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 Die Dissertation behandelt die Erstarrung von thermoplastischen Kunststoffen nach dem Formgebungsprozess.

Machine Learning

Modellierung

Rheologie

Beitrag zur Vorhersage des spezifischen Volumens während des Erstarrungsvorgangs bei der Verarbeitung von Kunststoffschmelzen

 Thermoplastische Hybridverbunde mit Naturfaserverstärkung werden seit langem in der Automobilindustrie eingesetzt. Holzfasern wurden in diesem Zusammenhang jedoch bisher nicht untersucht.

Hybridwerkstoffe

Holz

Polypropylen

Naturmaterialien

Prozess- und materialtechnische Entwicklung von thermoplastischen Hybridverbunden mit Holzfaserverstärkung

 Grundlagen für die verfahrenstechnische Nutzbarmachung der Kombination von Co-Injektion und Thermoplastschaumspritzgießen für komplexe Materialkombinationen.

Thermoplastische Elastomere

Schaumspritzgießen

Co-Injektion im Spritzgießen: Sandwichbauteile mit geschäumtem Kern und weichelastischer Haut

In this paper, research results regarding the adhesion properties between metallic conductor track and plastic carrier are presented. In particular, the influence of thermally conductive plastics on the adhesion properties has not yet been investigated.

IMKS specimen for investigating the adhesive properties between plastic carrier and metallic conductor track

Elektronik

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Werkstoffprüfung, mechanisch

Statistische Methoden

Characterisation of the adhesive properties in the IMKS

Die Studie untersucht, wie wasserlösliche Salzkerne in den Composite-Prozessen Spritzguss und automatisiertem Tapelegen eingesetzt werden können.

Slokav-Salzkern-Versuche: Vergleich umspritzter Salzkerne in der ersten Stufe: PA6 (erfolgreich) vs. CF-PEEK (fehlgeschlagen).

Polyetherketon

Polyamide

Faserverbundwerkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Entwicklung in Richtung eines robusten, wasserlöslichen, verlorenen Kernmaterials – Teil 1: Unverstärktes, binderfreies Salz

Vorstellung und Eignung der neu entwickelten Plasmaquelle.

Mikrowellen-Atmosphärendruck-Plasmaquelle

Plasmabehandlung

Oberflächeninspektion

Reinigen und Vorbehandeln

Oberflächentechnik

Oberflächenaktivierung von Polymeren mit Hilfe einer neuen Mikrowellen-Atmosphärendruck-Plasmaquelle

Ganzheitlicher Überblick über das Problem der Dickenskalierung von Faser-Kunststoff-Verbunden. Beleuchtet werden die Herausforderungen sowohl der Herstellung als auch der mechanischen Prüfung.

Beispiel für ein dickwandiges FKV-Bauteil: Hydraulikblasenspeicher mit Wanddicken bis 30 mm.

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Herausforderungen dickwandiger, duroplastischer Faser-Kunststoff-Verbunde in der Herstellung sowie mechanischen und zerstörungsfreien Prüfung – Ein Review

Die Einsatzmöglichkeit von wärmeleitfähigen Kunststoffen im Zusammenhang mit dem Integrierten Metall/Kunststoff-Spritzgießen (IMKS) ist noch nicht geklärt. Im Beitrag werden Empfehlungen entwickelt.

IMKS-Probekörper mit spiralförmiger Leiterbahngeometrie

Elektrotechnik

Statistik

Wärmeleitfähigkeitsmessung

SPC, Statistische Prozesssteuerung

Einflüsse von Material- und Prozessparametern beim IMKS unter Verwendung von wärmeleitfähigen Kunststoffen

In der Arbeit werden die Prozesse Schaumspritzgießen und Co-Injektion vereint, um Hart-Weich-Verbunde aus TPS und geschäumtem Polypropylen herzustellen.

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Schäumwerkzeuge

Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Leichtbauteilen produziert durch Co-Injektion und Schaumspritzgießen

Mittels angeregter Lockin-Thermografie und neuronalen Netzen kann erstmals eine quantitative Charakterisierung von oberflächennahen Defekten in isotropen und faserverstärkten Kunststoffen erfolgen.

Darstellung des experimentellen Versuchsaufbaus: Thermografiekamera (links unten), Photodiode (links oben), VCSEL Array (rechts), CFK-Prüfkörper (Mitte)

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Polymethylmethacrylat

Defektcharakterisierung in isotropen und faserverstärkten Kunststoffen mittels aktiver Thermografie und neuronalen Netzen

Dieser Beitrag beschreibt einen Herstellungsprozess für umweltfreundliche und ressourceneffiziente Formteile aus neuartigen Holz-Kunststoff-Verbunden (HKV).

