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Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Zugabe bestimmter Metalloxide ins Glassystem Magnesiumalumosilikate auf den spezifischen E-Modul der Gläser und die daraus hergestellten Glasfasern (GF) sowie mit dem Einsatz dieser GF in Verbundbaustoffe (GFK). 36 Gläser wurden geschmolzen und hinsichtlich Dichte und E-Modul untersucht. Die besten vier Gläser wurden thermisch charakterisiert und zu GF gezogen. Die textil-physikalischen und die mechanischen Eigenschaften dieser GF zeigten, dass die T9-GF mit 14 Gew.-% Y2O3 die besten Ergebnisse mit etwa 31,2 % höherer Zugfestigkeit und 25 % höherem E-Modul sowie eine Steigerung um 17,6 % beim spezifischen E-Modul im Vergleich zu E-GF nachwiesen. Die V10-GF besaßen mit 1993 MPa die höchste charakteristische Zugfestigkeit und wurden für Direktrovings (DR) und unidirektionale Gelege (UD) eingesetzt. Die V10-GFK Stäbe nach DIN EN ISO 9163 wiesen fast die doppelte Zugfestigkeit von E- DR-GFK auf, mit einer 23,8 %igen E-Modulsteigerung. Nach DIN EN 2747 wurden V10-UD-GFK auf Zugfestigkeit geprüft und damit die Beobachtungen aus den DR-GFK Tests bestätigt. Bezüglich der Biegeprüfungen nach DIN EN ISO 14125 wiesen die V10-UD-GFK eine um 51,8 % höhere Festigkeit als die E-UD-GFK sowie einen um 48,4 % höheren Biegemodul auf.:1 Einleitung und Motivation 8 2 Grundlagen 12 2.1 Glas als Werkstoff 12 2.1.1 Definition 12 2.1.2 Struktur des Glases und Netzwerktheorie 13 2.1.3 Glas- und Glasfasereigenschaften: 15 2.2 Glasfasern 29 2.2.1 Glasfaserherstellung 29 2.2.2 Rohstoff für die Glasfaserherstellung 35 2.2.3 Glasfasereigenschaften und -typen 37 2.2.4 Schlichte 40 2.2.5 Literaturübersicht über Hoch-Modul Glasfasern (HM-GF) 41 3 Experimentelles 46 3.1 Glasauswahl 46 3.2 Berechnung der Glaseigenschaften 49 3.3 Glasherstellung und Glasfaserziehverfahren 50 3.3.1 Gemengevorbereitung und Glasschmelzen 50 3.3.2 Ziehprozess und Düsengeometrie 51 3.4 Herstellung der Verbundhalbzeuge 53 3.5 Charakterisierungsmethoden 60 3.5.1 Dichtebestimm, This thesis investigates the influence of the addition of certain metal oxides to the magnesium aluminosilicate glass system on the specific E-Modulus of the glasses and the glass fibres (GF) made from them, as well as the use of these GF in composites (GFRP). 36 glasses were melted and analysed for density and E-Modulus. The best four glasses were then thermally characterized and drawn into GF. The textile physical and mechanical properties of these GF showed that the T9-GF with 14 wt.% Y2O3 offered, with about 31.2 % higher tensile strength and 25 % higher E-Modulus as well as an increase of 17.6 % in specific E-Modulus, the best results compared to E-GF. The V10-GF possessed the highest characteristic tensile strength of 1993 MPa and were used to produce non-crimp unidirectional fabrics (UD) and direct rovings (DR) for GFRP-production. The tensile strength of the V10-DR-GFRP according to DIN EN ISO 9163 was almost twice that of E-DR-GFRP with a 23.8 % increase in the E-Modulus. According to DIN EN 2747, V10-UD-GFRP was tested for tensile strength and the observations from the test on DR-GFRP were validated. Regarding the flexural tests according to DIN EN ISO 14125, the V10-UD-GFRP showed a 51.8 % higher strength than the E-UD-GFRP as well as a 48.4 % higher flexural modulus.:1 Einleitung und Motivation 8 2 Grundlagen 12 2.1 Glas als Werkstoff 12 2.1.1 Definition 12 2.1.2 Struktur des Glases und Netzwerktheorie 13 2.1.3 Glas- und Glasfasereigenschaften: 15 2.2 Glasfasern 29 2.2.1 Glasfaserherstellung 29 2.2.2 Rohstoff für die Glasfaserherstellung 35 2.2.3 Glasfasereigenschaften und -typen 37 2.2.4 Schlichte 40 2.2.5 Literaturübersicht über Hoch-Modul Glasfasern (HM-GF) 41 3 Experimentelles 46 3.1 Glasauswahl 46 3.2 Berechnung der Glaseigenschaften 49 3.3 Glasherstellung und Glasfaserziehverfahren 50 3.3.1 Gemengevorbereitung und Glasschmelzen 50 3.3.2 Ziehprozess und Düsengeometrie 51 3.4 Herstellung der Verbundhalbzeuge 53 3.5 Charakterisierungsmethoden 60 3.5.1

