Theses

Durch die Entwicklung der Soft-Robotik wird der Einsatz neuer oder neuartiger Materialien forciert, die den notwendigen Anforderungen und Ansprüchen in diesem Bereich gerecht werden. In diesem Zusammenhang kommt den sogenannten Smart Materials besondere Bedeutung zu. Diese Werkstoffe haben die einzigartige Fähigkeit, ihre Eigenschaften unter dem Einfluss physikalischer Größen zu verändern, z.B. in Abhängigkeit von der Temperatur, äußeren Magnetfeldern und elektrischen Feldern. Ein solches Smart Material, das in der Vergangenheit nur als Spielzeug verwendet wurde, ist Polyborosiloxane, welches umgangssprachlich auch als "Silly Putty" bekannt ist. Dieses besitzt aufgrund seiner nicht-newtonschen Eigenschaften vielfältige Anwendungsgebiete. Um das Verhalten von Polyborosiloxane durch ein äußeres Magnetfeld beeinflussen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit Verbundwerkstoffe mit einer Matrix aus Polyborosiloxane sowie Partikeln aus Carbonyleisenpulver synthetisiert und untersucht. Die genannten Komponenten wurden nach der Synthese des Polyborosiloxanes aus Polydimethylsiloxane und Borsäure von Hand gemischt, wobei der Massenanteil der dem Polymer zugesetzten Partikel von 20% bis 80% in Schritten von 20% variiert wurde. Zunächst wurden eine Reihe rheologischer Untersuchungen durchgeführt, um die entstandenen Proben hinsichtlich ihres Speicher- und Verlustmoduls zu charakterisieren und zu vergleichen. Um das Fließverhalten des Materials im Schwerefeld der Erde durch ein Magnetfeld zu beeinflussen, wurde eine Helmholtz-Spule genutzt, die sich durch ein konstantes und homogenes Magnetfeld in der Mitte der Spulen auszeichnet. Die aus den Experimenten gewonnenen Ergebnisse zeigen die Fähigkeit des Materials, eine gewünschte Form unter Einwirkung eines Magnetfelds länger beizubehalten.

In der vorliegenden Arbeit wurden schwingungstechnische Untersuchungen an einem vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. entwickelten Elektromotor eines Zugkonzepts durchgeführt. Vor allem für den Fahrgastkomfort und das Verschleißverhalten ist es von Bedeutung, dass während des Betriebs keine kritischen und zu Resonanz führenden Eigenfrequenzen des Antriebsaufbaus angeregt werden. Der Fokus der Arbeit lag hierbei auf den entstehenden Schwingungen am Motor selbst. Mithilfe verschiedener Messaufbauten wurden bestimmte Schwingungscharakteristika wie Unwuchtanregung, harmonische Oberschwingungen und Magnetkraftanregung messtechnisch analysiert. Daneben fand ein Ergebnisvergleich der verwendeten Messtechniken (piezoelektrische Beschleunigungsmessung, Laser-Doppler-Vibrometrie und Laser-Triangulation) statt, um die Vorteile der verschiedenen Messprinzipien ausnutzen und die Messergebnisse untereinander validieren zu können. Zusätzlich wurde der Elektromotor und seine Komponenten numerisch mithilfe der im Software- Programm Ansys implementierten Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht. Anwendung fanden hierbei die numerische, teils vorgespannte Modalanalyse, um Eigenfrequenzen rechnerisch zu ermitteln, sowie die harmonische Analyse, um insbesondere das Schwingungsverhalten bei Magnetkraftanregung zu simulieren. Bei Letzterem wurde das mechanische Physikmodell aus Ansys Mechanical mit dem elektromagnetischen Modell aus Ansys Maxwell gekoppelt. Im Hinblick auf eine zukünftige, fundierte numerische Auslegung bezüglich des Schwingungsverhaltens einer Konstruktion schon während der Entwicklungsphase wurde ein Vergleich zwischen den messtechnischen und numerischen Ergebnissen gezogen.

Zum aktuellen Zeitpunkt dominieren radgetriebene Rover die Raumfahrt. Diese sind in der Lage, planetare Oberflächen aus nächster Nähe zu untersuchen und spielen daher eine Schlüsselrolle bei der Erforschung fremder Himmelskörper. Ihr Einsatz ist allerdings auf relativ ebene Oberflächen begrenzt. Um schwer zugängliche Areale, wie beispielsweise Höhlen zu erschließen, hat das Deutsche Luft- und Raumfahrtzentrum einen Rover, basierend auf einem alternativen Lokomotionsprinzip, entwickelt: dem Rimless-Wheel (mantelloses Rad). Durch Entfernen der Radummantelung werden die Speichen der Räder wie Beine eingesetzt. Die resultierende Fortbewegung stellt eine Hybridform aus Rollen und Laufen dar. Die Beine des Rovers bestehen aus nachgiebigen Speichen und Fußelementen. Diese bieten zahlreiche Vorteile, machen die Beschreibung des Rimless-Wheel-Walkings jedoch komplex. Im Rahmen dieser Arbeit wird; unter Annahme quasistatischer Verhältnisse, ein Berechnungsverfahren entwickelt, das die Verfomungszustände eines Rades für eine gesamte Umdrehung auf ebenem Untergrund darstellen kann. Die Deformation der Speichen wird dabei mittels nichtlinearer Balkentheorie nach Euler-Bernoulli modelliert. Für das Verformungsverhalten der Fußelemente wird ein Berechnungsverfahren anhand von Messreihen abgeleitet. Die hergeleiteten Modellgleichungen werden mithilfe eines MATLAB-Algorithmus numerisch gelöst. Das entwickelte Berechnungsmodell wird anhand einer Messung am Terramechanics Robotic Locomotion Laboratory-Prüfstand des DLR validiert. Dabei zeigt sich Verbesserungspotential, insbesondere bei der Beschreibung der nachgiebigen Fußelemente. Anhand des Berechnungsmodells werden Parameterstudien durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Stellmoment, Gewichtskraft, Stellwinkel und Verformung zu untersuchen. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Näherungsverfahren zur echtzeitfähigen Berechnung der Verformungszustände entwickelt. Dieses nutzt lineare Interpolation, um Ergebnisse aller Gleichgewichtszustände generieren zu können. Das entwickelte Berechnungsmodell lässt noch Raum für Optimierungen, ist aber dennoch eine geeignete Methode, um den Abrollvorgangs nachgiebiger, mantelloser Räder darzustellen. Das vorgestellte Berechnungsmodell kann somit als Grundlage weiterer Untersuchungen dienen.

Die Anwendung von nachgiebigen Mechanismen hat in den letzten Jahren zugenommen. Dies liegt an den Vorteilen, die sie im Vergleich zu starren Mechanismen bieten. Allerdings wird die Methode zu ihrer Untersuchung immer komplizierter. So sind die mathematischen Gleichungen zur Untersuchung ihres Verhaltens auf einem höheren Niveau, so dass die Unterstützung durch Berechnungssoftware erforderlich ist. Aus diesem Grund wird ein analytisches Modell entwickelt, um die Untersuchung von nachgiebigen Mechanismen zu erleichtern. Zu diesem Zweck wird ein Überblick über die Theorie zur Berechnung des nachgiebigen Mechanismus gegeben und bei der Entwicklung des analytischen Modells angewendet. In diesem Fall wurden die Gleichungen, die aus der Euler-Bernoulli-Balkentheorie abgeleitet, verwendet. Um einen Vergleich der Ergebnisse zu ermöglichen, wurde eine Software verwendet, die die Finite-Elemente-Methode anwendet. Nach der Simulation der Strukturen in beiden Modellen wurden die relativen Fehler ermittelt. Bei den Simulationen zur Ermittlung der Verschiebung aufgrund externer Kräfte wurde nur der erste Knoten der Strukturen als “Clamp” definiert und die externen Kräfte wurden auf die anderen Knoten angewendet. Für diese Untersuchung wurden neun Strukturen simuliert. Um einen repräsentativen relativen Fehler zu erhalten, wurde ein Mittelwert berechnet, der 5,69% und 4,28% in der x- bzw. y-Achse beträgt. Weil in allen Fällen der erste Knotenpunkt fixiert ist, wurden die Momente an diesem Knotenpunkt ermittelt und verglichen. Der durchschnittliche relative Fehler beträgt 1,74%. Danach wurden die Simulationen zur Ermittlung der Kräfte bei der Rotation der Strukturen durchgeführt. Für die Simulationen wurden die Strukturen in einem Bereich von -0,4 rad und 0,4 rad mit Schritten von 0,1 rad gedreht. Für diese Untersuchung wurden 4 Strukturen simuliert und 14 Parameter definiert. Der maximal ermittelte relative Fehler beträgt 5,05rad. Schließlich wurde eine Studie über das Verhalten des normalisierten Moments am ersten Knoten der 4 Strukturen durchgeführt, während die 14 Parameter verändert. In dieser Untersuchung wurde einerseits festgestellt, dass die Parameter R1 und R2 aus der Struktur 3 einen guten Einfluss auf die Kurven haben, andererseits haben die Parameter R1 und α aus der Struktur 4 fast keinen Einfluss.

Ein nachgiebiger Mechanismus ist für die Umwandlung von Bewegung oder Kraft von einem Antriebs- zu einem Abtriebselement verantwortlich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Mechanismen geschieht dies hauptsächlich durch elastische Verformung. Nachgiebige Mechanismen werden aufgrund ihrer hohen Präzision, ihrer geringen Kosten und ihrer besseren Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Mechanismen eingesetzt und sind vor allem in der Präszisionstechnik zu finden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Mechanismen zu kategorisieren, eine davon ist die nach ihrer Struktur, z. B. serielle, parallele oder verzweigte Mechanismen, wobei letztere die meisten Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten bieten. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der statischen Analyse von nachgiebigen Mechanismen erzielt, ihr dynamisches Verhalten ist jedoch noch nicht umfassend erforscht worden. Daher konzentriert sich diese Masterarbeit speziell auf die dynamische Analyse von verzweigten nachgiebigen Mechanismen. Bestehende analytische Methoden werden untersucht, und auf der Grundlage der Ergebnisse wird eine neue analytische Methode abgeleitet. Sie basiert auf der Euler-Bernoulli-Balkentheorie in Kombination mit der Transfermatrixmethode. Diese Methode ermöglicht die Bestimmung der Eigenfrequenzen beliebiger planarer Mechanismen mit Verzweigungen. Nachgiebige Mechanismen können aus n Zweigen bestehen und jeder Zweig kann aus i Elementen zusammengesetzt sein. Darüber hinaus beinhaltet diese Masterarbeit die Entwicklung eines Software-Tools, das die intuitive und zeitsparende Berechnung von Eigenfrequenzen für verzweigte planare nachgiebige Mechanismen ermöglicht. Die Software verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche, die das Entwerfen, Bearbeiten und Entfernen von Balken (rechteckiger oder kreisförmiger Querschnitt), Festkörpergelenken (halbkreisförmig oder linear), Knoten und Randbedingungen, die den nachgiebigen Mechanismus definieren, mühelos ermöglicht. Aufgrund der Komplexität wird im Softwaretool nur ein Verzweigungspunkt pro Mechanismus berücksichtigt. Die Auswertung zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Referenzmodellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern ein analytisches Modell und ein Softwaretool, die zuverlässige und effiziente Berechnungen der Eigenfrequenzen für verzweigte planare nachgiebige Mechanismen ermöglichen. Diese Beiträge ermöglichen es uns, solche Mechanismen besser zu verstehen und zu analysieren und so ihre Konstruktion, Leistung und Einsetzbarkeit zu verbessern.

Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung und dynamischen Simulation eines theoretischen Referenzmodellsoretischen Modells [7]. Das Studienmodell, das einer zweidimensionalen Tensegrity-Struktur entspricht, wurde in [7] am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau veröffentlicht. Leider wurde festgestellt, dass das Referenzmodell während der Simulation nicht wie geplant funktionierte, da die Simulation in einer dreidimensionalen Umgebung durchgeführt wurde, wie in 3.1 beschrieben. Infolgedessen passte sich das Referenzmodell nicht an, da die Kräfte nicht ausreichten, um die dritte Dimension zu erhalten. Infolgedessen wird ein neues Modell mit der gleichen Anzahl von Zug- und Druckstäben, aber einer anderen Form und Geometrie erstellt. Um die fehlende Stabilität zu erreichen, hat die neu entwickelte Form drei Kontaktpunkte mit dem Boden. Zunächst wurden zwei Gleichgewichtszustände festgelegt, zwischen denen das Modell wechseln sollte. Anschließend wird die Konstruktion mit einem Softwareprogramm von Alaska modelliert, um das dynamische Verhalten der Struktur zu analysieren. Alle Verfahren zur Entwicklung des Modells werden werden in diesem Papier als die Prinzipien der Kontaktmechanik und die Berechnungsweise von Alaska beschrieben. Die Längen der Federn werden mit Hilfe von Funktionen mit linearer Zeit verändert, um die Kippsequenz zu erreichen. Auf diese Weise konnten wir die Federkräfte kontrollieren. Diese Forschung führte zu einer Kippsequenz, die auf zwei Gleichgewichtszuständen basiert, die in einer Schleife wiederholt werden, um eine ununterbrochene einachsige Bewegung zu erzeugen. In dieser Arbeit werden die daraus resultierenden kinematischen Informationen aufgezeichnet und dokumentiert. Der Reibungskoeffizient wird geändert, um das Verhalten des Modells in verschiedenen experimentellen Situationen zu untersuchen. Situationen zu untersuchen. Auch die kinetischen Ergebnisse werden aufgezeichnet

Ferrofluide entwickeln sich für mehrere Jahre als dynamisches Forschungsgebiet. Sie gewinnen an großer Bedeutung in Vielen Anwendungen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Konzept für ein Transportsystem aus ferrofluidischen Modulen nach dem biologischen Vorbild karpaler Vibrissen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des neu entwickelten Systems durch Modelle, Simulationen und Experimente durchgeführt, um die Bewegung des Systems zu untersuchen. Ergebnisse der Versuche mit unterschiedlichen Frequenzen des Bewegungsablaufs werden am Ende dieser Arbeit visualisiert und ausgewertet.

Untersuchungen haben gezeigt, dass das Hinzufügen nachgiebiger Elemente zu den Robotergelenken die Energieeffizienz des bipedalen Roboters steigern kann, wobei nichtlineare elastische Elemente besser als lineare elastische Elemente sind. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hinzufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen. Nachgiebige Mechanismen, eine neu entstehende disziplinäre Richtung in der Mechanismusforschung, decken ein sehr breites Spektrum an Themen ab. Obwohl in diesem Arbeit einige Simulationen zu dem Thema durchgeführt wurden, sind aufgrund der kurzen Zeit weitere Forschungen in den folgenden Bereichen erforderlich: 1. Für die Untersuchung nachgiebiger Elemente konzentriert sich dieser Arbeit nur auf ein ellptische nachgiebige Element und versäumt es, eine vergleichende Analyse der Leistung anderer nachgiebiger Element mit komplexeren Strukturen durchzuführen. 2. Für den Analyseteil wurde nur eine einfache Simulationsanalyse dafür durchgeführt, und bei der Simulation wurde nur die Wirkung von verschiedene Mechanismen auf die Momente berücksichtigt, während die Wirkung von wie z.B die Abmessungen auf die Elemente nicht berücksichtigt wurde. 3. Aufgrund der Bedingungen wurden in diesem Arbeit nur theoretische Analysen und Simulation durchgeführt, und es wurde keine angewandte Forschung dazu durchgeführt. Die neue Sachen müssen den Naturgesetzen entsprechen, um sich entwickeln zu können. Die Entwicklung der Maschinen von reiner Steifigkeit zu einer Kombination aus Steifigkeit und Flexibilität entspricht genau den Naturgesetzen. Die überwiegende Mehrheit der Lebewesen (einschließlich des Menschen) besteht aus einer Mischung aus Starrheit und Flexibilität, wobei der gesamte Körper eine komplexer, flexibler Körper. Obwohl viele praktische Produkte mit nachgiebigen Strukturen in Übereinstimmung mit diesem Naturgesetz entworfen wurden, wie z. B. Flatterflugzeuge, ist die Entwicklung nachgiebiger Mechanismen bei weitem nicht ausreichend und viele Probleme müssen noch gelöst werden. Nachgiebige Mechanismen haben eine vielversprechende Zukunft, aber sie stehen auch vor vielen Herausforderungen und erfordern weitere gründliche Forschung. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hizufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen.

Weiche Tensegrity-Strukturen bestehen aus nachgiebigen Elastomerelementen, die die Funktionen von Zug- und Druckteilen erfüllen. Es ist auch möglich, Elastomerelemente zu haben, die durch magnetische Kräfte beeinflusst werden, indem man ferromagnetische Partikel zu ihrer Zusammensetzung hinzufügt. Dies eröffnet die Möglichkeit, eine weiche Tensegrity-Struktur durch magnetische Kräfte zu betätigen, die auf einige Teile der Struktur wirken können. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prototyp eines Mechanismus entwickelt, der eine lineare weiche Tensegrity-Struktur magnetisch antreibt. Um diese Bewegung zu erreichen, wurde zunächst eine oszillierende Winkelbewegung für eine lineare Tensegrity-Struktur vorgeschlagen und die vorgespannte Konfiguration der Spannungselemente festgelegt. Anschließend wird der Herstellungsprozess unter Berücksichtigung von Chargenberechnungen, Formüberlegungen und den einzelnen Schritten der Elastomerelementherstellung im Detail erläutert. Schließlich wurde ein Antriebsmechanismus zur Betätigung der weichen Tensegrity-Struktur entworfen, und die kinematischen Berechnungen des Mechanismus wurden ebenfalls berücksichtigt.

In den letzten Jahren haben sich mobile Roboter aus einem Nischenbereich der Forschung herausentwickelt und sind heutzutage ein Massenprodukt, welches selbst in private Haushalte Einzug gehalten hat. Und das Mecanumrad biet mehr Möglichkeiten für die Mobilität von Robotern. Das Mecanum-Rad ist ein sehr erfolgreiches Allround-Rad mit seiner kompakten Bauweise und flexiblen Bewegung. Mit vier dieser neuen Räder in Kombination lässt sich die omnidirektionale Mobilitätsfunktion noch flexibler und einfacher realisieren. Das Mecanum-Rad wird heute in einer Vielzahl von omnidirektionalen mobilen Plattformen, Gabelstaplern, Rollstühlen, Lagerrobotern, Stuntrobotern und verschiedenen Spielzeugen eingesetzt. Ob in der Produktion von Schwerlastmaschinen, im Eisenbahnverkehr, in automatisierten intelligenten Lagern, in Supermärkten, in großen automatisierten Fabriken, in Terminals, in Häfen, auf Flughäfen oder sogar in der Luft- und Raumfahrt. Das Mecanum-Rad ist normal mit 45˚ zwischen Räder und Reifen so gibt es eine Entwicklungsmöglichkeit mit veränderbarer Winkel. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Mecanumrad so die Winkel zwischen Räder und Reifen veränderbarer sein.

In dieser Arbeit werden Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln, magnetischen Weichpartikeln (Carbonyleisenpulver) und Thermoplasten vorgestellt und getestet. Die Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln werden in einem elektromagnetischen Wechselfeld im Hochfrequenzbereich platziert. Durch die Anregung der in den Proben eingebetteten Magnetpartikel, stellt das magnetische Wechselfeld hier die thermische Aktivierung dar. Somit heizen sich diese Proben selbstständig auf. Die Elastomerproben, die Carbonyleisenpulver enthalten, können zeitweise durch ein externes Magnetfeld magnetisiert werden. Dieses stellt die reversible magnetische Aktivierung dar. Die als Füllstoffe verwendeten Thermoplasten schmelzen bei einer bestimmten Temperatur. Daher weisen die Elastomerproben, die Thermoplaste als Füllstoff enthalten, unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, die durch die Temperatur verändert werden. Sie bilden die Basis des Formgedächtnispolymers und werden in dieser Arbeit als Formgedächtnisteil verwendet. In Anbetracht der Materialeigenschaften, werden Kombinationen der Rohstoffe untersucht. Proben mit ausgewählten Kombinationen der genannten Füllstoffe werden in mehreren Formen hergestellt und getestet, um die thermische Aktivierung des intelligenten Polymers und damit einen Formgedächtniseffekt zu zeigen. Diesbezüglich verformen sich diese Elastomerverbindungen durch das Anlegen elektromagnetischer Wechselfelder und nehmen ihre ursprüngliche Form durch das Anlegen statischer Magnetfelder wieder an.

In dieser Arbeit wird der Shape-Memory Effekt an Elastomeren mit Zusatz von thermoplastischen Partikeln untersucht. Dabei wird vor allem im Hinblick auf die Anwendung in einem Manipulationssystem der Softrobotik hingearbeitet. Dafür wird die Form eines Objektes in das Elastomer eingespeichert, welches dann als Form-Fit Greifer verwendet werden kann. Im ersten Teil werden verschiedene Geometrien und Elastomere als Grundlage getestet. Aus den Analysen der Grundlagen werden dann Überlegungen für weitere Verbesserungen der Geometrien und des Erwärmungsmechanismus gemacht. Für die Erwärmung mit elektrischer Abwärme wurden noch weitere Versuche über die Integration eines Drahtes in das Elastomer durchgeführt und dessen Heizkapazität getestet. Abschließend gab es noch einen Test, ob sich ein doppelter Shape-Memory Effekt für eine Manipulationsanwendung geeignet ist.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden schwingungsmindernde Maßnahmen und deren Wirksamkeit betrachtet. Dabei wurde zunächst verschiedene Dämpferarten betrachtet, welche heutzutage in hohen Strukturen zum Einsatz kommen. Hierzu wurden besonders Windkraftanlagen untersucht, welche durch starke Wind- oder Erdbebeneinwirkung in Schwingung versetzt werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Mehrkörpermodell einer Windkraftanlage in der Simulationssoftware Alaska Modeller Studio erstellt. Es wurde die schwingungsmindernde Wirkung zwei verschiedener Dämpfer unter Windeinwirkung getestet und miteinander verglichen.

In dieser Arbeit wird ein Probenschüttler entwickelt, welcher durch seinen Aufbau einen vibrationsarmen Betrieb gewährleistet. Hierfür werden Simulationen der Dynamik eines Mehrkörpersystems in der Software alaska durchgeführt. Es werden die Methoden des statischen und dynamischen Auswuchtens angewandt. Mit dem statischen Auswuchten kann kein vibrationsarmer Betrieb besonders im hohen Drehzahlbereich erreicht werden. Beim dynamischen Auswuchten kann dies im gewünschten Drehzahlbereich realisiert werden. Für die unterschiedlichen Beladungen wurde ein Prinzip mit zwei Ausgleichsmassen entwickelt. Dazu wurde eine Verstelleinrichtung konzipiert. Aus Machbarkeitsgründen wurde aus dem Lösungsansatz mit der verstellbaren unteren Ausgleichsmasse ein technisches Prinzip entwickelt. Ein besonderer Vorteil dieses Aufbaues ist, dass die Einprägung der orbitalen Bahn und die Verstellung der Masse über einen Motor und einen Elektromagneten realisiert werden. Der Auswuchtzustand kann anhand der auftretenden Beschleunigungen ermittelt werden, wodurch ein automatisiertes Auswuchten des Probenschüttlers möglich ist. Es liegt eine Konstruktion für einen Prototyp vor, mit dem ein vibrationsarmer Betrieb demonstriert werden kann.

Als magnetosensitive Elastomere (MSE) bezeichnet man eine Gruppe intelligenter Werkstoffe. Sie bestehen aus einer elastischen Trägermatrix mit eingebundenen weich- und/oder hartmagnetischen Mikropartikeln. Unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder lassen sich die mechanischen Eigenschaften dieser hybriden Materialien variieren, was sie besonders für den Einsatz in adaptiven Aktoren und Sensoren auszeichnet. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Beschleunigungssensors, der ein balkenförmiges, permanentmagnetisches MSE mit hybrider Partikelfüllung als Funktionselement enthält. Dieses lässt sich aufgrund der eingebundenen magnetischen Partikel durch ein äußeres oszillierendes Magnetfeld in mechanische Schwingung versetzen. Die Schwingungskenngrößen des MSE lassen sich durch das Anlegen eines äußeren uniformen Magnetfeldes reversibel beeinflussen. Im Rahmen der Vorversuche wird ein Laboraufbau entworfen, an dem das Schwingverhalten des MSE-Balkens bei elektromagnetischer und Beschleunigungsanregung untersucht werden kann. Dies geschieht sowohl ohne als auch mit äußerlich angelegtem Magnetfeld. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird anschließend der Prototyp eines Beschleunigungssensors mit einem lagegeregelten MSE als Funktionselement entwickelt und in einem Laboraufbau realisiert. Der Funktionsnachweis für das erarbeitete Sensorprinzips wird anhand praktischer Versuche erbracht. Dabei werden charakteristische Betriebsgrößen herausgearbeitet und wichtige Ansatzpunkte für die Weiterentwicklung des Systems definiert. Es wird gezeigt, dass der Beschleunigungssensor im vorliegenden Entwicklungsstadium in der Lage ist, die Wirkung konstanter Beschleunigungen auf das MSE-Funktionselement zu kompensieren.

Das fahrdynamische Verhalten eines Fahrzeuggespanns bestehend aus PKW und Anhänger wird durch das Wirken von mechanischen Koppelkräften beeinflusst. Diese Koppelkräfte beeinflussen maßgeblich sicherheitskritische Fahrsituationen, wie das Aufschaukeln der Fahrezeugkombination oder das Einknicken bei extremen Bremsmanövern. Aufgrund von nicht alltäglichem Gebrauch, können viele Fahrer*innen das Verhalten des Fahrzeuggespanns in Gefahrensituationen nicht antizipieren und dementsprechend handeln. Durch den Entwicklungstrend von Elektrifizierung von Fahrzeugen und Effizienzsteigerung von Antrieben, werden neue Einheiten von Anhängern entwickelt, die eigene Antriebe oder Rekuperationsvorrichtungen besitzen. Daraufhin wird die Fahrdynamik des Fahrzeuggespanns zusätzlich mit weiteren fahrdynamischen Eigenschaften beeinflusst. Aufgrund mangelnder Möglichkeiten die Koppelkräfte zu messen, soll zu diesem Zweck ein Koppelkraftaufnehmer zur Messung der Koppelkräfte entwickelt und dessen Messarme optimiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst das zu Grunde liegende Ersatzmodell des Biegebalkens aus der Technischen Mechanik erläutert. Anhand des Modells wurde eine erste grobe Abschätzung der Verformung der Messarme vorgenommen. Weiterhin wurden die Grundlagen der Materialermüdung und deren Einflussfaktoren behandelt. Aufgrund der konstruktiven Diskrepanz zwischen den echten Messarmen und dem Ersatzmodell wurde im nächsten Schritt die FEM-Simulation angewendet und die nötigen Kenntnisse erläutert. Im Zusammenhang wurde das Originalmodell des Koppelkraftaufnehmers beschrieben. Daraufhin wurde auf die Anforderungen an die Fähigkeiten des Aufnehmers und dessen technischen Spezifikationen eingegangen, die auf einer gesetzlichen Richtlinie basieren. Im Zuge der Durchführung wurde der Koppelkraftaufnehmer Studien zur FE-Netzuntersuchung und Genauigkeit der Ergebnisse anhand drei konstruierten Varianten des Koppelkraftaufnehmers unterzogen. Im Kontext der Auswertung stellte sich die dritte Variante des Aufnehmers als geeigneteste Variante heraus, denn diese Variante erlangte die höchste Lebensdauer und größte Dehnung in der Messtelle. Desweiteren wurde ein Pareto-Optimum zwischen der Ergebnisgenauigkeit von FEM-Belastungssimulationen und dessen Rechenaufwand gefunden.

Nachgiebige Mechanismen mit Festkörpergelenken gewinnen aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften, wie beispielsweise Reproduzierbarkeit, Spielfreiheit und Wartungsfreiheit, zunehmend an Bedeutung. Ihre Verformung wird maßgeblich durch Biegung bestimmt, weshalb sie analytisch auf Basis der Euler-Bernoulli-Balkentheorie modelliert werden können. Die analytische Betrachtung wird aufgrund ihres komplexen mathematischen Modells durch geometrische Nichtlinearität primär in der Analyse nachgiebiger Mechanismen und seltener in der Synthese eingesetzten. Derzeitige Syntheseansätze beschreiben das Bewegungsverhalten nur näherungsweise und benötigen zum Beispiel aufgrund aufwändiger Topologieoptimierungen einen erhöhten Rechenaufwand, was eine einfache und schnelle Synthese erschwert. In dieser Masterarbeit wird mit Hilfe nichtlinearer Rechenmethoden großer Verformungen stabförmiger Strukturen eine Synthesemethode entwickelt und in Matlab und Python umgesetzt. Die Synthese wird auf die Position der Festkörpergelenke entlang einer vorgegebenen Stabachse beschränkt. Zur Überprüfung der Synthesemethode werden zunächst Variantenstudien für mögliche Gelenkpositionen dreier Mechanismen durchgeführt und deren Optimum im betrachteten Parameterbereich ermittelt. Anschließend wird eine Synthesemethode auf Basis nichtlinearer Optimierungsverfahren entwickelt. Die Gelenkpositionen der zuvor betrachteten Beispiele werden synthetisiert und mit den Ergebnissen der Variantenstudien verglichen, um die Synthesemethode zu verifizieren. Darauf aufbauend wird ein eigenständiges Python-basiertes PC-Programm zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen umgesetzt welches durch eine grafische Benutzeroberfläche die Option bietet, nachgiebige Mechanismen, mit unterschiedlichen Randbedingungen, intuitiv aufzubauen und die Position der Festkörpergelenke zu optimieren. In der Benutzeroberfläche sind fünf verschiedene Gelenkkonturen zur Auswahl implementiert. Die gestalteten Mechanismen können schließlich mit richtungstreuen Kräften belastet werden um das Verformungsverhalten, sowie weitere wichtige elasto-kinematische Parameter zu analysieren. Anschließend kann die Position der einzelnen Festkörpergelenke synthetisiert und die optimale Lösung dargestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit und die intuitive Anwendbarkeit der grafischen Benutzeroberfläche vereinfachen die Synthese nachgiebiger Mechanismen und leisten so einen Beitrag zur schnelleren Erstellung nachgiebiger Mechanismen.

Thermosensitive Elastomere (TSE) sind Verbundwerkstoffe, deren Materialeigenschaften durch Temperaturveränderung gezielt beeinflusst werden können. Das in dieser Bachelorarbeit verwendete TSE-Material besteht aus einer nachgiebigen Silikon-Matrix als Basis, in der thermoplastische Polycaprolacton-Partikel (PCL) eingebettet sind. Der Gegenstand dieser Arbeit sind weiterführende Untersuchungen der mechanischen Materialeigenschaften von TSE-Proben mit verschiedenen PCL-Konzentrationen. Kernpunkt sind die Messung des Einflusses der Temperatur auf das Zug-Druck-Verhalten und die Schwingungseigenschaften sowie die Nutzbarkeit des materialspezifischen Shape-Memory-Effektes (SME). Die Versuche bestätigen das temperaturabhängige Materialverhalten im Bereich des Schmelzpunktes von PCL zwischen 58 ˚C - 60 ˚C. In diesem Temperaturbereich wurde eine Reduzierung des Spannungs-Dehnungs-Verlaufs um bis zu 50 % sowie eine Veränderung von Dämpfung und Resonanz festgestellt, was auf das Schmelzen der PCL-Partikel zurückgeführt werden kann. Der SME ermöglicht formvariable plastische Verformung des TSE Materials (z.B. Längenänderung, Krümmung, Formeinprägung) durch temporäres Erhitzen der Proben. Der Effekt ist reversibel, wiederholbar und bietet großes Anwendungspotential, welches in einem ersten Greifer-Demonstrator angedeutet wird.

Nachgiebige Mechanismen mit Festkörpergelenken besitzen ein großes Anwendungspotenzial in der Präzisionstechnik aufgrund ihrer Vorteile gegenüber konventionellen Gelenken. In der praktischen Anwendung tritt neben der idealen reinen Biegebeanspruchung oftmals noch eine ungewollte Torsionsbeanspruchung auf. Dennoch wird die kombinierte Biege- und Torsionssteifigkeit von prismatischen Kerbgelenken in der Literatur selten betrachtet. Zudem ist die exakte analytische Berechnung der Torsionssteifigkeit anspruchsvoll. Diese Masterarbeit konzentriert sich auf die Untersuchung und Minimierung des Biege-Torsions-Steifigkeitsverhältnisses von Festkörpergelenken basierend auf FEM-Simulationen. Die Festkörpergelenke werden mit unterschiedlichen geometrischen Parametern und Kerbkonturen modelliert, insbesondere mit Polynomkonturen unterschiedlicher Ordnung. Es wird eine umfassende Parameterstudie mittels einer quasistatischen nichtlinearen 3D-FEM Simulation mit ANSYS Workbench durchgeführt. Die Minimierung des Biege-Torsions-Steifigkeitsverhältnisses basiert auf einer vollständigen Variantenstudie durch Variation der geometrischen Parameter und Konturen. Die FEM-Ergebnisse zeigen, dass die Gelenkbreite den größten Einfluss auf das Steifigkeitsverhältnis hat. Außerdem nimmt das Verhältnis mit zunehmender Gelenklänge und minimaler Höhe leicht zu. Zudem kann die Gelenkkontur gut zur Minimierung des Verhältnisses genutzt wurden. Unter allen Konturen hat die Polynomkontur 2. Ordnung in den meisten Fällen das kleinste Verhältnis, besonders für dünne Gelenke. Andererseits muss die Ordnung erhöht werden, um das kleinste Verhältnis für dicke Gelenke zu realisieren. Weiterhin wird in der Arbeit eine analytische Berechnung der Biege- und Torsionssteifigkeit mittels MATLAB durchgeführt. Der Vergleich zwischen den FEM- und den analytischen Ergebnisse zeigt, dass die Berechnung der Biegesteifigkeit sehr exakt möglich ist. Die analytisch berechnete Torsionssteifigkeit von Kerbgelenken hat jedoch große Abweichungen. Deswegen werden zwei generelle Korrekturgleichungen mit 4 bzw. 14 konturspezifischen Faktoren bestimmt, um die Genauigkeit der analytischen Berechnung der Torsionssteifigkeit zu verbessern. Somit kann die relative Gesamtabweichung zu den FEM-Ergebnissen mit unter 15.81 % signifikant reduziert werden.

Zur Kontrolle und Minderung niederfrequenter Turmbiegeschwingungen von Windenergieanlagen werden u.a. gedämpfte passive Tilger eingesetzt, deren Dämpfungselement durch einen trockenen Reibdämpfer realisiert ist. Im Rahmen der im Hause Wölfel Engineering GmbH + Co. KG angefertigten Bachelorarbeit, wird das Reibverhalten der im Tilger verwendeten Reibpaarung experimentell untersucht sowie ein zur Nachbildung des Reibverhaltens geeignetes Reibmodell ausgewählt. Anschließend werden drei verschiedene Reibmodelle, das ausgewählte Reibmodell sowie das Coulomb-Modell und das lineare Dämpfermodell, zur Beschreibung des Reibverhaltens eingesetzt und das Schwingungsverhalten des gedämpften passiven Tilgers in Simulink simuliert. So kann eingeschätzt werden, in welchem Umfang sich auch einfache Reibmodelle zur Nachbildung trockener Festkörperreibung eignen, wenn weniger das Reibverhalten selbst, als das daraus resultierende Schwingungsverhalten des Tilgers interessiert.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und dynamischen Simulation eines mobilen Roboters, der auf einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Elementen basiert. Die Bewegung des Roboters wird durch das Verfahren von Antriebseinheiten entlang der gekrümmten Elemente induziert. Die Modellbildung erfolgt als Mehrkörpersystem mittels des Programms alaska/ModellerStudio. Die Arbeit umfasst unter anderem Methoden der Kontaktmechanik und Regelungstechnik. Es werden sechs Modelle entwickelt, die sich in der Modellierung der Spannelemente und der Führung der Antriebseinheiten unterscheiden. Dynamische Simulationen zeigen, dass die Modelle in der Lage sind, sowohl einachsiges Rollen als auch Kippsequenzen auf ebenem, nicht geneigtem Untergrund auszuführen.

Verschiedene Säugetiere, so auch Ratten, verfügen an ihren Pfoten über Tasthaare, die sog. karpalen Vibrissen. Untersuchungen der Fortbewegung von Ratten haben gezeigt, dass der Kontakt zwischen den karpalen Vibrissen und dem Untergrund Einuss auf das Fortbewegungsverhalten der Tiere hat. Karpale Vibrissen bestehen aus einem Haarschaft und einem Follikel. Der Haarschaft ist lang, schlank, elastisch und im Follikel gelagert, in dem sich die Mechanorezeptoren benden. Ausgehend von Vorarbeiten der Fachgebiete Biomechatronik und Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau sowie der Section of Mechanical Engineering, Ponticial Catholic University of Peru, wurde ein mechanisches Modell einer karpalen Vibrisse erstellt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die im Follikel wirkenden Kräfte und Momente während der Fortbewegung einer Ratte zu bestimmen. Aus den ermittelten Signalen sollen Rückschlüsse auf die Beschaenheit des Kontaktes zwischen Haarschaft und Oberäche gezogen werden. Hierzu wurde die in einer Vorarbeit ermittelte Bewegungsbahn einer Rattenpfote mit dem in dieser Arbeit erstellten mechanischen Modell kombiniert. Die daraus entstandene invers dynamische Analyse wurde im Mehrkörpersimulationsprogramm ALASKA durchgeführt. Da nicht alle Eigenschaften und Parameter des biologischen Vorbilds bekannt sind, wurden z.B. der Reibkoezient, die Lagerungseigenschaften oder die Materialeigenschaften des Haarschaftes variiert. Als Ergebnis der durchgeführten Parameterstudien konnten verschiedene Einüsse bestätigt werden. Hierbei zeigen sich u. a. Eekte wie eine Änderung der Signalstärke sowie Änderungen in der Kontaktzeit.

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Ratten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbeschaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespannter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibrissen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen sich gleichzeitig in Kontakt mit dem Objekt befinden. Basierend auf dieser Einteilung werden verschiedene Gleichungen zur Ermittlung der Fußpunktpositionen aller Vibrissen hergeleitet. Das mechanische Modell dient als Grundlage für die Durchführung von Parameterstudien, in denen der Einfluss der Lager- bzw. Kopplungselastizität sowie des Objektabstandes auf die Lagerreaktionen der einzelnen Vibrissen untersucht wird. Dabei zeigt sich u. a., dass, im Gegensatz zum Objektabstand, eine Lagerelastizität in Abtastrichtung keinen Einfluss auf die Maximalwerte der Lagerreaktionen hat. Im Falle zweier gekoppelter Vibrissen können bestimmte Events, wie das Ablösen einer Vibrisse vom Objekt, in den Lagerreaktionen der jeweils anderen Vibrisse detektiert werden.

Diese Masterthesis behandelt die Untersuchung eines neuartigen Kettenfahrzeug-Laufwerks. Im Gegensatz zu konventionellen Kettenfahrzeug-Laufwerken, besitzt das hier betrachtete Laufwerk zwei Kettenmodule mit je zwei Antriebsrädern. In dieser Arbeit soll das Schwingungsverhalten sowie die Drehmomentverteilung untersucht werden. Die Untersuchung des Laufwerks erfolgt mittels Lagrange-Formalismus sowie der MKS-Software NX SimCenter 3D. Zunächst wird der Stand der Forschung in Bezug auf Kettenfahrzeug-Laufwerke und deren analytische Beschreibung mittels Lagrange näher erläutert. Im Anschluss daran werden wichtige Parameter des Kettenfahrzeuglaufwerks aufgenommen. Es wird die analytische Modellbildung mittels Lagrange-Formalismus folgen. Hierbei wird das Kettenfahrzeug-Laufwerk als Einmassenschwinger mit einem Massenträgheitsmoment beschrieben. Dieser wird hinsichtlich der Hub- sowie der Nickbewegung untersucht. Die Feder- und Dämpferelemente des vorderen Moduls werden zu jeweils einem Federdämpferbein zusammengefasst. Für das hintere Modul wird dies analog ausgeführt. Es werden jeweils das vordere und das hintere Federdämpferbein mittels Sinusfunktionen angeregt, um Unebenheiten des Untergrunds zu simulieren. Für die Modellbildung in NX SimCenter 3D werden sämtliche Bauteile des Laufwerks als Volumenkörper dargestellt. Diese werden mittels Drehgelenken, Schubgelenken und Federdämpferelementen gekoppelt. Die Ketten der jeweiligen Module werden mittels des Tools Discrete-Drivetrain modelliert. Die Federungs- sowie Dämpfungseffekte der Kette werden mittels des Befehls Buchse dargestellt. Für die Schwingungsanalyse wird das Laufwerkmodell mittels konstanten Geschwindigkeiten im Aufbau, den Laufrollen und den Antriebsrädern bewegt. Für die Drehmomentanalyse wird das vordere Antriebsrad mit einem linear ansteigenden Drehmoment angetrieben. Für die Parameterstudie für die Feder- sowie Dämpferparameter wird das analytische Modell verwendet. Hierbei werden die kritischen Geschwindigkeiten untersucht. Zudem wird der Amplitudenverlauf näher betrachtet. Für die Untersuchung der geometrischen Abmessungen wird die statische Vorspannung der Kette beleuchtet. Hierfür wird das Modell in NX SimCenter 3D verwendet. Es wird der Amplitudenverlauf der Nick- sowie der Hubbewegung analysiert. Im Anschluss wird die Geschwindigkeit des Laufwerks und die Geschwindigkeit des Antriebsrads in Bezug auf das aufgebrachte Drehmoment untersucht. Hierbei wird das Drehmoment untersucht, welches benötigt wird, um die Massenträgheit des Laufwerks zu überwinden und zu beschleunigen. Anhand der Ergebnisse der Parameterstudien werden die geforderten Feder- sowie Dämpferparameter für das Laufwerk abgeleitet. Weiterhin wird mittels der Drehmomentanalyse der Drehmomentbedarf des Laufwerks berechnet. Abschließend werden Forderungen für das Laufwerk und dessen Antrieb aufgestellt.

Die Sensorisierung von nachgiebigen Mechanismen mit dem Ziel der Kraftüberwachung ist für viele Anwendungsbereiche wie bspw. die Medizin- und Robotertechnik interessant. Dabei erfüllt der nachgiebige Mechanismus neben seiner Hauptfunktion auch die Funktion der Kraftübertragung an die integrierte Sensorik. Eine Möglichkeit zur Erkennung der auf einen nachgiebigen Mechanismus wirkenden Kräfte stellt die Verwendung von berührungslosen Magnetfeldsensoren dar. In dieser Arbeit wird das Verformungsverhalten eines nachgiebigen Mechanismus am Beispiel einer Kunststoffmatratzenfeder analytisch mit Hilfe der Theorie großer Verformungen stabförmiger Strukturen beschrieben. Die Berechnungen werden numerisch in MATLAB durchgeführt woraufhin Ergebnisse für die Verschiebungen wichtiger Punkte ausgewertet werden. Die analytische Betrachtung erfolgt zunächst an einem kontinuierlichen, ebenen Modell der Matratzenfeder. Zudem wird das Modell um Verzweigungen erweitert um die Genauigkeit zu erhöhen. Anschließend werden die analytischen Betrachtungen auf Basis von nichtlinearen FEM-Simulationen validiert. Weiterhin werden analytische Berechnungen zur Magnetfeldverteilung von in die Matratzenfeder integrierten Dauermagneten mit Hilfe der Maxwell-Gleichungen durchgeführt und im Anschluss mit FEM-Simulationen in ANSYS Maxwell validiert. Abschließend werden Aussagen über benötigte Parameter von Magneten und Sensoren zur Ermittlung der wirkenden Kräfte getroffen sowie Sensorkennlinien für verschiedene Messachsen ermittelt.

Ziel der Arbeit war die Entwicklung einer Sensorspitze auf Basis leitfähiger Silikone für einen stabförmigen Aktuator. Hierfür wurden verschiedene Prinzipien für eine Anordnung an der Spitze sowie für den Schaft entworfen und diese miteinander verglichen. Die bestbewertete Lösung wurde weiter mittels der FEM untersucht. An einem vereinfachten FE-Modell wurde der Einfluss geometrischer Größen auf den zu ermittelnden Kraftantrittswinkel untersucht. Gleiche Sensor-Ausgangsgrößen sind für einen Kraftangriffswinkel im Bereich von -62.5˚ bis +62,5˚ zu erwarten. Für die Herstellung der einzelnen Sensorik-Bauteile wurden Formwerkzeuge konzipiert. Für die Untersuchung der später herzustellenden Funktionsmuster wurde ein Vorschlag für einen möglichen Versuchsaufbau erbracht.

Diese Arbeit befasst sich mit der Sensorintegration und der Feststellung der Eignung eines IMU Sensors für die automatisierte Steuerung eines rollenden mobilen Roboters auf Basis einer Tensegrity Struktur. Um die Eignung festzustellen, werden dabei folgende Aufgabenbereiche bearbeitet: - Entwurf, Aufbau und Inbetriebnahme einer neuen Elektronik für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Baugruppen am Roboter. - Entwurf und Implementierung einer automatisierten Steuerung für modellbasierte Ansätze. - Test und Validierung der Sensordaten für die Steuerung. Für die Sensorintegration wird der Boschsensor BNO055 verwendet, welcher über einen Sensor-Fusion Algorithmus die räumliche Orientierung in Form von Euler-Winkel oder Quaternionen bestimmt. Der Schwerpunkt in diesem Kontext bildet der Entwurf der Baugruppenkommunikation und eine Regelung. Der in dieser Arbeit präsentierte Lösungsansätz für die Kommunikation zwischen Motorsteuerung, Sensor und Funkmodul verwendet als zentrales Element den Mikrocontroller XMC1302 sowie eine Verschaltung mehrerer Logik-Gatter. Für die modellbasierte automatisierte Steuerung wird zudem auf dem Mikrocontroller ein PID-Regler implementiert, welcher mit Hilfe der Sensordaten den Auslenkwinkel der Aktoreinheit regelt. In verschiedenen Testszenarien konnte schließlich die Eignung des Boschsensors festgestellt werden. Mit dieser Lösung ist einen Regelung der Antriebseinheit mit einer maximalen Abweichung von 0,7˚ des Auslenkwinkels realisierbar.

In den letzten Jahren haben sich mobile Roboter aus einem Nischenbereich der Forschung herausentwickelt und sind heutzutage ein Massenprodukt, welches selbst in private Haushalte Einzug gehalten hat. Besonders leistungsfähigere Steuerungen und Energiespeicher führten zu enormen Fortschritten in der mobilen Robotik, vergleichbar mit der Performancesteigerung des Kraftfahrzeugs. Automobile wurden nicht nur durch gestiegene Motorleistungen sondern vor allem mit Hilfe der Fahrwerksentwicklung zu sportlicheren und sichereren Fahrzeugen sowohl für den Individualverkehr als auch im Transportwesen. Ziel dieser Arbeit ist die Kombination der mobilen Robotik mit der Dynamik moderner Kraftfahrzeuge. Aus diesem Grund wird ein Antriebsmodul für mobile Roboter entwickelt, welches die Anforderungen der omnidirektionalen Bewegungsmöglichkeit in ein gesteigertes querdynamisches Fahrverhalten integriert. Es werden verschiedene Varianten eines Modul Achsgetriebes aufgezeigt und nach Abwägung der Vor- und Nachteile eines davon konstruiert. In den Radaufhängungen wird sowohl eine Einstellbarkeit von Radstellungsgrößen realisiert als auch die Anbindung und Federung an ein Roboterchassis geschaffen. Für kritische Stellen der Belastung werden Festigkeitsrechnungen nachgewiesen und für die tragende Achse eine einfache Simulation der Belastung durchgeführt. Ebenfalls wird der Antrieb ausgelegt und alle Komponenten nach ihrer Verfügbarkeit und Kosten gewählt. Die Konstruktion wird in einem realen Model eines Antriebsmoduls umgesetzt, welches die Funktion verdeutlichen soll, jedoch nicht als Teil eines Prototyps eingesetzt werden kann. Abschließend wird ein Vorschlag zum Komplettaufbau eines Roboterprototyps unterbreitet.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind sogenannte "intelligente Materialien", deren mechanische und magnetische Eigenschaften durch äußeres Magnetfeld beeinflusst werden können. Infolgedessen kann dieses Material an die Aktoren und Sensoren mit einstellbarer Sensitivität eingesetzt werden. In dieser Masterarbeit wird die Möglichkeit der sensorischen Anwendung von MSE untersucht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Prototyp eines Beschleunigungssensors mit magnetisch einstellbarer Sensitivität für die Messung externer mechanischer Erregung zu entwickeln. Die Steifigkeitsänderung von MSE wird durch ein externes Magnetfeld von der Helmholtz-Spule erreicht. Während der Biegeschwingungen von MSE-Körper wird die Magnetfeldänderung mit Hallsensoren detektiert. Der Einfluss von Magnetfeld auf das Schwingungsverhalten von MSE wird untersucht. Darüber hinaus wird auch die Beziehung zwischen der Schwingung des MSEs und den von ihr verursachten Magnetfeldänderungen untersucht.

Technische Systeme sind meist in kontrollierten Umgebungsbedingungen im Einsatz. Sollte sich ein solches System jedoch in freier Natur befinden, so ist es den Naturgewalten schutzlos ausgesetzt. Regen, Schnee und Wind sind dabei nur geringe Belastungen im Vergleich zu Erdbeben oder Fluten. Um auch unter Extrembedingungen eine Energieversorgung zu gewährleisten ist es für elektrische Generatoren relevant diese Lasten zu berücksichtigen. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine Validierung der Ölversorgung eines Generators im Phasenschieberbetrieb für die am Aufstellungsort geltenden Umgebungsbedingungen durchzuführen. Dabei werden die aus den Umgebungsbedingungen resultierenden Belastungen auf die Baugruppen zusammengetragen und nach entsprechenden Regelwerken in berechenbare Größen überführt. Diese Lasten werden dann zu Lastkombinationen zusammengefasst und auf die Baugruppen angewendet. Um die Auswirkungen zu ermitteln werden verschiedene Rechenmethoden verwendet. Die dominierende Methodik ist eine Auswertung der Spannungen mittels Finite Elemente Methoden in einer rechnergestützten Anwendung. Das Ergebnis der Betrachtungen ist, dass die Konstruktion den Umgebungsbedingungen in allen Lastkombinationen standhält. Da die Berechnung einen rein theoretischen Hintergrund mit konservativen Annahmen besitzt, kann mit einer Abweichung der real auftretenden Spannungen und Verformungen gerechnet werden. Diese Differenzen werden mit ausreichend großen Reserven, sowie Sicherheitsfaktoren in der Ausnutzung berücksichtigt.

Magnetorheologische Fluide sind Suspensionen aus einem Öl und mikrometergroßen magnetischen Partikeln. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern ändern sie unter anderem ihre rheologischen Eigenschaften. Die folgende Arbeit befasst sich mit Aktoren, die mithilfe solcher Flüssigkeiten, Schwingungen in gleichgerichtete Bewegungen umwandeln, sowie mit der Entwicklung eines Systems zur Umwandlung von Schwingungen in eine Linearbewegung. Zunächst wird eine Einführung in den Stand der Technik gegeben. Anschließend werden die bestehenden MR-Antriebe beschrieben und die Vor- und Nachteile erläutert. Es folgt eine Einführung in die Grundlagen des magnetischen Feldes und die Einflüsse auf das magnetorheologische Material. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Entwicklungsschritte und Berechnungen vorgestellt, die zu einem Entwurf und zu einem Prototyp geführt haben. Weiterhin erfolgt eine Beschreibung des ersten Funktionstests und die Veröffentlichung der Testergebnisse.

Einer der am häufigsten verwendeten Mechanismen in Geräten und Maschinen ist die Viergelenkkette. Dieses Getriebe hat viele Verwendungsmöglichkeiten: Verriegelungszangen, Hebebühnen, Frontlader, Aufhängung von Fahrrädern usw. Alle diese Beispiele sind Starrkörpersysteme, jedoch gibt es heutzutage auch nachgiebige Mechanismen, die Festkörpergelenke statt der konventionellen Kopplungen (Stifte, Gleitgelenke, Schubgelenke usw.) verwenden. Diese nachgiebigen Mechanismen werden aufgrund ihres reproduzierbaren Bewegungsverhaltens meistens in der Präzisionstechnik eingesetzt. Sie erlauben nur kleine Verschiebungen, sind aber sehr genau. Außerdem bieten nachgiebige Mechanismen viele weitere Vorteile. Aus diesem Grund wird in dieser Masterarbeit die Entwicklung einer neuen Synthesemethode vorgestellt, um ausgehend von einem viergliedrigen Starrkörpermechanismus mit gegebenen Gliedlängen einen nachgiebigen Mechanismus mit vier blattfederartigen Festkörpergelenken mit variabler Gelenklänge zu erzeugen. Diese Methode basiert auf der linearen Theorie nach Castigliano, wobei auch die Maximalspannung berücksichtigt wird. Es wird ein Algorithmus entwickelt und die numerische Implementierung erfolgt in MATLAB mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI). Zu Beginn werden grundlegende Definitionen und der Ausgangszustand von Entwicklungen, die für diese Arbeit hilfreich sein können, vorgestellt. Daraufhin wird die Entwicklung der theoretischen Grundlage der Synthese basierend auf der linearen Theorie erläutert. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen untersuchten Fälle mit ihren jeweiligen Gleichungen dargestellt. Abschließend wird ein Vergleich zwischen der entwickelten Synthesemethode basierend auf der linearen Theorie und einem existierenden nichtlinearen Analyseansatz vorgestellt, um eine Verifikation für Beispielvarianten zu erhalten. Der Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen beträgt weniger als 0,5 %, wenn sich beide Modelle im Bereich kleiner Verformungen befinden. Daher kann das Modell in der Präzisionstechnik verwendet werden. Für zukünftige Forschungen kann der Algorithmus verbessert werden, um mehr Mechanismenmodelle zu entwickeln. Außerdem kann das Verfahren zum Lösen des Gleichungssystems verbessert werden, da die durchschnittliche Berechnungszeit einer Simulation im Bereich mehrerer Minuten liegt und damit vergleichsweise lang ist.

Die Entwicklung von Robotersystemen, wie zum Beispiel Greifer und mobile Bewegungssysteme, auf Basis von Tensegritystrukturen an der Technischen Universität Ilmenau ermöglichen neue Lösungsansätze für Leichtbau und Nachgiebigkeit. Der aktuelle Entwicklungsstand sind aktuierte Strukturen ohne sensorische Rückmeldung. Um diese Systeme funktional zu erweitern, ist die Integration geeigneter Sensorik, welche die speziellen Eigenschaften von Tensegrity berücksichtigt, notwendig. Ziel dieser Weiterentwicklung ist die Steigerung von Autonomie, Zuverlässigkeit und Funktionalität. Auf Basis einer Zusammenfassung von Eigenschaften und Definitionen werden allgemeine mathematische, mechanische und geometrische Betrachtungen durchgeführt. Mittels analytischer Betrachtung der gegebenen Strukturkonfiguration, kann die Anzahl und Art unabhängiger Messgrößen bestimmt werden, welche zur Messung der Form dieser Struktur notwendig sind. Es wird ein Überblick geeigneter Sensorlösungen zur Längen- und Winkelmessung gegeben und mögliche Konzepte zur Integration gegeben. An Hand zweier existierender Prototypen werden die allgemeinen Sensorikansätze beispielhaft angewandt.

