Wissenschaftliche Veröffentlichungen ohne Studienabschlussarbeiten

Lichtenheldt, Roy; Schäfer, Bernd
Hammering beneath the surface of Mars - Modellbildung und Optimierung des HP3-Mole. - In: 10. Kolloquium Getriebetechnik, (2013), S. 169-186

Um Antworten auf die Frage nach der Entstehung erdähnlicher Planeten zu geben, werden im Rahmen der NASA-Marsmission InSight Untersuchungen des Wärmestroms im Planeteninneren durchgeführt. Damit der Wärmestrom im Inneren bestimmt werden kann, schlägt sich der HP3 Mole tiefer in dessen Boden als alle Messinstrumente jemals zuvor. Um das gewünschte Ziel von fünf Metern Tiefe zu erreichen, wird ein spezieller Mechanismus als "selbsteinschlagender Nagel" verwendet. Mehrkörpersimulationen des Systems unter Berücksichtigung der Kontaktdynamik ermöglichen einen Einblick in das mechanisch-dynamische Verhalten und die Wechselwirkungen beim Betrieb des Moles. Diese Modelle bilden die Ausgangsbasis für die Einbindung in eine Optimierungsumgebung, und damit die Optimierung des Mechanismus selbst.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013100033-169-9

Popp, Jana;
Theoretical and experimental investigations of ferrofluids focusing on locomotive systems, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 186 S., 21,36 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen

Basierend auf Bewegungsformen wie sie von biologischen Systemen bekannt sind, die mit Hilfe von (periodischer) Gestaltänderung Fortbewegung erzielen, und der kontrollierbaren Oberflächendeformation von Ferrofluiden, werden die Möglichkeiten Ferrofluide für Lokomotionszwecke zu nutzen untersucht. Dies wird belegt durch detaillierte Auseinandersetzung und Verweise auf entsprechende Literatur. Großes Gewicht wird auf die technische Implementierung gesetzt und die daraus erwachsenden Problemfelder. Daher werden neben einem ausführlichen theoretischen Teil, in dem ein magnetfeldinduzierter peristaltischer Materialtransport einer magnetischen Flüssigkeit analytisch betrachtet wird, auch weitläufig praktisch-experimentelle Untersuchungen angestellt. Wichtige Größen wie ferrofluiderzeugte Kräfte und Drücke werden messtechnisch für den Allgemeinfall ermittelt. Hierbei wird unterschieden zwischen Systemen, die mit lokal bewegten Ferrofluidportionen anderen Objekten zur Lokomotion verhelfen(passive Lokomotionssysteme) und Systemen, deren mobile Ferrofluidportionen selbst Position und Lage verändern (aktive Lokomotionssysteme). Anhand von Prototypen werden Prinzipien und Funktionsparameter gesondert analysiert und diskutiert. Diese speziellen Untersuchungen werden teilweise durch analytische und numerische Modelle gestützt. Auf zwei Kernprobleme wird aufmerksam gemacht: Ferrofluide generieren geringe nutzbare Kräfte und aufgrund der starken Adhäsion ist eine schützende Einkapselung notwendig. Zwei Untersuchungen gehen hierauf ein. Mit der Idee, eine Steigerung der nutzbaren Kräfte hervorzurufen, wird die Verstärkung der Oberflächendeformation, die im Magnetfeld durch das Einführen hochpermeabler Körper hervorgerufen wird, analytisch und experimentell untersucht. Weiterhin wird ein Experiment vorgestellt, welches die Einkapselung des Ferrofluids umgeht. Hier ist ein Ferrofluidaktor eingebettet in einer Zweitflüssigkeit und treibt diese zur Kanalströmung an. Mit Referenz auf die Grundidee ferrofluidbasierter Lokomotion werden die Teiluntersuchungen zusammengefasst. Vor dem Hintergrund, dass die nachteiligen Eigenschaften des Materials bislang nicht beherrscht werden, bleibt es abzuwarten inwiefern sich technische Lösungen ferrofluidbasierten Lokomotionssysteme verbreiten werden. Im Ausblick wird auf vielversprechende Entwicklungen magnetosensitiver Elastomere und Gele aufmerksam gemacht.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=23617

Risto, Uwe;
Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22982

Fiedler, Patrique; Griebel, Stefan; Biller, Sebastian; Fonseca, Carlos; Vaz, Filipe; Zentner, Lena; Zanow, Frank; Haueisen, Jens
Novel cap system with active actuators for rapid dry electroencephalography. - In: Biomedical engineering, ISSN 1862-278X, Bd. 58 (2013), insges. 2 S.

