FE–Simulation realer Pruefverfahren an gezogenen Draehten. - Ilmenau. - 75 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Die Finite-Elemente-Simulation ist zu einem Schlüsselwerkzeug für die Analyse und Optimierung von Engineering-Prozessen geworden, da sie die Analyse einer großen Anzahl von Bedingungen zu relativ geringen Kosten ermöglicht. In dieser Arbeit wurde dieses Tool zur Analyse eines mehrstufigen Drahtziehprozesses sowie zur Durchführung von Zug- und Torsionsversuchen eingesetzt. Ziel ist es, verschiedene Verfestigungsmodelle für den Drahtziehprozess und Prüfverfahren zu evaluieren. Die Simulation des Zugversuchs wurde für den Draht nach jeder Ziehstufe durchgeführt und die Ermittlung der wichtigsten mechanischen Parameter automatisiert. Anschließend werden diese mit Messwerten verglichen, um die mit den unterschiedlichen Verfestigungsmodellen erzielten Ergebnisse zu analysieren. Ebenso werden die Schädigungswerte nach den Kriterien von Cockroft und Latham für den Drahtziehprozess, für den Zugversuch und die Gesamtschädigung im Draht nach jeder Stufe des gezogenen und geprüften Drahtes berechnet. Alle diese Verfahren wurden mit den verschiedenen ausgewählten Verfestigungsmodellen durchgeführt. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse analysiert, die gewonnenen Schlussfolgerungen und die Projektion von Perspektiven für die zukünftige Forschung präsentiert
Entwicklung eines Versuchsstandes für den Hin- und Herbiegeversuch für Metalldrähte in Anlehnung an DIN ISO 7801, jedoch mit konstanter Dehnung. - Ilmenau. - 154 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2022
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konstruktion eines Versuchsstands für den Hin- und Herbiegeversuch von Metalldrähten nach DIN ISO 7801. Dieser wird als Vorrichtung passend zur im Fachgebiet vorhandenen Torsionsschwingmaschine entwickelt und nutzt ihren Motor als Antrieb. Abweichend zur Norm wird eine stufenlose Verstellbarkeit des Biegeradius umgesetzt, um bei der Durchführung des Versuchs unabhängig vom Drahtdurchmesser eine konstante Dehnung zu ermöglichen und dadurch die Vergleichbarkeit der Biegezahlen zu verbessern. Der Versuchsstand soll für hochfeste Seildrähte mit Durchmessern zwischen 0,8 und bis zu 4,0 mm geeignet sein. Die Arbeit umfasst die Erstellung einer Anforderungsliste, die Generierung verschiedener Varianten sowie darauf aufbauend die Wahl des technischen Prinzips mit notwendigen Dimensionierungsrechnungen für die einzelnen Bauteile und einzustellende Bedienparameter. Außerdem erfolgt die Erstellung eines Zeichnungssatzes und eine auf den erforderlichen Halbzeugen, Norm- und Kaufteilen sowie Fertigungsverfahren basierende Kostenrechnung.
Konstruktion und Inbetriebnahme eines Versuchstandes für den Hin- und Herbiegeversuch für Metalldrähte in Anlehnung an DIN ISO 7801. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Die Einsatzgebiete von Drähten sind heute sehr breit gefächert. und eines der wich-tigsten davon sind Stahlseile. Diese Seile werden in vielen verschiedenen Bereichen wie Minen, Ölquellen, Brücken, Kranseile, Turmdrehkrane, Aufzug, Schiffsseile, Angelseile eingesetzt. Es gibt bestimmte Werte, die bei der Herstellung dieser Drähte eingehalten werden müssen. Die Mindestbiegezahl aus diesen Werten ist in DIN EN 10264 - 1...4 angegeben. Die in DIN ISO 7801 angegebenen Biegeradius-Werte variieren je nach Durchmesser des Drahtes, und diese Biegeradius-Durchmesseränderungen wirken sich auf die Dehnung und damit auf die Biegezahl aus. Das Ziel dieser Studie ist es, ein System zu entwerfen, das die Dehnung von Drähten beim Biegeversuch mit unterschiedlichen Durchmessern (0,8-2 (4) mm) konstant hält. Vor Beginn der Konstruktion wurde eine Anforderungsliste für Teilaufgaben erstellt sowie eine Marktforschung durchgeführt. Dann wurden verschiedene Lösungen für Teilaufgaben gefunden. Diese Lösungen wurden mit den Lösungen in früheren Studien verglichen und verschiedene Kombinationen erstellt. Diese Kombinationen wurden untereinander bewertet und das System mit der höchsten Punktzahl wurde ausgewählt. Im letzten Schritt wurden alle Systemdetails gezeichnet. Zu kaufende Teile und alle zu verwendenden Teile sind aufgelistet.
