Entwicklung eines Klappmechanismus für die Transportstellung eines Zehnkreiselzettwenders mit Dreipunktanbau. - 86 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der Landwirtschaft spielt die Dauer der Arbeitsprozesse eine wichtige Rolle. Deshalb ist der Trend zu Maschinen mit großen Arbeitsbreiten und optimalem Prozessablauf schon seit Jahren zu verzeichnen. Auch in der Grünfutterwerbung ist diese Entwicklung zu erkennen. In dieser Bachelorarbeit wird der Klappmechanismus eines Zehnkreiselzettwenders im Dreipunktanbau von der Arbeitsstellung in die Transportstellung, mit einer Arbeitsbreite von mindestens 11 m, untersucht und entwickelt. Diese wissenschaftliche Arbeit wurde im Auftrag der Kverneland Group mit dem Ziel geschrieben, einen Entwurf eines neuen marktfähigen Produktes zu entwickeln. Ein Kreiselzettwender ist eine Maschine die, an einem Traktor angehängt, das frisch gemähte Gras auf der Wiese ausbreitet oder das bereits ausgebreitete Gras für eine bessere und schnellere Trocknung wendet. In dieser Bachelorarbeit wird zuerst ein Entwurf der Transportstellung erstellt. Mithilfe einer Anforderungsliste werden Lösungsmöglichkeiten in einer Kombinationstabelle entwickelt. Anschließend werden diese Lösungen über eine morphologische Matrix verknüpft und diese danach evaluiert. Das Ergebnis dieser Bewertung ist ein Entwurf der Transportstellung, der alle nötigen Anforderungen bestmöglich erfüllt. Für diesen Entwurf wird im nächsten Schritt ein Getriebe entworfen, welches kinematisch und kinetostatisch analysiert wird. Das Ergebnis dieser Methoden ist ein funktionsfähiges Getriebe, welches die Maschine von einer Gesamtbreite in der Arbeitsstellung von 11,6 m in die Transportstellung mit den Maßen in der Höhe 3,47 m und in der Breite 2,93 m klappt. Mit einer Arbeitsbreite (nach DIN 11220) von 11,25 m wird die Maschine nach der konstruktiven Ausführung die Breiteste ihrer Klasse sein. Durch diese Forschung ist der Grundstein für die Konstruktion eines Kreiselzettwenders gelegt, welcher durch seine große Arbeitsbreite, verbunden mit dem Dreipunktanbau eine große Wendigkeit besitzt, sowie ein schnelles und schlagkräftiges Arbeiten auf dem Feld erlaubt.
Untersuchung von Anwendungsmöglichkeiten nachgiebiger Mechanismen in Kraftfahrzeug-Sitzstrukturen am Beispiel der Konstruktion eines ausgewählten Mechanismus. - 164 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Eine Kraftfahrzeug-Sitzstruktur stellt eine wichtige Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrer dar. Der wachsende Wettbewerb und die Anforderungen von Kunden verlangen nach stetiger Verbesserung, Weiterentwicklung und Innovationen. Wesentliche Aufgabe bei der Konstruktion neuer Sitze ist das Erzielen von leichteren und effizienteren Strukturen im Einklang mit dem geforderten Komfort und der notwendigen Sicherheit im Fahrzeug. Dabei wird großer Wert darauf gelegt, kürzere Entwicklungszeiten zu erreichen und Kosten zu senken. Konventionelle Gelenke bestehen in der Regel aus zwei oder mehr Bauteilen, die in einer Gelenkachse relativ zueinander beweglich verbunden sind. Festkörpergelenke hingegen bieten aufgrund des Stoffschlusses mit gezielter geometrischer Schwächung die Möglichkeit, Bewegungen innerhalb eines Körpers zu gewährleisten und damit Material und Montageschritte einzusparen. Unter diesen Gesichtspunkten soll die Anwendung von Festkörpergelenken und nachgiebigen Mechanismen in Sitzstrukturen untersucht werden. Zentrales Ziel ist dabei die Konstruktion eines ausgewählten Mechanismus. Zunächst werden wichtige Definitionen zur Thematik und ein Überblick über die Anwendung von Mechanismen in Kraftfahrzeug-Sitzstrukturen gegeben. Daraufhin werden wichtige Berechnungsgrundlagen zur Beschreibung des Bewegungsverhaltens von Festkörpergelenken geliefert, mit denen die Hauptfaktoren für die Auslegung von nachgiebigen Mechanismen erörtert werden. Dabei kommen verschiedene Berechnungsmethoden zum Einsatz, deren jeweilige Eignung analysiert wird. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein konkreter Mechanismus ausgewählt anhand dessen die Abwandlung des konventionellen Systems zu einen nachgiebigen Mechanismus demonstriert wird. Dazu wird das bestehende System zuerst bezüglich seiner Bewegungsbahnen und Gelenkreaktionen analysiert. Weiterhin werden Berechnungen zum nachgiebigen Mechanismus vorgestellt. Die Auslegung wird daraufhin durch die Erstellung eines Funktionsmusters überprüft. Abschließend werden anhand der gewonnenen Erkenntnisse Auslegungsempfehlungen geliefert, die für zukünftige Auslegungen als Dimensionierungshilfe dienen.
