Entwicklung von Konzepten zur Integration von Wasserstoff-Speichersystemen in eine ausgewählte Fahrzeugbaureihe mit Verbrennungsmotoren. - Ilmenau. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
Der Klimawandel und die kontinuierliche Verschärfung der Emissions- und Verbrauchsgrenzwerte stellen insbesondere die Kraftfahrzeugindustrie vor erhebliche Herausforderungen. Primär das chemische Element Wasserstoff rückt im Bereich der klimafreundlichen Energieversorgung sowohl für stationäre als auch für fahrzeugtechnische Anwendungen zunehmend in den Mittelpunkt. Auf Basis der chemischen Eigenschaften ist eine schadstoffarme Verbrennung des Brennmediums bei einem hinreichend mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch möglich. In der Thematik der Wasserstoffspeicherung entstehen infolge der Reaktivität und geringen Dichte Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Die vorliegende Arbeit knüpft an dieser Problematik an und untersucht die Möglichkeiten der Integration eines Wasserstoff-Speichersystems in eine bestehende Fahrzeugbaureihe mit einem konventionellen Verbrennungsmotor. Auf Grundlage einer methodischen Vorgehensweise sind primär die Anforderungen an das System in Bezug auf technische Umsetzbarkeit und Komplexität, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit erarbeitet. Auf der Basis einer zum Dieselkraftstoff energieäquivalenten Wasserstoffspeicherung ist im Weiteren das Speicherverfahren und die Art des Speichers durch eine Bewertungsmatrix evaluiert. In Bezug auf die räumlichen Gegebenheiten im Fahrzeug sind in der Variantenerstellung funktionsfähige Systemanordnungen erstellt. Die zielführende Variante, welche gleichzeitig die leistungsfähigste Option darstellt, kristallisiert sich aus einer weiteren Bewertung heraus. Im anschließenden Konstruktionsteil erfolgt die konkretisierte Modellierung der Speicherbehälter mitsamt einigen funktionswichtigen peripheren Komponenten. Ein für die Integration entstehender Änderungsumfang am Fahrzeug ist dokumentiert. Das finale Systemlayout ermöglicht die Speicherung von Wasserstoff als Druckgas in einem bestehenden Fahrzeug und realisiert eine zum Diesel vergleichbare Reichweite. Ferner kann die Vorgehensweise der Erarbeitung der Systemanordnung auf andere Fahrzeugbaureihen übertragen und als Leitfaden angesehen werden.
Entwicklung von Konzepten für den Stößelgewichtsausgleich an Exzenterpressen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Konzepten zur Opti-mierung des Stößelgewichtsausgleichs an mechanisch angetriebenen, weggebundenen Exzenterpressen. Je nach Presse können die Massen von Stößel, Werkzeugoberteil und Pleuel über 50 Tonnen betragen. Der Stößelgewichtsausgleich kompensiert diese Massen so, dass sie für den Antriebsstrang nahezu gewichtslos erscheinen. Stand der Technik sind Pneumatikzylinder, die über Leitungen mit einem großen Puffervolumen verbunden sind. Bei einem Werkzeugwechsel muss der Druck aufgrund der Massenänderung neu eingestellt werden. Dazu müssen derzeit große Druckluftvolumina bewegt werden, was den Verlust wertvoller Zeit und einen hohen Energieaufwand bedeutet. Ausgehend von der Erfassung des Standes der Technik wird dieser kritisch hinterfragt und Probleme aufgezeigt. Eine Betrachtung der möglichen Stakeholder sowie verschiedene Erhebungstechniken nach IREB-Standard (International Requirements Engineering Board Standard) liefern die Anforderungen an das zu entwickelnde System. Aus der Analyse des bestehenden Systems wird in weiterer Folge ein Ablaufplan abgeleitet, der auf das zu entwickelnde System adaptiert wird. Die daraufhin gebildete Funktionsstruktur sowie die Untersuchung physikalischer Effekte zur Krafterzeugung bilden die Grundlage für die Erarbeitung der technischen Prinzipe. Betrachtet werden sowohl rein mechanische als auch elektromechanische Systeme. Darüber hinaus wird versucht, das bestehende pneumatische System hinsichtlich Zeit- und Energieverbrauch zu optimieren. Diese Prinzipe werden anhand verschiedener Kriterien bewertet und das Beste in Form eines konkretisierten technischen Prinzips weiterentwickelt, welches die Grundlage für weitere Arbeiten und Untersuchungen zur Optimierung des Stößelgewichtsausgleichs bildet.