Entwicklung eines Feder-Mechanismus für neuartige Brackets (Zahnspange). - 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Brackets in Zahnspangen werden seit dem Edgewise-Bracket von Angle ständig weiterentwickelt. Diese Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, das neuartige S-Bracket von Gold S auf zwei Belastungsfälle zu untersuchen. Diese Untersuchungen werden mit dem FEM-Programm ANSYS WORKBENCH durchgeführt. Die erste Simulation ist eine Analyse der Nachgiebigkeit der Feder. Es wird die kleinstmögliche Kraft bei vorgegebenem Federweg analysiert. In der zweiten Untersuchung wird eine Rotation des Drahtes in der Basis des Brackets simuliert. Diese Rotation wird mit einem Gegendrehmoment erschwert. Dabei werden die Ergebnisse der bisherigen Geometrie mit einer Verbesserung verglichen. Der hauptsächliche Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau des FEM-Modells. Es werden Randbedingungen und Netzverfeinerung erklärt. Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst, Fehlerquellen aufgezeigt und weitere Verbesserungen vorgestellt.
Simulation der Dynamik unwuchtiger mehrteiliger Rotoren im Antriebsstrang. - 127 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit dem Auswuchtvorgang von mehrteiligen Gelenkwellen. Nach einem Überblick über den aktuellen Stand der Technik folgen Betrachtungen der theoretischen Grundlagen zum Verständnis des Themenkomplexes des Auswuchtens. Da eine unwuchtbehaftete Gelenkwelle negative Auswirkungen auf den Fahrkomfort und die Lebensdauer benachbarter Baugruppen haben kann, ist der Auswuchtvorgang von entscheidender Bedeutung. Hierbei ist die zu erreichende Wuchtgüte von den verwendeten Gelenken abhängig. Zur Beurteilung des Auswuchtvorganges wird ein Simulationsmodell der Gelenkwelle mit dem MKS - Programm alaska erstellt und der Einfluss konstruktiver Parameter auf das dynamische Verhalten untersucht. Durch das Auftreten von Axialspiel eines Kreuzgelenks bzw. Radialspiel im Längenausgleich wird eine Unwucht der Gelenkwelle simuliert und jene Auswirkungen auf die Wuchtgüte in den Ausgleichsebenen untersucht. Neben der Variation jener Parameter erfolgt die Betrachtung des Einflusses der Lagersteifigkeit des Zwischenlagers einer zweiteiligen Gelenkwelle auf den Auswuchtvorgang. Anhand der Auswertung der Simulationsergebnisse werden Schlussfolgerungen getroffen, die für die Auswahl der Gelenke und das Ausmaß von Axial- bzw. Radialspiel von Bedeutung sind.
Simulative Lenkungsauslegung in der frühen Phase der Fahrdynamikentwicklung. - 79 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Arbeit soll das Simulationstool GAST1 Grundauslegungsstufe 1) der BMW Group, welches zur Grundauslegung in der Fahrdynamikentwicklung eingesetzt wird, um die Möglichkeit zur Bewertung der Lenkungseigenschaften eines Fahrzeugs erweitert werden. Hierzu wird zunächst ein Lenkungsmodell entwickelt, welches unter Nutzung der verfügbaren Datensätze und Ausgangsgrößen anderer Teilsysteme relevante Lenkungsgrößen bestimmt. Die Validierung des Lenkungsmodells auf Basis der Zahnstangenkraft als zentrale Größe der Lenkung wird im Vergleich mit dem etablierten Referenzfahrzeugmodell ISAR für quasi-statische und dynamische Fahrmanöver durchgeführt. Anschließend wird ein einfaches Reifenmodell entwickelt, welches das Bohrmoment des Reifens in Abhängigkeit von der Radlast abbilden kann. Dies ist erforderlich, um während des Parkiervorgangs die resultierende Zahnstangenkraft zu berechnen. Um die Berechnungskomplexität und die Anzahl der notwendigen Parameter gering zu halten, müssen Vereinfachungen getroffen werden (bspw. eine konstante Druckverteilung im Reifenlatsch). Zur Validierung des Reifenmodells wird der Verlauf der Zahnstangenkraft über dem Zahnstangenhub während des Parkierens zum einen mit Messdaten und zum anderen mit Mehrkörpersimulationsergebnissen (ADAMS) verglichen. Zur Auswertung der funktionalen Größen der Servoeinheit (Servoleistung und Servokraft) sollen das gebremste Parkieren und das Sinuslenken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80km/h betrachtet werden. Hierfür werden das entwickelte Lenkungsmodell und das entwickelte Reifenmodell verwendet. Abschließend werden zur Ableitung des Servokennfeldes zwei Parametrisierungsoptionen für den Verlauf des Lenkmoments über der Fahrzeugquerbeschleunigung erstellt. Dabei soll sowohl ein fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängiges, als auch ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiges Servokennfeld generiert werden.