Stabilitätsuntersuchung der Bewegung eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems. - 84 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung zur Beschreibung des Bewegungszustandes eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems bei Variation der beschreibenden Parameter wird die Stabilität der zu erwartenden Bewegung analysiert und beurteilt. Hierzu werden Methoden der numerischen Mathematik in MATLAB und der Stabilitätstheorie genutzt. Im Einzelnen werden die folgenden Aufgaben bearbeitet: 1. Literaturrecherche zur Beschreibung der Rotordynamik, sowie zur Stabilität von Rotorbewegungen; 2. Vorgabe des mechanischen Modells und Aufstellung des Bewegungsgleichungssystems über die Lagrange'sche Gleichung zweiter Art; 3. Erarbeitung der numerischen Lösung des Systems in MATLAB zur Ermittlung der Eigenfrequenzen des Mehrkörpersystems; 4. Erarbeitung einer Stabilitätskarte auf Basis der Methode der Störungsrechnung und Beschreibung der Auswirkungen von Parametervariationen auf die Stabilität der Bewegung. Auf Basis eigens entwickelter Programme kann in MATLAB das Gleichungssystem für das vorliegende Problem automatisiert aufgestellt und gelöst werden. Die integrierte Eigenwertanalyse zeigt einen deutlichen funktionalen Zusammenhang zwischen den Eigenfrequenzen des Systems und der Drehzahl des Rotors.Auf Basis der Störungsrechnung können Näherungslösungen für die Stabilitätsgrenzen des mechanischen Systems erzielt werden. Diese werden in Form einer Stabilitätskarte abgebildet. Aufgrund von Parametervariation kann die Stabilität des Systems für unterschiedliche Zustände beurteilt werden.
Analytische Untersuchung der Drehachse von Festkörpergelenken unter Berücksichtigung der konstruktiven Gestaltung nachgiebiger Mechanismen. - 100 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Bedeutung von nachgiebigen Koppelmechanismen nimmt in den Bereichen der Feinwerktechnik und Mikrotechnik stetig zu. Die Konjunktur dieses Mechanismentyps ist vor allem mit dessen Vorteilen wie Spielfreiheit, Wartungsfreiheit, Kosteneffizienz etc. zu begründen. Der wichtigste Bestandteil derartiger Mechanismen ist das stoffschlüssige Gelenk, auch bekannt als Festkörpergelenk. Dieser Gelenktyp ersetzt in den genannten Branchen mehr und mehr das konventionelle Drehgelenk. Allerdings weicht die Drehachsenlage von Festkörpergelenken von ihrer ursprünglichen Position bei Auslenkung des Mechanismus ab. Dieser Sachverhalt wird als Drehachsenverlagerung bezeichnet und erschwert besonders die kinematische Analyse und Auslegung von nachgiebigen Mechanismen. Um dennoch das kinematische Verhalten des Mechanismus bestimmen zu können, ist die Kenntnis über die momentane Lage oder die Minimierung der Drehachsenverlagerung notwendig. In dieser Arbeit werden verschiedene Einflüsse auf die Drehachsenverlagerung, wie z. B. die konstruktive Gestaltung des Mechanismus und dessen Belastung, analytisch untersucht. Anhand der Ergebnisse werden Kennlinien, Nomogramme sowie algebraische Gleichungen erzeugt, mit deren Hilfe die Verlagerung der Drehachse direkt ermittelt werden kann. Somit wird der Zugang für weitere Untersuchungen bezüglich der Drehachsenverlagerung erleichtert. Zusätzlich werden aus den Ergebnissen Gestaltungsrichtlinien für die Konstruktion bzw. Ableitung eines nachgiebigen Mechanismus aus dem zugrunde liegenden Starrkörpermechanismus abgeleitet, mit deren Anwendung die resultierende Drehachsenverlagerung verringert und somit die Bahngenauigkeit des Mechanismus erhöht wird.