Nachgiebige Mechanismen mit Festkörpergelenken besitzen aufgrund ihrer Vorteile gegenüber Mechanismen mit konventionellen Gelenken einen hohen Stellenwert für Präzisionsanwendungen. Aufgrund des komplexen Bewegungsverhaltens und der geometrisch-nichtlinearen Verformungen ist jedoch oft ein iterativer Syntheseprozess notwendig, der z. B. den Einsatz von zeitaufwändigen 3D-FEM-Simulationen erfordert. In dieser Masterarbeit wird das mechanisch-kinematische Verhalten ebener und räumlicher nachgiebiger Mechanismen mit optimierten polynomförmigen Festkörpergelenken mittels analytischer Berechnungsmethoden modelliert und untersucht. Die Mechanismen werden mit Hilfe der nichtlinearen Theorie großer Verformungen als biege- sowie torsionsbeanspruchte stabförmige Strukturen beschrieben. Die Berechnungsmodelle werden mit MATLAB erzeugt und numerisch gelöst. Eine Verifizierung des Verformungs- und Bewegungsverhaltens erfolgt durch quasi-statische geometrisch nichtlineare 3D-FEM-Simulationen mit ANSYS. Zur Analyse des Parametereinflusses auf das Verformungsverhalten in der Ebene werden ein Parallelkurbel- und ein Geradführungsmechanismus nach Roberts untersucht. Ein bestehendes Berechnungsmodell wird dabei durch eine Verzweigung der Stabstruktur erweitert. Zudem werden räumliche Verformungen anhand verschiedener Beispiele, einem stabförmigen Mechanismus, einem Roberts-Mechanismus und einer sphärischen Kurbelschwinge, untersucht. Die auf dem gewählten nichtlinearen Modellierungsansatz basierenden Ergebnisse zeigen für ebene Verformungen eine sehr gute Übereinstimmung zur FEM. Somit wird ein besseres Verständnis des Einflusses geometrischer und anderer Parameter auf die Verformungs-, Bewegungs- und Beanspruchungseigenschaften beliebiger nachgiebiger Mechanismen ermöglicht. Weiterhin werden in der Arbeit Ansätze zur gezielten Verbesserung des Bewegungsverhaltens aufgezeigt. Die Analyse einzelner Festkörpergelenkkonturen innerhalb der monolithischen Strukturen bietet darüber hinaus erstmals ein besseres Verständnis des Gesamtverhaltens. Die erstellten Berechnungsmodelle erlauben bei sehr guter Ergebnisgenauigkeit einen einfachen und umfassenden Analyseprozess und bieten somit eine geeignete Möglichkeit zur effizienten konturabhängigen Synthese ebener nachgiebiger Mechanismen. Ferner ist der Modellierungsansatz für räumliche nachgiebige Mechanismen prinzipiell geeignet.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind "intelligente Werkstoffe", deren mechanische Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes verändert werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss eines Magnetfeldes, welches mithilfe von zwei Dauermagneten hergestellt wird, auf erzwungene Biegeschwingungen von MSE experimentell untersucht. Hierbei wird besonders auf die Änderung der ersten Eigenfrequenz sowie auf die Verstärkung der Erregeramplitude geachtet. Außerdem wird eine Eigenschaft, nämlich die Nichtlinearität, welche bei Schwingungen von MSE auftritt, genauer untersucht. Hierfür werden Messungen mit unterschiedlichen Schwingungskörpern, welche mithilfe der Finite-Element-Methode ausgewählt wurden, und verschiedenen Magnetfeldstärken durchgeführt. Diese Messungen werden nachbereitet und in Form von Vergrößerungsdiagrammen visualisiert. Als letztes werden diese Vergrößerungsdiagramme miteinander verglichen. Für die Untersuchung der Nichtlinearität wird zusätzlich die Erregeramplitude variiert. Folgende Erkenntnisse konnten festgestellt werden: -Mithilfe eines Magnetfeldes können die mechanischen Eigenschaften von MSE verändert werden. -Schwingungskörper aus MSE weisen eine Nichtlinearität auf. -Die Erregungsamplitude hat einen Einfluss auf die Vergrößerungsfunktion von MSE. Dank diesen Eigenschaften eignen sich MSE für sensorische und aktorische Anwendungen.

In der Fahrzeugentwicklung spielt Leichtbau eine immer größere Rolle. Punktförmigen Verbindungselementen kommt dabei aufgrund ihrer hohen Anzahl in Fahrzeugkarosserien eine besondere Bedeutung zu. In der virtuellen Lebensdaueranalyse bleibt das Steifigkeitsverhalten von Punktschweißverbindungen bislang jedoch unberücksichtigt. Es liegt eine prototypische Methode zur Simulation der Steifigkeitsdegradation vor, die jedoch unvollständig und lediglich an Einelementproben und einfachen bauteilähnlichen Proben verifiziert ist. Um die Funktionalität der betrachteten Methode zu komplettieren, ist die Berücksichtigung verschiedener Beanspruchungszustände erforderlich. Es werden Versuche und Simulationen ausgewertet, um den Einfluss des Beanspruchungszustandes auf das Steifigkeitsverhalten von Schweißpunkten zu ermitteln. Anschließend werden durch eine Parameterstudie Varianten zur Umsetzung der gewonnenen Zusammenhänge ermittelt und beurteilt, um schließlich die erweiterte Funktionalität zu implementieren. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu überprüfen, erfolgt die Durchführung eines Lebensdauerversuchs an einem Karosserie-Ausschnitt und ein Abgleich der Ergebnisse. Hierzu wird zunächst eine Fahrzeugkarosserie untersucht, um Ausschnitte zu finden, die als Probengeometrie geeignet sind. Verschiedene potentielle Bereiche werden anhand von Simulationen bewertet. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt die Auswahl eines Karosserie-Ausschnitts, die Festlegung der Prüfbedingungen und Auswertemethoden sowie die Durchführung des Versuchs. Als Resultat liegt eine um die Berücksichtigung der relevanten Beanspruchungszustände erweiterte Methode zur Beschreibung des Steifigkeitsverhaltens von Punktschweißverbindungen vor. Ein Abgleich von im Lebensdauerversuch gemessenen und mit der Methode berechneten Resultaten zeigt die Funktionsfähigkeit der Methode. Hierbei werden lokale Dehnungsverläufe, Probensteifigkeiten sowie Rissentstehung und -fortschritt verglichen. Die Methode kann damit zukünftig auch für Simulationen von Gesamtfahrzeugen eingesetzt werden.

Die Bildqualität eines Spiegels hängt von der Verformung seiner Oberfläche (Passe) ab. Eine Herausforderung ist die Deformation durch das Eigengewicht des Spiegels, bei variierender Erdbeschleunigung. Die Verformung der Spiegeloberfläche wird in der Optik in Deformationsklassen aufgetrennt. Eine an drei Punkten gleichverteilte Fassung eines Spiegels bildet die spezielle Deformation Dreiwelligkeit aus. Die vorliegende Masterarbeit ist eine Konzeptstudie zur Korrektur der Dreiwelligkeit eines Spiegels, bei einer Variation der Erdbeschleunigung. Dazu werden Prinzipe zur Lagerung des Spiegels und gezielter Deformation seiner Oberfläche entwickelt. Es werden zwei Methoden, G und K, ausgearbeitet. Die Methode G eliminiert die Dreiwelligkeit, die Methode K korrigiert sie. Eine Topologieoptimierung der beiden Spiegel erfüllt die statischen und dynamischen Anforderungen. Es folgen Untersuchungen der Lastfälle mit Hilfe der Finite Elemente Methode. Abgeschlossen wird die Arbeit mit einer Auswertung der verbleibenden Dreiwelligkeit. Dabei konnte festgestellt werden, dass beide Methoden das Ziel einer Minimierung dieser Deformation um 70 % übertreffen. Ein Ausblick auf weitere Untersuchungen zu getroffenen Vereinfachungen der Randbedingungen rundet die Arbeit ab.

Die Untersuchung von mobilen Robotern auf Basis von mechanisch nachgiebigen Tensegrity-Strukturen ist ein aktuelles Forschungsthema im Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau. In diesem Zusammenhang wurde in Vorarbeiten ein mobiler Roboter auf Basis einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Drucksegmenten entwickelt, der in der Ebene durch Ausführung von rollenden und kippenden Bewegungssequenzen sich fortbewegen kann. Im Rahmen der Masterarbeit wurden theoretische und experimentelle Grundlagenuntersuchungen an einer modifizierten Variante dieses Roboters durchgeführt. Dabei stand im Vordergrund, ob durch Anwendung einer Tensegrity-Struktur mit drei gekrümmten Drucksegmenten eine Fortbewegung in der Ebene mittels nur rollender Bewegungssequenzen möglich ist.

Die Auslegung und Berechnung von Bauteilen und Baugruppen mittels Finite-Elemente-Software birgt, je nach Größe und Komplexität der zu berechnenden Struktur, einen sehr hohen Zeitaufwand. Neben der Berechnung und der Modellerstellung hat daran auch die Auswertung der Ergebnisse einen beträchtlichen Anteil. Insbesondere die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit benötigt dazu mehrere Schritte. Um eine effiziente Prozesskette zu realisieren und deren Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist in Bezug auf die Ergebnisqualität eine verlässliche wie auch zeiteffiziente Auswertemethode notwendig. In dieser Bachelorarbeit werden auf Basis der Analyseergebnisse eines Prozesses des Berechnungsdienstleisters EDAG Engineering GmbH mögliche Ansätze zur Prozess-optimierung ermittelt und diese bezüglich ihrer Umsetzung weiter ausgeführt. Im ersten Teil erfolgt mit der Auswertung durch zusätzliche kommerzielle Software neben speziellen Standardisierungsmaßnahmen und der Skriptprogrammierung eine Darstellung der Möglichkeiten zur Automatisierung des Prozesses. Als gewählter Ansatz zur Beschleunigung der Auswertung wird daraufhin im zweiten Teil die Skriptprogrammierung erarbeitet und in den Prozess implementiert. Anhand eines Tragwerkmodells, das die Anforderungen in Bezug auf die vorhandenen Verbindungselemente und die geometrische Struktur abbildet, erfolgt eine Validierung der erarbeiteten Lösung. Das in der Programmiersprache tcl/tk geschriebene Skript zur automatisierten Schrauben-auswertung mit dem Postprocessopr HyperView ® (Altair Engineering) erspart dem Berechnungsingenieur die manuelle Ermittlung der zur Berechnung der Schraubverbindung notwendigen Ergebnisgrößen. Darüber hinaus können nach den Empfehlungen der Richtlinie VDI 2230 die Sicherheitsfaktoren gegen Fließen, Flächenpressung und Dauerbruch aller Schrauben innerhalb von kurzer Zeit ermittelt werden.

Zu den Hauptfaktoren, die den Dekubitus (Wundliegegeschwür) verursachen, gehört ein lang einwirkender Druck, dessen Wirkung durch Scherkräfte verstärkt wird. Um das Risiko eines Dekubitus zu minimieren, ist es notwendig diese Kräfte rechtzeitig zu detektieren und anschließend zu verringern. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Sensorsystem zur Ermittlung der Normal- und Scherkräfte basierend auf Luftdruckänderung in Kavitäten (Luftkissen) aufzubauen. Zur Übertragung der Kräfte an die Kavitäten dienen spezielle Verformungskörper. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde ein Fertigungsverfahren zur reproduzierbaren Herstellung der Kavitäten entwickelt. Anschließend wurden diese gefertigt und in die Verformungskörper integriert. Das Auslesen und die Darstellung der Sensorsignale erfolgte anhand eines LabVIEW-Programms. Zur Untersuchung der Sensormatte wurde ein Versuchsstand entwickelt und aufgebaut. Abschließend wurden Experimente an der Sensormatte für unterschiedliche Belastungszustände durchgeführt und die dabei auftretenden Sensorsignale ausgewertet.

Festkörpergelenke und nachgiebige Mechanismen erfahren zunehmend Anwendung in Industrie und Forschung, wo sie für ihre hohe Reproduzierbarkeit und Lösungsvielfalt geschätzt werden. Vorteile sind Spiel-, Reibungs- und Wartungsfreiheit sowie kostengünstige Fertigungsmöglichkeiten. Das Bewegungsverhalten wird maßgeblich durch Biegung in den nachgiebigen Strukturabschnitten bestimmt, die vorrangig durch Aussparungen realisiert werden. Die Analyse derartiger Strukturen ist in Abhängigkeit der Gelenkkontur aufgrund von Nichtlinearitäten durch große Verformungen meist ein iterativer Prozess und nicht intuitiv. Bei der anspruchsvollen Synthese dieser Gelenke und Mechanismen müssen Werte für die geometrischen Parameter, welche zu einer gewünschten Bewegung führen, vorwiegend unter Zuhilfenahme zeitaufwendiger Simulationen ermittelt werden. In dieser Masterarbeit werden nichtlineare Berechnungsmethoden großer Verformungen stabförmiger Strukturen in Form eines eigenständigen MATLAB-basierten PC-Programms zur Analyse und Synthese von Festkörpergelenken mit unterschiedlichen Gelenkkonturen umgesetzt. Es wird eine grafische Benutzeroberfläche erstellt, womit einzelne, mit einer Kraft und/oder einem Moment belastete, Festkörpergelenke numerisch oder mittels bestehender Design-Gleichungen analysiert werden können. Zusätzlich kann mit einer erstellten Syntheseoberfläche ausgehend von einem bekannten Bewegungsverhalten eine optimale Gelenkkontur ermittelt werden. Weiterhin werden die Erkenntnisse einzelner Gelenke für die Analyse eines nachgiebigen Mechanismus einer Parallelkurbel genutzt. Auch die nachgiebigen Mechanismen werden mit der nichtlinearen Theorie betrachtet. Es wird gezeigt, wie beliebig orientierte Getriebeglieder und Gelenke modelliert werden können. Wichtige Kenngrößen, wie Führungsabweichung, Koppelverdrehung sowie Maximaldehnung und Dehnungsverlauf, werden innerhalb weniger Sekunden für zwei Parallelkurbelvarianten mit gekrümmten Gelenk- oder Gliedsegmenten berechnet. Die Ergebnisse werden mit nichtlinearen FEM-Berechnungen validiert. Abschließend wird eine Vorgehensweise zur Synthese nachgiebiger Mechanismen unter Nutzung des erstellten PC-Programms vorgeschlagen. Die Ergebnisse der Arbeit dienen der Erleichterung weiterführender Arbeiten zur Analyse und Synthese nachgiebiger Mechanismen mit optimierten Festkörpergelenkkonturen für die Präzisionstechnik.

Statoren von EMaschinen für den KFZEinsatz sind in Form von imprägnierten Blechpaketen (Verbundwerkstoffe) aufgebaut. Die numerische Beschreibung solcher Komponenten zieht unterschiedliche Herausforderungen, die für eine fortlaufende Entwicklung und ein Verständnis des Systemverhaltens gelöst werden müssen, nach sich. Schwerpunkt der Arbeit ist die Untersuchung der dynamischen Eigenschaften, respektive Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften, von imprägnierten und nicht-imprägnierten Blechpaketen. Dazu werden unterschiedliche Materialmodelle und Homogenisierungsmethoden angewandt. Es werden ein nicht-imprägniertes Blechpaket eines Versuchsaufbaus, ein nicht- und ein imprägniertes Statorblechpaket experimentell und numerisch untersucht. Es hat sich gezeigt, dass Blechpakete, unabhängig von der Imprägnierung, nicht mit isotropen Materialmodellen beschrieben werden können. Ein transversal isotropes Material auf Basis von Druckversuchen zeigt im Gegensatz dazu deutlich bessere Ergebnisse. Die Definition von modalen Dämpfungen zeigen in diesem Kontext ebenfalls bessere Ergebnisse als konstante Dämpfungseigenschaften. Die Untersuchung einer weiteren Homogenisierungsmethode (RVE), mit der Materialeigenschaften von sich periodisch wiederholenden Verbundwerkstoffen bestimmt werden können, wird aufgrund sehr guter Ergebnisse als zielführend bewertet. Der abschließende Teil der Arbeit fasst die wichtigsten Erkenntnisse zusammen und es werden Vorschläge für weiterführende Untersuchungen getroffen.

In der vorliegenden Arbeit wird exemplarisch an verschiedenen mechanischen Bewegungssystemen die sogenannte Inversaufgabe der Kinematik und Kinetik gelöst. Betrachtet werden drei Pendelroboter mit Freiheitsgrad n=1 bzw. n=2, wobei die beiden komplexeren Systeme untereinander verglichen werden, ein Feder-Masse-Dämpfer-System mit n=3 und ein System zur aktiven Federung eines Starrkörpermodells mit n=4. Hierbei werden für die jeweiligen Systeme Bewegungen vorgegeben, die Rückwärtstransformation ermöglicht im Anschluss die Bestimmung der nötigen Antriebsgrößen, um die gewünschte Bewegung zu erzeugen. Mit den wieder in die Bewegungsgleichung eingesetzten Antriebsgrößen können die Systeme numerisch simuliert werden. Die Ergebnisse der Simulation werden anschließend mit den Soll-Werten verglichen und auftretende Abweichungen diskutiert. Die numerischen Simulationen wird mit den Programmen Matlab und Maple durchgeführt und die Ergebnisse der beiden Programme miteinander verglichen, um numerische Einflüsse abschätzen zu können. Es zeigte sich, dass ein System mit einem Dreh- und einem Schubgelenk die vorgegebenen Bewegungen besser einhalten konnte als eines mit zwei Drehgelenken. Einer der Pendelroboter hat strukturell die Form eines Doppelpendels, womit sich die Problematik ergibt, dass für fast jeden Bahnpunkt zwei mögliche Gelenkstellungen existieren. Dies führt bei diesem Modell in dieser Arbeit jedoch zu keinen Problemen. Bei drei Systemen werden die Eigenkreisfrequenzen analytisch bzw. numerisch berechnet und auftretende Schwingungen diskutiert. Bei der letzten Aufgabe gibt es bei der Inversen Kinetik die Problematik, dass von den vier vorliegenden Freiheiten nur für zwei direkt eine Soll-Vorgabe formuliert werden kann. Es muss ein Weg gefunden werden, für die anderen eine geeignete Abhängigkeit von den Erregungen zu finden.

In der vorliegenden Arbeit steht die Verwendung eines modal transformierten Finite-Element-Modells zur Erzeugung eines flexiblen Körpers in Mehrkörpersimulationsmodellen im Vordergrund. Dabei ist das Ziel eine Methodik zur Modellreduktion anhand des Modells eines drehzahlvariablen Turbogetriebes zu entwickeln, dessen Freiheitsgrade soweit wie möglich zur vereinfachten Berechnung der dynamischen Fundamentlasten reduziert werden sollen. Aus diesem Grund wird zu Beginn der Arbeit ein Überblick über die gängigen Methoden zur Reduktion von Finite-Element-Modellen gegeben. Dann wird eine vereinfachte Berechnungsmethodik zur Ermittlung dynamischer Fundamentlasten aus statischen Ersatzlasten vorgestellt, auf deren Basis dann die Frage beantwortet wird, inwiefern die einfache Methode durch Aufbau eines Finite-Element-Modells verbessert werden kann. Die Reduktion der Finite-Element-Struktur mit der Methode nach Craig-Bampton zum Erhalt der Eigenschaften unter dynamischer Belastung im Frequenzbereich der Antriebsdrehzahl wurde mit Eigenmoden der an den externen Knoten fixierten Struktur durchgeführt. Anschließend wird der Vergleich der Eigenmoden der Struktur mit denen des ungebundenen, flexiblen Körpers durchgeführt. Dann wird die modale Synthese des flexiblen Körpers im Mehrkörpersystem erläutert und anschließend der Aufbau eines Mehrkörpermodells in zwei Schritten vorgestellt, welches als Ausgangspunkt für eine weitere Modellordnungsreduktion dienen kann. Dabei wurde das Übertragungsverhalten der dynamischen Kräfte über die Lagerstellen der Antriebswelle am Gehäuse zum Fundament als Maß für den Vergleich der Mehrkörpermodelle mit dem ursprünglichen Finite-Element-Modell verwendet. Abschließend werden eine Zusammenfassung der durchgeführten Arbeiten und ein Ausblick gegeben.

Nachgiebige Mechanismen haben im Vergleich zu Starrkörpermechanismen zahlreiche Vorteile und sind für die Anwendung in hochpräzisen nachgiebigen Mechanismen und miniaturisierten Mechanismen von Interesse. Es ist bekannt, dass die Aussparungsgeometrie der Festkörpergelenke einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der nachgiebigen Mechanismen hat, weshalb Untersuchungen zur Konturoptimierung stattfinden. Zusätzlich existieren weitere, meist komplexe, Festkörpergelenktypen, deren Einfluss insbesondere auf die Mechanismuseigenschaften bisher nicht systematisch untersucht wurde. In dieser Masterarbeit wird für zehn verschiedenen Festkörpergelenktypen der Einfluss von drei geometrischen Parametern auf die Verformungs- und Bewegungseigenschaften mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode verglichen: Untersucht werden das Blattfedergelenk, das Viertelkreiskerbgelenk, das Halbkreiskerbgelenk, das Trapezfedergelenk, das symmetrische Kreuzfedergelenk, das asymmetrische Kreuzfedergelenk, das prismatische Kreuzfedergelenk, das Doppelkreuzfedergelenk, das Blattfederkerbgelenk und das Butterflygelenk. Dabei werden die Auslenkkraft bzw. das Auslenkmoment, die Drehachsenverlagerung, die resultierende Maximaldehnung sowie die Eigenfrequenz der Gelenke für einen vorgegebenen Auslenkwinkel bestimmt. Nach der Betrachtung der zehn Gelenktypen als Einzelgelenk werden alle Gelenke in einer nachgiebigen Parallelkurbel mit jeweils vier identischen Festkörpergelenken eingesetzt und für die folgenden Eigenschaften verglichen: Die Auslenkkraft, die Geraden- und Bahnabweichung, die Maximaldehnung sowie die Winkeländerung der Koppel. Als Ergebnis dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zum häufig verwendeten Kerbgelenk drei komplexere Gelenke besonders günstige Eigenschaften im Hinblick auf die Bewegungspräzision aufweisen. Das Doppelkreuzfedergelenk ist im Allgemeinen das genaueste Gelenk, gefolgt vom Butterflygelenk und dem prismatischen Kreuzfedergelenk. Die Schwankung der Drehachsenverlagerung für die Änderung der untersuchten geometrischen Parameter im Variationsbereich ist für das vergleichsweise ungenaue Trapezfedergelenk am geringsten, wodurch das Gelenk robust gegenüber geometrischen Änderungen bzw. Toleranzen ist. Das asymmetrische Kreuzfedergelenk ist als Einzelgelenk am ungenauesten, im Mechanismus der Parallelkurbel hingegen, ist es eines der genauesten Gelenke.

Nachgiebige Mechanismen gewinnen aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile im Hinblick auf Einsatzmöglichkeiten und ihr Bewegungsverhalten gegenüber Starrkörpermechanismen, insbesondere im Bereich der Feinwerk- und Mikrotechnik, vermehrt an Bedeutung. Ein verbreiteter Ansatz zur Synthese ist es dabei, konventionelle Drehgelenke durch Festkörpergelenke, meist in Form von Kerbgelenken, zu ersetzen. Während diese nachgiebigen Einzeldrehgelenke häufig Gegenstand der Forschung sind, werden nachgiebige Mehrfachdrehgelenke bisher kaum betrachtet. Letztere bieten aber ein großes Potenzial, bislang nicht betrachtete, nicht-planare Starrkörpermechanismen in planare nachgiebige Mechanismen zu überführen. In dieser Masterarbeit werden ein nachgiebiges Einzeldrehgelenk sowie ein Mehrfachdrehgelenk, deren Strukturen auf gekrümmten Blattfedern beruhen, systematisch mithilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert und untersucht. Neben der Betrachtung der grundlegenden Eigenschaften dieser Gelenke wird je Gelenk eine Variantenstudie mit ausgewählten geometrischen Parametern durchgeführt. Des Weiteren werden u. a. die betrachteten Gelenke in zwei ausgewählten nachgiebigen Mechanismen angewendet und die resultierenden Mechanismuseigenschaften untersucht. Es wird aufgezeigt, dass sich ähnliche günstige Geometrieparameter für monolithische Einzel- und Mehrfachdrehgelenke ergeben und der Gelenktyp der blattfederartigen Drehgelenke Vorteile im Hinblick auf eine spannungsgünstige Gestaltung gegenüber gewöhnlichen Kerbgelenken zeigt. Ebenso stellt sich heraus, dass die betrachteten Mehrfachdrehgelenke Potenzial für die Anwendung in nachgiebigen Mechanismen bieten und durch sich sie Vorteile gegenüber nicht-planaren Mechanismen ergeben.

Hochpräzise Positioniersysteme haben große Bedeutung für eine Vielzahl von Anwendungen in der Optik, Halbleitertechnik, Messtechnik, Medizintechnik oder Mikrofertigung. Eine mögliche Lösung für den Antrieb dieser Positioniersysteme sind piezoelektrische Schreitantriebe. Sie basieren auf einer Anordnung von piezokeramischen Elementen, die eine Schreitbewegung gegenüber einem Läufer erzeugen. Vorteile dieser Antriebe sind eine Positionierungsauflösung im Sub-Nanometerbereich bei hohen Haltekräften. Allerdings sind die Investitionskosten für derartige Systeme, durch kostenintensive Piezoaktoren, sowie deren Ansteuerung, vergleichsweise hoch. Ein bisher wenig betrachteter Ansatz zur Kostenreduzierung ist die Nutzung von nachgiebigen Mechanismen in Kombination mit alternativen Aktoren. Die Vorteile von nachgiebigen Mechanismen sind ihre Spielfreiheit und ihre Positioniergenauigkeit im Sub-Mikrometerbereich. Eine Möglichkeit zur Realisierung alternativen Schreitantrieben liegt in der Adaption von Schreitmechanismen aus dem Bereich der mobilen Robotik. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Starrkörpermechanismen für die Entwicklung von nachgiebigen Mechanismen als Bestandteil von Schreitantrieben. Hierzu werden die anwendungsspezifischen Anforderungen analysiert und Entwicklungsziele festgelegt. Es wird eine Reihe von Starrkörpermechanismen aufgelistet, verglichen und anhand der festgelegten Entwicklungsziele bewertet. Anschließend erfolgt die Auswahl eines Starrkörpercmechanismus, um diesen für die Anwendung in einem nachgiebigen Schreitantrieb weiter zu optimieren. Für den optimierten Starrkörpermechanismus wird der Einfluss der Maß- und Lagetoleranzen näher untersucht. Abschließend erfolgt eine Auswertung der erzielten Eigenschaften des entworfenen Starrkörpermechanismus, sowie ein erster Entwurf für die Umsetzung als nachgiebiger Mechanismus.

In der vorliegenden Masterarbeit werden Lösungsalgorithmen zur geometrisch linearen Finite-Elemente-Berechnung von Stab-, Balken und Scheibenelementen vorgestellt. Ausgehend von den notwendigen Grundlagen für die Analyse der genannten Elementtypen erfolgt durch die Erarbeitung verschiedener Lösungsmethoden die Bestimmung von Knotenverschiebungen, inneren Elementkräften, Eigenfrequenzen und kritischen Knicklasten. Zu diesem Zweck wird ein bestehender Algorithmus um die genannten Elementtypen erweitert und für die Entwicklung von Lösungsansätzen von einfachen und komplexen Problemstellungen benutzt. Die Umsetzung der Berechnungen erfolgt dabei durch das numerische Berechnungsprogramm MATLAB, die Ergebnisse werden durch die kommerzielle FE-Software ANSYS Mechanical APDL verifiziert. Als Ergebnis dieser Arbeit liegt neben den erzeugten Programmcodes eine ausführliche Dokumentation zu den Lösungsansätzen der gewählten Problemstellungen vor.

Aktuelle Forschungsthemen in der Bionik beschäftigen sich mit der Analyse und Synthese der Umgebungswahrnehmung von Säugetieren mithilfe ihrer Vibrissen (spezielle Tasthaare). Durch Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans sind beispielsweise Ratten und Mäuse in der Lage mithilfe weniger Berührungen Objektabstände, -konturen oder -oberflächenbeschaffenheiten zu detektieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung und Untersuchung eines biologisch inspirierten mechanischen Modells zur Objektabtastung und Konturrekonstruktion. Vibrissen, als Reizaufnehmer, werden häufig durch einen zylindrischen oder konischen Euler-Bernoulli-Balken modelliert, der einseitig eingespannt ist und zum Zwecke der Abtastung translatorisch an einem Objekt entlanggeführt wird. Mit Blick auf das biologische Vorbild wird die Abtastprozedur in der vorliegenden Arbeit um eine Rotationsbewegung erweitert. Die Modellierung der Vibrisse erfolgt mithilfe eines langen schlanken Balkens, der eine vorgekrümmte, konische Form aufweist und drehbar gelagert ist. Die Rotationsabtastung eines streng konvexen Profils wird im quasi-statischen Fall betrachtet. Dabei erfährt der Balken große Verformungen, die mithilfe der nichtlinearen Euler-Bernoulli-Theorie beschrieben werden. Zunächst wird für das Modell das beschreibende Differentialgleichungssystem hergeleitet. Anschließend wird zwischen der Phase des Spitzen- und des Tangentialkontakts (Phase A und Phase B) mit dem Objekt unterschieden und für beide Fälle die zugehörigen Randbedingungen aufgestellt. Die entstandenen Randwertprobleme werden auf verschiedenen Abstraktionsebenen betrachtet. Der rotatorische Vorbeizug einer geraden zylindrischen Vibrisse an einer streng konvexen Profilkontur wird weitestgehend analytisch beschrieben. Anschließend wird durch Lösung eines Anfangswertproblems gezeigt, wie die Kontaktlokalisierung möglich ist, wenn ausschließlich Informationen an der Lagerstelle (Lagerreaktionen, Lagerposition und Stellwinkel), die möglicherweise auch den Tieren zur Verfügung stehen, ausgewertet werden. Auf Grundlage des mechanischen Modells wird ein Matlab-Programm aufbereitet, das die Simulation des rotatorischen Vorbeizugs einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil sowie dessen Rekonstruktion anhand der berechneten Lagerreaktionen ermöglicht. Der Abbruch des Algorithmus, der auf ein in der Realität stattfindendes Ablösen der Vibrisse vom Profil hindeuten könnte, wird genauer untersucht. Die Abtastprozedur wird um eine Rotationsbewegung in entgegengesetzter Richtung und eine Variation der Lagerposition erweitert. Durch Überlagerung der entstehenden Abtastbereiche kann anschließend ein Großteil des Profils rekonstruiert werden. Zuletzt werden Parameterstudien durchgeführt, um das Potential einiger durch die Biologie vorgegebener Eigenschaften zur Verbesserung des Abtastverhaltens zu untersuchen.

Für die Drehzahlübersetzung elektrischer Antriebsachsen von Elektrofahrzeugen hat sich in der Elektromobilität das Planetengetriebe etabliert. Aufgrund der Lastaufteilung auf mehrere Zahnräder (Planetenräder) ist die Übertragung von großen Momenten bei einem relativ kleinen axialen Bauraum möglich. Die Größe des Getriebes in Radialrichtung wird durch das äußere Rad, dem sog. Hohlrad, festgelegt. Da es bei der Belastung von dünnwandigen Hohlrädern zu einer nicht zu vernachlässigbaren radialen Verformung kommt, sind die gängigen Berechnungsmethoden zur Zahnfußtragfähigkeit von Stirnrädern nur bedingt geeignet. Die Berechnungsverfahren der ISO 6336-3 sowie der VDI 2737 berücksichtigen zwar den Einfluss der radialen Verformung auf die Zahnfußsicherheit, sind jedoch nur für Hohlräder mit freiem Zahnkranz - d. h. keine Anschlussgeometrie an der äußeren Mantelfäche - gültig. Die in der Abteilung "Planetenradsätze und Differentiale" der Schaeffler AG eingesetzten Hohlräder sind mit einer zusätzlichen Außenverzahnung im Gehäuse gelagert und können demnach mit den Berechnungsmethoden der ISO 6336-3 oder VDI 2737 nicht exakt ausgelegt werden. In dieser Abschlussarbeit werden zunächst die Auslastung der Innen- sowie Außenverzahnung verschiedener Hohlräder der Schaeffler AG miteinander verglichen. Anschließend erfolgt ein Vergleich der mit der Verzahnungssoftware KISSsoft möglichen Berechnungsmethoden. Zentraler Aspekt dieser Abschlussarbeit ist schließlich die Erarbeitung eines Hilfsprogramms zur Vorabschätzung der Zahnfußtragfähigkeit von Hohlrädern für den Modulbereich von 1 bis 2 mm. Zuletzt werden Auslegungsrichtlinien für Hohlräder der Schaeffler AG definiert.

In der vorliegenden Masterarbeit werden durch eine Simulationsstudie adaptive Regelungsstrategien dahingehend untersucht, einen Roboterarm mit Doppelpendelstruktur - angetrieben durch antagonistisch angeordnete, muskelähnliche Aktoren - möglichst schnell und präzise auf vorgegebenen Bahnen zu regeln. Parallel dazu wird ein derartiger Roboter als Prototyp aufgebaut und die untersuchten Regelungsstrategien am realen Modell verifiziert. Über erste Simulationen mit einem Modell mit Freiheitsgrad n=1 werden die Wirkprinzipien der adaptiven Regler untersucht (v.a. mit Blick auf die Absolutwerte von Rückführung und Verstärkungsfaktor, Einregelzeit und Genauigkeit der Einhaltung von Zielvorgaben) und eine Vorauswahl der als am besten eingeschätzten Regler getroffen, um diese anschließend auf ein System mit Freiheitsgrad n=2 anzuwenden. Dazu werden vorerst Modellanpassungen bzgl. der realen Mechanik des Prototypen vorgenommen und daraus eine Intensitätensteuerung ermittelt, mit der die Reglergrößen der Regler auf die jeweiligen Muskelpaare aufgeteilt werden können. Es folgt eine Simulationsstudie an einem System mit Freiheitsgrad n=2 (Doppelpendelstruktur). Die vorher beschriebenen und analysierten Regelungsstrukturen werden bzgl. einer Referenzposition mit Positionswechsel und einer Referenzbahn untersucht. Hierbei werden für eine Optimierung des Simulationsergebnisses verschiedene Ansätze eingeführt, wie bspw.: Begrenzung der Muskelleistung, Einführung eines Fehlervektors, adaptives Ermitteln von Faktoren einer beschränkten Regelung. Während oben genannten Simulationsarbeiten wird der zur Verifikation einzusetzende Prototyp der TU Ilmenau aus vorherigen, älteren Untersuchungen rekonstruiert und optimiert: Dabei müssen fehlende Teile neu konstruiert, sowie die Ansteuerung neu entworfen werden. Hierfür wird der Microcontroller "Arduino" eingesetzt. Vor einem möglichen Betrieb des Roboterarms müssen zunächst Messdaten zur Ermittlung des Kontraktionsverhaltens und der Muskelleistung der pneumatischen Muskeln ermittelt werden. Anschließend werden weitere Simulationen mit den Systemparametern des Prototypen durchgeführt. Mithilfe der Regelungsstrukturen wird dem Prototyp die Verfolgung einer Bahn ermöglicht.

Um das Ziel des autonomen Fahrens möglichst schnell zu erreichen, spielen Fahrerassistenzsysteme bei der Entwicklung von Automobilen eine immer größere Rolle. Diese erhöhen den Komfort und die Sicherheit für den Fahrer. Damit Fahrerassistenzsysteme vom Kunden als angenehm und komfortabel empfunden werden, müssen sie das Verhalten des Menschen in den jeweiligen Fahrsituationen bestmöglich abbilden. Ziel der vorliegenden Master-Arbeit ist das Analysieren des menschlichen Verhaltens und der Wahrnehmung beim Spurwechsel. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Auslegung des Spurwechselassistenten der BMW Group ein. Hierzu wird eine Probandenstudie mit einem Versuchsfahrzeug im Realverkehr durchgeführt. Führt der Fahrer einen Spurwechsel aus, so werden relevante Fahrzeugsignale und Bewegungsgrößen umliegender Objekte aufgezeichnet und das subjektive Empfinden des Fahrers beim Spurwechsel erfragt. Im ersten Schritt ist die Probandenstudie zu planen und zu organisieren. Dazu müssen zunächst die relevanten Szenarien im Verkehr festgelegt werden, woraus objektive und subjektive Kennwerte für einen Spurwechsel abgeleitet werden. Anschließend werden Hypothesen über den Zusammenhang von objektiven und subjektiven Größen formuliert. Nach der Durchführung der Studie werden die erfassten Daten ausgewertet. Hierfür werden zunächst die aufgezeichneten Daten nach der Entwicklung eines neuartigen Datenverarbeitungsalgorithmus aufbereitet. Anschließend wird die in der Abteilung bestehende Objektivierungsmethodik erweitert und mit deren Anwendung die Hypothesen überprüft. Zusätzlich wird erstmalig ein Durchschnittsprofil aus den Daten aller Fahrer hinsichtlich des Spurwechsels erstellt. Abschließend wird mit den Ergebnissen eine Auslegungsempfehlung für den Spurwechselassistenten abgegeben.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung der Konstruktion omnidirektionaler Räder von mobilen Robotern am Beispiel des Ethon-Roboters. Zwangserregte Schwingungen auf der Roboterplatform beinflussen das Kamerasystem negativ und beeinträchtigen somit die Orientierung. Die Arbeit präsentiert eine Vibrationsanalyse und untersucht die Radgeometrie der verwendeten Allseitenräder. Die resultierende Erregung wird systemtheorethisch modelliert. Das Robotersystem wird dabei mit konzentrierten Variablen und mittels Impedanz Analogie beschrieben. Zirkularitätsfehler der Räder die zu periodischen Stößen durch Diskontinuitäten zwischen den passiven Rollern führen, generieren vertikale Vibrationen und werden in der Vibrationanalyse untersucht. Zwei erarbeitete Messmethoden; eine indirekte Methode und eine neuartige direkte Methode, werden vorgestellt, um die zwangserregten Schwingungen durch Reaktionskräfte auf der Roboterplatform zu bestimmen und die dazugehörigen Erregerfrequenzen der Räder anhand von Beschleunigungsmessungen nachzuweisen. Die Erregerfrequenzen mit den dazugehörigen Oberwellen der periodischen Stöße des omnidirektionalen Rades werden mittels Frequenzanalyse der Leistungsspektren identifiziert. Die Annahmen bezüglich Linearität des Systems und Geschwindigkeitsabhängigkeit werden durch Messungen nachgewiesen. Die Reaktionskräfte basierend auf den ermittelten absolut Werten aus den Leistungsspektren werden berechnet und diskutiert. Beide Messmethoden werden auf ihre Konsistenz durch einen Vergleich der entstehenden Frequenzen geprüft. Resultierend wird eine erarbeitete Prototypenkonstruktion mit einem äußeren Durchmesser von 200 mm, basierend auf dem Continuous Alternate Wheel (CAW) Model, vorgestellt. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse bestätigt die zwangserregten Schwingungen, welche durch die omnidirektionalen Räder ausgelöst werden und präsentiert eine alternative Prototypenkonstruktion zur Minimierung der vertikalen Vibrationen.

Gleitreibung entsteht bei der Berührung zweier sich relativ zueinander bewegender Körper. Sie ist eine Eigenschaft, die in technischen Systemen häufig nachteilig ist und reduziert werden soll. Typische Methoden zur Reibungsreduzierung sind die Variation der Materialpaarung sowie der Einsatz von Schmiermitteln. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Reibkraft ist die hochfrequente mechanische Anregung der Reibpartner, die virbrationsinduzierte Reibungsreduzierung. Durch diese Technik kann die Reibung vermindert und in Grenzen gesteuert werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prüfstand zur Messung von Reibungskräften zwischen vibrierenden Oberflächen entwickelt. Die Konzeption beinhaltet die Erstellung einer Anforderungsliste und die Betrachtung verschiedener Auslegungsvarianten. Weiterhin erfolgt die Auslegung potenziell kritischer Stellen und die Fertigung des Versuchsaufbaus. Nach der Inbetriebnahme erfolgt die Justierung, um das angestrebte Betriebsverhalten der konstruierten Führung des Prüfstandes zu realisieren. Mit Hilfe des Prüfstandes werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Abhängigkeit der Reibungsreduktion von festgelegten Parametern durchgeführt. Im Anschluss erfolgen die Auswertung der aufgenommenen Messwerte, Interpretation, Dokumentation und Fehlerbetrachtung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Reibungsreduktion von bis zu 90 % für die untersuchten Parameter möglich.

Die folgende Arbeit ist ein Teil eines Forschungsprojekts, das Vibrissen-inspirierte Tastsensoren für Objekt- und Strömungserkennung zu analyzieren versucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines technischen und mathematischen Modells für Objekterkennung unter dem Einfluss einer Strömung. Dazu wird ein mechanisches Modell auf Basis der nicht-linearen Euler-Bernoulli Biegungstheorie entwickelt. Das Modell enthält Hauptmerkmale, die in einer natürlichen Vibrisse gefunden werden, z.B. intrinsische Vorkrümmung, die Veränderung des Querschnitts, elastische Lagerung. Diese Hauptmerkmale werden als Parameter des Modells dargestellt. Das Modell wird dann einer Kontakt- und einer Strömungsbelastung ausgesetzt, die durch eine konzentrierte Kraft und eine verteilte Kraft repräsentiert werden. Dann wird das Modell in eine dimensionslose Form für weitere Untersuchungen transformiert. Eine Variation der Größe dieser Lasten, sowie die Vibrissen-Parameter wird analysiert. Eine direkte numerische Näherung durch das Finite-Differenzen-Verfahren wird zusammen mit dem Schießverfahren verwendet, um eine Lösung für das Modell zu erhalten. Danach soll der Kontaktvorgang zwischen Objekt und Vibrisse simuliert werden. Dabei wird ein quasi-statisches Vorbeiziehen der Vibrisse an der Objektkontur betrachtet, während die Lagerreaktionen bestimmt und aufgezeichnet werden. Diese Prozedur wird dann in Kombination einer Strömungsbelastung wiederholt, die eine Strömung simulieren soll. Es werden zwei Arten von Kontaktphasen identifiziert und die Bedingungen für jede Gruppe festgelegt. Schließlich werden die gemessenen Größen verwendet, um die Größe der Strömungskraft zu bestimmen und die Profilkontur der Oberfläche zu rekonstruieren. Das entwickelte Modell wird wieder für die Rekonstruktion verwendet, eine Analyse der Observablen wird vorgenommen, um zu identifizieren und vorherzusagen, in welcher Kontaktphase die Vibrisse ist. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Identifikation der Fluidströmungsbelastung sowie eine Rekonstruktion des Profils, die Differenz zwischen dem rekonstruierten Profil und dem Originalprofil wird dann als ein Maß für die Rekonstruktionsqualität berechnet.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Modell eines taktilen, stiftführenden Sensors, mit dem Objekte mit streng konvexer, stetig differenzierbarer Umrissfunktion durch rotatorisches Scannen rekonstruiert werden können. Der Sensor ist durch Tasthaare, wie sie viele Säugetiere besitzen, inspiriert. Als Modell dient ein langer, schlanker Biegebalken mit kreisrundem Durchmesser, konstantem Flächenträgheitsmoment und konstantem Elastizitätsmodul, der durch ein Festlager gelagert ist. Das rotatorische Scannen wird durch ein Moment in der Lagerung gesteuert und läuft quasi-statisch ab. Zuerst wird das autonome Differentialgleichungssystem, welches die Verformung des Balkens beschreibt, hergeleitet und alle Größen dimensionalisiert. Danach werden Aussagen über Existenz und Eindeutigkeit von Anfangswert- und Randwertproblemen vorgestellt. Zur Lösung des autonomen Differentialgleichungssystems sind zwei Methoden denkbar: Methode 1 nutzt das Schießverfahren, um drei Unbekannte zu erhalten, bei Methode 2 wird durch analytische Betrachtungen vorab die Anzahl der Unbekannten verringert, sodass nur eine Unbekannte mit Hilfe des Schießverfahrens ermittelt werden muss. Beim rotatorischen Scannen wird zwischen Spitzenkontakt (Phase A) und Tangentialkontakt (Phase B) des Balkens mit dem Objekt unterschieden. Bei Spitzenkontakt werden Formeln für $x(\varphi)$, $y(\varphi)$ und Kraft $F$, bei Tangentialkontakt Formeln für $x(s)$, $y(s)$, $F$ und das Bogenmaß $s_1$, an dem der Kontakt stattfindet, hergeleitet. Dabei entstehen Elliptische Integrale, die in Kombinationen aus Elliptischen Integralen 1. Art und 2. Art überführt werden. Damit kann für beide Phasen der Kontaktpunkt zwischen Balken und Objekt bestimmt werden. Für die Rekonstruktion des Objekts mit Hilfe der Randbedingungen an die Lagerung und die Lagerreaktionen selbst, das bedeutet mit den Größen, die einem Tier mit Vibrissen beim Objektabtasten zur Verfügung stehen würden, wird eine Formel hergeleitet, mit der entschieden werden kann, ob sich der Balken in Phase A oder Phase B befindet. Bei quasi-statischer Rotation des Balkens kann so eine Folge von Kontaktpunkten bestimmt werden, welche die Umrissfunktion des Objekts approximiert. Zum Schluss werden Simulationen mit einem Matlab-Programm zur Rekonstruktion verschiedener Umrisse durchgeführt.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Differentialantriebsmoduls für einen kleinen mobilen Roboter. Das Modul soll über einen Motor verfügen der zwei Räder antreibt und drehbar in ein Roboterchassis integrierbar sein. Zur Ausrichtung des Moduls soll eine variable Drehzahldifferenz zwischen den Rädern hergestellt werden. Dazu werden drei mögliche Antriebsprinzipe in Form von technischen Prinzipen entworfen und vorgestellt. Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Prinzip ausgewählt und zu einem konkretisierten Entwurf weiterentwickelt. Auf Basis dieses Entwurfs wird ein Mehrkörpersimulationsmodell entwickelt. Anschließend werden Fahrversuche mit dem einzelnen Modul und abschließen mit drei drehbar in einem Chassis gelagerten Modulen unternommen.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Formfindung von Tensegrity-Strukturen unter Nutzung der Finiten-Elemente-Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie. Es werden die theoretischen Grundlagen für die Anwendung von massebehafteten Stab- und Balkenelementen, sowie von Mischstrukturen dieser Elementtypen dargestellt. Anschließend erfolgt die Implementierung der Finiten Elemente zur Verifizierung der zuvor getroffenen Erkenntnisse. Zuletzt wird ein bestehender Algorithmus zur Formfindung von Tensegrity-Strukturen um die betrachteten Elementtypen und -eigenschaften erweitert und anhand verschiedener praktischer Beispiele untersucht. Die Implementierungen erfolgen in MATLAB, zur Verifizierung der Ergebnisgrößen wird die kommerzielle Software Mechanical APDL von ANSYS genutzt.

Die derzeit bekannten Fortbewegungssysteme weisen Defizite hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit und Effektivität auf. Neuartige Mobilitätssysteme eröffnen die Möglichkeit, effizienter Energie zu nutzen und zusätzliche Funktionen bereit zu stellen. Hierfür werden aktuell Systeme entwickelt, bei denen nachgiebige Tensegrity-Strukturen verwendet werden. Die Realisierung von Systemen mit rollender Fortbewegung auf Basis dieser Strukturen ist ein neues Forschungsfeld. Ein solches im Entwicklungsprozess stehendes Lokomotionssystem soll genauer untersucht werden. Das reale Systemverhalten dieses mobilen Roboters steht dabei im Zentrum der Betrachtungen. Dazu werden zunächst Steuerungsparameter für verschiedene Bewegungsarten implementiert, um die Fortbewegung anschließend mit einem Motion Capturing Verfahren aufzunehmen. Die so erhaltenen Bewegungsdaten von Punkten des Lokomotionssystems werden danach in Matlab® importiert und weiterverarbeitet. Das erstellte Matlab®-Programm rekonstruiert die Fortbewegung des Roboters und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung des digitalisierten komplexen Systemverhaltens auch von verschiedenen Bewegungsarten. Die Erkenntnisse aus diesen Analysen ermöglichen eine gezielte Weiterentwicklung des Roboters.

Die Untersuchung menschlicher Bewegungen mit Hilfe von mechanischen Modellen und Methoden wird als Biomechanik bezeichnet. Bedeutende biomechanische Modelle wurden von HANAVAN und ZATSIORSKY entwickelt und bilden die Grundlage für digitalisierte Menschmodelle zur computergestützten Bewegungsanalyse. Diese Mehrkörpersystemmodelle ermöglichen die Berücksichtigung individueller Körperproportionen und sind daher ein wichtiger Bestandteil der instrumentellen 3D-Ganganalyse. Weitere Bestandteile sind simultan verwendete kinematische und kinetische Messmethoden sowie die dynamische Elektromyographie. In dieser Arbeit werden unter Verwendung des Simulationswerkzeugs ALASKA/DYNAMICUS® Bewegungsanalysen auf Grundlage kinematischer und kinetischer Daten durchgeführt. Hierzu werden zunächst die Grundlagen beschrieben und ein umfassender Einblick in die Biomechanik des menschlichen Ganges gegeben. In einem Bewegungsanalyselabor werden die kinematischen und kinetischen Daten eines Probanden beim Gehen und Aufstehen aus dem Sitzen messtechnisch erfasst. Die Eignung des verwendeten MKS-Simulationstools zur Analyse menschlicher Bewegungsmuster wird bewertet. Eine Aussage über die dynamische Stabilität wird durch die Berechnung des sogenannten "Zero Moment Points" sowie der temporären Fußunterstützungsfläche mittels DYNAMICUS® getroffen. Ausgehend von den gemessenen Bodenreaktionskräften und berechneten Körperschwerpunktverläufen werden für die photometrische Bewegungserfassung Markerreduktionen vorgenommen. Dabei kann gezeigt werden, dass DYNAMICUS® die Möglichkeit bietet, aufgrund qualitativer und quantitativer Bewertungsgrundlagen, einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Bewegungsrekonstruktion sowie -berechnung und dem Messaufwand, z.B. in Form von Markeranzahl, zu finden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Validierung der Geräuschberechnung von Lagern. Im Vordergrund steht die Untersuchung der durch Anschliffe auf Wälzkörpern angeregten Starrkörperschwingungen. Diese werden durch ein kontaktbasiertes Mehrkörpersimulationsmodell beschrieben. Die Zielgrößen der Simulation werden mit Methoden der Signalanalyse ausgewertet. Die Güte der Modellierung wird anhand der kinematischen Beziehungen und Modellen niedrigerer Ordnung überprüft. Anschließend erfolgt die Validierung der Modelle durch den Abgleich mit Versuchen auf einem Geräuschprüfstand.

Das Greifen von fragilen Gegenständen und Objekten mit großem Aspektverhältnis stellt eine Herausforderung in der Greifertechnik dar. Um die Beschädigung des Objektes zu vermeiden, ist hier der Einsatz von Formschlusseffektoren vorteilhaft. Diese zeichnen sich häufig durch ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit aus, aufgrund derer sie sich an Greifobjekte anpassen können. Da magnetosensitive Elastomere (MSE) ihre Nachgiebigkeit durch Magnetfelder reversibel steuern lassen, eignen sie sich als Konstruktionswerkstoff für den Entwurf eines Endeffektors. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prototyp eines adaptiven Effektors auf Basis magnetosensitiver Elastomere entwickelt. Es werden Materialstudien an MSE durchgeführt, auf deren Basis die Werkstoffauswahl erfolgt. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wird das plastische Verhalten des magnetosensitiven Elastomers im Magnetfeld nachgebildet. Anhand von Untersuchungen verschiedener Effektorgeometrien erfolgt die Form- und Prinzipfindung für das Greiferelement. Es wird ein Prototyp angefertigt, der sich an verschiedene Formen und Oberflächenbeschaffenheiten von Greifobjekten anpassen und diese in einer Kombination aus Form- und Kraftschluss halten kann.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Kompositwerkstoffe aus einer Elastomermatrix, in deren Materialstruktur hart- oder weichmagnetische Partikel eingeschlossen sind. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern kann eine Änderung des Materialverhaltens beobachtet werden. Diese besondere Eigenschaft bietet Potential für die Entwicklung adaptiver sensorischer und aktorischer Konzepte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte eines äußeren Magnetfeldes sowie der Volumenkonzentration der verwendeten Carbonyl-Eisen-Partikel (CIP). Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung des Steifigkeits- und Dämpfungsverhaltens der Probenkörper. Für die Untersuchungen wird ein Konzept für einen experimentellen Aufbau ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Es werden Probenkörper gestaltet und mit verschiedenen Partikelkonzentrationen hergestellt. Die Materialeigenschaften der Proben werden in Ausschwingversuchen, unter Einfluss eines magnetischen Gleichfeldes variabler Stärke untersucht. Die gesammelten Messdaten werden unter Verwendung eines mechanischen Modells für Biegeschwingungen von Balken mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.

Gegenstand dieser Abschlussarbeit ist die Berechnung des Versagenszeitpunkts von gusseisernen LKW Scheibenbremsenbauteilen im Bereich der Zeitfestigkeit. Die verwendete Methode basiert auf einer FEM-Berechnung, welche entweder linear elastisches oder elastisch-plastisches Werkstoffverhalten verwendet. Die Zielgröße für alle Berechnungen sind Daten von Prüfstandsversuchen. Analytische Grundlagen werden erklärt und eine neue Berechnungsrichtlinie erstellt. Die Programme nCode und Fe-Safe werden herangezogen und gegen den aktuellen, firmeninternen Standard SWL99 getestet. Unterschiede zwischen den Prüfstandsergebnissen und errechneten Lebensdauern werden analysiert. Als Bewertungsmaßstab gilt die Treffsicherheit auf die Prüfstandsdaten. Am Ende der Arbeit wird eine Empfehlung für ein Berechnungsverfahren ausgesprochen.

In dieser Arbeit werden Tensegrity-Strukturen mit wurmartiger Lokomotionsform zur Anwendung in der mobilen Robotik untersucht. Betrachtet werden dazu TensegrityStrukturen mit einem kaskadiertem Aufbau, bestehend aus mehreren Einzelstrukturen mit identischer Topologie. Auf Basis eines vorhandenen Konzeptes für eine TensegrityStruktur werden zunächst verschiedene Topologien für die Einzelstrukturen durch Anwendung eines statischen Formfindungsalgorithmus ermittelt. Anschließend erfolgt die theoretische Untersuchung der Formänderung der Einzelstrukturen während ihrer Aktuierung. Mehrere Prototypen werden konstruiert, aufgebaut und experimentell erprobt. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet im Anschluss die Entwicklung der wurmartigen Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen und Prototypen. Im abschließenden Teil der Arbeit werden die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick über mögliche künftige Entwicklungsrichtungen gegeben.

Die Bachelorarbeit beschreibt die Optimierung (Entwurf und Konstruktion) eines neuartigen haptischen Eingabegerätes zur mechanischen Bewegungserfassung der Hand und des Armes, für Aufgaben der teleassistierten Chirurgie. Grundlage bildet das Ergebnis der Master-Arbeit "Entwurf einer integrierten Orientierungseinheit eines haptischen Gerätes" von N. Ziegenspeck. Ausgehend von einer umfassenden Analyse des bestehenden Systems und einer eingehenden Literaturrecherche werden unterschiedliche Lösungskonzepte erarbeitet und anschließend bewertet. Die konstruktive Realisierung in einem CAD-Entwurf erfolgt für das, auf der Grundlage der Bewertung ausgewählte Konzept. Dabei beschränkt sich die Arbeit auf zwei der drei Drehachsen der Orientierungseinheit. Mit der dritten Achse befasst sich E. Meta in der Bachelorarbeit "Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein haptisches Eingabegerät". Ein kreisrunder Lagerflansch mit einer Hohlwelle repräsentiert die Schnittstelle zwischen beiden Arbeiten.

