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Automatisierte Erstellung eines FEM-Modells zur Berechnung und Ergebnisauswertung von Schraubenzugfedern mit Calculix. - Ilmenau. - 108 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Schraubenzugfeder ist eine der am häufigsten verwendeten Federformen im Industriebereich. Im Vergleich mit der Schraubendruckfeder sind die Windungen der Schraubenzugfeder normalerweise vorgespannt, was zur Vorspannkraft 0 und Vorspannung innerhalb der Windungen führt, auch wenn keine externen Belastungen existieren. Im Betrieb kann sich der Durchmesser der Windungen leicht ändern. Die Ösen von Schraubenzugfedern können sehr unterschiedlich gestaltet werden, bei den Ösen werden die Torsions- und Biegespannung im Betrieb überlappen. Zusätzlich begünstigt die Drahtkrümmung die maximale örtliche Spannung des Wickelkörpers. Diese Effekte führen dazu, dass die genaue Festigkeitsberechnung der Schraubenzugfeder nur mit Hilfe der Finite-Elemente-Analyse zu realisieren ist. In Rahmen dieser Arbeit werden Programme mit Hilfe der Python-Sprache entwickelt, womit die CAD-Modelle von Schraubenzugfedern mit unterschiedlichen Ösenformen automatisiert jeweils in FreeCAD erstellt und in Salome-Platform vernetzt werden können. Die FE-Analyse erfolgt in dem FE-Löser CalculiX. Alle in dieser Arbeit verwendeten Softwares verfügen über kostenfreie öffentliche Lizenzen. Die Qualität der erstellten CAD-Modelle und die Genauigkeit der FE-Analyse werden letztendlich durch die Validierungen und den Vergleich mit den Simulationsergebnissen von ANSYS bewertet.



Braemer, Christian;
Messtechnische Bestimmung der Schiefstellung von Schraubendruckfedern. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit ist eine messtechnische Bestimmung der Schiefstellung von Schraubendruckfedern zu entwickeln und als "konkretisiertes technisches Prinzip" darzustellen. Die entstehende Maschine soll die Mantellinienabweichung e1 und Parallelität e2 einer Schraubendruckfeder zerstörungsfrei bestimmen und darstellen können. Für die Entwicklung dieser wurde eine Literatur- und Patentrecherche zu den Einflussgrößen und Ursachen der Schiefstellung sowie zu bereits bekannten Bestimmungsmöglichkeiten der Schiefstellung angefertigt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurde die messtechnische Bestimmung der Schiefstellung als "konkretisiertes technisches Prinzip" entwickelt.



Entwicklung eines Vorrichtungskonzeptes für eine Zylinderprüfbank zur Ermittlung mechanischer Kenngrößen. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

In dieser Arbeit wird eine Zylinderprüfbank zur Ermittlung mechanischer Kenngrößen an Fahrwerkskomponenten von Flugzeugen konzipiert. Die Erarbeitung erfolgte in Anlehnung an den beschriebenen Entwicklungsprozess in der VDI 2221 (1). Ergebnis der Arbeit ist es einen technischen Vorentwurf der Vorrichtung für die Zylinderprüfbank zu entwerfen, welche Kräfte, Wege und Geschwindigkeiten in unterschiedlichen Messbereichen erzeugen, aufnehmen und aufzeichnen kann. Zu Beginn der Arbeit werden die Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt erarbeitet. Im Anschluss wird das System abstrahiert und in Teilfunktionen zerlegt. Anschließend erfolgte eine Markt- und Patentrecherche von Messkonzepten. In der darauffolgenden Prinzipsynthese wird die Lösungsfindung, auf Basis der Funktionsstruktur, in zwei Teilschritte geteilt. Teil Eins befasste sich mit der Krafterzeugungsthematik, auf dieser Vorbetrachtung aufbauend erfolgte im zweiten Teil die Gesamtbetrachtung des Systems. Die Prinzipien werden dabei mit der Auswahlhilfe nach Pahl/ Beitz (2) auf technische Anwendbarkeit eingeschränkt. Im nächsten Abschnitt diente die selektierte Prinziptabelle als Grundlage zur Erstellung der Wirkstrukturen. Diese Wirkstrukturen wurden anschließend nach VDI 2225 (3) und nach Pahl/ Beitz (2) bewertet. Folgend wird die beste Wirkstruktur überarbeitet und optimiert. Funktionsrelevante Elemente werden detaillierter betrachtet und mit technischen Lösungen besetzt. Desweiteren werden Maßgebenden Module dimensioniert und technisch ausgelegt.



