Softwarekomponenten zur automatisierten Erzeugung von CAD-Modellen für die Analyse nachgiebiger Mechanismen. - Ilmenau. - 63 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Nachgiebige Mechanismen mit prismatischen Festkörpergelenken und konzentrierter Nachgiebigkeit besitzen ein großes Potenzial für Anwendungen in der Präzisionstechnik, Messtechnik und Robotik. Zu ihren vorteilhaften Eigenschaften gehören beispielsweise die hohe Präzision durch die Spielfreiheit der Gelenke, die Vermeidung von Oberflächenreibungseffekten und Schmierstoffen, die Möglichkeit zu Miniaturisierung sowie die Reduzierung des Montageaufwandes. Ein bedeutender Nachteil nachgiebiger Mechanismen ist die aufwendige Dimensionierung. Die Bewertung des Bewegungsverhaltens und der Kollisionsfreiheit von Mechanismenteilen erfordert die Erzeugung eines Gestaltentwurfes. Da keine CAD-Anwendungen für die automatisierte Gestaltung von nachgiebigen Mechanismen existieren, muss die Bauteilkontur stets manuell durch Geometrieelemente modelliert werden. Insbesondere für Parameterstudien oder Optimierungen ist dies aufgrund der hohen Anzahl von nötigen Gestaltentwürfen mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Die vorliegende Arbeit stellt Softwarekomponenten vor, die für die teilautomatisierte Erzeugung von CAD-Modellen für nachgiebige Mechanismen geeignet sind. Auf Basis der Eingabe von Gelenkpositionen, -orientierungen und -abmessungen sowie der Mechanismenstruktur werden automatisiert Verbindungselemente gestaltet. Der erzeugte Gestaltentwurf kann dabei im STEP-Format gespeichert werden. Zur Erzeugung der Softwarekomponenten werden zunächst Möglichkeiten der CAD-Automatisierung verglichen und eine ausgewählt. Es werden verschiedene Varianten der Verbindung von mehreren nachgiebigen Gelenken untersucht und umgesetzt. Zudem wird eine Möglichkeit aufgezeigt und umgesetzt, wie bereits belegter Bauraum im Entwurf der Verbindungselemente berücksichtigt werden kann.
Automatisierte Generierung von Verbaureihenfolgen für die Montageplanung unter Berücksichtigung der Aspekte Werkstruktur und Variantenvielfalt. - Ilmenau. - 144 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Automobilindustrie befindet sich, bedingt durch Megatrends wie der Globalisierung, Elektromobilität und Automatisierung, im Umbruch. Von den Kunden wird eine steigende Individualisierung der Fahrzeuge erwartet. Durch die Veränderungen und die Wünsche der Kunden steigt die Variantenvielfalt und sinkt die Produktlebenszeit der Fahrzeuge. Als Folge dieser Vorgänge reduziert sich der Zeitraum des Produktentwicklungsprozesses. Dies betrifft auch die Montageplanung als Bindeglied zwischen Entwicklung und Produktion. Um die Verkürzung in der Realität darstellen zu können, ist in den betroffenen Ressorts ein umfangreicher Optimierungsbedarf gegeben. Insbesondere im Bereich der Verbaureihenfolgenplanung ist das Verbesserungspotential hoch. Ein Faktor, um dieses Potential nutzen zu können, ist, die Verbaureihenfolge möglichst früh im Entwicklungsprozess zu bilden und damit die Montagefähigkeit zu überprüfen. Eine bestehende Methode, die in mehreren wissenschaftlichen Arbeiten entwickelt wurde, ermöglicht die automatische Generierung von Verbaureihenfolgen, sobald das Fahrzeug in Form eines digitalen Prototyps existiert. Durch die Analyse von Bauteilrelationen und die Anwendung verschiedener Regeln werden resultierende Vorrangsbeziehungen zwischen den Bauteilen gebildet. Basierend auf diesen Vorrangsbeziehungen wird eine mögliche Reihenfolge erzeugt. Die vorliegende Arbeit legt den Fokus auf die Einbeziehung der Werkstruktur unter Beachtung der Variantenvielfalt in die Verbaureihenfolgenbildung. Hierzu werden zunächst die Bauteile abhängig von ihrem Lagebereich im Fahrzeug automatisch identifiziert und resultierende bauteilbezogene Anforderungen an die Werkstruktur abgeleitet. Darauffolgend wird die Montagestruktur hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Restriktionen analysiert. Abschließend werden die Ergebnisse beider Analysen zusammengeführt und genutzt, um die Werkstruktur in der Verbaureihenfolgenbildung zu berücksichtigen.
