Theses

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Schirmer, Christoph;
Maschine zur dynamischen Prüfung von Betonleichtbauteilen mit Komplexgeometrie. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2015

Im modernen Präzisionsmaschinenbau werden Gestelle aus hydraulisch gebundenem Beton als Alternative zu Natursteinkomponenten verwendet. Diese sind auf Grund einer hohen geforderten Abstützmasse zur Verbesserung der Schwingungseigenschaften grundsätzlich überdimensioniert. Im Gegensatz hierzu stehen bewegte Bauteile, die auf Grund der geforderten Dynamik maximal beansprucht werden. Nach heutigem Stand der Technik werden diese Komponenten in Leichtbauweise aus Metall, Keramik oder Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Aufgrund der mit Aluminium oder Stahl vergleichbaren spezifischen Steifigkeit lassen sich auch Leichtbaukomponenten für dynamische Anwendungen aus Beton herstellen. Aus den im Bauwesen standardisierten Druckschwingversuchen mit in Längsrichtung verspannten Betonzylindern lassen sich keine verwertbaren Aussagen über die Betriebsfestigkeit entsprechender Bauteile ableiten. Die komplexen Beanspruchungen der filigranen Strukturen erfordern eine Bauteilprüfung unter realitätsnahen Lasten. Im Technischen Versuch gibt es eine Vielzahl an verwendbaren Prüfmaschinen. Die Anschaffungskosten flexibler Prüfmaschinen sind jedoch sehr hoch. Da sich der Zeitraum der geplanten Versuche über mehrere Jahre erstreckt und die Geometrie der Prüfkörper fest steht, soll eine Spezialprüfmaschine für die Bestimmung der Betriebsfestigkeit entwickelt werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Spezialprüfmaschine für die dynamische Prüfung von Betonleichtbauteilen mit Abmessungen unter 1 m konzipiert. Zur Bestimmung der Anforderungen an die Prüfmaschine wurden die mechanischen Eigenschaften des Prüfkörpers mit Hilfe der FE Methode simuliert. Die ermittelten Verformungen, Bruchgrenzen und Eigenfrequenzen dienen zur Auslegung der Antriebe sowie der Dimensionierung von Maschinenkomponenten. Es werden verschiedene Maschinen- und Antriebskonzepte entwickelt. Für ausgewählte Antriebsvarianten werden die notwendigen Komponenten zur oszillierenden Kraft- und Wegerzeugung ausgewählt und anhand von technischen und wirtschaftlichen Kriterien miteinander verglichen. Für das favorisierte Maschinenkonzept werden die Anforderungen an die Koppelstellen zum Prüfkörper definiert und die mechanischen Komponenten in dauerfester Dimensionierung entwickelt. Abschließend wurden alle nötigen Fertigungs- bzw. Bestellunterlagen zur Herstellung der Eigenfertigungsteile und Realisierung der Koppelstellen erstellt.



Räder, Thomas;
Erarbeitung neuartiger präzisionstechnischer Lösungen für das Lastwechslersystem in einer Komparatorwaage. - 89 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In dieser Arbeit werden neuartige Technische Prinzipe zum Heben und Senken von Lasten im Lastwechslersystem einer Komparatorwaage ausgearbeitet, um dessen Leistungsfähigkeit zu steigern. Zunächst wird der vorhandene Hebemechanismus sowie seine Umgebung analysiert und anhand dessen Anforderungen definiert. Darauffolgend dient eine Aufspaltung des Systems in seine Teilfunktionen der Unterstützung zur Lösungsfindung. Drei Technische Prinzipe werden vorgestellt und bewertet. Es zeigte sich, dass ein Kurvengetriebe in Verbindung mit einer Doppelparallelfederführung für den Einsatz geeignet ist. Diese Aufbauvariante wurde konstruktiv umgesetzt und gewonnene Erkenntnisse in Form von Konstruktionsrichtlinien niedergeschrieben.



