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.
Durchführung von Parameterstudien zur Optimierung eines Drahtziehprozesses mittels statistischer Versuchsplanung. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Um den Drahtziehprozess zu verbessern, werden in der Arbeit die Parameter des Drahtziehens mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung untersucht. Das Drahtziehprozess wird mit Software Ansys simuliert. Die Ergebnisse der Simulation werden durch Software Minitab bewertet. In der Arbeit wird ein passender Versuchsplan aufgestellt. Durch diesen Versuchplan wird die Beziehung zwischen Einflussgrößen und Zielgrößen ermittelt. Durch eine Zielgrößenoptimierung werden die optimalen Werte von Faktoren für die Zielgrößen in mehreren Ziehstufen festgelegt.
Beurteilung der Grenzen des Drahtziehens mittels FE-Simulation durch ausgewählte Schädigungsmodelle. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021
Für die Vorhersage des Formänderungsvermögens unterschiedlicher Drahtwerkstoffe sind eine Reihe von Schädigungskriterien entwickelt worden bzw. aus der Literatur bekannt. Das mehrstufige Drahtziehen stellt allerdings einen komplexen Verformungsprozess dar. Die Anwendbarkeit der Schädigungskriterien auf das mehrstufige Drahtziehen ist bisher wenig untersucht worden. Um Konvergenzprobleme zu vermeiden und die Simulationszeit zu verkürzen, wird das bestehende Simulationsmodell optimiert. Zum einen wird im Simulationsmodell der Ziehstein anstelle eines Flächenmodells durch ein Linienmodell ersetzt, zum zweiten werden Elemente des Drahts deaktiviert. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass nach Verwendung dieser beiden Optimierungs-Methoden der Draht erfolgreich durch 16 Ziehstufen gezogen werden kann. Anschließend werden ausgewählte Schädigungsmodelle in die Simulation integriert. Um eine Bewertungsgrundlage für die ausgewählten Schädigungsmodelle zu schaffen, werden Ergebnisse aus praktisch durchgeführten Versuchen und Untersuchungen genutzt. Auf Grundlage dieser Ergebnisauswertung erfolgt die Ableitung verschiedener Bewertungskriterien für die Schädigungsmodelle. Über den Vergleich der berechneten Schädigungswerte und den daraus abgeleiteten Bewertungskriterien wird das Schädigungskriterium nach Cockroft und Latham als optimales Schädigungskriterium für mehrstufiges Drahtziehen ausgewählt bzw. empfohlen. Nach Auswahl des Schädigungskriteriums werden Grenzen der Schädigungswerte abgeleitet. Dazu wird auf technologische und mechanische Drahtkennwerte zurückgegriffen, welche aus praktisch durchgeführten Versuchen hervorgehen. Abschließend erfolgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse sowie eine Empfehlung für die Durchführung weiterer Ziehprozesse.
Automatisierte Erstellung eines FEM-Modells zur Berechnung und Ergebnisauswertung von Schenkelfedern mit Calculix. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Kosten spielen in der modernen Produktentwicklung eine zentrale Rolle. Um Kosten einsparen zu können, bieten sich vielfältige Wege an. Eine besonders wichtige Option in der Kosteneinsparung ist die Automatisierung von Routineaufgaben, da diese viel Zeit in Anspruch nehmen. Eine dieser sich wiederholenden Aufgaben ist die Auslegung von Federn, insbesondere von Drehfedern. Um den Entwurfsprozess dieser zu vereinfachen, wurde ein Eingabeskript entwickelt, welches die Erstellung von CAD-Daten durch eine Eingabe von Geometrieparametern durchführt. Anschließend daran besteht die Möglichkeit, die Feder unter Angabe von Material- und Belastungswerten in einer Finite Elemente Analyse auf Spannungen zu überprüfen. Da bei Federn mit zylindrischem Federkörper komplexe Spannungszustände durch die Überlagerung der Eigenspannungen mit den von außen eingeprägten Lastspannungen vorherrschen, bietet eine solche Analyse zuverlässige Einblicke in das Verhalten unter Last. Das entwickelte Eingabeskript erreicht neben einer Zeiteinsparung ein gleichwertiges Ergebnis zu kommerzieller Software unter Verwendung von freien Softwarelösungen. Dabei wird die Erstellung der CAD-Daten in FreeCAD durchgeführt, welches ebenso das Preprocessing zur Finite Elemente Analyse übernimmt. Die eigentliche Berechnung wird durch das unter der GNU-GPL Lizenz stehende Programm CalculiX durchgeführt.
Definition und Absicherung von Anziehdrehmomenten bei Verschraubungen in Blechdurchzügen mit Gewinde. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit dem Entwicklungsablauf von Blechdurchzügen mit Gewinden. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, den bereits bestehenden Entwicklungsablauf zu optimieren. Zunächst werden die Grundlagen und der aktuelle Stand dargestellt und die vorhandene Definiton von Gewindedurchzügen genauer untersucht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Festigkeit dieser Bauteile und die Möglichkeiten diese zu prüfen. Mithilfe dieser Grundlagen und praktischen Untersuchungen zu den Einflüssen auf Schraubverbindungen mit Gewindedurchzug wird die Zeichnungsdefinition überarbeitet und an neue Anforderungen angepasst. Außerdem wird ein neuer Ablauf für die Entwicklung von Blechdurchzügen mit Gewinden erstellt. Anschließend wird eine Datenbank konzeptioniert, mit der das Abspeichern und Verwalten von Blechbauteilen mit Gewindedurchzug vereinfacht werden soll. Zudem wird ein Berechnungstool erstellt, mit dem das Anzugsdrehmoment von Schraubverbindungen, die einen Gewindedurchzug besitzen, rechnerisch bestimmt werden kann. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind die Grundlage für den Umgang mit Gewindedurchzügen während der Entwicklung und der Serienproduktion.
Prozessentwicklung und -bewertung zur Erzielung technischer Dichtheit beim Verschließen von Stabilisator-Rohrenden. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
In dieser Arbeit wurden Prozesse entwickelt und bewertet, welche eine technische Dichtheit von Stabilisatorenenden generieren und die Zeichnungsanforderungen von Kunden, an diese, erfüllen. Priorisiert in dieser Arbeit war es, möglichst taktzeitneutral die bestehenden Anlagen zu qualifizieren die geforderten Eigenschaften zu erzeugen. Dazu wurden die Prozessparameter der Warmarbeit von Stabilisatorenenden angepasst und Werkzeuge entwickelt, welche die Bearbeitung verbessern. Außerdem etablierte sich die Nacharbeit erhöhter Leckagen mittels eines Silikats, welches in das Stabilisatorenende eingebracht wird. Des Weiteren wurde auch die kritische Leckage definiert, ab welcher die Bauteile nachgearbeitet werden müssen. Dazu durchliefen die geprüften Stabilisatoren, mit definierten Leckagen, die korrosionskritischen Prozessschritte, eine Umweltsimulation und anschließend einen Betriebsfestigkeitstest. Mit dieser Arbeit wurde ein entscheidender Ansatz aufgezeigt Stabilisatorenenden abzudichten und somit der kritischen Innenkorrosion vorzubeugen. Außerdem wurden die geometrischen Charakteristika, welche durch die Warmarbeit beeinflusst werden können, verbessert und somit Fertigungstoleranzen verkleinert und Prozesse sicherer gemacht.