Erhöhung der Tieftemperatur-Riss-Unempfindlichkeit des Gelcoatsystems (Reinharzdeckschickt). - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind Verbundwerkstoffe mit einer Harzmatrix und einer faserförmigen Verstärkung. Umwelteinflüssen ausgesetzte FVK sind in der Regel mit einer unverstärkten Harzschicht, Gelcoat genannt, vor diesen Einflüssen geschützt. Dieser Gelcoat reißt bei Temperaturwechselbeanspruchung. Ziel dieser Arbeit ist es den Gelcoat aus Polyesterharz gegen die Rissbildung unempfindlicher zu machen.
Die Auswirkung der Alterung bei verschiedenen Lagerungsbedingungen auf mechanische und umformtechnische Eigenschaften zweier 6xxx-Aluminiumlegierungen und bei Karosseriestählen. - 119 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
In ökonomischer sowie ökologischer Hinsicht rückt der Leichtbau im Fahrzeugbau immer weiter in den Vordergrund. Die konsequente Umsetzung dieses Themas erfolgt zum einen über Stoffleichtbau, wobei der herkömmliche Stahl beispielsweise durch Stahl mit verbesserten Eigenschaften oder durch völlig neue Metalle wie Aluminium ersetzt wird. Zum anderen muss bei der Substitution des Stahls durch Aluminium auf konstruktive Mittel zurückgegriffen werden, da sich das Konzept des Stahl-Karosseriebaus nicht immer vollständig in entsprechender Serie auf Aluminium übertragen lässt. Für den Karosseriebau mit Aluminium werden derzeit drei Konzepte angewandt: Die Blechschalenbauweise, die Spaceframe-Konstruktion (mit der sich ein Aluminiumeinsatz von bis zu 100 % in der Karosserie realisieren lässt) sowie die Aluminium-Hybridbauweise. Im Karosseriebau werden hauptsächlich Aluminiumknetlegierungen der 5xxx sowie der 6xxx-Serie verwendet. Die 5xxx-Serie bildet allerdings bei Verformung Fließfiguren aus, weshalb diese Legierungen im Sichtbereich nicht eingesetzt werden können. Daher werden für Außenhautlegierungen die fließfigurenfreien 6xxx-Legierungen (AlMgSi) eingesetzt. Mit steigender Lagerdauer bilden sich Mg2Si-Ausscheidungen, welche mit der Zeit eine zunehmende Verfestigung des Materials verursachen. Die übliche Garantiespanne auf die Kennwerte der Legierung beträgt sechs Monate. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob zwei spezielle Außenhaut-Legierungen über einen Gesamtzeitraum von zwölf Monaten ab Lösungsglühen verwendbar sind. Da Stahl dennoch eine wichtige Komponente des Karosseriebaus darstellt, wird auch bei sechs Karosseriestählen unterschiedlicher Festigkeitsklassen eine Untersuchung über die Erweiterung des Garantiezeitraumes auf zwölf Monate ab Verzinkung durchgeführt. Ein weiterer Aspekt der Untersuchung an Aluminium ist die experimentelle Ermittlung der Wirkung unterschiedlicher Lagertemperaturen auf das Aushärtungsverhalten einer AA 6014 Legierung. Der Werkstoff wird hierzu über einen Zeitraum von vier Monaten geprüft. Ziel dieser Arbeit ist eine Bewertung aller untersuchten Werkstoffe hinsichtlich der verwendeten Auslagerungsdauer und -temperatur. Hierzu werden über den jeweiligen Untersuchungszeitraum monatlich Zug- und Biegeversuche (mit und ohne Vordehnung des Materials), Erichsen-Tiefungen, Näpfchen-Tiefziehversuche nach Swift sowie metallographische Gefügeanalysen durchgeführt. Abschließend wird mittels rasterelektronenmikroskopischer Analyse der Bruchflächen ausgewählter Zugproben ein Bezug zwischen Lagerdauer/-temperatur und Aushärtung hergestellt. Für die Beurteilung der Lagerfähigkeit des Materials bei unterschiedlichen Raumtemperaturen wird das Material bei tiefen