Erweiterung und Verifizierung eines vorhandenen Excel-Tools zur Vorhersage des Setzbetrags von Schraubendruckfedern. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Fertigungsschritt Vorsetzen bei der Herstellung von Schraubendruckfeder und der Vorhersage des Vorsetzbetrages. Für die Berechnung wurde ein vorhandenes Berechnungsmodell in Form eines Excel-basierten Tools verwendet. Dieses Model wurde zum einen um Effekte der Geometrieänderung erweitert. Unter Geometrieänderungen versteht man Effekte des Windungsanlegens und der Federdurchmesseraufweitung. Weiter wurde das Excel-Tool für die Werkstoffklasse der nichtrostenden Stähle erweitert. Eine Besonderheit dieser Klasse ist ein nichtlinear-elastisches Materialverhalten. Um dieses Merkmal abzubilden, wurden zwei konkrete Materialien dieser Werkstoffklasse (1.4310 und 1.4568) untersucht. Für diese Materialien wurden Torsionsprüfungen mit ausführlicher Analyse der Spannungs-Schiebungs-Diagramme des Entlastungsvorgans durchgeführt. Aus diesen Diagrammen wurde ein Zusammenhang zwischen der maximalen Schiebung, bis zu der das Drahtstück belastet wurde, und der Form der Rücklaufkurven abgeleitet. Für die Berechnung werden wahre Spannungen anstatt Ingenieursspannungen verwendet. Die wahre Spannungs-Schiebungs-Kennlinie wird mit Hilfe der Ramberg-Osgood-Gleichung beschrieben. Das Berechnungsmodell wurde sowohl für Materialien mit als linear angenommenem Rücklauf als auch mit nichtlinear-elastischem Werkstoffverhalten ergänzt. Das Excel-Tool wurde sowohl durch einen Vergleich von Vorsetzbeträge auf Basis von FEM-Simulationen als auch über Versuchsergebnisse aus Vorsetzversuchen verifiziert.
Optimierung der Welleninnenbeölung für Doppelkupplungsgetriebe in gewichtsoptimierten Wellen. - Ilmenau. - 143 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Um den Vorgaben des Gesetzgebers gerecht zu werden und den Erwartungen der Kunden zu entsprechen, steht die Automobilindustrie ständig vor neuen Herausforderungen. So ist es das Ziel, mit dem derzeit in der Entwicklung befindlichen Doppelkupplungsgetriebe 8F-eDCT von Mercedes-Benz die Verlustleistung des Vorgängermodells zu minimieren. Um auf dieses Ziel hinzuwirken, wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein verlustleistungsoptimiertes Schmierkennfeld entworfen. Dieses Kennfeld für das neue getriebeeingangsdrehzahlunabhängige Pumpensystem soll sich an dem alten teilautonomen, an die Antriebsdrehzahl gekoppelte Schmiersystem ausrichten. Hierzu werden Messdaten aus Versuchsfahrten und Prüfläufen hinsichtlich Schmierölmengen analysiert, um relevante Beölungszustände zu bestimmen. Die gesammelten Erkenntnisse werden in einem Kennfeldentwurf festgehalten. Dieser Entwurf wird im Rahmen der laufenden Entwicklungsaktivitäten weiter geprüft. Zusätzlich werden Untersuchungen angestellt, bei denen das Potenzial von Leichtbauwellen genauer untersucht wird. Hierzu werden Prinzipversuche auf einem Prüfstand mit eigens angefertigten Prüfwellen durchgeführt. Die radialen Schmierbohrungen der Welle werden mittels angefertigten Drosseln variabel gestaltet, sodass verschiedene Querbohrungsvariationen abgeprüft werden können. Zusätzlich werden noch weitere mögliche Einflussfaktoren auf die Welleninnenbeölung, wie bspw. Drossellänge untersucht und bewertet. Die Versuchsauswertungen zeigen, im Vergleich zu den Voruntersuchungen mit der in Serie befindlichen Welle des 8F-DCT, bis auf die Gewichtseinsparung, keine Verbesserung durch die Leichtbauwelle. Für einen finalen Konstruktionsvorschlag bzgl. der Wellenkonfiguration bedarf es noch weiterführende Untersuchungen und Messungen. Für genauere Aussagen bezüglich des Beölungsverhaltens der Leichtbauwelle sollten Untersuchungen mit ggf. mehr Messtechnik durchgeführt werden. Die Ergebnisse fließen in die Entwicklung des Doppelkupplungsgetriebes mit ein.