Der Vergleich von Holz-Kunststoff-Verbunden HKV mit konventionellen Werkstoffen verdeutlicht, dass HKV die vorhandene Vakanz im Bereich der Dichte um 1 g/cm³ und einem Elastizitätsmodul über 10 GPa besetzen können

Duroplastische Werkstoffe

Produktentwicklung(sprozess)

Entwicklung eines Herstellungsprozesses für umweltfreundliche und ressourceneffiziente Formteile aus lastgerecht verstärkten Holz-Kunststoff-Verbunden

Bislang sind die für eine Haftung zwischen thermoplastischen Kunststoffen und Metalloberflächen relevanten Wechselwirkungen in der Grenzfläche nicht vollständig erforscht. Dieser Beitrag beschreibt mögliche intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Thermoplasten und Metalloberflächen, die für eine Haftung zwischen den Materialien wichtig sind. Die erreichbare Haftung zwischen Kunststoff und Metalloberfläche wird experimentell an spritzgegossenen Verbunden aus Polyamid 6 bzw. Polybutylenterephthalat und Aluminium untersucht und durch Ausreißversuche quantifiziert.

Intermolekulare Wechselwirkungen durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen einer Carbonylgruppe in Polyamid und einer Metallhydroxidoberfläche

Polybutylenterephthalat

Aluminium

Kupfer

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Optische Mess- und Prüfverfahren

Intermolekulare Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Haftung zwischen Kunststoffen und Metalloberflächen

Durch einen drehenden Werkzeugkern beim Spritzgießen kann während des Einspritzens Scherung in tangentiale Richtung induziert werden, die sich mit der einspritzbedingten Scherung überlagert. Dies führt bei faserverstärkten Thermoplasten zu einer Umorientierung der Fasern in tangentiale Richtung. Im Rahmen des Beitrags wird vorgestellt, wie sich das Werkzeugsystem mit drehendem Kern auf die Faserorientierung und die Berstdruckfestigkeit von kurzfaserverstärktem Polypropylen und Polyamid auswirkt.

Schematische Darstellung der rotationsbedingten Schergeschwindigkeit aufgrund des drehenden Werzeugkerns

Werkzeugkonstruktion

Beeinflussung der Faserorientierung von Polypropylen und Polyamid im Spritzgießprozess durch einen drehenden Werkzeugkern

Mit Hilfe von CFD-Simulationen wird im Rahmen dieses Beitrages ein Düsensystem (Aufsatz-Düse) für das Heißgasschweißen entwickelt, welches die Schweißnaht während der Erwärmung umschließt. Durch das wesentlich kontrolliertere Strömungsverhalten des Heißgases wird das Verarbeitungsfenster verbessert, die Reproduzierbarkeit erhöht und eine deutlich effizientere Erwärmungszeit der Kunststoffschweißnaht erreicht.

Hot gas welding station (left) and flow field of the investigated process (right)

Düsen, allgemein

Simulation Schweißen

Thermisches Fügeverfahren

Analyse von zwei verschiedenen Düsensystemen zum Heißgasschweißen mittels CFD-Simulationen und Messergebnissen

In diesem Beitrag wird eine neue Methode zur in situ-Verformungs- und Verschleißmessung von Polymerzahnrädern unter Betriebslast vorgestellt. Dieser Ansatz basiert auf der hochgenauen Messung und Verfolgung von Zeitdifferenzen in den Indeximpulsen von Encodern auf der An- und Abtriebsseite eines Zahnradprüfstandes.

Beispielpaarung zweier Zahnräder für die Bestimmung elastischer, plastischer und Verschleißverformungsanteile

Zahnräder

Verschleißprüfgeräte

Tribologie

Getriebe

Prüfstand zur In Situ-Messung der Verformungseigenschaften von Polymerzahnrädern

Das Auftreten von prozessspezifischen Fehlstellen im Nasswickelverfahren erfordert eine Überdimensionierung der Bauteile. Im vorgestellten Beitrag wird die Entwicklung einer Qualitätskontrolle zusammen mit einem Bildverarbeitungsalgorithmus auf Basis einer Industriekamera vorgestellt, mit welchen sich Fertigungsabweichungen im zylindrischen Bereich von Druckbehältern ermitteln lassen.

Mit einer Industriekamera wird ein Druckbehälter während des Einlaufens von Faserbändern auf Fertigungsabweichungen untersucht.

