Entwicklung eines Versuchsstandes zum Vergleich der Biegesteifigkeit und Drehachsenverlagerung verschiedener Festkörpergelenkkonturen. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die in diesem Bericht aufgeführten Arbeiten beziehen sich auf die Entwicklung eines Versuchsstandes für Festkörpergelenke. Zunächst erfolgt eine Einführung in die kinematische Beschreibung nachgiebiger Mechanismen. Darauf hin werden verschiedene Definitionen der Lage der Drehachse systematisiert und ausgewählt. Es werden bestehende Versuchsstände in der Fachliteratur recherchiert und auf die Anwendung in dieser Arbeit geprüft. Anhand von FEM-Simulationen wird der Versuchsstand konzipiert, konstruiert und in Betrieb genommen. Es werden verschiedene Festkörpergelenke mit dem Versuchsstand ausgelenkt vermessen. Darauf folgt die Darstellung und Auswertung der erhaltenen Messergebnisse.
Untersuchung kompakter Anfahrkupplungen mit integriertem Elektromotor. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Eine angestrebte verbesserte Energieeffizienz zukünftiger Kraftfahrzeuge erfordert die Nutzung neuer Antriebsstrategien. Die Entwicklung von Elektrohybridkonzepten ist ein aktuelles Forschungsthema. Im Rahmen der Masterarbeit wurde das Kraftstoffsparpotential eines kompakten Elektromotors im Antriebsstrang eines Personenkraftwagens in Matlab/Simulink untersucht. Es erfolgte die Modellierung der dazu benötigten Elektromotoren und deren Integration in ein vorgegebenes Gesamtfahrzeugmodell. In verschiedenen Simulationsreihen wurde eine optimierte Steuerung für die einzelnen Hybridfunktionen entwickelt. Ein Vergleich der Hybrid-Verbrauchswerte mit dem Verbrauch des Referenzfahrzeugmodells ohne Hybridantrieb wurde erbracht. Anschließend wurden konstruktive Entwurfsideen zur abkoppelbaren mechanischen Anbindung des Verbrennungsmotors aufgezeigt.
Auslegung und Konstruktion einer Dauerschwingprüfmaschine. - 33 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer neuen Federschwingmaschine der SCHERDEL Gruppe im Werk Marktredwitz. Für die zukünftige Federschwingmaschine soll dabei in Betracht gezogen werden, dass sich die Anforderungen an die Prüfung durch die Federn verändert haben. Deshalb wurde für die erhöhte Prüffrequenz, die höhere Prüfkraft und die benötigte hohe Lastwechselanzahl bei kleinen Hüben auf eine Kombination aus einer aerostatischen Führung und einem eisenbehafteten Linearmotor zurückgegriffen. Um die Vielfalt an Sonderteilen und einen schnelleren und genaueren Umbau der Maschine zu ermöglichen, wird außerdem eine Schnellwechselvorrichtung vorgesehen.
Konzeption und Aufbau einer Demonstrationsanlage für das Greifen eines Ei's. - 189 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
In der Technik sind Nachgiebigkeiten an vielen Stellen unerwünscht. Sie führen zu störenden Relativbewegungen und daraus resultierenden Problemen. Jedoch ist ein stärker werdender Einfluss funktioneller Nachgiebigkeiten in technischen Systemen zu beobachten. Um die Vorteile und Möglichkeiten eines neuartigen nachgiebigen Greifers zu verdeutlichen, wird ein Demonstrationsstand zum Greifen eines Ei's entworfen. Schwerpunkt dieser Arbeit liegt dabei auf der Untersuchung und Auslegung des Greifers auf Basis einer mehrfach gewölbten Silikonstruktur. Hierfür wird zunächst eine Recherche zur Literatur und Patentlage nachgiebiger Mechanismen und nachgiebiger Greifer durchgeführt. Die vorgestellte Systematisierung ermöglicht dabei die Einordnung der Recherche-Ergebnisse. Für die Auslegung des Greifers werden zunächst Untersuchungen zur Konvergenz der nichtlinearen FEM-Berechnungen durchgeführt. In diesem Zusammenhang werden verschiedene konvergenzverbessernde Maßnahmen vorgestellt und bezüglich ihrer Tauglichkeit verglichen. Für die Nutzung in der Auslegung wird eine automatische Routine zum Neustarten der Simulation mit pseudodynamischer Dämpfung entwickelt. Hierbei wird automatisch der kleinstmögliche Dämpfungsfaktor bestimmt. Fehlende Parameter bezüglich des Ei's werden experimentell ermittelt. Zur Einsparung von Rechenzeit werden zweidimensionale Modelle des Greifers entworfen und erläutert. Unter Nutzung dieser Modelle wird durch Variation einzelner Parameter eine schrittweise Optimierung der Greifergeometrie auf formschlüssiges Greifen vorgenommen. Der Formschluss wird dabei sowohl unter Nutzung der Greifarme, als auch der Grundstruktur erreicht. Zur Fertigung werden ein Formwerkzeug und eine zugehörige Trennvorrichtung konstruiert. Abschließend wird ein Demonstrationsstand zum Positionieren des Greifers konzipiert.
