Entwicklung einer Flüssig-Gas Trennvorrichtung für Drücke bis 1200 bar. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Als genaustes zur Verfügung stehendes Druck-Kalibriernormal spielt die Druckwaage eine wichtige Rolle bei der Kalibrierung von hochgenauen Druckmessgeräten für nahezu jeden technisch relevanten Druckmessbereich. Jedoch bedingt der Kalibriereinsatz von Druckwaagen im Hochdruckbereich für ausschließlich pneumatische zu beaufschlagende Druckmessgeräte einige technische Herausforderungen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zur Entwicklung eines Systems zur hydraulisch-pneumatischen Druckwandlung zu leisten. Dieses soll das Kalibrieren von Hochdrucksensoren mit Messbereichen bis zu 1200 bar Absolutdruck, welche ausschließlich mit Gasen in Kontakt kommen dürfen, mit einer hydraulisch arbeitenden Druckwaage ermöglichen. Zu diesem Zweck wurden die grundlegenden Zusammenhänge und Funktionsprinzipien erläutert und Vorbetrachtungen über die zu erwartenden Eigenschaften unterschiedlicher Umsetzungsvarianten angestellt. Aus den daraus resultierenden Ergebnissen wurde ein konkretes technisches System mit Eignung für Drücke bis zu 300 bar abgeleitet, welches realisiert und messtechnisch erprobt wurde. Dabei zeigte sich, dass der Einsatz einer blasenförmigen Membran die Anforderungen an die Gleichheit von hydraulischem und pneumatischem Druck am besten erfüllt. Aufgrund von unter der hohen Druckbelastung aufgetretenen Schäden an den Membranen konnte jedoch keine vollständige messtechnische Validierung durchgeführt werden.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Um neue Einsatzmöglichkeiten für Wärmestromsensoren zu erschließen, wurde am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau ein Konzept für eine Kalibrierstand entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit sollte der mechanische Aufbau dieses Konzepts verbessert und der Temperaturbereich erweitert werden. Dafür werden die genauen Anforderungen an die Kalibriereinrichtung definiert und darauf aufbauend wird in einem konstruktiven Entwicklungsprozess auf Prinzipebene eine Lösung erarbeitet. Der aus dem Ergebnis resultierende Aufbau soll dann gefertigt und montiert werden. Parallel dazu sollen geeignete Komponenten für Temperierung und Messungen gewählt werden. Ein schematischer Schaltplan stellt die Interaktion der einzelnen Komponenten dar. Abschließend wurde die Theoretische Abweichung der Messkette bestimmt und ein Fazit für die Realisierbarkeit, der in den Anforderungen festgelegten Messunsicherheit, gezogen.
Korrelationsanalyse der geometrischen Einflussgrößen des Kunststoffes und der Kennlinie eines Heißfilmluftmassenmessers. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit thematisiert eine Einflussbewertung von geometrischen Größen eines Spritzgussteils an ein Stanz-Biege-Formteil für einen Heißfilmluftmassenmesser. Dabei sollen mögliche Korrelationen zu einem Unterschied in den Kennlinien eines Sensortypens bezogen auf seine Fertigungsformnester geprüft werden. Dazu werden diverse Versuche gemacht und Messungen von Bauteilen mit Kennliniendaten verglichen. Da bei der Analyse der Daten keine direkt wirkenden Korrelationen gefunden werden konnten, richtet sich die weitere Betrachtung auf die positionierenden Einflüsse des Blechs auf den Kunststoff. Hierbei werden Störwirkungen der Bandspuren untersucht und ihr Einfluss auf die Kennlinie nachgewiesen. Überlagerungen von Effekten bei der Experimentsdurchführung werden untersucht und maßbezogene Änderungen im Fertigungsverlauf herausgearbeitet. Abschließend zeigt sich aber noch mindestens eine weitere funktionsdurchgreifende Einflussgröße die zu einer Beeinflussung der Kennlinie führt. Um den Einfluss der Positionierelemente für die Zukunft möglichst gering zu halten wird eine Zeichnungsänderung empfohlen.
Entwicklung eines Absorptionsfotometers für den UV/VIS Bereich zur heißextraktiven Messung. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Diese Arbeit umfasst neben der Konstruktion eines Demonstrators zur Messung von Rauchgasbestandteilen auf Basis des Messprinzips der dispersiven Absorptionsfotometrie im Wellenlängenbereich zwischen 180 nm und 500 nm auch die Thermostatisierung der Messstrecke auf eine Temperatur von über 220 ˚C, um Einflüsse der Kondensation der im Rauchgas enthaltenen Bestandteile Wasserdampf und gasförmiger Schwefelsäure zu verhindern. Außerdem wird der konstruierte Demonstrator in Betrieb genommen und messtechnische Untersuchungen zur Konzentrationsbestimmung der Rauchgasbestandteile Schwefeldioxid, Stickstoffoxid und Stickstoffdioxid durchgeführt.