16:9

Bildverarbeitungs-Software

Qualitätssicherung

Wickelmaschinen

Qualitätssicherung Kunststoff

Einsatz einer Industriekamera zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung des zylindrischen Bereichs von Typ-IV Druckbehältern im Nasswickelverfahren

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Algorithmus entwickelt und untersucht, der die automatisierte Optimierung von dynamischen Mischelementen ermöglichen soll. Hierzu werden an einem parametrisierten Wendelscherelement ausgewählte Geometrieparameter durch einen genetischen Algorithmus derart optimiert, dass sich misch-begünstigende Strömungsverhältnisse einstellen. Um eine manuelle Auswertung der Strömungsergebnisse zu vermeiden, werden Qualitätskriterien eingeführt, welche automatisiert berechnet werden. Insgesamt werden neun verschiedene Qualitätskriterien verwendet, die nicht nur das Potenzial des Strömungsfeldes zur Realisierung von distributiven und dispersiven Mischmechanismen bewerten, sondern auch verfahrenstechnische Aspekte, wie bspw. die Spülbarkeit des Systems, einbeziehen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass mit den gewählten Qualitätskriterien eine automatisierte Optimierung vollzogen werden kann und sich weitere Verbesserungsmaßnahmen für den Algorithmus ableiten lassen.

Automatisierte Optimierung von dynamischen Mischelementen

In der vorliegenden Studie wurde die druckabhängige Orientierungsrelaxation durch Variation der Werkzeugtemperatur und des Werkzeuginnendrucks im Rahmen eines neuartigen dynamisch temperierten Spritzprägeprozesses untersucht. Hierzu wurde mittels isothermer pvT-Messungen ein Prozessfenster um den druckabhängigen Glasübergangsbereich abgesteckt, innerhalb dessen die Spritzprägeexperimente erfolgten. Über die Füllphase wurden zunächst gezielt Orientierungen ins Bauteil eingebracht und deren druck- und temperaturabhängige Relaxation während einer isothermen und isobaren Haltephase mittels spannungsoptischer Aufnahmen und Gangunterschiedsmessungen beobachtet. Es konnte eine eindeutige Druck- und Temperaturabhängigkeit der Orientierungsrelaxation gefunden werden, wobei mit zunehmender Werkzeugtemperatur und abnehmendem Werkzeuginnendruck geringere Gangunterschiede infolge von geringeren Orientierungen gemessen werden konnten.

Spritzprägen

Dynamische / variotherme Temperierung

Druckabhängige Orientierungsrelaxation im dynamisch temperierten Spritzprägen

Leckagen in Vakuumaufbauten zur Faserverbundherstellung sind ein häufig auftretender Fehler gerade bei der Herstellung von Bauteilen im Open Mould Verfahren. Die bisherigen Grenzwerte zur Beurteilung der Dichtigkeit eines Vakuumaufbaus sind meist historisch gewachsen und beruhen auf Erfahrungs-werten. In diesem Paper werden die Auswirkungen von Leckagen, die definiert in einen Vakuumaufbau eingebracht wurden untersucht. Die physikalischen Vorgänge, die während der Aushärtung innerhalb der undichten Vakuumstruktur auftreten, werden sowohl optisch als auch mittels Ultraschallprüfung und Dickenmessung analysiert und ein besseres Verständnis für die Auswirkungen auf die Laminatqualität geschaffen. Es stellt sich heraus, dass es einen generellen Unterschied zwischen Leckagen in der Vakuumfolie und der Trennfolie gibt.

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Einfluss von undichten Vakuumaufbauten auf die Qualität von Faserverbundteilen aus Prepreg Material

Im Rahmen des Beitrags wird eine Prozesssimulationsumgebung für das additive Schmelzschichtungs-verfahren vorgestellt. Diese erlaubt die Abbildung eines extrudierten Schmelzestranges abhängig von Prozessgrößen, die in der additiven Fertigung von der Anlage vorgegeben werden und deren Einfluss aktuell nicht prädiktiv und rechnergestützt bestimmt werden kann. Die Herausforderung liegt dabei auf der Implementierung druck- und temperaturabhängiger Eigenschaften, da diese in gängigen CFD-Umgebungen strömungsmechanisch nicht vorgesehen sind. Die Validierung der in OpenFOAM entwickelten Prozesssimulation erfolgt anhand von experimentellen Thermografieanalysen.

Verfahren für die additive Fertigung

Entwicklung eines rechnergestützten Ansatzes zur Abbildung des Strangablegens in der extrusionsbasierten additiven Fertigung