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Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2019

Die Verarbeitung von Folien auf Schneid und Wickelmaschinen erzeugt je nach verwendetem Material Schneidstaubpartikel, welche die Produktqualität herabsetzen können. Um eine hohe Qualität sicherzustellen, wird der Schneidstaub in unmittelbarer Nähe zu seiner Entstehung durch spezielle Absaugungsvorrichtungen entfernt. Versuche haben jedoch gezeigt, dass trotz hoher Absaugleistung bei bestimmten Prozessparametern ein Teil der Partikel nicht erfasst wird. Daher wird im Anschluss an eine Erhebung der bestehenden Systemgrößen ein Modell der Absaugdüse mittels numerischer Simulation auf ihre Eignung zur Partikelentfernung untersucht. Die Untersuchung zeigt, dass bei der Auslegung der Düse eine Berücksichtigung der auf der Folie entstehenden Grenzschicht zwingend erforderlich ist. Um eine zuverlässige Absaugung aller Schneidstaubpartikel auch bei extremen Prozesseinstellungen sicherzustellen, werden weitere Untersuchungen und Anpassungen erforderlich.

Diese Arbeit dient zur Schaffung der Grundlagen zum Bau eines CFK Treibstofftanks für eine flüssiggetriebene Suborbitalrakete, welche eine Höhe von 100km erreichen soll. Die Erstellung erfolgt in Zusammenarbeit mit dem TU Wien Spaceteam. Zu Beginn wird das zugehörige Projekt vorgestellt und erörtert. Anschließend werden die erforderlichen Grundlagen, auf welchen diese Arbeit aufbaut, behandelt. Hierbei wird ein besonderer Schwerpunkt auf die sicherheitsrelevanten Aspekte gelegt. Die im Preliminary Design Review (PDR) erarbeitete systematische Konzeptfestlegung und die Entwicklungsphilosophie werden aus dem PDR übernommen. Des Weiteren werden die für die Tankentwicklung relevanten Vorgaben und Anforderungen aus dem PDR auszugsweise angeführt und erläutert. Verwendete Programme und Maschinen werden aufgelistet und kurz beschrieben. Der erste Teil der eigentlichen Arbeit beschäftigt sich mit der Tankauslegung. Hierbei wird eine numerische Berechnungsmethode erarbeitet und vorgestellt, mit welcher ein Typ 4 oder Typ 5 CFK Tank inklusive Festlegung der isotensoiden Polform dimensioniert werden kann. Anschließend wird ein mögliches Tankkonzept vorgestellt. Hierbei wird der grundlegende Aufbau behandelt, welcher bereits im projektbezogenen PDR dokumentiert wurde. Im Abschnitt Methode zur Fertigung wird der größte Teil dieser Arbeit beschrieben, in welchem es um die Ausarbeitung einer Fertigungsmethode zur Herstellung von CFK-Wickeltanks geht. Bei dieser Fertigungsmethode liegt, neben den generellen projektbezogenen Anforderungen, das Hauptaugenmerk auf den Möglichkeiten des TU Wien Spaceteam. Deshalb wird eine Methode erarbeitet, bei welcher mittels FDM (Kunststoff 3D-Druck) die Bauteile einer Wickelform gefertigt werden können. Eine vorläufige Tauglichkeit dieser Methode wird durch einfache Experimente, inklusive Drucktest eines so erstellten CFK-Tanks, bestätigt. In dieser Arbeit werden sowohl die Auslegung, als auch mögliche Fertigungsmethoden behandelt, wobei die schlussendliche Fertigung von unterstützenden Herstellern und Sponsoren abhängig ist. Abschließend werden weiterführende Schritte, Konzepte und Ideen angeführt, die aufgrund des Umfangs in dieser Arbeit nicht genauer behandelt werden., This thesis serves to lay the foundations for building a CFK fuel tank for a liquid propellant suborbital rocket that can reach 100km in height. It is created in cooperation with TU Wien Spaceteam. First of all the project is presented and underlying principles are discussed, focusing on safety aspects. Systematic concept determination and development philosophy are taken from the project‘s PDR. Selected requirements and specifications for the tank‘s development are elucidated. Therefore excerpts from the PDR are quoted. Programs and tools in use are listed and briefly described. First part of the thesis addresses the tank design. A numeric calculation method to dimension a type 4 or 5 CFK tank, including determining the isotensoid dome shape, is acquired and introduced. Subsequently a tank concept relating to the TU Wien Spaceteam project, as stated in the PDR, is presented emphasizing on general construction. Major part of the thesis is the paragraph on manufacturing method. Besides general requirements of developing a manufacturing method of winded CFK tanks, the main focus is on capabilities and resources of TU Wien Spaceteam. That is why a production method with FDM (plastic 3D-printing) is established. For the winding of the rocket fuel tanks from CFK, a reusable mandrel is developed which can be made using a FDM 3D printer. The suitability of this production method is approved by simple experiments including a pressure test. The thesis compiles tank design and manufacturing methods, but future decisions are dependent on the support of manufacturing companies and sponsors. Conclusively, further steps, ideas and prospects are cited that cannot accurately be further discussed within this thesis.