Systemanalyse einer automatisierten Biegemaschine für die konstruktive Weiterentwicklung. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Konstruktion von automatisierten Biegemaschinen erfordert tiefgehende Kenntnisse des angewendeten Umformverfahrens sowie des Sondermaschinenbaus. In der Bystronic Maschinenbau GmbH basieren Entscheidungen hierbei in vielen Fällen auf Erfahrungswerten aus der vorangegangenen Entwicklung von Biegemaschinen. Die Beteiligung externer Konstruktionsdienstleister sowie eine unvollständige Dokumentation erschweren dabei den Erhalt und die Weitergabe der nötigen Fachkenntnisse. Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Systemanalyse einer bestehenden Biegemaschine als Grundlage für die konstruktive Weiterentwicklung. Einleitend erfolgt eine Betrachtung des aktuellen Stands der Forschung und der Technik. Nachfolgend werden die Funktionen der einzelnen Baugruppen mithilfe von CAD-Modellen, Prinzipskizzen sowie Berechnungsformeln erläutert. Für die Bewegungsanalyse der Biegewange wird ein Starrkörpermodell entwickelt. Auf Basis des Starrkörpermodells erfolgt die Untersuchung der einzelnen Antriebsbewegungen und Betriebskräfte. Als Grundlage für die nachstehenden Betrachtungen zur Bauteilauslegung dient die ermittelte Biegekraft. Zur Berechnung der benötigten Biegekraft werden drei Berechnungsansätze vorgestellt und verglichen. Für die Aufbereitung der Systemanalyse wird der CPM/PDD-Ansatz verwendet. Die Ergebnisse werden dargestellt und in einen Berechnungsleitfaden eingearbeitet. Abschließend wird die Biegemaschine mit Biegemaschinen anderer Hersteller verglichen und die verwendete Biegetechnologie dem Schwenk- und dem Gesenkbiegen gegenübergestellt.
Konzeption und Entwicklung einer Direktanschlussstation für Unter- und Überflurhydranten im Bereich Feuerschutz. - Ilmenau. - 137 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die "Konzeption und Entwicklung einer Direktanschlussstation für Unter- und Überflurhydranten im Bereich Feuerschutz". Die Aufgabe des Systems ist die Wasserbereitstellung für die Feuerwehr in einem Brandfall. Zu Beginn dieser Arbeit wird der aktuelle Stand der Anlagentechnik und die Aufgabenstellung analysiert. Daraufhin werden Konzeptideen in Anlehnung an einzuhaltende Normen entwickelt und in einer Kombinationstabelle aufgelistet. Anhand dieser werden drei Technische Prinzipien ausgestaltet. Der Fokus liegt dabei auf der hygienisch sicheren Trennung, mittels einer Direktanschlussstation von der unmittelbar angeschlossenen Trinkwasserleitung sowie auf der Auswirkung auf die Umwelt. Die Auswahl des konstruktiv weiter ausgestalteten Prinzips wird anhand festgelegter Kriterien getroffen. Dieses wird, unter Einbeziehung von Herstellungsverfahren und für die Trinkwasserinstallation verwendbarer Materialien, weiter konkretisiert. Im Anschluss wird ein Technischer Entwurf erstellt. Im Hinblick auf die Absicherung des Trinkwassers wird die Direktanschlussstation einer Funktionsprüfung unterzogen und es wird eine Druckverlustermittlung durchgeführt. Dabei ist festzustellen, dass die Ergebnisse eine Verbesserung zu dem bisherigen Stand der Technik darstellen. Dennoch besteht Potenzial für weitere konstruktive Verbesserungen der Direktanschlussstation, die anschließend skizziert werden.