Pabst, Markus;
Erarbeitung neuartiger präzisionstechnischer Lösungen für Lastaufnahmesysteme in einer Komparatorwaage. - 119 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Das Kilogramm ist die bis heute einzige Basis-SI-Einheit, die auf ein Artefakt zurückzuführen ist. Artefakte sind nicht langzeitstabil, daher ist es unerlässlich eine Neudefinition des Kilogramms zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit werden die Schwächen von Lastaufnahmesystemen in Massekomparatoren aufgezeigt und Verbesserungsmöglichkeiten beschrieben. Um das Kilogramm besser darstellen zu können, muss die relative Standartabweichung beim Vergleich von Massenormalen, wie zum Beispiel einer 1kg-Siliziumkugel, verringert werden. Dazu bedarf es einer Funktionstrennung von Lastaufnahmesystem und Positionssicherung, um die Massenormalen nicht durch zu hohe Hertzsche Pressung zu beschädigen und gleichzeitig optimal zu positionieren. Es wurden verschiedene Technische Prinzipe ausgearbeitet und bewertet. Die Auswahl des Prinzips mit der besten Bewertung wurde mit einer Kombination der vorher aufgezeigten Verbesserungsmöglichkeiten ausgestattet. Die konstruktive Umsetzung wurde nach den Methoden der Feinwerktechnik erarbeitet und dabei auf eine hochvakuumgerechte, nicht ferromagnetische Konstruktion geachtet. Um Reibung und Abweichungen in der Präzision zu minimieren wurden verschiedene konstruktive Möglichkeiten von Doppelparallelfederführungen behandelt. Dabei wird eine monolithische Variante numerisch Untersucht, um die Funktion der Festkörpergelenke der Doppelparallelfederführung zu gewährleisten. Die Ergebnisse der Arbeit sind abgeleitete Konstruktionsrichtlinien für die Entwicklung Lastaufnahmesysteme und die Beschreibung eines Versuchsaufbaus. Anhand dessen können experimentelle Untersuchungen angestellt werden um detaillierte Erkenntnisse über die Verbesserung des Lastaufnahmesystems zu erhalten.



Hummel, Sebastian;
Entwicklung, Konstruktion und Funktionsnachweis eines sicherheitsrelevanten Bauteils im Lenksystem eines Rennfahrzeuges. - ca. 54 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

In der Global Rallycross (GRC) Rennserie wird der Volkswagen Beetle GRC eingesetzt, der in Zusammenarbeit mit der Volkswagen Motorsport GmbH weiterentwickelt wird. Diese Rennserie schreibt ein sicherheitsrelevantes Bauteil in der Lenksäule aller teilnehmenden Fahrzeuge vor. Da der Volkswagen Beetle serienmäßig über ein anderes Sicherheitskonzept im Lenksystem verfügt, ist eine entsprechende Entwicklung erforderlich. Dazu werden Bauteile, die auf dem freien Markt erhältlich sind, untersucht. Diese sind grundsätzlich für den Renneinsatz zulässig. Trotzdem soll ein optimiertes Bauteil entwickelt werden, das im Gegensatz zu den Zuliefererteilen eine geringere Streuung der Lage-, Maß- und Formtoleranzen aufweist. In dieser Bachelorarbeit wird ein Sicherheitselement entwickelt, dessen Anforderungen zum einen durch die Eigenschaften eines Zubehörteils und zum anderen durch die Forderungen des GRC-Reglements formuliert werden. Zur Untersuchung des Verformungsverhaltens mit einer Universalprüfmaschine wird die Versuchsanordnung mit allen Bestandteilen entwickelt. Anschließend folgt die Untersuchung der charakteristischen Kraft-Weg-Kennlinien des Zuliefererteils unter unterschiedlichen Belastungsrichtungen. Aus den Kennwerten der Verformungscharakteristik sowie baulichen Rahmenbedingungen leiten sich die Anforderungen für das zu entwickelnde optimierte Sicherheitselement ab. Nach der bewerteten Auswahl eines Lösungskonzeptes wird die optimierte Lenkradbefestigung konstruktiv umgesetzt. Der gefertigte Prototyp wird dann ebenfalls Verformungsversuchen unterzogen, um die Funktion zu überprüfen. Nach Auswerten der Ergebnisse kann eine Aussage über die Funktion getroffen werden. Abschließend zeigt ein Ausblick, wie das Sicherheitselement weiter verbessert werden kann. Die Durchführung aller Entwicklungsvorgänge erfolgt in Anlehnung an den Konstruktiven Entwicklungsprozess (KEP). Dabei werden alle Entwicklungsschritte bzw. -werkzeuge angewendet, die hier maßgebend sind.



Lich, Julian;
Entwicklung eines Autokollimationsfernrohrs zur simultanen Messung von Fluchtung und Richtung. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Zur Prüfung der Lage von Komponenten in der Optikmontage werden fokussierbare Autokollimationsfernrohre verwendet. Mit solchen ist es möglich, sowohl die Ausrichtung (Richtungsmessung), als auch die laterale Position (Fluchtungsmessung) von Messobjekten zu ermitteln. Die gleichzeitige Messung von Fluchtung und Richtung ist bei den bisher verwendeten Autokollimationsfernrohren nicht möglich, was gewisse Justierprozesse erschwert. Ziel der Bachelorarbeit war die Entwicklung eines Gerätes, das die simultane Messung von Fluchtung und Richtung einer spiegelnden Zielmarke erlaubt. Der Aufbau der Arbeit orientiert sich an den entwicklungsmethodischen Grundsätzen des Konstruktiven Entwickungsprozesses (KEP), entsprechend der "Ilmenauer Schule". Der Einführung und der Präzisierung der Aufgabenstellung folgt die Funktions- und Prinzipsynthese, die den Hauptteil der Arbeit darstellt. In dieser werden Lösungen für optische und mechanische Teilfunktionen erstellt, kombiniert und bewertet. Das Ergebnis der Bewertung ist ein optisches Gesamtprinzip, dessen Funktionsfähigkeit mit Versuchsaufbauten nachgewiesen wird. Es folgen abbildungsoptische Berechnungsgrundlagen und Fehlerrechnungsgleichungen für das gewählte optische Prinzip, sowie eine Diskussion und Klassifizierung möglicher Fehlerursachen. Zusammenfassung und Ausblick schließen die Arbeit ab. Mit der Bachelorarbeit werden notwendige Voraussetzungen für die Festlegung der optischen Parameter und die mechanische Konstruktion des Messgerätes geschaffen.



