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Erstellt: Tue, 19 Jan 2021 23:11:02 +0100 in 0.0676 sec


Darnieder, Maximilian; Harfensteller, Felix; Schorr, Philipp; Scharff, Moritz; Linß, Sebastian; Theska, René;
Characterization of thin flexure hinges for precision applications based on first eigenfrequency. - In: Microactuators, Microsensors and Micromechanisms : MAMM 2020.. - Cham : Springer International Publishing, (2021), S. 15-24

Flexure hinges with small cross-section heights are state of the art in numerous precision engineering applications due to their capability for smooth and repeatable motion. However, the high sensitivity to manufacturing influences represents a challenge. We propose a characterization method for flexure hinges based on the measurement of the free oscillation, to enable the consideration of manufacturing influences in the early stages of the design process. Three semi-circular flexure hinges with different cross-section heights and highly accurate geometry were investigated experimentally to compare them with three theoretical modeling approaches. The results for the three flexure hinge specimens showed small deviations to the predicted values from the models which is in agreement with the results of dimensional measurements. With each modeling approach, a deviation of the minimal notch height from the nominal value can be calculated. This value, in turn, can be used as manufacturing allowance for subsequent manufacturing of compliant mechanisms using the same manufacturing method. An exemplary compliant parallel-crank mechanism proves the applicability of the concept to compliant mechanisms with multiple flexure hinges.



https://doi.org/10.1007/978-3-030-61652-6_2
Hilpert, Christian;
Entwicklung eines Baukastensystems eines Handlingsystems für die kollaborative Industrierobotik. - Ilmenau. - 114 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) hat in letzten Jahren aufgrund der rasant fortschreitenden Produktionsautomatisierung und einhergehenden Entstehung vieler Schnittstellen zwischen menschlicher Arbeitskraft und Industrierobotern für Unternehmen stark an Bedeutung gewonnen. Eine Marktlücke besteht dabei noch in der sicheren Handhabung großer Werkstücke, wie beispielsweise KFZ-Front- und Heckschürzen. Die Bosch Rexroth AG, die bereits kollaborative Industrieroboter in ihrem Produktportfolio führt, hat daher eine Entwicklung eines Greifers angestoßen, der sich selber sowie das Werkstück während des Handhabungsprozesses gegen Kollisionen mit dem Werker absichert. In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird ein Konzept für einen entsprechenden Greifer entwickelt. Dieser soll als Baukastensystem ausgeführt sein, um an verschiedene Werkstückdimensionen und -geometrien anpassbar zu sein. Zu Beginn findet dafür eine Einarbeitung in das Aufgabengebiet mittels Untersuchens normativer Forderungen der MRK statt. Zudem wird eine Markt- und Patentrecherche zu typverwandten Systemen angestellt. Anschließend werden mittels graphischen Forderungsplans gegebene Randbedingungen festgehalten und Ansprüche an den Greifer in einer Anforderungsliste festgehalten. Die anschließende Konzeptionierung teilt sich in Funktionssynthese, Prinzipsynthese sowie Bewertung und Auswahl auf. Die Funktionssynthese dient dem separieren der Gesamtfunktion mit Hilfe einer Funktionsstruktur in Teilfunktionen. In der Prinzipsynthese werden Lösungsprinzipe zur Erfüllung dieser Teilfunktionen aufgestellt und in Kombinationstabellen festgehalten. Die Auswahl der zu bevorzugenden Lösungsprinzipe findet durch das Gegenüberstellen in einer Bewertung statt. Das ausgewählte Gesamtprinzip wird in eine Grobgestaltung überführt sowie deren Umsetzung als Baukastensystem beschrieben. Ergebnis dieser Arbeit ist ein partiell konstruiertes Konzept eines Greiferbaukastensystems, das hohen funktionalen und wirtschaftlichen Ansprüchen genügt. Für dieses sind in Zukunft noch tiefergehende sensortechnische Betrachtungen durchzuführen und die Funktionen anhand eines Prototyps in der Praxis zu evaluieren.