Das vorgeschlagene SHM-System 'Adapted Metal Wire Based and fiber Oriented Sensor - AMBOS', basierend auf Drähten aus Metalllegierungen, ist vergleichsweise kostengünstig und verfügt über sehr gute Verarbeitungseigenschaften, insbesondere mit Eignung zur Integration in den Wickelprozess. Eine speziell entwickelte Abwickelvorrichtung erlaubt die direkte Verarbeitung der Drähte zusammen mit den Verstärkungsfasern und wärmehärtenden Harzsystemen im Wickelprozess. Insbesondere aufgrund der hohen Genauigkeit und der sehr niedrigen Material- und Verarbeitungskosten hat das beschriebene Verfahren ein großes Potenzial für den Einsatz in der automobilen Serienfertigung. Grundsätzlich sind die untersuchten Metalldrähte für eine solche Anwendung geeignet. Ein wesentlicher Vorteil ist die einfache Kompensation von thermischen Einflüssen. Weitere Untersuchungen zum Korrosionsschutz und zu Umwelteinflüssen stehen noch aus. The proposed SHM system called “Adapted Metal wire Based and fiber Oriented Sensor – AMBOS”, based on wires from metal alloys, is comparatively inexpensive and has very good processing properties, in particular with suitability for integration into the winding process. A specially developed unwinding de-vice allows direct processing of the wires together with the reinforcing fibres and thermosetting resin systems in the winding process. Especially due to the high ac-curacy and the very low material and processing costs, the described process has great potential for use in automotive series production. In principle, the metal wires investigated are suitable for such an application. A significant advantage is the simple compensation of thermal influences. Further investigations on corrosion preservation and influences from the environment are still pending.

This paper focuses on the winch winding properties of typical driving mechanisms of cable-driven parallel robots. While cable properties have already been studied, the accuracy of winding mechanisms to control cable robots and the interaction with cable properties have yet to be investigated. To initiate this, some properties believed to affect the winding accuracy are outlined. It was found that cable force can have a significant effect, generally because of finite stiffness causing ovalisation and elongation effects on the rope. Experimental investigations showed that cable force was the most significant factor contributing to a change in cable length. This effect can change the accuracy of winding mechanisms by 0.3% to 1.2%. The accuracy is not affected by winding speed, and only minimally affected by variable cable forces. This implies that when investigating cable robot accuracy, the winch winding properties cannot be ignored and an accurate winding model will need to take into account different winding states.