Piepereit, Harald;
Entwicklung einer menügesteuerten Auswerteplattform für Ebenheitsmessungen. - 37 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Eine Geräteanordnung zur Bestimmung der Ebenheit eines Prüfobjektes aus Beton wird halbautomatisch vom PC Programm Matlab aus gesteuert. In der Bachelorarbeit wird hierfür eine menügesteuerte Auswerteplattform entwickelt, welche unabhängig von Lizenzen funktioniert. Diese ermöglicht die Gerätesteuerung, die statistische Auswertung der Messwerte sowie die Datenverwaltung. Die Geräte werden um eine Klimastation und eine Richtwaage erweitert, die ebenfalls gesteuert und ausgewertet werden. Zudem wurde der Automatisierungsgrad deutlich erhöht und Maßnahmen zur Erhöhung der Sicherheit gegen Fehlbedienung eingeführt. Die Arbeit gliedert sich in sechs Kapitel. Im ersten Kapitel werden die genauen Anforderungen an die menügesteuerte Auswerteplattform und der Versuchsaufbau sowie die statistische Auswertung der Messdaten beschrieben. Im zweiten Kapitel wird das Konzept für die Programmstruktur und die Wahl der Programmiersprache erläutert. Im dritten Kapitel erfolgt die Beschreibung der Kommunikation zwischen der menügesteuerten Auswerteplattform und den Geräten. In Kapitel vier erfolgt die Darstellung der Dateistruktur und Verwaltung. Im fünften Kapitel wird ein Fazit gezogen um im letzten Kapitel ein Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten geboten.



Pino Samalvides, Eduardo Anibal;
Design of a counter torque device used in a torque standard machine. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Durch die steigenden Anforderungen an die Unsicherheit in der Drehmomentmessung in Wissenschaft, Forschung und Technik und insbesondere in der Feinmechanik, entstand die Notwendigkeit, eine neue Drehmoment-Normalmesseinrichtung zur präzisen Drehmomentmessung zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Umsetzung eines Gegendrehmomentgeräts, das in einer neuen Drehmoment-Normalmesseinrichtung auf Basis bewegter Massen verwendet wird, welche aktuell im Fachgebiet Feinwerktechnik der TU Ilmenau entwickelt wird. Diese Drehmoment-Normalmesseinrichtung hat einen Messbereich von 1 mNm bis 1 Nm und soll eine kleinere relative Unsicherheit Ur ≤ 1x10-5 (k = 2) erreichen. Zu Beginn des in der Arbeit gezeigten Entwicklungsprozesses des Gegendrehmomentgerätes, werden die Grundlagen und der Stand der Technik gezeigt. Nach spezifischen Anforderungen in einer Anforderungsliste, werden verschiedene mögliche Lösungen auf Basis von physikalischen und technischen Grundlagen entwickelt und bewertet. Aus dieser Bewertung wird die optimale Lösung ausgewählt, umgesetzt und überprüft.



Keßler, Tobias;
Konzeption einer Lasermikrobearbeitungsanlage mit Ultrakurzpulslaser. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Durch den zunehmenden Einsatz von Ultrakurzpuls-Lasern in der Lasermikrostrukturierung, besonders im Hochpräzisionsbereich, ist eine steigende Nachfrage an industrietauglichen Anlagen zu verzeichnen. Aufgrund dessen befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Konzeption einer Lasermikrobearbeitungsmaschine mit Ultrakurzpuls-Laser. Als Grundlage dafür dient die an der Technischen Universität Ilmenau entwickelte Konstruktionsmethodik. Die Schwerpunkte liegen dabei insbesondere auf der Erarbeitung eines Maschinengestells zur Fertigung aus Hartgestein, einer geeigneten Anordnung der Achs-Kinematiken, einer sinnvollen Platzierung der Prozessoptiken und die Integration der Ultrakurzpuls-Strahlquelle sowie des Schaltschranks in der Maschinenstruktur. Im Rahmen der Arbeit werden dafür notwendige Anforderungen aus Lastenheften evaluiert, eine Funktionssynthese angestellt, Laserbearbeitungsmaschinen erläutert und ein Einblick in die Ultrakurzpuls-Technologie sowie der Prozessoptiken verschafft. Zusätzlich werden durch Vorauswahlkriterien die Auswahlmöglichkeiten für Relativbewegungen eingegrenzt, die zu einer Spezifizierung der Gestell-Bauarten führen. Mittels einer Bauraumanalyse des Positioniersystems und einer Festlegung der Strahleinkopplung in die Prozessoptiken werden weitere Randbedingungen vorgegeben. Das erarbeitete und ausgewählte Maschinenkonzept dient mit der Bewertung, Diskussion und in Form eines 3D-Modells als Vorentwurf für anschließende Entwicklungsarbeiten.