Borsilikonkitt ist ein viskoelastisches Material, dessen Eigenschaften abhängig von der Einwirkungsdauer einer mechanischen Belastung sind. Unter der Einwirkung kurzzeitiger Belastungen dominiert das elastische Materialverhalten, während bei lang andauernden Belastungen die viskosen Eigenschaften überwiegen. So lässt sich der Borsilikonkitt zu einer Kugel formen, die ähnlich wie ein Gummiball springt, wenn diese auf den Boden geworfen wird. Andererseits zerfließt die Kugel, beim Liegenlassen auf dem Tisch über mehrere Stunden, zu einem flachen, kreisförmigen Gebilde. In der vorliegenden Arbeit wird ein Borsilikonkitt, dessen rheologische Eigenschaften ebenfalls untersucht werden, mithilfe eines schwingenden Piezo-Stapelaktuators kurzzeitigen Belastungen ausgesetzt. Zusätzlich werden Stahlkugeln auf die Oberfläche des Borsilikonkitts gelegt bzw. in den Kitt eingebracht. Die Gewichtskraft der Stahlkugeln erzeugt eine konstante Belastung, die über einen langen Zeitraum auf das Material wirkt. Es wird untersucht, welchen Einfluss der schwingende Piezoaktuator auf das Einsinken der Kugeln hat. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Kugel bei eingeschaltetem Piezoaktuator schneller bzw. tiefer in den Borsilikonkitt einsinkt als bei ausgeschaltetem Piezoaktuator. Anhand von Untersuchungen des Temperatureinflusses auf die Materialeigenschaften des Borsilikonkitts wird die Temperaturerhöhung infolge der Erwärmung des Piezoaktuators als Ursache für das schnellere Einsinken der Kugel bei eingeschaltetem Piezoaktuator gefunden. Der Einfluss der kurzzeitigen Belastungen, die durch den schwingenden Piezoaktuator erzeugt werden, auf die Materialeigenschaften des Borsilikonkitts konnte mithilfe der beschriebenen Versuche nicht nachgewiesen werden.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und anderen Säugetieren, um ihre Umgebung zu erkunden und bestimmte Objekte zu erkennen. Dabei erfolgt die Reizaufnahme nicht direkt über das leblose Tasthaar, sondern über die Mechanorezeptoren im Follikel-Sinus-Komplex, der einer visko-elastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten befinden sich die Vibrissen vor allem in der Schnauzenregion, welche durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. Es gibt schon einige biologischen Modelle zu einzelnen Vibrissen und dem kompletten Vibrissenfeld, welche aber alle sehr detailliert und daher für die Analyse und Untersuchungen mit Mitteln der Mechanik und Bionik ungeeignet sind. Während sich die bestehenden mechanisches Modelle auf die Beschreibung der Tasthaare und ihren Eigenschaften konzentrieren, liegt in dieser Arbeit der Fokus auf der Entwicklung von Modellen in unterschiedlichen Abstraktionsstufen, welche die Eigenschaften und die Funktionsweise des Follikel-Sinus-Komplexes beschreiben. Dafür wird eine passende Regelung gewählt und in das Modell implementiert. Diese Modelle werden dann mathematisch beschrieben und analysiert. Ein erstes Modell besteht aus einem zylindrischen Stab, der in einem Drehgelenk beweglich gelagert ist und über eine Feder mit einer vorgegebenen Schwingung erregt wird. Die erzeugten Bewegungen entsprechen den Schwingungen der Vibrisse, die bei Ratten durch die umliegende Muskulatur eingestellt wird. Diese Referenzbewegung wird für eine Regelung für ein Steuerdrehmoment verwendet, welches dann für verschiedene äußere Störeinflüsse auf das System analysiert wird. Ein weiteres Modell ist ein, über eine Feder indirekt erregtes, Loslager einer Vibrisse, welche drehbar gelagert ist. Ein letztes Modell besteht aus einer Vibrissendose, die ebenfalls drehbar auf einem Loslager gelagert ist und indirekt über eine Feder in Bewegung versetzt wird. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Verläufe der Steuerdrehmomente, bei unterschiedlichen angreifenden Störkräften. Dadurch kann festgestellt werden, dass die Momente direkt mit den Störeinflüssen zusammenhängen und es wird eine Idee entwickelt, wie unbekannte Störeinflüsse identifiziert werden können, wenn man die sonstigen Modellparameter kennt.

Borsilikonkitte oder Borsiloxane sind visko-elastische Polymere, die in Abhängigkeit der Belastungszeit ein unterschiedliches Materialverhalten aufweisen. Bei langzeitiger Belastung verhalten sich diese wie eine hochviskose Flüssigkeit und bei kurzzeitiger Belastung weisen sie hochelastische Eigenschaften auf. Dieses Eigenschaftsprofil, das auf einem kovalenten Bindungseffekt zwischen Bor- und Sauerstoffatomen benachbarter Molekülketten basiert, soll für technische Anwendungen nutzbar gemacht werden. Hierzu soll in dieser Arbeit ein reproduzierbares Syntheseverfahren und der Einfluss der Ausgangsstoffe Polydimethylsiloxan (PDMS) und Borsäure auf die rheologischen Eigenschaften von Borsilikonkitt erarbeitet werden. Die Bestimmung der zeitabhängigen rheologischen Eigenschaften wird auf einem Rotationsrheometer mithilfe von Oszillationstests durchgeführt. Außerdem wird ein Syntheseablauf, der auf einem zweistufigen Prozess basiert, zur reproduzierbaren Herstellung erarbeitet. Für einen möglichst hohen Stoffumsatz ist bei der Synthese eine gleichmäßige, aber geringe Reaktions"-temperatur und eine möglichst lange Vernetz"-ungs"-zeit zu wählen. Die elastischen Eigenschaften steigen mit der Anzahl der eingebundenen Boratome, der Speichermodul nimmt mit steigendem Borsäuregehalt in einem begrenzten Rahmen linear zu. Jedoch können stark unterschiedliche Borsiloxane nur durch die Veränderung des Ausgangsstoffes PDMS synthetisiert werden. Die vorhandenen Hydroxylgruppen (OH) der PDMS und die elastischen Eigenschaften der Borsiloxane steigen mit sinkendem Molekulargewicht bzw. Kettenlänge der PDMS potenziell an. Mithilfe eines kurz- bzw. langkettigen PDMS kann somit Borsilikonkitt mit einer hohen bzw. geringen Steifigkeit synthetisiert werden. Des Weiteren konnte eine lineare Abhängigkeit der rheologischen Eigenschaften bei Mischung zweier Borsiloxane festgestellt werden. Durch diese Proportionalität kann so Borsilikonkitt mit den gewünschten rheologischen Eigenschaften hergestellt werden. Zuletzt werden die rheologischen Eigenschaften von Borsilikonkitt in Abhängigkeit von Temperatur und Feuchtigkeit untersucht. Aus einer steigenden Temperatur resultiert eine Frequenzverschiebung des komplexen Schubmoduls in den hochfrequenten Bereich. Die Hydrolyseanfälligkeit der untersuchten Borsiloxane kann bei erhöhter Feuchtigkeit nicht bestätigt werden.

In der Feinwerk- und Mikrotechnik nimmt die Bedeutung von nachgiebigen Mechanismen aufgrund ihrer vielfältigen Vorteile gegenüber Starrkörpermechanismen stetig zu. Der verbreitetste Ansatz zur Synthese eines nachgiebigen Mechanismus ist es, die konventionellen Drehgelenke durch stoffschlüssige Gelenke, sogenannte Festkörpergelenke, zu ersetzen und diese über wesentlich biegesteifere Gliedsegmente zu verbinden. Ein häufiger Untersuchungsgegenstand ist dabei die Bahngenauigkeit des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Vorbild des Starrkörpermechanismus. Das kinematische Verhalten nachgiebiger Koppelmechanismen wird u.a. durch die konstruktive Gestaltung beeinflusst und kann durch optimierte Festkörpergelenkkonturen verbessert werden. Bereits vor der Synthese des nachgiebigen Mechanismus und seiner konstruktiven Gestaltung kann anhand der Getriebestellung des Starrkörpermechanismus Einfluss auf das Bewegungsverhalten des nachgiebigen Mechanismus genommen werden. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss von über die Gelenkkontur hinausgehenden Parametern auf die Geraden- und Bahnabweichung von vier ausgewählten nachgiebigen Mechanismen zur Realisierung einer angenäherten Punktgeradführung mittels Simulationen untersucht. Ein Parameter ist der Einfluss der Getriebestellung, durch die sich die Lage des Momentanpols verändert. Außerdem wird der Einfluss der Drehrichtung auf das kinematische Verhalten betrachtet. Zusätzlich zu den kinematischen Eigenschaften werden die Maximaldehnung und die Auslenkkraft der vier nachgiebigen Koppelmechanismen ausgewertet. Die Ergebnisse werden mittels FEM-Simulation im Rahmen einer systematischen Variantenstudie ermittelt und ausgewertet, um abschließend grundlegende Empfehlungen für die Mechanismussynthese abzuleiten.

Mit Einführung der Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung am 6. März 2007 in Deutschland sind die Hersteller von Arbeitsmaschinen verpflichtet worden, Angaben zur verursachten Geräuschemission ihrer Produkte bei üblichen Einsatzbedingungen zu machen. Lärmschwerhörigkeit gehört nach wie vor zu den führenden Berufskrankheiten in Deutschland, weshalb die Hersteller entsprechend Wert darauf legen, vorgeschriebene Geräuschemissionskennwerte ihrer Produkte einzuhalten. Dazu ist es notwendig, den emittierten Schall einer Maschine genau, reproduzierbar und möglichst effektiv zu bestimmen. In dieser Arbeit wird ein vorhandener Portalaufbau mit Handachsen erweitert und in Betrieb genommen, um später als Messroboter automatisiert Schallabstrahlungen an Maschinen messen zu können. Basierend auf der Modellierung der kinematischen Struktur wird es dem fünf-achsigen Roboter ermöglicht, beliebige Trajektorien im dreidimensionalen Raum mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen abzufahren. Dabei werden die Eigenschaften kubischer Splines genutzt, um aus dem vorgegebenen Positionierverlauf des Roboters umsetzbare Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile zu generieren. In zahlreichen praktischen Tests hat sich gezeigt, dass die Lageregelungen ihren Sollwert mit einem kleinen Schleppfehler gut folgen können, jedoch mit der verwendeten Software nicht in jedem Fall ein glatter Positionierverlauf umgesetzt werden kann. Ein Vorschlag zur Verbesserung des Positionierverhaltens wird aus dem Fazit heraus getroffen. Darüber hinaus finden alle im Arbeitsraum vorhandenen Hindernisse in der Programmierung Berücksichtigung, indem ausgehend von der Modellierung des Konfigurationsraumes das Potentialverfahren zur Kollisionsvermeidung angewandt wird.

Natürliche Vibrissen, z.B. von Ratten und Mäusen, erfüllen eine Reihe von Funktionen. So kann neben dem Abstand zu einen fremden Objekt und dessen Kontur auch die Oberflächenbeschaffenheit untersucht werden. Ausgehend vom natürlichen Vorbild soll der Prozess Oberflächenuntersuchung für eine technische Anwendung adaptiert werden. Ein erster theoretischer Ansatz wurde von der Gruppe um Steigenberger und Behn formuliert. In diesem wird die Vibrisse durch einen Euler-Bernoulli-Balken und der Vibrissen-Oberflächenkontakt mittels des Coulomb'schen Reibgesetztes modelliert. Im Zuge des Kontaktes mit der Oberfläche wird die Vibrisse verformt. Beim Einleiten einer linearen Bewegung des Fußpunktes der Vibrisse, so dass die Vibrisenspitze geschoben wird, haftet selbige anfangs an der Oberfläche. Die Reibungskraft verhindert eine Bewegung der Vibrissenspitze bis der entsprechende statische Reibkoeffizient überschritten ist. Durch das Anhaften der Vibrissenspitze wird die Vibrisse verformt. Die Bewegung des Fußpunktes geht einher mit einer Änderung der wirkenden Kräfte und der Momente. Aus diesen Änderungen soll der vorhandene statische Reibkoeffizient bestimmt werden. Die Einflüsse einer elastischen Lagerung, eines konischen Balkens, eines vorgekrümmten Balkens und einer geneigten Kontaktebene auf die wirkenden Kräfte und das Moment werden anhand von Parameterstudien analysiert. Aus den Untersuchungen zur elastischen Lagerung, dem vorgekrümmten Balken und der geneigten Kontaktebene können Rückschlüsse auf die Effekte für einen realen taktilen Sensor gezogen werden. Die Ergebnisse für den konischen Balken sind nur von theoretischer Relevanz. In einem nächsten Schritt werden die Ergebnisse eines quasi-statischen Modells experimentell ermittelten Daten gegenübergestellt. Die lineare Bewegung wird durch das schrittweises Weitersetzen der Sensoraufnahme realisiert. Mittels Bildverarbeitung werden alle Verformungszustände des Sensors ausgewertet. Diese Daten werden mit den Ergebnissen der Simulation verglichen. Die Grundidee des Messprinzip kann erfolgreich angewendet werden.

Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der grundlegenden Untersuchung von erzwungenen, parametererregten und selbsterregten Schwingungen. Die Schwingungsanalyse der (linearen) Systeme mit unterschiedlichem Freiheitsgrad wird dadurch realisiert, dass ein Beispielmodell mechanischer Schwingungssysteme zuerst vorgestellt und dessen Charakteristik dann mit mathematischer Beschreibung - Bewegungsdifferenzialgleichung - analysiert wird. Die Ergebnisse werden mithilfe der Softwarepakete Maple oder MATLAB numerisch simuliert. Als Grundlagen werden zunächst die erzwungenen Schwingungen von linearen Systemen mit einem Freiheitsgrad durch harmonische Erregungen diskutiert, deren Beispiele in direkte und indirekte Erregungen unterteilt sind. Danach werden die Schwingungsantworten eines Feder-Masse-Dämpfer-Systems, das durch Testerregungen (z.B. Sprung- und Stoßfunktionen) angeregt wird, analysiert. Im Anschluss wird die Untersuchung eines Zweimassensystems durch direkte und indirekte harmonische Erregungen durchgeführt, um gewonnene Erkenntnisse aus den Fällen mit Freiheitsgrad 1 zu übertragen. Danach werden die Schwingungen von Einmassen- und Zweimassensystemen durch T-periodische Erregungen mithilfe der Fourier-Reihen-Analyse diskutiert. Den Abschluss bilden die Untersuchungen von parameter- und selbsterregten Schwingungen durch typische Beispiele, wie ein Fadenpendel mit periodisch bewegtem Aufhängepunkt oder mit veränderlicher Pendellänge für parametererregte Schwingungen. Selbsterregte Schwingungen werden durch die Beispiele Reibschwingung und Rattern von Werkzeugmaschinen demonstriert.

Die folgende Arbeit konzentriert sich auf die kinematische und dynamische Studie eines vierrädrigen Roboter, der mit Mecanum Rädern ausgestattet ist. Das Hauptziel der Arbeit ist, ein mathematisches Modell zu erhalten, aus denen sowohl die Kinematik und Kinetik des Roboters analysiert werden kann. Darüber hinaus stellt die Studie eine Methodik der Drehmomente (und nachfolgende zugehörige Spannungen) von jedem der Motoren auf den Roboter für eine bestimmte Flugbahn bereitgestellt zu optimieren. Ein System, in dem ein nicht-angetriebenen Anhänger von dem Roboter gezogen wird auch bei einer kinematischen Ebene analysiert. In dieser Stufe werden vier verschiedene Fälle betrachtet. Die Konstruktion des Anhängers ist auch auf dieser Arbeit beschrieben. Im ersten Kapitel, das weltweit Stand der Technik bei der Analyse und Kontrolle der omnidirektionalen Roboter (mit Schwerpunkt auf Roboter mit Mecanum Räder) wird vorgestellt. Im zweiten Kapitel werden die physikalischen Überlegungen für die allgemeine Bewegung des Roboters werden analysiert, um die kinematische Bedingungen des Bewegungsapparates abzuleiten. Die Differentialgleichung der Bewegung wird dann Lagrange-Gleichungen mit Multiplikatoren abgeleitet wird. In diesem Kapitel werden auch die kinematische Analyse für einen Roboter-Anhänger-System. Das dritte Kapitel beschreibt den allgemeinen Prozess von der Konstruktion des Anhängers, auch die abgelehnten Ideen für den Bau. Das vierte Kapitel konzentriert sich auf die endgültigen Ergebnisse des Designprozesses zu überprüfen, sowie Tests, die Mobilität des Systems zu überprüfen. Schlussfolgerungen und zukünftige Arbeit auf dem letzten Teil des Dokuments analysiert, sowie die Referenzen und der Danksagung an alle Leute in das Projekt involviert.

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist eine Testumgebung zur experimentellen Untersuchung der Bewegung kaskadierter, wurmartiger Lokomotionssysteme. Diese Systeme bestehen aus N Segmenten, die durch N - 1 Antriebe relativ zueinander verschoben werden. Durch die synchronisierte Ansteuerung der Antriebe können verschiedene Bewegungsmuster des Systems realisiert werden. Ziel dieser Arbeit ist es einen Algorithmus zur Realisierung einer konstanten Geschwindigkeit des Kopfsegments auf dem bestehenden Roboterprototyp zu implementieren und experimentell zu testen. Dabei bildet die Neuprogrammierung einer verbesserten, lizenzunabhängigen Bedienoberfläche zur Ansteuerung der Testumgebung und der effizienten Auswertung von Messdaten einen zentralen Punkt. Mit den aus der Analyse der vorhandenen Testumgebung gewonnenen Erkenntnissen werden im ersten Teil dieser Arbeit konkrete Verbesserungsvorschläge formuliert. Nach der Einführung in die kinematische Theorie zur Berechnung von Bewegungsmustern erfolgt die mathematische Formulierung des Algorithmus zur Realisierung einer konstanten Kopfgeschwindigkeit und dessen Überprüfung in einer Computersimulation. Darüber hinaus wird für die verbesserte Ansteuerung ein serielles Kommunikationsprotokoll für den Austausch von Daten entwickelt und die bestehende, auf dem Roboterprototypen implementierte, Software verbessert und um zusätzliche Algorithmen erweitert. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchung des implementierten Algorithmus werden diskutiert und mit den numerischen Ergebnissen der Simulation verglichen. Abschließend sind aus den gewonnenen Erkenntnissen Optimierungsmöglichkeiten für den vorhandenen Roboterprototypen aufzeigen.

Zur Aufnahme von Bildern und Videoaufnahmen aus der Luft sind Hubschrauber ein häufig gewähltes Trägermedium der Kameraeinheit. Für einfache Aufgaben mit kurzer Dauer und kleiner Reichweite werden sie inzwischen häufig durch Drohnen ersetzt. Die zwei Personen tragende, ultraleichte Fluggeräteart der Tragschrauber bietet aufgrund ihrer geringen Betriebskosten, den guten Flugeigenschaften und der großen Reichweite viele Vorteile und besetzt daher eine Marktlücke, wenn es um Luftbildaufnahmen geht. Bei der Verwendung von Kamerasystemen an Fluggeräten ist der Wunsch ein ruhiges Bild zu erhalten, so dass die Kamera durch einen aktiven Bewegungsmechanismus immer in der gleichen Ausrichtung verbleiben soll. Diese Arbeit behandelt daher die Auswahl geeigneter Mechanismen für die Aufgabe und die anschließende Simulation selbiger Kinematiken mittels der Software alaska. Ziel ist die Untersuchung der Funktion und Dynamik bei Verwendung am Tragschrauber. Die Arbeit schließt mit einer groben Dimensionierung von Bauteilen der untersuchten Systeme ab.

Thema der Bachelorarbeit ist die modellbasierte Systementwicklung eines Torsionsdämpfers und eines 2-Gang Starters um das Motorstartverhalten zu verbessern. Während des Motorstarts entstehen unter anderem ausgehend von der Verbrennungskraftmaschine Schwingungen, welche sich in der Fahrerkabine als Vibrationen spürbar machen. Wieso hilft eine Verbesserung beider Komponenten beim Starten einer Verbrennungskraftmaschine? Die Auslegung des 2-Gang Starters realisiert eine höhere Start-Drehzahl des Verbrennungsmotors als der konventionelle Ritzelstarter. Dadurch verringert sich die Zündphase, bei der die Resonanz zu spüren ist. Zudem verringern sich die Ausschläge der Schwingungen. Das alles generiert ein vibrationsärmeren Motorstart. Außerdem wird in der Systementwicklung die Optimierung des Zweimassenschwungrads betrachtet. Das ZMS sitzt im Antriebsstrang zwischen Motor und Kupplung und reduziert durch sein Federdämpfungssystem die entstehenden Schwingungen in der Verbrennungskraftmaschine. Dadurch, dass durch den 2-Gang Starter höhere Start-Drehzahlen erreicht werden können, können die einzelnen Parameter wie Bogenfedersteifigkeit, Massenträgheitsmomente der Schwungräder und Schmierungen im Federkanal diesen neuen Bedingungen angepasst und optimiert werden. Durch beide Verbesserungen werden Vibrationen in der Fahrerkabine stark reduziert und der Fahrkomfort während des Motorstarts wesentlich gesteigert.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des dynamischen Verhaltens einer Laborzentrifuge. Dazu werden auf der Grundlage einer ausführlichen Analyse der Zentrifuge mechanische Modelle entwickelt, welche das charakteristische Verhalten typischer Rotorsysteme wiederspiegeln. Es werden Abschätzungen bzgl. der mechanisch relevanten Systemparameter, wie z.B. der Wälzlagersteifigkeit gemacht, um die Modelle mithilfe quantitativ, realistischer Parameter zu vervollständigen. Anhand der Modelle wird das dynamische Zentrifugenverhalten mittels eines Mehrkörpersimulationsprogramms systematisch untersucht. Aus der mechanisch zweckmäßigen Forderung einer rotationssymmetrischen Masseverteilung des Zentrifugenrotors ergeben sich Einschränkungen für die Beladung der Zentrifuge. In der Praxis kann man einer gleichmäßigen Beladung nicht immer gerecht werden. Eine große Herausforderung besteht daher in der Verringerung der infolge einer Unwuchterregung auftretenden Schwingungen und dynamischen Kräfte. Die Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge ermöglicht eine Erhöhung der Lebensdauer mechanisch beanspruchter Bauteile (insbesondere der Wälzlager) sowie eine Minimierung der Vibrationen und Störgeräusche während des Zentrifugenbetriebes. Es werden verschiedene konstruktive Optimierungsmöglichkeiten entwickelt und miteinander verglichen, der Einfluss wichtiger mechanischer Einflussparameter untersucht und daraus konkrete Vorschläge zur Verbesserung der Zentrifugendynamik abgeleitet. Anschließend werden Möglichkeiten der Unwuchtkompensation aufgezeigt und deren Wirksamkeit in der Simulation bestätigt. Die gewonnen Erkenntnisse bzgl. einer geeigneten Wahl mechanisch relevanter Systemparameter können in einem nächsten Schritt anhand von Messungen auf deren Gültigkeit überprüft werden.

Tasthaare treten unter anderem in der Schnauzenregion von Nagern auf. Sie bestehen aus einem Follikel-Sinus-Komplex mit intrinsischer Muskulatur und der Vibrisse. Die Vibrisse ist der sichtbare Teil des Tasthaares. Als Nahsinnorgan dienen sie zur Orientierung im Raum und zur Erkennung von Objekten. Ziel ist es, die Objektabstandsdetektion mit biologisch nahen Modellen zu realisieren, um die Ergebnisse in die Entwicklung von taktilen Sensoren einfließen zu lassen. Die vorliegende Arbeit handelt von der Entwicklung und der detaillierten Analyse neuer Vibrissenlagerungen. Vibrissen werden als Biegebalken modelliert. Zu Beginn wird ein Einblick in die Biegeschwingungstheorie von Euler-Bernoulli-Balken mit kleinen Auslenkungen gegeben. Der mathematische Formalismus zur Bestimmung der Eigenwerte und zugehörigen Eigenkreisfrequenzen wird an drei einführenden Beispielen erläutert. Im Folgenden wird der Stand der Technik analysiert. Hierbei stehen die Biologie eines Tasthaares und seine aktuellen bionischen Modelle im Fokus. Die entwickelten Modelle beziehen sich auf die linksseitige Lagerung eines Biegebalkens. Es wird zunächst von einem fest und rotationsviskoelastisch gelagerten Balken ausgegangen. Durch diese Lagerung wird die Bewegung des Follikel-Sinus-Komplex modelliert. Als Erweiterung dieses Modells wird dann das Festlager durch eine Translationsviskoelastizität ersetzt. Die Translationsviskoelastizität modelliert die Elastizität der Haut und der intrinsischen Muskulatur. Die Analyse der entwickelten Modelle erfolgt zunächst analytisch, wobei von einem konstanten Querschnitt ausgegangen wird. Um die Ergebnisse und das aufgetretene atypische Verhalten der analytischen Berechnung des Eigenkreisfrequenzspektrums zu verifizieren bzw. zu falsifizieren, werden die Modelle im Anschluss mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode untersucht. Bis zu diesem Zeitpunkt wird von einer zylindrischen Vibrisse ausgegangen. Biologische Vibrisse besitzen einen konischen Längsschnitt. Dieser wird mit Hilfe einer linearen bzw. einer exponentiellen Funktion für die technische Vibrisse nachgebildet. Die Analyse der Eigenkreisfrequenzspektren erfolgt mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode. In den bisherigen Analysen besitzen alle Modelle ein freies rechtes Ende. Daher wird zum Schluss die Objektabstandsmessung betrachtet. Hierbei wird die jeweils rechte Seite der Modelle auf einem, entlang der Balkenachse verschiebbaren Festlager für starre Objekte bzw. einer, entlang der Balkenachse verschiebbaren Translationsviskoelastizität für elastische Objekte gelagert. Die Abhängigkeit des Frequenzspektrums von den Kontaktparametern wird analysiert und diskutiert.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und andere Säugetiere zur Erkennung von Objekten und Erkundung der Umgebung. Sie sind unter der Haut in einem Follikel-Sinus-Komplex gelagert, der einer viskoelastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten gibt es im Bereich der Schnauzenregion eine Ansammlung von Vibrissen, die durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. In bisherigen Arbeiten wurden häufig Modelle einzelner Vibrissen betrachtet und analysiert, jedoch gibt es nur wenige Arbeiten über die Kopplung von Vibrissen bzw. den Vibrissenfeldern. Die bisherigen biologischen Modelle von Vibrissenfeldern sind sehr detailliert und daher für Mechanik und Bionik ungeeignet. Deshalb werden in dieser Arbeit Vibrissenfelder in geeigneten Abstraktionsstufen entwickelt, mathematisch beschrieben und analysiert. Dazu werden neue Modelle für Einzelvibrissen mit Follikel-Sinus-Komplex benötigt. Ein erstes Modell besteht aus einem, über eine Feder indirekt erregtem Loslager und einer Vibrisse, die auf diesem Loslager drehbar gelagert ist. Ein weiteres Modell ist eine Vibrisse, die in einer Vibrissendose gelagert ist. Die Vibrissendose ist dabei ebenfalls drehbar gelagert und wird indirekt über eine Feder erregt. Danach werden durch Kombination der Modelle der Einzelvibrissen Modelle zu Vibrissenfeldern entwickelt und analysiert. Dazu werden zunächst zwei Loslager miteinander über Translationselastizität gekoppelt und die darauf gelagerten Vibrissen mittels einer Torsionselastizität ebenfalls direkt miteinander gekoppelt. Ein weiteres Modell besteht aus einem Vibrissenfeld aus zwei in Vibrissendosen gelagerten Vibrissen. Die Vibrissendosen sind ebenfalls mit einer Translationselastizität gekoppelt und die Vibrissen mit einer Torsionselastizität. Damit lässt sich die Bewegung des Vibrissenfelds dem natürlichen Vorbild annähern. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Systemverhalten bei indirekter Erregung über eine Feder. Durch Einführung eines Regelmoments werden die Vibrissen in eine vorgegebene Bewegung versetzt und dann das Verhalten in verschiedenen Bewegungsmodi und beim Einwirken von Kräften untersucht. Das Regelmoment simuliert dabei, wie die Follikel-Sinus-Komplexe die Vibrissenbewegungen beeinflussen können, während sie durch die Muskulatur erregt werden. Durch die Analyse der Modelle konnte festgestellt werden, dass sich das Vibrissenfeldmodell mit indirekter und direkter Kopplung der Vibrissen zur Nachbildung des biologischen Vorbilds eignet.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit dem Auswuchtvorgang von mehrteiligen Gelenkwellen. Nach einem Überblick über den aktuellen Stand der Technik folgen Betrachtungen der theoretischen Grundlagen zum Verständnis des Themenkomplexes des Auswuchtens. Da eine unwuchtbehaftete Gelenkwelle negative Auswirkungen auf den Fahrkomfort und die Lebensdauer benachbarter Baugruppen haben kann, ist der Auswuchtvorgang von entscheidender Bedeutung. Hierbei ist die zu erreichende Wuchtgüte von den verwendeten Gelenken abhängig. Zur Beurteilung des Auswuchtvorganges wird ein Simulationsmodell der Gelenkwelle mit dem MKS - Programm alaska erstellt und der Einfluss konstruktiver Parameter auf das dynamische Verhalten untersucht. Durch das Auftreten von Axialspiel eines Kreuzgelenks bzw. Radialspiel im Längenausgleich wird eine Unwucht der Gelenkwelle simuliert und jene Auswirkungen auf die Wuchtgüte in den Ausgleichsebenen untersucht. Neben der Variation jener Parameter erfolgt die Betrachtung des Einflusses der Lagersteifigkeit des Zwischenlagers einer zweiteiligen Gelenkwelle auf den Auswuchtvorgang. Anhand der Auswertung der Simulationsergebnisse werden Schlussfolgerungen getroffen, die für die Auswahl der Gelenke und das Ausmaß von Axial- bzw. Radialspiel von Bedeutung sind.

Diese Bachelor-Arbeit zeigt den Entwicklungsprozess der Umstrukturierung des "ExAUV-NHRI" des Fraunhofer IOSB-AST. Das Fahrzeug wird zuerst klassifiziert und in seinem Status Quo beschrieben. Zudem werden aufgetretene Fehler aufgenommen. Danach werden Grundlagen erklärt, die für die Umgestaltung des ROVs nötig sind. Grundlagen sollen hierbei der Begriff Trimmung, die Herangehensweise an den Prozess der Trimmung und die Berechnung dieser sein. Das Fahrzeug wird größtenteils druckneutral gestaltet. Daher wird zunächst Druckneutralität erläutert. Es werden die verschiedenen Arten aufgezeigt, die diesen Zustand herstellen. Dann werden Vor- sowie Nachteile aufgezählt und gewertet. Es müssen zudem die Folgen für das Gesamtfahrzeug erläutert werden. Zentrale Themen dieser Arbeit sind die Neukonstruktion der Antenne und die Neukonstruktion des Trimmsystems. Es wird eine verkürzte Version des entwicklungsmethodischen Ansatzes der TU Ilmenau verwendet. Bei beiden Konstruktionen werden technische Prinzipe entwickelt und verglichen. Es folgen Lösungssynthesen mit der Auswahl der endgültigen Gestalt. Es werden zudem Änderungen, die im Laufe der Bearbeitungszeit getroffen wurden, begründet. Sie zeigen den iterativen Konstruktionsprozess und die Vernetzung der einzelnen Bauteile untereinander. Das Ergebnis ist eine vollständige und tiefgreifende Abstimmung der Teilkomponenten untereinander sowie mit dem Gesamtfahrzeug.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit frequenzabhängiger Materialdämpfung in Balken. Hierzu werden frei und erzwungene Biegeschwingungen von Balken aus Stahl und Aluminium untersucht. Im Grundlagenteil werden Dämpfungsphänomene und Modelle vorgestellt. Der Schwerpunkt wird auf die in ANSYS verfügbaren Beschreibungsformen gelegt. Es folgt die analytische Betrachtung eines gedämpften Ein-Massen-Schwingers, um den Einfluss viskoser Reibung nachzuvollziehen und typische Effekte zu wiederholen. Anschließend werden die experimentellen Aufbauten, Messverfahren und gewonnenen Ergebnisse beschrieben. Dämpfungswerte werden aus Ausschwingvorgängen und aus Frequenz-Amplituden-Verläufen der zu erzwungenen Schwingungen angeregten Balken bestimmt. Dazu wurde ein elektromagnetischer Schwingungserreger benutzt. Die ermittelten Werte liegen deutlich über den Materialdämpfungswerten aus der Literatur. Grund hierfür ist die starke Fügestellendämpfung an der nicht idealen Einspannung. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit Werten, die durch FE-Simulationen ermittelt wurden verglichen. Dabei kamen verschiedene Dämpfungsmodelle zum Einsatz.

Bei der Entwicklung taktiler Messsysteme zur Umgebungserkennung dient häufig die sog. Vibrisse (Tasthhaar) von Säugetieren als Vorbild. In zahlreichen Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind die Vibrissen als gerader, zylindrischer oder konischer Stab modelliert. Die Tatsache, dass in der Natur Vibrissen grundsätzlich vorgekrümmt sind, wird in den meisten Fällen vernachlässigt. In dieser Arbeit liegt der Fokus der Betrachtungen auf der Vorkrümmung der Vibrissen, wobei besonders auf die Anwendung der Vibrissen bei der Objektabtastung eingegangen wird. Es werden zunächst die Spannungs- und Verformungsgleichungen für den vorgekrümmten Stab anhand der sog. Winkler-Bach-Theorie hergeleitet. Weiterhin wird gezeigt, dass für gewisse Grenzfälle die Gleichungen erheblich vereinfacht werden können. Anschließend erfolgt ein Vergleich mit bisher durchgeführten Untersuchungen zu vorgekrümmten Stäben bzw. technischen Vibrissen. Dabei werden Forschungsergebnisse vor allem im Bereich der Objektabtastung präsentiert, welche später als Orientierung für die durchgeführten Untersuchungen dienen. Um die Eigenschaften des vorgekrümmten Stabes besonders im Vergleich zum geraden Stab herauszuarbeiten, werden daraufhin eingehende Untersuchungen zum statischen Biegeverhalten vorgekrümmter Stäbe durchgeführt. Es werden Parameter wie Art und Richtung des Kraftangriffes, Betrag der Kraft, Art der Lagerung und Größe der Stabvorkrümmung variiert. Weiterhin wird die konkrete Anwendung vorgekrümmter Stäbe bei der Objektabtastung untersucht. Dabei werden mehrere Simulationen durchgeführt, bei denen verschieden vorgekrümmte, einseitig eingespannte, technische Vibrissen durch die Verschiebung der Einspannstelle an unterschiedlich geformten, konvexen Profilen entlangstreichen. Anhand der ermittelten Lagerreaktionen und der Position der Einspannstelle (Observablen) können die Profile rekonstruiert werden. Dabei wird grundsätzlich sowohl mit Vibrissen konstanter, als auch variabler Krümmung gearbeitet. Es wird gezeigt, dass bei geeigneter Wahl eines variablen Krümmungsradius der Abtastvorgang optimiert werden kann. Darauf aufbauend werden Experimente/Messungen an einem Versuchsstand zu Abtastvorgängen mit verschieden vorgekrümmten Vibrissen durchgeführt. Abschließend wird ausblickshaft auf das Schwingungsverhalten unterschiedlich vorgekrümmter Stäbe eingegangen. Dabei werden die Eigenfrequenzen zum einen für "natürlich" vorgekrümmte Stäbe und zum anderen für gerade Stäbe, die durch äußere Belastungen vorgespannt (und damit vorgekrümmt) sind, bestimmt. Hier erfolgt jeweils der Vergleich mit einer FEM-Simulation.

In der vorliegenden Bachelorarbeit wird nach einer Regelungsstrategie gesucht, mit deren Hilfe die auf einen Sensor wirkende Erregung gemessen und identifiziert werden kann. Der Sensor wird durch ein mechanisches System in Form eines Feder-Masse-Dämpfer-Schwingers mit Freiheitsgrad 2 und indirekter Erregung über das Gehäuse modelliert. Die Sensoreigenschaften werden den aus der Natur stammenden Eigenschaften von Mechanorezeptoren nachempfunden, welche ihre Reaktion den aus der Umgebung einwirkenden Reizen anpassen können. Aus diesem Grund werden adaptive Reglerverstärkungen in dieser Arbeit verwendet. Während sich nicht ändernder Erregungen soll der Sensor weiterhin Änderungen in der Umgebung wahrnehmen und Absolutwerte identifizieren können. Zusätzlich soll er möglichst universell einsetzbar sein und einen möglichst geringen Wert des Verstärkungsfaktors benötigen. Zunächst werden bereits bestehende Regelungsstrategien zusammengetragen, untersucht und modifziert. Anschließend werden diese auf ein Sensorsystem des Freiheitsgrads 1 angewendet. Dies erfolgt über eine Simulationsstudie mithilfe der Software "MatLab", in dem das Sensorsystem mit allen Regelungsvarianten implementiert wird. Die sich als am wirkungsvollsten erweisenden Regelungsstrategien werden auf das System mit Freiheitsgrad 2 angewendet. Die Regler mit den besten Ergebnissen zur Identifikation von Bodenerregungen werden zum Schluss auf ihr Langzeitverhalten, sowie ihre Reaktion auf verschiedene Erregungsformen und zufällig gewählte Systemparameter erfolgreich und leistungsstark geprüft.

Eine Kraftfahrzeug-Sitzstruktur stellt eine wichtige Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrer dar. Der wachsende Wettbewerb und die Anforderungen von Kunden verlangen nach stetiger Verbesserung, Weiterentwicklung und Innovationen. Wesentliche Aufgabe bei der Konstruktion neuer Sitze ist das Erzielen von leichteren und effizienteren Strukturen im Einklang mit dem geforderten Komfort und der notwendigen Sicherheit im Fahrzeug. Dabei wird großer Wert darauf gelegt, kürzere Entwicklungszeiten zu erreichen und Kosten zu senken. Konventionelle Gelenke bestehen in der Regel aus zwei oder mehr Bauteilen, die in einer Gelenkachse relativ zueinander beweglich verbunden sind. Festkörpergelenke hingegen bieten aufgrund des Stoffschlusses mit gezielter geometrischer Schwächung die Möglichkeit, Bewegungen innerhalb eines Körpers zu gewährleisten und damit Material und Montageschritte einzusparen. Unter diesen Gesichtspunkten soll die Anwendung von Festkörpergelenken und nachgiebigen Mechanismen in Sitzstrukturen untersucht werden. Zentrales Ziel ist dabei die Konstruktion eines ausgewählten Mechanismus. Zunächst werden wichtige Definitionen zur Thematik und ein Überblick über die Anwendung von Mechanismen in Kraftfahrzeug-Sitzstrukturen gegeben. Daraufhin werden wichtige Berechnungsgrundlagen zur Beschreibung des Bewegungsverhaltens von Festkörpergelenken geliefert, mit denen die Hauptfaktoren für die Auslegung von nachgiebigen Mechanismen erörtert werden. Dabei kommen verschiedene Berechnungsmethoden zum Einsatz, deren jeweilige Eignung analysiert wird. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird ein konkreter Mechanismus ausgewählt anhand dessen die Abwandlung des konventionellen Systems zu einen nachgiebigen Mechanismus demonstriert wird. Dazu wird das bestehende System zuerst bezüglich seiner Bewegungsbahnen und Gelenkreaktionen analysiert. Weiterhin werden Berechnungen zum nachgiebigen Mechanismus vorgestellt. Die Auslegung wird daraufhin durch die Erstellung eines Funktionsmusters überprüft. Abschließend werden anhand der gewonnenen Erkenntnisse Auslegungsempfehlungen geliefert, die für zukünftige Auslegungen als Dimensionierungshilfe dienen.

Die Bedeutung von nachgiebigen Koppelmechanismen nimmt in den Bereichen der Feinwerktechnik und Mikrotechnik stetig zu. Die Konjunktur dieses Mechanismentyps ist vor allem mit dessen Vorteilen wie Spielfreiheit, Wartungsfreiheit, Kosteneffizienz etc. zu begründen. Der wichtigste Bestandteil derartiger Mechanismen ist das stoffschlüssige Gelenk, auch bekannt als Festkörpergelenk. Dieser Gelenktyp ersetzt in den genannten Branchen mehr und mehr das konventionelle Drehgelenk. Allerdings weicht die Drehachsenlage von Festkörpergelenken von ihrer ursprünglichen Position bei Auslenkung des Mechanismus ab. Dieser Sachverhalt wird als Drehachsenverlagerung bezeichnet und erschwert besonders die kinematische Analyse und Auslegung von nachgiebigen Mechanismen. Um dennoch das kinematische Verhalten des Mechanismus bestimmen zu können, ist die Kenntnis über die momentane Lage oder die Minimierung der Drehachsenverlagerung notwendig. In dieser Arbeit werden verschiedene Einflüsse auf die Drehachsenverlagerung, wie z. B. die konstruktive Gestaltung des Mechanismus und dessen Belastung, analytisch untersucht. Anhand der Ergebnisse werden Kennlinien, Nomogramme sowie algebraische Gleichungen erzeugt, mit deren Hilfe die Verlagerung der Drehachse direkt ermittelt werden kann. Somit wird der Zugang für weitere Untersuchungen bezüglich der Drehachsenverlagerung erleichtert. Zusätzlich werden aus den Ergebnissen Gestaltungsrichtlinien für die Konstruktion bzw. Ableitung eines nachgiebigen Mechanismus aus dem zugrunde liegenden Starrkörpermechanismus abgeleitet, mit deren Anwendung die resultierende Drehachsenverlagerung verringert und somit die Bahngenauigkeit des Mechanismus erhöht wird.

Die langen, seitlich abstehenden Tasthaare im Schnauzbereich von Säugetieren werden als mystaziale Makrovibrissen bezeichnet. Sie wachsen einzeln in speziellen Follikeln und werden in der Haut von einer mit Blut gefülltem Kapsel umschlossen. Diese Lagerung wird Follikel-Sinus-Komplex genannt und ist mit verschiedenen Muskeln verbunden, welche die Schnurrhaare in Schwingungen versetzen können ("Whiskerbewegung"). Da die Vibrisse in der Natur als Tastsinnesorgan benutzt wird, sieht man sie auch als biologisches Vorbild für taktile Sensoren. In der vorliegenden Arbeit wird eine mechanische Vibrisse als starrer Stab modelliert, der drehbar gelagert ist und an dessen Ende sich ein paramagnetischer Körper befindet. Die viskoelastische Lagerung wird mit einem Ferrofluid nachgebildet. Um die Vibrisse in Bewegung zu versetzen, soll die magnetische Kraft auf den Körper genutzt werden, welche mit einem äußeren Magnetfeld im Ferrofluid erzeugt werden kann. Es erfolgen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen der Kraftwirkung in Abhängigkeit der äußeren Magnetfeldstärke sowie Volumen und Form des Körpers im Ferrofluid. Die quantitative Analyse zeigt, dass die Stärke der Kraft in erster Linie vom Volumen des Körpers abhängt und weniger von der Form. Die numerische Berechnung liefert trotz vereinfachender Annahmen eine gute Annäherung an die im Experiment gemessenen Werte.

In der vorliegenden Bachelor-Arbeit werden die Energiesätze von Castigliano und Menabrea aus der analytischen Mechanik sowie deren Anwendung auf Beispiele aus dem Maschinenbau behandelt. Zu Beginn der Arbeit wird die Herleitung der beiden Energiesätze nachvollzogen. Hierbei werden die vereinfachenden Annahmen getroffen, dass keine schiefe Biegung auftritt und der Querkraftschub vernachlässigt werden kann. Für die Herleitung wird der Zusammenhang zwischen Formänderungsarbeit / -energie, Kraft, Weg und Spannung in die Sätze von Castigliano und Menabrea eingesetzt. Die Formeln werden anschließend so umgeformt, dass sie in der Praxis einfach anzuwenden sind. Anhand immer komplexer werdender Beispielaufgaben wird die Anwendung der Energiesätze demonstriert. Hierbei wird auf übliche Vorgehensweisen und typische Fehler eingegangen. Im folgenden Kapitel wird die schiefe Biegung in die Theorie mit einbezogen. Die Formeln werden um die notwendigen Terme erweitert und in einigen Beispielaufgaben angewendet. Alle Erfahrungen und Ratschläge, die in der bisherigen Arbeit enthalten sind, werden im nächsten Kapitel in Form einer umfassenden Anleitung zusammengefasst. Diese dient als Grundlage für alle folgenden Aufgaben der Aufgabensammlung. Abschließend werden ausgewählte, symbolische Lösungen mit Zahlenwerten hinterlegt und mit Ergebnissen der kommerziellen Berechnungssoftware "Ansys" verglichen und verifiziert.

Die Masterarbeit beschreibt die Entwicklung eines Miniatur-Gewebemanipulators für den Einsatz unter CT/MRT Bedingungen. Dazu wurde eine grundlegende Betrachtung geeigneter kinematischer Strukturen mit besonderem Augenmerk auf die erreichbaren und geschickten Arbeitsräume durchgeführt. Die werkstofflichen Anforderungen einer radiologiegerechten Gestaltung waren aus Betrachtungen der Verfahren Computertomographie und Magnetresonanztomographie abzuleiten. Zur Fertigung der aktiven und passiven Bestandteile des Manipulators ist in Entwurf und Auslegung vorrangig auf generative Verfahren eingegangen worden. Es wurde ein Testmodell gebaut, das mit einem Wechselsystem für unterschiedliche Werkzeuge ausgestattet ist. Exemplarisch sind zu Testzwecken zwei Greifer entworfen und gefertigt worden. Das Modell gestattet die manuelle Bedienung des Manipulatorsystems in seinen Bewegungsbereichen.

Zu Beginn dieser Arbeit wurde der Stand der Technik dokumentiert. Die eletrisch leitenden magneto-sensitive Elastomeren sind Materialien an den man seit neuestem viele Interesse hat, da es die Verkopplung der Eigenschaften der elektrisch leitenden Elastomeren sowie der magneto-sensitiven Elastomeren ermöglicht. Anschließend folgte die Herstellung der zwei verschiedenen elektrisch leitenden magneto-sensitiven Elastomeren. Die zwei Probetypen bestehen aus Silikon-Elastomer, Carbonyl-Eisen-Pulver sowie Ruß, aber die Weise diesen herzustellen unterschiedlich ist. Eine ist nämlich mit ausgerichtete Rußpartikeln hergestellt. Andere Füllstoffe wurden untersucht wie Kupfer und Silber als Ersatz für den Ruß und Mu-Metal als Ersatz für das Eisen. Eine zentrale Aufgabe stellt die Entwicklung eines Messaufbaus zur Untersuchung der Widerstandsänderung bei uniaxialer Deformation in Abhängigkeit des Graphitgehalts sowie zur Untersuchung des elastischen Werkstoffverhaltens in Abhängigkeit des Eisengehalts und der Größe eines homogenes Magnetfeldes dar. Zuerst wurde den uniaxialen Zugprüfstand mit einem motorisierten Positioniersystem sowie einem selbst aufgebauten Kraftsensor mittels eines Feders im Labor entworfen. Danach wurde ein Meßverfahren der Widerstandsmessungen mittels eines Spannungsteilers entwickelt. Endlich wurde ein Aufbau zum Einstellen eines Magnetfeldes auf den Proben mittels Ansys entwickelt. Schließlich wurden experimentelle Untersuchungen zum statisch-mechanischen Materialverhalten zur Gewinnung der Spannungs-Dehnungs Kurven, Widerstands-Dehnungs Kurven, des Mullins-Effekts mit und ohne Anwendung eines Magnetfeldes durchgeführt.

Zur Erfassung von technischen Parametern werden statt Einzelpunktmessungen oft Scanbewegungen genutzt. In der vorliegenden Bachelorarbeit wurden ebene Bewegungssysteme (insbesondere parallelkinematische) zur Realisierung von Scanvorgängen mit konstanter Bahngeschwindigkeit untersucht und bewertet. Hierfür wurden theoretische Grundlagen der Kinematik, Anforderungen an die Mechanismen und prinzipielle Lösungen erarbeitet. Anschließend wurden geeignete Mechanismen in der Mehrkörpersimulations-Software alaska als Modelle erstellt und verschiedenen Bewegungsaufgaben simuliert und bewertet. Abschließend erfolgte ein Vergleich der getesteten Mechanismen.

Der Inhalt dieser Bachelorarbeit ist die Analyse des Verschleißverhaltens von hydraulischen Spannelementen in Kettentrieben von Verbrennungsmotoren. Inhaltlich werden zunächst die notwendigen theoretischen Grundlagen aufgezeigt. Anschließend werden die Feldteile auf ihr Verschleißbild untersucht und Möglichkeiten aufgezeigt Verschleiß quantifizierbar darzustellen. Um den Verschleiß nachzubilden, ist eine vorhandene Vorrichtung optimiert und an einem Hydropulser aufgebaut worden. Es folgt eine Übersicht der gelaufenen Versuche mit dieser Vorrichtung. Weiterhin wird ein alternatives Konzept einer Prüfvorrichtung vorgestellt und ebenfalls eine Übersicht der damit durchgeführten Versuche dargestellt. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird eine Empfehlung für den durchzuführenden Dauerlauf abgeleitet. Außerdem werden Einflussparameter auf den Verschleiß hin diskutiert und auf Grundlage dieser Einflussparameter werden Bauteilvariationen vorgestellt und bewertet.

Gasströmungswächter haben eine wichtige Aufgabe zum Schutz der Gasleitungen. Da die meisten Ausführungen kein dauerhaftes Schließen nach einer Leckage gewährleisten, wurde ein Modell entwickelt, welcher dieses ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Strömungsverhalten des Gasströmungswächters mittels Ansys Fluent analysiert. Dabei wird, durch Veränderung des Abstandes zwischen Gehäuse und Ventil (Dichtkuppel), der Schließvorgang durch Iterationen dargestellt. Mit Hilfe der Simulationen werden die Kräfte auf die Dichtkuppel ermittelt. Dies geschieht mittels einer Simulation, welche die Kräfte auf die Dichtkuppel in x- und y-Richtung ermittelt. Eine weitere Simulation betrachtet die Dichtkuppel, wobei der Rand in 72 Abschnitte geteilt wurde. Für jeden dieser Abschnitte wird einzeln die Kraft in x- und y-Richtung ermittelt. Des Weiteren wird die Dichtkuppel gegenüber der x-Achse verkippt betrachtete um ein mögliches Verkippen während des Schließvorganges zu simulieren.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines viersegmentigen wurmartigen Lokomotionssystems und der Integration eines Maussensors zur Schlupferkennung in den Roboter. Dazu wurde die Elektronik des Roboters programmiert. Hierzu gehört die Motorregelung, die Kommunikation innerhalb des Wurms über den CAN-Bus sowie das Auslesen des Maussensors. Weiterhin wird die aus dem Maussensor gewonnene Information zur Absolutpositionsmessung jedes Segments verwendet. Sollte es in einem der Wurmsegmente zu Schlupf kommen, wird automatisch das Gangmuster des Roboters angepasst. Dadurch kann der Roboter auch größere Steigungen überwinden. Diese Informationen werden über ein Funkmodul an einen Computer gesendet und in einer Matlab-Benutzeroberfläche angezeigt.

In dieser Arbeit wird im aktuellen Forschungsthema radgetriebener Lokomotionssysteme mit Mecanumrädern mittels theoretischer Untersuchungen anhand von Bahnkurvengleichungen derartiger Systeme die Modifikation vorhandener Strukturen vor ihrer experimentellen Umsetzung getestet. Anhand einer Analyse des Standes der Technik mit Hilfe einer PATON-Recherche wird die Grundlage für eine konzeptuelle Modifikation vorhandener Systeme geschaffen und ein Überblick über konventionelle und neuartige Systeme gewonnen. Hierbei werden sowohl Radkonstruktionen als auch Fahrwerkskonfigurationen untersucht. Zur Untersuchung der Systeme werden kinematische Analysen ausgewählter konventioneller und neuartiger Fahrwerkskonfigurationen durchgeführt und die Bahnkurvengleichungen der Systeme hergeleitet. Zur Veranschaulichung der Bewegungsfreiheit der Systeme werden ausgewählte Bahnkurvengleichungen simuliert und analysiert. Dabei wird vor Allem die Modifikation eines Mecanumrades mit veränderlichem Winkel zwischen Rollen- und Radachse unter Variation der Antriebsgeschwindigkeiten untersucht. Anschließend wird auf Basis der vorangehenden Ergebnisse eine Anpassungskonstruktion für einen Prototyp eines solchen neuartigen Rades konzeptuell umgesetzt, indem verschiedene Technische Prinzipien zum Einsatz kommen und auf ausgewählte konstruktive Problematiken eines solchen Systems eingegangen wird. Ein grober Entwurf der Anpassungskonstruktion zum omnidirektionalen Rad mit verstellbarem Winkel zwischen Rollen- und Radachse als Modifikation des konventionellen Mecanumrades bildet den Abschluss der Arbeit als Basis zur Weiterentwicklung.

Zur Unterstützung ihres visuellen Sinnessystems verfügen Säugetiere in mehr oder weniger ausgeprägter Form über Sinneshaare zur zusätzlichen taktilen Informationserfassung. Ratten sind damit beispielsweise in der Lage, sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Hindernisse zu detektieren und auch Informationen über ihre Größe, Form und Oberflächenstruktur zu erhalten. In dieser Arbeit soll das biologische Vorbild Vibrisse als technischer Schwingungssensor modelliert und sein dynamisches Verhalten unter Nutzung der Biegebalkentheorie der Kontinuumsmechanik analysiert werden. Dazu werden mehrere von Tiervibrissen inspirierte Modelle, die sich jeweils in ihrer Geometrie und Lagerung voneinander unterscheiden, aufgestellt und in Form einer morphologischen Matrix zusammengefasst. Für die Analyse der Dynamik sind einheitliche Parameterwerte für Vibrissen nötig, welche aus zusammengetragenen Literaturwerten ausgemacht werden. Anschließend werden unter Variation von Geometrie und Lagerung die Eigenkreisfrequenzen einzelner Modelle sowohl für einen technischen als auch für einen biologischen Satz aus Parameterwerten berechnet und miteinander verglichen. Anhand von Messwerten zum Eigenkreisfrequenzspektrum des gesamten Vibrissenfeldes aus der Literatur werden diese Ergebnisse schließlich eingeordnet, und es wird auf Modellparameter geschlossen, mit welchen den Literaturwerten entsprechende Ergebnisse erzielbar sind.

Diese Bachelorarbeit beschreibt den konstruktiven Entwicklungsprozess eines haptischen Eingabegeräts zur Aufnahme der Bewegung des menschlichen Arm-Hand-Apparates. Dafür wurden zu Beginn bestehende Systeme analysiert und deren Schwächen aufgezeigt. Anschließend wurden Haupt- und Nebenfunktionen ermittelt und jeweils geeignete technische Prinzipe dafür gesucht. Diese wurden nach geeigneten Kriterien bewertet und anschließend jeweils die beste Variante ausgewählt. Die zur direkten kinematischen Transformation benötigte Rotationsmatrix wurde hergeleitet und daran das Problem der Singularitäten gezeigt. Die funktionsrelevanten Komponenten wurden dimensioniert und deren Parameter mit den Anforderungen verglichen. Aus dem konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, anhand dessen die Umsetzung der Teilfunktionen erläutert wird.

