Analytische Berechnung und FEM Simulation des Spannungsgefälles an der Windungsinnenseite von Schraubendruckfedern. - 55 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Spannungsgradienten von Schraubendruckfedern. Dazu wurde eine Parameterstudie für verschiedene Drahtdurchmesser und Wickelverhältnisse durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulation wurden mit den Ergebnissen einer analytischen Herleitung des Spannungsverlaufes und den daraus resultierenden Spannungsgradienten verglichen. Aus den Ergebnissen der Simulation konnte außerdem die eine Formel gebildet werden, die die Abhängigkeit des bezogenen Spannungsgradienten vom Drahtdurchmesser und Wickelverhältnis beschreibt.
Modellbasierte Schraubenmodellierung zur Untersuchung der Befestigung einer Schwenkkupplung. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Simulation eines Schwenkkupplungssystem- und Schraubenmodells. Aufgrund der wirkenden dynamischen Kräfte lösen sich die Schrauben, die zur Befestigung des Systems dienen. Mit Hilfe der Software CAMeLView erfolgt eine Untersuchung der Verbindungsstelle. Dabei werden Modelle aufgebaut, die die Untersuchung des Verhaltens der Koppelpunkte ermöglichen. Im Wesentlichen werden die Themen "Schraubenberechnung" und "Reibungen" mathematisch behandelt und in die Software implementiert. Die Gleichungssysteme zur Beschreibung der Modelle werden durch numerische Integration gelöst und die Simulationsergebnisse graphisch dargestellt.
FEM Simulation des Aufwärm- und Abkühlprozesses während der Wärmebehandlung von Schraubendruckfedern. - 85 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der FEM Simulation des Anlassprozesses von Schraubendruckfedern zum Abbau der schädlichen Eigenspannungen in Folge des Windeprozesses. Die Parameter des Ofens und die Eigenschaften der Federn beeinflussen im Wesentlichen den Temperatur Zeit Verlauf der Erwärmung. Ziel der Simulationen ist die Vorhersage der Erwärmdauer von Federn verschiedener Materialien und Geometrien. Um teuere Labor- und Einrichtungszeiten für diese Anlassprozesse zu verkürzen, soll die Optimierung der Ofenauslastung bereits durch gezielte Simulationen erfolgen. Hierbei ist eine möglichst genaue Berechnung des Temperaturverlaufes an definierten Stellen in den Federn notwendig. Im Rahmen der Arbeit werden numerische Berechnungen der FE-Methode für die Berechnung des Wärmeübergangs auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht und verschiedene Makros für die Simulation der Wärmeprozesse erstellt. Die Stoffwerte des Stahls und der umgebenden Atmosphäre werden ermittelt. Die Berechnungsergebnisse werden systematisch ausgewertet. Vom Anwender der Makros und der Arbeitsblätter können alle relevanten Parameter der Federn und des Ofens eingestellt werden. Das ermöglicht eine zuverlässige Simulation des Anlassprozesses. Durch Vergleichsmessungen an Drahtproben aus ölschlussvergüteten Federstahl unterschiedlicher Durchmesser konnten die Berechnungsmodelle bzw. die ermittelten Stoffwerte verifiziert und die gewonnenen Ergebnisse auf Genauigkeit geprüft werden.
Konzeption und Konstruktion einer Versuchsanlage für die magnetische Bewegungserwärmung. - 120 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Diese Ausarbeitung befasst sich mit der Konzeption und Konstruktion einer Versuchsanlage zur Erwärmung von Federstahldrähten mittels der magnetischen Bewegungserwärmung. Die magnetische Bewegungserwärmung nutzt Wirbelströme zur Erwärmung von Metallen. Bei ferromagnetischen Materialien sorgt die magnetische Hysterese für einen zusätzlichen Wärmeeintrag. Dazu wurden die physikalischen Grundlagen der magnetischen Bewegungserwärmung zusammengetragen. In einer ersten rechnerischen Abschätzung wurde versucht die Erwärmung eines Drahtes bei bestimmten Randparametern mit den Grundlagengleichungen zu berechnen. Die Ergebnisse dieser Abschätzung wurden mit einem Experiment überprüft und die Berechnung anschließend verfeinert. Danach wurde ein Messstand zur Untersuchung der magnetischen Bewegungserwärmung konzipiert und konstruiert. Am Ende der Konstruktionsphase wurde eine 3D-Modellzeichnung mit einem CAD-System erstellt. Aus diesem wurden 2D-Werkstattzeichnungen angefertigt.
