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Die Forschung und Entwicklung im Bereich der Bauakustik erfolgt bislang schwerpunktmäßig durch aufwändige messtechnische Parameterstudien. Eine wesentliche Reduzierung dieses Aufwands kann dadurch erreicht werden, dass die Bauteil-Parameterstudien nicht mehr ausschließlich durch Messungen erfolgen, sondern auch anhand von geeigneten Berechnungsmodellen durchgeführt werden. Dazu wurde ein umfassendes Berechnungsmodell erarbeitet und anhand von Messergebnissen validiert. Wesentliche Grundlage für die volumenorientierte akustische Simulation ist dabei die p-Version der Methode der Finiten Elemente. Auf Basis der numerischen Berechnungen wurden die Wechselwirkungen der Deckenkomponenten untersucht und optimierte Konstruktionen erarbeitet. Nach deren messtechnischen Überprüfung konnten die Ergebnisse in Form von Konstruktionshilfen für optimierte Aufbauten zusammengestellt werden.
Diese Arbeit untersucht Aufbau- und Verbindungstechniken auf Basis von Leiterplattentechnologien für Wide-Bandgap-Leistungstransistoren mit schnellen Schaltvorgängen. Mit dem Ziel ein überschwingungsfreies Schalten zu erreichen, werden niederinduktive Konzepte für Zweilevel- und Dreilevel-Inverter im Hinblick auf verschiedene Schichtdicken bzw. Leiterplattentechnologien vorgestellt und diskutiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass Schaltzellen unter Berücksichtigung von parasitären Kapazitäten so niederinduktiv gestaltet werden können, dass ein Überschwingen beim Schaltvorgang keine Limitierung mehr darstellt. Neuartige Aufbau- und Verbindungstechniken, wie die Integration der Halbleiter in den Kern der Leiterplatte, können zudem die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Bauelementen verbessern. Dünnfilmtechnologien zeigen eine bessere Störfestigkeit bzw. ein geringeres Übersprechen auf andere Signalleitungen. Außerdem wurden Filtermaßnahmen zur Reduzierung von hochfrequenten Störspannungen, die durch kurze Schaltzeiten entstehen, untersucht.
In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss einer Beschleunigungsregelung auf das Regelverhalten von Servoantrieben untersucht. Auf einen Beschleunigungssensor wird verzichtet. Die Istbeschleunigung wird aus dem Positionsmesswert berechnet. Anhand eines verifizierten Modells für Positionsmessfehler wird der Einfluss der Positionsauflösung und der Messsignalqualität auf die berechnete Beschleunigung dargestellt. Basierend auf diesen Ergebnissen wird das Konzept einer kombinierten Strom- und Beschleunigungsregelung entwickelt und dessen Funktionalität nachgewiesen.
Die Dynamiksteigerung des Stromregelkreises durch den Einsatz von Leistungshalbleitern großer Bandlückenenergie kann nicht in den Drehzahlregelkreis von Servoantrieben übertragen werden. Grund sind mechanische Eigenschwingungen des Servomotors. Basierend auf Messungen der strukturmechanischen Eigenschaften von Servomotoren wird ein allgemeingültiges Modell abgeleitet. Der Einfluss der Schwingungen auf die Bandbreite von Servoantrieben wird systematisch untersucht und durch Messungen verifiziert.
Nachhaltigkeit und Ressourceneinsparung sind die Themen der Stunde. Vor allem die Bauindustrie hat ein großes Potenzial, umweltfreundlicher zu agieren, da dieser Industriezweig einer der größten Kohlenstoffdioxid-Emitter ist. Durch die Verlängerung der Lebenszeit von Bauwerken und die Einsparung von Baumaterialien kann nachhaltiger und ressourcenschonender gearbeitet werden. Eine Möglichkeit, diese Ziele zu erreichen ist der Einsatz alternativer Beton-Bewehrungen.