Modifikation, Optimierung und Simulation eines bestehenden ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugs. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese Bachelor-Arbeit zeigt den Entwicklungsprozess der Umstrukturierung des "ExAUV-NHRI" des Fraunhofer IOSB-AST. Das Fahrzeug wird zuerst klassifiziert und in seinem Status Quo beschrieben. Zudem werden aufgetretene Fehler aufgenommen. Danach werden Grundlagen erklärt, die für die Umgestaltung des ROVs nötig sind. Grundlagen sollen hierbei der Begriff Trimmung, die Herangehensweise an den Prozess der Trimmung und die Berechnung dieser sein. Das Fahrzeug wird größtenteils druckneutral gestaltet. Daher wird zunächst Druckneutralität erläutert. Es werden die verschiedenen Arten aufgezeigt, die diesen Zustand herstellen. Dann werden Vor- sowie Nachteile aufgezählt und gewertet. Es müssen zudem die Folgen für das Gesamtfahrzeug erläutert werden. Zentrale Themen dieser Arbeit sind die Neukonstruktion der Antenne und die Neukonstruktion des Trimmsystems. Es wird eine verkürzte Version des entwicklungsmethodischen Ansatzes der TU Ilmenau verwendet. Bei beiden Konstruktionen werden technische Prinzipe entwickelt und verglichen. Es folgen Lösungssynthesen mit der Auswahl der endgültigen Gestalt. Es werden zudem Änderungen, die im Laufe der Bearbeitungszeit getroffen wurden, begründet. Sie zeigen den iterativen Konstruktionsprozess und die Vernetzung der einzelnen Bauteile untereinander. Das Ergebnis ist eine vollständige und tiefgreifende Abstimmung der Teilkomponenten untereinander sowie mit dem Gesamtfahrzeug.
Konzeption und Aufbau einer Massageauflage bestehend aus nachgiebigen fluidmechanischen Aktuatoren. - 65 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Arbeit wurde ein Funktionsmuster einer Massageauflage mit nachgiebigen Aktuatoren (Struktur) entwickelt. Diese Vorentwicklung soll die Grundlage späterer Konstruktionen sein, die für den Einsatz in Büros oder Lastkraftwagen gedacht sind. Sie sollen die Rückenmuskeln der Beschäftigten während der Arbeit lockern, um somit Rückenschmerzen vorzubeugen. Die Auflage wird pneumatisch angetrieben. Vorab wurde eine Patentrecherche zu bestehenden Konstruktionen von Massageauflagen mit nachgiebigen Aktuatoren durchgeführt. Darauf aufbauend wurde eine neuartige Massageauflage entwickelt. Hierbei stand die Auslegung des Aktuators im Fokus. Das Prinzip einer nachgiebigen Struktur, die unter Überdruck eine schraubenförmige Bewegung erzeugt, wurde aus der Diplomarbeit von Andrea Streng "Entwicklung und Untersuchung einer nachgiebigen Struktur zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung" übernommen und wurde hinsichtlich der Kraftübertragung an den Körper und der Vermeidung von Rissbildung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode optimiert. Dazu wurde das Programm ANSYS Workbench 14.5. verwendet. Um die entworfene Struktur zu gießen, wurde anschließend ein Formwerkzeug konstruiert und mit einem 3D-Drucker der Marke Formlabs Inc. gedruckt. Angesteuert wird die Auflage mit einem Arduino Uno Board. Der Programmablauf wurde mit der mitgelieferten Software programmiert.