Wegner, Robert;
Entwurf eines Maschinenkonzeptes zum Einbringen von Natriumfäden in Motorkolben. - Ilmenau. - 138 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Bei der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren kommt es unter anderem durch höhere Verbrennungstemperaturen zu einer Steigerung der thermischen Belastung von Motorkomponenten. Aufgrund dieser steigenden Belastung besteht die Notwendigkeit einer verbesserten Kühlung der Motorkolben. Ein Konzept für den Wärmeabtransport vom hochbelasteten Kolbenboden ist die Nutzung des Shaker-Effektes mit Natrium als Kühlmittel. Für die Befüllung von Bohrungen im Motorkolben mit Natrium, den Verschluss der Bohrungen und die Prüfung des Bohrungsverschlusses wurde bei der Firma HELLER Maschinen & Technologie AG eine vollautomatische Fertigungsanlage angefragt. Für ein grundlegendes Verständnis der erforderlichen Fertigungsprozesse erfolgt zunächst die Einarbeitung in die Funktionsweise des Shaker-Effektes, der Besonderheiten im Umgang mit Natrium und des erforderlichen Prozessablaufes der Anlage. Ausgehend von einem bestehenden Konzept für eine Natriumpresse der Firma Heller Maschinen & Technologie AG erfolgt die Analyse zur Verbesserung des Konzeptes. Die gefundenen Konzepte werden experimentell geprüft und bewertet, um die Prozesssicherheit bei der Herstellung der benötigten Natriumfäden gewährleisten zu können. Die Entwicklung des Gesamtanlagenkonzeptes erfolgt anhand des Konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP) der TU Ilmenau. Die Leistungsfähigkeit des Gesamtkonzeptes wird anhand einer Taktzeitprüfung und einer Kostenabschätzung geprüft.



Konzeption und Entwurf eines mechatronisierten Radmoduls für eine mobile Roboterplattform unter Beachtung medizinischer Kautelen. - Ilmenau. - 122 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Konzeption und dem Entwurf eines mechatronisierten Radmoduls für eine mobile Roboterplattform. Dabei sollen medizinische Kautelen beachtet werden. Zuerst werden technische Grundlagen zu Radmodulen dargelegt. Anschließend wird ein aktueller Stand der Technik der Radmodule aufgezeigt und anhand gewählter Kriterien bewertet. In Kapitel 3 ergibt sich durch die Analyse des bestehenden Systems zuerst ein grafischer Forderungsplan für die räumliche Abgrenzung. Nachfolgend wird auf Basis medizinischer Kautelen und der Produktlebenszyklen eine Anforderungsliste erstellt. In Kapitel 4 werden aufbauend auf der Gesamtfunktion die Elemente der Funktionsstruktur in einem morphologischen Kasten mit Lösungselementen abgebildet. Zur Eingrenzung des Lösungsfeldes wird unter anderem eine Anforderungsanalyse der Bewegungsmöglichkeiten einer mobilen Roboterplattform durchgeführt. Dabei werden unterschiedliche Konzepte von Radanordnungen getestet, verglichen und bewertet. Aus dem eingegrenzten Lösungsfeld werden technische Prinzipe erstellt und anhand ausgewählter Kriterien verglichen. Die Hauptkomponenten des ausgewählten technischen Prinzipes werden anschließend, in Kapitel 5, auf Basis der zu erwartenden Belastungen grobdimensioniert.



