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INHALTE

Veröffentlichungen aus 2007 / Fakultät MB

Entwurf einer modularen Steuerung für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen / von Sebastian Frank
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - IX, 121 S.
ISBN 978-3-939473-23-7
Preis: 14,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) sind Werkzeuge, die den Zugang zum Nanometerbereich ermöglichen. Durch die spezielle Konstruktion der Maschinen ist es möglich, auch in großen Arbeitsbereichen (Ziel: 350 x 350 x 50 mm³), Objekte mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern zu positionieren und mithilfe geeigneter Messsysteme zu vermessen. Die denkbaren Einsatzgebiete sind dabei nicht auf die Vermessung nanostrukturierter Bauteile begrenzt, sondern dringen durch die Entwicklung geeigneter Nanowerkzeuge auch in den Bereich der gezielten Bearbeitung kleinster Objekte vor. Durch den Einsatz geeigneter Programme werden die Fachleute auf dem Gebiet der Messtechnik in die Lage versetzt, die Leistungsfähigkeit der NPM-Maschine auszunutzen, ohne selbst zu Softwarespezialisten werden zu müssen. Die vorliegende Dissertation zeigt die Ergebnisse des Entwurfs einer modularen Steuerung für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. Die wichtigsten Ergebnisse der Dissertation sind zunächst der vollständige Entwurf eines NPM-Maschinenbefehlssatzes auf der Basis des Datenformates XML. Dieser spezielle Datensatz bildet die Grundlage für einen grafischen Programmeditor zur Erstellung von Messprogrammen für NPM-Maschinen. Der Bediener kann mithilfe des Editors auf grafischem Wege, unterstützt durch entsprechende Dialoge zur Parametrierung der Befehle, umfangreiche Messprogramme erstellen. Diese werden ebenfalls in Form von XML-Dateien gespeichert. Die Abarbeitung der Messprogramme wird von einem neu programmierten Interpreter realisiert. Dieser dient der Steuerung des Programmablaufes und der Überwachung von Fehlerzuständen. Ein weiterer wichtiger Teil der Dissertation beschäftigt sich mit den Teleservicefunktionen für NPM-Maschinen. Die Ergebnisse zahlreicher Untersuchungen zu Technologien zur Realisierung verteilter Anwendungen führten zur Entwicklung eines Webdienstes, der der Maschinendiagnose dient. An einem weiteren Beispiel in Form einer Handsteuerung für die NPM-Maschine wurden die Möglichkeiten der Fernsteuerung und die Echtzeitvisualisierung des Maschinenzustandes demonstriert. Für alle aufgeführten Gebiete werden die damit im Zusammenhang stehenden Technologien ausführlich beschrieben.

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Analytische und experimentelle Untersuchung der Mensch-Maschine-Schnittstellen von Pkw-Bremsanlagen / von Ralf Trutschel
 
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XV, 189 S.
(Kraftfahrzeugtechnische Berichte ; 1)
ISBN 978-3-939473-14-5
Preis: 22,50 € 