Untersuchung serientauglicher werkstoffhybrider Verbindungen und Krafteinleitungen an zylindrischen CFK-Probekörpern. - Ilmenau. - 142 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
In dieser Masterarbeit werden unterschiedliche Konzepte von werkstoffhybriden Verbindungen und Krafteinleitungen an zylindrischen CFK-Probekörpern untersucht, woraus eine Anwendungsempfehlung für zukünftige Einsatzgebiete abgeleitet wird. Faserverbundkunststoffe sind ein essentieller Bestandteil des stofflichen Leichtbaus und tragen somit wesentlich zur Effizienzsteigerung und Ressourcenschonung in den unterschiedlichsten Industriezweigen bei. Insbesondere im Bereich der Komponenten- und Baumaschinenbranche bieten Faserverbundkunststoffe ein hohes Entwicklungspotential. Für eine serientaugliche Integration sind Untersuchungen im Bereich der werkstoffhybriden Verbindungselemente unabdingbar. Daher werden in dieser Arbeit unterschiedliche bestehende, aber auch neu entwickelte Verbindungskonzepte untersucht, um einen Grundstein für die spätere Auslegung von hybriden Anbindungskonzepten für Baumaschinen zu legen. Zu Beginn werden die für das Thema notwendigen Grundlagen der faserverstärkten Kunststoffe und hybriden Verbindungselemente behandelt. Anschließend wird eine Konzeptsammlung erstellt und über eine vergleichende Bewertung eine Vorauswahl der vielversprechendsten Verbindungen getroffen. Ferner werden die gewählten Verbindungen anhand eines erstellten Anforderungsprofils für unterschiedliche Lastfälle ausgelegt und zur Validierung in einer FE-Simulation analysiert. Darauf folgen quasistatische Versuche, anhand derer die Verbindungsfestigkeiten der Konzepte bestimmt werden. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse aus der Fertigung und den Versuchsdaten werden die untersuchten Konzepte erneut bewertet und Anwendungsempfehlungen abgeleitet. Abschließend wird ein Ausblick über weitere essentielle Untersuchungen und Optimierungen gegeben, um einen sicheren Einsatz der untersuchten Verbindungen zu gewährleisten.
Entwicklung von rechnerischen Festigkeitsnachweisen und Schaubildern mithilfe der FKM-Richtlinie Federn am Beispiel von Schraubenzugfedern. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Diese Masterarbeit behandelt die rechnerische Bestimmung der Betriebsfestigkeit von Zugfedern und die Darstellung der Ergebnisse in Schaubildern. Dafür wird ein vollständiger Festigkeitsnachweis nach der FKM-Richtlinie für Federn durchgeführt. Anschließend können verschiedene Dauerfestigkeitsschaubilder für die versagenskritischen Stellen erstellt werden. Die Arbeit erläutert zunächst die aktuelle Vorgehensweise in der Auslegung von Zugfedern. Außerdem werden die vorhandenen Spannungen in Zugfederösen analytisch mit Gleichungen sowie rechnerunterstützt bestimmt und Abweichungen werden aufgezeigt. Anschließend werden die Gleichungen an die Simulationsergebnisse angepasst. Dazu kommen für die Beanspruchungen FEM-Simulationen zum Einsatz. Zusätzlich wird der Einfluss des Übergangsradius zur Öse auf die Spannungen in der Zugfeder und die Zusammensetzung der Beanspruchungen geklärt. Schließlich wird der Ermüdungsfestigkeitsnachweis in MS Excel aufbereitet und eine allgemeine Vorlage für weitere Zugfedern erstellt.