Vasquez, Jesus;
Drehmomentenerzeugungseinrichtung auf Basis bewegter Massen. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Heute besteht eine zunehmende Nachfrage nach Kleinstdrehmomenten in verschiedenen Bereichen wie zum Beispiel: bei kleinsten Schrauben, Mikrogetrieben, Mikrowerkzeugen, Zahnimplantaten, Implantatschrauben aus Knochenmaterial. Dieser Bereich der Feinwerktechnik beschäftigt sich mit sehr kleinen und präzisen Produkten. Auch bei Kleinstdrehmomenten ist es wichtig zu wissen, mit welchem Drehmoment eine Verschraubung festgezogen wurde [1]. Die bestehende Drehmoment-Normalmesseinrichtungen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) nutzen ein Hebelarm-Masse-System auf Basis des Dead Weight Principle und erzeugen Drehmomente von 1 mNm bis 1Nm mit einer relativen Messunsicherheit von Ur ≤ 1x10-4 (k = 2) [2]. Und Ziel dieser Arbeit ist es, einen Versuchsaufbau zu konzipieren, der zur Realisierung der Drehmomenten auf Basis bewegter Massen nach dem Jockey-Weight-Principle und mit einer kleineren relativen Messunsicherheit Ur ≤ 1x10-5 (k = 2) begrenzt wird, um kleine Drehmomentaufnehmer zu kalibrieren. Die Grundlagen und der Stand der Technik werden zu Beginn dieser Arbeit gezeigt. Nachdem die spezifischen Anforderungen in einer Anforderungsliste erstellt worden sind, werden die Prinzipe dargestellt und bewertet. Schlagwörter: kleines Drehmoment, relative Messunsicherheit, Drehmoment-Normalmesseinrichtungen



Jünger, Florian;
Universell einsetzbares Lageausgleichssystem für Greifer. - 107 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Bei der Robert Bosch Fahrzeugelektrik GmbH in Eisenach werden elektronische Bauelemente für die weitere Verarbeitung in einem Montageautomat auf einem Pappträgerstreifen zugeführt. Die Relativlage der Bauelemente weist eine so große Lagetoleranz auf, dass diese nicht an einer festen Position mit einem Greifer aufgenommen werden können. Aus diesem Grund wurde ein Modul eingesetzt, welches die Positionstoleranz des Bauteils zum Greifer ausgleicht. Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung dieses Lageausgleichsmodules. Der Lageausgleich erfolgt translatorisch in der Ebene sowie rotatorisch um eine dazu senkrecht stehende Drehachse. Der Greifer soll sich dabei selbstständig entsprechend der Bauteillage ausrichten. Weitere wesentliche Forderungen bestehen darin, das Bauteil möglichst wenig durch Kräfte und Momente zu belasten, eine verschleißfreie Bewegung zu ermöglichen, sowie eine Zentrierung des Greifers in einer Endlage zu garantieren. Nach der Einarbeitung in die Thematik wurde wie folgt verfahren: 1. Analyse des vorhandenen Ausgleichsmodules und des Stands der Technik; 2. Aufzeigen von nötigen Optimierungen; 3. Abarbeitung aller Syntheseschritte zur Entwicklung eines neuen / weiterentwickelten Ausgleichsmodules. Anforderungsliste, Funktionsstruktur, Prinziperarbeitung und Prinzipbewertung nach Funktion und Wirtschaftlichkeit) Im Ergebnis erwiesen sich zwei Prinzipe als besonders geeignet. Diese basieren auf der Verwendung von Luftlagerelementen bzw. Federelementen. Diese beiden Prinzipe wurden konstruktiv umgesetzt, gefertigt und erprobt. Im Ergebnis der Erprobung stellte sich das Prinzip mit dem Luftlagerelement auf Grund geringerer Komplexität und höherer Funktionssicherheit als geeigneter dar. Den Abschluss dieser Arbeit bildet ein Ausblick auf die weitere technologische Verbesserung des Lageausgleichsmoduls.