Analytische Untersuchung der Drehachsenverlagerung von Festkörpergelenken. - 84 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird die Drehachsenverlagerung des Festkörpergelenks durch mathematische Verfahren analysiert. Zunächst wird das untersuchte Festkörpergelenk definiert und der Stand der Technik eingeleitet. Danach wird die mathematische Analyse der Drehachsenverlagerung nach linearer und nichtlinearer Theorie mit Berücksichtigung von Einflussgrößen (Gelenkkontur, minimale Stegdicke und Einspannungsteil) untersucht. Dabei wird die Drehachsenverlagerung mithilfe geeigneter Programme (Matlab oder "Mathematica") berechnet. Alle Ergebnisse werden in grafischer Form gezeigt und vergleichen. Schließlich werden allgemeine Gleichungen abhängig von der Kontur und den Gelenkabmessung abgeleitet.
Entwicklung radbasierter Lokomotionssysteme. - 122 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In dieser Arbeit wird im aktuellen Forschungsthema radgetriebener Lokomotionssysteme mit Mecanumrädern mittels theoretischer Untersuchungen anhand von Bahnkurvengleichungen derartiger Systeme die Modifikation vorhandener Strukturen vor ihrer experimentellen Umsetzung getestet. Anhand einer Analyse des Standes der Technik mit Hilfe einer PATON-Recherche wird die Grundlage für eine konzeptuelle Modifikation vorhandener Systeme geschaffen und ein Überblick über konventionelle und neuartige Systeme gewonnen. Hierbei werden sowohl Radkonstruktionen als auch Fahrwerkskonfigurationen untersucht. Zur Untersuchung der Systeme werden kinematische Analysen ausgewählter konventioneller und neuartiger Fahrwerkskonfigurationen durchgeführt und die Bahnkurvengleichungen der Systeme hergeleitet. Zur Veranschaulichung der Bewegungsfreiheit der Systeme werden ausgewählte Bahnkurvengleichungen simuliert und analysiert. Dabei wird vor Allem die Modifikation eines Mecanumrades mit veränderlichem Winkel zwischen Rollen- und Radachse unter Variation der Antriebsgeschwindigkeiten untersucht. Anschließend wird auf Basis der vorangehenden Ergebnisse eine Anpassungskonstruktion für einen Prototyp eines solchen neuartigen Rades konzeptuell umgesetzt, indem verschiedene Technische Prinzipien zum Einsatz kommen und auf ausgewählte konstruktive Problematiken eines solchen Systems eingegangen wird. Ein grober Entwurf der Anpassungskonstruktion zum omnidirektionalen Rad mit verstellbarem Winkel zwischen Rollen- und Radachse als Modifikation des konventionellen Mecanumrades bildet den Abschluss der Arbeit als Basis zur Weiterentwicklung.
Schwingungsanalyse von kontinuierlichen, gebetteten, abgesetzten balkenähnlichen Strukturen mit diskreten Elementen. - 137 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Diese Arbeit befasst sich mit der Schwingungsanalyse von balkenähnlichen Strukturen. Anhand von mechanischen Modellen, die auf Vibrissen von Ratten und Mäusen basieren, soll ein Beitrag zur Abstandsdetektion mithilfe mechanischer Sensoren geleistet werden. Die bereits in der Literatur bestehenden Modelle werden verbessert und realistischer gestaltet: Die Elastizität des Follikel-Sinus-Komplexes (Lagerung der Vibrisse) und der Hautaustrittsstelle, sowie und der konische Verlauf werden berücksichtigt und deren Einfluss auf die dynamische Analyse wird bestimmt. Der Follikel-Sinus-Komplex ist durch eine Feder- und Dämpferbettung, die Hautaustrittsstelle durch eine diskrete Feder-Dämpfer-Paarung, der konische Verlauf durch drei Durchmesser und der Objektkontaktpunkt durch ein Festlager dargestellt. Außerdem werden zusätzlich unterschiedliche Arten der Lagerung (Einspannung, Festlager, Frei) betrachtet. Aufgrund der Komplexität des Modells erfolgt eine erste Einteilung in konservative und nicht konservative Systeme. Bei den konservativen Systemen werden drei Modelle untersucht. Hierbei wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Verlauf der Eigenwerte bestimmt. Außerdem werden drei Algorithmen entwickelt. Diese sollen mithilfe der Eigenwerte die Objektdistanz eindeutig bestimmen. Als erstes wird für die Analyse der Zusammenhang an den Übergangsstellen zwischen den Eigenkreisfrequenzen hergeleitet. Als zweites erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Im Anschluss an die konservativen Systeme werden die nicht konservativen Systeme betrachtet. Hierbei werden als erstes drei Modelle mit einem diskreten Dämpfer und als zweites drei Modelle, mit einer Dämpferbettung betrachtet. Außerdem kann durch eine Veränderung der Dämpferkonstante (Veränderung der Lagerbedingungen) der Einfluss auf den Verlauf der Eigenkreisfrequenz bestimmt werden. Dazu wird als erstes der Zusammenhang an der Übergangsstelle zwischen den Separationsvariablen hergeleitet. Anschließend erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Den Abschluss der Ergebnisse dieser Arbeit bildet ein experimenteller Aufbau, so dass Messungen die Anwendbarkeit der entwickelten Algorithmen gewährleisten und validieren.