Anwendung von Optimierungsverfahren für die Dimensionierung von Festkörpergelenken. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Nutzung nachgiebiger Mechanismen bietet im Vergleich zu herkömmlichen Mechanismen mit kraft- oder formgepaarten Gelenken Vorteile. Dazu zählen u. a. die hohe Präzision durch Spielfreiheit der Gelenke sowie die hohe Reproduzierbarkeit der Bewegung. Daher werden nachgiebige Mechanismen v. a. im Bereich der Präzisionstechnik eingesetzt. Ein bedeutender Nachteil nachgiebiger Mechanismen ist die aufwendige Mechanismussynthese, wozu Forschungsbedarf besteht. Hierzu zählt besonders die Dimensionierung der Festkörpergelenke aufgrund einer Vielzahl von konstruktiven Parametern (z. B. Gelenkabmessungen, Werkstoff, uvm.). Mathematische Optimierungsverfahren stellen eine Möglichkeit dar, diesen Vorgang zu vereinfachen. Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden verschiedene Optimierungsverfahren für ihre Eignung zur Anwendung bei der Dimensionierung von Festkörpergelenken mit spannungsgünstigen Viertelkreiskonturen untersucht. Für die Untersuchungen wird ein lineares FEM-Balkenmodell auf Basis der Timoshenko-Balkentheorie verwendet. Es werden verschiedene Konstruktionsziele sowie Möglichkeiten zur Formulierung zugehöriger Zielfunktionen und notwendiger Restriktionen untersucht. Für ausgewählte Konstruktionsziele werden verschiedene Optimierungsverfahren mit der Programmiersprache Python implementiert und auf drei Fallbeispiele mit jeweils einem Optimierungskriterium angewandt. Auf Basis der durchgeführten Optimierungen werden die sieben Verfahren in Bezug auf Ergebnisgenauigkeit und Geschwindigkeit beurteilt. Zudem werden Schlussfolgerungen für die Anwendbarkeit der Verfahren bei der Synthese gezogen. Es stellt sich heraus, dass die Anwendung von Verfahren größer 0. Ordnung für die untersuchten Fälle nicht zweckmäßig ist. Im Gegensatz dazu lassen sich das differentielle Evolutionsverfahren, das Nelder-Mead-Simplex-Verfahren und die COBYLA-Methode anhand der durchgeführten Optimierungen als vielversprechend bezeichnen. Mit Hilfe der Ergebnisse dieser Arbeit kann somit aus der Gruppe der untersuchten Verfahren eine Vorauswahl für die Dimensionierung von Festkörpergelenken getroffen werden. Des Weiteren ergeben sich Ansatzpunkte für weiterführende Untersuchungen, wie z. B. die multi-kriterielle Dimensionierung von Festkörpergelenken und die Untersuchung der Startpunktabhängigkeit der Optimierungsverfahren.
Entwerfen und Gestalten von Konstruktionselementen. - In: Konstruktionselemente der Feinmechanik, (2018), S. 9-51
CAx für Ingenieure : Eine praxisbezogene Einführung
3., vollständig neu bearbeitete Auflage. - Berlin, Heidelberg : Springer Vieweg, 2018. - Online-Ressource (VII, 655 S. 304 Abb, online resource). - (SpringerLink) ISBN 978-3-662-54624-6
Dieses nun in der dritten Auflage erschienene Buch vermittelt die Grundlagen des systematischen Einsatzes von rechnerunterstützten Methoden, Vorgehensweisen und Werkzeugen in der Produktentstehung. Es bietet seinen Zielgruppen in knapper und übersichtlicher Form das Rüstzeug für die erfolgreiche Anwendung von CAx-Systemen. Vorgehensweisen und Beispiele basieren auf Erfahrungen in Industrie und Hochschulpraxis, wo sie ihre Effizienz bewiesen haben. Die 3. Auflage wurde gründlich überarbeitet, der Kreis der Autoren erweitert. So kamen nicht nur Aspekte unterschiedlicher Modellierungsarten, Mechatronik und Wissensverarbeitung hinzu, sondern auch Ausführungen zu Systembegriff und Modellaufbau (diese bilden die Basis für CAx-Anwendungen). Sie alle beeinflussen immer stärker die Fertigungstechnik und den modernen Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau und sie spannen den Bogen zur Systemtechnik. Neben dem aktuellen und zukünftigen Leistungsstand von CAx-Systemen wurden auch Richtlinien und Empfehlungen zum Stand der Technik berücksichtigt. Zielgruppen Das Buch eignet sich für Studierende der Ingenieurwissenschaften, für Fachleute in Unternehmen sowie für Führungskräfte, die über Einsatz und Ausbau von CAx-Anwendungen entscheiden. Universitätsprofessor Dr.-Ing. Dr. h.c. Sandor Vajna, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik Universitätsprofessor Dr.-Ing. Christian Weber, Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Konstruktionstechnik Universitätsprofessor DI. Dr. Klaus Zeman, Johannes-Kepler-Universität Linz, Institut für Rechnergestützte Methoden im Maschinenbau Privatdozent Dipl.-Ing. Dr. Peter Hehenberger, Fachhochschule Oberösterreich/Wels, Professur für Integrierte Entwicklung im Maschinenbau Universitätsprofessor Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Detlef Gerhard, Technische Universität Wien, Institut für Konstruktionswissenschaften und Technische Logistik Universitätsprofessor Dr.-Ing. Sandro Wartzack, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-662-54624-6