Plausibilisierung verschiedener Zielgrößen zur Optimierung von Fahrzeugstrukturen im Frontalcrash nach US-NCAP. - 55 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Ziel dieser Bachelorarbeit war es herauszufinden, ob die aktuell verwendete Kenngröße - SlidingMean - zur Auslegung der Fahrzeugstruktur nach der Vorschriftsänderung im US-NCAP Rating noch geeignet ist. Die Untersuchungen bezogen sich ausschließlich auf den Lastfall der Frontalkollision. Das Lösen der Aufgabe erforderte ein Simulationsmodell, anhand dessen der Zusammenhang zwischen SlidingMean 36 und der Insassenbelastung dargestellt werden konnte. Dazu wurde ein kombiniertes System aus den bereitgestellten Insassen- und Strukturmodellen erstellt, welches in Form einer Optimierung die Abhängigkeit der Insassenbelastung vom SlidingMean 36 lieferte. Da der Rechenaufwand des Systems maßgeblich von der Anzahl der Parameter abhängt, erschien es im Vorfeld wichtig, Analysen bezüglich einer Parameterreduktion im Grobmodell durchzuführen. Diese ergaben, dass eine Begrenzung der betrachteten Parameteranzahl für eine Optimierung im gekoppelten Modell nicht zielführend war, wohingegen jedoch eine deutliche Minderung der Rechendurchläufe bei voller Anzahl ausreichend gute Ergebnisse lieferte und somit den benötigten Rechenaufwand herabsetzte. Als Fazit der Untersuchung wurde ein schwacher Zusammenhang zwischen dem SlidingMean 36 und den Insassenwerten nach US-NCAP nachgewiesen. Tendenziell liefert ein geringer SlindingMean 36 niedrigere Belastungen für den Insassen, jedoch führt er nicht zwangsläufig zur angestrebten Bewertung im Ranking. Daraus lässt sich die aktuelle Kenngröße als eine notwendige, jedoch nicht als hinreichende Bedingung, deklarieren. Empfehlenswert für die zukünftige Optimierung der Fahrzeugstruktur ist die Auslegung über ein Gesamtmodell, mit dessen Hilfe der direkte Einfluss der Parameter auf die Insassenwerte erkennbar ist. Das in dieser Arbeit verwendete gekoppelte System kann zu diesem Zweck als Basis dienen. Allerdings besteht Überarbeitungsbedarf hinsichtlich der benötigten Rechenzeit.
Neuentwicklung einer Fixierung für Siliziumwafer beim Vorreinigungs- und Entklebeprozess. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die in dieser Bachelorarbeit aufgeführten Arbeiten beziehen sich auf die Wafervorreinigung und den integrierten Entklebeprozess in Standardreinigungsgestellen bei der Waferherstellung der Firma Bosch Solar Energy AG. Zunächst werden die Prozessschritte der Wafervorreinigung und des Entklebens näher betrachtet. Daraufhin werden mögliche Ursachen für Schäden an den Siliziumwafern dargestellt. Anschließend folgt eine Neuentwicklung und Konstruktion einer mechanischen Fixierung die unter anderem hinsichtlich Kraftbegrenzung auf die Einzelwafer, keine Verringerung der Reinigungsleistung und Einhaltung des zur Verfügung stehenden Bauraumes optimiert ist. Der Prototyp wird in einem ersten Versuch erprobt und bezüglich der vorgegeben Anforderungen bewertet.
Festigkeitsanalyse eines Koaxial-Ultraleichthubschrauber-Konzeptes im statischen Belastungsfall. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die Luftfahrtbranche stellt schon seit jeher besondere Anforderungen an die konstruktive Gestaltung von Luftfahrzeugen. Neben der Hauptforderung Leichtbau dürfen auch die Sicherheit und Ökonomie nicht vernachlässigt werden. Um diesen gegensätzlichen Ansprüchen gerecht zu werden, hat sich der Einsatz von numerischen Berechnungsmethoden als Unterstützung bei der Auslegung und Optimierung etabliert. Im Rahmen des Projektes "UL-Luftsportgerät (Koaxial-Hubschrauber)" der Firma Dreiling Maschinenbau GmbH wird in dieser Bachelorarbeit das Gehäuse des Hauptgetriebes eines Ultraleichthubschraubers in Bezug auf seine Festigkeit analysiert. Dazu wurden physikalische Modelle von unterschiedlichen Flugmanövern aufgestellt und die daraus resultierenden Belastungen ermittelt. Daran anknüpfend ist die Erstellung eines FE-Modells der Gehäusebaugruppe beschrieben. Auf dieser Basis wurden alle Lastfälle eingebunden und berechnet. Abschließend erfolgt eine Diskussion der konstruktiven Gestaltung und ein Ausblick auf Weiterentwicklungen wird aufgezeigt.