Die Bachelorarbeit befasst sich mit einer Weiterentwicklung des Audi Valvelift Systems (AVS). Dies ist ein teilvariables Ventiltriebsystem der AUDI AG, mit dem unterschiedliche Steuerzeiten und Ventilerhebungskurven realisiert und somit gezielt Drehmoment, maximale Leistung, Schadstoffemissionen und Kraftstoffverbrauch beeinflusst werden können. Zunächst werden die Grundlagen des Ladungswechsels des 4-Takt Ottomotors sowie die dazu notwendigen Steuerungsvarianten erläutert. Anschließend ist ein Überblick über den Stand der Technik variabler Ventiltriebe gegeben. Im darauf folgenden Teil wird das AVS Plus vorgestellt. Beim Audi Valvelift System handelt es sich um ein Schiebenockensystem. Durch elektrisch angesteuerte Aktuatoren und speziellen Umschaltnuten wird das Nockenstück auf der Nockenwelle axial verschoben. Somit kann zwischen verschiedenen Hubkonturen geschaltet werden. Beim Audi Valvelift System Plus soll die Variabilität nun von zwei auf drei Stufen erweitert werden. Dazu wurden neue Umschaltkonturen konstruiert, welche in dieser Arbeit hinsichtlich ihrer Schaltsicherheit untersucht werden. Vor dem Versuch am Prüfstand erfolgt eine kurze analytische Betrachtung der kritischen Bereiche des Bewegungsablaufs. Anschließend wird der Prüfaufbau, Messtechnik und die Realisierung der Ansteuerung dargestellt. Alle Beobachtungen werden mit Hilfe von High-Speed-Kamera-Aufnahmen und Pinwegdaten des Wegmessaktuators gemacht. Mit Hilfe der Messungen lässt sich eine Umschaltvariante favorisieren. Zudem werden Verbesserungsvorschläge dargestellt.

Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.

Eine Vielzahl von operativen Eingriffen wird inzwischen mittels Unterstützung von Operationsmikroskopen durchgeführt. Dabei sind die Anforderungen an die mechanischen Komponenten der Stativsysteme bezüglich Positioniergenauigkeit und Positionstreue gegenüber extrinsischen Schwingungseinflüssen erwartungsgemäß hoch. Gängige Störgrößen sind extrinsische Schwingungen im Frequenzbereich von 4-14 Hz, hervorgerufen beispielsweise durch Klimaanlagen, Aufzüge, Schritte oder Straßenverkehr. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines Schwingungsprüfstands für die Stativsysteme der Operationsmikroskope zur Charakterisierung des Schwingungsverhaltens und Identifikation schwingungsrelevanter Größen. Dazu werden zunächst auf der Grundlage eines entwickelten Mehrkörpermodells die Eigenfrequenzen des Stativsystems mit Hilfe einer Modalanalyse ermittelt. Daraufhin werden die Anforderungen bezüglich der Anregung des schwingungsfähigen Systems analysiert, mit denen die schwingungsrelevanten Größen, u.a. die Eigenfrequenzen, mit Hilfe des zu entwickelnden Prüfstands abgebildet werden können. Kernaufgabe ist hierbei eine Identifikation dieser Größen im Frequenzbereich zu ermöglich. Dies setzt eine klare Trennung der Anregungsfunktion von der schwingungsrelevanten Größen umfassenden Übertragungsfunktion voraus. Die analysierten Anforderungen beziehen sich in erster Linie auf die Anregungsrichtung des Systems und die Anregungssignale, welche die Eingangssignale der Prüfung darstellen. Als Ergebnis der Arbeit folgte ein Gesamtkonzept, welches die definierte periodische Schwingungsanregung, Schwingungsmessung und Auswertung des transienten Messsignals mittels diskreter Fouriertransformation umfasst.

Diese Arbeit gibt einen kurzen Überblick über die kontinuierliche lineare und nichtlineare dynamische und statische Theorie von Biegeproblemen. Dabei liegt ein Fokus auf Verständlichkeit und Anwendbarkeit. Deshalb sind die genutzten Maple-Skripte auf Anfrage erhältlich. Nach kurzer Erläuterung der Definition und Begriffe wird auf die wissenschaftliche Methode eingegangen. Der Hauptteil der Arbeit ist untergliedert in statische und dynamische Modelle, die nacheinander vorgestellt, voneinander abgegrenzt und schließlich ineinander überführt werden. In einem die Arbeit begleitenden Beispiel werden die Auswirkungen von Steigkeitsänderungen diskutiert und die Validität der genutzten Modelle hinterfragt. Mehrfach wird in der Arbeit auf die richtige Anwendung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei, dass die Grundlagen richtig vermittelt werden und das Verständnis der Modelle entsteht. Die Mathematik steht dann als Hilfsmittel zu Verfügung. Um den Überblick zu behalten, wird für jedes Modell gezeigt, wie es andere Modelle erweitert und wie es auf diese zurückgeführt werden kann. Ein Ausblick liefert zu guter Letzt weitere Informationen über Forschungsfelder innerhalb der mechanischen Biegetheorie und interessante Anwendungsgebiete.

Die vorliegenden Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung des dynamischen Verhaltens und der konstruktiven Optimierung einer Zentrifuge. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden Schwingungsmessungen mit verschiedenen Rotoren durchgeführt, die entstehenden Ergebnisse mit Hilfe der Theorie über mechanische Schwingung bewertet und auf dieser Grundlage neue Lösungsmöglichkeiten zur Entkopplung von Rotor und Gehäuse entwickelt. Beim Durchlaufen der laut Herstellerangaben maximalen Drehzahlbereiche kommt es in bestimmten Bereichen zu starken Geräuschbelastungen. Dies lässt auf eine fremderregte Schwingung des Gehäuses durch den Rotor schließen. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors werden Messreihen aufgenommen und ausgewertet. Die entstehenden Kurven werden anhand der Schwingungstechnik erklärt und darauf basierend spezielle Lösungsansätze zum Trennen von Gehäuse und Rotor entwickelt. Ein bereits bestehender Lösungsvorschlag wird im praktischen Teil der Arbeit konstruktiv umgesetzt und Messungen unter identischen Bedingungen durchgeführt. Beim Vergleich der jeweiligen Kurven, welche durch die Auswertung der Messreihen entstehen, zeigt sich eine Veränderung im Spektrum. Allerdings weisen die Kurven trotz konstruktiver Verbesserungen Schwingungsmaxima auf. Diese Schwingungsmaxima sind Ursache für die Geräuschbelastung in einem höheren Frequenzbereich. Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden zwei weitere konstruktive Optimierungen erstellt. Im Folgenden müssen diese konstruktiven Vorschläge praktisch umgesetzt werden. Durch die Aufnahme von weiteren Messungen (unter identischen Bedingungen) und deren Auswertung kann gezeigt werden, ob einer der Vorschläge die optimale Lösung beinhaltet.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit einem piezoelektrisch und in Resonanz betriebenem Lokomotionssystem. Als Antrieb dient ein zentrales, kreisförmiges Piezo-Unimorph-Element welches über drei beinartige Drahtgeometrien Kontakt zum Untergrund herstellt und durch harmonische Schwingungserregung die Fortbewegung gewährleistet. Hauptaufgabe ist es, das Bewegungsverhalten in Abhängigkeit von den Eigenfrequenzen zu klassifizieren und auf Bewegungsmuster zu untersuchen. Im Fokus steht dabei die Analyse des Einflusses der Antriebsbeine auf die Bewegungscharakteristik. Durch analytische Modellbildung, numerische Berechnungen und Vergleiche mit experimentellen Daten, soll festgestellt werden, inwiefern mit einer Variation verschiedener Parameter der Beingeometrien und deren Anbindung an das Antriebselement die Bewegung gezielt beeinflusst bzw. gesteuert werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein pneumatisch betriebener Sauggreifer zum Greifen und Halten zylindrischer Objekten entwickelt, der einen statischen Unterdruck erzeugt und somit eine Trennung zwischen Wirk- und Betriebsluft gewährleistet. Somit eignet sich die entwickelte Lösung besonders für den Einsatz in einer sterilen Umgebung, wie sie beispielsweise in der Medizintechnik verlangt wird. Eine Übersicht und Begriffserklärung dient der Einordnung des entwickelten Sauggreifers und stellt seine Unterschiede zu klassischen, als Starrkörpermechanismen umgesetzten, Lösungen heraus. Weiterhin wird eine Patentrecherche zum Stand der Technik durchgeführt. Eine allgemeine Einteilung von monolithischen, nachgiebigen Greifern anhand verschiedener Merkmale und deren Ausprägungen deutet das breite Lösungsspektrum an, anhand dessen verschiedene Prinziplösungen entwickelt werden. Durch die analytische Auswertung eines vereinfachten Berechnungsmodelles können bereits erste Dimensionierungsrichtlinien erarbeitet werden. Anhand fertigungstechnischer und funktionsbezogener Kriterien wird ein Prinzip ausgewählt mit Hilfe von Simulationen in ANSYS® Workbench® optimiert und ausgelegt. Aus der Variation verschiedener Parameter und der Beurteilung der Parametereinflüsse anhand ausgewählter qualitativer und quantitativer Kriterien werden Gestaltungsrichtlinien für die Struktur abgeleitet. Durch die Anwendung der Gestaltungsrichtlinien wird eine konkrete Geometrie bestimmt, die im Rahmen von weiteren Simulationen genauer betrachtet wird. Für die Fertigung und Nutzung eines Funktionsmusters werden ein mehrteiliges Formwerkzeug sowie ein Demonstrator konstruiert. Weiterhin wird ein mögliches Sensorisierungskonzept ausgearbeitet, mit dem der Greif- und Haltezustand des Sauggreifers kontrolliert werden kann.

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines mechanisch nachgiebigen Greifers auf Basis magnetosensitiver Elastomere. Die mechanischen Eigenschaften und die Gestalt von Strukturen, bestehend aus diesen Werkstoffen, können durch Magnetfelder verändert werden. In einem ersten Schritt der Arbeit werden experimentelle Untersuchungen zum statisch-mechanischen Materialverhalten eines ausgewählten magnetosensitiven Elastomers, bestehend aus einem Silikon-Elastomer und Carbonyl-Eisen-Pulver, durchgeführt. Der Fokus hierbei liegt auf der Betrachtung des, für diese gefüllten Elastomere charakteristischen, Mullins-Effektes in Abhängigkeit des permeablen Pulveranteils. Anschließend werden verschiedene Greiferprinzipien diskutiert und in Hinblick auf das zu verwendende Material und elektromagnetisches Antriebsprinzip bewertet. Zum Manipulieren von empfindlichen Gegenständen werden bevorzugt Greifer auf Basis von Formschluss verwendet. Hierbei stellen sogenannte Fin-Ray-Strukturen eine vielversprechende Alternative dar. Den wesentlichen Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von Greiferfingern auf Grundlage des Fin-Ray-Effektes unter Verwendung des magnetosensitiven Werkstoffes. Die Festlegung der Gestalt der Strukturen erfolgt hierbei mit Hilfe von numerischen Untersuchungen. Zur Verifizierung der theoretischen Ergebnisse wird abschließend ein Greifer, mit den entworfenen Fingern, experimentell erprobt, sowie seine Einsatzmöglichkeiten diskutiert.

Die Positionierung von optischen Elementen in der Hochleistungsoptik erfolgt durch manipulierbare Linsenfassungen. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Neukonstruktion einer monolithischen Linsenfassung als nachgiebiger Mechanismus. Es wird der Konstruktions- und Entwicklungsprozess dokumentiert und die dabei getroffenen Annahmen dargestellt. Während des Entwicklungsprozesses werden Kennwerte und Anforderungen an die Neuentwicklungen zusammengestellt. Diese bilden die Grundlage für die Konzeption einer neuen Manipulatorkinematik mit einem Grob- und Feintrieb. Zur Ermittlung von Erwartungswerten und zur Gestaltanpassung erfolgt eine Analyse der Konstruktion mittels der Finiten-Elementen-Methode. Die Validierung des im Rahmen der Arbeit erstellten Prototypen, sowie der Abgleich der durch die Auslegung und Simulation ermittelten Erwartungswerte erfolgen durch eine messtechnische Untersuchung.

Lineare und rotative Motoren mit je einem Freiheitsgrad sind schon seit Jahrzehnten Stand der Technik. Antriebe, die eine überlagerte Bewegung mit zwei Freiheitsgraden anbieten (Freiheitsgrad = 2), sind jedoch großteils nur konzeptionell vorhanden und Nutzen für die Linearbewegung oftmals eine Kombination aus Motor und Gewindespindel. Die rotierende Bewegung wird von einem zusätzlichen Motor bereitgestellt. Komplizierte Getriebe überlagern beide Bewegungen, weswegen infolge hoher Trägheiten und Limitierungen des Spindelsystems hochdynamische Zustellbewegungen nicht möglich sind. Der Einsatz eines Solenoidmotors als Linearantrieb eröffnet neue Möglichkeiten einen Dreh-Linear-Aktuator umzusetzen. Durch die direkte Bereitstellung der Linearbewegung, können hochdynamische Zustellbewegungen realisiert werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines solchen Aktuators. Zu Beginn der Arbeit werden verschiedene Anwendungsgebiete vorgestellt, in denen ein hochdynamischer Dreh-Linear-Aktuator Einsatz finden könnte. Anschließend zeigt ein Vergleich, dass die Dynamik des Solenoidmotors deutlich oberhalb derer liegt, die mit einem vergleichbaren Antrieb mit Spindelsystem erreicht werden kann. Die Konzeption des Dreh-Linear-Aktuators erfolgt nach dem "Konstruktiven Entwicklungsprozess (KEP)". Zunächst wird eine Funktionsstruktur erstellt und den darin gefundenen Teilfunktionen, in einer morphologischen Matrix, Teillösungen zugeordnet. Besonders die Führung der mechanischen Komponenten und die Wegerfassung stellen sich als kritische Teilfunktionen dar, sodass diese detaillierter betrachtet werden. Die Ergebnisse münden in fünf verschiedenen Lösungskonzepten, die am Ende der Konzeption miteinander verglichen werden. Das präferierte Konzept wird anschließend konstruktiv umgesetzt und hinsichtlich Schwingungsverhalten, Verformung, Toleranzen, Thermik, Montage und Kosten betrachtet.

Der Einsatz von Abgasturboladern gewinnt durch die Leistungs- und Effizienzsteigerung immer mehr an Bedeutung. Wegen der hohen Abgastemperaturen, innerhalb des Turboladers, liegt eine hohe zyklische thermo-mechanische Belastung vor, welche zu plastischen Verformungen des Turbinengehäuses führt. Aufgrund des verstärkten Einsatzes von numerischen Simulationen zur kosten- und zeitgünstigen Optimierung von Prototypen, ist eine Auseinandersetzung mit Werkstoffmodellen Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der Simulationen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Grundlagenuntersuchungen zu den am häufigsten angewendeten elasto-plastischen Werkstoffmodellen für Metalle durchgeführt. Hierbei wurde ein Berechnungsalgorithmus bereitgestellt und anschließend mit Hilfe eines kommerziell verfügbaren FEM-Programmes verifiziert, mit welchem das elasto-plastische Werkstoffverhalten, für die Fälle isotroper und kinematischer Verfestigung, für einen beliebigen Beanspruchungszustand eines Grundelements untersucht werden kann und die Unterschiede zwischen beiden Verfestigungsarten einfach veranschaulicht werden können. Anschließend erfolgten FEM-Berechnungen an einem Referenz-Abgasturbolader, mit Hilfe von Ansys® v14, mit der Zielsetzung vergleichende Betrachtungen zum strukturmechanischen Verhalten, unter Verwendung verschiedener elasto-plastischer Werkstoffmodelle, durchführen zu können.

This bachelor thesis deals with the design and development of a multifunctional dynamometer. The aim is to simulate the ride of a human with mobility aid in his natural environment. It enables the possibility of uneven ground and hill and valley drives. This gives the chance to obtain data and conclusions as well as to improve future mobility aids und realize an improved user interface. The thesis reflects common mobility aids, the state of technology and the constructive development process. The concepts will be evaluated objectively after a functional analysis. The following construction is described in detail.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Synthese neuer passiver Konzepte zur Reduktion von mechanischen Drehschwingungen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, die durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation eines historischen Dampflokrahmens. Sie versucht die Entstehung eines Risses im Rahmen der Lokomotive 94 1292 zu erklären. Dazu wurde ein dreidimensionales CAD-Modell aus historischen Zeichnungen aufgebaut. Anschließend wurde dieser Rahmen für eine FEM-Simulation angepasst. Die Anpassungen wurden vorher an vereinfachten Modellen entwickelt. In die statische Simulation wurden neben den Massen der einzelnen Bauteile auch die Kräfte und Momente, die das Triebwerk im Betrieb hervorbringt, eingefügt. Dazu besteht die Simulation aus einem starrkörperdynamischen und einem strukturmechanischem Teil. Mit der Starrkörperdynamik wurden die Reaktionslasten des Triebwerks ermittelt und anschließend in die Strukturmechanik eingefügt. Anschließend wurden die Spannungen im Rahmen ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei Lokomotiven mit Zwillingsmaschine je nach Fahrtrichtung eine Rahmenseite stärker belastet wird als die andere. Zum Schluss wurde eine neue Zeichnung der Rahmenwangen aus dem Modell für die Rekonstruktion der beschädigten Lokomotive gefertigt.

Das Ziel der Arbeit besteht in der Untersuchung der Dynamik von einseitig gelagerten Rotoren, insbesondere soll das Verhalten bei Unwuchterregung betrachtet werden. Darauf aufbauend soll ein geeignetes MKS-Modell erstellt werden und die Voraussetzungen für Parameterstudien mittels eines Simulationswerkzeuges zu schaffen. Aufgaben: - Literaturrecherche Rotordynamik und zur Modellbildung - Untersuchung des dynamischen Verhaltens an einem Testaufbau; - Identifikation von Parametern; - Erarbeitung von geeigneten MKS-Modellen in alaska.

Im Verlauf dieser Masterarbeit wurde ein System entwickelt, mit welchem die Untersuchung der wurmartigen Lokomotion in einem weiten Spektrum an Bewegungsvarianten ermöglicht wird. Als Orientierung bezüglich der Bewegungsmuster wird hierbei der Regenwurm angesehen. Nach näherer Betrachtung des biologischen Vorbildes, wurde eine ausführliche Analyse der bisherigen weltweiten Entwicklungen auf dem Gebiet der wurmartigen Robotik durchgeführt. Die Erkenntnis, welche aus dieser Analyse gewonnen wurden, dienen als Grundlage für die Entwicklungen eines apedalen Bewegungssystems, welches unter Nutzung einer Borstenstruktur eine gerichtete Bewegung erzeugt. Für die Variation des Abstandes zwischen zwei Segmenten des Systems, wird auf das Konzept der sogenannten Schubkette zurückgegriffen, welche bei sehr großen Verfahrwegen, eine hohe Kompaktheit aufweist.

Ausgehend vom biologischen Vorbild, dem Regenwurm, wird in der vorliegenden Arbeit zunächst ein mechanisches Modell und daraus anschließend das mathematische Berechnungsmodell abgeleitet. Dieses Modell besteht aus diskreten Massepunkten, die durch masselos angenommene Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente miteinander verbunden sind. An jedem Massepunkt sind Spikes befestigt, die ein Zurückrutschen verhindern und somit nur eine Fortbewegungsrichtung zulassen. Die gerichtete Vorwärtsbewegung, in Form einer peristalltischen Bewegung, des Wurmroboters entsteht durch das Zusammenwirken der Abstützung der Spikes gegenüber dem Untergrund und den vorgegebenen Längenänderungen der Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente und damit der Abstände der Massepunkte zueinander. Die Art und Weise der Änderung der Massepunktsabstände wird durch Referenztrajektorien beschrieben. Aufgabe der adaptiven Regelung ist es, durch das Aufbringen von Stellkräften die realen Massepunktsabstände den Referenztrajektorien nachzuführen. Ausgehend von einem gegebenen Programmgerüst wird die Reglerstruktur zunächst von PD auf PID erweitert. Aus Parameterstudien wird ein optimaler PID-Regler ermittelt, der als Grundlage für die im weiteren Verlauf neu entwickelten Regelungskonzepte genutzt wird. Die Trichter-Regelung, die Regelung mittels Differenzenquotient und Time Delay und die Regelung mit nicht-klassischem Feedback werden in der vorliegenden Arbeit erstmals für den speziellen Einsatz und die direkte Anwendung auf den wurmartigen Roboter implementiert. Die Erweiterung teilweise bestehender Regelungsansätze und die Durchführung von Parameterstudien bilden den Hauptteil der Arbeit. Die Simulationsergebnisse der als optimale Parametersätze bestimmten Einstellungen der jeweiligen Reglertypen werden hinsichtlich ihrer Reglerdynamik und ihres Einflusses auf das Gesamtsystem miteinander verglichen. Weitere Simulationen untersuchen das Verhalten der verschiedenen Regler beim Wechsel des Fortbewegungsmusters, da ein solcher Wechsel als Reaktion auf die Änderung bestimmter Umwelteinfüsse sinnvoll und notwendig ist, um Beschädigungen am Roboter oder Beeinträchtigungen in dessen Funktion zu vermeiden. Es werden ebenfalls Simulationen mit Kombinationen der neu implementierten Regelungen durchgeführt, die Hinweise darüber geben, ob und wie sich verschiedene Regelkonzepte aufeinander auswirken. Alle Simulationen werden mit Hilfe einer, in MATLAB programmierten, GUI durchgeführt, in der sowohl die Wurmparameter wie auch die Regelungsparameter beliebig einstellbar sind.

Gegenstand der Arbeit ist die Erweiterung eines Finite-Elemente-Modells des Luftfederdämpfers in Abaqus sowie die Erstellung eines MKS-Gesamtfahrzeugmodells für die spätere Integration. Unter anderem werden MKS-Modelle in der Automobilindustrie zur Simulation und Auslegung von Fahrwerkseigenschaften eingesetzt. Die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Fahrwerkskomponenten wie etwa Federung und Dämpfung steht im Vordergrund. Ein neuer Ansatz, in Form eines Luftfederdämpfers, nutzt das Medium Luft sowohl für Federungs- als auch Dämpfungseigenschaften. Um eine realitätsnahe Modellierung des Luftfederdämpfers in Abaqus zu erzielen, wurden in einem bereits bestehenden FE-Modell Druckbegrenzungsventil und Kolbenkonturierung berücksichtigt. Simulationen wurden sowohl an der Komponente Luftfederdämpfer als auch am generierten MKS-Gesamtfahrzeugmodell vorgenommen. Der Fokus der Untersuchungen galt dem Systemverhalten des Luftfederdämpfers, insbesondere der Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeugmodell. Die Validierung erfolgte anhand vereinfachter, dynamischer Anregungen. Zur Beurteilung der Ergebnisse dienten ein Komponentenmodell des Luftfederdämpfers sowie ein Viertelfahrzeugmodell, die die wesentlichen Funktionen mit hinreichender Genauigkeit abbilden. Die Ergebnisse werden als Grundlage weiterer Untersuchen herangezogen, beispielsweise ist das harshness-Verhalten des Gesamtfahrzeugmodells zu nennen.

In dieser Arbeit wird die approximative Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender Balken unter Voraussetzung der Euler Bernoulli-Theorie und der Timoshenko-Balkentheorie betrachtet. All diesen Berechnungen liegt das Modell eines einseitig eingespannten Balkens zu Grunde. Hierbei soll ermittelt werden, wie die exakte Eigenkreisfrequenz am besten zu nähern ist und in wie weit Variationen der Parameter möglich sind, um das Ergebnis möglichst genau zu nähern, ohne dabei langwierige Berechnungsabläufe vollführen zu müssen. Dabei werden zuerst Untersuchungen an Längsschwingern durchgeführt. Es wird dabei ermittelt, welche Herangehensweise sich eignet, um das Mehrmassensystem zu beschreiben. Dies geschieht, indem als Ausgangslage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den verschiedenen Näherungen zu vergleichen. Die Näherungen bestehen aus unterschiedliche Verteilungsarten der Massen im Bezug auf die Stablänge. Dementsprechend entstehen unterschiedliche Federsteifigkeiten und Lagen der Massepunkte. Anschließend werden Biegeschwingungen betrachtet, bei welchen ebenfalls als Grundlage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den Näherungen zu vergleichen. Bei den Näherungen erfolgt die Verteilung anhand von vorgegebenen Funktionen. Ziel ist es, die Näherungsverfahren zu verifizieren, um eine Grundlage zu legen für die Näherung von komplexen Systemen. Als Grundgedanke dieser Arbeit ist der Gedanke die Vibrisse von Tieren (z.B.: Ratten oder Robben), welche ein komplexes Gebilde ist und mit Blutsäcken unter der Haut gesteuert wird, mittels eines technischen Modells darzustellen.

Diese Arbeit befasst sich mit der FE-Berechnung des von der Uhde Inventa-Fischer AG patentierten DISCAGE®-Reaktors sowie des sich anschließenden Vakuumsystems, zur Herstellung von Polymeren. Hierzu sind zunächst theoretische Grundlagen zur Spannungskategorisierung und zu den Stoffgesetzen näher erläutert. Danach werden die einzelnen Komponenten des zu berechneten Systems detailliert beschrieben. Im vierten Gliederungspunkt der Arbeit wird auf die Modellerstellung im CAD sowie im FEM eingegangen. Die Ergebnisse der FEM Berechnung werden im fünften Gliederungspunkt ausgewertet. Hierzu erfolgen zunächst eine Spannungsauswertung der einzelnen Lastfälle sowie eine Analyse der vorliegenden Stutzenlasten. Im letzen Teil werden die Kernaussagen der Arbeit zusammenfassend dargestellt. Für weiterführende Analysen können die an das System angekoppelten Leitungen in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren können zusätzliche Lastfälle berechnet werden, welche speziell auf den jeweiligen Standort des Systems ausgerichtet sind.

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und FEM-Simulation von verschraubten Dichtsystemen an Automobilscheinwerfern. Im Zuge der Arbeit werden allgemein anwendbare Ersatzmodelle für Profildichtungen entwickelt. Die FE-Ersatzmodelle besitzen unterschiedliche Abstraktionsgrade hinsichtlich einer Übertragung der auftretenden Verpressungskräfte. Als Grundlage dienen experimentelle Untersuchungen an verbauten Profildichtungen. Für die Scheinwerferentwicklung der Firma HELLA wird ein FE-Modell bereitgestellt, das die Auslegung von verschraubten Dichtsystemen unterstützt und dabei eine entwicklungsbegleitende Funktionsprüfung abbildet. Der Einfluss einer Materialänderung, Änderung von Position oder Anzahl der Schraubverbindungen, Verstärkung oder Verrippung an den verwendeten Kunststoffbauteilen, kann mit Hilfe des entwickelten FE-Modells bewertet werden. Durchgeführte exemplarische Referenzmessungen zeigen die Anwendbarkeit des FE-Modells.

In dem Bestreben leichtere und günstigere Elektromotoren einsetzen zu können, wird der Wirkungsgrad eines Schneckengetriebes im Fensterhebermotor erhöht. Dies führt allerdings dazu, dass dessen Selbsthemmung entfällt. Ziel der folgenden wissenschaftlichen Arbeit ist es daher, alternative Lösungsprinzipien zur Selbsthemmung von Fensterhebermotoren zu entwickeln. Zudem wird der Einsatz eines Piezoaktors zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Hemmung geprüft. Der Stand der Technik von Selbsthemmungskonzepten sowie der Piezotechnologie wurden aufgezeigt und sechs prinzipielle Lösungen mit neun Untervarianten erarbeitet und bewertet. Aus den Lösungsvarianten wurde das Konzept der Reibhülse ausgewählt, das funktionale Verhalten mit Hilfe der Modellbildung untersucht und auf Plausibilität geprüft. Es konnte aufgezeigt werden, welche Kontaktkraft die Reibhülse, bei vorgegebenem antriebsseitigem Stellweg, auf eine Welle erzeugen kann. Des Weiteren wird das Verhältnis von antrieb- zu abtriebsseitigem Stellweg, im Fall des Spreizens der Reibhülse, ermittelt. Ausgehend von der durchgeführten Sensitivitätsanalyse, die in Zusammenarbeit mit der FEM-Simulation eine optimierte Designkonfiguration der Reibhülse liefert, wurde ein Prototyp gefertigt, welcher im Demonstrator zum Einsatz kam und erfolgreich getestet wurde. An Hand der Simulationsergebnisse wurde festgestellt, dass ein Piezoaktor die Anforderungen bzgl. Stellweg und Blockierkraft erfüllt, jedoch nach derzeitigem Stand nicht favorisiert wird.

In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einer senkrecht zur Bewegungsrichtung oszillierenden, inneren Masse untersucht. Die zur Fortbewegung nötige Unsymmetrie im Bewegungsverlauf wird dabei über eine Vielzahl angewinkelter Borsten erreicht, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf den Einflüssen verschiedener Kontaktgeometrien auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters. Zur Untersuchung der Zusammenhänge werden analytische Modellierungen des Systems entwickelt und deren numerische Lösungen mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Kontaktgeometrien über variierende Anregungsfrequenzen gemessen. Zusätzlich wird anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Bewegungsverlauf realer Systeme mit den Simulationsergebnissen verglichen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich der numerischen Parameterstudien mit den gemessenen Geschwindigkeiten zeigt sich, dass das analytische Modell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.

Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.

Nachgiebigkeiten in technischen Systemen galten lange Zeit als unerwünscht. Nach und nach wurde erkannt, dass in gewissen Anwendungsgebieten eine Nutzung funktioneller Nachgiebigkeit angebracht ist. Des Weiteren kann eine aktive und passive Beeinflussung der Nachgiebigkeit die Flexibilität im Einsatz technischer Baugruppen erhöhen. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der konstruktiven Anpassung eines festgelegten monolithischen, pneumatisch angetriebenen Hohlraummechanismus mit instabilen Verhalten. Dabei wird der Mechanismus so angeglichen, dass dessen Nachgiebigkeit selbst nach der Herstellung kontinuierlich beeinflussbar ist. Hierfür wird zunächst eine Literaturrecherche zum Stand der Technik, bezüglich erlastomerer Mechanismen und Fluidaktuatoren, durchgeführt. Auf Grundlage der Systematisierung der Recherche-Ergebnisse werden Maßnahmen ermittelt, welche eine konstruktive Weiterentwicklung des gegebenen Mechanismus ermöglichen. Das Verformungsverhalten des weiterentwickelten Mechanismus, sowie dessen Beeinflussungsmöglichkeiten, werden anschließend mit FEM-Simulationen analysiert und diskutiert. Abschließend wird die Nachgiebigkeitscharakteristik des nachgiebigen Mechanismus mit Hilfe herkömmlicher mechanischer Elemente (Federelemente) abstrahiert und ein mechanisches Ersatzmodell erarbeitet.

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der Simulationsmethoden zum Rüttel-Klima-Dauertest (RKD). In der Betriebsphase eines Fahrzeugs kommt es infolge von schwankenden Temperaturen und verschiedenen Schwingungsanregungen aus dem Fahrbetrieb zu einer Absenkung der Front- und Heckstoßfänger. Das Verformungsverhalten wird wesentlich durch die verwendeten Materialien und die konstruktive Gestaltung der Bauteile sowie deren Verbindungsstellen beeinflusst. Moderne Stoßfänger bestehen aus Kunststoffen, deren temperatur- und spannungsabhängige Materialeigenschaften sich auf die Stoßfängerabsenkung auswirken. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Grundlage von FE-Simulationen eine physikalisch plausible Simulationsmethode für die Stoßfängerabsenkung zu überprüfen und mit Hilfe von Versuchen zu validieren. Hierfür stehen Stoßfänger von zwei Fahrzeugmodellen sowie Schwingungsprüfstände und Klimakammern zur Verfügung. Letztlich soll der Reifegrad der Simulationsmodelle erhöht werden, um die Absenkung der Stoßfänger prognosesicher zu simulieren.

In dieser Arbeit wird das dynamische Verhalten abgesetzter, biegeschwingender Balken, welche der Euler-Bernoulli-Theorie genügen, und längsschwingender Stäbe unter dem Einfluss von diskreten, viskoelastischen Lagerungen untersucht. Um einen Zugang zu dieser Problematik zu finden, werden dabei zunächst Longitudinalschwingungen von Stäben betrachtet. Zuerst werden einfache Systeme bestehend aus einem Abschnitt betrachtet und diskrete Dämpfungspunkte am Rand zugelassen. Anschließend folgt der Übergang zu abgesetzten Stäben. Es wird bewiesen, dass jeder abgesetzte Stab eine Eigenkreisfrequenz und gegebenenfalls einen Abklingkoeffizienten für alle Abschnitte besitzt und, bei unterschiedlichen Materialparametern, unterschiedliche Eigenwerte zur Beschreibung der einzelnen Abschnitte notwendig sind. Die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Balken erfolgt auf ähnliche Weise. Zunächst werden Balken betrachtet, welche aus nur einem Abschnitt bestehen. Anschließend werden abgesetzte Balken untersucht, bei welchen sich die Abschnitte sowohl geometrisch als auch in den Materialparametern unterscheiden dürfen. Es wird bewiesen, dass Balken mit Absätzen, genau wie Stäbe, eine Eigenkreisfrequenz besitzen. Abschließend werden einige ausgewählte Systeme bestehend aus mehreren Balkenabschnitten betrachtet und die Abhängigkeit der Eigenkreisfrequenzen von unterschiedlichen Parametern bestimmt.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer vollautomatischen Montageanlage für Schrankaufhänger schrittweise vorgestellt. Nach einer ausführlichen Analyse des Produktes werden Schwerpunkte für die Konstruktion der Montageanlage definiert. Dabei wird vor allem auf die Unabhängigkeit von Bauteilvarianzen und die Minimierung der Prozesszeiten eingegangen. Unter Berücksichtigung von Kundenforderungen werden anschließend Richtlinien zu Gestaltung des Layouts aufgestellt und deren Umsetzung in den Bereichen "Montageanlage" und "Rundtaktautomat" beschrieben. In einem weiteren Schritt werden die definierten Schwerpunkte und die daraus resultierenden Herausforderungen am Beispiel der "Justage- und Schraubstationen" aufgezeigt und konkrete Lösungsvorschläge dargestellt. Eine systematische Analyse der Prozessschritte deckt abschließend Fehlerquellen auf und liefert Instrumente zur Einhaltung der Qualitätsanforderungen.

Ausgangspunkt der Arbeit ist das biologisch inspirierte Modell eines wurmartigen Lokomotionssystems. Das mechanische Modell besteht aus diskreten Massepunkten, zwischen denen sich viskoelastische Kraftaktoren befinden. Den Bodenkontakt stellen ideale Spikes dar, welche als Zwangskräfte die Rückwärtsbewegung einzelner Massenelemente sperren. Die Änderung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen wird über eine adaptive Regelung realisiert, die eine Referenztrajektorie verfolgt. Dies führt in Zusammenhang mit dem Umgebungskontakt durch die Spikes zur (undulatorischen) Lokomotion des Systems. - Nach der Ableitung des beschriebenen Modells und der Vorstellung des (nicht-parameteridentifizierenden) adaptiven Reglers wird die gezielte Konstruktion von Referenzfunktionen für die Abstände, die bestimmte Gangarten ergeben, beschrieben. Dabei wird auf einen bestehenden Algorithmus zurückgegriffen, mit dem sich Vorgaben bezüglich der Anzahl und Abfolge der wirkenden Spikes und der resultierenden Geschwindigkeit machen lassen. In der anschließenden Untersuchung der Gangarten wird in Simulationsbeispielen für Wurmketten mit drei und vier Massepunkten eine Auswahl von Gangarten ermittelt, die bezüglich der Anforderungen an die Aktoren und die Spikes am besten geeignet sind. - Es werden einige Parameterstudien durchgeführt, aus denen hervorgeht, dass der Wurm auch mit modifizierten Massen, Feder- und Dämpferkonstanten, die sogar zeitveränderlich sein dürfen, erfolgreich geregelt werden kann. Nach Untersuchungen einiger Modifikationen des adaptiven Reglers können Empfehlungen zu dessen Verbesserung gemacht werden. - Zur Implementierung des automatischen Gangartwechsels werden mithilfe der Betrachtung verschiedener Simulationen die als Auslöser des Schaltens in Frage kommenden Kriterien festgelegt: Stellkräfte und Spikeskräfte, mit denen die Wahl der optimalen Gangart von Geschwindigkeit und der Untergrundsteigung abhängt. Mit einer Näherungsbetrachtung dieser Kräfte lassen sich steigungsabhängige Geschwindigkeitsbereiche einzelnen Gangarten zuordnen. Damit ist eine Kombination aus Geschwindigkeitsanpassung und Gangartwechsel umsetzbar, die ein optimales Kriechen bei vorgegebenen Begrenzungen der Stell- oder Spikekräfte gewährleistet. Zusätzlich werden Regelungsstrategien zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Wurmkopfes geprüft.

Die Vernetzung von Strukturen mit der FEM ist zeitaufwändig. Die Menge der Elemente erhöhen sich mit der Komplexität der Struktur. Vereinfachungen, um die Modellierungszeit und die Anzahl der Elemente zu reduzieren, können zu unvorhersehbaren oder ungenügenden Ergebnissen führen. Insbesondere die Modellierung von Wälzlagern ist komplex oder führt zu unzureichenden Ergebnissen bei der Vereinfachung. Wälzlager, als standardisierte Maschinenelemente, werden oft verwendet. In verschiedenen Strukturen sind sie mehr als einmal montiert. Daher ist das Modellieren und Vernetzen von Wälzlagern, bei der Analyse solcher Strukturen, ein sich wiederholender Prozess. Die Notwendigkeit, eine Herangehensweise zur Modellierung von Wälzlagern schnell und mit nur wenigen Elementen zu entwickeln, steht außer Frage. - In dieser Arbeit werden zwei Ansätze beschrieben, die in ähnlicher Weise mit starren Elementen modelliert werden und der ganze Ansatz nur aus drei Elementen besteht. Beide sind in verschiedenen Testanordnungen untersucht, um die Vorteile und Nachteile zu finden. Der CBUSH-Ansatz ist leicht zu verstehen und zu reproduzieren. Der GENEL-Ansatz ist lediglich ein Austausch des CBUSH-Elementes mit dem GENEL-Element. Die Eingabe der Steifigkeitswerte für den CBUSH-Ansatz für alle 6 Freiheitsgrade, zwischen den starren Elementen, ist eine Vereinfachung des GENEL-Ansatzes. Das GENEL-Element bietet die Möglichkeit alle Steifigkeitswerte einer 6x6-Matrix zuzuweisen. - Zusätzlich wurde eine thermo-mechanische Struktur entwickelt, untersucht und mit dem vielversprechenden CBUSH-Ansatz verglichen. Die dynamischen Ergebnisse nicht befriedigend. Die Weiterentwicklung wird empfohlen. - Als kritischer Punkt kann die Bestimmung der Steifigkeiten angesehen werden. Mit Bezug auf die Literaturrecherche und den genannten Möglichkeiten um Lagersteifigkeiten zu berechnen, sind einige wesentliche geometrische Eingaben zu ermitteln. Informationen über die geometrischen Eingabewerte, als ein wohl behütetes Geheimnis der Wälzlagerhersteller, sind spärlich bis gar nicht zu bekommen. - Die Verifizierung der Ergebnisse des CBUSH und GENEL-Ansatzes ist für weitere Forschung und Entwicklung ratsam.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt die Formfindung vorgespannter, nachgiebiger Strukturen mit Hilfe der Finite Elemente Methode unter Verwendung der geometrisch nichtlinearen Theorie. Dafür werden die notwendigen Grundlagen zur numerischen Mathematik zusammengefasst und die Gleichungssysteme für geometrisch nichtlineare Fachwerke hergeleitet. Anschließend werden verschiedene Lösungsverfahren an nicht vorgespannten Strukturen erprobt und an ausgewählten Tensegritätsstrukturen angewendet. Zu diesem Zweck werden verschiedene Programme mit dem numerischen Berechnungsprogramm MATLAB entwickelt und erläutert. Die Ergebnisse werden mit der FEM-Software ANSYS verifiziert.

In dieser Arbeit wird der Weg zu einer werkstoffgerechten Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen beschrieben. Dafür wird auf die spezifischen Werkstoffeigenschaften von Faserverbunden und auf die verwendete Sandwichbauweise eingegangen. Am konkreten Beispiel wird eine passende Materialkombination ausgewählt und ein geeigneter Lagenaufbau entwickelt. Dies erfolgt anhand von praktischen Versuchen und FEM-Analysen. Anschließend werden Detailuntersuchungen am fertigen Lagenaufbau durchgeführt, um einen Nachweis für die Fahrersicherheit und die Eignung unter Einsatzbedingungen zu erbringen. Auf diesen Erkenntnissen wurde ein Prototyp des Monocoques gebaut, der im Elektrorennwagen des Ilmenauer Formula SAE Teams verwendet wird.

Die in diesem Bericht aufgeführten Arbeiten beziehen sich auf die Entwicklung eines Versuchsstandes für Festkörpergelenke. Zunächst erfolgt eine Einführung in die kinematische Beschreibung nachgiebiger Mechanismen. Darauf hin werden verschiedene Definitionen der Lage der Drehachse systematisiert und ausgewählt. Es werden bestehende Versuchsstände in der Fachliteratur recherchiert und auf die Anwendung in dieser Arbeit geprüft. Anhand von FEM-Simulationen wird der Versuchsstand konzipiert, konstruiert und in Betrieb genommen. Es werden verschiedene Festkörpergelenke mit dem Versuchsstand ausgelenkt vermessen. Darauf folgt die Darstellung und Auswertung der erhaltenen Messergebnisse.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer neuen Federschwingmaschine der SCHERDEL Gruppe im Werk Marktredwitz. Für die zukünftige Federschwingmaschine soll dabei in Betracht gezogen werden, dass sich die Anforderungen an die Prüfung durch die Federn verändert haben. Deshalb wurde für die erhöhte Prüffrequenz, die höhere Prüfkraft und die benötigte hohe Lastwechselanzahl bei kleinen Hüben auf eine Kombination aus einer aerostatischen Führung und einem eisenbehafteten Linearmotor zurückgegriffen. Um die Vielfalt an Sonderteilen und einen schnelleren und genaueren Umbau der Maschine zu ermöglichen, wird außerdem eine Schnellwechselvorrichtung vorgesehen.

Die vorliegende Master-Arbeit befasst sich mit der Auslegung eines CFK-Monocoques für einen elektrisch betriebenen Formula SAE Rennwagen. Der Wunsch nach Leichtbau bei gleichzeitig höherer Torsionssteifigkeit des Rahmens setzt hohe Anforderungen an das verwendete Material und Bauweisen. Hierzu wurden zunächst grundlegende Zusammenhänge in einer Literaturrecherche zusammengetragen und so ein Allgemeinverständnis zur Auswahl von geeigneten Materialen und Halbzeugen aufgebaut. Danach wurde mittels numerischer Simulationsmethoden eine Belastungsermittlung durchgeführt. Hierzu entstand ein Simulationsmodell in Ansys Workbench, welches das Fahrwerk, die Überrollbügel, den Heckrahmen und das Monocoque enthält. Anschließend erfolgte die Auslegung mit Schwerpunkt der Bestimmung der Faserorientierung in Ansys Composite PrepPost. Ein Prototyp des im Rahmen der Arbeit entworfenen Monocoques wurde durch das Team StarCraft e.V. gefertigt.

Neben der Mobilität von Robotersystemen spielt der Leichtbau zukünftiger Systeme eine immer größere Rolle. Ausgehend von dem biologischen Vorbild, dem menschlichen Arm, wurde im Rahmen der Masterarbeit ein Ultraleicht-Assistenzarm ausgelegt und konstruiert. Auf Grund des biologischen Vorbildes wurden spezielle Anforderungen an das System gestellt. Dazu gehören unter anderem die Forderung nach einer hohen Nachgiebigkeit und einem Freiheitsgrad von fünf. Es wurden weitere Systemeigenschaften realisiert, wie zum Beispiel eine mechanische Gewichtskraftkompensation. Nach der Konstruktion erfolgte eine Analyse des Arbeitsraums sowie des Bewegungsbereiches des Roboterarms.

Viele Säugetiere, insbesondere nachtaktive oder in dunkleren Umgebungen lebende Tiere, verfügen in Ergänzung ihres Seh-, Tast-, und Hörsinns über das komplexe Zusatzsinnesorgan der Vibrisse. Dieses, auch als erweiterter Tastsinn beschriebene Sinnesorgan, ermöglicht es den Tieren, Reize (z. B. Windstöße, Wirbelstraßen und Berührungen) passiv wahrzunehmen. Einzelne Tiere, wie etwa Ratten, sind darüberhinaus in der Lage, ihre Tasthaare aktiv einzusetzen, um genaue Informationen über Oberflächen und Objektformen ihrer direkten Umgebung zu gewinnen. - Neben der neuronalen Verarbeitung der Reize sind die mechanischen, insbesondere die dynamischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Funktion der Vibrisse. Die Kenntnis dieser Eigenschaften ist sowohl für ein genaues Verständnis der Funktionsweise, als auch für eine erfolgreiche technische Umsetzung des biologischen Vorbilds im Sinne der Bionik Grundvoraussetzung. Dazu leistet diese Arbeit einen Beitrag, in dem sie die relevanten mechanischen Grundlagen zusammenstellt, analysiert und hinsichtlich der Bedeutung für das biologische Vorbild interpretiert. - Ausgehend von einem möglichst allgemeinen, aber nicht über das biologische Vorbild hinausgehenden Ausgangspunkt, werden die Schwingungsdifferenzialgleichungen für Biegeschwingungen von Balken großer Auslenkung bei klein bleibender Verformung unter Berücksichtigung von Schubverfomung, Rotationsträgheit sowie Längskraft hergeleitet. Aus diesen lassen sich die linearen Schwingungsdifferenzialgleichungen für kleine Auslenkungen des Euler-Bernoulli-Balkenmodells gewinnen, welche die Grundlage für die Betrachtungen dieser Arbeit bilden. Im Anschluss werden zunächst Biegeschwingungen von Balken unter Axiallast näher untersucht, da diese möglicherweise für eine technische Umsetzung von Bedeutung sein könnten. Daran anschließend wird der Fall eines einseitig eingespannten Balkens mit konisch verjüngendem Ringquerschnitt, ähnlich der Vibrisse, diskutiert. Zur Untersuchung der Bedeutung der viskoelastischen Lagerung des Haares, von der man annimmt, dass die Tiere diese aktiv beeinflussen, wird abschließend ein einfaches Vibrissenmodell betrachtet und ausführlich analysiert. Die Besonderheit der mathematischen Behandlung liegt dabei in der Berücksichtigung der Randdämpfung. - Die Übertragung der aufgezeigten theoretischen Zusammenhänge auf die Vibrisse bestätigen, dass die konische Form des Vibrissenhaares von entscheidender Bedeutung für das aktive Erkunden der Umgebung ist. Darüberhinaus kann ein Lagerarbeitspunkt festgestellt werden, welcher für eine mögliche technische Umsetzung von Vorteil ist.

Die vorliegende Diplomarbeit beschreibt die Entwicklung und Inbetriebnahme einer Parallelkinematik, die durch Planarmotoren angetrieben wird. Das Werkzeug des Robotersystems soll hierbei einen Freiheitsgrad von F=6 besitzen. Planarantriebe können auf ihrem Stator in der X-/Y-Ebene frei positioniert werden. Drei dieser Planarmotoren werden über Gelenke und Streben mit einer Plattform verbunden, auf der sich das Werkzeug befindet. Die Inbetriebnahme des Robotersystems erfordert ein Steuerungskonzept, welches die Bewegung der drei Planarantriebe zu einem Gesamtsystem verbindet. Dabei müssen Kollisionen der Antriebe untereinander verhindert werden. Die Gelenke der Roboterkinematik besitzen Einschränkungen in ihrer Bewegungsfreiheit. Die Robotersteuerung muss die daher Gelenkwinkel überwachen. Zur Positionierung des Werkzeugs ist die inverse Kinematik des Robotersystems notwendig. Mit dieser Berechnungsvorschrift werden die Antriebskoordinaten ermittelt. Eine deterministische Lösung der inversen Kinematik ist ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Diplomarbeit.

This thesis is devoted to mechanical oscillating systems. We focus on the calculating of natural eigenfrequencies of such systems and try to approximate the ones of the beams in using the ones of multi point mass systems. All mechanical systems are motivated by examples of automotive engineering. The thesis is arranged into four main chapters. First, at the beginning, we start presenting the theory of oscillations of two main mechanical system classes: beams (with continuously mass distribution) and discrete multi mass point systems. We develop and present all relevant and necessary conditions and equations to calculate the natural eigenfrequencies of such systems. - Second, we investigate the natural eigenfrequencies of beams using multi mass point systems for approximations. The analytical computation of the exact values is very complex as presented in the introduction. Therefore we try to approximate the first natural eigenfrequencies from downside. We consider two free oscillating beams: a longitudinal and a tensional vibrating one. We reduce the number of DoF to 1,2 and 3 and derive the best discrete mass distribution to get a good approximation of the eigenfrequencies from below. Third, we try to transfer the obtained results to systems of higher DoF, specify the mass distribution and numerically calculate the eigenfrequencies. - Fourth, we focus now on the difference of the eigenfrequencies of nonlinear and linear zed systems. Prototypes include a pendulum, an oscillator with nonlinear spring forces and a double pendulum.

Diese Diplomarbeit stellt neue konstruktive Ansätze auf dem Gebiet der wurmartigen Bewegungssysteme vor. Inspiriert sind diese biomimetischen Systeme vom biologischen Vorbild Regenwurm. Die apedale, undulatorische, peristaltische Lokomotion des Regenwurms wird analysiert und ist Vorlage für die technische Realisierung. Eine umfangreiche Literaturrecherche zeigt ein breites Spektrum an Prototypen und Systemen sowie deren Eigenschaften und Leistungen. Zahlreiche terrestrische Lokomotionssysteme bewegen sich geradlinig in einer Bewegungsrichtung und basieren auf symmetrischer Coulomb'scher Reibung. Im Gegensatz dazu wird bei dem neuen System eine einstellbare anisotrope Reibung nach dem Coulomb'schen Reibgesetz verwirklicht. Diese anisotrope Reibung wird durch Borsten mit gegebenem Anstellwinkel realisiert. Durch Mechanismen kann die Ausrichtung der Borsten verändert werden, so dass die geforderte richtungsselektive anisotrope Reibung gewährleistet wird. Somit kann eine Vorzugsbewegungsrichtung durch diese Anstellung der Borsten vorgegeben bzw. gesteuert werden. In Verbindung mit einem periodischen Antrieb (interne Gestaltänderung des künstlichen Wurms) führt die richtungsselektive Reibung zu einer globalen Lageänderung des Systems: Undulation. Sowohl für den Antrieb als auch für die Ausrichtung der Borsten sind verschiedene technische Prinzipe entwickelt und eine ausgewählte Lösung konstruiert worden. Die Besonderheit an diesem neuen System ist die Verwirklichung sämtlicher Teilfunktionen, d.h., des periodischen Antriebs und der Ausrichtung der Borsten, mit nur einem zentralen Antrieb.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse, Einordnung und Bewertung ebenso wie die Synthese, Entwicklung, Konstruktion und Steuerung von apedalen, undulatorischen und peristaltischen Lokomotionssystemen. Auf der Grundlage einer erarbeiteten Funktionsstruktur eines Regenwurmsegments werden bestehende Lokomotionssysteme im Hinblick auf die Umsetzung funktionaler und struktureller Zusammenhänge des Regenwurms (biologisches Vorbild) analysiert. Zwei Lokomotionssysteme (Mikrosystem und Makrosystem) werden aufgrund ihres Weiterentwicklungspotenzials näher untersucht. Die Lokomotion der beiden Systeme erfolgt auf der Grundlage einer Relativlagenänderung von Wirkelementen mit Borstenstrukturen, die eine anisotrope Reibung realisieren und in Kontakt mit der Umgebung sind. Da die Ausrichtung der sich im Eingriff befindenden Borsten nicht beeinflusst werden kann, ist sowohl bei dem Mikrosystem, als auch bei dem Makrosystem nur eine unidirektionale Lokomotion möglich. Für ein neues Lokomotionssystem werden entsprechend des konstruktiven Entwicklungsprozesses Prinzipe von Wirkelementen erarbeitet. Zwei ausgewählte Prinzipe werden realisiert. Mit Hilfe von Formgedächtnisaktoren wird Einfluss auf die Ausrichtung der sich im Eingriff befindenden Reibstruktur genommen. Dadurch wird eine bidirektionale Lokomotion ermöglicht. Die Relativlagenänderung der Wirkelemente des neuen Lokomotionssystems wird in Analogie zum Mikrosystem durch einen verstärkten Piezostapelaktor realisiert. Es werden jedoch Übertragungselemente mit verteilter Nachgiebigkeit eingesetzt. Die Auslegung erfolgt mit Hilfe einer FE-Analyse in ANSYS. Selbsterwärmungsvorgänge im Piezostapelaktor können dadurch minimiert werden. Das neue Lokomotionssystem ist damit in der Lage, im Vergleich zu dem Mikrosystem, eine längere, gleichförmige Lokomotion auszuführen. Abschließend wird das Makrosystem in Betrieb genommen. Ansteueralgorithmen werden mit Hilfe des Programms LabVIEW implementiert.

Diese Arbeit befasst sich mit Anwendung und Klassifizierung piezoelektrischer Antriebe für miniaturisierte apedale Lokomotionssysteme (ALS). Als apedale Lokomotion wird die Fortbewegung ohne Hilfe der Beine oder Räder im klassischen Sinne bezeichnet. Ein Vergleich des piezoelektrischen Aktorprinzips mit anderen Aktorprinzipien wird aufgestellt und deren relevante Vor- und Nachteile aufgezählt. Es wird gezeigt, dass die Piezoaktoren, aufgrund ihrer Eigenschaften, für den Einsatz als Antrieb in miniaturisierten ALS besonders attraktiv sind. Der piezoelektrische Effekt in verschiedenen piezoelektrischen Materialien sowie Funktionsprinzipien, Bauformen und Eigenschaften von Piezoaktoren und Piezomotoren werden dargelegt und im Hinblick auf die Applikation in ALS analysiert und bewertet. Weiterhin werden die für ALS verwendbaren Antriebsprinzipien, wie zum Beispiel der Trägheitsantrieb oder inchworm-ähnliche Lokomotion, vorgestellt. Eine Methode zum Design von miniaturisierten ALS auf Basis von Analyse der Kombinationen von Lokomotionskonzepten und Antriebs-, Übertragungs- und Wirkelementen wird entwickelt. Die Entwicklungsmethode wird am Beispiel eines regenwurm-ähnlichen Lokomotionssystems hinsichtlich der Wahl und Gewichtung von Bewertungskriterien sowie einer endgültigen Bewertung des Systems detailliert diskutiert.

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung und Weiterentwicklung eines bestehenden Lungenmodells. Es wird ein Versuchsstand entworfen, der es erlaubt, die mechanischen Eigenschaften des Modells zu ermitteln. Diese Parameter werden mit dem natürlichen Vorbild verglichen. Im Rahmen einer Literaturrecherche werden der Stand der Technik bei Beatmungsverfahren ermittelt und daraus Anforderungen an die Weiterentwicklung des Modells abgeleitet. Die Messungen ergeben einen weiteren Optimierungsbedarf bei einigen Parametern; grundsätzlich ist das Modell jedoch geeignet eine der menschlichen Lunge ähnliche Atemkurve nachzubilden. Zu einer breiten Kompatibilität mit Beatmungsverfahren bedarf es jedoch der Erweiterung des Modells um die Fähigkeit der Spontanatmung. Im Rahmen abschließender konstruktiver Vorbetrachtungen werden geeignete Möglichkeiten zur Realisierung dieser Fähigkeit aufgezeigt.

Um eine erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme zu sichern, ist die Nutzung neuer, nichtkonventioneller Fortbewegungsprinzipien notwendig. Ein aktuelles Forschungsthema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen vorheriger Arbeiten am Fachgebiet Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau wurden bereits Lokomotionssysteme mit diesem Hintergrund entwickelt. In der vorliegenden Master-Arbeit wird das dynamische Bewegungsverhalten eines solchen konturvariablen, apedalen Systems untersucht. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet der Aufbau eines geeigneten FE-Simulationsmodells. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Diskussion des dynamischen Bewegungsverhaltens des Lokomotionssystems anhand der erhaltenen Simulationsergebnisse dar. Abschließend wird das Verhalten des Simulationsmodells mit dem Verhalten des realen Systems verglichen und ein Ausblick auf zukünftig nötige Arbeiten geworfen.