Electrospinning ist derzeit die einzige Möglichkeit um kontinuierlich Fasern mit Durchmessern kleiner einem Mikrometer zu erzeugen. Ein Polymer-Lösungsmittel Gemisch wird durch eine Kapillare gefördert. In definiertem Abstand dazu ist ein Kollektor angebracht, auf dem das Produkt gesammelt wird. Sowohl die Kapillare als auch der Kollektor sind mit einer Hochspannungsquelle verbunden. Ab einer Grenzspannung ist das Polymer stark genug polarisiert, um die Oberflächenspannung überwinden zu können. Ein Strahl, der sogenannte Jet, wird in Richtung Kollektor gezogen. Währenddessen wird das Lösungsmittel entfernt und die entstehenden Fasern schlagen sich auf dem Kollektor nieder. Es gibt mehrere Verfahren mit denen es möglich ist Hohlfasern herzustellen, aber Electrospinning in verdichtetem Kohlendioxid ist das einzige Einschrittverfahren. Zudem ist die Auswahl der verwendeten Materialien aufgrund der moderaten Temperaturen kaum limitiert. Um den Electrospinningprozess in verdichtetem CO2 durchzuführen, wurde ein Hochdruckautoklav entwickelt und gebaut. In dieser Arbeit wurde das Polymer Polyvinylpyrrolidon verwendet. Damit konnten Hohlfasern mit Durchmessern kleiner fünf Mikrometer erzeugt werden. Um den Mechanismus der Faserbildung zu verstehen wurden vier unterschiedliche Lösungsmittel verwendet: Dichlormethan, Ethanol, Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid. Bei den durchgeführten Versuchen hing die Hohlfasererzeugung von der Temperatur, dem Druck und dem Dampfdruck des Lösungsmittels ab. Höhere Temperaturen begünstigen die Verdampfung des Lösungsmittels – die Qualität der Fasern wird besser. Ab einem gewissen Druck steigt der Durchmesser der Fasern an und es können Hohlfasern erzeugt werden. Der Dampfdruck des Lösungsmittels bestimmt die Geschwindigkeit der Fasertrocknung. Mit dieser Arbeit wurde die Arbeitshypothese der Hohlfasererzeugung überprüft und Prozessparameter wurden mit der Morphologie der erzeugten Proben in Konsens gebracht. Eine Wickelapparatur wurde gebaut um die Faserorientierung zu beeinflussen und zu optimieren. Nanoskalige Hohlfasern könnten in vielen Anwendungen zum Einsatz kommen. Existierende Technologien könnten miniaturisiert werden und Produkte mit neuartigen Eigenschaften sind denkbar. Electrospinning is the only way to obtain fibers with a diameter below one micron. A polymer-solvent solution is delivered through a capillary. In a certain distance a collector for the product is mounted. Both parts, the capillary and the collector, are connected to a high voltage power supply. If the voltage reaches a certain level the polymer can overcome the surface tension and is pulled towards the collector. While this jet crosses the gap, the solvent is removed. The resulting fibers precipitate on the collector. At the moment there are several techniques to produce hollow fibers but electrospinning into an autoclave filled with pressurized carbon dioxide is the only single step operation doing this. Compared to other techniques there are less limitations of applicable materials due to the moderate temperature. Therefor a new high pressure autoclave for electrospinning into pressurized gases has been developed. The used polymer is polyvinylpyrrolidone. With this polymer we were able to obtain hollow fibers with an outer diameter of less than five microns. To understand the mechanism of fiber formation experiments are carried out with four different solvents: Dichloromethane, ethanol, dimethylformamide and dimethyl sulfoxide. In all the performed experiments the formation of hollow fibers depends on temperature, carbon dioxide pressure and the vapor pressure of the solvent. Higher temperatures are better for evaporating the solvent - the quality rises. At a certain pressure of CO2 the diameter of the fibers enlarges and they get hollow. The vapor pressure of the solvent is important for its removing speed. With this work the hollow fiber formation hypothesis has been checked and the process parameters have been brought to consistence with the morphology of the produced samples. A small form factor apparatus to wind the fibers has been constructed to apply this in future applications. With nano scaled hollow fibers existing technologies could be advanced or complete new products like new kinds of filter or new textiles, could be possible.

graph. Darst.