https://doi.org/10.1515/bmt-2013-4429

Fiedler, Patrique; Fonseca, Carlos; Pedrosa, Paulo; Martins, A.; Vaz, Filipe; Griebel, Stefan; Haueisen, Jens
Novel flexible dry multipin electrodes for EEG: signal quality and interfacial impedance of Ti and TiN coatings. - In: 2013 35th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), ISBN 978-1-4577-0216-7, (2013), S. 547-550

http://dx.doi.org/10.1109/EMBC.2013.6609558

Steigenberger, Joachim; Behn, Carsten; Zimmermann, Klaus; Abaza, Khaldoun
Worm-like locomotion - theory, control and application. - In: Tagungsunterlagen, (2005), insges. 6 S.
Publ. entstand im Rahmen der Veranst.: 3rd International Symposium on Adaptive Motion in Animals and Machines, 2005, Ilmenau

Zimmermann, Klaus;
Mechanische Systeme. - In: Taschenbuch der Mechatronik, (2005), S. 231-284

Behn, Carsten;
Ein Beitrag zur adaptiven Regelung technischer Systeme nach biologischem Vorbild
1. Aufl. - Göttingen : Cuvillier, 2005. - IV, 172 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3865373879

Diese Dissertation behandelt die Regelung von biologisch inspirierten mechanischen Systemen. Die betrachteten Anwendungen umfassen ein wurmartiges Fortbewegungssystem, Bewegungsstudien eines Pendels mit muskelähnlichen Antrieben und einen Schwingungssensor nach dem Prinzip von Tasthaaren oder Sensillen. Alle Systeme werden mittels mathematischer Modelle beschrieben, die in die Kategorie von linearen und nichtlinear gestörten Systemen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen einzuordnen sind. Gewöhnlich kann nicht erwartet werden, daß vollständige Informationen eines derartigen, hochentwickelten mechanischen oder biologischen Systems vorhanden sind. Stattdessen sind nur strukturelle Eigenschaften, wie Minimalphasigkeit und Relativgrad des Systems, bekannt. Daher wird zur Regelung in dieser Arbeit die Methode der adaptiven Regelung gewählt. Das Ziel ist, einen universellen adaptiven Regler zu entwerfen, der vom Systemverhalten lernt, so seine Parameter einstellt und eine vorab festgelegte Regelungszielsetzung gewährleistet. Mögliche Zielsetzungen sind Stabilisierung der Systeme oder lambda-Bahnverfolgung. - Da in dieser Arbeit nichtlinear gestörte (nicht notwendigerweise autonome) Systeme mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen betrachtet werden, wird der Regelungszielsetzung der lambda-Bahnverfolgung ein besonderes Augenmerk gewidmet. Diese Zielsetzung bedeutet, daß der Ausgang des Systems einem gegebenen Referenzsignal folgen soll, wobei ein Verfolgungsfehler von vorher festgelegter Größe lambda > 0 toleriert wird. Das Ziel wird mittels des sogenannten lambda-Bahnverfolgungsreglers erreicht. Dieser Regler ist einfach in seinem Design, nur auf strukturelle Eigenschaften des Systems (nicht auf Systemparameter) angewiesen und bezieht keine Schätz- und Identifikationsmechanismen mit ein. Er besteht nur aus einer Rückführungsstrategie und einem einfachen Parameteradaptionsgesetz. Außerdem muß er nicht auf der Verwendung der Zeitableitung des Ausgangs basieren. Es wird gezeigt, daß bei Nutzung dieses Reglers die lambda-Bahnverfolgung und Stabilisierung der betrachteten, nichtlinear gestörten, mechanischen Systeme mit unbekannten Systemparametern erreicht wird. Die Rückführungsstrategie reduziert sich in ihrer Dimension (Anzahl der verwendeten Größen aus internen Differentialgleichungen), wenn die Untersuchung auf Systemklassen von Systemen mit einem Eingang, einem Ausgang und mit einem stabilen Polschwerpunkt in der offenen, linken, komplexen Halbebene beschränkt wird. Ein Beispiel für diesen Fall ist durch ein Feder-Masse-Dämpfer-System mit einem Freiheitsgrad und mit indirekter Erregung über das Gehäuse gegeben. Numerische Simulationen der oben erwähnten, mechanischen Systeme demonstrieren, daß die in dieser Arbeit entworfenen, adaptiven Regler (Stabilisierer und lambda-Bahnverfolgungsregler) erfolgreich arbeiten.

Kolev, Emil; Zeidis, Igor; Zimmermann, Klaus;
Diskretnaja i nepreryvnaja modeli dviženija červja :
Discrete and continuous model worm-like locomotion. - In: Automation and application of information technology, (2004), S. 52-55

Zimmermann, Klaus; Zeidis, Igor; Steigenberger, Joachim; Pivovarov, Mikhail
An approach to worm-like motion. - In: Proceedings, (2004), insges. 2 S.