Modellbildung und dynamische Untersuchungen biologisch inspirierter Sensoren am Beispiel Tiervibrisse. - 127 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Zur Unterstützung ihres visuellen Sinnessystems verfügen Säugetiere in mehr oder weniger ausgeprägter Form über Sinneshaare zur zusätzlichen taktilen Informationserfassung. Ratten sind damit beispielsweise in der Lage, sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Hindernisse zu detektieren und auch Informationen über ihre Größe, Form und Oberflächenstruktur zu erhalten. In dieser Arbeit soll das biologische Vorbild Vibrisse als technischer Schwingungssensor modelliert und sein dynamisches Verhalten unter Nutzung der Biegebalkentheorie der Kontinuumsmechanik analysiert werden. Dazu werden mehrere von Tiervibrissen inspirierte Modelle, die sich jeweils in ihrer Geometrie und Lagerung voneinander unterscheiden, aufgestellt und in Form einer morphologischen Matrix zusammengefasst. Für die Analyse der Dynamik sind einheitliche Parameterwerte für Vibrissen nötig, welche aus zusammengetragenen Literaturwerten ausgemacht werden. Anschließend werden unter Variation von Geometrie und Lagerung die Eigenkreisfrequenzen einzelner Modelle sowohl für einen technischen als auch für einen biologischen Satz aus Parameterwerten berechnet und miteinander verglichen. Anhand von Messwerten zum Eigenkreisfrequenzspektrum des gesamten Vibrissenfeldes aus der Literatur werden diese Ergebnisse schließlich eingeordnet, und es wird auf Modellparameter geschlossen, mit welchen den Literaturwerten entsprechende Ergebnisse erzielbar sind.
Entwicklung eines Lagerungssegmentes für Schulteroperationen. - 60 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In der folgenden Bachelorarbeit wird das Thema "Entwicklung eines Lagerungssegments für Schulteroperationen" untersucht. Es wird eine Neukonstruktion, Optimierung und rechnerische Auslegung eines medizinischen Produkts dargestellt. Dabei ist das Ziel, vorhandene Nachteile zu reduzieren und wenn möglich zu beseitigen. Zu Beginn erfolgt eine Vorstellung des aktuellen Modells. Dazu gehören eine Analyse von Nachteilen im Praxiseinsatz und der Vergleich mit Modellen von Mitbewerbern. Anschließend erfolgt die systematische Entwicklung eines neuen Schulterlagerungssegments bis hin zu einem ersten Funktionsmuster. Der Entwicklungsprozess beginnt mit dem Schreiben eines Lastenhefts. Darauf aufbauend folgt eine Prinzipfindung mit anschließendem Variantenvergleich und sicherheitsgerechter Dimensionierung. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet eine CAD erstellte Lösung eines ersten Funktionsmusters. In einem Ausblick werden Probleme sowie Verbesserungspotential erläutert.
Entwicklung einer Orientierungseinheit für ein haptisches Eingabegerät. - 71 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Bachelorarbeit beschreibt den konstruktiven Entwicklungsprozess eines haptischen Eingabegeräts zur Aufnahme der Bewegung des menschlichen Arm-Hand-Apparates. Dafür wurden zu Beginn bestehende Systeme analysiert und deren Schwächen aufgezeigt. Anschließend wurden Haupt- und Nebenfunktionen ermittelt und jeweils geeignete technische Prinzipe dafür gesucht. Diese wurden nach geeigneten Kriterien bewertet und anschließend jeweils die beste Variante ausgewählt. Die zur direkten kinematischen Transformation benötigte Rotationsmatrix wurde hergeleitet und daran das Problem der Singularitäten gezeigt. Die funktionsrelevanten Komponenten wurden dimensioniert und deren Parameter mit den Anforderungen verglichen. Aus dem konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, anhand dessen die Umsetzung der Teilfunktionen erläutert wird.