Die in einem Kernspintomograph eingebauten Spulen werden aus isolierten Kupfer-Flachdrähten gewickelt. Um diesen anstrengenden Wickelvorgang zu automatisieren, wurde ein Portalroboter aufgebaut, der alle Drähte direkt von den auf der Z-Achse mitgeführten Drahtspulen in ein Verlegebrett einlegt. Bei dem Prozessablauf müssen elf interpolierende Achsen in Echtzeit gesteuert werden.

Langfaserverstärkte Kunststoffe kommen neben einigen Anwendungen in der chemischen Industrie derzeit vornehmlich im Flugzeug- oder im Automobilbau zum Einsatz. Hierbei handelt es sich meist um Bauteile, die in kleinen bis mittleren Serien gefertigt werden. Trotz der Leistungsfähigkeit dieser Werkstoffe wird deren industrielle Umsetzung durch unterschiedliche Randbedingungen begrenzt. Viele Einschränkungen ergeben sich aus produktionsspezifischen Forderungen. Einzelne Optimierungsansätze müssen dem Gesamtkonzept einer wirtschaftlich tragfähigen wie auch werkstoffgerechten Gestaltung der Herstellungsprozesse gerecht werden. "Robuste" Fertigungsprozesse garantieren darüber hinaus eine konstant bleibende Qualität sowie die entsprechende Wirtschaftlichkeit der Produkte. Neben diesen Aspekten finden in jüngster Zeit auch ökologische Randbedingungen zunehmend Berücksichtigung bei der Prozeßgestaltung. Im Sonderforschungsbereich (SFB) 332 werden einzelne Produktionsphasen zur Herstellung langf aserverstärkter Kunststoffbauteile sowohl planerisch als auch technologisch abgestimmt und optimiert.

Im Rahmen des Berichtes werden Auslegung, Fertigung und Untersuchungen von Maschinenelementen aus Carbonfaserkunststoffen beispielhaft vorgestellt. CFK-Spindeln werden als Beispiel für rotationssymmetrische Bauteile mit hoher dynamischer Steifigkeit, hohem rotatorischem Beschleunigungsvermögen und geringer thermischer Dehnung dargestellt. CFK-Vorschubschlitten zeichnen sich durch geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit aus und erlauben aufgrund geringer Massenträgheiten sehr kurze Beschleunigungszeiten und dadurch bedingt hohe Verfahrgeschwindigkeiten. Robotersysteme aus CFK erhalten durch die Massenreduktion der Struktur neben größeren Beschleunigungen eine verbesserte Tragfähigkeit der Achsen. Mit einer Fadengreiferstange wird ein Serienbauteil vorgestellt, das deutliche Leistungssteigerungen einer Webmaschine ermöglichte. Das Tape-Legeverfahren, eine Automation der Handlaminiertechnik, stellt bislang nur in wenigen Fällen eine wirtschaftliche Alternative zum manuellen Laminieren dar. Der Grund hierfür liegt bei den heute eingesetzten Anlagen, die einen hohen maschinellen Aufwand bei nur sehr einfachen Fertigungsmöglichkeiten erlauben. In diesem Vortrag wird ein kompakter Tape-Legekopf vorgestellt, der nicht nur für die Luft- und Raumfahrt neue Perspektiven eröffnet.

Im Rahmen des Berichtes werden Auslegung, Fertigung und Untersuchungen von Maschinenelementen aus Carbonfaserkunststoffen beispielhaft vorgestellt. CFK-Spindeln werden als Beispiel für rotationssymmetrische Bauteile mit hoher dynamischer Steifigkeit, hohem rotatorischem Beschleunigungsvermögen und geringer thermischer Dehnung dargestellt. CFK-Vorschubschlitten zeichnen sich durch geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit aus und erlauben aufgrund geringer Massenträgheiten sehr kurze Beschleunigungszeiten und dadurch bedingt hohe Verfahrgeschwindigkeiten. Robotersysteme aus CFK erhalten durch die Massenreduktion der Struktur neben größeren Beschleunigungen eine verbesserte Tragfähigkeit der Achsen. Mit einer Fadengreiferstange wird ein Serienbauteil vorgestellt, das deutliche Leistungssteigerungen einer Webmaschine ermöglichte. Das Tape-Legeverfahren, eine Automation der Handlaminiertechnik, stellt bislang nur in wenigen Fällen eine wirtschaftliche Alternative zum manuellen Laminieren dar. Der Grund hierfür liegt bei den heute eingesetzten Anlagen, die einen hohen maschinellen Aufwand bei nur sehr einfachen Fertigungsmöglichkeiten erlauben. In diesem Vortrag wird ein kompakter Tape-Legekopf vorgestellt, der nicht nur für die Luft- und Raumfahrt neue Perspektiven eröffnet.