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007 

Inhalt:
Moderne Pkw zeichnen sich durch einen hohen technischen Stand aus und sind für den Kunden technologisch immer weniger differenzierbar. Deshalb sind Eigenschaften, die in der unmittelbaren Interaktion mit dem Fahrzeug erlebt werden, bedeutende Differenzierungsmerkmale. Der Betriebsbremse kommt hierbei besondere Bedeutung zu, weil sie den Fahrprozess und damit die aktive Fahrzeugsicherheit unmittelbar betrifft. Da es der Fahrzeugforschung bisher nicht gelungen ist, zuverlässige Methoden zur zielgerichteten Entwicklung des „Bremspedalgefühls“ bereitzustellen, wird die kritische Auseinandersetzung mit der bisherigen Methodik und den erarbeiteten Ergebnissen zunehmend gefordert. Die vorliegende Arbeit greift diese Forderung auf und verfolgt sie systematisch. Zunächst wird der veröffentlichte Stand kritisch analysiert. Nach der grundsätzlichen Auseinandersetzung mit der mechanischen Mensch-Maschine-Interaktion folgt die Charakterisierung der Teilsysteme „Fahrer“ und „Fahrzeug“ sowie der Fahrer- Fahrzeug-Interaktion beim Abbremsen. Auf dieser Grundlage werden drei Schwerpunkte verfolgt. Zunächst wird eine objektive Methode zur Beschreibung der Pedalund Bremscharakteristik moderner Mittelklasse-Pkw entwickelt. Resultat sind u. a. eine Pedalbetätigungsautomatik zur experimentellen Identifikation sowie ein parametrisches Modell, das die Pedal- und Bremscharakteristik bei Komfortbremsungen umfassend beschreibt. Den zweiten Schwerpunkt bilden Subjektiv-Objektiv- Untersuchungen. Eingesetzt wird das Forschungsfahrzeug PEGASYS, dessen besonderes Merkmal die Fähigkeit zur modellbasierten Veränderung der Pedal- und Bremscharakteristik ist. Nach der Beschreibung wesentlicher Anforderungen an eine authentische Haptiksimulation und deren technische Umsetzung in PEGASYS werden Probandenfahrversuche vorgestellt, die Auskunft über das Betätigungsverhalten des Normalfahrers, die subjektive Wirkung objektiver Parameter und das Potenzial neuartiger Konzepte für die Pedal- und Bremscharakteristik geben. Aus den Ergebnissen werden Gestaltungsrichtlinien für komfortoptimale Pedal- und Bremscharakteristiken abgeleitet. Der dritte Schwerpunkt ist schließlich die Benennung konstruktiver Einflussgrößen auf die Pedal- und Bremscharakteristik. Zu diesem Zweck wird ein detailliertes physikalisches Modell der Bremsanlage eines Mittelklasse-Pkw entwickelt. Anhand von Messungen und Simulationsrechnungen werden die Merkmale der Schnittstellencharakteristik bis zur Einzelkomponente zurückverfolgt. Die Arbeit schließt mit Vorschlägen für Schwerpunkte zukünftiger Forschungstätigkeit zur Mensch-Maschine-Interaktion beim Abbremsen. 

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Einige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Struktur und der Eigenschaften von PZT-Keramik-Fasern / von Juliane Heiber
Ilmenau: Univ.-Verl. Ilmenau, 2007.  - XLVI, 126 S.
ISBN 978-3-939473-19-0
Preis: 19,80 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
PZT-Fasern können über verschiedene Verfahren in einem breiten Durchmesserspektrum hergestellt werden (5 µm bis 1000 µm). Während des Sinterprozesses von PZT-Materialien kommt es zum Verdampfen von Bleioxid. Es ist daher zu erwarten, dass bei gleichen Sinterbedingungen der Durchmesser einen Einfluss auf die mikrostrukturellen und dadurch auch auf die elektromechanischen Eigenschaften der Fasern hat.In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Durchmessers extrudierter Grünfasern im Bereich zwischen 70 µm und 300 µm und damit des Oberflächen/Volumen-Verhältnisses auf das Gefüge und die daraus resultierenden ferroelektrischen Eigenschaften keramischer PZT-Fasern untersucht.In Abhängigkeit vom Durchmesser und den Sinterparametern (Temperatur, Zeit) konnten für Fasern, die in einer PbO-reichen Atmosphäre gesintert wurden, folgende Zusammenhänge gefunden werden: Fasern mit kleineren Abmessungen können bei niedrigeren Temperaturen und kürzeren Haltezeiten dicht gesintert werden und weisen bei höheren Temperaturen und längeren Haltezeiten ein ausgeprägtes Kornwachstum auf. Bei gleichen Sinterbedingungen bestehen dünnere Fasern außerdem aus einem höheren Anteil an rhomboedrischer Phase. Gleichzeitig ändert sich die Phasenzusammensetzung über den Faserdurchmesser. Der Anteil an rhomboedrischer Phase nimmt von außen nach innen ab, der an tetragonaler Phase zu. Im Hinblick auf den Einfluss der Porosität, der Korngröße und der Phasenzusammensetzung auf die ferroelektrischen Eigenschaften der Fasern konnten die aus der Literatur bekannten Abhängigkeiten bestätigt werden.Für die technische Umsetzung bedeutet dies, dass beim Sintern in einer PbO-reichen Atmosphäre die Sinterparameter an die jeweiligen Faserdurchmesser angepasst werden müssen, um die optimalen ferroelektrischen Eigenschaften für die jeweiligen Faserabmessungen erzielen zu können.