Das Verständnis über die Ausbildung der Grenzfläche eines hybriden Bauteils aus thermoplastischem Kunststoff und Metall sowie die maßgeblichen Faktoren zum Erreichen einer hohen Verbundhaftung und Mediendichtheit in der Grenzfläche stellen nach wie vor eine große Herausforderung dar. Am Beispiel einer spritzgegossenen Kunststoff-Metall-Verbundprobe werden diese Zusammenhänge untersucht und bewertet. Es wird eine Methode zur Herstellung stoffschlüssig gefügter Verbunde mit hoher Mediendichtheit auf Basis einer hohen Kontakttemperatur beim Fügen entwickelt, indem Verbundspritzgießen und nachträgliches thermisches Fügen durch Induktionsheizen kombiniert werden. Eine stoffschlüssige Verbindung mit hoher Mediendichtheit zwischen thermoplastischem Kunststoff und Metall erfordert eine Haftung in der Grenzfläche der Verbundpartner auf Basis intermolekularer Wechselwirkungen. Die Quantifizierung der Mediendichtheit in der Grenzfläche erfolgt über eine eigens entwickelte Messmethode. Die entwickelte Vorgehensweise ermöglichet die Differenzierung zwischen intermolekularen Wechselwirkungen und mechanischen Verklammerungen als Ursache für eine Haftungsausbildung und deren Einfluss auf die Grenzflächeneigenschaften. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Grenzflächenausbildung, insbesondere zum Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit des metallischen Verbundpartners sowie der Fügeprozessbedingungen zur Fertigung von Kunststoff-Metall-Verbunden mit hoher Mediendichtheit, bei.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Forschung 3 Zielsetzung und Lösungsansatz 4 Experimentelles 5 Analytik 6 Ergebnisse 7 Diskussion der Ergebnisse 8 Zusammenfassung und Ausblick, Understanding the formation of the interface of a hybrid component made of thermoplastic and metal as well as the decisive factors for achieving high adhe-sion and media tightness in the interface still represent a major challenge. These relationships are investigated and elucidated using the example of an injection-molded plastic-metal part. A method for the production of firmly bonded hybrid parts with high media tightness based on a high contact temperature during joining of the hybrid part is developed by combining injection molding and subsequent thermal joining by induction heating. A firm bond with high media tightness between a thermoplastic and a metal requires an adhesion in the inter-face of the joint materials based on molecular interactions. The quantification of the media tightness in the interface is done by using a specially developed measurement method. The investigations enable the differentiation between molecular interactions and mechanical interlocking as the cause of adhesion formation and their influence on the properties of the interface. The gained knowledge contributes to the understanding of interface formation and its prop-erties, in particular the influence of the surface properties of the metallic bond partner and the joining process conditions for the production of plastic-metal parts with high media tightness.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Technik und Forschung 3 Zielsetzung und Lösungsansatz 4 Experimentelles 5 Analytik 6 Ergebnisse 7 Diskussion der Ergebnisse 8 Zusammenfassung und Ausblick

Die 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt. Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten. Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in de, 3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber. The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper. All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begrif

The increasing level of automation in automotive, robotic, and industrial applications requires growing performance and reliability of surround sensing systems. Sound transducers operating in the ultrasonic frequency range are a well-known technique for surround sensing purposes. Ultrasonic transducers are used for obstacle detection, especially in the short range distance < 6 m. This work investigates new approaches to increase the performance of ultrasonic transducers. The increased performance can be reflected in the reduction of design limitations to achieve anisotropic directivity patterns, in the accomplishment of multi-frequency ultrasonic transducers having only one electro-mechanical coupling element, or in the reduction of mechanical cross-coupling in phased array transducers with a common backing. All presented approaches are studied in finite element simulations as well as experimental testing. In order to investigate the dynamic behavior of periodic stop band material, the dispersion relations are calculated in the unit cell. Therefore, the wave finite element method is applied. The sound radiation behavior and the resulting directivity patterns are determined with an approach coupling finite element simulation and the Rayleigh integral. The first approach uses locally structured fiber reinforcement in composite materials as a new design space. Sections with and without fiber reinforcement are combined resulting in a monolithic structure with various material properties. This finally enables the design of ultrasonic transducer with highly anisotropic