Diese Diplomarbeit behandelt Magnetventilinjektoren des Dieseleinspritzsystems Common Rail. Die möglichen Fehlerquellen werden erklärt, analysiert und strukturiert dargestellt. Dabei wird zwischen den Injektorgenerationen mit druckbelasteten Kugelventil (Generation CRI 2-16 und früher) und denen mit druckausgeglichenen Schieberventil (Generation CRI 2-18 und später) unterschieden. Der wichtigste Neuerung beim Generationswechsel CRI 2-16 auf CRI 2-18 ist die geregelte Ankerhubeinstellung. Der Anzug der Magnetspannmutter wird durch Überwachung der Schließdauer geregelt. Der gesamte Prozess, seine Fehlerquellen und Möglichkeiten der Korrektur wurden beschrieben. Als Abschluss wurden zwei Anwendungsbeispiele beschrieben.

In dieser Arbeit werden ausgewählte nachgiebige, monolithische Greifer auf Basis von Ferroelastomeren untersucht. Dabei wird die zur angestrebten Funktion notwendige reversible Verformung dieser Elastomer-Verbundwerkstoffe, die aus einer Polymermatrix und den darin dispergierten weichmagnetischen Partikel bestehen, durch ein inhomogenes Magnetfeld erreicht, welches strukturintegrierte Mikrospulen erzeugen. Der Einfluss der Geometrie solcher nachgiebigen Strukturen auf das Systemverhalten wird an einem ausgewählten Beispiel mittels computergestützter FEM-Analysen qualitativ untersucht und ausgewertet. Anschließend werden Aussagen zu gezielten Bewegungs- und Greifkraftsteuerung getroffen. Auf Basis der theoretischen Untersuchungen wurden zwei Prototypen gefertigt und erprobt. Die Funktionsfähigkeit beider Systeme wurde nachgewiesen. Abschließend wurde das grundlegende dynamische Verhalten beider Prototypen experimentell untersucht.

In der Pflege von wenig mobilen oder immobilen Patienten besteht immer noch das Problem der Wundliegegeschwüre. Ziel ist deshalb die Entwicklung eines neuen Antidekubitus-Lagerungsmoduls. In der vorliegenden Diplomarbeit werden bestehende Erfindungen für die Dekubitusprophylaxe und -therapie, sowie auf dem Markt befindliche Produkte analysiert. Es wird ein Funktionsmodell entwickelt und aufgebaut, mit dem die Funktionsweise bestehender Lagerungssysteme und des geplanten Systems demonstriert werden können, um das Fortschrittspotenzial aufzuzeigen und Tests zur Sensor-/Aktorintegration durchzuführen. Die Konzeption des AD-Lagerungsmoduls wird systematisch nach dem Konstruktionsentwicklungsprozess durchgeführt. Allgemeine Anforderungen an Antidekubitus-Lagerungssysteme werden zusammengetragen und unter Nutzung der Erkenntnisse aus der Analyse von Stand der Technik und des Funktionsmodells ein Konzept für ein AD-Lagerungsmodul erarbeitet, welches gegenüber den zuvor ausgewerteten Produkten und Patenten Verbesserungen und Abgrenzungsmerkmale aufweist. Das entwickelte Konzept wird durch Finite-Elemente-Analysen auf Funktionsfähigkeit geprüft und ist in der Lage, die Dekubitus fördernden Faktoren zu erfassen und ihnen entgegenzuwirken. Das Modul ermöglicht die Einleitung gezielter Reaktionen und Stimulationsbewegungen, die in den untersuchten Patenten und Produkten noch nicht zur Anwendung kommen.

Der Prozess der rechnergestützten Bauteilauslegung mittels Finite-Elemente-Software ist, je nach Bauteilkomplexität, sehr zeitaufwändig. Dabei beschränkt sich der Aufwand nicht nur auf die Berechnung der Modelle. Große Bemühungen sind auch bei der FE-Modell-Erstellung erforderlich, da die Qualität der Modellvernetzung einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität hat. Es werden Ergebnisse verlangt, denen vertraut werden kann. Daher ist neben einem guten und geeigneten Auslegungskonzept auch die Methodik zur Berechnung der konzeptabhängigen Spannungen von großer Bedeutung. Die Auswertung der Ergebnisse und das Berechnen der Lebensdauer verlangen ebenfalls nach größeren Bemühungen. Daher müssen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Werkzeuge und Methoden zur automatisierten konzeptabhängigen Modellierung und Ergebnisauswertung entwickelt werden. - In dieser Diplomarbeit werden im ersten Teil Methoden entwickelt, den Prozess der Schwingfestigkeitsbewertung von (laserstrahl-) geschweißten Verbindungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu automatisieren. Diese Methoden, die auf dem Kerbspannungskonzept und einer Diversifikation der Submodellgenerierung basieren, realisieren eine automatisierte Lebensdauerermittlung auch bei komplexen Schweißnahtgeometrien. - Die betrachteten Automatisierungskonzepte werden im zweiten Teil der Arbeit programmiertechnisch in der Programmiersprache Python umgesetzt und in Form eines Plug-ins in die FE-Software Abaqus implementiert. Durch die Implementierung können die entwickelten Methoden intensiv untersucht werden. Der Fokus der Untersuchungen wird auf die Ermittlung der Abweichungen der automatisiert bestimmten Ergebnisse zu Resultaten aufwändig erstellter und berechneter Referenzmodelle gelegt. Die maximale Differenz bei grober Vernetzung des Globalmodells beträgt ca. 6 % in der berechneten maximalen Spannung. Eine feinere Diskretisierung des Globalmodells führt zu weitaus geringeren Abweichungen. - Außerdem wird die Leistungsfähigkeit der Automatisierung durch einen Vergleich der Berechnungszeiten nachgewiesen. Bei einem Modell einer relativ komplexen Schweißverbindung kann eine Zeitersparnis gegenüber der Rechenzeit des Referenzmodells um den Faktor 1500, bei einer maximalen Kerbspannungsabweichung von ca. 6 %, erreicht werden.

In der hochpräzisen Mess- und Positioniertechnik ist es zunehmend notwendig Relativbewegungen zwischen einem Wirkelement und Objekt über große Wege in mehreren Achsen zu erzeugen und die Führungsabweichungen klein zu halten. Bisherige planare Positioniersysteme verwenden elektromagnetische, lineare Direktantriebe für die Bewegung eines luftgeführten Läufers und ermöglichen Bewegungsbereiche von bis zu 250 x 250 mm2 bei einem Bahnfehler von <1 m. Aufgrund verschiedener Ursachen sind diese Systeme nicht auf Verfahrbereiche von 600 x 600 bis 1000 x 1000 mm2 skalierbar, welche gefordert werden. Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden verschiedene kinematische Strukturen für ein X-Y-Positioniersystem als vielversprechend identifiziert. Eine dieser Strukturen ist ein RRR System mit geschlossenen kinematischen Ketten und drei gestellfesten rotatorischen Antrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde die Struktur hinsichtlich Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowie resultierenden Kräften und Momenten analysiert. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wurden geeignete Antriebs-, Führungs- und Messsysteme sowie deren Anordnung ausgewählt. Abschließend wurde das entwickelte planare Positioniersystem bezüglich minimalen Bauraums, Abweichungen, Verlustleistungen und maximaler Skalierbarkeit hin optimiert.

Üblicherweise werden Industrieroboter in Form von fest definierten Ablaufroutinen betrieben. In einigen Spezial- und Forschungsanwendungen ist es jedoch erforderlich den Roboter jederzeit frei bewegen zu können. In einem aktuellen Forschungsprojekt erfolgt die Entwicklung von Soft- und Hardware zur optischen Navigation im Mondorbit, wobei die entwickelten Komponenten in einem eigens dafür eingerichteten Landesimulator getestet werden sollen. Dazu muss ein, im Teststand integrierter, Industrieroboter über eine externe Applikation, in Echtzeit, gesteuert werden können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer netzwerkbasierten Schnittstelle zur Fernsteuerung des Industrieroboters durch einen handelsüblichen PC. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Implementierung der Schnittstelle zwischen Robotersteuerung und dem PC verfolgt. Die verschiedenen Implementierungen wurden anhand von simulierten und realen Messdaten analysiert und bewertet.

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine bestehende nachgiebige Struktur mittels der Finiten-Elemente-Methode (FEM) weiterführend untersucht. Ziel dieser Untersuchung ist es, das Verhalten der Struktur bei Druckbeaufschlagung dahin gehend zu verändern, dass sie als kinematisches System (überträgt Bewegungen und Kräfte zwischen Antriebs- und Wirksystem) für eine Greifstruktur verwendet werden kann. Die veränderte Struktur wird durch Greifarme zu einer nachgiebigen Greifstruktur erweitert. Eine Literatur- und Patentrecherche gibt ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik. Der Fokus liegt hierbei auf Greifer im Allgemeinen sowie nachgiebigen und hybriden Greifsystemen. Die Systematisierung der Patente zu nachgiebigen Greifstrukturen lehnt sich an die in [Str08] vorgeschlagene Systematik für hybride und nachgiebige Mechanismen an. Um eine Parametervariation durchführen und der Einfluss auf das Verhalten mittels FEM untersuchen zu können, werden Anforderungskriterien für Grundkörper und Greifarm ermittelt. Das Erarbeiten von Simulationsparametern, welche die geforderten Kriterien beeinflussen, ist nötig um FE-Untersuchungen durchführen zu können. Anschließend werden Grundkörper und Greifarme einer Parametervariation unterzogen und der Einfluss auf das Verhalten mittels FEM unter Verwendung von ANSYS® untersucht. Ausgehend von den Ergebnissen der Simulationen wird eine geeignete Grundkörper- und Greifarmgeometrie identifiziert und eine 3-D-Simulation der kompletten Greifstruktur durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit den zweidimensionalen Analysen verglichen. Ebenso werden Vorbetrachtungen zur Sensorintegration in den Grundkörper angestellt und weiter Ausführungsvarianten für die Grundstruktur erarbeitet.

Zur Erzeugung des Feldstromes bei zweipoligen Turbogeneratoren kommen sogenannte Erregermaschinen zum Einsatz, die einen rotierenden Gleichrichtersatz beinhalten. Dieser besteht aus Diodenmodulen und Anbauteilen, die sich auf einem ringförmigen Träger befinden, der als Diodenrad oder RG-Rad bezeichnet wird. - Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Gestaltverbesserung eines Diodenrades aus Aluminium, aufbauend auf einem vorhandenen Design für Erregermaschinen mit geringerem Wellendurchmesser. Die Neuentwicklung soll das derzeit verwendete Stahldiodenrad der Erregermaschine ELR 68/18 ersetzen. Weiterhin werden konstruktive Anpassungsmaßnahmen an den Diodenmodulen durchgeführt, da deren Beanspruchungszustand maßgeblich von der Gestalt des RG-Rades bestimmt wird. - Zu Beginn werden der Gegenstand der Arbeit und die technischen Randbedingungen für den Entwicklungsprozess vorgestellt. Dazu gehören insbesondere die Einordnung des Gleichrichtersatzes in das System Generator, die Beschreibung des Referenzdesigns und die Besonderheiten der verwendeten Aluminiumlegierung. Weiterhin werden die theoretischen Grundlagen für die Teilschritte Konstruktion, Simulation und Ergebnisauswertung erläutert. - Innerhalb der Konstruktionsphase werden alle Entwurfs- und Gestaltanpassungsmaßnahmen für das Diodenrad und die Diodenmodule durchgeführt. Dafür wird die Software Pro/Engineer Wildfire 3.0 verwendet. - Die Simulationsphase beinhaltet die rechnergestützten Untersuchungen der Bauteile mit Hilfe der Finite-Elemente-Software ANSYS 11.0 Workbench. Hierfür werden strukturmechanische, thermische (statisch und transient) sowie fluiddynamische Berechnungen von FE-Modellen mit unterschiedlichem Abstraktionsgrad durchgeführt. - Im Rahmen der Auswertungsphase werden alle Festigkeits- und Funktionsnachweise geführt, die für den Einsatz von Diodenrad und Diodenmodulen erforderlich sind.

Derzeit ist es nicht möglich, den menschlichen Bewegungsapparat so nachzubauen, dass man Lösungen auf vergleichbarem Niveau erhält. Für die Konstruktion humanoider Roboter gelten zudem völlig neue Konstruktionsprinzipien, da hier keine mechanische Genauigkeit einfach durch hohe Steifigkeit erreicht werden kann, da diese fast immer mit hohem Gewicht und größerem Bauraum einhergehen. Der Anspruch an humanoide Roboter soll aber gerade eben dadurch gekennzeichnet sein, dass er ein möglichst menschenähnliches Bild abgibt. Die der Natur eigene Elastizität ist dabei das Hauptunterscheidungsmerkmal zu den technischen Systemen. Forschungen auf dem Gebiet der zweibeinigen Fortbewegung zeigen die Notwendigkeit der Verstellbarkeit von Steifigkeiten. Anspruch dieser Arbeit soll, nach einer umfassenden Recherche zu den Unterschieden und Gemeinsamkeiten biologischer und technischer Gelenke, der Entwurf eines elastisch verkoppelten Drehgelenkes sein.

Analyse zum Stand der Technik bezüglich Fensterhebersysteme - Detailanalyse an Einzelteilen und Baugruppen bezüglich deren Beitrag an den Gleichlaufschwankungen - Ausschlussverfahren und Gewichtung von Wechselwirkungen der Gleichlaufschwankungen des mechatronischen Systems Fensterheber - Nachweis von ein- und ausschaltbaren Einflüssen zur Verursachung von Gleichlaufschwankungen

Die vorliegende Bachelor-Arbeit untersucht die Thematik einer Bewertung von Beschleunigungspulsen für Schlittencrashversuche von Fahrzeugsitzen. Anhand der Werte pulsbewertender Kriterien, sollen Aussagen zur Gesamtbelastung des beanspruchten Gestühls getroffen werden. Dazu werden die in der Praxis häufig gebrauchten Kriterien zunächst definiert und zusammengefasst. Anschließend werden Bereiche ermittelt, in denen sich die Crashpulse und deren Bewertungskriterien im Anwendungsfall des Schlittenversuchs bewegen. Durch Abstraktion der realen Kurvencharakteristken wird schließlich eine synthetische Kennung generiert, die nach entsprechender Untersuchung so geändert werden kann, dass nur bestimmte Bewertungskriterien variieren. Nach Erzeugung von Pulsen mit verschiedensten, definierten Änderungen der Bewertungskriterien, werden diese hinsichtlich ihrer Sitzbelastung verglichen. Die Werte vorher festgelegter Belastungsgrößen ergeben sich nach Auswertung durchgeführter FE-Crashberechnungen für jeden synthetischen Puls. Die Pulsvergleiche zeigen, dass keines der untersuchten Kriterien geeignet ist, eine Sitzbelastung anhand des Beschleunigungspulses zu bewerten. Hauptgründe dafür sind das differente Verhalten der ausgewerteten Belastungsgrößen und die sich ergebenden Belastungsunterschiede bei Änderung des untersuchten Sitzmodells. Die Arbeit macht deutlich, dass die Abbildung einer Sitzgesamtbelastung, rein anhand pulsbewertender Größen, objektiv nicht möglich ist.

In dieser Arbeit wurde eine neue nachgiebige Struktur zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung entwickelt und untersucht. Die Struktur soll pneumatisch angetrieben und für den Einsatz in der Medizintechnik geeignet sein. Zunächst wurde eine Patent- und Literaturrecherche zu nachgiebigen Mechanismen, die eine Rotations- oder Translationsbewegung erzeugen, durchgeführt. Es wurde eine Systematisierung für nachgiebige und hybride Mechanismen entwickelt, der alle gefundenen Lösungen aus der Recherche zugeordnet wurden. Anschließend wurden eigene Prinzipien zur Erzeugung einer rotatorischen Bewegung mit nachgiebigen oder hybriden Mechanismen vorgestellt. Diese Prinzipien wurden hinsichtlich des Fertigungsaufwands, der Eignung für die Medizintechnik und der Funktion bewertet. Anhand der Ergebnisse der mehrwertigen Bewertung wurde eine spiralförmig gewundene Struktur aus Silikongummi ausgewählt. Diese Struktur wurde mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) untersucht und hinsichtlich des Verhältnisses von Rotation zu Translation optimiert. Dazu wurde das Simulationsprogramm ANSYS® 11.0 Classic verwendet. Durch Variation der geometrischen Parameter wurde deren Einfluss auf das Bewegungsverhalten der Struktur untersucht.

Die Stereolithographie ist ein Teilbereich des Rapid Prototypings der ursprünglich für den schichtweisen Aufbau von Prototypen entwickelt wurde. Um die Grenzen dieses Verfahrens zu erweitern wird daran geforscht während des Fertigungsprozesses elektronische und mechanische Baugruppen einzubetten. Aufgrund von Schwindung und Quellung des genutzten Matrixmaterials, entstehen im Fertigungsprozess Eigenspannungen, die ohne eine angreifende äußere Kraft auftreten. Daher werden in Messungen das Volumenänderungsverhalten in verschiedenen Umgebungsmedien dokumentiert und die erlangten Daten zur Implementierung in eine FE-Software vorbereitet. Des Weiteren wird über dynamische Messungen mittels DMTS die Viskoelastizität des Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum ermittelt und ebenfalls zur Softwareimplementierung vorbereitet. Die Daten werden anschließend werden die experimentell ermittelten Daten in die FE-Software Abaqus implementiert und der Einsatz eingebetteter Strukturen unter erhöhten Umweltbedingungen simuliert. Dabei wird geklärt, ob das Material unter der Belastung der entstehenden Eigenspannungen versagt.

E-Assessments im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich sind bislang selten im deutschen Universitätsalltag und werden vielerorts von Lehrenden abgelehnt. Diese Arbeit entwirft ein E-Assessment Werkzeug innerhalb einer E-Learning Umgebung, welches den speziellen Bedürfnissen dieser Fachgebiete gerecht wird. Dazu analysiert sie die Schwierigkeiten und speziellen Bedürfnisse, die das Fachgebiet Technische Mechanik als ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach, mit der Virtualisierung der Lehre verbindet. Daraus leitet sie ein Konzept für eine Lernumgebung ab, die diesen Schwierigkeiten effektiv begegnet. - Die aus dieser Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Umsetzung auf der Lernplattform der TU Ilmenau ein. Organisationsstruktur und Lehrkonzepte werden auf der Plattform abgebildet und es entstehen Beispiele und Anleitungen für alle Lehrenden des Fachgebiets. Diese versetzen das Fachgebiet in die Lage, alle Möglichkeiten, welche die Plattform bietet, effizient zu nutzen um die Einführung und Integration von virtueller Lehre voranzutreiben.

Nachgiebige Mechanismen gewinnen bei der technischen Nutzung immer mehr an Bedeutung. Die spezifische Nachgiebigkeit von gummielastischen Werkstoffen kann gezielt zur Funktionserfüllung in technischen Systemen eingesetzt werden. Das Fachgebiet Getriebetechnik der Technischen Universität Ilmenau beschäftigt sich u. a. mit der Erforschung von Anwendungen aus Silikon, für die bionische Ansätze Entwicklungsgrundlage sind. - Die vorliegende Arbeit befasst sich in diesem Zusammenhang mit der konzeptionellen Entwicklung und Untersuchung einer bionisch inspirierten, nachgiebigen Struktur mit Saugwirkung. Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen Saugnapfstruktur. Speziell geht es darum, die Haltekraft eines geschlossenen monolithischen Saugnapfes für den Vorgang der passiven Volumenvergrößerung durch geometrische Optimierung zu erhöhen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur qualitativen Nachbildung des Unterdrucks im angesaugten Zustand. - Zu Beginn werden Saugnapfarten in Abhängigkeit von der Unterdruckentstehung klassifiziert. - Nach einer ausführlichen Analyse des Standes der Technik von Saugnäpfen und Sauggreifern durch eine Literatur- und Patentrecherche werden strukturelle Saugnapfkriterien formuliert und Unterscheidungsmerkmale anhand spezieller Patente bewertet. - Bei der Saugnapfentwicklung wird die bionische Vorgehensweise für die Weiterentwicklung einer bestehenden Struktur angewendet. Anhand der Untersuchung und Systematisierung von tierischen Saugorganen werden bionisch inspirierte Konstruktionsprinzipien für die technische Umsetzung abstrahiert. - Wegen des nichtlinearen Materialverhaltens des Silikonwerkstoffes erfolgt die Modellbildung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Die Simulationen werden mit dem FEM-Programm ANSYS durchgeführt. Für die Strukturoptimierung wird ein Berechnungsverfahren zur Unterdrucksimulation entwickelt, für das ein zweidimensionales FEM-Modell des Saugnapfes als Grundlage dient. Vergleichende Untersuchungen für unterschiedliche Saugnapfgeometrien erlauben Aussagen über die Struktur mit der größten Haltekraft in Abhängigkeit von der äußeren Belastung. - Abschließend werden Konzepte zur Verbesserung der Saugwirkung aufgezeigt und mögliche technische Anwendungen genannt. Zur Fertigung von mehreren Silikonkörpern wird ein variables Formwerkzeug entworfen, das als Grundlage für weiterführende Arbeiten genutzt werden kann.

Um ein technisches System zu regeln, ist normalerweise die vollständige Kenntnis der Systemparameter notwendig. Mit Hilfe dieser Parameter lassen sich apriori Regelparameter einer Rückführung berechnen, die das System regeln können. Es kann aber, gerade bei biologischen Systemen, in der Regel nicht erwartet werden, dass die Systemparameter vollständig bekannt sind. Beispielhaft wurde hier das Tasthaar einer Katze betrachtet. Um ein Tasthaar auch bei dauerhafter Erregung, beispielsweise durch Wind, sensibel zu halten, muss die Katze in der Lage sein, das Tasthaar soweit zu versteifen, dass weiterhin Signale wahrgenommen werden können. Damit Systeme geregelt werden können, deren Parameter unbekannt sind, kann die adaptive Regelung genutzt werden. Bei der in dieser Arbeit verwendeten Art der adaptiven Regelung handelt es sich um eine Ausgangsrückführung mit einem Parameteradaptionsgesetz. Dies ermöglicht es dem System, sich selbstständig den jeweils notwendigen Verstärkungsfaktor zu generieren. Solche biologischen Regelungsprobleme wurden bereits in der Dissertation von Herrn Behn ausführlich untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit bildete die Grundlage für die hier vorliegende Diplomarbeit. Herr Behn bemerkte im Ausblick seiner Dissertation die Notwendigkeit des Entwurfs neuer Adaptionsgesetze, die es dem Verstärkungsfaktor ermöglichen, seinen hohen Wert zu verringern. Diese Aufgabe greift die vorliegende Arbeit auf und stellt somit eine Fortführung der Betrachtung von Adaptionsgesetzen aus der Dissertation dar. Es wurde zuerst eine ausführliche Literaturrecherche über in der Literatur verwendete Adaptionsgesetze durchgeführt. Dabei konnten viele verschiedene Gesetze gefunden werden. Der Großteil der Gesetze kann den Verstärkungsfaktor aber nur wachsen lassen. Wie jedoch festgestellt wurde, kann es zu Problemen kommen, wenn das System nicht in der Lage ist, den Verstärkungsfaktor gegebenenfalls wieder senken zu können. Bei Voruntersuchungen der Adaptionsgesetze konnte dabei festgestellt werden, dass die Variation der Rückführungsgesetze erheblichen Einfluss auf die Regelgeschwindigkeit ausübt. Um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen, wurden daher zuerst die Feedbackgesetze näher untersucht und optimiert. Außerdem wurde ein Vorverstärkungsfaktor betrachtet, der ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit nimmt. Für den Vorverstärkungsfaktor in den Simulationen wurde ein optimaler Wert gefunden. Die anschließenden Untersuchungen der Adaptionsgesetze aus der Literatur, die ein Fallen des Verstärkungsfaktors ermöglichten, zeigten, dass diese das System nur ungenügend regeln. Es trat in den meisten Fällen Sprungverhalten auf. Die Adaptionsgesetze aus der Literaturrecherche konnten daher nicht weiter verwendet werden. Auf Grundlage dieser Schwierigkeiten wurden die Adaptionsgesetze der Literaturrecherche modifiziert und neue Gesetze entwickelt. Es konnten dabei Gesetze gefunden werden, bei denen kein Sprungverhalten mehr auftrat. Diese Gesetze weisen in der Regel einen Doppelschlauch mit Lambda und Lambda minus Epsilon sowie eine Abfrage der Verweildauer auf. Die Adaptionsgesetze wurden dabei mit Hilfe der Simulationstools Matlab und Maple ausführlich simuliert. Um die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze nicht nur über Simulationen zu zeigen, wurde ein dem mechanischen Schwingungssystem äquivalenter elektrischer Schwingkreis aufgebaut und die Regelung der Adaptionsgesetze mit dem Schwingkreis vorgestellt. Dafür wurde eine Steuerung mit der Software LabVIEW erstellt. Mit Hilfe des elektrischen Schwingkreises konnte die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze gezeigt werden. Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit wurde gelöst.

NKW Stoßdämpfer unterliegen bei Belastung durch Querkraft sporadisch auftretendem abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Einflussfaktoren, die zum Auftreten des Verschleißes führen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, mögliche Lösungen zur Vermeidung des Verschleißes zu finden. Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden komplett montierte Stoßdämpfer mittels eines Prüfstandes in einem Verschleißversuch getestet. Untersuchte Bauteile waren Kolben, Zylinderrohr, Kolbenring und Kolbenstange des Dämpfers. An Kolbenringen, Kolben und Zylinderrohren wurden verschiedene harte und weiche Beschichtungen aufgebracht und im Versuch geprüft. Kolben und Kolbenringe wurden konstruktiv verändert und hinsichtlich des Einflusses dieser Änderungen experimentell untersucht. Die Kolbenstangen wurden hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens während der Versuche beurteilt und durch Berechnungen untersucht. Im Ergebnis dieser Arbeit wurden mögliche Ursachen für das Auftreten von abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr gezeigt. Ebenfalls liegen günstige Lösungsansätze zur Vermeidung des Verschleißes vor, die in weiteren Untersuchungen, zum Beispiel Schlechtwegerprobungen, auf ihre endgültige Tauglichkeit hin geprüft werden müssen.

Die Variantenvielfalt der Automobilhersteller wächst von Fahrzeuggeneration zu Fahrzeuggeneration. Aus diesem Grund stehen ihre Karosseriebauten vor immer größer werdenden Herausforderungen bezüglich der Flexibilität ihrer Fertigungslinien. So sind variantenspezifische Spannvorrichtungen, Schweißwerkzeuge, die Handhabungstechnik und die Basisaufnahmetechnik in den Hauptlinien nur Einige der vielen, zu flexibilisierenden Teilbereiche in aktuellen Karosseriebauten. Für die Flexibilisierung der Basisaufnahmen in den Hauptlinien des Karosseriebaus haben sich bei den Herstellern im Wesentlichen drei Grundprinzipien etabliert: - neutrale Aufnahmetechnik über alle zu produzierenden Karosserien - robotergeführte Aufnahmestifte und - Geometrieskids. - Diverse Probleme wirtschaftlicher oder technischer Natur machen die Anwendung dieser Prinzipien für geplante Karosseriebaulayouts der BMW Group uneffektiv. So soll diese Arbeit einen völlig neuen Ansatz zur Aufnahme in dem ersten Bereich der Fahrzeugproduktion untersuchen. - In den aktuellen Karosseriebauten der BMW-Werke wird ein sehr günstiges Hilfsmittel mit geringen Anforderungen an die Herstellgenauigkeit bereits zu Beginn der Hauptlinie als neutrales Transporthilfsmittel montiert - die Lackiertraverse. Diese ist produktspezifisch und stellt die Verbindung zwischen der spezifischen Karosserie und den, über alle Fahrzeuge neutralen, Aufnahmepunkten der Fördertechnik dar. Diese Arbeit belegt die Funktionalität der Traversen als Aufnahmemittel, trotz bestehender Toleranzen und ohne diese grundlegend umzugestalten. Wenn die Karosserie an den Traversen aufgenommen wird, führen deren Toleranzen zu einer Verschiebung der Karosserie im Raum. Die Lageabweichungen der Karosserie von ihrem Sollwert erfasst montierte Lasermesstechnik und leitet sie an die Bearbeitungsroboter weiter. Diese passen ihre Bearbeitungsprogramme entsprechend der empfangenen Informationen an. Die beschriebene Vorgehensweise erschließt Vorteile im Prozessablauf, in der Gestaltung der Anlagen und hierüber hinaus in den erforderlichen Investitionen.

Die Ableitung bioelektrischer Signale vom Kopf, insbesondere des EEGs, bietet zahlreiche Anwendungen in der medizinischen Diagnostik und dient der Erkenntnisgewinnung in der Hirnforschung. In der Erwartung verbesserter Ergebnisse durch höhere örtliche Auflösung und geringere Vorbereitungszeit, zielt diese Arbeit langfristig auf die Entwicklung einer neuartigen Vorrichtung zur EEG-Ableitung mit trockenen Elektroden ab. - In dieser Arbeit wurde eine Lösungsmöglichkeit einer derartigen Ableitvorrichtung konzipiert und in einem prototypischen Modul umgesetzt. - Zur Lösungsfindung wurde zunächst der Stand der Technik recherchiert und die Aufgabe in Forderungen konkretisiert. Unter Anwendung des Konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP) wurden aus den Forderungen Teilaufgaben abstrahiert und Lösungen für diese klassifiziert zusammengetragen. Aus den Teillösungen wurden dann diverse Konzepte synthetisiert. Anhand von Bewertungskriterien wurde eines von diesen zur Weiterentwicklung bestimmt. Das gewählte Konzept verbandt dabei die Verteilung der Elektroden durch ein elastisches, geodätisches Silikonnetzwerk mit der Aufbringung der Elektroden durch lineare nachgiebige pneumatische Silikonaktoren. Bei der Festlegung konstruktiver Details und zur Dimensionierung der Lösung wurde die Durchführung einiger Versuche zur Betrachtung der Machbarkeit oder als Berechnungsgrundlage notwendig. - Die Signalqualtität der verwendeten Elektroden wurde bei verschiedenen Drücken untersucht, wobei in den Amplituden und im Frequenzbereich keine Abhängigkeit vom Andruck festgestellt wurde. % einbettung draht - Qualitative Versuche zur Einbettung von Draht in Silikon zeigten Probleme in der Fertigung und im Einsatz auf. Durch Zugversuche konnten Mooney-Rivlin-Parameter für die verwendeten Silikone bestimmt werden. FE-Simulationen auf Basis dieser Parameter zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Versuchen. Für eine Silikon-Silikon-Paarung wurde experimentell ein Reibkoeffizient bestimmt. Mit Hilfe von FE-Methoden wurde eine lösbare Verbindung für die pneumatischen Aktoren simuliert und ausgelegt. - Durch die theoretische Beschreibung mit einem einfachen mathematischen Modell des Konzeptes konnte eine erweiterbare Methodik zur Auslegung der Ableitvorrichtung entwickelt werden. - Für die Herstellung des entwickelten Moduls mit dem Pressheizverfahren wurden Formwerkzeuge entworfen, konstruiert und gefertigt. Mit Hilfe dieser Formwerkzeuge konnten mehrere Module hergestellt werden. Die mechanische Funktionsfähigkeit der Module wurde erfolgreich getestet. Die erste Testmessung eines EEG, wenngleich mit unvollständiger elektronischer Modulausstattung, schlug fehl.

Im Rahmen dieser Arbeit war das Schwingverhalten von Maschinen in Abhängigkeit von den Aufstellungsbedingungen zu untersuchen. Als wesentliche Aufstellungsbedingungen sind dabei die Aufstellelemente (z.B. Maschinenfüße) und der Aufstellungsort zu betrachten. Zunächst erfolgten grundlegende Betrachtungen von Maschinen- und Gebäudeschwingungen mit den entsprechenden Einflussparametern. Anschließend wurden für eine Materialprüfmaschine und einen Schwingerreger Mehrkörpersystem - Modelle (MKS) erstellt. Dabei wurden neben Gelenken und starren Körpern auch vordefinierte räumliche Gelenkbalken verwendet. Diese Modelle wurden um Elemente der Aufstellungsbedingungen erweitert, wobei als Aufstellungsort ein Fundamentblock angenommen wurde. Die Erstellung dieser Modelle und die Simulation erfolgten mit der Simulationssoftware alaska 5.0. Durch Variation der Aufstellungsparameter konnten die Eigenfrequenzen des Gesamtsystems aus Maschine und Aufstellung verschoben und unterschiedliche Schwingungsdämpfungen erzielt werden. - Um die Qualität der Simulationsergebnisse abschätzen zu können, wurden an einer der simulierten Maschinen Schwingungsmessungen bei verschiedenen Aufstellungsvariationen durchgeführt und Vergleiche zwischen den Simulations- und Messergebnissen gezogen. - Bei den Betrachtungen wurde eine Beschränkung auf Schwingungen in Vertikalrichtung vorgenommen. - Im Ergebnis dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass durch günstige Wahl der Aufstellelemente die besseren Schwingungsdämpfungen in niedrigen Frequenzbereichen erzielt werden konnten. Wird eine Erhöhung der Eigenfrequenzen des Gesamtsystems angestrebt, so kann durch den Aufstellungsort eine Versteifung des Gesamtsystems erreicht werden. Der Vergleich von Simulations- und Messergebnissen zeigte, dass die Modelle eine hinreichende Nachbildung der Realität darstellten und es somit zuließen Aussagen über das wahrscheinliche Schwingungsverhalten bei veränderten Aufstellungsbedingungen zu treffen.

Forschungsgegenstand dieser Arbeit ist die Abbildung einer concertina motion mittels der Methode der Finiten Elemente. In experimentellen Vorarbeiten wurde hierzu das Verhalten einer zylinderförmigen, wurmartigen Struktur aus einem Ferrofluid, umgeben von einer silikonartigen Hülle untersucht. Diese Struktur befindet sich in einem Kanal, ober- und unterhalb des Kanals sind äquidistant Spulen angebracht. Durch gezielte Ansteuerung der Spulen bewegt sich die Struktur analog einer concertina motion. Die Kraftwirkung auf den Wurm ist bereits in weiteren Arbeiten sowohl mittels FEM, als auch durch analytische Gleichungen untersucht worden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die in der Simulation eingesetzten Kraftdaten. Das entwickelte FEM-Modell zeigt nur eine geringe Abweichung zu den experimentellen Daten. Die Bewegung der Struktur lässt sich hierbei als lineare Funktion, überlagert von einer sinusförmigen Welle beschreiben. Neben der Modellerstellung wurde auch in einer Parameterstudie die Abhängigkeit der Bewegungsfunktion von Parametern wie Wurmdurchmesser, Kanaldurchmesser, Reibwert zwischen Wurm und Wandung sowie der Wurmsteifigkeit untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Wurmes exponentiell von der Reibung zwischen Wurmgeometrie und Kanalwandung abhängt.

Aufbau eines Simulationsmodells eines flexiblen Greifers mit unterschiedlichen Modellierungsansätzen: - vollständiger FEM-Ansatz - Ansatz über modale Reduktion. - Durchführung einer Parameterstudie. - Darlegung von eventuellen Verbesserungsvorschlägen

Ferrofluide sind Suspensionen von ferromagnetischen Partikeln in Trägerflüssigkeiten mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 nm. Aus diesem Grund besitzen Ferrofluide paramagnetische und rheologische Eigenschaften. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes reagiert die Flüssigkeit mit starken Form- und Lageänderungen. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich damit Ferrofluide für lokomotive Aufgaben einzusetzen. Diese Arbeit befasst sich vorwiegend experimentell mit der Erzeugung und Bestimmung der Kraft pro Fläche (Druck), die vom Ferrofluid unter Einfluss eines Magneten erzeugt wird. Die vertikal wirkende Druckkomponente hat im Rahmen der geplanten Lokomotionsaufgabe die Funktion den Körper an der Ferrofluidoberfläche zu halten. Die horizontal wirkende Druckkomponente stellt die für den Vortrieb nötige Kraft zur Verfügung. Ziel ist die zweidimensionale Fortbewegung nichtmagnetischer Körper. In Hinblick auf die Zielstellung wurden anhand von statischen Messungen allgemein gültige Einflussfaktoren der vertikal wirksamen Druckkomponente und anschließend mittels dynamischer Messungen die vertikal und horizontal wirkenden Druckkomponenten untersucht. Es zeigte sich, dass der vertikale Ferrofluiddruck, von der Anregungsstärke der Elektromagneten, vom Abstand zum Magneten, von der Position innerhalb des Versuchsbeckens und von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Elektromagneten abhängig ist. Der maximal erzielbare vertikale Druck liegt im Bereich von 1000 bis 6000 Pa und ist damit verhältnismäßig gering. Das macht die Anwendung nur für sehr leichte Körper geeignet. Als Problemstellung zeigt sich, dass der Druckunterschied zwischen einer Position über einem Magneten und einer Position zwischen zwei Magneten gravierend ist. Dieses Phänomen ist umso stärker, je höher die magnetische Feldstärke ist. In einer Möglichkeitsstudie zur lokalen Druckerhöhung, wurde nachgewiesen, dass ein kombinierter Einsatz von Permanent- und Elektromagneten in Abhängigkeit von der Polarisation zwischen den Magnettypen und den Magnetpositionen räumlich eng begrenzt hohe Drucksteigerungen oder so genannte Druckkorridore zwischen Magnetpositionen erzielen kann. Im dynamischen Zustand können vertikal und horizontal wirkende Druckverteilungen in Abhängigkeit von den verwandten Anregungsspannungssignalen (trapez- oder rechteckförmig) der Elektromagnete und bei hinreichend kurzer Verzugszeit zwischen den Einzelspulenanregungen realisiert werden, die gleichmäßigen oder schubweise durchgehenden Transport ermöglichen. Für beide Druckkomponenten besteht eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrofluidwelle fortsetzt. Der vertikale Trag- oder Hubdruck ist um ein Zehnfaches höher als der horizontale Schubdruck.

Die mobile Robotik bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Deshalb ist das Interesse an ihr in den letzten Jahren stetig gestiegen. Mobile Roboter finden beispielsweise als radgebundene Landfahrzeuge und als Tauchroboter unter Wasser Verwendung. In dieser Arbeit wurde das Fahrverhalten von mobilen Robotern untersucht. Es wurden spezielle mobile Roboter analysiert, die als fußballspielende Systeme verwendet werden. Das Kapitel 4 beinhaltet eine Klassifizierung möglicher Fahrwerkkonfigurationen, die für mobile Roboter verwendet werden können. Es wird der Aufbau dieser Fahrwerkkonfigurationen beschrieben und deren Vor- und Nachteile erläutert. Mit der kinematischen Analyse bestimmter Fahrwerkkonfigurationen beschäftigt sich das Kapitel 5. Ein Ziel war es, verschiedene Abhängigkeiten zwischen den am Fahrzeug einstellbaren Parametern (z.B. Lenkwinkel, Winkelgeschwindigkeiten der Räder) und der daraus resultierenden Geschwindigkeit des Fahrzeuges herzuleiten. Außerdem konnte mit diesen kinematischen Beziehungen die Beweglichkeit der verschiedenen Fahrwerkkonfigurationen ermittelt werden. Anschließend (im Kapitel 6) wurde das Fahrverhalten von zwei mobilen Robotern simuliert. Es handelte sich dabei um ein Fahrzeug mit Differentialantrieb und um ein Fahrzeug mit omnidirektionalen Rädern. Zum Einsatz kam ein Mehrkörpersimulationsprogramm. Als Fahrmanöver wurden für die Beurteilung des Fahrverhaltes die stationäre Kreisfahrt und die beschleunigte Geradeausfahrt ausgewählt. Es stellte sich heraus, dass bei dem Fahrzeug (mobilen Roboter) mit Differentialantrieb der Reibungskoeffizient zwischen der Fahrbahn und dem Gleiter einen wesentlichen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges hat. Der Gleiter ist ein notwendiger Abstützpunkt der Fahrzeuge mit Differentialantrieb, der dafür verantwortlich ist, dass das Fahrzeug nicht umkippt. Besonders deutlich wurde diese Abhängigkeit bei der beschleunigten Geradeausfahrt sichtbar. Weiterhin ergaben die Analysen, dass das Fahrverhalten bei Fahrzeugen mit omnidirektionalen Rädern von der konstruktiven Anordnung dieser Räder abhängig ist. Dabei hatte die Identität der Drehachsen von zwei Rädern eines dreirädrigen Fahrzeuges einen negativen Einfluss auf die Fahrdynamik.

Ferrofluide entwickeln sich für mehrere Jahre als dynamisches Forschungsgebiet. Sie gewinnen an großer Bedeutung in Vielen Anwendungen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Konzept für ein Transportsystem aus ferrofluidischen Modulen nach dem biologischen Vorbild karpaler Vibrissen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des neu entwickelten Systems durch Modelle, Simulationen und Experimente durchgeführt, um die Bewegung des Systems zu untersuchen. Ergebnisse der Versuche mit unterschiedlichen Frequenzen des Bewegungsablaufs werden am Ende dieser Arbeit visualisiert und ausgewertet.

Magnetoaktive Elastomere (MAE) gehören zu den intelligenten Werkstoffen, welche unter einem Magnetfeld ihre Materialeigenschaften reversibel verändern können. Sie bestehen aus einer weichen Elastomere Matrix und darin dispergierten weich- od./und hartmagnetischen Partikel, außerdem könnten sie auch Additive (z.B. Silikonöl) enthalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Lokomotionssystemen, welche ein MAE-Funktionselement, eine Spule und einen Aufsatz als Hauptbestandteile enthalten. Eine Wechselspannung erzeugt in der Spule ein wechselndes Magnetfeld, dabei verformt sich der Balken unter einer wechselnden magnetischen Kraft. Durch die wechselnden Verformungen verschieben sich die beiden Enden des Balkens mithilfe unsymmetrischer Reibung in eine uniaxiale Richtung. Diese unsymmetrische Reibung entsteht durch schräg abstehende Beine am Balken. Hierbei werden die Parametereinflüsse auf das Bewegungsverhalten von zwei Lokomotionssystemen mit unterschiedlichen MAE-Funktionselementen, welche gleiche Abmessungen aber verschiedenen Zusammensetzungen haben untersucht. Das eine Funktionselement besitzt einen mehrpoligen MAE-Balken aus weich- und hartmagnetischen Partikeln mit einem Südpol in der Mitte und zwei Nordpolen an den Enden. Der andere enthält weichmagnetische Partikeln mit einem Anteil von 80 Gew.-%. Bei den Untersuchungen werden 10 additiv gefertigten Aufsätzen genutzt, welche verschiedene Abstände zwischen der Spule und dem MAE-Balken erzeugen. Außerdem wird das Bewegungsverhalten für Steigungen und Gefälle von 0-30&ring; untersucht. Dabei werden Geschwindigkeitsdiagramme in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz des Magnetfelds erstellt. Die Ergebnisse werden unter der theoretischen Bewegungsanalyse ausgewertet.

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat die Relevanz mobiler Roboter sowohl im industriellen als auch im privaten Sektor deutlich an Dynamik gewonnen. Einen besonderen Zielkonflikt stellt hierbei der Gegensatz von Positionierbarkeit und Fahrdynamik dar; meist muss bisher auf eine Kompromisslösung zurückgegriffen werden. Auf Basis dessen wurde am Fachgebiet „Technische Mechanik“ der Technischen Universität Ilmenau ein omnidirektionales Antriebsmodul entwickelt, welches beide genannten Eigenschaften vereinen soll. Ziel dieser Arbeit ist die simulative Validierung dieser Merkmale. Dazu soll zunächst ein Mehrkörpermodell des Fahrmoduls entwickelt und anschließend in mehrfacher Ausführung zu einem mobilen Roboter zusammengebaut werden, um durch die klassischen Versuche der Fahrzeugtechnik Geradeausfahrt, stationäre Kreisfahrt und doppelter Spurwechsel die Fahreigenschaften von Roboter und Modul zu überprüfen. Das omnidirektionale Antriebsmodul soll sich dabei in Hinblick auf Fahrdynamik wie Positionierbarkeit als äußerst geeignet herausstellen; der primäre Konflikt liegt jedoch in der Komplexität des Aufbaus und somit in den Kosten. Demnach ist zu schlussfolgern, dass der Einsatzzweck des Fahrmoduls für Anwendungen prädestiniert ist, welche besonders hohe Anforderungen an sowohl fahrdynamische als auch omnidirektionale Eigenschaften stellen, bei denen finanzielle Aufwendungen jedoch nebensächlich sind.

In der vorliegenden Arbeit wird die Kinematik eines Mecanum-Rades untersucht. Ein Grundverständnis wird für die Bewegung eines mobilen Systems mit omnidirektionalen Rädern über eine konzipierende Patentrecherche mit konkreter Stichwortvorgabe ausgearbeitet und dargestellt. Um verschiedene Rädertypen miteinander zu vergleichen, werden die kinematischen Zwangsbedingungen des jeweiligen Rades berechnet. Auf Basis der erarbeiteten kinematischen Zwangsbedingungen eines Mecanum-Rades wird ein mobiles System bestehend aus vier Mecanum-Rädern untersucht und typische Fahrmanöver mittels Matlab implementiert und visualisiert. Am Beispiel eines Ausweichmanövers wird die Arbeit zusammengefasst.

Thermoplastische Silikonelastomere (TPSE) sind intelligente Materialien aus einer Silikonmatrix mit eingebetteten thermoplastischen Partikeln. TPSE besitzen temperaturveränderliche mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel das Elastizitätsmodul und einen temperaturgesteuerten Shape Memory Effekt (SME). Diese Masterarbeit führt die Materialcharakterisierung vorangehender Arbeiten fort, behandelt Fertigungsverfahren und beschäftigt sich mit potenziellen Anwendungsmöglichkeiten von TPSE für "Soft Robotic" Applikationen. Auf Basis des bestehenden nachgiebigen Greifer-Designs "PneuFlex" wird gezeigt, dass TPSE geeignet ist, temporäre, reversible, morphologische Änderungen nachgiebiger Systeme zu erzeugen. Die auftretende Strukturveränderung wird durch den SME ermöglicht. Dieser beruht auf der quasiplastischen Verformung des Materials, erzeugt durch kurzzeitiges Schmelzen und Erstarren der Partikel, kombiniert mit äußeren mechanischen Belastungen. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen an Prototypen zeigen signifikante Unterschiede des Greifverhaltens vor und nach Strukturveränderungen. Folglich erweitert TPSE das Funktionsrepertoire nachgiebiger Strukturen, um eine steuerbare, aktive Adaptionsfähigkeit auf Materialebene.

Magnetoaktive Elastomere (MAE) bestehen aus einer elastischen Matrix bzw. einem Elastomer, in welchem sich magnetisch weiche und/oder magnetisch harte Partikel befinden. Durch ein äußeres Magnetfeld kann das Verhalten und die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien beeinflusst werden. Die folgende Arbeit behandelt den Einfluss homogener Magnetfelder auf die statische Durchbiegung mehrpolig magnetisierter MAE-Balken. Hierbei werden Proben mit einem Anteil von 20 Vol.-% magnetisch harten Partikeln (NdFeB) und 20 Vol.-% magnetisch weichen Partikeln (CIP) untersucht, welche einen Südpol in der Mitte und die Nordpole jeweils an ihren Enden besitzen. Die untersuchten Proben haben teilweise unterschiedliche Eigenschaften bzw. Herstellungsarten. Für verschiedene Magnetfeldstärken wird die statische Durchbiegung der MAE-Balken experimentell ermittelt, sowie durch theoretische Betrachtung mit Hilfe der Euler-Bernoulli Theorie untersucht. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen der statischen Durchbiegung der MAE-Balken werden genutzt, um Lokomotionssysteme mit mehrpolig magnetisierten MAE zu entwickeln. Die Fortbewegung der drei Lokomotionssysteme basiert hierbei auf der periodischen Durchbiegung der mehrpolig magnetisierten MAE-Balken, welche durch ein wechselndes Magnetfeld einer externen oder internen Magnetfeldquelle hervorgerufen wird. Das Prinzip unsymmetrischer Reibung sorgt dafür, dass eine Bewegung in Richtung der geringeren Reibung entsteht. Ein Funktionsnachweis der entwickelten Lokomotionssysteme wird über die experimentelle Untersuchung der Geschwindigkeit für die verschiedenen Erregungsfrequenzen des Magnetfeldes erbracht.

In dieser Arbeit wird ein Probenschüttler entwickelt, welcher durch seinen Aufbau einen vibrationsarmen Betrieb gewährleistet. Hierfür werden Simulationen der Dynamik eines Mehrkörpersystems in der Software alaska durchgeführt. Es werden die Methoden des statischen und dynamischen Auswuchtens angewandt. Mit dem statischen Auswuchten kann kein vibrationsarmer Betrieb besonders im hohen Drehzahlbereich erreicht werden. Beim dynamischen Auswuchten kann dies im gewünschten Drehzahlbereich realisiert werden. Für die unterschiedlichen Beladungen wurde ein Prinzip mit zwei Ausgleichsmassen entwickelt. Dazu wurde eine Verstelleinrichtung konzipiert. Aus Machbarkeitsgründen wurde aus dem Lösungsansatz mit der verstellbaren unteren Ausgleichsmasse ein technisches Prinzip entwickelt. Ein besonderer Vorteil dieses Aufbaues ist, dass die Einprägung der orbitalen Bahn und die Verstellung der Masse über einen Motor und einen Elektromagneten realisiert werden. Der Auswuchtzustand kann anhand der auftretenden Beschleunigungen ermittelt werden, wodurch ein automatisiertes Auswuchten des Probenschüttlers möglich ist. Es liegt eine Konstruktion für einen Prototyp vor, mit dem ein vibrationsarmer Betrieb demonstriert werden kann.

Als magnetosensitive Elastomere (MSE) bezeichnet man eine Gruppe intelligenter Werkstoffe. Sie bestehen aus einer elastischen Trägermatrix mit eingebundenen weich- und/oder hartmagnetischen Mikropartikeln. Unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder lassen sich die mechanischen Eigenschaften dieser hybriden Materialien variieren, was sie besonders für den Einsatz in adaptiven Aktoren und Sensoren auszeichnet. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Beschleunigungssensors, der ein balkenförmiges, permanentmagnetisches MSE mit hybrider Partikelfüllung als Funktionselement enthält. Dieses lässt sich aufgrund der eingebundenen magnetischen Partikel durch ein äußeres oszillierendes Magnetfeld in mechanische Schwingung versetzen. Die Schwingungskenngrößen des MSE lassen sich durch das Anlegen eines äußeren uniformen Magnetfeldes reversibel beeinflussen. Im Rahmen der Vorversuche wird ein Laboraufbau entworfen, an dem das Schwingverhalten des MSE-Balkens bei elektromagnetischer und Beschleunigungsanregung untersucht werden kann. Dies geschieht sowohl ohne als auch mit äußerlich angelegtem Magnetfeld. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird anschließend der Prototyp eines Beschleunigungssensors mit einem lagegeregelten MSE als Funktionselement entwickelt und in einem Laboraufbau realisiert. Der Funktionsnachweis für das erarbeitete Sensorprinzips wird anhand praktischer Versuche erbracht. Dabei werden charakteristische Betriebsgrößen herausgearbeitet und wichtige Ansatzpunkte für die Weiterentwicklung des Systems definiert. Es wird gezeigt, dass der Beschleunigungssensor im vorliegenden Entwicklungsstadium in der Lage ist, die Wirkung konstanter Beschleunigungen auf das MSE-Funktionselement zu kompensieren.

Das fahrdynamische Verhalten eines Fahrzeuggespanns bestehend aus PKW und Anhänger wird durch das Wirken von mechanischen Koppelkräften beeinflusst. Diese Koppelkräfte beeinflussen maßgeblich sicherheitskritische Fahrsituationen, wie das Aufschaukeln der Fahrezeugkombination oder das Einknicken bei extremen Bremsmanövern. Aufgrund von nicht alltäglichem Gebrauch, können viele Fahrer*innen das Verhalten des Fahrzeuggespanns in Gefahrensituationen nicht antizipieren und dementsprechend handeln. Durch den Entwicklungstrend von Elektrifizierung von Fahrzeugen und Effizienzsteigerung von Antrieben, werden neue Einheiten von Anhängern entwickelt, die eigene Antriebe oder Rekuperationsvorrichtungen besitzen. Daraufhin wird die Fahrdynamik des Fahrzeuggespanns zusätzlich mit weiteren fahrdynamischen Eigenschaften beeinflusst. Aufgrund mangelnder Möglichkeiten die Koppelkräfte zu messen, soll zu diesem Zweck ein Koppelkraftaufnehmer zur Messung der Koppelkräfte entwickelt und dessen Messarme optimiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst das zu Grunde liegende Ersatzmodell des Biegebalkens aus der Technischen Mechanik erläutert. Anhand des Modells wurde eine erste grobe Abschätzung der Verformung der Messarme vorgenommen. Weiterhin wurden die Grundlagen der Materialermüdung und deren Einflussfaktoren behandelt. Aufgrund der konstruktiven Diskrepanz zwischen den echten Messarmen und dem Ersatzmodell wurde im nächsten Schritt die FEM-Simulation angewendet und die nötigen Kenntnisse erläutert. Im Zusammenhang wurde das Originalmodell des Koppelkraftaufnehmers beschrieben. Daraufhin wurde auf die Anforderungen an die Fähigkeiten des Aufnehmers und dessen technischen Spezifikationen eingegangen, die auf einer gesetzlichen Richtlinie basieren. Im Zuge der Durchführung wurde der Koppelkraftaufnehmer Studien zur FE-Netzuntersuchung und Genauigkeit der Ergebnisse anhand drei konstruierten Varianten des Koppelkraftaufnehmers unterzogen. Im Kontext der Auswertung stellte sich die dritte Variante des Aufnehmers als geeigneteste Variante heraus, denn diese Variante erlangte die höchste Lebensdauer und größte Dehnung in der Messtelle. Desweiteren wurde ein Pareto-Optimum zwischen der Ergebnisgenauigkeit von FEM-Belastungssimulationen und dessen Rechenaufwand gefunden.

In dieser Arbeit wird die Anwendung von multistabilen Tensegrity Strukturen zur Realisierung einer vibrationsbasierten Fortbewegung untersucht. Hierbei liegt der Fokus auf der experimentellen Verifizierung des Lokomotionsverhaltens an einem Prototyp. Besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung, Inbetriebnahme dieses Prototyps und der konstruktiven Realisierung von Tensegrity Strukturen. Neben der Untersuchung der multistabilen Charakteristik wird eine potentielle Aktuierungsstrategie zur Realisierung eines kontrollierten Gleichgewichtslagenwechsels betrachtet. Weiterhin wird der Einfluss verschiedener Aktuator Größen und der Gleichgewichtskonfiguration auf der Bewegungsverhalten in Experimenten untersucht. Als Umgebung wird ein horizontaler Untergrund vorausgesetzt und die resultierenden Bewegungen optisch ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigen die vorteilhaften Eigenschaften multistabiler nachgiebiger Tensegrity Strukturen zur Realisierung von vibrationsbasierter Fortbewegung.

Zur Kontrolle und Minderung niederfrequenter Turmbiegeschwingungen von Windenergieanlagen werden u.a. gedämpfte passive Tilger eingesetzt, deren Dämpfungselement durch einen trockenen Reibdämpfer realisiert ist. Im Rahmen der im Hause Wölfel Engineering GmbH + Co. KG angefertigten Bachelorarbeit, wird das Reibverhalten der im Tilger verwendeten Reibpaarung experimentell untersucht sowie ein zur Nachbildung des Reibverhaltens geeignetes Reibmodell ausgewählt. Anschließend werden drei verschiedene Reibmodelle, das ausgewählte Reibmodell sowie das Coulomb-Modell und das lineare Dämpfermodell, zur Beschreibung des Reibverhaltens eingesetzt und das Schwingungsverhalten des gedämpften passiven Tilgers in Simulink simuliert. So kann eingeschätzt werden, in welchem Umfang sich auch einfache Reibmodelle zur Nachbildung trockener Festkörperreibung eignen, wenn weniger das Reibverhalten selbst, als das daraus resultierende Schwingungsverhalten des Tilgers interessiert.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und dynamischen Simulation eines mobilen Roboters, der auf einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Elementen basiert. Die Bewegung des Roboters wird durch das Verfahren von Antriebseinheiten entlang der gekrümmten Elemente induziert. Die Modellbildung erfolgt als Mehrkörpersystem mittels des Programms alaska/ModellerStudio. Die Arbeit umfasst unter anderem Methoden der Kontaktmechanik und Regelungstechnik. Es werden sechs Modelle entwickelt, die sich in der Modellierung der Spannelemente und der Führung der Antriebseinheiten unterscheiden. Dynamische Simulationen zeigen, dass die Modelle in der Lage sind, sowohl einachsiges Rollen als auch Kippsequenzen auf ebenem, nicht geneigtem Untergrund auszuführen.