Entwurf eines Monocoques aus Faserverbundwerkstoffen für einen Formula SAE Rennwagen. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die vorliegende Master-Arbeit befasst sich mit der Auslegung eines CFK-Monocoques für einen elektrisch betriebenen Formula SAE Rennwagen. Der Wunsch nach Leichtbau bei gleichzeitig höherer Torsionssteifigkeit des Rahmens setzt hohe Anforderungen an das verwendete Material und Bauweisen. Hierzu wurden zunächst grundlegende Zusammenhänge in einer Literaturrecherche zusammengetragen und so ein Allgemeinverständnis zur Auswahl von geeigneten Materialen und Halbzeugen aufgebaut. Danach wurde mittels numerischer Simulationsmethoden eine Belastungsermittlung durchgeführt. Hierzu entstand ein Simulationsmodell in Ansys Workbench, welches das Fahrwerk, die Überrollbügel, den Heckrahmen und das Monocoque enthält. Anschließend erfolgte die Auslegung mit Schwerpunkt der Bestimmung der Faserorientierung in Ansys Composite PrepPost. Ein Prototyp des im Rahmen der Arbeit entworfenen Monocoques wurde durch das Team StarCraft e.V. gefertigt.
Industrierobotereinsatz im Sonderanlagenbau - Erarbeitung eines Leitfadens zur Unterstützung der applikationsspezifischen Auswahl. - V, 49 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Der Sonderanlagenbau ist ein Teilbereich des Anlagenbaus, bei dem täglich neue Lösungsvarianten für eine große Bandbreite an Aufgaben gefunden und realisiert werden. Die Handhabung von Objekten ist dabei ein Kerngebiet dieser Aufgaben. Zur Bewältigung der Handhabung werden Handhabungsgeräte eingesetzt. Der Industrieroboter ist einer der wichtigsten Vertreter dieser Geräte. Bevor ein Industrieroboter zum Einsatz kommt, muss dieser aus einer Vielzahl von Modellen und Herstellern ausgewählt werden. Bisher gibt es keine umfassende Grundlage zur applikationsspezifischen Auswahl von Industrierobotern. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Anforderungsliste gemäß dem Vorbild aus der Konstruktionslehre vorgestellt und damit eine neue Grundlage für die oben genannte Problemstellung geschaffen. Diese Anforderungsliste baut auf bekannten Normen und Richtlinien für Industrieroboter auf und erweitert diese um weitere Vergleichsaspekte.
Konstruktion eines UL-Assistenzarms. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Neben der Mobilität von Robotersystemen spielt der Leichtbau zukünftiger Systeme eine immer größere Rolle. Ausgehend von dem biologischen Vorbild, dem menschlichen Arm, wurde im Rahmen der Masterarbeit ein Ultraleicht-Assistenzarm ausgelegt und konstruiert. Auf Grund des biologischen Vorbildes wurden spezielle Anforderungen an das System gestellt. Dazu gehören unter anderem die Forderung nach einer hohen Nachgiebigkeit und einem Freiheitsgrad von fünf. Es wurden weitere Systemeigenschaften realisiert, wie zum Beispiel eine mechanische Gewichtskraftkompensation. Nach der Konstruktion erfolgte eine Analyse des Arbeitsraums sowie des Bewegungsbereiches des Roboterarms.
Entwurf eines UL-Roboterarms. - 125 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion eines Ultra-Leicht-Roboterarmes und den dazu nötigen theoretischen Grundlagen. Der UL-Arm soll auf Basis des BioRob der Firma Tetra GmbH entstehen und somit dessen Anwendungsbereich erweitern. Dabei ist der Schwerpunkt die Optimierung des Gewicht-Nutzlastverhältnisses bei gleichzeitiger Einhaltung eines extem niedrigen Energieverbrauches. Der konstruktive Entwicklungsprozess umfasst die Aufstellung eines Lastenheftes, den Vergleich mit anderen Roboterarmen und schließlich die Konzipierung und Modellkonstruktion des als optimal empfundenen Gerätekonzeptes. Die Ergebnisse wurden für ein folgendes Entwicklungsprojekt dokumentiert.