directivity patterns and a rotationally symmetric geometry at the same time. The second approach investigates the potential of stop band material to achieve a multi-frequency ultrasonic transducer. Due to the particular dynamic properties of the stop band material, the operational deflection shape of the ultrasonic transducer can be modified within a certain frequency range. Hence, only one electro-mechanic, Der zunehmende Automatisierungsgrad in den Bereichen von Automobil-, Robotik- und Industrieanwendungen erfordert Umfeldsensierungssysteme mit erhöhter Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit. Schallwandler, die im Ultraschallbereich arbeiten, stellen eine bekannte und weit verbreitete Technik zur Umfeldsensierung dar, welche insbesondere im Nahfeldbereich < 6 m eingesetzt wird. Die vorliegende Arbeit untersucht neue Konzepte, um die Leistungsfähigkeit von Ultraschallwandlern zu erhöhen. Dies kann sich in unterschiedlichen Eigenschaften widerspiegeln. Dazu zählen die Überwindung von Designbeschränkungen zur Erzielung anisotroper Richtcharakteristiken, die Herstellung eines Mehrfrequenz-Ultraschallwandlers mit nur einem elektromechanischen Kopplungselement und die Reduktion des mechanischen Übersprechens in Phased-Array-Wandlern mit einer gemeinsamen Trägerstruktur. Die neuen Konzepte werden in numerischen Simulationen mit Hilfe der finiten Elemente Methode untersucht. Anschließend wird die Wirksamkeit mit experimentellen Verfahren nachgewiesen. Das Wellenausbreitungsverhalten in periodischen Strukturen wird durch das Dispersionsverhalten innerhalb einer Einheitszelle untersucht. Die Einheitszelle stellt die kleinste, sich wiederholende Struktur innerhalb des periodischen Aufbaus dar. Durch die Anwendung von periodischen Randbedingungen an den Grenzen der Einheitszelle wird der Berechnungsaufwand signifikant reduziert. Die Berechnung erfolgt mit der sogenannten wave finite element method. Die Schallabstrahlung der untersuchten Komponenten wird durch die Kopplung der Berechnungsergebnisse der finiten Elemente Methode mit dem Rayleigh Integral ermittelt. Der erste Ansatz, der untersucht wird, beruht auf dem Prinzip lokal strukturierter Faser-Verbund-Werkstoffe. Dieser Ansatz eröffnet eine neue Gestaltungsdimension im Vergleich zu klassischen Werkstoffen. Durch die Kombination von faserverstärkten Bereichen mit unverstärkten Bereichen können lokal verschiedene Materialeig

The increasing level of automation in automotive, robotic, and industrial applications requires growing performance and reliability of surround sensing systems. Sound transducers operating in the ultrasonic frequency range are a well-known technique for surround sensing purposes. Ultrasonic transducers are used for obstacle detection, especially in the short range distance < 6 m. This work investigates new approaches to increase the performance of ultrasonic transducers. The increased performance can be reflected in the reduction of design limitations to achieve anisotropic directivity patterns, in the accomplishment of multi-frequency ultrasonic transducers having only one electro-mechanical coupling element, or in the reduction of mechanical cross-coupling in phased array transducers with a common backing. All presented approaches are studied in finite element simulations as well as experimental testing. In order to investigate the dynamic behavior of periodic stop band material, the dispersion relations are calculated in the unit cell. Therefore, the wave finite element method is applied. The sound radiation behavior and the resulting directivity patterns are determined with an approach coupling finite element simulation and the Rayleigh integral. The first approach uses locally structured fiber reinforcement in composite materials as a new design space. Sections with and without fiber reinforcement are combined resulting in a monolithic structure with various material properties. This finally enables the design of ultrasonic transducer with highly anisotropic directivity patterns and a rotationally symmetric geometry at the same time. The second approach investigates the potential of stop band material to achieve a multi-frequency ultrasonic transducer. Due to the particular dynamic properties of the stop band material, the operational deflection shape of the ultrasonic transducer can be modified within a certain frequency range. Hence, only one electro-mechanic, Der zunehmende Automatisierungsgrad in den Bereichen von Automobil-, Robotik- und Industrieanwendungen erfordert Umfeldsensierungssysteme mit erhöhter Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit. Schallwandler, die