Experimentelle und nummerische Untersuchung von frequenzabhängiger Materialdämpfung in Balken. - 86 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit frequenzabhängiger Materialdämpfung in Balken. Hierzu werden frei und erzwungene Biegeschwingungen von Balken aus Stahl und Aluminium untersucht. Im Grundlagenteil werden Dämpfungsphänomene und Modelle vorgestellt. Der Schwerpunkt wird auf die in ANSYS verfügbaren Beschreibungsformen gelegt. Es folgt die analytische Betrachtung eines gedämpften Ein-Massen-Schwingers, um den Einfluss viskoser Reibung nachzuvollziehen und typische Effekte zu wiederholen. Anschließend werden die experimentellen Aufbauten, Messverfahren und gewonnenen Ergebnisse beschrieben. Dämpfungswerte werden aus Ausschwingvorgängen und aus Frequenz-Amplituden-Verläufen der zu erzwungenen Schwingungen angeregten Balken bestimmt. Dazu wurde ein elektromagnetischer Schwingungserreger benutzt. Die ermittelten Werte liegen deutlich über den Materialdämpfungswerten aus der Literatur. Grund hierfür ist die starke Fügestellendämpfung an der nicht idealen Einspannung. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Werten, die durch FE-Simulationen ermittelt wurden verglichen. Dabei kamen verschiedene Dämpfungsmodelle zum Einsatz.
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchung von mobilen Systemen mit neuartigen Antriebskonzepten. - 55 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einem neuartigen Antriebskonzept untersucht, welches eine Umkehr der Bewegungsrichtung ermöglicht. Die Bewegung wird durch eine Vielzahl angewinkelter Borsten übertragen, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt in der Ermittlung der Anregungskräfte dieses neuartigen Antriebskonzeptes. Die Ergebnisse werden in ein Mehrkörpersimulationsmodell implementiert und mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden anhand eines Prototyps die Fortbewegungsrichtung und die Geschwindigkeit gemessen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich des Bewegungsverhaltens des Simulationsmodells und des Experimentalsystems zeigt sich, dass das entwickelte Simulationsmodell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.
Einfluss der Vorkrümmung von Stäben auf das statische und dynamische Biegeverhalten von taktilen Sensoren. - 183 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Bei der Entwicklung taktiler Messsysteme zur Umgebungserkennung dient häufig die sog. Vibrisse (Tasthhaar) von Säugetieren als Vorbild. In zahlreichen Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind die Vibrissen als gerader, zylindrischer oder konischer Stab modelliert. Die Tatsache, dass in der Natur Vibrissen grundsätzlich vorgekrümmt sind, wird in den meisten Fällen vernachlässigt. In dieser Arbeit liegt der Fokus der Betrachtungen auf der Vorkrümmung der Vibrissen, wobei besonders auf die Anwendung der Vibrissen bei der Objektabtastung eingegangen wird. Es werden zunächst die Spannungs- und Verformungsgleichungen für den vorgekrümmten Stab anhand der sog. Winkler-Bach-Theorie hergeleitet. Weiterhin wird gezeigt, dass für gewisse Grenzfälle die Gleichungen erheblich vereinfacht werden können. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit bisher durchgeführten Untersuchungen zu vorgekrümmten Stäben bzw. technischen Vibrissen. Dabei werden Forschungsergebnisse vor allem im Bereich der Objektabtastung präsentiert, welche später als Orientierung für die durchgeführten Untersuchungen dienen. Um die Eigenschaften des vorgekrümmten Stabes besonders im Vergleich zum geraden Stab herauszuarbeiten, werden daraufhin eingehende Untersuchungen zum statischen Biegeverhalten vorgekrümmter Stäbe durchgeführt. Es werden Parameter wie Art und Richtung des Kraftangriffes, Betrag der Kraft, Art der Lagerung und Größe der Stabvorkrümmung variiert. Weiterhin wird die konkrete Anwendung vorgekrümmter Stäbe bei der Objektabtastung untersucht. Dabei werden mehrere Simulationen durchgeführt, bei denen verschieden vorgekrümmte, einseitig eingespannte, technische Vibrissen durch die Verschiebung der Einspannstelle an unterschiedlich geformten, konvexen Profilen entlangstreichen. Anhand der ermittelten Lagerreaktionen und der Position der Einspannstelle (Observablen) können die Profile rekonstruiert werden. Dabei wird grundsätzlich sowohl mit Vibrissen konstanter, als auch variabler Krümmung gearbeitet. Es wird gezeigt, dass bei geeigneter Wahl eines variablen Krümmungsradius der Abtastvorgang optimiert werden kann. Darauf aufbauend werden Experimente/Messungen an einem Versuchsstand zu Abtastvorgängen mit verschieden vorgekrümmten Vibrissen durchgeführt. Abschließend wird ausblickshaft auf das Schwingungsverhalten unterschiedlich vorgekrümmter Stäbe eingegangen. Dabei werden die Eigenfrequenzen zum einen für "natürlich" vorgekrümmte Stäbe und zum anderen für gerade Stäbe, die durch äußere Belastungen vorgespannt (und damit vorgekrümmt) sind, bestimmt. Hier erfolgt jeweils der Vergleich mit einer FEM-Simulation.