Der Grundbaustoff Beton hat sehr gute Druckfestigkeiten, weist allerdings Defizite bei der Zugfestigkeit auf. Zur Verbesserung der Zugfestigkeit wird dem Beton ein Material mit hoher Zugfestigkeit beigemischt. Dieses wird „Bewehrung“ genannt. Stand der Technik in der Bauindustrie ist momentan die Bewehrung mit Stahlstäben und -matten. Der Stahl begrenzt allerdings die Lebenszeit von Bauwerken, da es durch das Eindringen von Chloriden, Sulfaten oder Kohlendioxid früher oder später zu Korrosion kommt. Um den Korrosionszeitpunkt hinauszuzögern, verwendet die Industrie eine dicke Betonschutzschicht, um den Stahl zu schützen. Die Verwendung einer korrosionsbeständigen alternativen Bewehrung würde die Lebensdauer (Dauerhaftigkeit) von Bauwerken steigern und gleichzeitig eine Verringerung der verwendeten Baumaterialien bewirken. Dies würde einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Bauindustrie leisten.
Eine Substanz, die als Bewehrungsmaterial eingesetzt werden kann, ist Polypropylen (PP). Polypropylen ist ein sehr korrosionsbeständiges Polymer, das die gerade beschriebenen Effekte erzielen würde. Allerdings ist Polypropylen als Standardmaterial nicht für die Bewehrung von Beton geeignet. Seine mechanischen Eigenschaften sind nicht vergleichbar mit denen von Baustahl. Gleichzeitig ist die Adhäsion von Polypropylen zu Beton nicht ausreichend, um eine effiziente Verstärkung erzielen zu können.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Lösungswege zu entwickeln, wie aus PP eine alternative Betonbewehrung hergestellt werden kann. Zuerst wurde sowohl das Problem der niedrigen mechanischen Eigenschaften von Polypropylen als auch die Schwierigkeit der geringen Adhäsion zu Beton getrennt untersucht. Im Anschluss wurden Methoden eruiert, mithilfe derer eine Kombination der mechanischen Eigenschaften mit der Adhäsion zu Beton bei gleichbleibenden Eigenschaften möglich ist. Hierfür wurde ein Reaktivextrusions- und ein Co-Extrusionsprozess untersucht.
Die Zugfestigkeit von Polypropylen kann durch eine starke Orientierung der Molekülketten signifikant erhöht werden. Der dafür nötige Verstreckungsprozess ist die Basis für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. In einem ersten Schritt wurden verschiedene PP-Typen auf deren Verstreckbarkeit untersucht und in der Folge mit makroskopischen und nanoskaligen Füllstoffen ausgerüstet, um so die Zugfestigkeit und den Elastizitätsmodul zu steigern. Im zweiten Schritt wurde der Einfluss von mehreren aufeinander folgenden Verstreckungsstufen auf die mechanischen Eigenschaften untersucht.
Die hohe chemische Stabilität von PP verhindert eine gute Adhäsion zu Beton. Folglich wurde die natürliche Adhäsion von verschiedenen Polymeren zu Beton untersucht, um mögliche andere Polymere als Additive zur Adhäsionsverbesserung zu identifizieren. Der Unterschied in der Polarität zwischen Beton und PP ist sehr hoch, weshalb der Einfluss einer Hydrophilierung von PP auf die Adhäsion zu Beton durch Van der Waals Kräfte und Wasserstoffbrückenbindungen analysiert wurde. Dies berücksichtigend konnte ein Reaktivextrusionsprozess mit einem Vinylsilan entwickelt werden, der eine kovalente Bindung von PP zu Beton ermöglicht.
Um eine optimierte PP-Faser zur Bewährung von Beton zu erhalten, mussten die zuvor erlangten Erkenntnisse hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften und der Adhäsion zu Beton in einer Faser vereint werden. Diesbezüglich wurde einerseits die Reaktivextrusion mit Füllstoffen und einem angepassten Verstreckungsprozess optimiert. Andererseits wurden verschiedene Materialien in einem Co-Extrusionsprozess kombiniert. ,Eine wichtige Erkenntnis besteht darin, dass eine Faser mit einer Verbundaußenschicht aus silanisiertem PP und Holzfasern in Kombination mit einem optimierten Verstreckungsprozess, eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Adhäsion zu Beton erzielt.
