07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

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    Filterzentrifuge zur gravimetrischen Analyse von Partikeln in Suspensionen
    (2010) Rochowicz, Markus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)
    Speziell in der Automobilindustrie steigt der Bedarf für Sauberkeitsanalysen von Flüssigkeiten aus Produktionsprozess und Betrieb stark an. Die stetig höher belasteten Bau-teile reagieren funktionssensibel auf Partikelverschmutzungen, weshalb Sauberkeitsgrenz-werte spezifiziert und gemessen werden müssen. Etablierte Analyseverfahren, wie die in zahlreichen Standards genormte, gravimetrische Analyse, können diesen wachsenden Bedarf nicht mehr decken. Der manuelle Ablauf aus Vakuumfiltration der Analyseflüssigkeit, Ofentrocknung des Analysefilters und Wägung der Rückstände, kann mehre Stunden dauern. Damit ist der Aufbau kurzer Regelkreise zur Steuerung sauberkeitsrelevanter Produktions-parameter nicht möglich und das steigende Probenaufkommen nicht zu bewältigen. Ein schnelles Analyseverfahren, das konform zu den bestehenden Gravimetriestandards arbeitet ist derzeit nicht verfügbar und muss konzipiert, realisiert und verifiziert werden. Es stehen eine Vielzahl von direkten Verfahren zur Bewertung von Partikelverunreinigungen in Flüssigkeiten zur Verfügung, von den Streulicht basierten Einzelpartikelzählern bis hin zu integral messenden Trübungssensoren. Auch indirekte Verfahren, wie die Bestimmung der Verblockung von Analysesieben durch Differenzdruckmessung, sind im Einsatz. Die meisten dieser Verfahren erfüllen die Anforderung nach einer kurzen Analysezeit. Allerdings liefert keines dieser Verfahren Werte, die mit den etablierten Standards und der über die Jahre gewachsenen Datenbasis bei den betroffenen Unternehmen kompatibel sind und können folglich somit nicht als Entwicklungsgrundlage für ein neues Verfahren verwendet werden. Basierend auf dem Prinzip einer Filterzentrifuge mit integrierter Unwuchtsensorik wird ein Prüfstand zur schnellen gravimetrischen Analyse von Feststoffen in Flüssigkeiten konzipiert. Zur Erfüllung des Anforderungsprofils eines schnellen und normkompatiblen Analysegerätes werden unterschiedliche Varianten überprüft und ausgewählt. Der realisierte Prüfstand lässt die schnelle Abscheidung von Partikeln durch Zentrifugalfiltration, die vollständige Trocknung und die gleichzeitige Massenbestimmung der Filtrationsrückstände in einem Arbeitsschritt zu. Bei der Entwicklung einer arbeitstechnisch sicheren Methode zur Durchführung von Analysefiltrationen wird durch eine angepasste Messwertaufnahme und Datenverarbeitung sowie eine systematische Auslegung der Filtrationsparameter eine exakte und normkompatible Analyse gesichert sowie die Prüfprozesseignung nachgewiesen. Die entwickelte Filterzentrifuge und die Analysemethodik wurden hinsichtlich der Erfüllung des erarbeiteten Anforderungs¬profils mithilfe experimenteller Untersuchungen verifiziert. Die Verifikations¬experimente zeigen, dass die erarbeiteten Anforderungs¬kriterien durch das entwickelte Verfahren zur gravimetrischen Analyse von Partikeln in Suspensionen mittels Filterzentrifuge erfüllt werden. Im Ergebnis wird eine Zeitersparnis von bis zu 90% im Vergleich zu konventionellen gravimetrischen Analysen erreicht. Das entwickelte Verfahren eignet sich dabei nicht nur zur Messung von Verunreinigungen in Flüssigkeiten, sondern kann zur Bestimmung jeglicher Art von Feststoffen eingesetzt werden. Dies bildet eine gute Basis für die Etablierung der neuen Technik als universelles, industrielles Analyseverfahren.
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    ItemOpen Access
    The effect of rod orientation on electrical anisotropy in silver nanowire networks for ultra-transparent electrodes
    (2016) Ackermann, Thomas; Neuhaus, Raphael; Roth, Siegmar
    Two-dimensional networks made of metal nanowires are excellent paradigms for the experimental observation of electrical percolation caused by continuous jackstraw-like physical pathways. Such systems became very interesting as alternative material in transparent electrodes, which are fundamental components in display devices. This work presents the experimental characterization of low-haze and ultra-transparent electrodes based on silver nanowires. The films are created by dip-coating, a feasible and scalable liquid film coating technique. We have found dominant alignment of the silver nanowires in withdrawal direction. The impact of this structural anisotropy on electrical anisotropy becomes more pronounced for low area coverage. The rod alignment does not influence the technical usability of the films as significant electrical anisotropy occurs only at optical transmission higher than 99 %. For films with lower transmission, electrical anisotropy becomes negligible. In addition to the experimental work, we have carried out computational studies in order to explain our findings further and compare them to our experiments and previous literature. This paper presents the first experimental observation of electrical anisotropy in two-dimensional silver nanowire networks close at the percolation threshold.
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    ItemOpen Access
    Ressourceneffiziente Erzeugung ultra-transparenter Elektroden durch perkolierende Nanostrukturen
    (2016) Ackermann, Thomas; Westkämper, Engelbert (Prof. a. D. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.)
    Transparente leitfähige Schichten (transparente Elektroden) sind elementare Bauteile in Touch-Modulen, Displays und Solarzellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung transparenter Elektroden auf Basis alternativer Materialien, um die Defizite - insbesondere die Brüchigkeit und die relativ hohen Herstellungskosten - des konventionellen Materials Indiumzinnoxid zu umgehen. Zweidimensionale Netzwerke aus stäbchenförmigen elektrischen Leitern werden ausgehend von einer Dispersion durch Nassfilmbeschichtung hergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung als transparente Elektroden untersucht. Dabei handelt es sich Netzwerke aus Silbernanodrähten und um Hybrid-Schichten aus Silbernanodrähten und Kohlenstoffnanoröhren (Co-Perkolation). Neben der Ableitung und Umsetzung Produkt- und Prozess-orientierter Ziele liefert die Arbeit einen Beitrag zum Verständnis der zweidimensionalen elektrischen Perkolation in Netzwerken aus stäbchenförmigen elektrischen Leitern, insbesondere nahe an der Perkolationsschwelle, bei der die Netzwerke eine sehr hohe Transparenz aufweisen, weshalb derartige Schichten als ultra-transparent bezeichnet werden. Diese Arbeit entstand an der Graduate School of Excellence advanced Manufacturing Engineering (GSaME) der Universität Stuttgart in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart.