Zur Mechanik vibrationsgetriebener Roboter für terrestrische und aquatische Lokomotion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 149 S., 11,82 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Der Gegenstand der Arbeit ist die Mechanik von mobilen Robotern für terrestrische und aquatische Lokomotion. In den untersuchten Systemen wird die periodische Erregung eines inneren Antriebs durch nicht symmetrische Systemeigenschaften in eine gerichtete Fortbewegung gewandelt. Eine zweidimensionale Steuerbarkeit der Systeme wird durch frequenzabhängige mechanische Eigenschaften erreicht. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der mathematisch-mechanischen Beschreibung der Roboter mittels analytischer und numerischer Methoden sowie ihrer experimentellen Untersuchung. Prototypen mobiler Roboter dienen dem funktionellen Nachweis. Auf Basis von mechanischen Grundlagen werden terrestrische und aquatische Lokomotionsarten vorgestellt und klassifiziert. Mit Blick auf die praktische Realisierung von mobilen Robotern für unterschiedliche Umgebungsbedingungen werden Antriebssysteme in ihrer Eignung als Vibrationsquellen bewertet. Piezoelektrische Antriebe besitzen dabei besonderes Potential. Eine umfassende Analyse des Standes der Technik zeigt die Anwendbarkeit von vibrationsgetriebener Lokomotion für miniaturisierte technische Anwendungen. Systeme mit Borsten dienen der unidirektionalen terrestrischen Lokomotion. Mittels eines Mehrkörpersystemmodells und experimentellen Untersuchungen werden die verschiedenen Wirkungsmechanismen analysiert. Ein Prototyp für die Fortbewegung in Röhren wird vorgestellt. Für eine steuerbare zweidimensionale Lokomotion mit nur einem Antrieb müssen die Grenzen von klassischen Starrkörpersystemen überwunden werden. Der verfolgte Lösungsansatz nutzt das frequenzabhängige Schwingungsverhalten von elastischen Systemen, wie Balken oder Platten. Zur Untersuchung werden kontinuumsmechanische Modelle sowie Finite-Elemente-Methoden verwendet und durch experimentelle Untersuchungen erweitert. Die Erkenntnisse werden für die Entwicklung eines programmier- und fernsteuerbaren Prototyps benutzt. Sein Bewegungsverhalten kann durch die Änderung der Antriebsfrequenz auf verschiedenen Untergründen gesteuert werden. Das System erreicht Geschwindigkeiten bis 100 mm/s und kann das Fünffache seiner Masse transportieren. Abschließend wird ein innovativer Prototyp vorgestellt, der mit einem einzigen Antrieb eine steuerbare Lokomotion auf festem Untergrund und an der Oberfläche von Flüssigkeiten durchführen kann. Das terrestrische und aquatische Bewegungsverhalten wird untersucht und die Tragfähigkeit solcher Systeme auf Basis eines hydrostatischen Modells bestimmt.
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Ein Beitrag zur geometrischen Gestaltung und Optimierung prismatischer Festkörpergelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: LI, 126 S., 16,88 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 4) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen
Zur Realisierung von Bewegungen mit hohen Anforderungen an die Präzision werden Starrkörpermechanismen zunehmend durch nachgiebige Mechanismen ersetzt, in denen die Beweglichkeit durch stoffgekoppelte Drehgelenke realisiert wird. In diesen nachgiebigen Koppelmechanismen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit einfachen geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Im Gegensatz zu form- und kraftgekoppelten Gelenken ist der Auslenkwinkel eines Festkörpergelenkes begrenzt, wodurch der Bewegungsbereich des Mechanismus eingeschränkt wird. Zudem lässt sich mit einem Festkörpergelenk keine exakte relative Drehung zweier starrer Glieder realisieren, da grundsätzlich eine Drehachsenverlagerung stattfindet. Dadurch ergeben sich Bahnabweichungen des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Starrkörpermechanismus. Wesentlicher Aspekt bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in dieser Arbeit untersuchte Phase der geometrischen Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu erfolgt eine ganzheitliche, d. h. vom Gelenk auf den Mechanismus übertragbare Betrachtung. Für die durchgeführte Untersuchung von Einzelgelenken ist ein geeigneter Ansatz zur Drehachsenmodellierung von entscheidender Bedeutung. Die anschließende mehrkriterielle Optimierung der Gelenkkontur findet für ein Einzelgelenk und im Mechanismus statt. Als Ergebnis der Arbeit wird eine allgemein anwendbare Synthesemethode nachgiebiger Koppelmechanismen abgeleitet, die ausgehend vom Starrkörpermechanismus eine gezielte Gestaltung sowie beschleunigte FEM-basierte Optimierung mit identischen oder unterschiedlichen Gelenken ermöglicht. Hiermit lassen sich der Bewegungsbereich vergrößern und die Bahngenauigkeit erhöhen. Die Besonderheit der Synthesemethode besteht in der Berücksichtigung der Gestaltung prismatischer Festkörpergelenke mit Standard- oder Polynomkonturen. Hierfür werden grundlegende Hinweise sowie drei neue Ansätze zur Bestimmung der geometrischen Parameter der Gelenkkontur und -abmessungen mittels Umsetzungstabelle, Kurventafel oder computergestützter Konturoptimierung vorgestellt. Auf diese Weise gestaltete Mechanismen eignen sich besonders für die Präzisionstechnik. Das Potenzial der Synthesemethode wird am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel zur Realisierung einer Punktgeradführung aufgezeigt.
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A contribution to the computer aided development of an electrical window regulator system : mechatronic models, parameter identification and numerical simulations. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XX, 192 S., 23,03 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
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Die Arbeit orientiert sich daran, Modelle und Simulationen von elektrischen Fensterhebersystemen zu entwickeln. Das Ziel ist ein verbessertes Verständnis des Systemverhaltens und Einfluss von Parametern zu erlangen. Vor dem Hintergrund, dass Fensterhebersysteme komplizierte mechatronische Systeme darstellen, wird die Simulation als Werkzeug vermehrt eingesetzt. In dieser Arbeit werden verschiedene Simulationen von mechatronischen Systemen auf unterschiedlichen Ebenen verglichen. Applikationen von Fensterhebersimulationen werden zusummengefasst und bewertet. Basierend auf dieser Auswertung wurde die Systemsimulation mit der Modellierungssprache, VHDL-AMS, als Methode ausgewählt. Bevor sich tiefgründig mit der Modellierung von Fensterhebersystemen beschäftigt wird, soll zuvor ein stark abstrahiertes analytisches Modell für die Bewertung des dynamischen Verhaltens erstellt werden. Grundlegend besitzt das Modell 2 Freiheitsgrade und besteht aus 2 Massen, die über eine Feder und einen Dämpfer verbunden sind. Eine Masse stellt die Glasscheibe und die andere die Massenträgheit des Motorankers dar. Mit der Mittelwertmethode wird das analytische Modell hinsichtlich der Stabilitätsbedingungen untersucht. Die Modellbildung des Fensterhebersystems beginnt mit der Aufteilung des Systems in einzelne Komponenten, basierend auf deren Funktion. Die Komponenten, wie z.B. elektrische Motoren, Hebemechaniken, Türrahmen, Elektroniken, etc., werden untersucht und anschließend Modelle erstellt, um ihre elektrische oder mechanische Funktionsweise zu beschreiben. Abhängig von der Komplexität wird die Technik der Modellierung ausgesucht, zum Beispiel physikalische oder verhaltensmäßige Modellierung oder eine Kombination von beiden. Die Parameter der Modelle wurden anhand von gesammelten Informationen von Komponentenlieferanten, existierenden Datenbanken und Messungen ermittelt. Komponentenmodelle wurden anhand von Messdaten verifiziert, z.B. Motorkennlinie. Die Systemsimulation beschäftigt sich mit der Integration von allen Komponentenmodellen in eine Simulation und imitiert Ausführung der Fensterhebersysteme in verschiedenen Lastfällen. In einer konkreten Applikation wurden die Ergebnisse der Messung und der Simulation anhand der Werte von wichtigen Signalen, die den Status des Systems abbilden, wie zum Beispiel Drehzahl und Strom des Motors, verglichen. Außerdem wurde die Einklemmschutzfunktion quantitativ durch Messung der Einklemmkräfte bei verschiedenen Spannungen verglichen. Trotzdem sind die Simulationen nicht auf die demonstrierten Beispiele dieser Arbeit limitiert. Teilsystemsimulationen mit dem Schwerpunkt auf der Untersuchung von Komponenten können auch mit den Komponentenmodellen entwickelt werden.
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A contribution to the development of a special-purpose vehicle for handicapped persons : dynamic simulations of mechanical concepts and the biomechanical interaction between wheelchair and user. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVII, 225 S., 15,34 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
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Die Arbeit diskutiert die mathematische Modellbildung von ausgewählten Fortbewegungssystemen mit Rädern. Die Kinematik und Dynamik eines radgetriebenen Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird beschrieben. Die dynamischen und kinematischen Modelle sind die Voraussetzung für Simulationsrechnungen und gleichzeitig für die praktische Anwendung beim Betrieb der Systeme. Außerdem wird das Bewegungsverhalten von Behinderten während der Fahrt im Rollstuhl für verschiedene Umgebungsbedingungen analysiert. Nach der Darlegung der Motivation der Arbeit wird eine Analyse des Standes der Technik auf dem Gebiet der Fahrzeuge mit Mecanum-Rädern vorgestellt. Eine Übersicht über aktuelle Aspekte der Fortbewegungssysteme für Behinderte und ihre Vor- und Nachteile ist ein weiterer Gegenstand der Arbeit. Im Kapitel 2 sind die mathematischen Grundlagen, die in dieser Arbeit verwendet werden, zusammengefasst. Es handelt sich um die Kinematik der starren Körper und ausgewählte Prinzipien und Gleichungen der analytischen Mechanik. Die Transformationsmatrizen für ebene Drehungen, die Arten der kinematischen Zwangsbedingungen, die Dynamik der starren Körper mit einem speziellen Fokus auf die LAGRANGE Gleichung 2. Art mit Multiplikatoren werden vorgestellt. Die Fortbewegungssysteme sind vor allem mit analytischen Methoden in der Kinematik und Dynamik beschrieben worden. Der Fokus liegt auf 2 Grundmodellen, die auch aktuell technisch genutzt werden. Das erste Modell gilt für zweirädrige Bewegungssysteme, wie zum Beispiel für einen Rollstuhl. Das zweite Modell wurde für ein vierrädriges Fahrzeug mit Mecanum-Rädern entwickelt. Detaillierte Herleitungen für die kinematischen und dynamischen Modelle sind für beide Fortbewegungssysteme dargestellt. Für die Dynamik des Fahrzeuges mit Mecanum-Rädern wird eine exakte Methode, basierend auf den Grundlagen der nichtholonomen Mechanik mit einer zweiten, häufig in der Literatur angeführten, Näherungsmethode verglichen. Aus der nichtholonomen Mechanik werden die LAGRANGE Gleichungen mit Multiplikatoren als effizientes Verfahren eingesetzt, um ein exaktes Modell zu generieren. Diese Modellgleichungen können alle möglichen Bewegungsbahnen des Fahrzeuges mit vier Mecanum-Rädern erfassen. Das Approximationsverfahren aus der Literatur nutzt eine Pseudoinverse Matrix und kann nur ausgewählte Standardtrajektorien abbilden. Simulationsergebnisse, basierend auf der numerischen Integration der Dynamikgleichungen aus beiden Verfahren werden in Kapitel 4 vorgestellt. Die resultierenden Bewegungsbahnen sind für vorgegebene Antriebsmomente dargestellt. Ein virtuelles 3D-Modell des vierrädriges Mecanum-Fahrzeuges ist mit Hilfe von MATLAB®, SIMULINK® und VIRTUAL REALITY TOOLBOX® erstellt worden. Ein Vorteil der 3D-Umgebung ist die anschauliche Darstellung komplexer Bewegungsbahnen bei kombinierten Translations- und Rotationsbewegungen des Systems. Zwei Experimentalfahrzeuge, eines mit klassischer Vierradstruktur inklusive Vorderachslenkung und ein weiteres mit vier omnidirektionalen Rädern vom Typ Mecanum, wurden aufgebaut. Sie dienen als Demonstratoren eines möglichen Plattformkonzeptes für Behindertenfahrzeuge. In der Arbeit werden die aus Simulationsrechnungen gewonnenen Trajektorien mit den tatsächlichen Bahnen des Prototyps verglichen. In einem abschließenden Kapitel wird für ausgewählte Szenarien mittels Motion Capturing Verfahren die Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel von Rollstuhlfahrern untersucht. Die Bewegung des menschlichen Körpers und des Rollstuhls wurde in ihren kinematischen Daten erfasst und mit den Werkzeugen ALASKA-DYNAMICUS® und ERGO TOOL® analysiert.
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Theoretical and experimental investigations of ferrofluids focusing on locomotive systems, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 186 S., 21,36 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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Basierend auf Bewegungsformen wie sie von biologischen Systemen bekannt sind, die mit Hilfe von (periodischer) Gestaltänderung Fortbewegung erzielen, und der kontrollierbaren Oberflächendeformation von Ferrofluiden, werden die Möglichkeiten Ferrofluide für Lokomotionszwecke zu nutzen untersucht. Dies wird belegt durch detaillierte Auseinandersetzung und Verweise auf entsprechende Literatur. Großes Gewicht wird auf die technische Implementierung gesetzt und die daraus erwachsenden Problemfelder. Daher werden neben einem ausführlichen theoretischen Teil, in dem ein magnetfeldinduzierter peristaltischer Materialtransport einer magnetischen Flüssigkeit analytisch betrachtet wird, auch weitläufig praktisch-experimentelle Untersuchungen angestellt. Wichtige Größen wie ferrofluiderzeugte Kräfte und Drücke werden messtechnisch für den Allgemeinfall ermittelt. Hierbei wird unterschieden zwischen Systemen, die mit lokal bewegten Ferrofluidportionen anderen Objekten zur Lokomotion verhelfen(passive Lokomotionssysteme) und Systemen, deren mobile Ferrofluidportionen selbst Position und Lage verändern (aktive Lokomotionssysteme). Anhand von Prototypen werden Prinzipien und Funktionsparameter gesondert analysiert und diskutiert. Diese speziellen Untersuchungen werden teilweise durch analytische und numerische Modelle gestützt. Auf zwei Kernprobleme wird aufmerksam gemacht: Ferrofluide generieren geringe nutzbare Kräfte und aufgrund der starken Adhäsion ist eine schützende Einkapselung notwendig. Zwei Untersuchungen gehen hierauf ein. Mit der Idee, eine Steigerung der nutzbaren Kräfte hervorzurufen, wird die Verstärkung der Oberflächendeformation, die im Magnetfeld durch das Einführen hochpermeabler Körper hervorgerufen wird, analytisch und experimentell untersucht. Weiterhin wird ein Experiment vorgestellt, welches die Einkapselung des Ferrofluids umgeht. Hier ist ein Ferrofluidaktor eingebettet in einer Zweitflüssigkeit und treibt diese zur Kanalströmung an. Mit Referenz auf die Grundidee ferrofluidbasierter Lokomotion werden die Teiluntersuchungen zusammengefasst. Vor dem Hintergrund, dass die nachteiligen Eigenschaften des Materials bislang nicht beherrscht werden, bleibt es abzuwarten inwiefern sich technische Lösungen ferrofluidbasierten Lokomotionssysteme verbreiten werden. Im Ausblick wird auf vielversprechende Entwicklungen magnetosensitiver Elastomere und Gele aufmerksam gemacht.
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Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22982
Beschreibung des anisotropen Materialverhaltens von Rotbuchenfurnier als Basis für rechnergestützte Umformsimulationen. - Aachen : Shaker, 2013. - XVI, 205 S.. - (Berichte aus dem Machinenbau) Zugl. :Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012
Für die realitätsnahe numerische Simulation des Umformprozesses von Rotbuchenfurnier ist die Materialbeschreibung ein essentieller Bestandteil. Aus diesem Grunde wurde in dieser Arbeit im Hinblick auf den späteren Einsatz in Umformsimulationen das anisotrope Materialverhalten von Rotbuchenfurnier bei verschiedenen Klimaten untersucht. Ein Schwerpunkt lag in der Entwicklung eines Prüfkonzeptes und einer Prüfvorschrift für den natürlichen Faserverbundwerkstoff Holz in Form von Furnier und deren Umsetzung. Voraussetzung dafür war neben der Anwendung der Festkörper Kontinuumsmechanik, die Analyse der Strukturmerkmale des Holzes, des Furnier-Herstellungsprozesses und der physikalischen Eigenschaften des Holzes bzw. Furniers. Die Materialkennwertermittlung erfolgte in einem dafür entwickelten Versuchsaufbau mit einem integrierten digitalen Bildkorrelationsmesssystem zur dreidimensionalen Verformungsmessung und einem Prüfmodul. Eine teilautomatisierte Steuerung des Prüfablaufes der einzelnen Zugversuche ermöglichte einen reproduzierbaren Ablauf der insgesamt 1500 Experimente. Diese wurden für 5 Klimaeinstellungen und 5 Winkellagen für die Bezugsebenen 12-E und 13-E durchgeführt (insgesamt 50 Prüfserien). Nach Aufbereitung der Messergebnisse und der abgeleiteten Materialkennwerte mittels der deskriptiven Statistik wurde mit der induktiven Statistik auf die Gesamtheit geschlossen. Auf Grundlage von Signifikanztests wurden die Materialkennwerte der einzelnen Serien verglichen. Es erfolgte der Nachweis, dass die Materialkennwerte von der Bezugsebene und vom Klima abhängig sind. Die ermittelten Kennwerte zeigen außerdem, in welchem Maße diese von den Randbedingungen beeinflusst werden. Die Verifikation des Materialmodells ergab, dass das Materialverhalten von Furnier prinzipiell durch ein linear-elastisches orthotropes Materialmodell abgebildet werden kann. Durch Sensibilitätsstudien am Materialmodell wurden verschiedene Harmonisierungsstrategien für einen symmetrischen Nachgiebigkeitstensor beurteilt und Handlungsempfehlungen gegeben. An Hand eines FE-Modells wurden Robustheitsanalysen durchgeführt, in denen die wesentlichen Einflussgrößen und die Dispersionen der Ergebnisgrößen ermittelt und mit den experimentellen Daten verglichen wurden.
Identification of material defects in metallic materials using Lorentz force eddy current testing : fundamentals, metrological implementation and verification, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VII, 129 S., 18,71 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen
Der Einsatz von metallischen Werkstoffen ist in Industrie und Baugewerbe von enormer Bedeutung. Die immer stärkere Ausnutzung bis zur Grenze der Belastbarkeit eines Materials macht eine genaue Untersuchung des eingesetzten Metalls erforderlich. Um sicherzustellen, dass ein Bauteil fehlerfrei ist und den geforderten Belastungen standhalten wird, ist meist eine 100%ige Überprüfung notwendig. Dazu steht eine Auswahl an zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit ist oft begrenzt oder kostspielig. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Beschreibung des zerstörungsfreien Werkstoffprüfverfahrens mit dem Namen "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" und dem experimentellen Funktionsnachweis. Das kontaktlose Messverfahren wurde vor Kurzem an der Technischen Universität Ilmenau erfunden und im Rahmen des Graduiertenkollegs 1567 weiterentwickelt. Diese Arbeit fasst die Ergebnisse der Grundlagenforschung im Bereich experimenteller zerstörungsfreier Werkstoffprüfung mittels Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung zusammen, ohne den Anspruch zu erheben, unmittelbar industrielle Anwendungen zu ermöglichen. Das Verfahren "Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" bietet durch die Nutzung von magnetischen Gleichfeldern höhere Eindringtiefen als klassische Wirbelstrommessverfahren unter gleichen Einsatzbedingungen, die magnetische Wechselfelder einsetzen. Dies ermöglicht die Detektion von tiefliegenden Defekten innerhalb eines elektrisch leitfähigen nichtferromagnetischen Werkstoffes. Es wird gezeigt, wie Defekte sicher mit der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung erkannt werden (Detektion), wo sie sich befinden (Lokalisation) und bereitet mit der Beschreibung des direkten Problems die Rekonstruktion vor (inverses Problem). Zur Beschreibung des direkten Problems ist es notwendig, zunächst das Verhalten eines bewegten Festkörpers ohne Defekt in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld zu beschreiben. Die Einführung eines relativ simplen Prototypmodels soll Grenzen des Verfahrens aufzeigen und gleichzeitig die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten erklären. Als Funktionsnachweis werden experimentelle Daten für künstliche Defekte vorgestellt. Eine Beschreibung der Grenzen des Messverfahrens und eine Analyse des Messsignals werden am genutzten Versuchsaufbau durchgeführt und Vorschläge zur Erweiterung des Messbereichs gegeben.