Temperaturen (-24 ˚C sowie 7 ˚C), erhöhter Temperatur (50 ˚C) sowie Raumtemperatur (als Referenz) ausgelagert. Dabei wird das Material für die tiefen Temperaturen (sowie eine Raumtemperatur-Referenz) selbst lösungsgeglüht. Im Zuge dieser Untersuchungen wird ermittelt, ob sich die Lagerdauer einer schnellaushärtenden Legierung auf den Lackeinbrennungsprozess und die damit verbundene Festigkeitssteigerung des Materials auswirken. Aus den Ergebnissen der durchgeführten Versuche wird deutlich, dass die Verfestigung der untersuchten Aluminiumlegierungen innerhalb eines Jahres langsamer voranschreitet als erwartet. Dies bedeutet, dass die Grenzen der mechanischen Kennwerte auch nach zwölf Monaten noch nicht überschritten sind. Bei beiden Aluminiumlegierungen kann deshalb eine Erweiterung des Lagerzeitraumes auf zwölf Monate ab Lösungsglühen vorgenommen werden. Auch bei den analysierten Stählen kann aufgrund der vorliegenden Ergebnisse der jeweils festgelegte Auslagerungszeitraum verdoppelt werden. Die Untersuchung der Lagertemperaturen hat ergeben, dass eine Auslagerung bei erhöhten Temperaturen nur mit Einschränkung möglich ist. Eine Auslagerung bei tiefen Temperaturen verlangsamt zwar das Ausscheidungsverhalten, jedoch kann der extreme energetische Aufwand durch die vergleichsweise geringe Auswirkung auf die mechanischen Kennwerte nicht gerechtfertigt werden. Insgesamt wird deutlich, dass sich die Verfestigung des Materials auf die Zugversuche auswirkt, auf die Biege-, Tief- und Streckzieheigenschaften jedoch wenig Einfluss hat. Anhand der Bruchflächen über zwölf Monate kann dies bestätigt werden. In der Bruchstruktur der verschiedenen Lagertemperaturen sind jedoch keine Unterschiede erkennbar. Auf Basis dieser Arbeit kann als nächster Schritt ein Betriebsversuch in Betracht gezogen werden.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847199436nacht.txt
Short fiber reinforced aluminum foam for lightweight solutions. - In: Proceedings, (2015), S. 80-83
The first time metallic foams were mentioned was in 1926 by Alexandre Meller. Since then the understanding of the behavior has developed so the material can be used for special applications. Nevertheless the mechanical properties are bad compared to solid material. Because of the mean variation of the pore size the strength underlays a variation too. A solution can be to reinforce the matrix with fibers so the mechanical properties can be improved and the variation can be reduced. In a first attempt the aluminum powder is mixed with 2 weight percent cleaned glass fibers and a blowing agent (TiH2) and were compacted with a heated compressing tool. After that the preform can be foamed by an alloy adapted heat-treatment. The preform expands to about 500 percent of the primary volume while the fibers are orientated randomly in the metal matrix so the composite keeps its isotropic behavior. Referring to compression tests the mechanical properties improved. The composite is 20% stiffer and 8% stronger than the non-reinforced foam having the same density. Analyzing the failure behavior, all of the fibers got pulled out of the matrix. To reach higher strength and stiffness the adhesion of the matrix and fibers must be improved. A solution can be to use e.g. carbon fibers or other fibers which can build a compound with the matrix material. Combined with a higher share and longer fibers the reinforced foam can be stiffer stronger and level out the influences of the mean variation of the pore size.