Dynamische Grundlagenuntersuchungen an Abgasturbolader-Gehäusen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. - 66 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der Einsatz von Abgasturboladern ermöglicht die Effizienzsteigerung und das Downsizing von Verbrennungsmotoren. Um die Entwicklungskosten für diese Komponenten gering zu halten, wird in der heutigen Forschung und Entwicklung verstärkt auf numerische Simulationsprogramme zurückgegriffen. Mit Hilfe dieser Programme können, bereits ohne kostenintensive Versuche mit Prototypen, erste aufschlussreiche Untersuchungen an einer Neuentwicklung durchgeführt werden. Die Einsatzbedingungen von Abgasturboladern sind, bedingt durch den motornahen Einbau in den Abgasstrang, dominiert von einer hohen thermisch-zyklischen Beanspruchung sowie von Motorschwingungen. Eine realitätsnahe theoretische Abbildung des Systemverhaltens erfordert eine Nachbildung des sich durch den Betriebszustand einstellenden Belastungszustandes mit niedrigem Abstraktionsgrad. Die Entwicklung derartiger theoretischer Modelle ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. In dieser Arbeit erfolgen numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum dynamischen Verhalten des Abgassystems mit Fokus auf den Abgasturbolader unter dem Einfluss von thermischen Belastungen. Hierbei steht der Einfluss der Lage und Anzahl der Befestigungselemente auf das Schwingungsverhalten und den Beanspru-chungszustand des Abgassystems im Vordergrund. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung der Rechenzeit vorgestellt und bewertet.
Definition und Durchführung von Messungen am Ventiltrieb zur Überprüfung der Schaltsicherheit am Verschiebenockensystem Audi Valvelift System+. - 81 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die Bachelorarbeit befasst sich mit einer Weiterentwicklung des Audi Valvelift Systems (AVS). Dies ist ein teilvariables Ventiltriebsystem der AUDI AG, mit dem unterschiedliche Steuerzeiten und Ventilerhebungskurven realisiert und somit gezielt Drehmoment, maximale Leistung, Schadstoffemissionen und Kraftstoffverbrauch beeinflusst werden können. Zunächst werden die Grundlagen des Ladungswechsels des 4-Takt Ottomotors sowie die dazu notwendigen Steuerungsvarianten erläutert. Anschließend ist ein Überblick über den Stand der Technik variabler Ventiltriebe gegeben. Im darauf folgenden Teil wird das AVS Plus vorgestellt. Beim Audi Valvelift System handelt es sich um ein Schiebenockensystem. Durch elektrisch angesteuerte Aktuatoren und speziellen Umschaltnuten wird das Nockenstück auf der Nockenwelle axial verschoben. Somit kann zwischen verschiedenen Hubkonturen geschaltet werden. Beim Audi Valvelift System Plus soll die Variabilität nun von zwei auf drei Stufen erweitert werden. Dazu wurden neue Umschaltkonturen konstruiert, welche in dieser Arbeit hinsichtlich ihrer Schaltsicherheit untersucht werden. Vor dem Versuch am Prüfstand erfolgt eine kurze analytische Betrachtung der kritischen Bereiche des Bewegungsablaufs. Anschließend wird der Prüfaufbau, Messtechnik und die Realisierung der Ansteuerung dargestellt. Alle Beobachtungen werden mit Hilfe von High-Speed-Kamera-Aufnahmen und Pinwegdaten des Wegmessaktuators gemacht. Mit Hilfe der Messungen lässt sich eine Umschaltvariante favorisieren. Zudem werden Verbesserungsvorschläge dargestellt.
Simulation eines zweistufigen Bördelvorganges an einem Hydrolager und Vergleich mit dem empirischen Versuch. - 69 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation eines zweistufigen Bördelvorgangs von Hydrolagerhülsen mit Hilfe der nichtlinearen Finiten Elemente Methode. Die Simulation wird dabei mit einem empirischen Versuch des Umformvorgangs verglichen. Hierzu wird in einem ersten Schritt die Konstruktion des bei dem Bördelvorgang eingesetzten Versuchswerkzeuges erläutert. Die anschließende theoretische Beschreibung des Umformprozesses erfolgt unter Einbeziehung verschiedener Abstraktionsstufen. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Simulation mit denen des Experimentes verglichen. Abschließend sollen zukünftige Aufgaben und Vorschläge zur Modellerweiterung bzw. -verbesserung diskutiert werden.
Untersuchungen und Optimierung eines Spiralabscheiders zur Schmutz-Luftseparierung in Reinigungsrobotern. - 57 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.