Beiträge zur Theorie der Balkenschwingungen mit Anwendungen in der biologisch inspirierten Robotik/Sensorik. - 178 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Viele Säugetiere, insbesondere nachtaktive oder in dunkleren Umgebungen lebende Tiere, verfügen in Ergänzung ihres Seh-, Tast-, und Hörsinns über das komplexe Zusatzsinnesorgan der Vibrisse. Dieses, auch als erweiterter Tastsinn beschriebene Sinnesorgan, ermöglicht es den Tieren, Reize (z. B. Windstöße, Wirbelstraßen und Berührungen) passiv wahrzunehmen. Einzelne Tiere, wie etwa Ratten, sind darüberhinaus in der Lage, ihre Tasthaare aktiv einzusetzen, um genaue Informationen über Oberflächen und Objektformen ihrer direkten Umgebung zu gewinnen. - Neben der neuronalen Verarbeitung der Reize sind die mechanischen, insbesondere die dynamischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Funktion der Vibrisse. Die Kenntnis dieser Eigenschaften ist sowohl für ein genaues Verständnis der Funktionsweise, als auch für eine erfolgreiche technische Umsetzung des biologischen Vorbilds im Sinne der Bionik Grundvoraussetzung. Dazu leistet diese Arbeit einen Beitrag, in dem sie die relevanten mechanischen Grundlagen zusammenstellt, analysiert und hinsichtlich der Bedeutung für das biologische Vorbild interpretiert. - Ausgehend von einem möglichst allgemeinen, aber nicht über das biologische Vorbild hinausgehenden Ausgangspunkt, werden die Schwingungsdifferenzialgleichungen für Biegeschwingungen von Balken großer Auslenkung bei klein bleibender Verformung unter Berücksichtigung von Schubverfomung, Rotationsträgheit sowie Längskraft hergeleitet. Aus diesen lassen sich die linearen Schwingungsdifferenzialgleichungen für kleine Auslenkungen des Euler-Bernoulli-Balkenmodells gewinnen, welche die Grundlage für die Betrachtungen dieser Arbeit bilden. Im Anschluss werden zunächst Biegeschwingungen von Balken unter Axiallast näher untersucht, da diese möglicherweise für eine technische Umsetzung von Bedeutung sein könnten. Daran anschließend wird der Fall eines einseitig eingespannten Balkens mit konisch verjüngendem Ringquerschnitt, ähnlich der Vibrisse, diskutiert. Zur Untersuchung der Bedeutung der viskoelastischen Lagerung des Haares, von der man annimmt, dass die Tiere diese aktiv beeinflussen, wird abschließend ein einfaches Vibrissenmodell betrachtet und ausführlich analysiert. Die Besonderheit der mathematischen Behandlung liegt dabei in der Berücksichtigung der Randdämpfung. - Die Übertragung der aufgezeigten theoretischen Zusammenhänge auf die Vibrisse bestätigen, dass die konische Form des Vibrissenhaares von entscheidender Bedeutung für das aktive Erkunden der Umgebung ist. Darüberhinaus kann ein Lagerarbeitspunkt festgestellt werden, welcher für eine mögliche technische Umsetzung von Vorteil ist.
Entwicklung und Aufbau eines Prüfstandes zur Untersuchung der Steifigkeit und Drehpunktverlagerung von Festkörpergelenken. - 135 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Nachgiebige Mechanismen gewinnen zunehmend an Bedeutung. In der Feinwerktechnik werden Festkörpergelenke aus Gründen der Funktionsintegration seit jeher genutzt. Neue Einsatzgebiete eröffnen sich durch neue Fertigungstechnologien im Bereich von MEMS. Ihre analytische Berechnung war jedoch mit hohem Rechenaufwand verbunden. Mit zunehmender Rechenleistung sinkt der Aufwand, einen Zusammenhang zwischen den Merkmalen eines Festkörpergelenkes als Eingangsgröße und seinen mechanischen Eigenschaften als Ausgangsgröße herzustellen. Trotzdem weisen analytisch berechnete und simulierte Festkörpergelenke weiterhin Abweichungen in ihren Eigenschaften, verglichen mit ihren gefertigten Versionen auf. Die vorliegende Arbeit befasst sich aus diesem Grund mit der Konzeption eines Versuchsstandes für Festkörpergelenke. Ziel ist es, die Steifigkeit und Relativpolverlagerung zu messen. Zu Beginn werden die Grundlagen hinsichtlich der Begriffe gelegt und der Stand der Technik ermittelt. Fortführend wird eine systematische Einteilung von Festkörpergelenken vorgenommen. Daraufhin werden Festkörpergelenke dahingehend untersucht, welche Formen der Modellbildung und Abstraktion möglich sind. Die Simulation von Festkörpergelenken bildet die Grundlage zur Konzeption des Versuchsstandes. Sie gibt Randbedingungen vor, welche bei der Konzeption genutzt werden. Dies führt zu einem Technischen Prinzip, dessen Funktionserfüllung rechnerisch nachgewiesen wird.