Neuentwicklung einer kostengünstigen Hubeinheit und aktiv angetriebenen Lenkrolle im Zuge der Optimierung eines autonomen Transportroboters. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
In der vorliegenden Arbeit wird die Neuentwicklung eines Antriebs und eines Hubsystems für ein Fahrerloses Transportfahrzeug (FTF) beschrieben. Zentrales Ziel ist die Erhöhung des Transportgewichts. Der Einstieg in die Entwicklung ist die Recherche zum Stand der Technik von FTF, bestehenden Patenten sowie Konkurrenzprodukten. In den darauffolgenden orientierenden Vorversuchen werden Basiskennzahlen und Verhalten des FTF bestimmt. Auf Basis dieser Ergebnisse werden zwei mechanisch-physikalische Modelle entwickelt, um das Verhalten des Antriebs bei Veränderung verschiedener Parameter zu bestimmen. Zu Beginn der eigentlichen Konstruktion werden neben einer Anforderungsliste, für die beiden Hauptbaugruppen "Antrieb" und "Hubsystem" jeweils die Hauptfunktionen, die Funktionsstrukturen und die grafischen Anforderungspläne erarbeitet. Mithilfe von Kombinationstabellen werden Lösungsprinzipe für die beiden Baugruppen erstellt und im Anschluss mit Berechnungen und Festigkeitsnachweisen ausgelegt. Im Rahmen der konstruktiven Arbeit wird so iterativ ein 3D-CAD-Modell aufgebaut. Zur Einholung von Kostenvoranschlägen wird ein Zeichnungssatz erstellt und eine Kostenabschätzung durchgeführt. Das Endergebnis dieser Arbeit ist in einem Technischen Entwurf festgehalten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Aufgrund der Drahtkrümmung kommt es bei gewundenen Schraubenfedern mit kreisrunden Drahtquerschnitt zu einer Spannungsüberhöhung am federinneren Querschnittsumfang, welche durch einen Spannungskorrekturfaktor in der analytischen Berechnung der Schubspannungen berücksichtigt wird. In Zukunft wird auch vermehrt auf die ovalförmigen Multiarc-Drahtquerschnitte zurückgegriffen, die zugunsten geringerer Einbauhöhen eine reduzierte Querschnittsbreite aufweisen. Somit besteht großes Interesse an einer Berechnungsvorschrift, mit der die Spannungskorrektur für Federn mit Multiarc-Querschnitt vollzogen werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Entwicklung von Spannungskorrekturmodellen für zwei Multiarc-Querschnitte mit einem Achsverhältnis von 1.25 durch FEM-Berechnungen mittels der Open-Source-Software CalculiX. Dazu wird eine bereits bestehende Methode zur automatisierten Erstellung eines FEM-Schraubenfedermodells an die Geometrie des Multiarc-Querschnitts angepasst. Auf den FEM-Berechnungen basierend werden zwei Lösungsansätze zur analytischen Berechnung der korrigierten maximalen Schubspannung entworfen. Die Modelle berücksichtigen hierbei nicht nur die Abhängigkeit der Spannungsüberhöhung vom Wickelverhältnis, sondern ebenso vom bezogenen Federweg.
Praktikumsversuch "Federschaltungen". - Ilmenau. - 145 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Diese vorliegende Bachelorarbeit "Praktikumsversuch Federschaltungen" behandelt die Konzeption eines Versuchs, der auf das Thema Federschaltungen basiert. Hierbei ist der Hauptschwerpunkt, die Schaltungen und ihre Merkmale zu unterscheiden und richtig anzuwenden. Dieses Wissen soll in Form eines Versuchs und dazugehörigen Aufgabenstellungen abgefragt werden. Im Kapitel Stand der Technik werden die Grundlagen zur Feder und zu den Federschaltungen behandelt. Im Hinblick zu dem Praktikumsversuch wurden vier verschiedene Federschaltungen gezielt ausgewählt. Dadurch ergibt sich das technische Prinzip. Bei der Auswahl und Festlegung der Federschaltungen ist die Auswahl des Werkstoffs und seines Gewichtes wichtig, da diese einen Einfluss auf den Verlauf der Federkennlinie hat. Für jede ausgewählte Federschaltung wird eine Berechnung durchgeführt und die daraus resultierende Federkennlinie gezeichnet. Außerdem sind die Schaltelemente flexibel konstruiert, sodass nicht nur die angegebenen Federn eingesetzt werden können, sondern auch andere. Abschließend werden die ganzen Praktikumsunterlagen zusammengestellt.