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Kontaktwiderstand, Thermospannung und ungleichmäßige Wärmeverteilung sind die Hauptfehlerquellen bei der Messung von kleinen Platin-Dünnschicht-Widerstandsthermometern. Diese Masterarbeit widmet sich der Entwicklung eines Messsystems, das genaue und zuverlässige Widerstandsmessungen ermöglicht, indem eine präzise Kontaktierung der Temperatursensoren gewährleistet wird. Besonderes Augenmerk wird auf die Gestaltung einer Messzange gelegt, die für die Kontaktierung von kleinen Platinwiderständen geeignet ist. Die Arbeit präsentiert eine umfassende Analyse des Designs einer dauerfesten Messzange und diskutiert verschiedene Lösungsansätze inkl. deren Konstruktionsmerkmale und Materialien. Darüber hinaus werden Testverfahren und Bewertungskriterien diskutiert, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Messzange zu beurteilen. Die Überarbeitung des bei der Messung verwendeten Lüfters wird ebenfalls behandelt, wobei ähnliche Entwicklungsmethoden wie bei der Messzange angewendet werden. Es wurde eine systematische Vorgehensweise gewählt, beginnend mit der Vervollständigung der Aufgabenstellung und der Definition der Anforderungen und Randbedingungen. Der Stand der Technik wurde durch Recherche wissenschaftlicher Artikel und relevanter Normen ermittelt. Einflussfaktoren auf die Messgenauigkeit wurden analysiert und Lösungsansätze mit Hilfe konzeptioneller Entwurfsmethoden erarbeitet. Dazu wurden Expertenmeinungen eingeholt und Entwürfe bewertet. Die Bewertungen erfolgten nach Messungen, wobei die gewählte Versuchsmethodik auf alle Konzeptkombinationen angewendet wurde. Die gewonnenen Daten und Erfahrungen wurden dokumentiert und Empfehlungen für zukünftige Verbesserungen formuliert.
Rüstzeitverkürzung und Flexibilitätserhöhung für den Fertigungsprozess. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
Das BMW Group Werk Eisenach stellt den weltweit größten Werkzeugbaustandort des Unternehmens dar und ist zusätzlich Karosseriebaustandort für diverse Kleinst- und Kleinserien verschiedener Modelle der Marken BMW, Rolls-Royce, MINI und BMW-Motorrad. Die Bachelorarbeit entstand im Bereich der Teilefertigung, um im vorhandenen Presswerk Prozessverbesserungen zu erzielen. Der Pressenstraße ist ein verfahrbarer Platinenlader vorgeschaltet, welcher optional für die mechanisierte Teilefertigung genutzt werden kann. Der Schwerpunkt der Bachelorarbeit lag auf der reproduzierbaren Bauteileinlage im Ziehwerkzeug der ersten Presse. Der vorhandene Belader besitzt keine Orientierstation und ist damit technisch nicht selbstständig in der Lage, automatische Lagekorrekturen durchzuführen. Dementsprechend sind manuelle und zeitaufwändige Tätigkeiten vor Produktionsstart zu absolvieren. Im Sinne der Rüstzeitverkürzung und Flexibilitätserhöhung für den Fertigungsprozess ist es erforderlich, neue technische Umsetzungen zu analysieren und zu bewerten. Die Lösungsoptionen gliedern sich unter den direkten und indirekten Eingriff in die Produktionszeit auf. Im externen, indirekten Rüstvorgang ist das einzelne Umsetzen jeder Platine, in der vorhandenen Roboterzelle, auf das Universalgestell und anschließender interaktiver Inspektion zielführend. Im internen, direkten Rüstvorgang kann entweder ein Bildverarbeitungssystem inklusive variablem Platinengreifer integriert oder ein neuer Platinenlader mit eigener Zentrierstation angeschafft werden. Im weiteren Sinn müssen notwendige Arbeitsschritte eingekürzt, parallelisiert und umverteilt werden.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
Die vorliegende Arbeit behandelt die systematische Lösungsfindung einer Anlagenerweiterung für eine Fertigungseinrichtung mit einer Inline- Plasmaaktivierung. Die Robert Bosch Fahrzeugelektrik Eisenach GmbH fertigt Niederdrucksensoren für Automobilanwendungen und stattet diese mit NTC-Elementen aus. Zur Oberflächenmodifizierung und Verbesserung der Haftungseigenschaften wird die Isolierung dieser Bauelemente mit einer Plasmaanlage aktiviert. Dieser Prozess findet außerhalb der Fertigungslinie statt und im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept für eine Realisierung innerhalb der Linie ausgearbeitet. Die Grundlage für die Ausarbeitung