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Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Wärmetransport in einem Automobilscheinwerfer / von Stepan Zenin
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - IX, 101 S.
ISBN 978-3-939473-16-9
Preis: 17,60 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Arbeit wird der Wärmetransport in einem Automobilscheinwerfer numerisch und experimentell untersucht. Der Wärmetransport wird durch das gleichzeitige Auftreten von Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung charakterisiert. Im vorliegenden Fall dominiert Strahlung den Wärmetransport. Durch die gekoppelten Transportmechanismen bilden sich lokale Überhitzungen (sog. Hot Spots) an Gehäuse und Abschlussscheibe. Das Entstehen dieser Hot Spots und damit ein Verständnis des Wärmetransports gehören zu den Schwerpunkten der Arbeit. Zur Modellierung des gekoppelten Wärmetransports werden zwei- und dreidimensionale numerische Modelle entworfen. Die numerische Simulation wird mit Hilfe eines kommerziellen Strömungssimulationsprogramms STAR-CD durchgeführt, das über die DTRM-Methode zur Strahlungsberechnung verfügt. Diese Methode beschränkt die Strahlungsberechnung auf die diffuse Komponente. Die gerichtete Komponente bleibt zunächst unberücksichtigt. Das Verhalten des Wärmetransports wird in 2D-Modellen in verschiedenen Kombinationen untersucht: reine Konvektion, reine Strahlung und Konvektion gekoppelt mit Strahlung. Als Ergebnis werden Korrelationen zum Wärmeübergang ermittelt und daraus Maßnahmen zur Reduzierung des Temperaturniveaus des Hot Spots abgeleitet. Dazu zählen die Erhöhung der konvektiven Kräfte (Erhöhung der Ra-Zahl), die Reduzierung des Emissionsgrads der Lampe und die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Abschlussscheibe (Reduzierung Rl). Anschließend werden die Ergebnisse aus der 2D-Simulation in der 3D-Geometrie verifiziert. Neben der numerischen Modellierung werden die strömungsmechanischen Phänomene auch experimentell untersucht. Dafür werden Versuchsmodelle zur Strömungs- und Temperaturanalyse aufgebaut. Die Strömungsanalyse wird mit Hilfe eines optischen PIV- Messverfahrens (Particle Image Velocemetry) durchgeführt. Damit wird sowohl das globale Strömungsfeld als auch die Strömung in der Nähe des Hot Spots an der Scheibe analysiert. In einem weiteren Experiment wird das Verhalten des Hot Spots in Abhängigkeit vom Innendruck experimentell untersucht. Mittels der Druckvariation wird das Verhältnis zwischen Konvektion und Strahlung verändert. Dazu wird der Wärmetransport in einem Parameterbereich untersucht, für den bisher keine Untersuchungen vorliegen. So kann die Ra- Zahl im Bereich 10 < Ra < 1000000 variiert werden. Zur Analyse des Wärmeübergangs wird eine neuartige Messmethode vorgestellt, die auf dem Einsatz einer Leuchtdichtemesskamera in Verbindung mit thermochromen Flüssigkristallen basiert. Diese Methode wird zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung auf der Innenseite des Modells eingesetzt. Gleichzeitig wird die Temperaturverteilung an Außenoberflächen mittels Infrarot- Messkamera erfasst. Dadurch können Aussagen zum Wärmeübergang an der Abschlussscheibe getroffen werden. Die Anwendung dieser Methode an einem Scheinwerfermodell zeigt die Genauigkeit von +/- 0.35 im Vergleich zu Standardmethoden. Die Erkenntnisse aus numerischen und experimentellen Untersuchungen werden für die Analyse des Wärmetransports in einem realen Scheinwerfer angewandt. Die DTRM-Methode mit der diffusen Strahlung führt zu großen Abweichungen zur Realität. Zur Verbesserung der Strahlungsmodellierung wird eine optimierte Berechnungsmethode entwickelt, die auf der Kopplung zwischen einem kommerziellen Strömungssimulationsprogramm und einem Ray Tracing Programm beruht. Mit diesem Verfahren gelingt es, die korrekte Lage des Hot Spots und dessen Temperaturniveau in realer Geometrie zu bestimmen.

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Ein Beitrag zur Anwendung der Theorie undulatorischer Lokomotiven auf mobile Roboter / von Khaldoun Abaza
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - VIII, 126 S.
ISBN 978-3-939473-12-1
Preis: 15,00 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006