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Modellbildung und Simulation der großen Deformationen menschlicher Weichteile beim Sitzen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 174 S., 2,70 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Enth. außerdem: Thesen
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein FE-Modell des menschlichen Weichteilgewebes entworfen, das den Anforderungen entspricht, die sich aus dem Entwurf ergonomischer Sitzsysteme ergeben. Das Modell des Weichteilgewebes wurde in das Menschmodell DYNAMICUS integriert und mit RAMSIS-Daten anthropometrisch parametrisiert. Dazu wurde das Mehrkörpersimulationswerkzeug alaska um eine nichtlineare FE-Schnittstelle erweitert. Auf der Grundlage von Messungen der Druckverteilungen und der Schwingungsübertragungen wurde ein transparentes Verfahren entworfen, um viskoelastische Materialparameter des menschlichen Körpers bei vernachlässigbarer gesundheitlicher Belastung durch Parameteroptimierung zu ermitteln. Das dazu verwendete Verfahren ist schlank und gut dokumentiert. Damit kann es auch für beliebige Haltungen und Probanden angewendet werden. Da bei diesem Verfahren statistische Parameter eine zentrale Rolle spielen, ist es roboust gegenüber Änderungen der Modellaufl ösung, der Modellierungstiefe und quantitativer Versuchsbedingungen. Zu diesen quantitativen Versuchsbedingungen gehören die Auflösung der Druckmessmatten, die Messzeit, die Amplitude der Anregung und die Abtastrate der Beschleunigungsmessungen. Für statische und dynamische Untersuchungen wurde in dieser Arbeit dasselbe Modell verwendet, das mit vertretbarem Aufwand anthropometrisch skalierbar ist. Dieses Modell ist damit einfacher und schneller anzuwenden als für ähnliche Anwendungen bereits vorliegende Lösungen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18176
Verfahren und Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandiger Hohlzylinder aus Silikonelastomer mit integrierten Fluidkammern und -kanälen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 198 S., 9,91 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
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Die minimal-invasive Chirurgie gewinnt innerhalb der invasiven Therapieverfahren weiterhin an Bedeutung, verspricht man sich davon doch eine schnellere Genesung des Patienten, verbunden mit einer Reduktion der finanziellen Aufwände für das Gesundheitssystem. Zu diesem Zweck werden Lokomotionssysteme benötigt, die sich aktiv in den natürlichen Körperhöhlen des Patienten fortbewegen können, um Arbeitskanäle und Operationswerkzeuge des Chirurgen von außen zum gewünschten Operationsfeld zu transportieren. Vollständig nachgiebige, miniaturisierte Systeme mit wurmartiger Fortbewegung sind dabei im Fokus der internationalen Entwicklungen. Eine wesentliche Limitation bei der Entwicklung und weiteren Miniaturisierung solcher Lokomotionssysteme besteht durch die verfügbaren Herstellverfahren. Die vorliegende Arbeit stellt ein neues Verfahren und einen Anlagenprototyp zur Herstellung dünnwandigen Hohlzylinders aus Elastomer vor, in deren Wandung im Rahmen des Verfahrens Fluidkammern und -kanäle integriert werden. Durch Befüllung der Miniaturfluidsysteme mit Fluid und Steuerung des ein- bzw. ausgepumpten Fluidvolumens, kann eine zielgerichtete Verformung der Kammern erzeugt werden. Durch Ausstattung des Hohlzylinder mit einer ganzen Reihe von Kammern und Kanälen soll so im Rahmen weiterer Entwicklungen eine peristaltische Sonde entstehen, die sich wurmartig im Wirbelkanal fortbewegen kann. Das vorgestellte Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: 1. Auf einen Metallstab wird durch Tauchen (Dip-Coating) eine lösbare Trennschicht aus Photoresist aufgebracht. 2. Anschließend wird auf der Trennschicht und ebenfalls durch Tauchen eine erste, die innere Schicht aus Silikonelastomer erzeugt. 3. Diese Silikonschicht wird durch Aufsprühen (Spray-Coating) unter Nutzung spezieller Prozeßparameter mit Photoresist beschichtet, welches anschließend mittels Laser-Lithografie belichtet wird. 4. Nach dem Entwickeln, Spülen und Trocknen verbleiben auf der Oberfläche der Silikonschicht Resiststrukturen, die die späteren Fluidkammern und Zuläufe repräsentieren. 5. Diese Resiststrukturen sind Platzhalter für das innere, später mit Fluid gefüllte Volumen, wenn in einem weiteren Schritt erneut durch Tauchen die äußere Silikonelastomerschicht aufgebracht wird. In Anlehnung an die klassische Gießerei- und an die Mikrosystemtechnik können die Resiststrukturen auch als Opferstrukturen bezeichnet werden. 6. Anschließend wird der entstandene Silikonkörper mit entsprechenden Schlauchzuleitungen verbunden und über diese wird Lösungsmittel zugeführt, welches die Resiststrukturen auflöst. 7. Nach dem Spülen der Kammern und Zuläufe können diese mit dem Arbeitsfluid (z.B. sterile, isotonische Kochsalzlösung) befüllt werden.
http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000312