ist eine detaillierte Aufnahme der Ist-Situation und daraus abgeleitete eine Sammlung von Anforderungen an eine Inlinevariante. Mit verschiedenen Anlagenherstellern für Plasmatechnik werden mögliche Realisierungsmöglichkeiten erarbeitet und bewertet. Für die Vorzugslösung wird ein Plan zur Integration in die Fertigung erarbeitet. Unterstützt wird das Konzept mit dem Nachweis der Funktionsfähigkeit der gewählten Anlage, einem Sicherheitskonzept für den speziellen Anwendungsfall und einer umfangreichen Abschätzung von benötigten Freigaben nach Maschinenrichtlinie und internen Abläufen. Die Bachelorarbeit kann als Leitfaden mit allen nötigen Entscheidungsschritte für eine Anlagenerweiterung angesehen werden und somit auch in einem anderen Anwendungsfall im Eisenacher Werk als Vorlage dienen.-
Systematik zur Ermittlung zweckdienlicher Simulationsmodelle als Basis für die Ausgestaltung von Digitalen Zwillingen . - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Digitale Zwillinge werden für immer weiter steigenden Anzahl an Anwendungsfällen und Produktphasen eingesetzt. Dafür werden die benötigten Daten- und Systemstrukturen der Digitalen Zwillinge immer komplexer. Für eine effiziente Implementierung Digitaler Zwillinge ist eine einheitliche Entwicklungs- und Designmethode zielführend. Die größten Vorteile daran sind, dass dadurch das Fehlerpotenzial verringert wird und dass die Entwicklungszeiten und somit auch die Entwicklungskosten reduziert werden können. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, eine solche Methodik zu schaffen, die vor allem auf den Bereich der Simulationsmodelle und -tools von systembasierten Digitalen Zwillingen beschränkt wird, weil eine allgemeine Methode aufgrund der Vielfalt und Komplexität moderner Digitaler Zwillinge zu hoch gegriffen wäre. Die Systematik zur Entwicklung und zum Aufbau systembasierter Digitaler Zwillinge beginnt mit der Analyse des Realen Zwillings, geht anschließend systematisch auf die Auswahl der Anforderungen an die Architektur und Simulationsmodelle des Digitalen Zwillings ein. Anschließend wird diskutiert, wie aus diesen Anforderungen eine Auswahl der Architektur und Simulationsmodelle zustande kommen kann. Darauf aufbauend wird auf Methoden zum Aufbau einzelner Simulationsmodelle und deren Verbindungen eingegangen und abschließend das Vorgehen bei Veränderungen des Realen Zwillings und die Optimierung während der Nutzung näher beschrieben. Die Erläuterung der Systematik wird durch den beispielhaften Aufbau eines Digitalen Zwillings für ein Wellenmessgerät untermauert. Aus diesem Beispiel lässt sich ableiten, dass die Systematik für den Aufbau eines Digitalen Zwillings geeignet ist und bietet so eine zukünftige Grundlage für den Aufbau weiterer systembasierter Digitaler Zwillinge.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
In der Industrie 4.0 wird die Technologie des digitalen Zwillings als eine Möglichkeit gefördert, ein Objekt in der virtuellen Welt zu replizieren und in einer Vielzahl von Bereichen zu nutzen. Bei der Implementierung von digitalen Zwillingen werden genaue-re und detailliertere Daten benötigt. Wärme und Vibrationen, die während des Betriebs des Demonstrators des digitalen Zwillings entstehen, beeinflussen die Fehler in den geometrischen Messungen. Daher wurde in dieser Bachelorarbeit der Demonstrator erweitert, um Informationen über die durch den Betrieb der Maschine erzeugte Wärme und Vibration durch Sensoren für genauere Messungen und zusätzliche Informationen zu liefern. Zunächst wurde die während des Maschinenbetriebs erzeugte Wärme mit einer Wärmebildkamera gemessen und festgestellt, dass der Drehtischmotor die Hauptwärmequelle ist. Basierend auf diesem Ergebnis wurden ein Vibrationssensor, ein IR-Sensor zur Messung der Temperatur des Drehtischmotors, eine LED-Anzeige und ein Raumtemperaturfühler als Temperatursensoren am Demonstrator installiert und über einen Arduino mit einem PC verbunden, um den Demonstrator zu erweitern. Schließlich wurde eine Methode zur Lösung von Sicherheitsproblemen, die während des Betriebs der Maschine auftreten können, mit Hilfe eines Sicherheitslichtvorhangs und der Installation eines Drucksensors an der Halterung vorgestellt.