Verschiedene Säugetiere, so auch Ratten, verfügen an ihren Pfoten über Tasthaare, die sog. karpalen Vibrissen. Untersuchungen der Fortbewegung von Ratten haben gezeigt, dass der Kontakt zwischen den karpalen Vibrissen und dem Untergrund Einuss auf das Fortbewegungsverhalten der Tiere hat. Karpale Vibrissen bestehen aus einem Haarschaft und einem Follikel. Der Haarschaft ist lang, schlank, elastisch und im Follikel gelagert, in dem sich die Mechanorezeptoren benden. Ausgehend von Vorarbeiten der Fachgebiete Biomechatronik und Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau sowie der Section of Mechanical Engineering, Ponticial Catholic University of Peru, wurde ein mechanisches Modell einer karpalen Vibrisse erstellt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die im Follikel wirkenden Kräfte und Momente während der Fortbewegung einer Ratte zu bestimmen. Aus den ermittelten Signalen sollen Rückschlüsse auf die Beschaenheit des Kontaktes zwischen Haarschaft und Oberäche gezogen werden. Hierzu wurde die in einer Vorarbeit ermittelte Bewegungsbahn einer Rattenpfote mit dem in dieser Arbeit erstellten mechanischen Modell kombiniert. Die daraus entstandene invers dynamische Analyse wurde im Mehrkörpersimulationsprogramm ALASKA durchgeführt. Da nicht alle Eigenschaften und Parameter des biologischen Vorbilds bekannt sind, wurden z.B. der Reibkoezient, die Lagerungseigenschaften oder die Materialeigenschaften des Haarschaftes variiert. Als Ergebnis der durchgeführten Parameterstudien konnten verschiedene Einüsse bestätigt werden. Hierbei zeigen sich u. a. Eekte wie eine Änderung der Signalstärke sowie Änderungen in der Kontaktzeit.

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Ratten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbeschaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespannter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibrissen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen sich gleichzeitig in Kontakt mit dem Objekt befinden. Basierend auf dieser Einteilung werden verschiedene Gleichungen zur Ermittlung der Fußpunktpositionen aller Vibrissen hergeleitet. Das mechanische Modell dient als Grundlage für die Durchführung von Parameterstudien, in denen der Einfluss der Lager- bzw. Kopplungselastizität sowie des Objektabstandes auf die Lagerreaktionen der einzelnen Vibrissen untersucht wird. Dabei zeigt sich u. a., dass, im Gegensatz zum Objektabstand, eine Lagerelastizität in Abtastrichtung keinen Einfluss auf die Maximalwerte der Lagerreaktionen hat. Im Falle zweier gekoppelter Vibrissen können bestimmte Events, wie das Ablösen einer Vibrisse vom Objekt, in den Lagerreaktionen der jeweils anderen Vibrisse detektiert werden.

Beim Betrieb von Maschinen und Geräten mit rotierenden Teilen hat bereits eine geringe Unwucht der Rotoren einen großen Einfluss auf das Betriebsverhalten. Es entstehen Schwingungen, die die Störanfälligkeit der Elektronik erhöhen und zu verstärktem Verschleiß, stärkerer Geräuschentwicklung und verminderter Qualität des Prozesses führen. Demzufolge ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um die Abweichungen der Massenträgheitsachse des Körpers zu dessen Rotationsachse bestmöglich zu kompensieren, sodass ein langlebiger Betrieb der Anlagen mit hoher Prozessqualität, Betriebssicherheit und Schonung der Umwelt sichergestellt wird. Da konventionelle Auswuchtverfahren an ihre Grenzen stoßen, werden Baugruppen und Prozesse ent- und weiterentwickelt, die die Messung der Unwucht sowie die Kompensation dieser in kurzer Zeit mit geringem Energieaufwand durchführen. Ziel und Aufgabe dieser Masterarbeit ist es, für einen Anwendungsfall eine Baugruppe zu entwerfen, mit der die Unwucht des Rotors dieses Systems durch ein aktives, automatisches Auswuchtverfahren mit Veränderung der Massenverteilung in die geforderten Toleranzen gesenkt wird. Durch zwei voneinander unabhängig ausrichtbare Massekörper werden so in Betrag und Richtung variierbare Kompensationsunwuchten erzeugt. Mit Hilfe des konstruktiven Entwicklungsprozesses der Technischen Universität Ilmenau werden zunächst verschiedene Lösungsprinzipe entwickelt, welche die Hauptfunktion und weitere, zuvor ausgearbeitete Anforderungen an die Baugruppe erfüllen. Nach Ermittlung der am besten geeigneten Konzepte erfolgt eine Prüfung der Umsetzbarkeit in Bezug auf Bauteilverfügbarkeit, Kosten und Testumfang. Auf Basis dieser Untersuchungsergebnisse wird anschließend ein Versuchsaufbau erarbeitet, mit dem das Prinzip der Wirbelstrombremse als Aktor anhand von Testreihen geprüft werden kann.

Bei der Herstellung von Sandwichbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen in Kombination mit Honigwaben kann es zu verschiedenen Bauteilfehlern kommen. Mit Hilfe von Prozesssimulationen kann das Risiko möglicher Fehlstellen bereits vor der Bauteilherstellung bewertet werden. Um das Materialverhalten realitätsgetreu in der Simulation abbilden zu können, werden neben den mechanischen Kennwerten der Materialien auch die tribologischen Eigenschaften benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Reibverhalten zwischen Sandwichkern und Deckschicht in die Simulation eingearbeitet werden. Dafür sollen bereits vorhandene Reibwerte in Abhängigkeit der relevanten Prozessparameter ausgewertet und anschließend ein Modell in der Simulationssoftware ABAQUSTM entworfen werden. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit Testbauteilen soll zur Validierung der Simulation erfolgen. Bereits vorhandene Reibwerte werden in Abhängigkeit der verschiedenen Einflussfaktoren ausgewertet. Mit Hilfe modellfreier Kinetik wird die Aushärtekinetik des Epoxidfilmklebers FM300 bestimmt und darauf aufbauend ein athematisches Modell zur Beschreibung der Viskosität entworfen. Zur Berechnung des Reibwertes aus den Viskositäten des Epoxidfilmekleber FM300 vom Hersteller Solvay und des Harzes des Prepregs M18 vom Hersteller Hexcel wird ein Reibmodell aufgebaut. Mit Hilfe einer UFIELD Subroutine wird das Modell in die Simulationssoftware Abaqus integriert und ein Abgleich sowie eine Bewertung der Simulation mit Hilfe von Testbauteilen durchgeführt. Zur besseren Darstellung des Wabeneinfalls wird die Dehnung des Prepregs mit Hilfe einer Vorrichtung aufgenommen und die Ergebnisse in die Simulation integriert. Erste Annahmen über die Ursache und die verschiedenen Einflüsse auf den Wabeneinfall konnten getroffen werden. Die modellfreie Kinetik des Epoxidfilmklebers FM300 ermöglicht näherungsweise die Bestimmung der Viskosität und kann für beliebige Zyklen verwendet werden. Die Stärke des Wabeneinfalls kann in Abhängigkeit des Härtungszyklus, der Orientierung von Fasern und Honigwabe, der Anzahl an Lagen FM300 und des Schrägenwinkels der Wabe in der Simulation dargestellt werden. Erste Aussagen über das Auftreten des Wabeneinfalls können auf diese Weise bereits in der Bauteilentwicklungsphase getroffen und Maßnahmen zur Reduzierung des Einfalls bewertet werden.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind sogenannte "intelligente Materialien", deren mechanische und magnetische Eigenschaften durch äußeres Magnetfeld beeinflusst werden können. Infolgedessen kann dieses Material an die Aktoren und Sensoren mit einstellbarer Sensitivität eingesetzt werden. In dieser Masterarbeit wird die Möglichkeit der sensorischen Anwendung von MSE untersucht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Prototyp eines Beschleunigungssensors mit magnetisch einstellbarer Sensitivität für die Messung externer mechanischer Erregung zu entwickeln. Die Steifigkeitsänderung von MSE wird durch ein externes Magnetfeld von der Helmholtz-Spule erreicht. Während der Biegeschwingungen von MSE-Körper wird die Magnetfeldänderung mit Hallsensoren detektiert. Der Einfluss von Magnetfeld auf das Schwingungsverhalten von MSE wird untersucht. Darüber hinaus wird auch die Beziehung zwischen der Schwingung des MSEs und den von ihr verursachten Magnetfeldänderungen untersucht.

Technische Systeme sind meist in kontrollierten Umgebungsbedingungen im Einsatz. Sollte sich ein solches System jedoch in freier Natur befinden, so ist es den Naturgewalten schutzlos ausgesetzt. Regen, Schnee und Wind sind dabei nur geringe Belastungen im Vergleich zu Erdbeben oder Fluten. Um auch unter Extrembedingungen eine Energieversorgung zu gewährleisten ist es für elektrische Generatoren relevant diese Lasten zu berücksichtigen. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine Validierung der Ölversorgung eines Generators im Phasenschieberbetrieb für die am Aufstellungsort geltenden Umgebungsbedingungen durchzuführen. Dabei werden die aus den Umgebungsbedingungen resultierenden Belastungen auf die Baugruppen zusammengetragen und nach entsprechenden Regelwerken in berechenbare Größen überführt. Diese Lasten werden dann zu Lastkombinationen zusammengefasst und auf die Baugruppen angewendet. Um die Auswirkungen zu ermitteln werden verschiedene Rechenmethoden verwendet. Die dominierende Methodik ist eine Auswertung der Spannungen mittels Finite Elemente Methoden in einer rechnergestützten Anwendung. Das Ergebnis der Betrachtungen ist, dass die Konstruktion den Umgebungsbedingungen in allen Lastkombinationen standhält. Da die Berechnung einen rein theoretischen Hintergrund mit konservativen Annahmen besitzt, kann mit einer Abweichung der real auftretenden Spannungen und Verformungen gerechnet werden. Diese Differenzen werden mit ausreichend großen Reserven, sowie Sicherheitsfaktoren in der Ausnutzung berücksichtigt.

Magnetorheologische Fluide sind Suspensionen aus einem Öl und mikrometergroßen magnetischen Partikeln. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern ändern sie unter anderem ihre rheologischen Eigenschaften. Die folgende Arbeit befasst sich mit Aktoren, die mithilfe solcher Flüssigkeiten, Schwingungen in gleichgerichtete Bewegungen umwandeln, sowie mit der Entwicklung eines Systems zur Umwandlung von Schwingungen in eine Linearbewegung. Zunächst wird eine Einführung in den Stand der Technik gegeben. Anschließend werden die bestehenden MR-Antriebe beschrieben und die Vor- und Nachteile erläutert. Es folgt eine Einführung in die Grundlagen des magnetischen Feldes und die Einflüsse auf das magnetorheologische Material. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Entwicklungsschritte und Berechnungen vorgestellt, die zu einem Entwurf und zu einem Prototyp geführt haben. Weiterhin erfolgt eine Beschreibung des ersten Funktionstests und die Veröffentlichung der Testergebnisse.

Die vorliegende Arbeit hat ihren Ursprung in den Algorithmen und Ansätzen zur Analyse eines Roboters mit variabler Geometrie, der an der TU Ilmenau entwickelt wurde. Ein solcher Roboter hat einen anfangs zylindrischen Roboter in eine kegelstumpfförmige Geometrie umgewandelt, um um die vertikale Achse drehen zu können, die sich am Erzeugungspunkt eines solchen Kegels befindet. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer Einführung der Grundlagen für das Studium von Tensegrity-Strukturen; Später werden aus den variablen Parametern der geometrischen Beschreibung des Roboters die kinematischen Gleichungen von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Punkt der Geometrie des Roboters ausgewertet. In demselben Kapitel wird eine Alternative zum Vorhersagen der Bahn des Roboters unter Verwendung einer Klothoide vorgeschlagen. Diese Kurve hat den Zweck, Gleichungen der Bewegungsbahn des geometrischen Mittelpunkts des Roboters zu geben. In einem folgenden Kapitel werden die Steuerungsalgorithmen für die Abrollbewegung des Roboters sowie eine mögliche konstruktive Form vorgestellt, die zuvor für eine ähnliche Anwendung verwendet wurde. Im letzten Kapitel werden verschiedene Alternative von Materialien für die Herstellung des Roboterkörpers sowie die Grundlagen eines Ansatzes zur Bewertung gekrümmter Zugstrukturen vorgestellt. Darüber hinaus wird eine Berechnungsform für die spätere Entwicklung der endgültigen Geometrie des Roboters vorgeschlagen.

Stirnradgetriebe werden im Betrieb durch dynamische Zusatzkräfte belastet. Diese werden durch innere und äußere Erregerquellen hervorgerufen und überlagern das Antriebsdrehmoment. Besonders die variable Kontaktsteifigkeit der Zahnradzähne im Eingriff hat dabei einen großen Anteil. Dies führt zu Getriebeschwingungen, die Schallemissionen und Ausfälle der Systeme zur Folge haben. Die Bestimmung der relevanten Systemparameter stellt bei der Auslegung eine Herausforderung dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mittels des Finiten-Elemente-Methode-Programms ANSYS ein Modell eines Zahnradgetriebes mit Evolventenverzahnung zur Untersuchung der Steifigkeitsverläufe des Zahnradzahns aufgebaut und simuliert. Die daraus gewonnenen Werte wurden in verschiedene Mehrkörpersimulationsmodelle, die mit alaska/Gear erstellt wurden, eingebracht. Als Modelle wurden Getriebestufen unterschiedlicher Elastizität sowie ein doppeltes Planetenradgetriebe als Torsionsschwinger erstellt. Diese wurden durch ein äußeres zeitveränderliches Moment angeregt.

In der Fahrzeugentwicklung spielt Leichtbau eine immer größere Rolle. Punktförmigen Verbindungselementen kommt dabei aufgrund ihrer hohen Anzahl in Fahrzeugkarosserien eine besondere Bedeutung zu. In der virtuellen Lebensdaueranalyse bleibt das Steifigkeitsverhalten von Punktschweißverbindungen bislang jedoch unberücksichtigt. Es liegt eine prototypische Methode zur Simulation der Steifigkeitsdegradation vor, die jedoch unvollständig und lediglich an Einelementproben und einfachen bauteilähnlichen Proben verifiziert ist. Um die Funktionalität der betrachteten Methode zu komplettieren, ist die Berücksichtigung verschiedener Beanspruchungszustände erforderlich. Es werden Versuche und Simulationen ausgewertet, um den Einfluss des Beanspruchungszustandes auf das Steifigkeitsverhalten von Schweißpunkten zu ermitteln. Anschließend werden durch eine Parameterstudie Varianten zur Umsetzung der gewonnenen Zusammenhänge ermittelt und beurteilt, um schließlich die erweiterte Funktionalität zu implementieren. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu überprüfen, erfolgt die Durchführung eines Lebensdauerversuchs an einem Karosserie-Ausschnitt und ein Abgleich der Ergebnisse. Hierzu wird zunächst eine Fahrzeugkarosserie untersucht, um Ausschnitte zu finden, die als Probengeometrie geeignet sind. Verschiedene potentielle Bereiche werden anhand von Simulationen bewertet. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt die Auswahl eines Karosserie-Ausschnitts, die Festlegung der Prüfbedingungen und Auswertemethoden sowie die Durchführung des Versuchs. Als Resultat liegt eine um die Berücksichtigung der relevanten Beanspruchungszustände erweiterte Methode zur Beschreibung des Steifigkeitsverhaltens von Punktschweißverbindungen vor. Ein Abgleich von im Lebensdauerversuch gemessenen und mit der Methode berechneten Resultaten zeigt die Funktionsfähigkeit der Methode. Hierbei werden lokale Dehnungsverläufe, Probensteifigkeiten sowie Rissentstehung und -fortschritt verglichen. Die Methode kann damit zukünftig auch für Simulationen von Gesamtfahrzeugen eingesetzt werden.

Die mechanischen Eigenschaften der magneto-sensitive Elastomere (MSE) werden unter dem Einfluss von Magnetfeld verändert. Wegen der magnetfeldinduzierten Plastizität ist MSE besonders geeignet für die Anwendungen in der Greifertechnik. Die MSE können sich ohne Schädigung an das Greifobjekt anpassen und unter Wirkung des magnetischen Feldes die Objektform speichern. In dieser Arbeit werden die mechanischen Eigenschaften bei MSE wie die Steifigkeit und die magnetfeldinduzierte Plastizität in Ab- und Anwesenheit des Magnetfeldes experimentell untersucht. Besonders wird der Einfluss der Magnetfeldrichtung auf das Materialverhalten bei MSE erforscht. Die Experimentergebnisse werden mit Hilfe von Finite-Element-Method nachgebildet. Zum Schluss wird ein halbkugelförmiger Endeffektor des Greifsystems entwickelt. Der Endeffektor wird aus MSE-Schicht hergestellt, der mit verschiedenen Materialien wie Luft und Öl gefüllt wird. Der Endeffektor kann sich an die Greifobjekte mit verschiedenen Formen adaptieren.

Die Auslegung und Berechnung von Bauteilen und Baugruppen mittels Finite-Elemente-Software birgt, je nach Größe und Komplexität der zu berechnenden Struktur, einen sehr hohen Zeitaufwand. Neben der Berechnung und der Modellerstellung hat daran auch die Auswertung der Ergebnisse einen beträchtlichen Anteil. Insbesondere die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit benötigt dazu mehrere Schritte. Um eine effiziente Prozesskette zu realisieren und deren Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist in Bezug auf die Ergebnisqualität eine verlässliche wie auch zeiteffiziente Auswertemethode notwendig. In dieser Bachelorarbeit werden auf Basis der Analyseergebnisse eines Prozesses des Berechnungsdienstleisters EDAG Engineering GmbH mögliche Ansätze zur Prozess-optimierung ermittelt und diese bezüglich ihrer Umsetzung weiter ausgeführt. Im ersten Teil erfolgt mit der Auswertung durch zusätzliche kommerzielle Software neben speziellen Standardisierungsmaßnahmen und der Skriptprogrammierung eine Darstellung der Möglichkeiten zur Automatisierung des Prozesses. Als gewählter Ansatz zur Beschleunigung der Auswertung wird daraufhin im zweiten Teil die Skriptprogrammierung erarbeitet und in den Prozess implementiert. Anhand eines Tragwerkmodells, das die Anforderungen in Bezug auf die vorhandenen Verbindungselemente und die geometrische Struktur abbildet, erfolgt eine Validierung der erarbeiteten Lösung. Das in der Programmiersprache tcl/tk geschriebene Skript zur automatisierten Schrauben-auswertung mit dem Postprocessopr HyperView ® (Altair Engineering) erspart dem Berechnungsingenieur die manuelle Ermittlung der zur Berechnung der Schraubverbindung notwendigen Ergebnisgrößen. Darüber hinaus können nach den Empfehlungen der Richtlinie VDI 2230 die Sicherheitsfaktoren gegen Fließen, Flächenpressung und Dauerbruch aller Schrauben innerhalb von kurzer Zeit ermittelt werden.

Die Sicherheit in unserer Gesellschaft erhält einen immer größeren Stellenwert. Dies gilt gleichermaßen für die Fahrzeugsicherheit. Systeme, die die Folgen von Unfällen vermindern oder diese gar verhindern werden zunehmend verbessert und neu entwickelt. Im Rahmen der verletzungsreduzierenden Sicherheitseinrichtungen soll die Insassensicherheit des Fahrers eines PKW im Fokus dieser Arbeit stehen. Bedingt durch die Funktion befindet sich das Lenkrad grundsätzlich in unmittelbarer Nähe zum Insassen. Somit kommt diesem Bauteil eine wichtige Bedeutung bei der Betrachtung des Verletzungsrisikos zu. Daher werden in dieser Arbeit Untersuchungen auf Basis der Finiten Elemente durchgeführt, die die Analyse von Wechselwirkungen zwischen dem Lenkrad und dem Insassen während eines Unfallgeschehens ermöglichen. Außerdem werden die maßgeblichen Eigenschaften des Lenkrads identifiziert, die dessen mechanische Steifigkeit beeinflussen und sich auf die physikalische Belastung des Fahrers auswirken. Dafür werden vor allem Szenarien mit "Worst-Case"-Charakter betrachtet, um somit auch Unfallkonstellationen zu berücksichtigen, die sich besonders ungünstig auf den Gesundheitszustand des Insassen auswirken. Abschließend werden Anforderungen an die Lenkradsteifigkeit definiert, mit denen das Verletzungsrisiko gesenkt und eine Verbesserung der Insassensicherheit erzielt wird.

Die Bachelor-Arbeit behandelt das Thema Schwingungen. Es soll zunächst die freie ungedämpfte sowie die freie gedämpfte Schwingung betrachtet werden. Dabei wird die Auslenkung des Systems über die Zeit t untersucht. Diese Betrachtung gibt Rückschlüsse über maximale Auslenkungen sowie das Verhalten des Schwingers über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$). Zudem werden die Phasenportait betrachtet. Diese liefern Rückschlüsse darüber ob das System Energie aufnimmt oder diese abgibt. Danach wird die erzwungene Schwingung anhand der periodischen harmonischen Anregung betrachtet. Hierbei wird die Kreisfrequenz $\Omega$ der Erregung mit der der freien ungedämpften Schwingung $\omega_0$ verglichen. Zudem wird untersucht, welchen Einfluss das Verhältnis der beiden auf das System hat. Da eine rein harmonische Anregung in der Praxis der Technologie nicht genügt, wird die Auswirkungen eines Stoßes auf ein System betrachtet. Hierbei wird der Zeitverlauf untersucht, um erneut festzustellen, welche maximalen Auslenkungen das System durchläuft sowie wie sich dieses über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$) verhält. In der Fahrwerksauslegung spielt dies eine wichtig Rolle. Diese Untersuchungen ermöglichen es hier den Fahrkomfort auch bei Unebenheiten wie Bodenwellen zu gewährleisten. Infolgedessen wird betrachtet die periodische stoßhafte Anregung. Hierbei werden die Amplitudenspektren verschiedener Anregungen verglichen. Diese geben Rückschlüsse, welche Anteile der Anregungen maßgeblichen Einfluss auf das System haben. In der Praxis der KFZ-Technik dient diese Analyse erneut der Optimierung des Fahrkomfort. Um weitere Rückschlüsse über technische Systeme zu erhalten, werden die Ergebnisse auf den Freiheitsgrad 2 übertragen. Hierbei wird untersucht, welchen Einfluss zwei gekoppelte Massen aufeinander haben, wenn eine der beiden angeregt wird. Da in der Praxis das technische System des Fahrzeuges aus vielen oszillierenden sowie rotierenden Teilen bestehen, ist die Betrachtung der Kopplung zweier Bauteile notwendig, um weitere Rückschlüsse auf den Fahrkomfort zu erhalten. Die beiden letzten Themenbereiche entsprechen nicht-linearen Schwingungen. Im Folgenden wird die Reibschwingung einer PKW-Scheibenbremse betrachtet. Hierbei werden der Zeitverlauf und das Phasenportrait angenähert. Dies gibt erneut Rückschlüsse über: maximale Auslenkungen, den Zeitverlauf $t\rightarrow\infty$, sowie über Energieauf- wie auch Energieabgabe. Die Ergebnisse hieraus liefern Randbedingungen für die Konstruktion der Bremsanlage, um eine Havarie im Betrieb zu vermeiden. Abschließend wird die selbsterregte Schwingung anhand der Radialkraftschwankung eines PKW-Reifens beschrieben. Hierbei sollen Stabilität, Phasenportrait sowie der Zeitverlauf betrachtet werden. Diese Betrachtungen dienen erneut der Auslegung, um Havarie sowie Resonanzerscheinungen im Betrieb zu vermeiden, welche in der Praxis schwere Unfälle zur Folge hätten.

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Erprobung und Untersuchung eines mobilen Roboters auf Basis einer nachgiebigen Tensegrity-Struktur. Der Roboter mit wurmartiger Fortbewegung besteht aus drei kaskadiert zusammengesetzten Grundsegmenten. Diese können jeweils durch einen integrierten Aktor ihre Form ändern. Durch die koordinierte Aktuierung der Segmente kann eine Fortbewegung des Roboters innerhalb eines Tunnels realisiert werden. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden experimentelle Untersuchungen zum Verformungs- und Bewegungsverhalten des Roboters. Dabei werden verschiedene Steuerungskonzepte erprobt und dessen Leistungsfähigkeit in verschiedenen Umgebungsbedingungen, wie Tunnelsteigungen und Reibpaarungen, auf Basis von Video Tracking ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden zur Verifikation eines mathematischen Modells des Wurmroboters herangezogen. Abschließend werden konstruktive Verbesserungsvorschläge diskutiert, um den Roboter zuverlässiger, funktionaler und leitungsfähiger zu gestalten.

Der Entwurf und die Analyse eines Führungsgetriebes zur Erzeugung planarer parametrisierter Bahnbewegungen, am Beispiel eines Laborshakers, wird dargestellt. Die dazu verwendeten Simulationen wurden mit alaska durchgeführt. Es lässt sich feststellen, dass die Ergebnisse der Simulation sich mit Vermutungen decken. Zum einen gibt es Mechaniken die zur Selbstzerstörung in Folge von Aufschwingen neigen, zum anderen ist ein Zwanglauf sinnvoll für das betrachtete System. Ein Linearshaker mit einer Übersetzung von 1:20 wurde auf Grundlage der Simulationsergebnisse als am Besten geeignet bewertet.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) gehören zur Gruppe der "intelligenten Materialien", deren mechanische Eigenschaften durch äußere Einwirkungen verändert werden können. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes kann man eine Änderung des Materialverhaltens beobachten. Deswegen sind sie sehr attraktiv für viele technische Implementierungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE, die in einem äußeren, homogenen Magnetfeld periodisch bewegt werden. Der Fokus liegt dabei auf der Ermittlung mechanischer Schwingungseigenschaften. Für die Untersuchungen wird die Neukonstruktion eines Prüfstandes ausgeführt. Der praktisch umgesetzte Prüfstand ermöglicht die Untersuchung eines Prüfkörpers aus MSE, der mit Hilfe eines Shakers zu erzwungenen Schwingungen erregt wird. Der Amplituden-Frequenzgang und der Phasengang des Schwingungssystems werden für verschiedene Parameter ermittelt und mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.

In der vorliegenden Masterarbeit werden Lösungsalgorithmen zur geometrisch linearen Finite-Elemente-Berechnung von Stab-, Balken und Scheibenelementen vorgestellt. Ausgehend von den notwendigen Grundlagen für die Analyse der genannten Elementtypen erfolgt durch die Erarbeitung verschiedener Lösungsmethoden die Bestimmung von Knotenverschiebungen, inneren Elementkräften, Eigenfrequenzen und kritischen Knicklasten. Zu diesem Zweck wird ein bestehender Algorithmus um die genannten Elementtypen erweitert und für die Entwicklung von Lösungsansätzen von einfachen und komplexen Problemstellungen benutzt. Die Umsetzung der Berechnungen erfolgt dabei durch das numerische Berechnungsprogramm MATLAB, die Ergebnisse werden durch die kommerzielle FE-Software ANSYS Mechanical APDL verifiziert. Als Ergebnis dieser Arbeit liegt neben den erzeugten Programmcodes eine ausführliche Dokumentation zu den Lösungsansätzen der gewählten Problemstellungen vor.

Aktuelle Forschungsthemen in der Bionik beschäftigen sich mit der Analyse und Synthese der Umgebungswahrnehmung von Säugetieren mithilfe ihrer Vibrissen (spezielle Tasthaare). Durch Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans sind beispielsweise Ratten und Mäuse in der Lage mithilfe weniger Berührungen Objektabstände, -konturen oder -oberflächenbeschaffenheiten zu detektieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung und Untersuchung eines biologisch inspirierten mechanischen Modells zur Objektabtastung und Konturrekonstruktion. Vibrissen, als Reizaufnehmer, werden häufig durch einen zylindrischen oder konischen Euler-Bernoulli-Balken modelliert, der einseitig eingespannt ist und zum Zwecke der Abtastung translatorisch an einem Objekt entlanggeführt wird. Mit Blick auf das biologische Vorbild wird die Abtastprozedur in der vorliegenden Arbeit um eine Rotationsbewegung erweitert. Die Modellierung der Vibrisse erfolgt mithilfe eines langen schlanken Balkens, der eine vorgekrümmte, konische Form aufweist und drehbar gelagert ist. Die Rotationsabtastung eines streng konvexen Profils wird im quasi-statischen Fall betrachtet. Dabei erfährt der Balken große Verformungen, die mithilfe der nichtlinearen Euler-Bernoulli-Theorie beschrieben werden. Zunächst wird für das Modell das beschreibende Differentialgleichungssystem hergeleitet. Anschließend wird zwischen der Phase des Spitzen- und des Tangentialkontakts (Phase A und Phase B) mit dem Objekt unterschieden und für beide Fälle die zugehörigen Randbedingungen aufgestellt. Die entstandenen Randwertprobleme werden auf verschiedenen Abstraktionsebenen betrachtet. Der rotatorische Vorbeizug einer geraden zylindrischen Vibrisse an einer streng konvexen Profilkontur wird weitestgehend analytisch beschrieben. Anschließend wird durch Lösung eines Anfangswertproblems gezeigt, wie die Kontaktlokalisierung möglich ist, wenn ausschließlich Informationen an der Lagerstelle (Lagerreaktionen, Lagerposition und Stellwinkel), die möglicherweise auch den Tieren zur Verfügung stehen, ausgewertet werden. Auf Grundlage des mechanischen Modells wird ein Matlab-Programm aufbereitet, das die Simulation des rotatorischen Vorbeizugs einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil sowie dessen Rekonstruktion anhand der berechneten Lagerreaktionen ermöglicht. Der Abbruch des Algorithmus, der auf ein in der Realität stattfindendes Ablösen der Vibrisse vom Profil hindeuten könnte, wird genauer untersucht. Die Abtastprozedur wird um eine Rotationsbewegung in entgegengesetzter Richtung und eine Variation der Lagerposition erweitert. Durch Überlagerung der entstehenden Abtastbereiche kann anschließend ein Großteil des Profils rekonstruiert werden. Zuletzt werden Parameterstudien durchgeführt, um das Potential einiger durch die Biologie vorgegebener Eigenschaften zur Verbesserung des Abtastverhaltens zu untersuchen.

Für die Drehzahlübersetzung elektrischer Antriebsachsen von Elektrofahrzeugen hat sich in der Elektromobilität das Planetengetriebe etabliert. Aufgrund der Lastaufteilung auf mehrere Zahnräder (Planetenräder) ist die Übertragung von großen Momenten bei einem relativ kleinen axialen Bauraum möglich. Die Größe des Getriebes in Radialrichtung wird durch das äußere Rad, dem sog. Hohlrad, festgelegt. Da es bei der Belastung von dünnwandigen Hohlrädern zu einer nicht zu vernachlässigbaren radialen Verformung kommt, sind die gängigen Berechnungsmethoden zur Zahnfußtragfähigkeit von Stirnrädern nur bedingt geeignet. Die Berechnungsverfahren der ISO 6336-3 sowie der VDI 2737 berücksichtigen zwar den Einfluss der radialen Verformung auf die Zahnfußsicherheit, sind jedoch nur für Hohlräder mit freiem Zahnkranz - d. h. keine Anschlussgeometrie an der äußeren Mantelfäche - gültig. Die in der Abteilung "Planetenradsätze und Differentiale" der Schaeffler AG eingesetzten Hohlräder sind mit einer zusätzlichen Außenverzahnung im Gehäuse gelagert und können demnach mit den Berechnungsmethoden der ISO 6336-3 oder VDI 2737 nicht exakt ausgelegt werden. In dieser Abschlussarbeit werden zunächst die Auslastung der Innen- sowie Außenverzahnung verschiedener Hohlräder der Schaeffler AG miteinander verglichen. Anschließend erfolgt ein Vergleich der mit der Verzahnungssoftware KISSsoft möglichen Berechnungsmethoden. Zentraler Aspekt dieser Abschlussarbeit ist schließlich die Erarbeitung eines Hilfsprogramms zur Vorabschätzung der Zahnfußtragfähigkeit von Hohlrädern für den Modulbereich von 1 bis 2 mm. Zuletzt werden Auslegungsrichtlinien für Hohlräder der Schaeffler AG definiert.

In der vorliegenden Masterarbeit werden durch eine Simulationsstudie adaptive Regelungsstrategien dahingehend untersucht, einen Roboterarm mit Doppelpendelstruktur - angetrieben durch antagonistisch angeordnete, muskelähnliche Aktoren - möglichst schnell und präzise auf vorgegebenen Bahnen zu regeln. Parallel dazu wird ein derartiger Roboter als Prototyp aufgebaut und die untersuchten Regelungsstrategien am realen Modell verifiziert. Über erste Simulationen mit einem Modell mit Freiheitsgrad n=1 werden die Wirkprinzipien der adaptiven Regler untersucht (v.a. mit Blick auf die Absolutwerte von Rückführung und Verstärkungsfaktor, Einregelzeit und Genauigkeit der Einhaltung von Zielvorgaben) und eine Vorauswahl der als am besten eingeschätzten Regler getroffen, um diese anschließend auf ein System mit Freiheitsgrad n=2 anzuwenden. Dazu werden vorerst Modellanpassungen bzgl. der realen Mechanik des Prototypen vorgenommen und daraus eine Intensitätensteuerung ermittelt, mit der die Reglergrößen der Regler auf die jeweiligen Muskelpaare aufgeteilt werden können. Es folgt eine Simulationsstudie an einem System mit Freiheitsgrad n=2 (Doppelpendelstruktur). Die vorher beschriebenen und analysierten Regelungsstrukturen werden bzgl. einer Referenzposition mit Positionswechsel und einer Referenzbahn untersucht. Hierbei werden für eine Optimierung des Simulationsergebnisses verschiedene Ansätze eingeführt, wie bspw.: Begrenzung der Muskelleistung, Einführung eines Fehlervektors, adaptives Ermitteln von Faktoren einer beschränkten Regelung. Während oben genannten Simulationsarbeiten wird der zur Verifikation einzusetzende Prototyp der TU Ilmenau aus vorherigen, älteren Untersuchungen rekonstruiert und optimiert: Dabei müssen fehlende Teile neu konstruiert, sowie die Ansteuerung neu entworfen werden. Hierfür wird der Microcontroller "Arduino" eingesetzt. Vor einem möglichen Betrieb des Roboterarms müssen zunächst Messdaten zur Ermittlung des Kontraktionsverhaltens und der Muskelleistung der pneumatischen Muskeln ermittelt werden. Anschließend werden weitere Simulationen mit den Systemparametern des Prototypen durchgeführt. Mithilfe der Regelungsstrukturen wird dem Prototyp die Verfolgung einer Bahn ermöglicht.

Um das Ziel des autonomen Fahrens möglichst schnell zu erreichen, spielen Fahrerassistenzsysteme bei der Entwicklung von Automobilen eine immer größere Rolle. Diese erhöhen den Komfort und die Sicherheit für den Fahrer. Damit Fahrerassistenzsysteme vom Kunden als angenehm und komfortabel empfunden werden, müssen sie das Verhalten des Menschen in den jeweiligen Fahrsituationen bestmöglich abbilden. Ziel der vorliegenden Master-Arbeit ist das Analysieren des menschlichen Verhaltens und der Wahrnehmung beim Spurwechsel. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Auslegung des Spurwechselassistenten der BMW Group ein. Hierzu wird eine Probandenstudie mit einem Versuchsfahrzeug im Realverkehr durchgeführt. Führt der Fahrer einen Spurwechsel aus, so werden relevante Fahrzeugsignale und Bewegungsgrößen umliegender Objekte aufgezeichnet und das subjektive Empfinden des Fahrers beim Spurwechsel erfragt. Im ersten Schritt ist die Probandenstudie zu planen und zu organisieren. Dazu müssen zunächst die relevanten Szenarien im Verkehr festgelegt werden, woraus objektive und subjektive Kennwerte für einen Spurwechsel abgeleitet werden. Anschließend werden Hypothesen über den Zusammenhang von objektiven und subjektiven Größen formuliert. Nach der Durchführung der Studie werden die erfassten Daten ausgewertet. Hierfür werden zunächst die aufgezeichneten Daten nach der Entwicklung eines neuartigen Datenverarbeitungsalgorithmus aufbereitet. Anschließend wird die in der Abteilung bestehende Objektivierungsmethodik erweitert und mit deren Anwendung die Hypothesen überprüft. Zusätzlich wird erstmalig ein Durchschnittsprofil aus den Daten aller Fahrer hinsichtlich des Spurwechsels erstellt. Abschließend wird mit den Ergebnissen eine Auslegungsempfehlung für den Spurwechselassistenten abgegeben.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung der Konstruktion omnidirektionaler Räder von mobilen Robotern am Beispiel des Ethon-Roboters. Zwangserregte Schwingungen auf der Roboterplatform beinflussen das Kamerasystem negativ und beeinträchtigen somit die Orientierung. Die Arbeit präsentiert eine Vibrationsanalyse und untersucht die Radgeometrie der verwendeten Allseitenräder. Die resultierende Erregung wird systemtheorethisch modelliert. Das Robotersystem wird dabei mit konzentrierten Variablen und mittels Impedanz Analogie beschrieben. Zirkularitätsfehler der Räder die zu periodischen Stößen durch Diskontinuitäten zwischen den passiven Rollern führen, generieren vertikale Vibrationen und werden in der Vibrationanalyse untersucht. Zwei erarbeitete Messmethoden; eine indirekte Methode und eine neuartige direkte Methode, werden vorgestellt, um die zwangserregten Schwingungen durch Reaktionskräfte auf der Roboterplatform zu bestimmen und die dazugehörigen Erregerfrequenzen der Räder anhand von Beschleunigungsmessungen nachzuweisen. Die Erregerfrequenzen mit den dazugehörigen Oberwellen der periodischen Stöße des omnidirektionalen Rades werden mittels Frequenzanalyse der Leistungsspektren identifiziert. Die Annahmen bezüglich Linearität des Systems und Geschwindigkeitsabhängigkeit werden durch Messungen nachgewiesen. Die Reaktionskräfte basierend auf den ermittelten absolut Werten aus den Leistungsspektren werden berechnet und diskutiert. Beide Messmethoden werden auf ihre Konsistenz durch einen Vergleich der entstehenden Frequenzen geprüft. Resultierend wird eine erarbeitete Prototypenkonstruktion mit einem äußeren Durchmesser von 200 mm, basierend auf dem Continuous Alternate Wheel (CAW) Model, vorgestellt. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse bestätigt die zwangserregten Schwingungen, welche durch die omnidirektionalen Räder ausgelöst werden und präsentiert eine alternative Prototypenkonstruktion zur Minimierung der vertikalen Vibrationen.

Gleitreibung entsteht bei der Berührung zweier sich relativ zueinander bewegender Körper. Sie ist eine Eigenschaft, die in technischen Systemen häufig nachteilig ist und reduziert werden soll. Typische Methoden zur Reibungsreduzierung sind die Variation der Materialpaarung sowie der Einsatz von Schmiermitteln. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Reibkraft ist die hochfrequente mechanische Anregung der Reibpartner, die virbrationsinduzierte Reibungsreduzierung. Durch diese Technik kann die Reibung vermindert und in Grenzen gesteuert werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prüfstand zur Messung von Reibungskräften zwischen vibrierenden Oberflächen entwickelt. Die Konzeption beinhaltet die Erstellung einer Anforderungsliste und die Betrachtung verschiedener Auslegungsvarianten. Weiterhin erfolgt die Auslegung potenziell kritischer Stellen und die Fertigung des Versuchsaufbaus. Nach der Inbetriebnahme erfolgt die Justierung, um das angestrebte Betriebsverhalten der konstruierten Führung des Prüfstandes zu realisieren. Mit Hilfe des Prüfstandes werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Abhängigkeit der Reibungsreduktion von festgelegten Parametern durchgeführt. Im Anschluss erfolgen die Auswertung der aufgenommenen Messwerte, Interpretation, Dokumentation und Fehlerbetrachtung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Reibungsreduktion von bis zu 90 % für die untersuchten Parameter möglich.

Die folgende Arbeit ist ein Teil eines Forschungsprojekts, das Vibrissen-inspirierte Tastsensoren für Objekt- und Strömungserkennung zu analyzieren versucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines technischen und mathematischen Modells für Objekterkennung unter dem Einfluss einer Strömung. Dazu wird ein mechanisches Modell auf Basis der nicht-linearen Euler-Bernoulli Biegungstheorie entwickelt. Das Modell enthält Hauptmerkmale, die in einer natürlichen Vibrisse gefunden werden, z.B. intrinsische Vorkrümmung, die Veränderung des Querschnitts, elastische Lagerung. Diese Hauptmerkmale werden als Parameter des Modells dargestellt. Das Modell wird dann einer Kontakt- und einer Strömungsbelastung ausgesetzt, die durch eine konzentrierte Kraft und eine verteilte Kraft repräsentiert werden. Dann wird das Modell in eine dimensionslose Form für weitere Untersuchungen transformiert. Eine Variation der Größe dieser Lasten, sowie die Vibrissen-Parameter wird analysiert. Eine direkte numerische Näherung durch das Finite-Differenzen-Verfahren wird zusammen mit dem Schießverfahren verwendet, um eine Lösung für das Modell zu erhalten. Danach soll der Kontaktvorgang zwischen Objekt und Vibrisse simuliert werden. Dabei wird ein quasi-statisches Vorbeiziehen der Vibrisse an der Objektkontur betrachtet, während die Lagerreaktionen bestimmt und aufgezeichnet werden. Diese Prozedur wird dann in Kombination einer Strömungsbelastung wiederholt, die eine Strömung simulieren soll. Es werden zwei Arten von Kontaktphasen identifiziert und die Bedingungen für jede Gruppe festgelegt. Schließlich werden die gemessenen Größen verwendet, um die Größe der Strömungskraft zu bestimmen und die Profilkontur der Oberfläche zu rekonstruieren. Das entwickelte Modell wird wieder für die Rekonstruktion verwendet, eine Analyse der Observablen wird vorgenommen, um zu identifizieren und vorherzusagen, in welcher Kontaktphase die Vibrisse ist. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Identifikation der Fluidströmungsbelastung sowie eine Rekonstruktion des Profils, die Differenz zwischen dem rekonstruierten Profil und dem Originalprofil wird dann als ein Maß für die Rekonstruktionsqualität berechnet.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Modell eines taktilen, stiftführenden Sensors, mit dem Objekte mit streng konvexer, stetig differenzierbarer Umrissfunktion durch rotatorisches Scannen rekonstruiert werden können. Der Sensor ist durch Tasthaare, wie sie viele Säugetiere besitzen, inspiriert. Als Modell dient ein langer, schlanker Biegebalken mit kreisrundem Durchmesser, konstantem Flächenträgheitsmoment und konstantem Elastizitätsmodul, der durch ein Festlager gelagert ist. Das rotatorische Scannen wird durch ein Moment in der Lagerung gesteuert und läuft quasi-statisch ab. Zuerst wird das autonome Differentialgleichungssystem, welches die Verformung des Balkens beschreibt, hergeleitet und alle Größen dimensionalisiert. Danach werden Aussagen über Existenz und Eindeutigkeit von Anfangswert- und Randwertproblemen vorgestellt. Zur Lösung des autonomen Differentialgleichungssystems sind zwei Methoden denkbar: Methode 1 nutzt das Schießverfahren, um drei Unbekannte zu erhalten, bei Methode 2 wird durch analytische Betrachtungen vorab die Anzahl der Unbekannten verringert, sodass nur eine Unbekannte mit Hilfe des Schießverfahrens ermittelt werden muss. Beim rotatorischen Scannen wird zwischen Spitzenkontakt (Phase A) und Tangentialkontakt (Phase B) des Balkens mit dem Objekt unterschieden. Bei Spitzenkontakt werden Formeln für $x(\varphi)$, $y(\varphi)$ und Kraft $F$, bei Tangentialkontakt Formeln für $x(s)$, $y(s)$, $F$ und das Bogenmaß $s_1$, an dem der Kontakt stattfindet, hergeleitet. Dabei entstehen Elliptische Integrale, die in Kombinationen aus Elliptischen Integralen 1. Art und 2. Art überführt werden. Damit kann für beide Phasen der Kontaktpunkt zwischen Balken und Objekt bestimmt werden. Für die Rekonstruktion des Objekts mit Hilfe der Randbedingungen an die Lagerung und die Lagerreaktionen selbst, das bedeutet mit den Größen, die einem Tier mit Vibrissen beim Objektabtasten zur Verfügung stehen würden, wird eine Formel hergeleitet, mit der entschieden werden kann, ob sich der Balken in Phase A oder Phase B befindet. Bei quasi-statischer Rotation des Balkens kann so eine Folge von Kontaktpunkten bestimmt werden, welche die Umrissfunktion des Objekts approximiert. Zum Schluss werden Simulationen mit einem Matlab-Programm zur Rekonstruktion verschiedener Umrisse durchgeführt.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Differentialantriebsmoduls für einen kleinen mobilen Roboter. Das Modul soll über einen Motor verfügen der zwei Räder antreibt und drehbar in ein Roboterchassis integrierbar sein. Zur Ausrichtung des Moduls soll eine variable Drehzahldifferenz zwischen den Rädern hergestellt werden. Dazu werden drei mögliche Antriebsprinzipe in Form von technischen Prinzipen entworfen und vorgestellt. Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Prinzip ausgewählt und zu einem konkretisierten Entwurf weiterentwickelt. Auf Basis dieses Entwurfs wird ein Mehrkörpersimulationsmodell entwickelt. Anschließend werden Fahrversuche mit dem einzelnen Modul und abschließen mit drei drehbar in einem Chassis gelagerten Modulen unternommen.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Formfindung von Tensegrity-Strukturen unter Nutzung der Finiten-Elemente-Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie. Es werden die theoretischen Grundlagen für die Anwendung von massebehafteten Stab- und Balkenelementen, sowie von Mischstrukturen dieser Elementtypen dargestellt. Anschließend erfolgt die Implementierung der Finiten Elemente zur Verifizierung der zuvor getroffenen Erkenntnisse. Zuletzt wird ein bestehender Algorithmus zur Formfindung von Tensegrity-Strukturen um die betrachteten Elementtypen und -eigenschaften erweitert und anhand verschiedener praktischer Beispiele untersucht. Die Implementierungen erfolgen in MATLAB, zur Verifizierung der Ergebnisgrößen wird die kommerzielle Software Mechanical APDL von ANSYS genutzt.

Die derzeit bekannten Fortbewegungssysteme weisen Defizite hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit und Effektivität auf. Neuartige Mobilitätssysteme eröffnen die Möglichkeit, effizienter Energie zu nutzen und zusätzliche Funktionen bereit zu stellen. Hierfür werden aktuell Systeme entwickelt, bei denen nachgiebige Tensegrity-Strukturen verwendet werden. Die Realisierung von Systemen mit rollender Fortbewegung auf Basis dieser Strukturen ist ein neues Forschungsfeld. Ein solches im Entwicklungsprozess stehendes Lokomotionssystem soll genauer untersucht werden. Das reale Systemverhalten dieses mobilen Roboters steht dabei im Zentrum der Betrachtungen. Dazu werden zunächst Steuerungsparameter für verschiedene Bewegungsarten implementiert, um die Fortbewegung anschließend mit einem Motion Capturing Verfahren aufzunehmen. Die so erhaltenen Bewegungsdaten von Punkten des Lokomotionssystems werden danach in Matlab® importiert und weiterverarbeitet. Das erstellte Matlab®-Programm rekonstruiert die Fortbewegung des Roboters und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung des digitalisierten komplexen Systemverhaltens auch von verschiedenen Bewegungsarten. Die Erkenntnisse aus diesen Analysen ermöglichen eine gezielte Weiterentwicklung des Roboters.

Die Untersuchung menschlicher Bewegungen mit Hilfe von mechanischen Modellen und Methoden wird als Biomechanik bezeichnet. Bedeutende biomechanische Modelle wurden von HANAVAN und ZATSIORSKY entwickelt und bilden die Grundlage für digitalisierte Menschmodelle zur computergestützten Bewegungsanalyse. Diese Mehrkörpersystemmodelle ermöglichen die Berücksichtigung individueller Körperproportionen und sind daher ein wichtiger Bestandteil der instrumentellen 3D-Ganganalyse. Weitere Bestandteile sind simultan verwendete kinematische und kinetische Messmethoden sowie die dynamische Elektromyographie. In dieser Arbeit werden unter Verwendung des Simulationswerkzeugs ALASKA/DYNAMICUS® Bewegungsanalysen auf Grundlage kinematischer und kinetischer Daten durchgeführt. Hierzu werden zunächst die Grundlagen beschrieben und ein umfassender Einblick in die Biomechanik des menschlichen Ganges gegeben. In einem Bewegungsanalyselabor werden die kinematischen und kinetischen Daten eines Probanden beim Gehen und Aufstehen aus dem Sitzen messtechnisch erfasst. Die Eignung des verwendeten MKS-Simulationstools zur Analyse menschlicher Bewegungsmuster wird bewertet. Eine Aussage über die dynamische Stabilität wird durch die Berechnung des sogenannten "Zero Moment Points" sowie der temporären Fußunterstützungsfläche mittels DYNAMICUS® getroffen. Ausgehend von den gemessenen Bodenreaktionskräften und berechneten Körperschwerpunktverläufen werden für die photometrische Bewegungserfassung Markerreduktionen vorgenommen. Dabei kann gezeigt werden, dass DYNAMICUS® die Möglichkeit bietet, aufgrund qualitativer und quantitativer Bewertungsgrundlagen, einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Bewegungsrekonstruktion sowie -berechnung und dem Messaufwand, z.B. in Form von Markeranzahl, zu finden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Validierung der Geräuschberechnung von Lagern. Im Vordergrund steht die Untersuchung der durch Anschliffe auf Wälzkörpern angeregten Starrkörperschwingungen. Diese werden durch ein kontaktbasiertes Mehrkörpersimulationsmodell beschrieben. Die Zielgrößen der Simulation werden mit Methoden der Signalanalyse ausgewertet. Die Güte der Modellierung wird anhand der kinematischen Beziehungen und Modellen niedrigerer Ordnung überprüft. Anschließend erfolgt die Validierung der Modelle durch den Abgleich mit Versuchen auf einem Geräuschprüfstand.

Das Greifen von fragilen Gegenständen und Objekten mit großem Aspektverhältnis stellt eine Herausforderung in der Greifertechnik dar. Um die Beschädigung des Objektes zu vermeiden, ist hier der Einsatz von Formschlusseffektoren vorteilhaft. Diese zeichnen sich häufig durch ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit aus, aufgrund derer sie sich an Greifobjekte anpassen können. Da magnetosensitive Elastomere (MSE) ihre Nachgiebigkeit durch Magnetfelder reversibel steuern lassen, eignen sie sich als Konstruktionswerkstoff für den Entwurf eines Endeffektors. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prototyp eines adaptiven Effektors auf Basis magnetosensitiver Elastomere entwickelt. Es werden Materialstudien an MSE durchgeführt, auf deren Basis die Werkstoffauswahl erfolgt. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wird das plastische Verhalten des magnetosensitiven Elastomers im Magnetfeld nachgebildet. Anhand von Untersuchungen verschiedener Effektorgeometrien erfolgt die Form- und Prinzipfindung für das Greiferelement. Es wird ein Prototyp angefertigt, der sich an verschiedene Formen und Oberflächenbeschaffenheiten von Greifobjekten anpassen und diese in einer Kombination aus Form- und Kraftschluss halten kann.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Kompositwerkstoffe aus einer Elastomermatrix, in deren Materialstruktur hart- oder weichmagnetische Partikel eingeschlossen sind. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern kann eine Änderung des Materialverhaltens beobachtet werden. Diese besondere Eigenschaft bietet Potential für die Entwicklung adaptiver sensorischer und aktorischer Konzepte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte eines äußeren Magnetfeldes sowie der Volumenkonzentration der verwendeten Carbonyl-Eisen-Partikel (CIP). Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung des Steifigkeits- und Dämpfungsverhaltens der Probenkörper. Für die Untersuchungen wird ein Konzept für einen experimentellen Aufbau ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Es werden Probenkörper gestaltet und mit verschiedenen Partikelkonzentrationen hergestellt. Die Materialeigenschaften der Proben werden in Ausschwingversuchen, unter Einfluss eines magnetischen Gleichfeldes variabler Stärke untersucht. Die gesammelten Messdaten werden unter Verwendung eines mechanischen Modells für Biegeschwingungen von Balken mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.

Gegenstand dieser Abschlussarbeit ist die Berechnung des Versagenszeitpunkts von gusseisernen LKW Scheibenbremsenbauteilen im Bereich der Zeitfestigkeit. Die verwendete Methode basiert auf einer FEM-Berechnung, welche entweder linear elastisches oder elastisch-plastisches Werkstoffverhalten verwendet. Die Zielgröße für alle Berechnungen sind Daten von Prüfstandsversuchen. Analytische Grundlagen werden erklärt und eine neue Berechnungsrichtlinie erstellt. Die Programme nCode und Fe-Safe werden herangezogen und gegen den aktuellen, firmeninternen Standard SWL99 getestet. Unterschiede zwischen den Prüfstandsergebnissen und errechneten Lebensdauern werden analysiert. Als Bewertungsmaßstab gilt die Treffsicherheit auf die Prüfstandsdaten. Am Ende der Arbeit wird eine Empfehlung für ein Berechnungsverfahren ausgesprochen.

In dieser Arbeit werden Tensegrity-Strukturen mit wurmartiger Lokomotionsform zur Anwendung in der mobilen Robotik untersucht. Betrachtet werden dazu TensegrityStrukturen mit einem kaskadiertem Aufbau, bestehend aus mehreren Einzelstrukturen mit identischer Topologie. Auf Basis eines vorhandenen Konzeptes für eine TensegrityStruktur werden zunächst verschiedene Topologien für die Einzelstrukturen durch Anwendung eines statischen Formfindungsalgorithmus ermittelt. Anschließend erfolgt die theoretische Untersuchung der Formänderung der Einzelstrukturen während ihrer Aktuierung. Mehrere Prototypen werden konstruiert, aufgebaut und experimentell erprobt. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet im Anschluss die Entwicklung der wurmartigen Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen und Prototypen. Im abschließenden Teil der Arbeit werden die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick über mögliche künftige Entwicklungsrichtungen gegeben.