Zur differenzierten Beurteilung der Ergebnisse wurde ein spezieller Testaufbau basierend auf einem Einzelfaserauszugstest entwickelt, der die verschiedenen Adhäsionsmechanismen einer modifizierten PP-Faser zu Beton unterscheiden kann und dadurch wiederum eine Modifizierung der Faser speziell auf einzelne Adhäsionsmechanismen ermöglicht.
Zusammenfassend konnten mit dieser Arbeit mehrere Lösungsansätze aufgezeigt werden, wie eine alternative Bewehrungsfaser für Beton aus Polypropylen hergestellt werden kann.
Die vorliegende Arbeit untersucht den Einsatz von Halbleitern großer Bandlückenenergie, wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid, in Stromrichtern der Antriebstechnik. Diese Halbleiter weisen im Vergleich zu bipolaren IGBTs geringere Schaltverluste auf, wodurch die Schaltfrequenz deutlich erhöht werden kann. Das ermöglicht den Einsatz von Motorfiltern kompakter Bauform und geringen Kosten. Als Ergebnis erhält man einen Stromrichter mit hoher Stromreglerbandbreite und nahezu ideal sinusförmigen Ausgangsspannungen mit geringen Signalverzerrungen.
Eine stetig gleichbleibende hohe Qualität zu fertigen, ist erklärtes Ziel des Spritzgießgewer-bes. Aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch nicht möglich, für konstan-te Produktionsrahmenbedingungen zu sorgen. Die effizienteste Methode ist , die Schwan-kungen über die Wahl der richtigen Prozessführungsmethode auszugleichen. Im ersten Teil der Arbeit konnte herausgefunden werden, welche praxisrelevanten Störgrö-ßen einen Einfluss auf den Spritzgießprozess haben und wie sie sich auswirken. Bei den Materialparametern sind Änderungen der Viskosität (15 %) und der Einfriertemperatur des Materials (4 °C) am Einzug festzustellen. Zusätzlich veränderte sich das Messverhalten der Drucksensoren, wodurch ein Drift von 5 bar entstand. Störgrößenbedingt änderten sich auch die Prozesstemperaturen um 1 °C. Im zweiten Teil der Arbeit werden diverse, während der Arbeit entwickelte, Prozessfüh-rungsmethoden miteinander verglichen. Aufgabe war es, die im ersten Teil gefundenen rea-len störgrößenbedingten Einflüsse zu kompensieren. Es stellte sich heraus, dass sich ledig-lich die materialbedingten Schwankungen nicht ausgleichen lassen. Zumindest können de-ren Auswirkungen durch eine Regelung der werkstoffnahen Parameter abschwächt werden.
Aufgrund ihres Leichtbaupotentials und der vorteilhaften Ökobilanz werden thermoplastische Hybridverbunde mit Naturfaserverstärkung (z. B. Flachs, Hanf und Kenaf) seit langem in der Au-tomobilindustrie eingesetzt. Holzfasern (z. B. Fichte) wurden in diesem Zusammenhang bisher nicht untersucht. Die mechanischen Eigenschaften von Holzfasern sind vergleichbar mit Naturfa-sern. Darüber hinaus bieten Holzfasern Vorzüge wie lokale Verfügbarkeit und eine vorteilhafte Ökobilanz. Bei Hybridverbunden kann zudem die gleiche Holzfaser sowohl im Anspritzmaterial als auch in flächigen Halbzeugen als Verstärkungsfaser genutzt werden. So wird ein unnötiger Materialmix vermieden.