Verification of surface crack stress Iitensity solutions by comparison to non-standard crack growth specimen testing. - 72 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
The intention of this thesis is to verify the surface crack stress intensity factor solutions of the computer codes IWM VERB and NASGRO with a specific focus on two solutions called SC17 of NASGRO and Solution 3 of VERB. Serving as a basis for this comparison were three types of non-standard crack growth specimens containing a surface flaw. As material baseline compact tension (CT) specimen testing was used, these properties were obtained at the same temperature. The mean material properties were calculated and served as input for the calculation of the comparison Delta K value. This was made with the crack growth rate and the Paris equation that was computed with the material properties of the CT specimen testing. For one type of specimen the stress gradient was adjusted by applying shakedown. The comparison was performed using a ratio between calculated and measured values dependent upon the ratio of crack size and specimen size in the corresponding direction, a histogram and a mean value of the ratio.
Konzeption und Konstruktion einer induktiven Erwärmungsbaugruppe für Federstahldrähte. - 64 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Um die Eigenschaften von Schraubendruckfedern verbessern zu können, muss auch das Ausgangsmaterial, der ölschluss-vergütete CrSi-legierte Federstahldraht in seiner Festigkeit verbessert werden. Damit die durch den industriellen Herstellungsprozess miteinander gekoppelten Parameter beim Vergüten separat optimiert werden können, wurde im Rahmen dieser Bachelorarbeit ein Probeversuchsstand zum Optimieren der Temperaturen und Zeiten des Härtens und Anlassens von CrSi-legierten Federstahldrähten aufgebaut. Drahtproben mit Durchmessern von 3 mm und 4,5 mm konnten induktiv erwärmt, und somit gehärtet und angelassen werden. Außerdem wurde versucht, die auftretenden Temperaturdifferenzen über die Drahtlänge zu minimieren. Durch das Vergüten mit Induktionserwärmung konnten gleiche Festigkeitswerte wie bei dem Austenitisieren im elektrisch beheizten Ofen, und Anlassen im Bleibad erreicht werden. Jedoch wurden die Zeiten für das Austenitisieren und Anlassen der Drähte erheblich gesenkt.
Konzeptanalyse eines elektrisch angetriebenen Turboverdichters zur Luftversorgung von Brennstoffzellensystemen. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
In dieser Arbeit wird die Lagerung eines schnelllaufenden, elektrisch angetriebenen Turboverdichters untersucht. Zum Betrieb des Turboverdichters zur Luftversorgung des Brennstoffzellensystems muss die Prozessluft absolute Schmiermittelfreiheit aufweisen. Dazu ist eine schmiermittelfreie oder zumindest gegen Schmiermittelaustritt abgedichtete Lagerung erforderlich. Zunächst werden die Grundlagen des Brennstoffzellensystems dargelegt. Daraus wird die Notwendigkeit eines Verdichters für die Prozessluft begründet. Im Weiteren werden verschiedene Konzepte für die Lagerung des Verdichters vorgestellt und bewertet. Dabei werden zur Weiterverfolgung lohnenswerte Konzepte gefunden. Anschließend wird die aktuelle Umsetzung eines Lagerkonzeptes in einem Verdichterprototyp der Volkswagen AG vorgestellt und aus der aktuell auftretenden Schwachstelle der Lagerung die Notwendigkeit der Lagerabdichtung abgeleitet. Es werden mögliche Konzepte für die Abdichtung der Lagerung erarbeitet und bewertet. 3 Konzepte können dabei als prinzipiell geeignet herausgestellt werden. Daran schließen sich die Umsetzung und der Test eines der Abdichtungskonzepte am aktuellen Verdichterprototyp an. Es wird eine weitere Idee für eine Konstruktionsänderung zum verbesserten Schutz der Lager gegen Schmiermittelaustrag dargelegt. Im Weiteren wird eine Untersuchung der Einflüsse der Lagervorspannung auf das Gesamtsystem durchgeführt. Dazu wird eine Prüfvorrichtung konstruiert und in Betrieb genommen. Mit der Prüfvorrichtung kann die Kraft-Weg-Kennlinie einer Tellerfeder vermessen werden. Weiterhin soll damit die Lagervorspannkraft im verbauten Zustand der Verdichterwelle ermittelt werden. Abschließend wird für den Einfluss der Reibleistungen verschiedener Lagerkonzepte auf den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffellensystems eine grobe Abschätzung getroffen. In vorliegender Arbeit konnten Empfehlungen zur Verbesserung des aktuellen Lagerkonzeptes erarbeitet und teilweise getestet werden. Die gewonnenen Ergebnisse lassen die Notwendigkeit zahlreicher, weiterer Tests und Verbesserungen am aktuell bestehenden Prototyp erkennen, um eine ausreichende Lebensdauer der Lagerung sicherzustellen.