Entwurf einer Hardware zur Bereitstellung von Sensor- und Aktorschnittstellen über Ethernet. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
In dieser Arbeit geht es um den Entwurf einer Hardware die diverse Sensor- und Aktor Schnittstellen zur Verfügung stellt. Kommerzielle Hardware ist oft zu teuer oder zu umfangreich für kleinere Messungen oder Experimente. Daher wird eine kostengünstige Alternative gesucht. Dies wird gelöst durch den Gebrauch eines Mikrocontrollers mit diverser Peripherie. Dazu gehören ein AD- und DA-Wandler und zwei Schieberegister. Dabei wird in dieser Arbeit auf die Hardwareauswahl eingegangen, die Schnittstellen der Peripherie, sowie auf die Programmierung des Mikrocontrollers.
Entwicklung und Konstruktion eines Prüfstandes für eine pneumatische Gewichtskraftkompensation. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Da sich die Präzisionsmesstechnik in den letzten Jahren weltweit immer weiter als Schlüsseltechnologie entwickelt hat, fordert die Industrie immer genauere und verlässlichere Geräte und Maschinen. Das Fachgebiet Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau forscht und entwickelt auf diesem Gebiet sehr erfolgreich. Thema der Bachelorarbeit ist die Entwicklung und Konstruktion eines Prüfstandes für eine pneumatische Gewichtskraftkompensation. Diese Gewichtskraftkompensation soll in der Nanomess- und Positioniermaschine NPMM-200 der Technischen Universität Ilmenau zum Einsatz kommen. Vor dem Verbau muss diese Komponente jedoch in einem Prüfstand validiert und getestet werden, damit die eigentliche Maschine nicht beschädigt oder gefährdet wird. Weiterhin sollen alle Baugruppen der Kompensation ohne Änderung mit der NPMM-200 kompatibel sein. Nach der Erarbeitung eines Überblickes über den Stand der Technik und bekannten Lösungen werden nach Grundsätzen der Entwicklungsmethodik Lösungsmöglichkeiten für die Funktionserfüllung betrachtet und die geeignetsten ausgewählt. Ausgehend davon wird ein konkretisiertes technisches Prinzip erstellt und daraus eine Konstruktion mit entsprechenden Berechnungen und Dimensionierungen abgleitet. Den Schluss bilden die Montage und die Inbetriebnahme des Prüfstandes.
Weiterentwicklung eines sensorbasierten Condition-Monitoring-Systems für Schleifspindeln. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Weiterentwicklung eines Condition-Monitoring-Systems für Schleifspindeln der Robert Bosch Manufacturing Solutions GmbH. Das System soll zur Vermeidung ungeplanter Maschinenstillstände aufgrund eines Versagens der Wälzlager nach der Wartungsstrategie des Predictive Maintenance beitragen. Dazu werden ein bereits vorhandenes Konzept der Schwingungsüberwachung und ein Softwareprototyp um weitere Auswertemethoden und Kennzahlen zur Bewertung des Lagerzustands ergänzt. Dabei bestätigt sich, dass nur die Analyse des Trendverhaltens der Kennwerte eine Zustandsdiagnostik zulässt. Erkannt wird auch, dass nur die Kombination einer Vielzahl verschiedener Kennwerte eine verlässliche Aussage über den Spindelzustand ermöglicht. Zusätzlich wird das Konzept um eine Temperatur- und Leistungsüberwachung erweitert. Beim Vergleich erster Messungen dreier Spindeln mit unterschiedlicher Laufzeit zeigt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der elektrischen Wirkleistung des Antriebs und dem Lagerzustand. Auch eine Integration von Kennwerten der Spindeloberflächen- und Kühlmitteltemperatur kann unter bestimmten Voraussetzungen die Zuverlässigkeit des Zustandsüberwachungssystems verbessern. Weiterhin wird gezeigt, dass die gewichtete Zusammenfassung aller Bewertungskennzahlen zu einem Statuswert eine frühzeitigere Schadenserkennung erlaubt. Die Erkenntnisse dieser Bachelorarbeit bilden die Grundlage für anstehende Trendanalysen zur Schwingungs-, Temperatur- und Leistungsüberwachung an im Serienbetrieb laufenden Schleifmaschinen.