Entwicklung und Konstruktion eines mobilen Roboters zur Fortbewegung in unverfestigten Sedimenten. - 139 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines mobilen Roboters zur Fortbewegung in Quarzsand. Mit einem einfachen Aufbau soll sich dieser im Akkumulatorbetrieb vertikal in den Boden eingraben können. Roboter dieser Art können zur Erkundung von Böden auf der Erde und anderer Himmelskörper eingesetzt werden oder Rettungsmissionen in Trümmerhaufen unterstützen. Methodisch orientiert sich der konstruktive Entwicklungsprozess an den VDI-Richtlinien 2221 und 2222. Zu Beginn werden neben dem Stand der Technik auch Ansätze zur Modellierung der Bodenwiderstandskräfte betrachtet. Für die prinzipielle Lösung der Problemstellung werden mehrere Varianten erarbeitet und bewertet. Das gewählte Prinzip nutzt eine rotierende Schraubengeometrie zur Erzeugung der Vortriebskraft, wobei der notwendige Drehmomentenausgleich über Widerstandsflächen erfolgt. Die Eignung dieses Prinzips wird experimentell mit einem vorläufigen Prototypen bestätigt. Für den maßstäblichen Entwurf werden erneut mehrere Varianten präsentiert, von denen eine ausgewählt und zu einem technischen Entwurf mit den notwendigen Nachweisrechnungen ausgearbeitet wird. Die Funktionsfähigkeit des konstruierten Roboters wird experimentell bestätigt, wobei Ansätze für nachfolgende Untersuchungen gegeben werden.
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchung von mechanischen Vibrissen mit ferrofluidischer Lagerung. - 93 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die langen, seitlich abstehenden Tasthaare im Schnauzbereich von Säugetieren werden als mystaziale Makrovibrissen bezeichnet. Sie wachsen einzeln in speziellen Follikeln und werden in der Haut von einer mit Blut gefülltem Kapsel umschlossen. Diese Lagerung wird Follikel-Sinus-Komplex genannt und ist mit verschiedenen Muskeln verbunden, welche die Schnurrhaare in Schwingungen versetzen können ("Whiskerbewegung"). Da die Vibrisse in der Natur als Tastsinnesorgan benutzt wird, sieht man sie auch als biologisches Vorbild für taktile Sensoren. In der vorliegenden Arbeit wird eine mechanische Vibrisse als starrer Stab modelliert, der drehbar gelagert ist und an dessen Ende sich ein paramagnetischer Körper befindet. Die viskoelastische Lagerung wird mit einem Ferrofluid nachgebildet. Um die Vibrisse in Bewegung zu versetzen, soll die magnetische Kraft auf den Körper genutzt werden, welche mit einem äußeren Magnetfeld im Ferrofluid erzeugt werden kann. Es erfolgen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen der Kraftwirkung in Abhängigkeit der äußeren Magnetfeldstärke sowie Volumen und Form des Körpers im Ferrofluid. Die quantitative Analyse zeigt, dass die Stärke der Kraft in erster Linie vom Volumen des Körpers abhängt und weniger von der Form. Die numerische Berechnung liefert trotz vereinfachender Annahmen eine gute Annäherung an die im Experiment gemessenen Werte.
Entwicklung eines Messsystems zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von mobilen Robotern auf Basis von Tensegrity-Strukturen. - 56 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Eine Erhöhung der Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein relativ moderner Ansatz ist die Nutzung von Tensegrity-Strukturen zur Fortbewegung. Diese Arbeit beschreibt die Konstruktion und Inbetriebnahme eines Messsystems zur experimentellen Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Tensegrity-Strukturen. Der Messstand besteht aus einer einfachen Tensegrity-Struktur, die durch dynamische Anregung mit einem tubularen Linearmotor in Schwingung versetzt werden kann. Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera lassen sich die Bewegungen der Struktur digital aufzeichnen und grafisch darstellen. Die Untersuchungsergebnisse belegen einen direkten Zusammenhang zwischen Anregungsfrequenz und Bewegungsverhalten der Tensegrity-Struktur.