Anwendung eines Universallängenmessers für Präzisionsmessungen an Maschinenteilen. - Ilmenau. - 161 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser wissenschaftlichen Ausarbeitung zum Thema "Anwendung eines Universallängenemessers für Präzisionsmessungen an Maschinenteilen" wird ein im Fachgebiet Konstruktionstechnik vorhandener Universallängenmesser der Firma Zeiss wieder betriebsbereit gemacht, um mit dem vorhandenen Zubehör Praktika für die Lehre zu entwerfen. Zu diesem Zweck wird eine Aufgabenpräzisierung durchgeführt. Hierzu finden ein Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik sowie die nähere Beschreibung von Umfang und Zweck der Praktika statt. Die dem Universallängenmesser zugrunde liegenden Messprinzipien, Funktionen und Möglichkeiten werden näher erläutert. Basierend auf den Erkenntnissen werden Messprozeduren und Vorgehensweisen für die Praktika entworfen. Als Ergebnis werden verschiedene Praktika dargestellt.
SysML behaviour models for description of virtual reality environments for early evaluation of a product. - Zagreb : Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb. - 1 Online-Ressource (10 Seiten)Online-Ausgabe: Proceedings of the DESIGN 2018, 15th International Design Conference / editors: D. Marjanoviâc, M. Štorga, S. Škec, N. Bojčetiâc, N. Pavkoviâc. - Zagreb : Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, 2018, ISBN 978-953-7738-59-4, S. 2903-2912
Virtual Reality (VR) can help designers to realise later life phase situations of a product in presence of a specific actor (or actors) in a specific environment by building product use-cases in VR, thus facilitating an early evaluation of a design. In this paper, we present a model-based approach that uses SysML behaviour models to describe and control VR environments. The behaviour modelling process with SysML and the simulation results obtained using these behaviour models are discussed. An overview over simulation processes is provided by constructing an example product use-case in VR.
https://doi.org/10.21278/idc.2018.0382
Konstruktion eines hochauflösenden Antriebes auf Basis von nachgiebigen Mechanismen als Alternative zu piezoelektrischen Antrieben. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Für Anwendungen in der Optik, Messtechnik, Halbleiterherstellung sowie Forschung und Entwicklung werden Positioniersysteme auf Basis piezoelektrischer Schreitantriebe eingesetzt. Diese Antriebe erreichen Schrittweiten im Subnanometerbereich, hohe Geschwindigkeiten, sind sehr gut miniaturisierbar und lassen sich in Reinraumumgebungen einsetzen. Sie erfordern jedoch eine aufwändige Ansteuerung und sind mit hohen Investitionskosten verbunden. In Analogie zu piezoelektrischen Schreitantrieben könnten für Anwendungen mit geringeren Anforderungen an Bauraum und Geschwindigkeit Schreitantriebe auf Basis nachgiebiger Mechanismen und preiswerter Aktoren verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wird der Stand der Technik für hochauflösende Piezomotoren ermittelt, um vergleichbare Anforderungen für einen neu zu entwickelnden Antrieb abzuleiten. Verschiedene elektromechanische Aktorprinzipe werden bezüglich ihrer Eignung für einen hochauflösenden Schreitantrieb verglichen. Für die Übersetzung der Aktorstellwege 15 Mechanismen als Starrkörpermodelle entworfen und bezüglich ihrer Eignung für den Schreitantrieb bewertet. Ein ausgewählter Mechanismus wird in einen nachgiebigen Mechanismus überführt und durch Finite-Elemente-Analyse hinsichtlich auftretender Dehnungen, Verformungsverhalten und Kraftreaktionen untersucht. Diese Simulationen werden ausgewertet und die Eignung des Antriebskonzeptes für Schrittweiten von wenigen Nanometern bestätigt. Es wird ein technischer Entwurf einschließlich der Aktorik durch Tauchspule vorgestellt.