Weimann, Tom-Luis;
Untersuchung des Versagensverhaltens von faserverstärkten Kunststoff-Bändern im Sandwich-Strukturaufbau unter Torsionsbelastung. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Faserverbundkunststoffe finden in der Technik eine breite Anwendung. Auch im Bereich der technischen Federn wurden sie bereits erfolgreich in Schraubendruck- und Blattfedern eingesetzt. Mit fortschreitender Entwicklung sollen speziell auch Kegeldruck-Federn aus faserverstärktem Kunststoff ihren Weg in die Anwendung finden. Um dabei die Fertigung der Federn zu ermöglichen und die mechanischen Eigenschaften der Faserverbundkunststoffe gegenüber herkömmlichem Federstahl konkurrenzfähig zu machen, soll eine Sandwich-Struktur zum Einsatz kommen. Daher wird in dieser Arbeit eine "Untersuchung des Versagensverhaltens von faserverstärkten Kunststoff-Bändern im Sandwich-Strukturaufbau unter Torsionsbelastung" vorgenommen. Zu Beginn werden die für das Thema benötigten Grundlagen der faserverstärkten Kunststoffe behandelt. Neben dem Aufbau wird auch das Werkstoffverhalten von Faserverbundkunststoffen unter statischer Belastung beschrieben. Hierzu werden Versagensarten und -kriterien, die klassische Laminattheorie und ein analytisches Modell zur Berechnung der Torsionssteifigkeit eingeführt. Anschließend werden die Teilaufgaben und Zielstellungen definiert und Vorüberlegungen in Form einer Auswahl des Laminataufbaus und der Material-Kombinationen getroffen. Im nächsten Schritt werden die gefertigten Probekörper auf ihre Qualität untersucht. Um die mechanischen Eigenschaften der Sandwich-Bänder zu bestimmen werden anschließend statische Torsionsversuche bis zum Bruch durchgeführt. Auf Basis der gewonnen Versuchsdaten wird ein Simulationsmodell und eine analytische Methode zur Berechnung der Torsionssteifigkeit bewertet. Abschließend wird durch eine zweistufige Bewertung eine Material-Kombination empfohlen, die ein hohes Potential bietet um in Kegeldruck-Federn eingesetzt zu werden.



Lagutko, Dmitrii;
Automatisierte Erstellung eines FEM-Modells zur Berechnung und Ergebnisauswertung von Schraubendruckfedern mit Calculix. - Ilmenau. - 92 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Belastung von mechanischen Bauteilen, so auch von Schraubendruckfedern, führt zum Auftreten von Spannungen. Aufgrund der Drahtkrümmung sind diese bei Schraubendruckfedern örtlich erhöht. Außerdem ändert sich im Betrieb der Durchmesser des Wickelkörpers und kommen die Übergangs-windungen in Kontakt. Die Berücksichtigung dieser Effekte mit hoher Präzision ist nur mittels Finite-Elemente-Simulationen möglich. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird ein automatisiertes CAD-Modell von Baugruppe mit einer Schraubendruckfeder und zwei Federtellern aus von Benutzer eingegebenen Parametern in SALOME (freies, unter der GPL stehendes CAD-Programm) aufgebaut. Dieses Modell wird automatisch mit Netgen Mesh Generator vernetzt und für eine Finite-Elemente-Simulation vorbereitet. Die Simulation von erwünschter Einfederung wird weiter mit Calculix (freies, unter der GPL stehendes Finite-Elemente-Programm) durchgeführt. Die Evaluation der entwickelten Software wird anhand von Vergleichen der Simulationsergebnisse mit analytischen Berechnungen und Referenz-Ergebnissen aus ANSYS Workbench vorgenommen und bewertet.