Energiemethoden der analytischen Mechanik mit Anwendung auf Fallbeispiele aus dem Maschinenbau. - 65 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der vorliegenden Bachelor-Arbeit werden die Energiesätze von Castigliano und Menabrea aus der analytischen Mechanik sowie deren Anwendung auf Beispiele aus dem Maschinenbau behandelt. Zu Beginn der Arbeit wird die Herleitung der beiden Energiesätze nachvollzogen. Hierbei werden die vereinfachenden Annahmen getroffen, dass keine schiefe Biegung auftritt und der Querkraftschub vernachlässigt werden kann. Für die Herleitung wird der Zusammenhang zwischen Formänderungsarbeit / -energie, Kraft, Weg und Spannung in die Sätze von Castigliano und Menabrea eingesetzt. Die Formeln werden anschließend so umgeformt, dass sie in der Praxis einfach anzuwenden sind. Anhand immer komplexer werdender Beispielaufgaben wird die Anwendung der Energiesätze demonstriert. Hierbei wird auf übliche Vorgehensweisen und typische Fehler eingegangen. Im folgenden Kapitel wird die schiefe Biegung in die Theorie mit einbezogen. Die Formeln werden um die notwendigen Terme erweitert und in einigen Beispielaufgaben angewendet. Alle Erfahrungen und Ratschläge, die in der bisherigen Arbeit enthalten sind, werden im nächsten Kapitel in Form einer umfassenden Anleitung zusammengefasst. Diese dient als Grundlage für alle folgenden Aufgaben der Aufgabensammlung. Abschließend werden ausgewählte, symbolische Lösungen mit Zahlenwerten hinterlegt und mit Ergebnissen der kommerziellen Berechnungssoftware "Ansys" verglichen und verifiziert.
Approximationsrechnungen zu speziellen Beispielen von Balkenschwingungen unter Randdämpfung. - 56 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Mehrkörperapproximation schwingender Kontinua ist eine leistungsfähige Methode zur Untersuchung der Eigenkreisfrequenzen nahezu beliebiger Systeme. Die Theorie hinter diese Methode wird ausführlich erklärt und angewendet. Diese Arbeit zeigt, dass die in [BWS14] beschriebenen atypischen Eigenschaften von viskoelastisch gelagerten Biegebalkenkontinua in der Mehrkörperapproximation selbiger ebenso auftreten. Dieses Verhalten stellt sich in einer sprunghaften Änderung der Eigenkreisfrequenzen dar. Wenn z.B. die Federsteifigeit erhöht wird und der Dämpferkennwert gleich bleibt, kann die Eigenkreisfrequenz von Null auf einen Wert springen. Außerdem steigen für manche konstanten Federsteifigkeiten die Eigenkreisfrequenzen mit dem Dämpferkennwert an. Kleinere Abweichungen zwischen Kontinuum und Mehrkörpersystem wurden beobachtet. Da im Mittelpunkt dieser Bachelorarbeit die Approximationsrechnungen zur näherungsweisen Bestimmung von Eigenkreisfrequenzen durch Mehrkörpersysteme stehen, werden Parametervariationen an diversen Systemen durchgeführt, wie z.B. die Längenaufteilung der diskreten Elemente, um eine möglichst exakte Approximation zu erreichen.
Entwurf eines Miniatur-Manipulators für den Einsatz unter CT/MRT-Bedingungen. - 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die Masterarbeit beschreibt die Entwicklung eines Miniatur-Gewebemanipulators für den Einsatz unter CT/MRT Bedingungen. Dazu wurde eine grundlegende Betrachtung geeigneter kinematischer Strukturen mit besonderem Augenmerk auf die erreichbaren und geschickten Arbeitsräume durchgeführt. Die werkstofflichen Anforderungen einer radiologiegerechten Gestaltung waren aus Betrachtungen der Verfahren Computertomographie und Magnetresonanztomographie abzuleiten. Zur Fertigung der aktiven und passiven Bestandteile des Manipulators ist in Entwurf und Auslegung vorrangig auf generative Verfahren eingegangen worden. Es wurde ein Testmodell gebaut, das mit einem Wechselsystem für unterschiedliche Werkzeuge ausgestattet ist. Exemplarisch sind zu Testzwecken zwei Greifer entworfen und gefertigt worden. Das Modell gestattet die manuelle Bedienung des Manipulatorsystems in seinen Bewegungsbereichen.