Das Fachgebiet Metallische Werkstoffe und Verbundwerkstoffe. - In: Jenaer Jahrbuch zur Technik- und Industriegeschichte, ISSN 2198-6746, Bd. 18 (2015), S. 315-318
Untersuchung und Analyse der Eigenschaften von Bremsscheiben aus unterschiedlichen Gusswerkstoffen. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Neben einer zügigen Verzögerung des Fahrzeuges werden weitere kundenrelevante Anforderungen an das Bremssystem gestellt. So sollen während des Bremsvorganges möglichst keine Geräusche und spürbaren Schwingungen vom Fahrer wahrgenommen werden. Auch die Korrosionsanfälligkeit sowie die Verschmutzung der Radfelgen durch Bremsenabrieb sollen möglichst gering gehalten werden. Für eine einwandfreie Leistungsfähigkeit hat die Bremsscheibe sowohl mechanische als auch thermische Eigenschaften zu erfüllen. Ihre werkstoffliche Zusammensetzung und ihre Geometrie beeinflussen maßgeblich den Erfüllungsgrad der angestrebten Kriterien. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Graugussvarianten EN-GJL-150, EN-GJL-200 und EN-GJL-250 hinsichtlich ihrer bremsentechnischen Eigenschaften verglichen werden. Dafür wurden Bremsscheiben aus den drei unterschiedlichen Materialien mit einer einheitlichen Geometrie gefertigt und in Prüfstandsversuchen auf ihre Leistungsfähigkeit getestet. Zusätzlich wird eine Werkstoffanalyse der vorliegenden Werkstoffe durchgeführt. Anhand der ausgewerteten und gegenübergestellten Ergebnisse kann eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Werkstoffe getroffen werden.
Erarbeitung eines Konzeptes zur Wärmerückgewinnung eines Aluminium Schmelzofens. - 64 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeptionierung eines Wärmerückgewinnungssystems zum Einsatz am Aluminium Schmelzofen. Dazu werden im Stand der Technik unterschiedliche Ofentypen vorgestellt und deren Einsatzzweck erläutert. Anschließend werden Verfahren zur industriellen Energierückgewinnung aufgeführt. Der untersuchte Aluminium Schmelzofen der ZPF GmbH ist bei der Mahle GmbH in Rottweil im Einsatz. Einer Analyse der aktuellen Betriebsweise schließt sich die Auswahl eines Luft-Wasser-Wärmetauschers im Bypass zur Berwertung der Energie aus dem heißen Abgas an. Unterschiedliche Konzepte werden vorgestellt und hinsichtlich ihrer Prozess- und Betriebssicherheit bewertet. Besonders gewichtet wird außerdem die Prozesssicherheit des Ofens und die Amortisationszeit des Wärmerückgewinnungssystems. Nach der Auswahl eines für den Einsatzfall passenden Energierückgewinnungssystems wird daraus ein Konzept entwickelt, sowie dessen Vorteile und Risiken aufgezeigt. Zuletzt werden im Ausblick noch weitere Energieeinsparpotentiale aufgezeigt.
Herstellung und Evaluierung eines n-leitenden Polymers für thermoelektrische Anwendungen. - 92 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Aufgrund der stetigen Entwicklungen im Bereich der Mikroelektronik und der Energieeffizienz kommen vermehrt organische Halbleiter zum Einsatz. Deren Vorteile liegen, im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterwerkstoffen, in der automatisierten wie auch breitgefächerten Herstellungsportfolio, sowie der variablen Geometrie. Der Anlass dieser Arbeit ist es, dass bis heute die Leitungsmechanismen in dem verwendeten Polymer nicht geklärt sind somit dessen physikalisches Potential noch nicht vollkommen erschöpft ist. Zudem ist die Synthese von elektrisch leitfähigen Polymeren hinsichtlich deren Reproduzierbarkeit von Bedeutung. Dies gilt es im Folgenden zu verbessern. Nach gegenwärtigem Stand der Technik werden metall-organische Polymere nicht dotiert, obwohl eine Dotierung und die damit verbundene Einbringung weiterer Ladungsträger zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit führt. In der folgenden Arbeit wird sich mit der Synthese und der Optimierung eines metallorganischen thermoelektrischen Polymers beschäftigt.