Bestimmung von Wanddicken aufgrund des Werkstoffes/Leichtbau prEN-GJS-500-14. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Aufgabe der Arbeit war, zu analysieren ob bei Niederhaltern für Karosserieblechwerkzeuge aus dem bisherigen Gusswerkstoff EN-GJS-500-7 durch den neuen Gusswerkstoff EN-GJS-500-14 eine Wanddickenreduzierung und eine dafür entwickelte Leichtbaugeometrie möglich ist. In einem ersten Schritt werden die vorherrschenden Bedingungen für Niederhalter in der Presse untersucht. Auf Grundlage dieser werden der bestehende Werkstoffe EN-GJS-500-7 und der neu zu Untersuchende analysiert. Dazu werden die zulässigen Spannungen ermittelt mit denen der Niederhalter ausgelegt werden kann. In einem weiteren Schritt wird eine Simulation für die Niederhalter sowie die verschiedenen Werkstoffe erstellt. Nach Analyse der Ausgangsmodelle werden die Wanddicken reduziert und gegebenenfalls umkonstruiert sodass die zulässigen Spannungen ausgenutzt werden. Danach werden die Modelle und deren Konstruktion mit Hilfe von Gestaltungsvorschriften auf Gießbarkeit überprüft. Mit den gießbaren Modellen wird im Anschluss eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.
Simulations- und Parameterstudien von Reglern für ein biologisch inspiriertes, mechanisches Sensorsystem zur Identifikation von Bodenerregungen. - 157 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird nach einer Regelungsstrategie gesucht, mit deren Hilfe die auf einen Sensor wirkende Erregung gemessen und identifiziert werden kann. Der Sensor wird durch ein mechanisches System in Form eines Feder-Masse-Dämpfer-Schwingers mit Freiheitsgrad 2 und indirekter Erregung über das Gehäuse modelliert. Die Sensoreigenschaften werden den aus der Natur stammenden Eigenschaften von Mechanorezeptoren nachempfunden, welche ihre Reaktion den aus der Umgebung einwirkenden Reizen anpassen können. Aus diesem Grund werden adaptive Reglerverstärkungen in dieser Arbeit verwendet. Während sich nicht ändernder Erregungen soll der Sensor weiterhin Änderungen in der Umgebung wahrnehmen und Absolutwerte identifizieren können. Zusätzlich soll er möglichst universell einsetzbar sein und einen möglichst geringen Wert des Verstärkungsfaktors benötigen. Zunächst werden bereits bestehende Regelungsstrategien zusammengetragen, untersucht und modifziert. Anschließend werden diese auf ein Sensorsystem des Freiheitsgrads 1 angewendet. Dies erfolgt über eine Simulationsstudie mithilfe der Software "MatLab", in dem das Sensorsystem mit allen Regelungsvarianten implementiert wird. Die sich als am wirkungsvollsten erweisenden Regelungsstrategien werden auf das System mit Freiheitsgrad 2 angewendet. Die Regler mit den besten Ergebnissen zur Identifikation von Bodenerregungen werden zum Schluss auf ihr Langzeitverhalten, sowie ihre Reaktion auf verschiedene Erregungsformen und zufällig gewählte Systemparameter erfolgreich und leistungsstark geprüft.