Inhalt:
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen undulatorische Lokomotionssysteme. In diesem Zusammenhang wurden die Begriffe Undulation und Lokomotion definiert. Die gerichtete Ortsveränderung natürlicher oder technischer Systeme ist generell als Lokomotion zu verstehen, aber es erweist sich als schwierig, eine aus Sicht der Mechanik umfassende Definition des Begriffes Lokomotion zu geben. . Er wurde in dieser Arbeit, mathematisch, wie folgt beschrieben: Lokomotionssysteme sind technische Systeme, die in der Lage sind, alle ihre Punkte in einem ausgewählten charakteristischen Zeitintervall zu bewegen, wobei durchaus Größe und Richtung der Lageänderung der Punkte verschieden sein können. Die Mechanik versteht unter Undulation die Bewegung durch eine Erregung der Aktuatoren des Systems, die sowohl von außen kommen oder im Inneren erzeugt werden kann. Der Aktuator erzeugt seinerseits eine in der Regel periodische Gestaltänderung, welche durch die Wechselwirkung mit der Umgebung eine globale Lageänderung erzeugt. In der vorliegenden Arbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme theoretisch und mittels zweier entwickelter Prototypen untersucht. Der Prototyp (TM-ROBOT) wurde nach dem undulatorischen Bewegungsprinzip des Regenwurms (Längenänderung von Segmenten) aufgebaut. Ein Bewegungssystem, das für die Bewegung das peristaltische Bewegungsprinzip nutzt, bewegt sich mit periodischen Verformungen seines Körpers und nichtsymmetrischen Reibkräften unter Einbeziehung der Wechselwirkung mit der Umgebung. Der Prototyp (MINCH-ROBOT) im Rahmen dieser Arbeit ist ein Mikroroboter, der keine klassische undulatorische Lokomotion umsetzt. Er besteht aus einem Piezoaktuator und ist mit zwei passiven Beinen und einem Schwanz ausgerüstet. Die Undulation besteht in der Übertragung von den hochfrequenten Schwingungen seines Körpers (Piezoaktuator) auf die Beine. Somit werden komplexe räumliche Trajektorien der Beinendpunkte erzeugt. Bei dem Steuerprinzip dieses Mikroroboters spielt die Nichtsymmetrie der beiden Beine eine wesentliche Rolle. Diese (absichtlich realisierte) Nichtsymmetrie zwischen rechtem und linkem Bein ist die Ursache für eine Verschiebung der Resonanzbereiche der Beine. Damit wird der Roboter in seiner Richtung steuerbar. Numerische Simulationen der beiden Prototypen und Messungen an realem Objekt stützen die Theorie dieser Arbeit, die sich somit in das breite Feld der Lokomotionssysteme eingliedert.

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Validierung von Methoden zur Berechnung und Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen / von Bernd Graf
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XIV, 133 S.
ISBN 978-3-939473-11-4
Preis: 27,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
Komfortansprüche und Gesetzesvorgaben bezüglich der Lärmemission von Kraftfahrzeugen erfordern immer exaktere und effizientere Werkzeuge zur Simulation der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen. Der Autor untersucht und entwickelt in der vorliegenden Arbeit Techniken, um die kombinierte Methode der Finiten-Elemente und der Boundary-Elemente quantitativ zu bewerten und deren Effizienz zu erhöhen.
Gestaltungsrichtlinien werden aufgestellt, um die Anzahl der Optimierungszyklen zur Findung der „leisesten" Verrippung von Gehäusen zu verringern.

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Eine flexible akustische Messmethode zur Detektierung von verzahnungstechnischen Problemen / von Daniel Bader
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XI, 124 S
ISBN 978-3-939473-09-1
Preis: 14,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006 u.d.T.: Bader, Daniel: Entwicklung einer flexiblen akustischen Messmethode zur Detektierung von verzahnungstechnischen Qualitätsproblemen

Inhalt:
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erkennung kleinster Instationaritäten in Schwingungssignalen aus dem Bereich automobiler Verzahnungen.
Ausgehend von den bekannten Methoden der Schwingungsanalyse und den zu erkennenden Signalanteilen werden grundlegende Anforderungen an eine Analyseumgebung abgeleitet. Basierend auf den abgeleiteten Anforderungen wird ein modulares Analysewerkzeug entwickelt, das als Kernfunktion die schnelle Diskrete Wavelet-Transformation nutzt. Dessen praktische Anwendbarkeit wird durch Untersuchungen zur Erkennung von Einzelfehlern an Verzahnungen von Massenausgleichssystemen nachgewiesen. Um die Flexibilität der entwickelten Messmethode deutlich zu machen, werden weiterhin Eingangsuntersuchungen an typischen Phänomenen der Bremsentechnik durchgeführt.
Es zeigt sich, dass von gestörten Signalen aus rauen Umgebungen, bei denen die Standardauswertemethoden versagen, unter Nutzung der Wavelet-Transformation im Zusammenspiel mit einer geeigneten Analysestrategie qualitativ hochwertige Ergebnisse gewonnen werden können.

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http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7566

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