Otto, Christian;
Automatisierte Erstellung eines FEM-Modells zur Berechnung und Ergebnisauswertung von Faserverbundfedern. - Ilmenau. - 109 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der automatisierten Erstellung von FEM-Modellen zur Berechnung und Ergebnisauswertung für Flachspiral- und Kegeldruckfedern aus Faserverbundwerkstoffen. Ausgehend vom Stand der Technik erfolgt in einem ersten Schritt die Erzeugung des Geometriemodells der jeweiligen Federsorte unter Zuhilfenahme der Programme Excel und ANSYS. Basierend auf hergeleiteten Berechnungsvorschriften wird dazu die Bandmittellinie bzw. die Helix der Federn ermittelt. Im Anschluss kommt es zum Aufbau des Laminats unter Einbeziehung möglicher Faser- und Matrixwerkstoffe. Das resultierende Simulationsmodell wird anschließend mit Kontakten und Randbedingungen versehen. Die Ergebnisse der darauffolgenden Simulation sind die Gesamtverformung der jeweiligen Feder sowie die zugehörige Federkennlinie. Zur Evaluierung der Simulationsergebnisse erfolgt der Vergleich mit Kennlinien aus praktischen Versuchen. Eine Auswertung des Versagensverhaltens der Federn geschieht ebenfalls in der ANSYS-Umgebung. Zur Definition der Simulationsparameter wird darüber hinaus eine Benutzeroberfläche im Programm Microsoft Excel geschaffen. Die Berechnung der einzelnen Parameter wird durch integrierte Makros realisiert, denen ein Visual-Basic-Code zu Grunde liegt. Dadurch wird eine Schnittstelle zwischen ANSYS und Excel erzeugt. Das wesentliche Ergebnis der Arbeit ist die automatisierte Erstellung von FEM-Simulationen zweier Federarten unter Berücksichtigung von Faserverbundmaterialien als Federwerkstoff.



Titze, Stefan;
Untersuchungen zu mechanischen Eigenschaften von Bändern aus Faserverstärkten Kunststoffen unter Torsionsschwellbelastung. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Diese Masterarbeit behandelt die Untersuchung von Bändern aus faserverstärkten Kunststoffen unter Torsionsbelastung. Zu Beginn werden die Grundlagen des Materials und die Recherche nach Normen zur Prüfung dargestellt. Nachdem die Aufgabenstellung präzisiert und Ziele gesetzt wurden, wird die Probekörperform festgelegt, sowie der Aufbau der Simulation und ein analytisches Modell zu Untersuchung der Bänder vorgestellt. Daraufhin werden die vorhandenen Prüfmittel behandelt. Um die Bänder entsprechend prüfen zu können, wird die Konstruktion einer Herstellungsform sowie einer Spannzange durchgeführt und dokumentiert. Nachdem das entsprechende Herstellungsverfahren beschrieben wurde, erfolgt eine Untersuchung des Faservolumengehalts zweier Proben. Anschließend werden die Proben im Ausgangszustand untersucht und mit sieben Bändern statische Torsionsversuche durchgeführt. Mit 48 Proben finden dynamische Torsionsschwellversuche statt. Unterschieden wird hierbei zwischen den Vorversuche zur Ermittlung des zu nutzenden Mittelwinkels sowie der Amplitude und der durchgeführten Versuchsreihe mit je acht Proben auf vier Lastniveaus. Im vorletzten Kapitel werden die Versuchsergebnisse ausgewertet. Hierbei werden die Ergebnisse der statischen Versuche mit dem analytischen Modell und den Simulationen verglichen. Außerdem werden die Ergebnisse der Simulationsvariationen und der analytischen Lösung gegenübergestellt. Des Weiteren werden die dynamischen Torsionsschwellversuche ausgewertet. Abschließend werden die Schädigungen analysiert und ein Ansatz für die Anpassung der Kennlinie für Bänder mit anderen Geometrien vorgestellt.