Scheler, Marcel;
Auswahl robuster Wirkprinzipien auf Basis einer Erweiterung des CPM/PDD-Ansatzes. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - XV, 256 Seiten. . - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK). - Band 36)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

ISBN 978-3-86360-225-3

Ein wesentlicher Wettbewerbsvorteil eines Unternehmens besteht darin, Produkte zu entwickeln, welche den Anforderungen des Kunden gerecht werden. Zu diesen Anforderungen zählt, dass Produkte während ihrer Nutzung nicht ausfallen. Statistiken zeigen allerdings, dass Ausfälle bei neu entwickelten Produkten trotz der Anwendung von Methoden zur Fehlervermeidung in der Konstruktion zunehmen. Einige Autoren sehen mangelnde Robustheit gegenüber Störgrößen als Hauptursache für die heutigen Ausfälle von Produkten. Autoren aus der Konstruktionswissenschaft geben in diesem Zusammenhang an, dass sich Einflüsse durch Störgrößen am besten mit der Auswahl von Wirkprinzipien vermeiden lassen, die invariant oder innozent gegenüber Störgrößen sind bzw. Störgrößen kompensieren. Die vorliegende Arbeit analysiert zunächst den heutigen Auswahlprozess für Wirkprinzipien. Danach wird das heutige Vorgehen zur methodischen Vermeidung von Ausfällen im Konstruktionsprozess erläutert. Darüber hinaus wird ein Konstruktionsprinzip vorgestellt, das den Einfluss von Störgrößen auf Produkte reduzieren kann. Aufbauend auf den Erkenntnissen entwickelt die vorliegende Arbeit Referenzprozesse zur Ermittlung störgrößenbedingter Fehlerursachen und zur Definition von Vermeidungsmaßnahmen für diese. Die Referenzprozesse basieren auf einer Erweiterung des CPM/PDD-Ansatzes. Aufbauend auf den Referenzprozessen entwickelt die Arbeit eine Methode, die eine Bewertung und Auswahl von Wirkprinzipien in der Konzeptphase nach ihrer Robustheit erlaubt. Es wurde nachgewiesen, dass bereits in der Konzeptphase Informationen vorliegen, die einen Robustheitsvergleich von Wirkprinzipien möglich machen. Ebenfalls wurden Kriterien aufgezeigt, die für einen Robustheitsvergleich von Wirkprinzipien in der Konzeptphase des Konstruktionsprozesses herangezogen werden können. Mit einem Anwendungsbeispiel wurde nachgewiesen, dass die neue Methode in der Lage ist, Wirkprinzipien nach ihren Robustheiten in der Konzeptphase zu bewerten und auszuwählen.



Topologieoptimierung zur Ermittlung von Gestaltungsrichtlinien für nachgiebige Linearführungen. - Ilmenau. - 69 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Linearführungen auf Basis von nachgiebigen Mechanismen haben sich in einer Vielzahl von Applikationen der Optik, Halbleitertechnik, Messtechnik, Medizintechnik oder Mikrofertigung etabliert. Jedoch ist ihre Gestaltung aufgrund der Vielzahl möglicher Entwurfsparameter und Anforderungen mit großen Herausforderungen verbunden. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit Gestaltungsrichtlinien für nachgiebige Linearführungsmechanismen hinsichtlich üblicher Anforderungen. Ausgangspunkt ist dabei die Topologieoptimierung, welche bereits sehr erfolgreich für den Entwurf von nachgiebigen Mechanismen eingesetzt wurde. Anhand ausgewählter Fallbeispiele werden verschiedene Optimierungsansätze hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Besondere Beachtung findet dabei das MMA-Verfahren in Kombination mit dem SIMP-Ansatz für verschiedene Zielfunktionen und Restriktionen. Um die Aussagekraft der Ergebnisse zu erweitern, werden zudem weitere Fallbeispiele mit ausgewählten Topologien hinsichtlich ihres Stellweges und Steifigkeit optimiert und verglichen. Aus den Ergebnissen werden allgemeine Erkenntnisse abgeleitet, die für die Auswahl einer geeigneten Topologie innerhalb einer Gestaltungsrichtlinie genutzt werden können.