Mit der Wickeltechnologie werden hochwertige langfaserverstärkte Verbundstrukturen gefertigt. Durch eine rechnergestützte Bauteilauslegung und die automatische Generierung der Steuerprogramme für den Fertigungsprozeß kann die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens bei zugleich verbesserter Produktqualität erheblich gesteigert werden. Für zylinderförmige Bauteile wurden Algorithmen zur Bauteilberechnung und zur Beschreibung der Rovingablage entwickelt. Auf einem Personal Computer werden hieraus Steuerprogramme für einen Wickelroboter generiert, die nach dem Transfer an die Robotersteuerung sofort lauffähig sind.

Am Beispiel eines Fertigungszentrums zur Produktion von Faserverbundbauteilen im Wickel- und Tapelegeverfahren werden Möglichkeiten zur Automatisierung dieser Fertigungstechnologien mit dem Ziel höherer Flexibilität bei verbesserter Wirtschaftlichkeit aufgezeigt. Die Entkopplung des Programmiervorgangs von der Fertigungsanlage selbst ermöglicht einen höheren Nutzungsgrad, da die Stillstandszeiten zum Programmieren der Steuerung entfallen. Die komplexen Berechnungsalgorithmen zur Bestimmung der Roboterbahn für das Wickeln oder Legen von FV-Bauteilen werden auch für den unerfahrenen Bediener einfach handhabbar, da sie unter einer komfortablen Benutzeroberfläche automatisch im Hintergrund ablaufen.

Bericht einer Fünflingsgeburt, die sich am 22. und 23. Dezember 1555 im Dorf Emarsacker zwischen Augsburg und Dillingen ereignet hat. Die Bäuerin Anna Risin hatte bereits zuvor Drillinge geboren. Die Fünflinge, zwei Söhne und drei Töchter, wurden eilig getauft und starben zwei Stunden nach der Geburt. Als Zeugen für die Glaubwürdigkeit des aussergewöhnlichen Ereignisses werden vier namentlich genannte Frauen angeführt, die bei der Geburt anwesend waren. Das Ereignis wurde als Prodigium aufgefasst, Einblattdruck auf Unterlagenblatt kaschiert, Anonymer Künstler, Der Einblattdruck PAS II 6/6 berichtet vom gleichen Ereignis. Holzschnitt und Typendruck unterscheiden sich vom vorliegenden Exemplar, Aus der Sammlung von Johann Jakob Wick (herausgelöst aus Ms F 17,158-159) Exemplar der Zentralbibliothek Zürich, Graphische Sammlung und Fotoarchiv

Zierleisten links und rechts umrahmen eine Szene in einem Schlafraum, in dessen Mitte eine Frau, beleuchtet von einer Kerze, die von einer anderen Frau rechts aus einem Bett heraus gehalten wird, einen Mann mit einer Hacke erschlagen will. Links ein Bild oder Fenster, das den Blick auf einen Richtplatz freigibt. Im Text wird von einem Mord in Oberhaslach 1557 berichtet, in dem Margredt Meyer ihren Ehemann Hans Meyer durch ihre Magd aus dem nahegelegenen Dachspurg umbringen liess, Anonymer Künstler, Einblattdruck auf Unterlagenblatt kaschiert, Aus der Sammlung von Johann Jakob Wick (herausgelöst aus Ms F 24, 504-505) Exemplar der Zentralbibliothek Zürich, Graphische Sammlung und Fotoarchiv