkeit zusätzlicher Systeme, die zur Umsetzung der Automatisierungsmaßnahmen notwendig sind, sowie die Auswahl der verwendeten Art der Fördertechnik für die Integration in eine Fertigungslinie kann anhand des Modells ebenfalls abgeschätzt werden. Mit der Anwendung dieses Modellansatzes besteht die Möglichkeit, interdisziplinäre Arbeitsgruppen gezielt auf die schnellere Entwicklung eines gemeinsamen Konzepts anzusetzen anstatt die einzelnen Teilbereiche unter zusätzlichem Aufwand durch nachträgliche Anpassung von Mechanik, Elektrotechnik und Informatik zu einem System zusammenfassen.
Chemical changes of float glass surfaces induced by different sand particles and mineralogical phases. - In: Journal of non-crystalline solids, ISSN 0022-3093, Bd. 566 (2021), 120868
Particles play an important role in the storage, transportation and natural weathering of glasses, but their influence on glass degradation is little studied. In this work, the influence of main sand components is investigated. Feldspar exhibits the strongest leaching rate for the network former Na, while quartz has the lowest. The leaching rate of natural sands is in between. Based on these findings, a model describing the leaching mechanism was developed: Hereby, hydroxyl groups adhering on sand grains adsorb network modifiers by substituting their hydrogen by network formers from the glass surface. The amount of available hydroxyl groups determines the leaching rate. This model is supported by loss on ignition performed for the sands, which might be a suitable method to roughly estimate their leaching rates. The adsorption of network modifiers suppresses carbonate formation, dendritic growth and Mg diffusion in the glass surface region. Pimple-like crystal growth is observed.
https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120868