Drapierfähigkeit faserverstärkter Kunststoffe. - 187 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Faserverstärkte Kunststoffe stellen einen wichtigen Verbundwerkstoff für den automobilen Leichtbau dar. Die Hauptvorteile gegenüber metallischen Leichtbauwerkstoffen sind die hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten bei einer wesentlich geringeren Dichte. Die Eigenschaften der Faserverbunde lassen sich dabei maßgeblich über die Auswahl der Verstärkungsfaser, der Faserlänge, des Faseranteils, der Faserausrichtung sowie des gewählten Matrixsystems beeinflussen. Daher können die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Kunststoffe sehr gut für den konkreten Belastungsfall ausgelegt werden. Für die Herstellung der Leichtbaustrukturen werden bevorzugt endlosfaserverstärkte Gewebe in Form von imprägnierten Kohlenstofffaserhalbzeugen, sogenannten Prepregs, verwendet. Bei der Drapierung der Gewebe auf die Form des herzustellenden Bauteils bilden sich Scherwinkel innerhalb der Gewebe, die eine Verschiebung der Faserlagen zur Folge haben. Besonders bei dreidimensionalen Geometrien können durch unterschiedliche Radien sehr große Scherwinkel entstehen, die zu einer Faltenbildung im Gewebe führen. Dadurch kommt es zu einer Dickenänderung des Gewebes sowie der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Im Zweifelsfalle können die entsprechenden Bauteile keiner Verwendung zugeführt werden, da sie den mechanischen Ansprüchen nicht genügen. Um diesem erhöhten Ausschuss entgegen zu wirken wird der Darpiervorgang über Software Programme wie FiberSIM zunächst simuliert. Es zeigen sich große Unterschiede zwischen den simulierten und dem real erhaltenen Ergebnissen, da die genaue Kenntnis über das Drapierverhalten der verwendeten Gewebe fehlt. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit das Scherverhalten zweier endlosfaserverstärkter Kohlenstoffprepregs bei der ZF Friedrichshafen AG untersucht. Die Untersuchungen für diese Arbeit wurden über den picture frame test (PFT) mit einem neuartigen Scherrahmen der ZF Friedrichshafen AG durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen Scherrahmen besteht bei diesem die Möglichkeit die Drehpunkte des Rahmens variabel zu verschieben, wodurch ein Einfluss auf das Scherverhalten der Proben erwartet wurde. Neben der Berechnung des Scherwinkels aus den Messdaten der verwendeten Zugprüfmaschine erfolgte ebenso die berührungslose Bestimmung des Scherwinkels durch das optische Dehnungsmesssystem ARAMIS. Mit Hilfe der Versuchsergebnisse konnte damit ein Vergleich beider Systeme vorgenommen werden, wobei sich eine gute Übereinstimmung zeigte. Neben der Inbetriebnahme und Optimierung des Scherrahmens konnte durch die umfangreichen Versuche mit Unterstützung des ARAMIS-Systems festgestellt werden, dass die beiden untersuchten Prepregmaterialen ein signifikant anderes Scherverhalten aufzeigten als erwartet wurde. Außerdem konnte gezeigt werden, dass die Drehpunkte einen wesentlichen Einfluss auf das Scherverhalten der Proben haben. Dies ist an Hand der aufgestellten Kraft-Weg-Scherwinkel-Korrelationen deutlich zu erkennen.
CNT-verstärkter Aluminiumschaum: Herstellverfahren, Eigenschaftsermittlung und Analyse. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Leichtbau findet in vielen Bereichen des Maschinenbaus immer mehr Anwendungsgebiete. Metallschäume bieten mit ihren Eigenschaften, geringe Dichte und Energieabsorptionsvermögen hervorragende Voraussetzungen um Anwendungen in der Leichtbaukonstruktion zu finden. Ziel dieser Arbeit ist es, CNT verstärkte Aluminiumschäume herzustellen. Das Kombinieren der bereits guten Eigenschaften von Metallschäumen und Kohlenstoffnanoröhren soll weiter die Eigenschaften verbessern und neue Eigenschaften hervorbringen. Für die Herstellung der Schäume wird das Pulvermetallurgische Verfahren verwendet. Dabei werden die Pulver in einer Kugelmühle über verschiedene Mahldauern gemahlen. Zur Untersuchung der Pulverproben wurden diese anschließend metallographisch untersucht und miteinander verglichen. Das gemahlene Pulver wird zu einem Pressling zusammengepresst. Diese Presslinge werden auf Risse, Partikelzusammensetzung und Partikelform untersucht um Abhängigkeiten auf die Schäumbarkeit zu ermitteln. Aussagen zum Gefüge, Porenstruktur und Expansionsgrad der Aluminiumschäume werden getroffen. Außerdem wird die Verteilung der CNT im Schaum untersucht. Die Ergebnisse werden miteinander verglichen um tendenzielle Effekte aufzuzeigen. Am Ende der Arbeit wird eine Zusammenfassung über die verschiedenen Parameter und ihre Effekte auf den Aluminiumschaum gegeben.
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.