Leistungsuntersuchung und Erweiterung einer 600 kg Edelstahl-Brückenwaage. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Diese Arbeit befasst sich mit einer Edelstahl-Brückenwaage, welche als Hochlastkomparator eingesetzt werden soll. Es wird die Leistungsfähigkeit eines vorhandenen Entwicklungsmusters untersucht. Anschließend erfolgt eine Spezifizierung des Gerätes auf verschiedene Lastbereiche, indem die Hebelbeweglichkeiten des Systems verbessert werden. Dabei liegt der Fokus darauf, mit dünnen Federelementen geringer Steifigkeit den Einfluss von unumgänglichen Fertigungstoleranzen auf die Wiederholbarkeit der Waage zu eliminieren.Vor und nach dem Umbau des Systems werden Messungen zur Einschätzung der Leistungsfähigkeit durchgeführt. Anhand dieser Erkenntnisse wird die Praktikabilität dünnster Federelemente im Kontext dieser Brückenwaage abgeschätzt und es werden Verbesserungen vorgeschlagen.
Schwingungsreduktion der Rotationsdrehwaage. - Ilmenau. - 57 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Schwingungsreduktion für eine Einrichtung, durch die die Erdrotation nachgewiesen wird. Im Aufbau gibt es zwei Massen, wobei eines davon größer als das andere sein muss. Nach der Auslösung wird das größere Masse nach unten bis zur Endposition fahren und wegen der Corioliskraft wird die Belastung rotieren, die aus Rollen und beiden Massen sowie einigen Fäden besteht. Die Einrichtung verwendet das Prinzip der Corioliskraft, "die eine Schein- oder Trägheitskraft, die einen bewegten Körper quer zu seiner Bewegungsrichtung ablenkt, wenn diese relativ zu einem rotierenden Bezugssystem beschrieben wird und nicht zu dessen Rotationsachse genau parallel liegt. Die Corioliskraft tritt nicht in Erscheinung, wenn die Bewegung aus Sicht eines nicht rotierenden Bezugssystems beschrieben wird." Diese Kraft wirkt an der Belastung, wenn das Schwermasse nach untergefahren ist. Dabei wird die Belastung aufgrund der Eigenschaften des Fadens, der auch als flexible Kupplung bezeichnet wird, schwingen. Die flexible Kupplung ist ein elastisches Verbindungselement, das die Funktion des Anschlusses einer Antriebswelle an eine angetriebene Belastung und der Übertragung der Kraft hat. Durch den auf der Rolle eingebetteten Spiegel wird das Laserlicht reflektiert. Daher wird die Schwingung durch den Lichtpunkt an der Skala deutlich sichtbar und auf der Skala kann man die Ablenkung ablesen, dabei wird das Verhältnis zur Corioliskraft dargestellt. Aufbauend auf der Steuerungstechnik oder Regelungstechnik werden zunächst die Modelle der Schwingung und der flexiblen Kupplung gebildet. Dazu werden die Eigenschaften der Schwingung und die Übertragungsfunktion des Systems erläutert sowie die wichtigen Parameter der Schwingungsgleichung und Übertragungsfunktion analysiert. Anschließend werden zwei Lösungsweisen für das Ziel dieser Arbeit erstellt, nämlich Steuerung und Regelung. Danach soll aufgrund des vorliegenden Bauteils ein theoretisches Prinzip entwickelt werden. Zur Realisierung dieses Prinzips wird der Hybridschrittmotor durch Raspberry Pi und einem geeigneten Programm gesteuert. Das Programm ist auf Python geschrieben, dabei wird der Typ des Hybridschrittmotors sowie dessen Controller berücksichtigt. Zum Abschluss der Arbeit wird der Lösungsweg an dem eigenen Aufbau getestet, der der Einrichtung nachgebaut ist. Durch den Vergleich der Messergebnisse wird der Erfolg der Schwingungsreduktion nachgewiesen.
Grundlegende Untersuchungen zur Miniaturisierung eines optischen Sensorkopfes für die Integration in ein ultrapräzises Sensorrotationssystem. - Ilmenau. - 45 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Die Miniaturisierung von Bauelementen bis in den Nanometerbereich hat in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewonnen. Die an der TU Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomessmaschinen ermöglichen bereits die nanometergenaue Positionierung und Vermessung von einfachen Geometrien. Ein zusätzliches Positioniersystem mit zwei rotatorischen Freiheiten erhöht die Zugänglichkeit von Geometrieelementen komplexer Bauteile, wie Sphären, Asphären und Freiformen. Die Integration des Systems in die Maschine limitiert den zur Verfügung stehenden Bauraum für zusätzliche Komponenten. In diesem Zusammenhang soll, um mit dem Rotationssystem Messungen durchzuführen, ein miniaturisierter Sensorkopf entwickelt, konstruiert und gefertigt werden. Der Sensorkopf soll dabei kompatibel mit dem bereits vorhandenen Sensorkonzept sein. Es werden verschiedene technische Prinzipe erarbeitet und hinsichtlich ihrer Funktionalität sowie ihrer Größe bewertet. Das favorisierte Prinzip wird daraufhin konkretisiert. Um den Funktionsnachweis des Prinzips zu erbringen, wird ein Vorversuch mit einem Prototyp durchgeführt. Anschließend folgt die Konstruktion und Fertigung zweier möglicher Varianten.