im Ultraschallbereich arbeiten, stellen eine bekannte und weit verbreitete Technik zur Umfeldsensierung dar, welche insbesondere im Nahfeldbereich < 6 m eingesetzt wird. Die vorliegende Arbeit untersucht neue Konzepte, um die Leistungsfähigkeit von Ultraschallwandlern zu erhöhen. Dies kann sich in unterschiedlichen Eigenschaften widerspiegeln. Dazu zählen die Überwindung von Designbeschränkungen zur Erzielung anisotroper Richtcharakteristiken, die Herstellung eines Mehrfrequenz-Ultraschallwandlers mit nur einem elektromechanischen Kopplungselement und die Reduktion des mechanischen Übersprechens in Phased-Array-Wandlern mit einer gemeinsamen Trägerstruktur. Die neuen Konzepte werden in numerischen Simulationen mit Hilfe der finiten Elemente Methode untersucht. Anschließend wird die Wirksamkeit mit experimentellen Verfahren nachgewiesen. Das Wellenausbreitungsverhalten in periodischen Strukturen wird durch das Dispersionsverhalten innerhalb einer Einheitszelle untersucht. Die Einheitszelle stellt die kleinste, sich wiederholende Struktur innerhalb des periodischen Aufbaus dar. Durch die Anwendung von periodischen Randbedingungen an den Grenzen der Einheitszelle wird der Berechnungsaufwand signifikant reduziert. Die Berechnung erfolgt mit der sogenannten wave finite element method. Die Schallabstrahlung der untersuchten Komponenten wird durch die Kopplung der Berechnungsergebnisse der finiten Elemente Methode mit dem Rayleigh Integral ermittelt. Der erste Ansatz, der untersucht wird, beruht auf dem Prinzip lokal strukturierter Faser-Verbund-Werkstoffe. Dieser Ansatz eröffnet eine neue Gestaltungsdimension im Vergleich zu klassischen Werkstoffen. Durch die Kombination von faserverstärkten Bereichen mit unverstärkten Bereichen können lokal verschiedene Materialeig

This book illustrates key sustainability issues in global textile and fashion value chains, by examining individual types of fibers either at a single step in or along the entire value chain.

Die Entwicklung von Geweben mit gestreckten Fadenlagen ist Gegenstand aktueller Forschungen, die vielfach Sondermaschinen für ganz spezielle Anwendungen hervorbringen. Eine systematische Analyse und Optimierung der unter Berücksichtigung der Verbundeigenschaften existiert nach bekanntem Stand des Wissens nicht. Ziel der Dissertation ist es, diese Lücke zu schließen und einen Beitrag zur Etablierung von Geweben mit gestreckten Fadenlagen in Faserverbundwerkstoffen zu leisten. Die Arbeit basiert zum Teil auf den Ergebnissen, die in der Zeit von 2006 – 2012 am Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik der Technischen Universität Dresden im Rahmen verschiedener AiF und DFG Vorhaben entstanden sind. Weiterführende Überlegungen wurden 2015 – 2017 im Rahmen eines Promotionsstudiums an der Professur für Textile Technologien der Technischen Universität Chemnitz angefertigt. Wie anhand konkreter Ausführungsbeispiele gezeigt wird, stößt das Weben insbesondere für Anwendungen im Faserverbundleichtbau an technologisch bedingte Grenzen. Es erfolgt zunächst eine Gegenüberstellung konventioneller Flächenbildungsverfahren und der Anforderungen seitens der Endanwender, insbesondere aus dem Bereich der Verbundwerkstoffindustrie, gleichermaßen. Daraus wird ein Anforderungsprofil für ein anforderungsgerechtes Flächenbildungsverfahren abgeleitet und konstruktive Lösungsvorschläge zu dessen Umsetzung aufgezeigt., The development of non-crimped-fabrics (NCF) is subject of current research activities. These often led to special machines for very special applications. There is no systematic analysis and optimization of the properties of composites based on the state of the art. The aim of this dissertation is to close this gap and to contribute to the establishment of woven NCF in fiber-reinforced composites. The work is based partially on the results obtained at the Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik der Technischen Universität Dresden from 2006 to 2012 within the framework of various AiF and DFG projects. Further reflections were made between 2015 and 2017 as part of a doctoral study at the Chair of Textile Technologien der Technischen Universität Chemnitz. As shown from examples of the design, weaving is reaching technological limits, especially for applications in composite construction. First of all, conventional surface formation methods are compared with the requirements of end users, especially from the composites industry. From this, a requirement profile is derived for a requirements-based surface formation process and constructive proposals for solutions for its implementation are identified.