Hesse, Miriam;
Untersuchung der Absicherung von Montageprozessen am Beispiel von Produktionsanläufen in der Automobilindustrie. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2020. - XIV, 188 Seiten. . - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK). - Band 35)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

ISBN 978-3-86360-221-5

Absicherungsmaßnahmen werden im Produktentwicklungsprozess zur Überprüfung bestimmter Eigenschaften und Funktionen eines Konstruktionsstands eingesetzt. So sollen mögliche Abweichungen von den Zielvorgaben frühzeitig erkannt und Erkenntnisse für die weiteren Entwicklungsschritte gewonnen werden. Die Ergebnisse der Absicherung können auch als Indikatoren für die Reife des Produkts, der Fertigungsprozesse oder des Projekts dienen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung eines Vorgehens zur Analyse von Verbesserungspotentialen in der Absicherung. Der Fokus liegt dabei auf der Absicherung der Montage. Das Vorgehen wird anhand einer Fallstudie in der Automobilentwicklung dargestellt. Kern der Untersuchung ist die Identifikation der für die Montage relevanten Produkt- und Prozesseigenschaften und die Analyse spät im Entwicklungsprozess erkannter Zielabweichungen. Diese werden hier als Indikator für Verbesserungspotentiale in der Absicherung verwendet. Für die notwendigen Analyseschritte wurden im Rahmen der Fallstudie sehr große Mengen an Informationen aus der Dokumentation abgeschlossener Produktentwicklungsprojekte verarbeitet. Daher wurde der Einsatz von Text-Mining-Werkzeugen untersucht und in das erarbeitete Vorgehen zur Identifikation von Verbesserungspotentialen integriert.



Beckmann, Leon;
Anpassungskonstruktion eines Dreifachpendels für experimentelle Untersuchungen. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Im Fachgebiet Regelungstechnik der TU Ilmenau wird für Experimente ein von einem Führungsschlitten angetriebenes inverses Dreifachpendel verwendet. Bei bestimmten Bewegungsmanövern werden Kollisionen zwischen den Armen beobachtet, welche das Pendel beschädigen. Um diese Kollisionen zu vermeiden, wird das Dreifachpendel konstruktiv angepasst. Die Arbeit beschäftigt sich im ersten Teil mit der Analyse des bestehenden Systems. Dazu werden zunächst die Eigenschaften der Pendelarme aufgenommen und mit den Herstellerangaben verglichen. Anschließend werden verschiedene Belastungsfälle in Verformungsversuchen untersucht. Die Messergebnisse werden mit Simulationen abgeglichen, in denen dann die Verformungsanteile der Bauteile ermittelt werden. In weiteren Simulationen werden Einflussgrößen wie die Lagerart, der Achsabstand und die Querschnittsgeometrie untersucht und Möglichkeiten für konstruktive Verbesserungen identifiziert. In der Konstruktionsphase werden Gestaltentwürfe für die einzelnen Teilelemente erarbeitet und miteinander verglichen. Schließlich werden die Teillösungen zu einem Gesamtentwurf kombiniert. Das neue Pendel weist in kritischen Lastfällen eine ca. 50% höhere Steifigkeit bei annähernd gleichem Gewicht auf.



