Studienabschlussarbeiten

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.

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.

Die erfolgreiche Absicherung von Fahrzeugen bei BMW Motorrad ist Voraussetzung für deren Produktionsfreigabe und erfolgt mittels unterschiedlichster Prüfmethoden. Da diese äußerst zeitaufwendig und planungsintensiv sind, werden immer mehr Versuche in die Simulation übertragen. Der in dieser Arbeit behandelte Lastfall "Stoppie" stellt ein Sonderereignis bei starker Bremsung des Motorrads dar. Dabei kann es zum Abheben des Hinterrads kommen. Schlägt dieses wieder auf den Untergrund auf, bedeutet dies eine hohe Belastung für den Heckbereich. Das in dieser Arbeit behandelte Thema umfasst die Erstellung eines expliziten, nichtlinearen Simulationsmodells nach Grundlagen der Finite-Elemente-Methode (FEM), welches die erstmalige Validierung des Stoppie-Versuchs am Prüfstand darstellt. Dabei wurde ein reduziertes Modell des Motorrads aufgebaut. Besonders detailliert wurde dabei auf die Implementierung eines Reifenmodells eingegangen. Die korrekte Modellierung der Feder-/Dämpferelemente spielte ebenfallseine entscheidende Rolle und wird umfassend erklärt. Die Validierung erfolgte dabei durch einen Vergleich der Beschleunigungswerte von Simulation und Versuch. Diese wurden an drei verschiedenen Messpunkten aufgezeichnet und erlauben einen vollständigen Abgleich der Simulationsergebnisse.

Für das Fügen von Elastomerlagern mit einem Stabilisator nutzt die Mubea Fahrwerksfedern GmbH ein von ihnen patentiertes Verfahren, welches den Begriff MAT (Mubea Adhesion Technology) trägt. Der MAT-Prozess verbindet die bereits ausvulkanisierten und mit einem Haftvermittler beschichteten Gummilager stoffschlüssig in ihrer Randschicht mit der Stabilisatoroberfläche. Für diese sogenannte Postvulkanisation sind mehrere Teilprozess notwendig: die Beschichtung der Gummilager mit einem Haftvermittler, die Vorbehandlung der Epoxidharzbeschichtung, die Erwärmung des Stabilisators und das Verpressen beider Fügepartner. Die Oberflächenvorbehandlung wird in der Serie durch einen rotierenden Laser durchgeführt, welcher ein Muster in die Stabilisatoroberfläche strukturiert. Die Einbringung der für die Postvulkanisation notwendigen Wärmeenergie erfolgt durch induktive Erwärmung in den beiden Lagerbereichen. Die vorliegende Masterarbeit greift das Thema der Prozessanalyse und -optimierung auf. Hierzu werden statistische Versuche der beiden Teilprozesse Oberflächenvorbehandlung und Erwärmung durchgeführt. Vorab werden relevante Grundlagen erarbeitet und der Ist-Stand des MAT-Prozesses analysiert. Bei der Oberflächenvorbehandlung werden Versuche mit möglichen alternativen Verfahren (z.B. AD-Plasma, Silikatisierung) durchgeführt und mit den aktuellen Verfahren durch eine Haftungsprüfung verglichen. Die Versuche zum Induktionsprozess prüfen, ob eine niedrigere Frequenz aufgrund der höheren Eindringtiefe (Skin-Effekt) mehr Wärme im Stab speichert. Die Wärmeenergie wird indirekt über ein kalorimetrisches Messsystem bei drei unterschiedlichen Frequenzen (3 kHz, 10 kHz, 25 kHz) und zwei Magnetfeldkonzentratoren (Fluxtrol, Ferrit) gemessen. Bei den Versuchen zur Oberflächenvorbehandlung hat sich das AD-Plasma als besonders robustes Verfahren herausgestellt, da alle Proben die Mindestanforderungen der Haftungsprüfung selbst mit Schmutzeinfluss weit übertroffen haben. Der nächste Schritt ist die Anschaffung einer Plasmaanlage und Konstruktion einer Vorrichtung, damit weitere Untersuchungen automatisiert und seriennah mit ganzen Stabilisatoren durchgeführt werden können. Die Ergebnisse der Induktionsversuche haben gezeigt, dass eine höhere Eindringtiefe für die untersuchten Frequenzen nicht mehr Wärme im Stab speichert, aber die Temperatur im Querschnitt bei 3 kHz mit Fluxtrol gleichmäßiger verteilt ist. Es wird empfohlen, dass die neue Spule im Musterbau verbaut wird, um weitere Untersuchungen vorzunehmen (Kopplung mit Vulkanisation, Erwärmstrategie).

Als eine der größten regenerativen Energiequellen bietet der Wind ein riesiges Potential, das in Zeiten der Wende hin zu nachhaltiger und umweltverträglicher Energieproduktion ein wichtiges Standbein darstellt. Die Twin-Mikrowindkraftanlage B60 des jungen Unternehmens Anerdgy AG aus Zürich/Schweiz wird für die private Nutzung in urbaner Umgebung entwickelt. Insbesondere in diesem Einsatzgebiet muss ein durchgehend sicherer Betrieb einer Windkraftanlage gewährleistet werden. Dazu sind eine Begrenzung der Leistungsaufnahme sowie eine Notabschaltfunktion bei Unwetter und stürmischen/orkanartigen Windbedingungen unbedingt erforderlich. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird daher, zugeschnitten auf den B60, eine passive Leistungsbegrenzung konzipiert und in die Gesamt-Sicherheitsstrategie implementiert. Zu diesem Zweck wird zunächst der Stand der Technik in der Literatur aufgezeigt und Lösungsmöglichkeiten zur Leistungsregelung innerhalb einer Patenrecherche dargestellt. Im darauffolgenden Entwicklungsprozess werden die Anforderungen an die Konstruktion evaluiert, verschiedene Konzepte zur Begrenzung der Leistung auf der Prinzipebene ermittelt und miteinander verglichen. Auf der Basis von aerodynamischen Kraftbeziehungen am Rotorblatt erfolgt die Getriebesynthese und Auslegung des gewählten Kniehebelgetriebes. Im Anschluss wird der passive Pitch-Mechanismus zur Leistungsbegrenzung bis hin zum Technischen Entwurf konkretisiert und eine Prototypfertigung der Baugruppe mit der Anerdgy AG begonnen.