Die Bachelorarbeit beschreibt die Optimierung (Entwurf und Konstruktion) eines neuartigen haptischen Eingabegerätes zur mechanischen Bewegungserfassung der Hand und des Armes, für Aufgaben der teleassistierten Chirurgie. Grundlage bildet das Ergebnis der Master-Arbeit "Entwurf einer integrierten Orientierungseinheit eines haptischen Gerätes" von N. Ziegenspeck. Ausgehend von einer umfassenden Analyse des bestehenden Systems und einer eingehenden Literaturrecherche werden unterschiedliche Lösungskonzepte erarbeitet und anschließend bewertet. Die konstruktive Realisierung in einem CAD-Entwurf erfolgt für das, auf der Grundlage der Bewertung ausgewählte Konzept. Dabei beschränkt sich die Arbeit auf zwei der drei Drehachsen der Orientierungseinheit. Mit der dritten Achse befasst sich E. Meta in der Bachelorarbeit "Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein haptisches Eingabegerät". Ein kreisrunder Lagerflansch mit einer Hohlwelle repräsentiert die Schnittstelle zwischen beiden Arbeiten.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und anderen Säugetieren, um ihre Umgebung zu erkunden und bestimmte Objekte zu erkennen. Dabei erfolgt die Reizaufnahme nicht direkt über das leblose Tasthaar, sondern über die Mechanorezeptoren im Follikel-Sinus-Komplex, der einer visko-elastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten befinden sich die Vibrissen vor allem in der Schnauzenregion, welche durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. Es gibt schon einige biologischen Modelle zu einzelnen Vibrissen und dem kompletten Vibrissenfeld, welche aber alle sehr detailliert und daher für die Analyse und Untersuchungen mit Mitteln der Mechanik und Bionik ungeeignet sind. Während sich die bestehenden mechanisches Modelle auf die Beschreibung der Tasthaare und ihren Eigenschaften konzentrieren, liegt in dieser Arbeit der Fokus auf der Entwicklung von Modellen in unterschiedlichen Abstraktionsstufen, welche die Eigenschaften und die Funktionsweise des Follikel-Sinus-Komplexes beschreiben. Dafür wird eine passende Regelung gewählt und in das Modell implementiert. Diese Modelle werden dann mathematisch beschrieben und analysiert. Ein erstes Modell besteht aus einem zylindrischen Stab, der in einem Drehgelenk beweglich gelagert ist und über eine Feder mit einer vorgegebenen Schwingung erregt wird. Die erzeugten Bewegungen entsprechen den Schwingungen der Vibrisse, die bei Ratten durch die umliegende Muskulatur eingestellt wird. Diese Referenzbewegung wird für eine Regelung für ein Steuerdrehmoment verwendet, welches dann für verschiedene äußere Störeinflüsse auf das System analysiert wird. Ein weiteres Modell ist ein, über eine Feder indirekt erregtes, Loslager einer Vibrisse, welche drehbar gelagert ist. Ein letztes Modell besteht aus einer Vibrissendose, die ebenfalls drehbar auf einem Loslager gelagert ist und indirekt über eine Feder in Bewegung versetzt wird. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Verläufe der Steuerdrehmomente, bei unterschiedlichen angreifenden Störkräften. Dadurch kann festgestellt werden, dass die Momente direkt mit den Störeinflüssen zusammenhängen und es wird eine Idee entwickelt, wie unbekannte Störeinflüsse identifiziert werden können, wenn man die sonstigen Modellparameter kennt.

Eines der aktuellen Forschungsschwerpunkte der Bionik beschäftigt sich mit der Analyse und Synthese tierischer Umgebungserkennung anhand ihrer Tastsinnesorgane, besonders den Vibrissen. Zum Verständnis hierfür sind Modelle und ihre Berechnungen zielführend. Die meisten Literaturquellen beschränken sich dabei auf Untersuchungen von zylindrischen und nicht vorgekrümmten, von zylindrischen und vorgekrümmten, oder von konisch und nicht vorgekrümmten Vibrissen. An diesem Punkt setzt diese Bachelo-Arbeit an. Zunächst wird eine, für stark vorgekrümmte Biegebalken geltende, exakte Theorie hergeleitet. Dem folgt eine Reihenentwicklung dieser, welche beim ersten Glied abgebrochen wird und eine Grenzfall-Betrachtung für sehr kleine Vorkrümmungen, welche auf die Euler-Bernoulli-Biegetheorie für den leicht vorgekrümmten Balken führt. Für den Biegebalken mit rechteck- und kreisförmigen Querschnitt werden die sogenannten "geometrischen Steifigkeiten" berechnet. Nachfolgend werden Fehlerfunktionen bezüglich der exakten Theorie und ihrer Taylor-Entwicklung formuliert. Dem folgt die Anwendung der drei Theorien auf den einseitig eingespannten Biegebalken unter richtungstreuem Kraftangriff unter Variation der Systemparameter. Hierfür werden Grenzwerte zwischen den Theorien so bestimmt, dass ein definierter Fehler nicht überschritten wird. Dem folgt eine Auswertung der Fehlerfunktionen von der exakten Theorie bezüglich ihrer Taylor-Entwicklung und die Anwendung dieser Fehlerfunktionen zur Verschiebung der gefundenen Berechnungsgrenzen, durch die Erhöhung der Gliedzahlen von der Taylor-Reihe ohne Fehlererhöhung. Nach der Berechnung der zuvor definierten Fehler einiger Beispielvibrissen, wird das Abtastverhalten von konisch verlaufenden und vorgekrümmten Vibrissen untersucht. Dies soll mit besonderem Augenmerk auf die Möglichkeit eines spannungsfreien Ablösevorgangs und dem äquivalenten Verhalten der Vibrisse zu einer zylindrischen gleichen Volumens geschehen. Abschließend werden linear veränderliche Vorkrümmungen mit Integralmittelwerten von Null betrachtet und auf ihre Vorteile bezüglich ihres Abtastverhaltens überprüft.

Das Vorbild für taktile Sensorkonzepte auf Basis von Balkenstrukturen sind die im Tierreich weit verbreiteten Tasthaare oder Vibrissen. Die nachgewiesene Leistungsfähigkeit des Sensorkonzeptes ist beeindruckend, jedoch lässt die bisherige technische Umsetzung auf Grund der Komplexität und des unvollkommenen Verständnisses noch viele Fragen offen. Dies gilt insbesondere für eine kürzlich entdeckte Funktionalität des Sensors, die sich auf die Unterscheidung verschiedener Oberflächen bezieht. Der Großteil der vorhandenen Veröffentlichungen basiert auf einer empirischen Vorgehensweise, bei der nichtlineare mechanische Aspekte und tribologische Gesichtspunkte oft nur unzureichend in Betracht gezogen werden. An dieser Stelle setzt die aktuelle Arbeit an, die auf einem nichtlinearen mechanischen Modell des Sensorsystems in Verbindung mit Coulomb'scher Reibung basiert. In drei Modellierungsstufen wird, beginnend mit einem punktuelle Kontakt, zunächst die Kontaktformulierung verfeinert und darauffolgend dynamische Effekte in die Berechnung einbezogen. Für die Berechnung wird auf die Finite-Elemente-Methode in ANSYS zurückgegriffen. Die Eigenschaften des biologischen Sensorsystems, wie elastische Lagerung, Konizität und Vorkrümmung, werden modelliert und deren Effekt mit der angestrebten Sensorfunktion in Beziehung gesetzt. Besondere Beachtung findet die Bestimmung der Grenzen des Arbeitsbereiches des Sensors, die auch in einem parallel durchgeführten Experiment beobachtet werden können. Das untersuchte komplexe statische Verhalten des Sensors wird durch eine erste, beispielhafte dynamische Berechnung des Sensors ergänzt, durch die, in Gegenüberstellung mit dem Experiment, eine konkrete Messstrategie für das Sensorkonzept erarbeitet wird.

Für einen existierenden Greifer, basierend auf einer Tensegrity Struktur, ist ein elektrischer Antrieb zu entwickeln. Die beiden charakteristischen Gleichgewichtslagen und die grundlegenden Eigenschaften der Struktur müssen auch mit dem Antrieb erhalten bleiben. Vorbereitend auf die Entwicklung eines miniaturisierten Greifersystems wurden verschiedene Fertigungsverfahren untersucht und bewertet. Zwei Funktionsmuster mit unterschiedlichen Antrieben wurden entwickelt und getestet. Je ein System mit translatorischem und rotatorischem Antrieb. Beide Prototypen bestehen aus Aluminiumstäben, die durch 3D-gedruckte Kunststoffteile verbunden sind. Zusätzlich wurde ein verkleinerter Greifer entworfen, um die Eigenschaften von Silikonfedern in Tensegrity Strukturen zu testen.

Tasthaare von Säugetieren werden als Vibrissen oder Schnurrhaare bezeichnet. Sie dienen der Erkundung der Umgebung und befinden sich an verschiedenen Stellen des Tierkörpers. Mystaziale Vibrissen sind im Bereich der Schnauze zu finden. Karpale Vibrissen befinden sich an der Unterseite der Vordergliedmaßen von Säugetieren. Das Vibrissenhaar hat eine konische Form und wächst aus einem speziellen, stark innervierten Haarfollikel, der in einem Blutsinus eingegliedert ist. Da das Haar selbst keine Rezeptoren hat, kann es als ein Übertragungssystem für Kräfte und Momente zum Rezeptorsystem im Follikel betrachtet werden. Kräfte und Momente entstehen aus dem Kontakt des Haars zu einem Objekt. - In der vorliegenden Masterarbeit wird die Schwingung der Vibrisse während eines natürlichen Erkundungsprozesses aus dem Blickwinkel der Mechanik untersucht. Das Phänomen der parametrischen Resonanz der Vibrisse wird analytisch und numerisch betrachtet. Im ersten Teil der Arbeit werden zwei Modelle eines elastischen Balkens aus der Literatur verwendet. Das erste Modell besteht aus einem geraden Balken mit einer kreisrunden Querschnittsfläche mit linear abnehmenden Radius. Im zweiten Modell wird die natürliche Krümmung der Vibrisse in Form eines zylindrischen Balkens mit kreisbogenförmiger Stabachse berücksichtigt. Unter Verwendung der Euler-Bernoulli-Balkentheorie und asymptotischen Methoden der Mechanik werden kleine transversale Schwingungen des Balkens analysiert. Sie werden am Stabende durch eine periodische, der Verformung folgenden Kraft ausgelöst. - Im zweiten Teil der Arbeit folgt die numerische Analyse des Problems mit Hilfe der Finiten Elemente Methode. Verwendet wird das Programmpaket ANSYS 16.2. Für jedes Modell wird die dynamische Antwort der parametrischen Erregung für verschiedene Frequenzwerte simuliert. - Es wird analytisch und numerisch gezeigt, dass für spezifische Wertebereiche der Erregungsfrequenz das Phänomen der parametrischen Resonanz des Balkens entsteht. Das heißt, die Schwingungsamplitude des Balkens wächst über die Zeit exponentiell an, wenn es mit einer Frequenz aus dem Bereich der parametrischen Resonanz erregt wird. Dieser Bereich ist abhängig von geometrischen Parametern, Materialeigenschaften und von der Amplitude der periodischen Erregung.

Wissenschaftler und Ingenieure sind motiviert, neue Elemente und Materialien zu untersuchen und zu verstehen. Materialien mit neuen Eigenschaften wecken besonderes Interesse der Forschung und daraus entstehen zumeist auch innovative Anwendungsmöglichkeiten. Einer dieser modernen Stoffe sind Ferrofluide. Diese weisen ein spezielles, smartes Verhalten unter dem Einfluss von magnetischen Feldern auf. Daraus ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise für Stoßdämpfer bei Automobilen sowie unter anderem für die Messung der Viskosität von Flüssigkeiten. Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Materialien, die ähnliche Eigenschaften wie Ferrofluide aufweisen. Der wesentliche Unterschied liegt in dem festen Zustand des Materials, unabhängig von der An- oder Abwesenheit eines magnetischen Feldes. MSE weisen eine Polymer-Matrix auf, die magnetische Partikel enthält. Diese ermöglicht dem Material intelligentes Verhalten bei magnetischen Feldern. Im vorliegenden Projekt waren die magnetischen Partikel Eisenpulver und einige Mengen Graphit, die hinzugefügt wurden, um elektrische Leitfähigkeit zu ermöglichen. Mehrere Proben magneto-sensitiver Elastomere wurden auf ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften hin bei Einfluss eines magnetischen Feldes untersucht. Das magnetische Feld wurde mit Hilfe von Permanentmagneten induziert und durch die variierendere Position der Magnete mit einem motorisierten Positionierungssystem verändert. Die aus den Ergebnissen gewonnenen Schlussfolgerungen können im Design und Bau von Sensoren und Stellteilen Anwendung finden.

In der vorliegenden Bachelorarbeit sind Aktoren mit muskelähnlichen Eigenschaften im Vordergrund. Es wird der Frage aus der Steuerungstechnik nachgegangen, unter welchen Bedingungen eine Intensitätensteuerung für ein antagonistisches Muskelpaar zur Stabilisierung von Gleichgewichtslagen oder Verfolgung von Bahnkurven eingesetzt werden kann. Dabei ist es das Ziel zu klären, inwiefern sich verschiedene Ansätze für die Intensitäten, zum Beispiel unterschiedlich starke Aktoren und neue Regelstrategien theoretisch umsetzen lassen. Zu Beginn der Arbeit wird daher ein Einblick in den Stand der Technik aktueller technischer Muskel-Modelle und deren Einsatz bei bisherigen Prototypen gegeben. Darauf aufbauend werden analytische Muskel-Modelle vorgestellt, die sich leicht numerisch implementieren lassen, um oben angesprochene Simulationen durchzuführen. Anschließend werden numerische Simulationen von Roboterstrukturen mit dem Freiheitsgrad n=1 und n=2 ausgeführt, um Rückschlüsse auf die Steuerung im Grenzverhalten zu erhalten. Ebenso werden die Intensitäten und deren Differenz analysiert, die für die Entwicklung einer Steuerung mit adaptiven und einschränkenden Eigenschaften notwendig sind. Im Ergebnis der Arbeit zeigt sich, dass der Betrieb von Aktoren mit unterschiedlichen Stärken sowohl bei wechselnder, als auch bei paralleler Aktivität eine Steuerungsmöglichkeit ist. Eine weitere Erkenntnis ist, dass eine kombinierte Steuerung aus einem adaptiven und beschränkten Regler ebenfalls eine Variante ist, die sich von vornherein im vorgegebenen Steuerbereich befindet. Die Vorteile dieser gegenüber einer beschränkten Steuerung ist eine bessere Positionierung in relativ kurzer Zeit. Die klassische und die adaptive Steuerung kommen für eine Anwendung auf Intensitäten basierende Steuerung nicht in Frage, da diese keine Grenzen für ihr Steuerergebnis von Anfang an besitzen und somit den Steuerbereich verlassen könnten.

In dieser Masterarbeit wird ein neu entwickeltes Materialmodell untersucht, welches speziell für die Simulation des Umformprozesses von endlosfaserverstärkten Thermoplasten konzipiert ist. Das Ziel besteht in der Analyse dieses Materialmodells unter Einsatz einer materialspezifischen Sensitivitätsanalyse. Für ein besseres Modellverständnis sind anfangs die Eingangsgrößen des Materialmodells identifiziert und anhand der Bestandteile eines gewebeverstärkten Thermoplasts klassifiziert. Diese Eingangsgrößen wurden parametrisiert und deren Einfluss auf die Hauptbelastungszustände mittels einer Sensitivitätsanalyse ermittelt. Anschließend erfolgte eine Anpassung der Materialparameter über eine Reverse-Engineering-Anwendung, so dass das Materialverhalten in der Simulation dem der Realität bestmöglich entspricht. Das dadurch kalibrierte Materialmodell diente als Grundlage für die anschließende Erstellung einer FE-basierten Verarbeitungsprozesssimulation für ein konkretes Bauteil. Anhand dieser wurden die Einflüsse numerischer, material- und prozessspezifischer Modifikationen auf das Simulationsergebnis untersucht. Abschließend wurden die Simulationsergebnisse anhand eines Referenzmodells validiert und künftige Entwicklungsrichtungen und -aufgaben aufgezeigt.

Der Trend der Automobilindustrie führt derzeitig zum Downsizing der Antriebsaggregate und immer mehr Gewichtseinsparungen am Fahrzeug, um zukünftig geltenden Anforderungen gerecht zu werden. Durch die Reduzierung des Hubraumes, werden besonders im Sportwagenbereich immer höhere Drehzahlen benötigt, um den Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Unter diesen Aspekten gewinnen Schwingungseffekte, insbesondere im Antriebsstrang, immer mehr an Bedeutung, da weniger Masse und geringere Trägheiten mit höherer Schwingungsanfälligkeit einhergehen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von fertigungsinduzierten Unwuchten bei der Herstellung von Kupplungslamellenträgern für Doppelkupplungen, wie sie in Klein- bis Oberklassewagen, aber auch im Bereich der Sport- und Supersportwagen vermehrt zu finden sind. Ziel war es, den Herstellprozess dieser rotationssymmetrischen Bauteile genau zu analysieren und Ansatzpunkte zur Minimierung von Unwuchten im Verlauf der Fertigung zu finden. Zu diesem Zweck wurden nach den einzelnen Prozessschritten Messungen hinsichtlich eingebrachter Unwuchten und möglicher Geometrieabweichungen durchgeführt. Anhand der sich ergebenden Menge an Messdaten wurde eine Korrelationsanalyse realisiert, um mögliche Interdependenzen zwischen einer Unwucht und geometrischen Abweichungen aufzudecken. Im Verlauf der Untersuchungen, konnte ein erheblicher Einfluss der beim Umformprozess zwangsläufig eingebrachten Eigenspannungen im Material des Lamellenträgers und sich daraus ergebenden ungewollten Verformungen bei nachfolgenden Fertigungsschritten konstatiert werden. Diese Erkenntnis wurde im Zuge der Konzeption von Optimierungsvorschlägen aufgegriffen. Mittels Versuchsreihen konnte ein deutliches Verbesserungspotential festgestellt werden. Am Ende der vorliegenden Abschlussarbeit werden relevante Ergebnisse reflektiert und Schlussfolgerungen gezogen sowie weitere Ansatzpunkte zum Umgang mit fertigungsbedingten Unwuchten in Blechumformteilen aufgeführt.

Tasthaare treten unter anderem in der Schnauzenregion von Nagern auf. Sie bestehen aus einem Follikel-Sinus-Komplex mit intrinsischer Muskulatur und der Vibrisse. Die Vibrisse ist der sichtbare Teil des Tasthaares. Als Nahsinnorgan dienen sie zur Orientierung im Raum und zur Erkennung von Objekten. Ziel ist es, die Objektabstandsdetektion mit biologisch nahen Modellen zu realisieren, um die Ergebnisse in die Entwicklung von taktilen Sensoren einfließen zu lassen. Die vorliegende Arbeit handelt von der Entwicklung und der detaillierten Analyse neuer Vibrissenlagerungen. Vibrissen werden als Biegebalken modelliert. Zu Beginn wird ein Einblick in die Biegeschwingungstheorie von Euler-Bernoulli-Balken mit kleinen Auslenkungen gegeben. Der mathematische Formalismus zur Bestimmung der Eigenwerte und zugehörigen Eigenkreisfrequenzen wird an drei einführenden Beispielen erläutert. Im Folgenden wird der Stand der Technik analysiert. Hierbei stehen die Biologie eines Tasthaares und seine aktuellen bionischen Modelle im Fokus. Die entwickelten Modelle beziehen sich auf die linksseitige Lagerung eines Biegebalkens. Es wird zunächst von einem fest und rotationsviskoelastisch gelagerten Balken ausgegangen. Durch diese Lagerung wird die Bewegung des Follikel-Sinus-Komplex modelliert. Als Erweiterung dieses Modells wird dann das Festlager durch eine Translationsviskoelastizität ersetzt. Die Translationsviskoelastizität modelliert die Elastizität der Haut und der intrinsischen Muskulatur. Die Analyse der entwickelten Modelle erfolgt zunächst analytisch, wobei von einem konstanten Querschnitt ausgegangen wird. Um die Ergebnisse und das aufgetretene atypische Verhalten der analytischen Berechnung des Eigenkreisfrequenzspektrums zu verifizieren bzw. zu falsifizieren, werden die Modelle im Anschluss mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode untersucht. Bis zu diesem Zeitpunkt wird von einer zylindrischen Vibrisse ausgegangen. Biologische Vibrisse besitzen einen konischen Längsschnitt. Dieser wird mit Hilfe einer linearen bzw. einer exponentiellen Funktion für die technische Vibrisse nachgebildet. Die Analyse der Eigenkreisfrequenzspektren erfolgt mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode. In den bisherigen Analysen besitzen alle Modelle ein freies rechtes Ende. Daher wird zum Schluss die Objektabstandsmessung betrachtet. Hierbei wird die jeweils rechte Seite der Modelle auf einem, entlang der Balkenachse verschiebbaren Festlager für starre Objekte bzw. einer, entlang der Balkenachse verschiebbaren Translationsviskoelastizität für elastische Objekte gelagert. Die Abhängigkeit des Frequenzspektrums von den Kontaktparametern wird analysiert und diskutiert.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und andere Säugetiere zur Erkennung von Objekten und Erkundung der Umgebung. Sie sind unter der Haut in einem Follikel-Sinus-Komplex gelagert, der einer viskoelastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten gibt es im Bereich der Schnauzenregion eine Ansammlung von Vibrissen, die durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. In bisherigen Arbeiten wurden häufig Modelle einzelner Vibrissen betrachtet und analysiert, jedoch gibt es nur wenige Arbeiten über die Kopplung von Vibrissen bzw. den Vibrissenfeldern. Die bisherigen biologischen Modelle von Vibrissenfeldern sind sehr detailliert und daher für Mechanik und Bionik ungeeignet. Deshalb werden in dieser Arbeit Vibrissenfelder in geeigneten Abstraktionsstufen entwickelt, mathematisch beschrieben und analysiert. Dazu werden neue Modelle für Einzelvibrissen mit Follikel-Sinus-Komplex benötigt. Ein erstes Modell besteht aus einem, über eine Feder indirekt erregtem Loslager und einer Vibrisse, die auf diesem Loslager drehbar gelagert ist. Ein weiteres Modell ist eine Vibrisse, die in einer Vibrissendose gelagert ist. Die Vibrissendose ist dabei ebenfalls drehbar gelagert und wird indirekt über eine Feder erregt. Danach werden durch Kombination der Modelle der Einzelvibrissen Modelle zu Vibrissenfeldern entwickelt und analysiert. Dazu werden zunächst zwei Loslager miteinander über Translationselastizität gekoppelt und die darauf gelagerten Vibrissen mittels einer Torsionselastizität ebenfalls direkt miteinander gekoppelt. Ein weiteres Modell besteht aus einem Vibrissenfeld aus zwei in Vibrissendosen gelagerten Vibrissen. Die Vibrissendosen sind ebenfalls mit einer Translationselastizität gekoppelt und die Vibrissen mit einer Torsionselastizität. Damit lässt sich die Bewegung des Vibrissenfelds dem natürlichen Vorbild annähern. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Systemverhalten bei indirekter Erregung über eine Feder. Durch Einführung eines Regelmoments werden die Vibrissen in eine vorgegebene Bewegung versetzt und dann das Verhalten in verschiedenen Bewegungsmodi und beim Einwirken von Kräften untersucht. Das Regelmoment simuliert dabei, wie die Follikel-Sinus-Komplexe die Vibrissenbewegungen beeinflussen können, während sie durch die Muskulatur erregt werden. Durch die Analyse der Modelle konnte festgestellt werden, dass sich das Vibrissenfeldmodell mit indirekter und direkter Kopplung der Vibrissen zur Nachbildung des biologischen Vorbilds eignet.

In dieser Arbeit soll das Simulationstool GAST1 Grundauslegungsstufe 1) der BMW Group, welches zur Grundauslegung in der Fahrdynamikentwicklung eingesetzt wird, um die Möglichkeit zur Bewertung der Lenkungseigenschaften eines Fahrzeugs erweitert werden. Hierzu wird zunächst ein Lenkungsmodell entwickelt, welches unter Nutzung der verfügbaren Datensätze und Ausgangsgrößen anderer Teilsysteme relevante Lenkungsgrößen bestimmt. Die Validierung des Lenkungsmodells auf Basis der Zahnstangenkraft als zentrale Größe der Lenkung wird im Vergleich mit dem etablierten Referenzfahrzeugmodell ISAR für quasi-statische und dynamische Fahrmanöver durchgeführt. Anschließend wird ein einfaches Reifenmodell entwickelt, welches das Bohrmoment des Reifens in Abhängigkeit von der Radlast abbilden kann. Dies ist erforderlich, um während des Parkiervorgangs die resultierende Zahnstangenkraft zu berechnen. Um die Berechnungskomplexität und die Anzahl der notwendigen Parameter gering zu halten, müssen Vereinfachungen getroffen werden (bspw. eine konstante Druckverteilung im Reifenlatsch). Zur Validierung des Reifenmodells wird der Verlauf der Zahnstangenkraft über dem Zahnstangenhub während des Parkierens zum einen mit Messdaten und zum anderen mit Mehrkörpersimulationsergebnissen (ADAMS) verglichen. Zur Auswertung der funktionalen Größen der Servoeinheit (Servoleistung und Servokraft) sollen das gebremste Parkieren und das Sinuslenken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80km/h betrachtet werden. Hierfür werden das entwickelte Lenkungsmodell und das entwickelte Reifenmodell verwendet. Abschließend werden zur Ableitung des Servokennfeldes zwei Parametrisierungsoptionen für den Verlauf des Lenkmoments über der Fahrzeugquerbeschleunigung erstellt. Dabei soll sowohl ein fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängiges, als auch ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiges Servokennfeld generiert werden.

In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einem neuartigen Antriebskonzept untersucht, welches eine Umkehr der Bewegungsrichtung ermöglicht. Die Bewegung wird durch eine Vielzahl angewinkelter Borsten übertragen, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt in der Ermittlung der Anregungskräfte dieses neuartigen Antriebskonzeptes. Die Ergebnisse werden in ein Mehrkörpersimulationsmodell implementiert und mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden anhand eines Prototyps die Fortbewegungsrichtung und die Geschwindigkeit gemessen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich des Bewegungsverhaltens des Simulationsmodells und des Experimentalsystems zeigt sich, dass das entwickelte Simulationsmodell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.

Aufgabe der Arbeit war, zu analysieren ob bei Niederhaltern für Karosserieblechwerkzeuge aus dem bisherigen Gusswerkstoff EN-GJS-500-7 durch den neuen Gusswerkstoff EN-GJS-500-14 eine Wanddickenreduzierung und eine dafür entwickelte Leichtbaugeometrie möglich ist. In einem ersten Schritt werden die vorherrschenden Bedingungen für Niederhalter in der Presse untersucht. Auf Grundlage dieser werden der bestehende Werkstoffe EN-GJS-500-7 und der neu zu Untersuchende analysiert. Dazu werden die zulässigen Spannungen ermittelt mit denen der Niederhalter ausgelegt werden kann. In einem weiteren Schritt wird eine Simulation für die Niederhalter sowie die verschiedenen Werkstoffe erstellt. Nach Analyse der Ausgangsmodelle werden die Wanddicken reduziert und gegebenenfalls umkonstruiert sodass die zulässigen Spannungen ausgenutzt werden. Danach werden die Modelle und deren Konstruktion mit Hilfe von Gestaltungsvorschriften auf Gießbarkeit überprüft. Mit den gießbaren Modellen wird im Anschluss eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.

Auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung zur Beschreibung des Bewegungszustandes eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems bei Variation der beschreibenden Parameter wird die Stabilität der zu erwartenden Bewegung analysiert und beurteilt. Hierzu werden Methoden der numerischen Mathematik in MATLAB und der Stabilitätstheorie genutzt. Im Einzelnen werden die folgenden Aufgaben bearbeitet: 1. Literaturrecherche zur Beschreibung der Rotordynamik, sowie zur Stabilität von Rotorbewegungen; 2. Vorgabe des mechanischen Modells und Aufstellung des Bewegungsgleichungssystems über die Lagrange'sche Gleichung zweiter Art; 3. Erarbeitung der numerischen Lösung des Systems in MATLAB zur Ermittlung der Eigenfrequenzen des Mehrkörpersystems; 4. Erarbeitung einer Stabilitätskarte auf Basis der Methode der Störungsrechnung und Beschreibung der Auswirkungen von Parametervariationen auf die Stabilität der Bewegung. Auf Basis eigens entwickelter Programme kann in MATLAB das Gleichungssystem für das vorliegende Problem automatisiert aufgestellt und gelöst werden. Die integrierte Eigenwertanalyse zeigt einen deutlichen funktionalen Zusammenhang zwischen den Eigenfrequenzen des Systems und der Drehzahl des Rotors.Auf Basis der Störungsrechnung können Näherungslösungen für die Stabilitätsgrenzen des mechanischen Systems erzielt werden. Diese werden in Form einer Stabilitätskarte abgebildet. Aufgrund von Parametervariation kann die Stabilität des Systems für unterschiedliche Zustände beurteilt werden.

Die langen, seitlich abstehenden Tasthaare im Schnauzbereich von Säugetieren werden als mystaziale Makrovibrissen bezeichnet. Sie wachsen einzeln in speziellen Follikeln und werden in der Haut von einer mit Blut gefülltem Kapsel umschlossen. Diese Lagerung wird Follikel-Sinus-Komplex genannt und ist mit verschiedenen Muskeln verbunden, welche die Schnurrhaare in Schwingungen versetzen können ("Whiskerbewegung"). Da die Vibrisse in der Natur als Tastsinnesorgan benutzt wird, sieht man sie auch als biologisches Vorbild für taktile Sensoren. In der vorliegenden Arbeit wird eine mechanische Vibrisse als starrer Stab modelliert, der drehbar gelagert ist und an dessen Ende sich ein paramagnetischer Körper befindet. Die viskoelastische Lagerung wird mit einem Ferrofluid nachgebildet. Um die Vibrisse in Bewegung zu versetzen, soll die magnetische Kraft auf den Körper genutzt werden, welche mit einem äußeren Magnetfeld im Ferrofluid erzeugt werden kann. Es erfolgen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen der Kraftwirkung in Abhängigkeit der äußeren Magnetfeldstärke sowie Volumen und Form des Körpers im Ferrofluid. Die quantitative Analyse zeigt, dass die Stärke der Kraft in erster Linie vom Volumen des Körpers abhängt und weniger von der Form. Die numerische Berechnung liefert trotz vereinfachender Annahmen eine gute Annäherung an die im Experiment gemessenen Werte.

In der vorliegenden Bachelor-Arbeit werden die Energiesätze von Castigliano und Menabrea aus der analytischen Mechanik sowie deren Anwendung auf Beispiele aus dem Maschinenbau behandelt. Zu Beginn der Arbeit wird die Herleitung der beiden Energiesätze nachvollzogen. Hierbei werden die vereinfachenden Annahmen getroffen, dass keine schiefe Biegung auftritt und der Querkraftschub vernachlässigt werden kann. Für die Herleitung wird der Zusammenhang zwischen Formänderungsarbeit / -energie, Kraft, Weg und Spannung in die Sätze von Castigliano und Menabrea eingesetzt. Die Formeln werden anschließend so umgeformt, dass sie in der Praxis einfach anzuwenden sind. Anhand immer komplexer werdender Beispielaufgaben wird die Anwendung der Energiesätze demonstriert. Hierbei wird auf übliche Vorgehensweisen und typische Fehler eingegangen. Im folgenden Kapitel wird die schiefe Biegung in die Theorie mit einbezogen. Die Formeln werden um die notwendigen Terme erweitert und in einigen Beispielaufgaben angewendet. Alle Erfahrungen und Ratschläge, die in der bisherigen Arbeit enthalten sind, werden im nächsten Kapitel in Form einer umfassenden Anleitung zusammengefasst. Diese dient als Grundlage für alle folgenden Aufgaben der Aufgabensammlung. Abschließend werden ausgewählte, symbolische Lösungen mit Zahlenwerten hinterlegt und mit Ergebnissen der kommerziellen Berechnungssoftware "Ansys" verglichen und verifiziert.

Für Fügeprozesse mittels Industrierobotern werden wegen der unzureichenden Genauigkeit der Roboter Fügehilfen eingesetzt, damit die Positions- und Winkelabweichungen zwischen den zu fügenden Werkstücken bei automatisierten Fügevorgängen ausgeglichen werden. Die RCC-Mechanismen sind als Fügehilfe am weitesten verbreitet. Sie gehören zu passiven Fügemechanismen und ermöglichen die Ausgleichsbewegung ohne Sensoreinsatz. Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion von RCC-Mechanismen. Dabei lag der Fokus vor allem auf der Erarbeitung prinzipieller Lösungen. Abschließend wurde eine Versuchseinrichtung für die Messungen der bei den Fügevorgängen auftretenden Kräfte aufgebaut und die Ergebnisse bewertet.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Felge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für einen Formula Student Rennwagen. Ausgehend von der Betrachtung des Standes der Technik und zur Berechnung von CFK-Strukturen wurden verschiedene Lösungskonzepte entwickelt. Die theoretische Untersuchung dieser Konzepte auf Basis der Finite-Elemente-Methode bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Die Simulationen wurden mit Ansys Workbench ® und Ansys Composite PrepPost ® durchgeführt. Nach dem Vergleich und der Bewertung der Konzepte wurde mit weiterführenden Theorieuntersuchungen in mehreren iterativen Entwicklungsschritten eine Carbonfelge entworfen, welche die gestellten Anforderungen erfüllt. Im abschließenden Teil der Arbeit erfolgte die Konstruktion der zur Herstellung dieser Felge notwendigen Laminierwerkzeuge.

Die Entwicklung biologisch inspirierter, kriechender Rettungsroboter orientiert sich meist an Würmern und Schlangen als Vorbildern aus der Biologie. Seit Jahren finden am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau Untersuchungen zu wurmartigen Bewegungssystemen statt. Der Fokus lag dabei auf der mathematischen Modellbildung (Reibung, unidirektionale Bewegung, Aktuatoren), auf Regelungsaspekten zur optimalen Fortbewegung und auf dem Protoypendesign zur Verifikation der theoretischen Ergebnisse. Aktuelle Arbeiten versuchen die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse aus der 1d-Bewegung des künstlichen Wurms in die 2d-Bewebung einer Schlange zu übertragen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Arbeit an. Anders als die meisten Veröffentlichungen in der Literatur zur Thematik schlangenartige Bewegung, die meist nur den Entwurf von Prototypen beschreiben, wird in dieser Arbeit ein mechanisches Modell vorgestellt, die analytischen Bewegungsgleichungen abgeleitet und anschliessend das Berechnungsmodell numerisch für Simulationen integriert. Dabei ist es nicht das Ziel, eine Schlange eins zu eins nachzuahmen, sondern die Haupteigenschaften wurm- und schlangenartiger Bewegung zu identifizieren und in einem Modell umzusetzen (Bionik). Im Gegensatz zur Literatur fokussiert die Modellbildung passive Gelenke und die Peristaltik von Würmern, welche in dieser Arbeit zur schlangenähnlichen Fortbewegung genutzt werden sollen und neu sind in der Literatur. Es werden mehrere, zunehmend komplexe Modelle aufgestellt und simuliert, beginnend mit einer Kette von Massenpunkten. Jeder Massenpunkt repräsentiert ein Segment des Bewegungssystems, welches mit einer drehbaren Kufe versehen ist, die die no side slip-Bedingung umsetzen soll. An der Unterseite eines jeden Massenpunktes befinden sich ideale Spikes, die den Kontakt zum Untergrund definieren und die Bewegung entlang der Kufe in eine Richtung verhindern. Somit entsteht eine Vorzugsrichtung eines jeden Segmentes. Die Kufen werden gemäß\ einem vorgegebenen Mechanismus gesteuert, mit welchen sich diverse Fahrmanöver fahren lassen. Die Segmentabstände sind zeitabhängig vorgegeben. Die Gesamtheit der zeitlich vorgegebenen Segmentabstände wird Gait genannt. Unterschiedliche Gaits werden in Simulationen verglichen und die Möglichkeit des Umschaltens zwischen diversen, optimalen Gaits im Betrieb für eine optimale Fortbewegung des Systems berücksichtigt. Bei der dynamischen Beschreibung werden die Segmentabstände mithilfe von Aktoren eingestellt. Im Voraus die notwendigen Aktorkräfte zu berechnen ist nahezu unmöglich, weshalb ein adaptiver Regler genutzt wird, um die Aktorkräfte entsprechend der Gait-Vorgabe und der jeweiligen Gesamtsituation des Systems anzupassen und einzustellen. Die interne Generierung einer Veränderung der Struktur des Systems in Zusammenhang mit den Spikes als Bodenkontakt führt zu einer globalen, autonomen Fortbewegung des Systems, welche dem Vorbild der kriechenden Schlange ähnelt: undulatorische Lokomotion. Weiterhin werden Ansätze zur Formulierung eines Mehrkörper-Modells (Segment-Gelenk und Drehpunkt der Kufe sind getrennt) mittels Starrkörper-Kinematik bzw. Dynamik und zur technischen Umsetzung des speziellen Untergrundkontaktes über Spikes-besetzte Kufen vorgestellt und kritisch hinterfragt.

Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung verschiedener Module für einen Versuchsaufbau zur Kraft- und Momentenmessung im Zuge der näheren Erforschung einer technischen Vibrisse. Säugetiere sind in der Lage, mit Hilfe dieser Vibrissen (sogenannten Tasthaare), Objekte und deren Strukturen zu erkennen. Die technische Umsetzung und Nutzung der Vibrisse, als taktiler Sensor, ist seit einigen Jahren Forschungsthema verschiedener Arbeiten. Der Versuchsstand setzt sich aus mehreren, unterschiedlichen Modulen zusammen. Dazu gehören unter anderem ein Gestell, eine Antriebseinheit sowie ein verfahrbarer Schlitten, an den verschiedene geometrische Messobjekte geklemmt werden können. Neben der Konstruktion und Auslegung dieser Module, erfolgt die Inbetriebnahme des Messaufbaus, wie auch eine Überprüfung hinsichtlich der Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit des Schlittens.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines viersegmentigen wurmartigen Lokomotionssystems und der Integration eines Maussensors zur Schlupferkennung in den Roboter. Dazu wurde die Elektronik des Roboters programmiert. Hierzu gehört die Motorregelung, die Kommunikation innerhalb des Wurms über den CAN-Bus sowie das Auslesen des Maussensors. Weiterhin wird die aus dem Maussensor gewonnene Information zur Absolutpositionsmessung jedes Segments verwendet. Sollte es in einem der Wurmsegmente zu Schlupf kommen, wird automatisch das Gangmuster des Roboters angepasst. Dadurch kann der Roboter auch größere Steigungen überwinden. Diese Informationen werden über ein Funkmodul an einen Computer gesendet und in einer Matlab-Benutzeroberfläche angezeigt.

Diese Arbeit befasst sich mit der Schwingungsanalyse von balkenähnlichen Strukturen. Anhand von mechanischen Modellen, die auf Vibrissen von Ratten und Mäusen basieren, soll ein Beitrag zur Abstandsdetektion mithilfe mechanischer Sensoren geleistet werden. Die bereits in der Literatur bestehenden Modelle werden verbessert und realistischer gestaltet: Die Elastizität des Follikel-Sinus-Komplexes (Lagerung der Vibrisse) und der Hautaustrittsstelle, sowie und der konische Verlauf werden berücksichtigt und deren Einfluss auf die dynamische Analyse wird bestimmt. Der Follikel-Sinus-Komplex ist durch eine Feder- und Dämpferbettung, die Hautaustrittsstelle durch eine diskrete Feder-Dämpfer-Paarung, der konische Verlauf durch drei Durchmesser und der Objektkontaktpunkt durch ein Festlager dargestellt. Außerdem werden zusätzlich unterschiedliche Arten der Lagerung (Einspannung, Festlager, Frei) betrachtet. Aufgrund der Komplexität des Modells erfolgt eine erste Einteilung in konservative und nicht konservative Systeme. Bei den konservativen Systemen werden drei Modelle untersucht. Hierbei wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Verlauf der Eigenwerte bestimmt. Außerdem werden drei Algorithmen entwickelt. Diese sollen mithilfe der Eigenwerte die Objektdistanz eindeutig bestimmen. Als erstes wird für die Analyse der Zusammenhang an den Übergangsstellen zwischen den Eigenkreisfrequenzen hergeleitet. Als zweites erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Im Anschluss an die konservativen Systeme werden die nicht konservativen Systeme betrachtet. Hierbei werden als erstes drei Modelle mit einem diskreten Dämpfer und als zweites drei Modelle, mit einer Dämpferbettung betrachtet. Außerdem kann durch eine Veränderung der Dämpferkonstante (Veränderung der Lagerbedingungen) der Einfluss auf den Verlauf der Eigenkreisfrequenz bestimmt werden. Dazu wird als erstes der Zusammenhang an der Übergangsstelle zwischen den Separationsvariablen hergeleitet. Anschließend erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Den Abschluss der Ergebnisse dieser Arbeit bildet ein experimenteller Aufbau, so dass Messungen die Anwendbarkeit der entwickelten Algorithmen gewährleisten und validieren.

In der folgenden Bachelorarbeit wird das Thema "Entwicklung eines Lagerungssegments für Schulteroperationen" untersucht. Es wird eine Neukonstruktion, Optimierung und rechnerische Auslegung eines medizinischen Produkts dargestellt. Dabei ist das Ziel, vorhandene Nachteile zu reduzieren und wenn möglich zu beseitigen. Zu Beginn erfolgt eine Vorstellung des aktuellen Modells. Dazu gehören eine Analyse von Nachteilen im Praxiseinsatz und der Vergleich mit Modellen von Mitbewerbern. Anschließend erfolgt die systematische Entwicklung eines neuen Schulterlagerungssegments bis hin zu einem ersten Funktionsmuster. Der Entwicklungsprozess beginnt mit dem Schreiben eines Lastenhefts. Darauf aufbauend folgt eine Prinzipfindung mit anschließendem Variantenvergleich und sicherheitsgerechter Dimensionierung. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet eine CAD erstellte Lösung eines ersten Funktionsmusters. In einem Ausblick werden Probleme sowie Verbesserungspotential erläutert.

Der Einsatz von Abgasturboladern ermöglicht die Effizienzsteigerung und das Downsizing von Verbrennungsmotoren. Um die Entwicklungskosten für diese Komponenten gering zu halten, wird in der heutigen Forschung und Entwicklung verstärkt auf numerische Simulationsprogramme zurückgegriffen. Mit Hilfe dieser Programme können, bereits ohne kostenintensive Versuche mit Prototypen, erste aufschlussreiche Untersuchungen an einer Neuentwicklung durchgeführt werden. Die Einsatzbedingungen von Abgasturboladern sind, bedingt durch den motornahen Einbau in den Abgasstrang, dominiert von einer hohen thermisch-zyklischen Beanspruchung sowie von Motorschwingungen. Eine realitätsnahe theoretische Abbildung des Systemverhaltens erfordert eine Nachbildung des sich durch den Betriebszustand einstellenden Belastungszustandes mit niedrigem Abstraktionsgrad. Die Entwicklung derartiger theoretischer Modelle ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. In dieser Arbeit erfolgen numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum dynamischen Verhalten des Abgassystems mit Fokus auf den Abgasturbolader unter dem Einfluss von thermischen Belastungen. Hierbei steht der Einfluss der Lage und Anzahl der Befestigungselemente auf das Schwingungsverhalten und den Beanspru-chungszustand des Abgassystems im Vordergrund. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung der Rechenzeit vorgestellt und bewertet.

Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung und Optimierung des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge, welches mittels aktiver Schwingungsisolation verbessert werden soll. Im ersten Teil der Arbeit wird das dynamische Verhalten mit Hilfe eines Mehrkörpersimulationsprogrammes untersucht. Dazu werden mehrere Mehrkörpermodelle erstellt. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden die Eigenfrequenzen des technischen Systems ermittelt. Im zweiten Teil werden die Simulationsergebnisse validiert, dazu wird ein Testaufbau realisiert. Die Untersuchung des Prüfobjektes wird auf die Bereiche der simulativ ermittelten Eigenfrequenzen eingegrenzt. Die Erfassung der Bewegung erfolgt mittels zweier Beschleunigungssensoren. Die Ergebnisse werden in Diagrammen und Lissajous-Figuren dargestellt und unter Zuhilfenahme der theoretischen Grundlagen der mechanischen Schwingungen bewertet. Im Betriebsfall wird die Zentrifuge durch eine Unwucht angeregt. Die Reduzierung der Auswirkung der Unwuchterregung in einer medizinisch genutzten Zentrifuge wird durch den Einsatz von Aktoren erreicht. Diese werden neben den passiven Elementen parallel angeordnet. Das Ergebnis der Arbeit bildet die Grundlage für die weitere Optimierung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge. Darauf aufbauend können in den nachfolgenden Simulationen gezielt Lösungsmöglichkeiten untersucht werden um die auftretenden Schwingungserscheinungen zu mindern.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Inbetriebnahme eines kaskadierten wurmartigen Lokomotionssystems. Im ersten Teil wird das biologische Vorbild dieses Roboters dargestellt und dessen Fortbewegungsart erläutert. Weiterhin werden die Stärken und Schwächen des Roboters und ähnlicher wurmartiger Bewegungssysteme beschrieben. Danach werden die theoretischen Grundlagen der Wurmrobotik dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsalgorithmus zur Generierung verschiedener Bewegungsmuster hergeleitet. Als Experimentierumgebung ist ein Aufbau notwendig, auf dem sich der Roboter fortbewegen kann. Dazu werden im dritten Teil Kriterien ausgearbeitet, nach welchen drei entworfene technische Prinzipe verglichen werden. Die konstruktive Realisierung des gewählten Prinzips wird ausführlich dargestellt. Weiterhin wird eine Software präsentiert, welche entwickelt wurde, um den Roboter mit verschiedenen Bewegungsmustern komfortabel ansteuern zu können. Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und zukünftige Aufgabenfelder aufgezeigt.

Eine Vielzahl von Tieren verfügt über Schnurrhaare (sogenannte Vibrissen). Robben verfügen dank dieser sich in der Schnauzenregion befindlichen Tasthaare über die Fähigkeit, auch im trüben Wasser zu jagen. Ratten und Mäuse orientieren sich mittels mechanischer Sinnesorgane, und Spinnen können sogar geringste Luftverwirbelungen mittels dieser Trichobothrien detektieren. In dieser Arbeit sollen derartige taktile Sinnesorgane aus der Biologie mit mechanischen Modellen entwickelt. Dabei spielt der elastische Balken der Kontinuumsmechanik eine wichtige Rolle. Diverse mechanische Modelle werden in dieser Arbeit vorgestellt, wobei ein Fokus auf das Biegeverhalten der Balken in Abhängigkeit von der Geometrie der technischen Vibrisse geworfen wird. Dazu werden zunächst unterschiedliche Biegetheorien nach Bernoulli (lineare und nichtlineare Biegetheorie) auf ihre Eignung zur Abbildung der Verformung von Vibrissen untersucht. Anschließend wird ein nichtlineares Biegemodell in Parameterdarstellung aufgestellt und für unterschiedliche Kraftangriffsvarianten Verformungen grafisch visualisiert, indem das System aus (nicht-) linearen Verformungsdifferentialgleichungen mit den zugehörigen Randbedingungen gelöst wird. Im Anschluss daran wird ein quasi-statischer Vorbeizug einer vorerst zylindrischen Vibrisse an unterschiedlichen Konturen (Kreisen und Parabeln) berechnet und die Observablen des Systems (die Lagerreaktionen der Einspannung) ausgewertet. Dieser Vorbeizug beschreibt das Vorbeistreichen einer Vibrisse an Objekten in Form der beobachteten Objektabtastung der realen Tiere. Für selbige Konturen schließt sich dann die Auswertung eines Vorbeizugs für konische Vibrissen an, um durch die Geometrieveränderung der Vibrisse Aufschlüsse auf den Effekt dieser in Bezug auf die Observablen zu erhalten. Die berechneten Observablen hängen essentiell von der Form und der Lage des Objektes (bzw. der Kontur) ab, was sich in zahlreichen Simulationen zeigt.

Um die Crashsicherheit von Flugzeugen in doppelschaliger Rumpfbauweise zu verbessern, wurde ein Triggerkonzept entwickelt, mit Hilfe dessen es möglich ist, definierte Versagensstellen und -lasten gezielt zu erzeugen, was durch experimentelle Untersuchungen bereits validiert werden konnte. In der vorliegenden Arbeit wurden weitere Untersuchungen angestellt, um ein tiefgreifendes Verständnis des Belastungszustandes zu erlangen. Die für die Analyse des Biegemomenten-Druckkraft-Verhältnisses benötigten Materialdaten der Deckschichten wurden durch Zug- und Drucktests bestimmt. Um zeit- und kostenaufwändige Experimente zu vermeiden, wurde ein implizites FE-Modell erzeugt und anhand der experimentellen Untersuchungen validiert. Mit Hilfe dieses Modells wurden die herrschenden Spannungsverteilungen und Biegemoment-Druckkraft-Verhältnisse ermittelt und darüber hinaus durch die Implementierung einer Kernversagenshypothese Aussagen zum Lastniveau und zur Stelle des Kernversagens getroffen, wobei der Nachweis geführt wurde, dass globales Beulen als Versagensursache ausscheidet. Weiterhin wurde das Triggerprinzip auf seine Wirksamkeit bei mit LCF-Spanten versteiften, doppelschaligen Sandwichpaneelen analysiert. Aussagen über das Nachbruchverhalten und die Rolle der an der Energieabsorption beteiligten Komponenten des getriggerten und ungetriggerten Rumpfpaneels mit und ohne LCF-Spant-Versteifung konnten mit Hilfe expliziter Simulationen getroffen werden.

Ratten und Mäuse sind in der Lage mit nur wenigen Berührungen ihrer mystazialen Vibrissen (Sinneshaare) Objekte zuverlässig zu erkennen. In dieser Arbeit wird das biologische Vorbild Vibrisse durch lange schlanke Balken modelliert, welche große Auslenkungen aufweisen dürfen. Der Fokus liegt dabei auf der Lagerung dieser Balken im Hinblick auf die Hypothese, dass die Tiere die Lagersteifigkeit gezielt steuern können, um unterschiedliche Aufgaben besser lösen zu können. Zuerst wird der Vorbeizug einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil unter Verwendung einer Einspannung als Lagerung berechnet. Diese Problemstellung führt auf ein nichtlineares Randwertproblem mit singulärer Jakobimatrix. Von Beginn an wird dieses Problem weitestgehend analytisch betrachtet, was zu einer Formel für den Kontaktpunkt führt. Es wird anschließend gezeigt, dass es möglich ist, den Kontaktpunkt der Vibrisse mit dem Profil einzig aus den Observablen (Lagerreaktionen und der Position der Lagerung) zu bestimmen. Anschließend wird die starre Lagerung durch eine elastische Lagerung ersetzt. Auch dieses Problem wird analytisch behandelt und es werden Profile mit verschiedenen Federsteifigkeiten aus den Observablen rekonstruiert. Zusätzlich dazu werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich eine Änderung der Lagersteifigkeit auf die Observablen auswirkt. Auch bei sich ändernder Lagersteifigkeit ist eine genaue Bestimmung des Kontaktpunktes möglich.

Das grundlegende Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Gummi-Metall-Elementen (GME) als Voraussetzung für MKS-Simulationen. Die Objekte dieser Simulationen sind in erster Linie Laborzentrifugen, in denen GME eingesetzt werden. Unter dem Begriff der mechanischen Eigenschaften sind jeweils für alle Beanspruchungsarten zum einen die Steifigkeitswerte und zum anderen die Dämpfungskonstanten zu verstehen. Um diese Kennwerte zu ermitteln, werden an der TU Ilmenau vorhandene Prüfstände genutzt. Dies ist allerdings nur für Zug-, Druck- und Schubbeanspruchung möglich. Für Torsions- und Biegebeanspruchung werden daher eigene Messaufbauten konzipiert, die sowohl zur Bestimmung der entsprechenden Steifigkeits- als auch der Dämpfungswerte genutzt werden können. Die Zug- und Drucksteifigkeit wird mithilfe einer Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine ermittelt. Auch die Schubsteifigkeit wird auf diese Weise gemessen, allerdings wird dafür eine spezielle Messanordnung der zu prüfenden GME verwendet. Da die zur Verfügung stehende Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine keine dynamischen Prüfungen zulässt, erfolgt die Bestimmung von Zug-, Druck- und Schubdämpfung mithilfe eines servohydraulischen Prüfstandes, dessen eigentlicher Zweck die Prüfung von Kraftfahrzeugstoßdämpfern ist. Für die Ermittlung der Dämpfungskonstanten werden zwei Verfahren genutzt: Erzwungene harmonische Schwingungen in Verbindung mit den Prüfstandsmessungen und Ausschwingversuche in Kombination mit den eigens konzipierten Aufbauten. Gewissermaßen als Nebenprodukt lässt sich aus den Ergebnissen des erstgenannten Verfahrens die Größe der dynamischen Zug-, Druck- und Schubsteifigkeit bestimmen. Schließlich bilden die auf den unterschiedlichenWegen ermittelten Steifigkeitswerte und Dämpfungskonstanten die Steifigkeitsmatrix C bzw. die Dämpfungsmatrix D, die elementarer Bestandteil der allgemeinen räumlichen Bewegungs-Differentialgleichung sind. Für MKS-Simulationen bilden diese Matrizen zugleich das Materialverhalten der GME zahlenmäßig ab.

Die Arbeit umfasst die Analyse des Aufbaus und der Funktion eines Fettsensors, Recherche zum Stand der Technik und die Entwicklung einer adaptiven Regelungsstrategie. Diese wird in MATLAB umgesetzt und empirische Auswertungen zur Kalibrierung anhand von Ergebnissen aus Simulationen bestimmen die Festlegung der einstellbaren Parameter.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Synthese neuer passiver Konzepte zur Reduktion von mechanischen Drehschwingungen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, die durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden.

Der Abgasturbolader ist ein effektives Mittel zur Leistungssteigerung und für Downsizing von Verbrennungsmotoren. Aufgrund der hohen Abgastemperatur unterliegt er auch im normalen Betrieb einer hohen thermomechanischen zyklischen Beanspruchung, wodurch Risse am Turbinengehäuse entstehen können. Bedingt durch immer kürzer werdende Entwicklungszeiten soll die Identifizierung rissgefährdeter Bereiche bereits im konstruktiven Entwurfsprozess erfolgen. Die hierfür notwendigen theoretischen Untersuchungen sind aktuell mit einem großen Zeitaufwand verbunden und liefern häufig Ergebnisse mit nicht zufriedenstellender Qualität. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Masterarbeit zunächst eine Literaturrecherche zur Rissbildung sowie Rissausbreitung durchgeführt. Anschliessend wurden transiente thermisch-mechanische nichtlineare FE-Analysen an einem Abgastrakt durchgeführt, mit welchen Aussagen über mögliche Rissstellen im Turbinengehäuse getroffen werden können. Abschließend wurden Betrachtungen zur Optimierung der Simulation durch Reduzierung der Berechnungsdauer durchgeführt.

Die Bachelorarbeit beschreibt den Konstruktiven Entwicklungsprozess eines fixierbaren Stativarmes mit Gewichtsausgleich und Freiheitsgrad 6 zum Tragen einer aktiven Robotereinheit. Dazu sind geeignete kinematische Strukturen anhand der Anforderungsliste bewertet und ausgewählt worden, der Arbeitsraum konnte über zeichnerische Verfahren eingegrenzt werden. Zur Auswahl der durch Gewichtskraftkompensation entlasteten Gelenke ist das mechanische Modell des Stativarmes hinsichtlich der auftretenden lageabhängigen Belastungen berechnet worden. Prinzipe für Gewichtsausgleich und Fixierung wurden erörtert und für die Anwendung dimensioniert. Dabei konnte eine nahezu vollständige Gewichtsentlastung mit passiven Bauelementen für eine übliche Lage des Stativarmes über einen großen Arbeitsbereich erreicht werden. Aus dem Konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, sodass im nächsten Schritt die Schnittstellen zu umgebenden Baugruppen gestaltet werden können.