Neumeyer, Florian;
Entwicklung von Maschinenkomponenten zur Positionierung und Aufnahme von Niederhalterwerkzeugen. - Ilmenau. - 81 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Die Entwicklung neuartiger Maschinenkonzepte ist in den letzten Jahren geprägt durch den stetigen Trend zur Automatisierung. Bei automatischen Biegemaschinen steigen zudem die Anforderungen hinsichtlich der Blechdicken, Schachtelhöhen und Prozessgeschwindigkeiten. Hierfür ist insbesondere die Positionierung und Aufnahme von Niederhalterwerkzeugen ein Kernelement. Die Analyse bestehender Maschinen und Prozessabläufe zeigt ungenutztes Entwicklungspotenzial auf. Die vorliegende Masterarbeit beinhaltet die Entwicklung von Maschinenkomponenten zur Positionierung und Aufnahme von Niederhalterwerkzeugen in automatischen Biegemaschinen. Einleitend erfolgt die Betrachtung des aktuellen Stands der Forschung und der Technik. In der Konzeptphase werden durch Analyse einer bestehenden Konstruktion die Anforderungen an das System ermittelt, sowie eine Funktionsstruktur entwickelt, aus derer sich die einzelnen Teilfunktionen ableiten. Auf Basis der ermittelten Teilfunktionen werden Lösungskonzepte erarbeitet und in einer Morphologischen Matrix zusammengestellt, aus denen drei Lösungskonzepte ausgewählt und gegenübergestellt werden. Es wird ein ausgewähltes Konzept konkretisiert und konstruiert. Dies beinhaltet die Werkzeugaufnahme und die Anpassung der Niederhalterwerkzeuge. Zudem wird ein zugehöriger Werkzeugwechsler entwickelt, der die unterschiedlichen Niederhalterwerkzeuge aufnehmen und positionieren kann. Die Konstruktion wird unterlegt durch die notwendigen Berechnungen der Maschinenkomponenten. Abschließend wird die Neuentwicklung durch einen Vergleich mit bestehenden Konstruktionen evaluiert.



Hilpert, Joachim;
Entwicklung eines Prüfstandes zum Test eines Rear Pressure Bulkheads aus thermoplastischem CFK. - Ilmenau. - 216 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Massereduktion ist eines der probatesten Mittel, um die ökonomische Effizienz von Verkehrsflugzeugen zu steigern und deren Schadstoffausstoß zu senken. Aufgrund dessen findet im Flugzeugbau eine zunehmende Substitution der Aluminiumbauteile durch CFK-Bauteile statt. Faserverbundkunststoffe mit thermoplastischer Matrix ermöglichen dabei Fertigungsverfahren, die Potential für eine Reduktion der Produktionskosten gegenüber den duroplastischen Bauteilen bergen. Aus diesen Gründen entwickelt Premium AEROTEC ein neues Druckschott für den Abschluss der Druckkabine der Airbus A320-Familie aus thermoplastischem CFK. In dieser Arbeit wird ein Prüfstand für Statik- und Ermüdungsversuche an diesem Druckschott entwickelt und konstruiert. Im Test findet eine Belastung des Prüflings durch Luftüberdruck auf der Seite der Druckkabine statt. Hierzu werden zu Beginn die Anforderungen analysiert. Anschließend findet eine Aufteilung der Gesamtaufgabe in Teilfunktionen statt. Diese beinhalten die Dummy-Rumpfstruktur, deren Ausrichtung, sowie deren Verschluss, die Befestigung des Verschlusses an der Dummy-Rumpfstruktur, Zugangsmöglichkeiten von beiden Seiten des Druckschotts für Inspektionen und die Befüllung der Druckkammer. Für diese werden Teilkonzepte entwickelt und bewertet. Die Bewertungen finden anhand ausgewählter Kriterien statt. Dabei stehen die Kosten, die Benutzerfreundlichkeit und die Fehleranfälligkeit des Testaufbaus im Vordergrund. Ein Gesamtkonzept, dass sich aus den Teilkonzepten zusammensetzt, wird anhand der Bewertungen ausgewählt. Basierend darauf findet die Erarbeitung, Bewertung und Auswahl von Gestaltvarianten statt. Es erfolgt eine Modellierung im 3D-CAD. Weiterer Bestandteil der Arbeit sind Vorschläge für die Positionierung und Auswahl von Prüfmitteln. Dabei wird der Einsatz von Dehnungsmessstreifen, faseroptischen Messmitteln und dem Bildkorrelationsverfahren beleuchtet. Es folgt eine Abschätzung der erzielbaren Messgenauigkeit. Abschließend findet eine letzte Kontrolle der Anforderungserfüllungen statt. Zuletzt wird ein Fazit gezogen und ein Ausblick auf ausstehende Arbeitsschritte gegeben.