Systematisierung von Kreislaufwirtschafts-Ansätzen für die zukünftige Produktentwicklung. - Ilmenau. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Systematisierung und Erweiterung bestehender Prinzipien und Richtlinien für eine kreislaufgerechte Produktentwicklung. Der Arbeitsschwerpunkt liegt hierbei auf Methoden zur Verlängerung der Produktlebensdauer durch die Anwendung von Upgrades. Der Kern dieser Arbeit ist eine Methodik zur Unterstützung der Entwicklung. Einen wesentlichen Schwerpunkt der Methodik bilden Leitfragen. Die Leitfragen dienen dazu, die Upgrade-Fähigkeit eines Produktes zu bewerten, wobei der Fokus auf der Nutzungsphase liegt. Anschließend erfolgt die Darstellung verschiedener möglicher Konzepte zur Umsetzung von Upgrades auf der Architekturebene. Nach der Detaillierung des ausgewählten Konzeptes erfolgt eine abschließende Bewertung der Auswirkungen auf die weiteren Produktlebensphasen. Die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik erfolgt anhand eines Laptops als Produktbeispiel. Diese Methodik ist als Ergänzung zu bestehenden Verfahren gedacht und kann bereits bei der Planung von Produkten in der Produktgenerationsentwicklung eingesetzt werden. Auf Basis der Methodik können zielführend Entscheidungen zur Upgradefähigkeit und den Upgrademöglichkeiten für Produkte während der Planung und Konzeption getroffen werden.
Entwicklung eines Ausgabespeichers zur Aufnahme von Kleinteilen an Spritzgussmaschinen. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
In dieser Bachelorarbeit wird ein Ausgabespeicher zur Aufnahme von Kunststoff-Kleinteilen verschiedener Größen aus Spritzgussmaschinen entwickelt, um das manuelle Bereitstellen von Kisten zu automatisieren sowie den Personalaufwand und ungeplante Störungen des Betriebsprozesses zu reduzieren. Die Arbeit beginnt mit der Abstimmung der Anforderungen mit dem Kunden und berücksichtigt dabei den begrenzten Bauraum in dessen Produktionshallen sowie die Einhaltung sicherheitsrelevanter Richtlinien beim Betrieb der Anlage. Die vorliegende Arbeit bietet einen detaillierten Einblick in den Entwicklungsprozess und die technischen Herausforderungen bei der Konstruktion eines solchen Ausgabespeichers. Es werden zwei verschiedene Lösungskonzepte mit vertikaler Bauweise erarbeitet, die sich in ihrer technischen Umsetzungsmöglichkeit unterscheiden. Der wesentliche konstruktive Unterschied besteht darin, dass die Kisten selbst transportiert werden oder fest an einer Stelle verbleiben. Beide Konzepte werden durch das Erstellen Technischer Prinzipe weiter untersetzt. Anhand unterschiedlich gewichteter Bewertungskriterien (technisch und ökonomisch) wird eine Vorzugsvariante mit feststehenden Kisten herausgearbeitet, welche mittels einer verfahrbaren Transporteinheit mit Kippmechanismus befüllt werden. Das Konkretisierte Technische Prinzip bildet die Basis für die Konstruktion und die Dimensionierung der benötigten Aktoren der Anlage, unter Berücksichtigung der Zykluszeit der Spritzgussmaschine. Das Ergebnis ist ein rein elektrisch betriebener Ausgabespeicher, der durch nur zwei Aktoren angetrieben wird. Dieser ist so konzipiert, dass er flexibel, ohne das Umrüsten von Baugruppen an verschiedene Spritzgussmaschinen-Typen anpassbar ist und unterschiedliche Kistengrößen aufnehmen kann. Der entwickelte Ausgabespeicher erfüllt alle Kundenanforderungen und aufgrund seiner Flexibilität kann er auch für den breiten Markt von Interesse sein.
Entwurf von Brems-/Festhaltungskonzepten für Heckklappenantriebe an Personenkraftwagen. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die zunehmende Verbreitung von Fahrzeugen mit automatisch öffnenden Heckklappen eröffnet neue Herausforderungen im Bereich der Brems- und Festhaltungskonzepte. Das Ziel dieser Arbeit ist es, effiziente Lösungen zu entwickeln, die in verschiedenen Öffnungsstellungen Brems- und Haltemomente gewährleisten können. Diese Lösungen müssen unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten wie Einklemmung und Witterungseinflüssen funktionieren. Darüber hinaus sollten die Heckklappen individuell steuerbar sein, um personalisierte Öffnungswinkel zu ermöglichen. Die bevorzugten Konzepte sollten in den begrenzten Bauraum der Heckklappenantriebe integrierbar sein und die Möglichkeit bieten, den Antriebsmotor in der Halteposition abzuschalten. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Bestandsaufnahme bestehender Brems- und Haltekonzepte, die Analyse der Anforderungen und Randbedingungen, die Entwicklung neuer Lösungen und die Erstellung eines Grobgestaltung für die bevorzugte Lösung.