Theses

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.