Im Rahmen dieser Arbeit werden thermoplastische Faserverbundkunststoffe mit Holzfasern un-tersucht. Hierzu werden Fichtefasern über ein thermo-mechanisches Aufschlussverfahren im La-bormaßstab hergestellt. Diese Fichtefasern werden einerseits über einen Spritzgusscompounder mit Polypropylen und Haftvermittler direkt compoundiert, andererseits werden sie mit Polypro-pylenfasern über ein Airlay-Verfahren zu einem Vlies gelegt. Bei der direkten einstufigen Com-poundierung werden verschiedene Holzfaseranteile von bis zu 30 Gew.-% untersucht. Mit einem steigenden Holzfaseranteil wurde eine Erhöhung der Zugeigenschaften, der Viskosität und der Dichte festgestellt. Die Holzfasern haben somit eine Verstärkungswirkung. Die Kerbschlagzähig-keit bleibt bei steigendem Holzfaseranteil im Rahmen der Standardabweichung konstant, ist je-doch im Vergleich zum unveränderten Grundpolymer geringer.
Eine charakteristische Eigenschaft von direkt angespritzten Strukturen bei Hybridverbunden ist die Verbundhaftung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verbundfestigkeit von angespritzten Rip-pen aus Polypropylen und Fichtefasern mit verschiedenen Vliesstoffen verglichen. Die Vliese be-stehen aus Holzfasern (Fichte) oder alternativ aus Naturfasern (Kenaf und Hanf), jeweils mit einer Polypropylenmatrix. Im Kopf-Zug-Versuch zeigt sich, dass die Kerntemperatur der Vliese und die Rippengeometrie einen signifikanten Einfluss auf die Verbundhaftung haben. Ein Direkt-Com-pound und ein Wood-Plastic-Composite als Anspritzmaterial unterscheiden sich hinsichtlich der Verbundhaftung nicht signifikant voneinander. Natur- und Holzfaser-Hybridverbunde weisen vergleichbare Tendenzen in der Verbundfestigkeit und Mechanik auf. Weitere Tests mit Compu-tertomographie und Durchstoßversuchen bestätigen die Ergebnisse. Holzfaserverstärkte thermo-plastische Hybridverbunde können somit bezüglich ihres mechanischen Verhaltens mit Naturfa-serverbundwerkstoffen konkurrieren und stellen eine geeignete Alternative dar.
Pferdemist stellt eine große ungenutzte Ressource zur Erzeugung regenerativer Energie dar. Jedoch ist eine thermische Umsetzung durch hohe Störstoffanteile sowie den physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Rohmists sehr anspruchsvoll. Die vorliegende Arbeit bildet eine systematische empirische Datengrundlage für die Beurteilung von Pferdemist als Biomassebrennstoff und zeigt Möglichkeiten zur positiven Beeinflussung der Brennstoffeigenschaften auf.
Werkstoffeinflüsse auf den Spritzgussprozess von hochgefüllten Phenol-Formaldehydharz Formmassen
(2019)
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene duroplastische Formmassen laboranalytisch hinsichtlich der rheologischen und thermischen Eigenschaften untersucht. Es wurde u.a. gezielt die absolute Materialfeuchte gesteigert, um den Einfluss dieser auf das Fließ Härtungsverhalten zu charakterisieren. Anschließend wurden die Materialien auf einer hochinstrumentierten Spritzgussmaschine mit einem Fließspiralenwerkzeug untersucht. Dabei konnte ein direkter Zusammenhang zwischen dem Rückfluss und dem Plastifizierdrehmoment in Abhängigkeit der Materialfeuchte und der Prozessparameter detektiert werden . Des Weiteren wurden über die Differenzdruckmessung im Fließspiralenwerkzeug die scheinbaren Viskositäten über den Fließweg ermittelt. Hierbei konnten unterschiedliche Aufschmelzeffekte über die Fließweglänge in Abhängigke it der duroplastischen Formmasse, der absoluten Materialfeuchte und der Prozessparameter detektiert werden . Durch Schererwärmung konnte die Formmassentemperatur teilweise die Werkzeugtemperatur übersteigen. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften (Schlagzähigkeit, Biegefestigkeit) konnten keine signifikanten Einflussgrößen detektiert werden. Hinsichtlich des Tg konnten systematischen Unterschiede detektiert und begründet werden. Die beste Möglichkeit zur Ermittlung des Tg lieferte die TMA. Die thermischen Glasübergänge korrelieren mit den in der DSC ermittelten Aushärtegraden , wobei mit steigender Materialfeuchte ein geringer Aushärtegrad detektiert wird.