Zindel, Niklas;
Erarbeitung einer Methodik zur Bestimmung der Betriebsfestigkeit von Getriebebauteilen im Sitzbereich. - Ilmenau. - 101 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Ziel dieser Arbeit ist es, zeit- und kostenintensive Betriebsfestigkeitsversuche an Getrieben im Sitzbereich rechnerisch abzubilden und eine Vorgehensweise für Festigkeitsnachweise zu erarbeiten. Dafür wird ein vollständiger Festigkeitsnachweis nach FKM-Richtlinie an drei Varianten eines Bauteils der elektrischen Sitzhöhenverstellung durchgeführt und dessen Aussagekraft an Versuchen geprüft. Zunächst werden die Betriebsfestigkeitsanforderungen an Getriebe für Sitzverstellungen aufgezeigt und die Anwendbarkeit der FKM-Richtlinie für diese kontrolliert. Für den Nachweis werden zuerst die Randbedingungen aus den Pflichtenheften entnommen. Anschließend kommen verschiedene Simulationsprogramme zur Bestimmung der auftretenden Belastungen und Beanspruchungen zum Einsatz. Schließlich wird der Nachweis in einer Excel-Datei aufbereitet. Als Ergebnis des durchgeführten Nachweises werden Handlungsempfehlungen für weitere Nachweise abgeleitet. Außerdem wird der Festigkeitsnachweis mit üblicher Berechnungssoftware verglichen. Zusätzlich werden die Einflüsse verschiedener Bauteilkennwerte auf die Betriebsfestigkeit untersucht und Konstruktionshinweise gegeben.



Schreiner, Nico;
Entwicklung einer Knowledge Based Engineering Anwendung zur automatisierten Erzeugung von 3D-Modellen und Zeichnungen für Zahnradpaare von Sitzverstellgetrieben. - Ilmenau. - 118 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird eine Knowledge Based Egineering Anwendung entwickelt, die den Auslegungsprozess von Getrieben unterstützt und effizienter gestaltet. Die Anwendung ermöglicht dabei die Verwaltung von Verzahnungsauslegungen über eine Datenbank sowie die automatisierte Erzeugung der 3D-Modelle eines Zahnradpaares und der zugehörigen Zeichnungen. Die Arbeit erläutert zunächst die aktuelle Vorgehensweise bei der Getriebeauslegung in der Sitzentwicklung der Firma Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG und stellt das Verbesserungspotential dar. Anhand dessen wird in einer Marktrecherche festgestellt, dass eine eigene Entwicklung der Anwendung am sinnvollsten ist. In der folgenden Konzeptphase werden Konzepte für die Modell- und Zeichnungserzeugung sowie die Anwendung entwickelt. Weiterführend werden auf Basis der Konzepte ein parametrisierte CAD- und Zeichnungsmodell erzeugt. Die Übertragung der notwendigen Parameter erfolgt ebenso wie das Einlesen der Parameter aus der Verzahnungsauslegungssoftware KISSsoft mit Hilfe der in der Programmiersprache C# erstellten Anwendung. Das erzeugte CAD-Modell kann durch den parametrischen Aufbau einfach an neue Arbeitsstände angepasst werden. Dabei werden sowohl Profillinien- und Flankenlinienmodifikationen als auch die Konfiguration einer Rippengeometrie über die Benutzeroberfläche berücksichtigt. Abschließend kann der Anwender über die Anwendung die Verzahnungstabelle automatisiert erstellen und auf der Zeichnung einfügen lassen.



Schleichert, Johannes; ,
Relaxationsverhalten von Schraubendruckfedern. - In: Neueste Erkenntnisse zu Funktion, Berechnung, Prüfung und Gestaltung von Federn und Werkstoffen, (2019), S. 139-150