Ausgehend vom biologischen Vorbild, dem Regenwurm, wird in der vorliegenden Arbeit zunächst ein mechanisches Modell und daraus anschließend das mathematische Berechnungsmodell abgeleitet. Dieses Modell besteht aus diskreten Massepunkten, die durch masselos angenommene Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente miteinander verbunden sind. An jedem Massepunkt sind Spikes befestigt, die ein Zurückrutschen verhindern und somit nur eine Fortbewegungsrichtung zulassen. Die gerichtete Vorwärtsbewegung, in Form einer peristalltischen Bewegung, des Wurmroboters entsteht durch das Zusammenwirken der Abstützung der Spikes gegenüber dem Untergrund und den vorgegebenen Längenänderungen der Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente und damit der Abstände der Massepunkte zueinander. Die Art und Weise der Änderung der Massepunktsabstände wird durch Referenztrajektorien beschrieben. Aufgabe der adaptiven Regelung ist es, durch das Aufbringen von Stellkräften die realen Massepunktsabstände den Referenztrajektorien nachzuführen. Ausgehend von einem gegebenen Programmgerüst wird die Reglerstruktur zunächst von PD auf PID erweitert. Aus Parameterstudien wird ein optimaler PID-Regler ermittelt, der als Grundlage für die im weiteren Verlauf neu entwickelten Regelungskonzepte genutzt wird. Die Trichter-Regelung, die Regelung mittels Differenzenquotient und Time Delay und die Regelung mit nicht-klassischem Feedback werden in der vorliegenden Arbeit erstmals für den speziellen Einsatz und die direkte Anwendung auf den wurmartigen Roboter implementiert. Die Erweiterung teilweise bestehender Regelungsansätze und die Durchführung von Parameterstudien bilden den Hauptteil der Arbeit. Die Simulationsergebnisse der als optimale Parametersätze bestimmten Einstellungen der jeweiligen Reglertypen werden hinsichtlich ihrer Reglerdynamik und ihres Einflusses auf das Gesamtsystem miteinander verglichen. Weitere Simulationen untersuchen das Verhalten der verschiedenen Regler beim Wechsel des Fortbewegungsmusters, da ein solcher Wechsel als Reaktion auf die Änderung bestimmter Umwelteinfüsse sinnvoll und notwendig ist, um Beschädigungen am Roboter oder Beeinträchtigungen in dessen Funktion zu vermeiden. Es werden ebenfalls Simulationen mit Kombinationen der neu implementierten Regelungen durchgeführt, die Hinweise darüber geben, ob und wie sich verschiedene Regelkonzepte aufeinander auswirken. Alle Simulationen werden mit Hilfe einer, in MATLAB programmierten, GUI durchgeführt, in der sowohl die Wurmparameter wie auch die Regelungsparameter beliebig einstellbar sind.

Gegenstand der Arbeit ist die Erweiterung eines Finite-Elemente-Modells des Luftfederdämpfers in Abaqus sowie die Erstellung eines MKS-Gesamtfahrzeugmodells für die spätere Integration. Unter anderem werden MKS-Modelle in der Automobilindustrie zur Simulation und Auslegung von Fahrwerkseigenschaften eingesetzt. Die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Fahrwerkskomponenten wie etwa Federung und Dämpfung steht im Vordergrund. Ein neuer Ansatz, in Form eines Luftfederdämpfers, nutzt das Medium Luft sowohl für Federungs- als auch Dämpfungseigenschaften. Um eine realitätsnahe Modellierung des Luftfederdämpfers in Abaqus zu erzielen, wurden in einem bereits bestehenden FE-Modell Druckbegrenzungsventil und Kolbenkonturierung berücksichtigt. Simulationen wurden sowohl an der Komponente Luftfederdämpfer als auch am generierten MKS-Gesamtfahrzeugmodell vorgenommen. Der Fokus der Untersuchungen galt dem Systemverhalten des Luftfederdämpfers, insbesondere der Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeugmodell. Die Validierung erfolgte anhand vereinfachter, dynamischer Anregungen. Zur Beurteilung der Ergebnisse dienten ein Komponentenmodell des Luftfederdämpfers sowie ein Viertelfahrzeugmodell, die die wesentlichen Funktionen mit hinreichender Genauigkeit abbilden. Die Ergebnisse werden als Grundlage weiterer Untersuchen herangezogen, beispielsweise ist das harshness-Verhalten des Gesamtfahrzeugmodells zu nennen.

In dieser Arbeit wird die approximative Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender Balken unter Voraussetzung der Euler Bernoulli-Theorie und der Timoshenko-Balkentheorie betrachtet. All diesen Berechnungen liegt das Modell eines einseitig eingespannten Balkens zu Grunde. Hierbei soll ermittelt werden, wie die exakte Eigenkreisfrequenz am besten zu nähern ist und in wie weit Variationen der Parameter möglich sind, um das Ergebnis möglichst genau zu nähern, ohne dabei langwierige Berechnungsabläufe vollführen zu müssen. Dabei werden zuerst Untersuchungen an Längsschwingern durchgeführt. Es wird dabei ermittelt, welche Herangehensweise sich eignet, um das Mehrmassensystem zu beschreiben. Dies geschieht, indem als Ausgangslage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den verschiedenen Näherungen zu vergleichen. Die Näherungen bestehen aus unterschiedliche Verteilungsarten der Massen im Bezug auf die Stablänge. Dementsprechend entstehen unterschiedliche Federsteifigkeiten und Lagen der Massepunkte. Anschließend werden Biegeschwingungen betrachtet, bei welchen ebenfalls als Grundlage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den Näherungen zu vergleichen. Bei den Näherungen erfolgt die Verteilung anhand von vorgegebenen Funktionen. Ziel ist es, die Näherungsverfahren zu verifizieren, um eine Grundlage zu legen für die Näherung von komplexen Systemen. Als Grundgedanke dieser Arbeit ist der Gedanke die Vibrisse von Tieren (z.B.: Ratten oder Robben), welche ein komplexes Gebilde ist und mit Blutsäcken unter der Haut gesteuert wird, mittels eines technischen Modells darzustellen.

Diese Arbeit befasst sich mit der FE-Berechnung des von der Uhde Inventa-Fischer AG patentierten DISCAGE®-Reaktors sowie des sich anschließenden Vakuumsystems, zur Herstellung von Polymeren. Hierzu sind zunächst theoretische Grundlagen zur Spannungskategorisierung und zu den Stoffgesetzen näher erläutert. Danach werden die einzelnen Komponenten des zu berechneten Systems detailliert beschrieben. Im vierten Gliederungspunkt der Arbeit wird auf die Modellerstellung im CAD sowie im FEM eingegangen. Die Ergebnisse der FEM Berechnung werden im fünften Gliederungspunkt ausgewertet. Hierzu erfolgen zunächst eine Spannungsauswertung der einzelnen Lastfälle sowie eine Analyse der vorliegenden Stutzenlasten. Im letzen Teil werden die Kernaussagen der Arbeit zusammenfassend dargestellt. Für weiterführende Analysen können die an das System angekoppelten Leitungen in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren können zusätzliche Lastfälle berechnet werden, welche speziell auf den jeweiligen Standort des Systems ausgerichtet sind.

Zur Unterstützung und Begleitung hilfsbedürftiger Menschen im eigenen Zuhause wurde eine mobile Indoor-Roboterplattform entwickelt. Der bisher in der Plattform verwendete Radantrieb ist für glatte und harte Bodenbeläge ausgelegt und zeigt Schwächen bei der Überwindung kleinerer Hindernisse im häuslichen Bereich wie Schwellen, Teppiche usw. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Kettenantriebs zur Erfüllung der besonderen Anforderungen der geplanten Anwendung und zur Verbesserung der Fahreigenschaften. Zu diesem Zweck wurden zunächst Anforderungsliste und Funktionsstruktur erstellt. Auf dieser Basis ist eine umfangreiche Untersuchung des Standes der Technik inklusive Patentrecherche erfolgt. Die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse wurden im Rahmen der Ideenfindung für den Kettenantrieb verarbeitet und mit Hilfe des Morphologischen Kastens in Form einer funktionellen Betrachtung übersichtlich dargestellt. Die aus einer qualitativen Bewertung hervorgegangenen Vorzugslösungen wurden zu einem geeigneten und in die bestehende Plattform integrierbaren Konzept kombiniert, das als CAD-Modell umgesetzt wurde. Damit ist ein Kettenantrieb entstanden, der die an das System gestellten Anforderungen erfüllt, Hindernisse überwinden kann und Verbesserungen im Fahrverhalten zeigt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Simulation der Schwingungen des Maschinenfundamentes bei Präzisionsmaschinen. Als Vorbild für die Modellbildung dient die Nanopositioniermaschine der Technischen Universität Ilmenau. Nach einer Literaturrecherche zum Thema Modellierung, Fundament und Mehrkörpersimulation werden die Grundlagen, die für diese Arbeit notwendig sind, erklärt. Die Simulation und die Erstellung des Modells erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Fundament auf Federelementen gegenüber dem Boden gelagert. Dabei soll geklärt werden, welche Aufstellung, welche Anzahl und welcher Federtyp für die Lagerung des Fundamentes am besten geeignet ist. Nachdem diese Punkte geklärt sind, wird das vollständige Modell und die Erkenntnisse, die durch die Simulationen gewonnen worden sind, erklärt. Dabei ist die Frage zu klären, wie die Bewegungssteuerung des Positioniersystems umzusetzen ist. Im Anschluß an die Zusammenfassung der Ergebnisse folgt ein Kapitel zur Optimierung der Modellerstellung und Erstellen von xml-Dateien.

Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.

Vibrissen sind taktile Sinnesorgane, die insbesondere von Mäusen und Ratten genutzt werden, um ihre Umgebung zu erforschen. Neben der Fähigkeit, passiv Reize wahrzunehmen, sind die Nagetiere in der Lage, ihre Tasthaare mithilfe der in- und extrinsischen Gesichtsmuskulatur in Bewegung zu versetzten und so Quantität und Qualität der Reizinformationen aktiv zu steuern. Auf Basis dieses biologischen Sensorsystems werden zwei Mehrkörpermodelle entwickelt, die ein stark vereinfachtes mechanisches Modell einer Vibrisse darstellen und lediglich einige relavante Eigenschaften des Vorbildes berücksichtigen. Zurückgegriffen wird bei der Modellbildung zudem auf vorhandene Erkenntnisse über bereits bestehende Vibrissenmodelle in der Literatur. Die schrittweise Erhöhung der Körperanzahl und damit des Freiheitsgrades kann dabei als Übergang von Starrkörper- zu Kontinuummodellen angesehen werden. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anpassung und Auswahl eines geeigneten Regelalgorithmus. In Anlehnung an die Gesichtsmuskulatur des biologischen Vorbildes ist dieser dafür zuständig, dass die Körper des Modells einer vorgegebenen Trajektorie folgen. Numerische Simulationen werden verwendet, um verschiedene adaptive Regelungsverfahren zu vergleichen und die entwickelten Modelle hinsichtlich Wahrnehmungs- und Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Anhand der Regelgrößen sollen außerdem angreifende Störkräfte erkannt und unterschieden werden. Des Weiteren wird die Steifigkeitsverteilung des Gesamtsystems variiert um beispielhaft darzustellen, wie sich die Veränderung von Modellparametern auf die Simulationsergebnisse auswirkt.

Wegen der Energiewende setzen immer mehr Hersteller auf Hybridfahrzeuge. Um auch in den Hybridfahrzeugen die gewohnte Ruhe und damit den gewohnten Komfort zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges zu kennen. Da sich im Vergleich zum konventionellen Antriebsstrang zusätzliche Eigenformen ergeben, müssen diese betrachtet werden und auf kritische Resonanzen untersucht werden. Die Untersuchung der neuen Eigenformen wird im Rahmen dieser Arbeit an-hand eines vierzylindrigen P1- und eines sechszylindrigen P2-Hybrids durchgeführt. Es werden die inverse und die konventionelle Ausführungen der Trennkupplung genauso wie die Anbindung des Anfahrelements an die E-Maschine betrachtet. Die Eigenformen werden jeweils mit und ohne vorherigen Dämpfer sowie mit unterschiedlichen Anfahrelementen untersucht. Erwartungsgemäß sind die Ausführungen ohne vorherigen Dämpfer nicht realisierbar, während sich die Eigenform der Flanschwelle beim P1- und P2- Hybrid mit einem Zweimassenschwungrad beherrschen lässt. Die Resonanz der Anbindung ist in dem hier untersuchten Beispiel grenzwertig und sollte mit einem zusätzlichen Torsionsdämpfer bedämpft werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die neuen Eigenformen der Hybridfahrzeuge mit den vorhandenen Methoden beherrschen lassen.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer vollautomatischen Montageanlage für Schrankaufhänger schrittweise vorgestellt. Nach einer ausführlichen Analyse des Produktes werden Schwerpunkte für die Konstruktion der Montageanlage definiert. Dabei wird vor allem auf die Unabhängigkeit von Bauteilvarianzen und die Minimierung der Prozesszeiten eingegangen. Unter Berücksichtigung von Kundenforderungen werden anschließend Richtlinien zu Gestaltung des Layouts aufgestellt und deren Umsetzung in den Bereichen "Montageanlage" und "Rundtaktautomat" beschrieben. In einem weiteren Schritt werden die definierten Schwerpunkte und die daraus resultierenden Herausforderungen am Beispiel der "Justage- und Schraubstationen" aufgezeigt und konkrete Lösungsvorschläge dargestellt. Eine systematische Analyse der Prozessschritte deckt abschließend Fehlerquellen auf und liefert Instrumente zur Einhaltung der Qualitätsanforderungen.

Ausgangspunkt der Arbeit ist das biologisch inspirierte Modell eines wurmartigen Lokomotionssystems. Das mechanische Modell besteht aus diskreten Massepunkten, zwischen denen sich viskoelastische Kraftaktoren befinden. Den Bodenkontakt stellen ideale Spikes dar, welche als Zwangskräfte die Rückwärtsbewegung einzelner Massenelemente sperren. Die Änderung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen wird über eine adaptive Regelung realisiert, die eine Referenztrajektorie verfolgt. Dies führt in Zusammenhang mit dem Umgebungskontakt durch die Spikes zur (undulatorischen) Lokomotion des Systems. - Nach der Ableitung des beschriebenen Modells und der Vorstellung des (nicht-parameteridentifizierenden) adaptiven Reglers wird die gezielte Konstruktion von Referenzfunktionen für die Abstände, die bestimmte Gangarten ergeben, beschrieben. Dabei wird auf einen bestehenden Algorithmus zurückgegriffen, mit dem sich Vorgaben bezüglich der Anzahl und Abfolge der wirkenden Spikes und der resultierenden Geschwindigkeit machen lassen. In der anschließenden Untersuchung der Gangarten wird in Simulationsbeispielen für Wurmketten mit drei und vier Massepunkten eine Auswahl von Gangarten ermittelt, die bezüglich der Anforderungen an die Aktoren und die Spikes am besten geeignet sind. - Es werden einige Parameterstudien durchgeführt, aus denen hervorgeht, dass der Wurm auch mit modifizierten Massen, Feder- und Dämpferkonstanten, die sogar zeitveränderlich sein dürfen, erfolgreich geregelt werden kann. Nach Untersuchungen einiger Modifikationen des adaptiven Reglers können Empfehlungen zu dessen Verbesserung gemacht werden. - Zur Implementierung des automatischen Gangartwechsels werden mithilfe der Betrachtung verschiedener Simulationen die als Auslöser des Schaltens in Frage kommenden Kriterien festgelegt: Stellkräfte und Spikeskräfte, mit denen die Wahl der optimalen Gangart von Geschwindigkeit und der Untergrundsteigung abhängt. Mit einer Näherungsbetrachtung dieser Kräfte lassen sich steigungsabhängige Geschwindigkeitsbereiche einzelnen Gangarten zuordnen. Damit ist eine Kombination aus Geschwindigkeitsanpassung und Gangartwechsel umsetzbar, die ein optimales Kriechen bei vorgegebenen Begrenzungen der Stell- oder Spikekräfte gewährleistet. Zusätzlich werden Regelungsstrategien zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Wurmkopfes geprüft.

Die Vernetzung von Strukturen mit der FEM ist zeitaufwändig. Die Menge der Elemente erhöhen sich mit der Komplexität der Struktur. Vereinfachungen, um die Modellierungszeit und die Anzahl der Elemente zu reduzieren, können zu unvorhersehbaren oder ungenügenden Ergebnissen führen. Insbesondere die Modellierung von Wälzlagern ist komplex oder führt zu unzureichenden Ergebnissen bei der Vereinfachung. Wälzlager, als standardisierte Maschinenelemente, werden oft verwendet. In verschiedenen Strukturen sind sie mehr als einmal montiert. Daher ist das Modellieren und Vernetzen von Wälzlagern, bei der Analyse solcher Strukturen, ein sich wiederholender Prozess. Die Notwendigkeit, eine Herangehensweise zur Modellierung von Wälzlagern schnell und mit nur wenigen Elementen zu entwickeln, steht außer Frage. - In dieser Arbeit werden zwei Ansätze beschrieben, die in ähnlicher Weise mit starren Elementen modelliert werden und der ganze Ansatz nur aus drei Elementen besteht. Beide sind in verschiedenen Testanordnungen untersucht, um die Vorteile und Nachteile zu finden. Der CBUSH-Ansatz ist leicht zu verstehen und zu reproduzieren. Der GENEL-Ansatz ist lediglich ein Austausch des CBUSH-Elementes mit dem GENEL-Element. Die Eingabe der Steifigkeitswerte für den CBUSH-Ansatz für alle 6 Freiheitsgrade, zwischen den starren Elementen, ist eine Vereinfachung des GENEL-Ansatzes. Das GENEL-Element bietet die Möglichkeit alle Steifigkeitswerte einer 6x6-Matrix zuzuweisen. - Zusätzlich wurde eine thermo-mechanische Struktur entwickelt, untersucht und mit dem vielversprechenden CBUSH-Ansatz verglichen. Die dynamischen Ergebnisse nicht befriedigend. Die Weiterentwicklung wird empfohlen. - Als kritischer Punkt kann die Bestimmung der Steifigkeiten angesehen werden. Mit Bezug auf die Literaturrecherche und den genannten Möglichkeiten um Lagersteifigkeiten zu berechnen, sind einige wesentliche geometrische Eingaben zu ermitteln. Informationen über die geometrischen Eingabewerte, als ein wohl behütetes Geheimnis der Wälzlagerhersteller, sind spärlich bis gar nicht zu bekommen. - Die Verifizierung der Ergebnisse des CBUSH und GENEL-Ansatzes ist für weitere Forschung und Entwicklung ratsam.

In dieser Arbeit wird der Weg zu einer werkstoffgerechten Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen beschrieben. Dafür wird auf die spezifischen Werkstoffeigenschaften von Faserverbunden und auf die verwendete Sandwichbauweise eingegangen. Am konkreten Beispiel wird eine passende Materialkombination ausgewählt und ein geeigneter Lagenaufbau entwickelt. Dies erfolgt anhand von praktischen Versuchen und FEM-Analysen. Anschließend werden Detailuntersuchungen am fertigen Lagenaufbau durchgeführt, um einen Nachweis für die Fahrersicherheit und die Eignung unter Einsatzbedingungen zu erbringen. Auf diesen Erkenntnissen wurde ein Prototyp des Monocoques gebaut, der im Elektrorennwagen des Ilmenauer Formula SAE Teams verwendet wird.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer neuen Federschwingmaschine der SCHERDEL Gruppe im Werk Marktredwitz. Für die zukünftige Federschwingmaschine soll dabei in Betracht gezogen werden, dass sich die Anforderungen an die Prüfung durch die Federn verändert haben. Deshalb wurde für die erhöhte Prüffrequenz, die höhere Prüfkraft und die benötigte hohe Lastwechselanzahl bei kleinen Hüben auf eine Kombination aus einer aerostatischen Führung und einem eisenbehafteten Linearmotor zurückgegriffen. Um die Vielfalt an Sonderteilen und einen schnelleren und genaueren Umbau der Maschine zu ermöglichen, wird außerdem eine Schnellwechselvorrichtung vorgesehen.

Der Sonderanlagenbau ist ein Teilbereich des Anlagenbaus, bei dem täglich neue Lösungsvarianten für eine große Bandbreite an Aufgaben gefunden und realisiert werden. Die Handhabung von Objekten ist dabei ein Kerngebiet dieser Aufgaben. Zur Bewältigung der Handhabung werden Handhabungsgeräte eingesetzt. Der Industrieroboter ist einer der wichtigsten Vertreter dieser Geräte. Bevor ein Industrieroboter zum Einsatz kommt, muss dieser aus einer Vielzahl von Modellen und Herstellern ausgewählt werden. Bisher gibt es keine umfassende Grundlage zur applikationsspezifischen Auswahl von Industrierobotern. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Anforderungsliste gemäß dem Vorbild aus der Konstruktionslehre vorgestellt und damit eine neue Grundlage für die oben genannte Problemstellung geschaffen. Diese Anforderungsliste baut auf bekannten Normen und Richtlinien für Industrieroboter auf und erweitert diese um weitere Vergleichsaspekte.

Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion eines Ultra-Leicht-Roboterarmes und den dazu nötigen theoretischen Grundlagen. Der UL-Arm soll auf Basis des BioRob der Firma Tetra GmbH entstehen und somit dessen Anwendungsbereich erweitern. Dabei ist der Schwerpunkt die Optimierung des Gewicht-Nutzlastverhältnisses bei gleichzeitiger Einhaltung eines extem niedrigen Energieverbrauches. Der konstruktive Entwicklungsprozess umfasst die Aufstellung eines Lastenheftes, den Vergleich mit anderen Roboterarmen und schließlich die Konzipierung und Modellkonstruktion des als optimal empfundenen Gerätekonzeptes. Die Ergebnisse wurden für ein folgendes Entwicklungsprojekt dokumentiert.

Mäuse und Ratten verwenden sogenannte Vibrissen, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Objekte zu ertasten und Hindernisse zu lokalisieren. Dieses biologische Sensorsystem zur Nahfeld-Erkundung wird in einem ersten Teil der vorliegenden Arbeit als nachgiebig gelagerter, starrer Stab und in einem zweiten Teil als Biegebalken der Kontinuumsmechanik modelliert. Ausgehend von mechanischen Modellen der Vibrisse in der Literatur werden neuartige Starrkörpermodelle entwickelt, welche wesentliche Aspekte der Lagerung der Vibrisse (Nachgiebigkeit des Follikel-Sinus-Komplexes und der Haut) berücksichtigen. Über adaptive Regelalgorithmen wird die Wirkung der Muskulatur (extrinsisch und intrinsich), und somit das Bewegungsvermögen des biologischen Vorbilds nachgebildet. Der Freiheitsgrad der Vibrisse wird sukzessive von 1 auf 3 erhöht, um die Auswirkung verschieden gearteter Lagerungen auf die sensorischen Fähigkeiten des Systems zu untersuchen. Anhand der Auswertung spezifischer Regelgrößen kann in numerischen Simulationen der Einfluss der Lagerung auf die Wahrnehmungsfähigkeit der Modelle ermittelt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Vibrisse als nachgiebig gelagerter, elastischer Biegestab modelliert. Es wird eine Kombination aus den Starrkörper- und Kontinuummodellen verwendet, um die Auswirkung einer gezielten Veränderung der Lagerungseigenschaften (realisiert durch Regelstrategien aus dem ersten Teil der Arbeit) auf das Eigenkreisfrequenzspektrum des Biegestabes zu untersuchen. Dies führt zu numerischen und analytischen Berechnungen von Kontinuummodellen mit diskreten viskoelastischen Kopplungen.

This thesis is devoted to forced mechanical oscillating systems. We focus on forced oscillating systems, but present and analyze parameter excited and self-excited systems as well. All mechanical systems are motivated by examples from automotive engineering. This thesis is arranged into four main chapters. First, at the beginning, we start presenting the theory of forced oscillating linear systems with DoF 1. We analyze systems, which are forced directly and indirectly, calculate the stationary solution analytically and determine the reinforcement function (amplification) and the phase shift. All investigations are confirmed via numerical simulations. Second, we analyze systems with higher DoF and try to look for analogies from the DoF 1 case. Third, we present a literature and world wide web overview of software, which allows simulating of mechanical oscillating systems. Fourth, at the end, we give a short introduction to parameter excited and self-excited systems. We present the definitions, some examples from automotive engineering and treat three examples analytically.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt adaptive Regelungsstrategien für biologisch inspirierte Sensorsysteme am Beispiel eines Vibrissensensors zur Wahrnehmung taktiler Reize. Diese Sensoren befinden sich fortlaufend im Zustand der Anpassung, um wiederkehrende Störungen zu dämpfen und gleichzeitig sensitiv für andere Arten von Erregungen zu sein. Das System hat den Relativgrad zwei und sowohl die Systemparameter als auch die Störsignale seien unbekannt. Um solch ein System zu regeln werden verschiedene adaptive Regler untersucht. Bereits existierende adaptive Regelungsstrategien werden erweitert und modifiziert. Zudem werden adaptive Regler mit endlicher Einstellzeit untersucht. Die erzielten Modifikationen werden dann mit einem neu entworfenen Fuzzy-Regler verglichen, um die Umsetzbarkeit und die Leistung der adaptiven Regler bewerten zu können. Dies geschieht beispielhaft an drei Systemen: Einem linearen Feder-Masse-Dämpfer-Schwinger, einem invertierten mathematischen Pendel und einem wurmartigen Bewegungssystem. Außerdem wird eine Regelungsstruktur mit nicht-klassischem Differentialteil in der Rückführung sowie die Minimalphasigkeit der Systeme untersucht.

Industrieroboter haben als umprogrammierbare und universell in Handhabungs- und Fertigungsaufgaben einsetzbare Bewegungsautomaten eine große Bedeutung in der Automatisierung erlangt. Die verbreitetsten seriellen Kinematiken sind die vierachsige SCARA-Struktur und der sechsachsige vertikale Knickarmroboter. Das Ziel dieser Arbeit besteht im Aufbau von Rechnermodellen für diese beiden Robotertypen. Hierbei wird der mechatronische Ansatz des Systemgedankens verfolgt, bei dem die Einflüsse aller Teilkomponenten berücksichtigt werden. Die Modellierung der Roboterdynamik erfolgt im Mehrkörpersimulationsprogramm alaska. Dieses ist durch Kopplung mit dem Simulationstool MATLAB/Simulink verbunden, wodurch die Vorteile beider Modellierungs- und Simulationssysteme genutzt werden können. In MATLAB/Simulink werden der Antriebsstrang abgebildet, Regelungsalgorithmen und eine Trajektorienplanung implementiert, die Sollwerte für PTP- oder CP-Steuerung bereitstellt.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung des Leichtbaupotenzials von faserverstärkten Kunststoffen anhand biegebelasteter Träger. Dabei wird eine Vielzahl von geometrisch einfachen Trägern in reiner Faser-Kunststoff-Bauweise und in Form von hochinnovativen Faser-Kunststoff-Verbund-Metall-Hybrid-Bauteilen sowohl mithilfe der Finite-Elemente-Methode rechnerisch, als auch anhand einer Variante experimentell analysiert. Nach einem Überblick über etablierte und neuartige Karosseriebauweisen in der Automobiltechnik, Aufbau und Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden sowie wichtige Fertigungsverfahren, erfolgt eine Einführung in mechanische Grundlagen von biegebelasteten Trägern. Darauf aufbauend werden sechs verschiedene Bauweisen in jeweils drei realen Anwendungen nachempfundenen Packageabmaßen in CATIA V5 konstruiert. Zur vergleichenden Bestimmung des Leichtbaupotenzials werden innerhalb eines Packageraumes alle Varianten mit identischer Masse dimensioniert. Die rechnerische Untersuchung der in ANSA vernetzten Schalenmodelle findet anhand eines 3-Punkt-Biegeversuchs mit dem Berechnungsprogramm LS-DYNA mit implizierter Zeitintegration statt.

Um eine erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme zu sichern, ist die Nutzung neuer, nichtkonventioneller Fortbewegungsprinzipien notwendig. Ein aktuelles Forschungsthema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen vorheriger Arbeiten am Fachgebiet Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau wurden bereits Lokomotionssysteme mit diesem Hintergrund entwickelt. In der vorliegenden Master-Arbeit wird das dynamische Bewegungsverhalten eines solchen konturvariablen, apedalen Systems untersucht. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet der Aufbau eines geeigneten FE-Simulationsmodells. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Diskussion des dynamischen Bewegungsverhaltens des Lokomotionssystems anhand der erhaltenen Simulationsergebnisse dar. Abschließend wird das Verhalten des Simulationsmodells mit dem Verhalten des realen Systems verglichen und ein Ausblick auf zukünftig nötige Arbeiten geworfen.

Diese Diplomarbeit behandelt Magnetventilinjektoren des Dieseleinspritzsystems Common Rail. Die möglichen Fehlerquellen werden erklärt, analysiert und strukturiert dargestellt. Dabei wird zwischen den Injektorgenerationen mit druckbelasteten Kugelventil (Generation CRI 2-16 und früher) und denen mit druckausgeglichenen Schieberventil (Generation CRI 2-18 und später) unterschieden. Der wichtigste Neuerung beim Generationswechsel CRI 2-16 auf CRI 2-18 ist die geregelte Ankerhubeinstellung. Der Anzug der Magnetspannmutter wird durch Überwachung der Schließdauer geregelt. Der gesamte Prozess, seine Fehlerquellen und Möglichkeiten der Korrektur wurden beschrieben. Als Abschluss wurden zwei Anwendungsbeispiele beschrieben.

Eine erwünschte erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein aktuelles Thema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit wurde ein apedales amöboides Lokomotionssystem betrachtet, dessen Fortbewegung durch eine konturvariable Struktur, bestehend aus kaskadiert angeordneten und in ihrer Länge veränderbaren Segmenten, ermöglicht wird. Mit Hilfe theoretischer Untersuchungen wurde die Fähigkeit zur Fortbewegung des Systems nachgewiesen. Mittels dieser Untersuchungen wurden weiterhin im Hinblick auf die Fortbewegung des Systems günstige Ansteuerungsstrategien ermittelt. Anschließend erfolgte der konstruktive Entwurf des Systems sowie der experimentelle Nachweis der Funktionsweise mittels eines Prototypen.

Der Prozess der rechnergestützten Bauteilauslegung mittels Finite-Elemente-Software ist, je nach Bauteilkomplexität, sehr zeitaufwändig. Dabei beschränkt sich der Aufwand nicht nur auf die Berechnung der Modelle. Große Bemühungen sind auch bei der FE-Modell-Erstellung erforderlich, da die Qualität der Modellvernetzung einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität hat. Es werden Ergebnisse verlangt, denen vertraut werden kann. Daher ist neben einem guten und geeigneten Auslegungskonzept auch die Methodik zur Berechnung der konzeptabhängigen Spannungen von großer Bedeutung. Die Auswertung der Ergebnisse und das Berechnen der Lebensdauer verlangen ebenfalls nach größeren Bemühungen. Daher müssen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Werkzeuge und Methoden zur automatisierten konzeptabhängigen Modellierung und Ergebnisauswertung entwickelt werden. - In dieser Diplomarbeit werden im ersten Teil Methoden entwickelt, den Prozess der Schwingfestigkeitsbewertung von (laserstrahl-) geschweißten Verbindungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu automatisieren. Diese Methoden, die auf dem Kerbspannungskonzept und einer Diversifikation der Submodellgenerierung basieren, realisieren eine automatisierte Lebensdauerermittlung auch bei komplexen Schweißnahtgeometrien. - Die betrachteten Automatisierungskonzepte werden im zweiten Teil der Arbeit programmiertechnisch in der Programmiersprache Python umgesetzt und in Form eines Plug-ins in die FE-Software Abaqus implementiert. Durch die Implementierung können die entwickelten Methoden intensiv untersucht werden. Der Fokus der Untersuchungen wird auf die Ermittlung der Abweichungen der automatisiert bestimmten Ergebnisse zu Resultaten aufwändig erstellter und berechneter Referenzmodelle gelegt. Die maximale Differenz bei grober Vernetzung des Globalmodells beträgt ca. 6 % in der berechneten maximalen Spannung. Eine feinere Diskretisierung des Globalmodells führt zu weitaus geringeren Abweichungen. - Außerdem wird die Leistungsfähigkeit der Automatisierung durch einen Vergleich der Berechnungszeiten nachgewiesen. Bei einem Modell einer relativ komplexen Schweißverbindung kann eine Zeitersparnis gegenüber der Rechenzeit des Referenzmodells um den Faktor 1500, bei einer maximalen Kerbspannungsabweichung von ca. 6 %, erreicht werden.

In dieser Arbeit soll das Wirksystem zum Leeren eines Containers mittels Seitenkippsystem analysiert und optimiert werden. Hierzu wird eine Kraft- und Momentenanalyse am Beispiel einer Forstmaschine vorgenommen und ausgewertet. Dabei werden die Betriebszustände Heben, Senken, Abkippen und Nivellieren betrachtet. Zu beachten sind dabei die Randbedingungen Hubhöhe, Seitenversatz, Volumen und Gewicht. - Des Weiteren sind alternative Lösungsvorschläge herauszuarbeiten und eine geeignete Lösung mittels Simulation aufzuarbeiten. - Die gewonnen Erkenntnisse sollen dazu dienen, die Entwicklung voranzutreiben und damit die Leistungsfähigkeit der Fortmaschinen zu erhöhen. - Schlagwörter: Seitenkippsystem, Kraftanalyse, Momentenanalyse, Randbedingung, Simulation, Forstmaschine

Ziel dieser Arbeit ist es, ein Regelungskonzept zum Dribbeln mit einem Basketball für den DLR Leichtbauroboter LBR III zu entwickeln. Basierend auf einer Analyse des menschlichen Bewegungsablaufs beim Dribbeln und einem physikalischen Ballmodell werden ableitbare Anforderungen an den Roboter, deren Konsequenzen und Lösungen diskutiert. Anschließend wird ein vereinfachtes eindimensionales Simulationsmodell erarbeitet, welches als Grundlage für alle weiteren Modelle dient. Das Verhalten des Balls wird analysiert und die Eignung des Modells dargestellt. In einer Erweiterung auf eine zweidimensionale Simulation werden zwei verschiedene Handmodelle vorgestellt und untersucht. Weiterhin wird das Konzept der Impedanzregelung im Modell benutzt, um nachgiebiges Verhalten des Roboters zu erreichen, eine fundamentale Voraussetzung für eine sichere Mensch- Roboter-Interaktion. Nach einer Bewertung der zweidimensionalen Handmodelle wird der Prototyp einer mechanischen Hand konstruiert. Schlussendlich wird die Simulation auf drei Dimensionen erweitert, wobei durch die Konstruktion bedingte Beschränkungen berücksichtigt werden.

Zahlreiche Säugetiere - allen voran Mäuse und Ratten - können zusätzlich zu ihren auditiven und visuellen Fähigkeiten ihre Vibrissen verwenden, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Die Tasthaare in der Schnauzenregion können sowohl zur passiven Reizwahrnehmung von äußeren Kräften (Wind, Berührung eines Gegenstandes), als auch zur aktiven Umgebungserkundung (Abtasten von Gegenständen und Oberflächen) verwendet werden. - Diese besondere Ausführung des Tastsinnes setzt den Grundstein für diese Arbeit. Der gesamte Reizleitungsapparat des biologischen Vorbilds wird mit einer Kombination aus schon entwickelten mechanischen Modellen nachgebildet. Bestehende Regelalgorithmen werden an dieses neue Modell angepasst, um sowohl die passive Reizwahrnehmung, als auch die aktive Umgebungserkundung des Vorbilds nachzubilden. - Numerische Simulationen mit diesem Modell zeigen, dass das entwickelte Modell eine gute Sensibilität vorweist. Es blendet Dauererregungen weitestgehend aus und zeigt eine ausgeprägte Reaktion auf plötzlich auftretende Störungen.

Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau entwickeltes amöboides Lokomotionssystem auf Ferroelastomerbasis mit elektro-magnetischem Antrieb theoretisch untersucht. Zunächst wurde die amöboide Fortbewegung aus biologischer Sicht betrachtet. Es wurden die Grundlagen zur Anatomie von Einzellern, die sich amöboid fortbewegen, behandelt, anschließend wurden die zwei gängisten Theorien zum Prinzip der amöboiden Fortbewegung dargestellt. Aus den biologischen Erkenntnissen wurden mögliche Vorteile sich amöboid fortbewegender technischer Systeme abgeleitet. Prinzipielle technische Umsetzungsmöglichkeiten derartiger Systeme wurden vorgestellt. Anschließend erfolgte eine kurze Zusammenfassung zum Stand der Technik amöboider Bewegungssysteme. Nach einer kurzen Vorstellung des Lokomotionssystems erfolgten allgemeine Betrachtungen zur Modellbildung. Zur theoretischen Untersuchung des Bewegungsverhaltens des Systems wurde die FE-Methode angewendet. Die Erstellung der ANSYS®-Programmroutine, mit welcher das Bewegungsverhalten eines realitätsnahen, parametrisierten Modells des Lokomotionssystems transient dynamisch untersucht werden kann, bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Mit den anschließenden FE-Rechnungen konnte ein theoretischer Nachweis der Fortbewegung des Systems erfolgen. Es wurde gezeigt, dass mit der Antriebsfrequenz nicht nur die Fortbewegungsgeschwindigkeit, sondern auch deren Richtung beeinflußt werden kann (I); je nach Antriebsfrequenz eine Bewegung aus der Ruhelage heraus und eine anschließende Fortbewegung in zueinander entgegengesetzte Richtungen realisiert werden kann (II); große Fortbewegungsgeschwindigkeiten in einem eingeschränkten Frequenzbereich zu realisieren sind (III).

Lokomotionssysteme in Forschung und Technik werden gegenwärtig von starren Mehrkörpersystemen mit konstanter Massenverteilung in den Körpern dominiert. Eine Änderung der Relativlagen im System geschieht überwiegend durch Antriebe in den Koppelstellen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme für die Bewegung in ebenem Gelände entwickelt, die ein anderes Fortbewegungsprinzip nutzen. Die Lokomotion dieser Systeme basiert auf der Erzeugung interner periodischer Deformation als Antriebsprinzip und der Ausnutzung von nichts symmetrischer Reibung an den Kontaktstellen zwischen Roboter und Umgebung. Die Antriebskraft wird durch eine horizontal schwingende Masse aufgebracht. Um eine gerichtete (steuerbare) Bewegung in der Ebene zu erzeugen, muss die Reibungskraft zwischen Lokomotionssystem und Untergrund an mindestens zwei Kontaktstellen beeinflusst werden können. Dies geschieht durch eine aktive Veränderung der Normalkräfte, welche durch periodisch bewegte Massen realisiert wird. Zur Beschreibung eines solchen Systems wurden ein Massenpunktmodell und ein Mehrkörpersystemmodell entwickelt. Anschließend wurden mit diesen Modellen theoretische Untersuchungen durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Lokomotion durch Erregungsfrequenzen und Phasenverschiebungen zwischen den Ansteuerungsfunktionen der inneren Massen zweidimensional kontrolliert werden kann. Auf Basis des Mehrkörpersystemmodells wurde ein Prototyp entwickelt. Die experimentellen Untersuchungen bestätigten die Vorhersagen der theoretischen Betrachtungen. Mit dem Ziel der Verkleinerung und der Verwendung eines nichtklassischen Aktors wurde ein weiteres praktisches System verwirklicht.

Die Stereolithographie ist ein Teilbereich des Rapid Prototypings der ursprünglich für den schichtweisen Aufbau von Prototypen entwickelt wurde. Um die Grenzen dieses Verfahrens zu erweitern wird daran geforscht während des Fertigungsprozesses elektronische und mechanische Baugruppen einzubetten. Aufgrund von Schwindung und Quellung des genutzten Matrixmaterials, entstehen im Fertigungsprozess Eigenspannungen, die ohne eine angreifende äußere Kraft auftreten. Daher werden in Messungen das Volumenänderungsverhalten in verschiedenen Umgebungsmedien dokumentiert und die erlangten Daten zur Implementierung in eine FE-Software vorbereitet. Des Weiteren wird über dynamische Messungen mittels DMTS die Viskoelastizität des Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum ermittelt und ebenfalls zur Softwareimplementierung vorbereitet. Die Daten werden anschließend werden die experimentell ermittelten Daten in die FE-Software Abaqus implementiert und der Einsatz eingebetteter Strukturen unter erhöhten Umweltbedingungen simuliert. Dabei wird geklärt, ob das Material unter der Belastung der entstehenden Eigenspannungen versagt.

E-Assessments im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich sind bislang selten im deutschen Universitätsalltag und werden vielerorts von Lehrenden abgelehnt. Diese Arbeit entwirft ein E-Assessment Werkzeug innerhalb einer E-Learning Umgebung, welches den speziellen Bedürfnissen dieser Fachgebiete gerecht wird. Dazu analysiert sie die Schwierigkeiten und speziellen Bedürfnisse, die das Fachgebiet Technische Mechanik als ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach, mit der Virtualisierung der Lehre verbindet. Daraus leitet sie ein Konzept für eine Lernumgebung ab, die diesen Schwierigkeiten effektiv begegnet. - Die aus dieser Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Umsetzung auf der Lernplattform der TU Ilmenau ein. Organisationsstruktur und Lehrkonzepte werden auf der Plattform abgebildet und es entstehen Beispiele und Anleitungen für alle Lehrenden des Fachgebiets. Diese versetzen das Fachgebiet in die Lage, alle Möglichkeiten, welche die Plattform bietet, effizient zu nutzen um die Einführung und Integration von virtueller Lehre voranzutreiben.

Um ein technisches System zu regeln, ist normalerweise die vollständige Kenntnis der Systemparameter notwendig. Mit Hilfe dieser Parameter lassen sich apriori Regelparameter einer Rückführung berechnen, die das System regeln können. Es kann aber, gerade bei biologischen Systemen, in der Regel nicht erwartet werden, dass die Systemparameter vollständig bekannt sind. Beispielhaft wurde hier das Tasthaar einer Katze betrachtet. Um ein Tasthaar auch bei dauerhafter Erregung, beispielsweise durch Wind, sensibel zu halten, muss die Katze in der Lage sein, das Tasthaar soweit zu versteifen, dass weiterhin Signale wahrgenommen werden können. Damit Systeme geregelt werden können, deren Parameter unbekannt sind, kann die adaptive Regelung genutzt werden. Bei der in dieser Arbeit verwendeten Art der adaptiven Regelung handelt es sich um eine Ausgangsrückführung mit einem Parameteradaptionsgesetz. Dies ermöglicht es dem System, sich selbstständig den jeweils notwendigen Verstärkungsfaktor zu generieren. Solche biologischen Regelungsprobleme wurden bereits in der Dissertation von Herrn Behn ausführlich untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit bildete die Grundlage für die hier vorliegende Diplomarbeit. Herr Behn bemerkte im Ausblick seiner Dissertation die Notwendigkeit des Entwurfs neuer Adaptionsgesetze, die es dem Verstärkungsfaktor ermöglichen, seinen hohen Wert zu verringern. Diese Aufgabe greift die vorliegende Arbeit auf und stellt somit eine Fortführung der Betrachtung von Adaptionsgesetzen aus der Dissertation dar. Es wurde zuerst eine ausführliche Literaturrecherche über in der Literatur verwendete Adaptionsgesetze durchgeführt. Dabei konnten viele verschiedene Gesetze gefunden werden. Der Großteil der Gesetze kann den Verstärkungsfaktor aber nur wachsen lassen. Wie jedoch festgestellt wurde, kann es zu Problemen kommen, wenn das System nicht in der Lage ist, den Verstärkungsfaktor gegebenenfalls wieder senken zu können. Bei Voruntersuchungen der Adaptionsgesetze konnte dabei festgestellt werden, dass die Variation der Rückführungsgesetze erheblichen Einfluss auf die Regelgeschwindigkeit ausübt. Um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen, wurden daher zuerst die Feedbackgesetze näher untersucht und optimiert. Außerdem wurde ein Vorverstärkungsfaktor betrachtet, der ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit nimmt. Für den Vorverstärkungsfaktor in den Simulationen wurde ein optimaler Wert gefunden. Die anschließenden Untersuchungen der Adaptionsgesetze aus der Literatur, die ein Fallen des Verstärkungsfaktors ermöglichten, zeigten, dass diese das System nur ungenügend regeln. Es trat in den meisten Fällen Sprungverhalten auf. Die Adaptionsgesetze aus der Literaturrecherche konnten daher nicht weiter verwendet werden. Auf Grundlage dieser Schwierigkeiten wurden die Adaptionsgesetze der Literaturrecherche modifiziert und neue Gesetze entwickelt. Es konnten dabei Gesetze gefunden werden, bei denen kein Sprungverhalten mehr auftrat. Diese Gesetze weisen in der Regel einen Doppelschlauch mit Lambda und Lambda minus Epsilon sowie eine Abfrage der Verweildauer auf. Die Adaptionsgesetze wurden dabei mit Hilfe der Simulationstools Matlab und Maple ausführlich simuliert. Um die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze nicht nur über Simulationen zu zeigen, wurde ein dem mechanischen Schwingungssystem äquivalenter elektrischer Schwingkreis aufgebaut und die Regelung der Adaptionsgesetze mit dem Schwingkreis vorgestellt. Dafür wurde eine Steuerung mit der Software LabVIEW erstellt. Mit Hilfe des elektrischen Schwingkreises konnte die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze gezeigt werden. Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit wurde gelöst.

NKW Stoßdämpfer unterliegen bei Belastung durch Querkraft sporadisch auftretendem abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Einflussfaktoren, die zum Auftreten des Verschleißes führen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, mögliche Lösungen zur Vermeidung des Verschleißes zu finden. Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden komplett montierte Stoßdämpfer mittels eines Prüfstandes in einem Verschleißversuch getestet. Untersuchte Bauteile waren Kolben, Zylinderrohr, Kolbenring und Kolbenstange des Dämpfers. An Kolbenringen, Kolben und Zylinderrohren wurden verschiedene harte und weiche Beschichtungen aufgebracht und im Versuch geprüft. Kolben und Kolbenringe wurden konstruktiv verändert und hinsichtlich des Einflusses dieser Änderungen experimentell untersucht. Die Kolbenstangen wurden hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens während der Versuche beurteilt und durch Berechnungen untersucht. Im Ergebnis dieser Arbeit wurden mögliche Ursachen für das Auftreten von abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr gezeigt. Ebenfalls liegen günstige Lösungsansätze zur Vermeidung des Verschleißes vor, die in weiteren Untersuchungen, zum Beispiel Schlechtwegerprobungen, auf ihre endgültige Tauglichkeit hin geprüft werden müssen.

Diese Diplomarbeit beinhaltet eine aktuelle Forschungsrecherche auf dem Gebiet der "worm-like motion systems". In dieser Arbeit wird die Entwicklung von Steuer- und Regelalgorithmen der Wirkelemente eines apedalen Lokomotionssystems beschrieben. Ebenso wird die Integration eines geeigneten Sensorsystems sowie der Entwurf und Aufbau der zugehörigen Elektronik dargestellt. - Die Bewegungssteuerung des Prototyps erfolgt über eine veränderliche innere Massenverteilung. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Modellbildung der Regelstrecken sowie der Simulation der Regelungen. Praktisch erfolgt die Implementierung der Regelalgorithmen auf einem Mikrocontroller und die Integration der zugehörigen Elektronik in das Gesamtsystem. - Zusätzlich werden neuartige Funktionsprinzipien für Bewegungssysteme basierend auf der Steuerung innerer Massen aufgezeigt.

Im Rahmen dieser Arbeit war das Schwingverhalten von Maschinen in Abhängigkeit von den Aufstellungsbedingungen zu untersuchen. Als wesentliche Aufstellungsbedingungen sind dabei die Aufstellelemente (z.B. Maschinenfüße) und der Aufstellungsort zu betrachten. Zunächst erfolgten grundlegende Betrachtungen von Maschinen- und Gebäudeschwingungen mit den entsprechenden Einflussparametern. Anschließend wurden für eine Materialprüfmaschine und einen Schwingerreger Mehrkörpersystem - Modelle (MKS) erstellt. Dabei wurden neben Gelenken und starren Körpern auch vordefinierte räumliche Gelenkbalken verwendet. Diese Modelle wurden um Elemente der Aufstellungsbedingungen erweitert, wobei als Aufstellungsort ein Fundamentblock angenommen wurde. Die Erstellung dieser Modelle und die Simulation erfolgten mit der Simulationssoftware alaska 5.0. Durch Variation der Aufstellungsparameter konnten die Eigenfrequenzen des Gesamtsystems aus Maschine und Aufstellung verschoben und unterschiedliche Schwingungsdämpfungen erzielt werden. - Um die Qualität der Simulationsergebnisse abschätzen zu können, wurden an einer der simulierten Maschinen Schwingungsmessungen bei verschiedenen Aufstellungsvariationen durchgeführt und Vergleiche zwischen den Simulations- und Messergebnissen gezogen. - Bei den Betrachtungen wurde eine Beschränkung auf Schwingungen in Vertikalrichtung vorgenommen. - Im Ergebnis dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass durch günstige Wahl der Aufstellelemente die besseren Schwingungsdämpfungen in niedrigen Frequenzbereichen erzielt werden konnten. Wird eine Erhöhung der Eigenfrequenzen des Gesamtsystems angestrebt, so kann durch den Aufstellungsort eine Versteifung des Gesamtsystems erreicht werden. Der Vergleich von Simulations- und Messergebnissen zeigte, dass die Modelle eine hinreichende Nachbildung der Realität darstellten und es somit zuließen Aussagen über das wahrscheinliche Schwingungsverhalten bei veränderten Aufstellungsbedingungen zu treffen.

Forschungsgegenstand dieser Arbeit ist die Abbildung einer concertina motion mittels der Methode der Finiten Elemente. In experimentellen Vorarbeiten wurde hierzu das Verhalten einer zylinderförmigen, wurmartigen Struktur aus einem Ferrofluid, umgeben von einer silikonartigen Hülle untersucht. Diese Struktur befindet sich in einem Kanal, ober- und unterhalb des Kanals sind äquidistant Spulen angebracht. Durch gezielte Ansteuerung der Spulen bewegt sich die Struktur analog einer concertina motion. Die Kraftwirkung auf den Wurm ist bereits in weiteren Arbeiten sowohl mittels FEM, als auch durch analytische Gleichungen untersucht worden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die in der Simulation eingesetzten Kraftdaten. Das entwickelte FEM-Modell zeigt nur eine geringe Abweichung zu den experimentellen Daten. Die Bewegung der Struktur lässt sich hierbei als lineare Funktion, überlagert von einer sinusförmigen Welle beschreiben. Neben der Modellerstellung wurde auch in einer Parameterstudie die Abhängigkeit der Bewegungsfunktion von Parametern wie Wurmdurchmesser, Kanaldurchmesser, Reibwert zwischen Wurm und Wandung sowie der Wurmsteifigkeit untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Wurmes exponentiell von der Reibung zwischen Wurmgeometrie und Kanalwandung abhängt.

Ferrofluide sind Suspensionen von ferromagnetischen Partikeln in Trägerflüssigkeiten mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 nm. Aus diesem Grund besitzen Ferrofluide paramagnetische und rheologische Eigenschaften. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes reagiert die Flüssigkeit mit starken Form- und Lageänderungen. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich damit Ferrofluide für lokomotive Aufgaben einzusetzen. Diese Arbeit befasst sich vorwiegend experimentell mit der Erzeugung und Bestimmung der Kraft pro Fläche (Druck), die vom Ferrofluid unter Einfluss eines Magneten erzeugt wird. Die vertikal wirkende Druckkomponente hat im Rahmen der geplanten Lokomotionsaufgabe die Funktion den Körper an der Ferrofluidoberfläche zu halten. Die horizontal wirkende Druckkomponente stellt die für den Vortrieb nötige Kraft zur Verfügung. Ziel ist die zweidimensionale Fortbewegung nichtmagnetischer Körper. In Hinblick auf die Zielstellung wurden anhand von statischen Messungen allgemein gültige Einflussfaktoren der vertikal wirksamen Druckkomponente und anschließend mittels dynamischer Messungen die vertikal und horizontal wirkenden Druckkomponenten untersucht. Es zeigte sich, dass der vertikale Ferrofluiddruck, von der Anregungsstärke der Elektromagneten, vom Abstand zum Magneten, von der Position innerhalb des Versuchsbeckens und von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Elektromagneten abhängig ist. Der maximal erzielbare vertikale Druck liegt im Bereich von 1000 bis 6000 Pa und ist damit verhältnismäßig gering. Das macht die Anwendung nur für sehr leichte Körper geeignet. Als Problemstellung zeigt sich, dass der Druckunterschied zwischen einer Position über einem Magneten und einer Position zwischen zwei Magneten gravierend ist. Dieses Phänomen ist umso stärker, je höher die magnetische Feldstärke ist. In einer Möglichkeitsstudie zur lokalen Druckerhöhung, wurde nachgewiesen, dass ein kombinierter Einsatz von Permanent- und Elektromagneten in Abhängigkeit von der Polarisation zwischen den Magnettypen und den Magnetpositionen räumlich eng begrenzt hohe Drucksteigerungen oder so genannte Druckkorridore zwischen Magnetpositionen erzielen kann. Im dynamischen Zustand können vertikal und horizontal wirkende Druckverteilungen in Abhängigkeit von den verwandten Anregungsspannungssignalen (trapez- oder rechteckförmig) der Elektromagnete und bei hinreichend kurzer Verzugszeit zwischen den Einzelspulenanregungen realisiert werden, die gleichmäßigen oder schubweise durchgehenden Transport ermöglichen. Für beide Druckkomponenten besteht eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrofluidwelle fortsetzt. Der vertikale Trag- oder Hubdruck ist um ein Zehnfaches höher als der horizontale Schubdruck.

Eine Simulation, die auf der Monte-Carlo-Methode basiert, erlaubt es Unsicherheiten in einem mathematischen Modell zu berücksichtigen. Dies wird erreicht, indem die Eingabeparameter zufällig variiert und dutzende bis hunderte von deterministischen Analysen durchgeführt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass durch eine stochastische Simulation ein besseres Verständnis des Verhaltens von Raumfahrtstrukturen gewonnen werden kann. Dies wurde für das Strukturmodell eines Weltraumteleskops bewiesen. Die Simulation gibt die Hauptsensitivität der echten Struktur wieder. Für ein vergleichbares Teleskop weist die Simulation auf die Stellen hin, an denen eine Überarbeitung der Konstruktion zu einer Verbesserung führen kann. Es wurden die Softwarepakete Nastran und MSC.Robust Design eingesetzt. Es werden praktische Hinweise zur Vorbereitung eines Strukturmodells für eine stochastische Simulation gegeben. - Es wurde ein einfaches Modell gestestet um die Eigenschaften der Methode "Stochastic Design Improvement" (SDI) zu ermitteln. Anders als eine Optimierung berücksichtigt das SDI Unsicherheiten. Daher wird für jede Iteration eine ganze Wolke von Stichproben erzeugt. Diese Wolke wird zu einem Ziel hinbewegt, welches das gewünschte Verhalten wiedergibt. SDI zielt nicht auf die Erzeugung eines Optimums, sondern einer Gruppe von akzeptablen Lösungen hin. Die robuste Lösung muss hinterher identifiziert werden. Wo ein optimaler Entwurf die Ressourcen erschöpft, kann ein robuster Entwurf Unsicherheiten aufnehmen. - Der größte Vorteil der Monte-Carlo-Methode ist ihre einfache Idee, dieselbe Aufgabe etliche Male zu wiederholen. Dies erlaubt es, mehr Zeit für die Auswertung der Ergebnisse zu verwenden als für das Einstellen der Parameter eines komplizierten mathematischen Algorithmus. Da die Methode auf Zufälligkeit beruht, hat sie sich als wenig fehleranfällig erwiesen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie auf verschiedene Aufgabestellungen der Ingenieurtätigkeit angewandt werden kann. Der Rechenaufwand ist akzeptabel, wenn die Berechnungen außerhalb von Bürozeiten durchgeführt werden. Die Nutzung der innewohnenden Parallelität der Methode wird nicht durch die zur Verfügung stehende Rechenleistung, sondern durch die Anzahl der Rechenlizenzen begrenzt. Letztendlich erlaubt eine stochastische Simulation, das Potential eines bereits vorhandenen Modells voll auszuschöpfen.