Einfluss der Signalform des Druckimpulses auf das Anrissverhalten und Risswachstum an einem Probekörper aus Eisenguss. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Für den Entstehungsprozess eines dynamisch beanspruchten Bauteils, insbesondere für die Entwicklung, ist es von besonderem Interesse die Lebensdauer eines Bauteils vorhersagen zu können oder das Bauteil so auslegen zu können, dass eine gewünschte Lebensdauer erreicht wird. Aus diesem Grund werden Dauerschwingversuche durchgeführt deren Belastungen, die im realen Betrieb wirkenden Belastungen möglichst genau widerspiegeln. Mit diesen experimentellen Untersuchungen wurden in der Vergangenheit die Parameter, die den Schädigungsprozess beeinflussen, erforscht. Einer dieser Einflussparameter, von dem noch keine klaren Erkenntnisse vorliegen, ist die Signalform. Um den aktuellen Kenntnisstand aufzuarbeiten, wird den experimentellen Untersuchungen eine Literaturrecherche vorangestellt. Dabei werden die beeinflussenden Parameter definiert und in fixe und variable Parameter untergliedert. Gleichzeitig erfolgt eine Einarbeitung in die Planung und Durchführung von Wöhlerversuchen. Nachdem die für diese Bachelorarbeit wichtigen Parameter erläutert wurden, werden Wöhlerversuche mit sinusförmigen und trapezförmigen Signalformen auf verschiedenen Belastungsniveaus durchgeführt. Mit diesen experimentellen Untersuchungen soll eine bereits bestehende Theorie bestätigt oder widerlegt werden. Diese Theorie beruht auf der Annahme, dass die integrale Fläche zwischen einer Grenzamplitude und der Signalform ein Maß für die Schädigung ist. Da zwischen den Signalformen Sinus und Trapez nicht nur die integrale Fläche, sondern auch der Lastanstieg unterschiedlich ist, werden weitere Wöhlerversuche mit trapezförmigen Signal durchgeführt. Bei diesen ergänzenden Versuchen wird bei sonst gleichbleibenden Parametern die Haltezeit der Maximalbelastung variiert. Durch diverse Auswerteverfahren werden die Versuchsergebnisse aufgearbeitet und in Form von Diagrammen und Tabellen dargestellt. Durch eine Diskussion der Ergebnisse sollen Zusammenhänge erkannt und neue Erkenntnisse erlangt werden, die einen Beitrag dazu leisten, den Einfluss der Signalform zu verstehen. Abschließend werden die neu erlangten Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick für die Zukunft gegeben. Dabei wird besonders auf Ideen eingegangen, die für die Fortführung der Versuche zur Erforschung des Einflusses der Signalform sinnvoll erscheinen.
Konstruktion eines Versuchsstandes für den in DIN ISO 7801 genormten Hin- und Herbiegeversuch für Metalldrähte. - Ilmenau. - 78 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
In der vorliegenden Arbeit wird ein automatisierter Prüfstand für den Hin- und Herbiegeversuch in Anlehnung an DIN ISO 7801 für Drahtproben von 0,8 bis 2,0 mm entwickelt. Die Eigenschaften der Drahtproben orientieren sich an den Normen DIN EN 10664-1 bis 4. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Recherche zu Normen, die für die Konstruktion des Prüfstands wichtig sind, zu schon am Markt bestehenden Prüfständen, sowie zu möglichen Patenten durchgeführt. Zu Beginn der Konstruktion wird eine Anforderungsliste erstellt. Auf Basis der Anaylse der Funktionsstruktur des Prüfstandes werden verschiedene Prinzipvariationen für die einzelnen Baugruppen des Prüfstands erarbeitet. Während einer Konstruktionskritik einer vorangegangenen Bachelorarbeit mit dem selben Fokus, werden die Prinzipe miteinander verglichen. Aus den Prinzipen werden Konzepte mit unterschiedlichen Prioritäten erstellt. Nach einer Bewertung und Auswahl dieser wird ein 3D-CAD-Modell und ein Zeichnungssatz für die Fertigung und Beschaffung erstellt. Begleitet wird die Arbeit mit Berechnungen, einer FEM-Analyse und einer Kostenabschätzung bzw. einer Kostenkalkulation.
Betriebsfestigkeitsuntersuchungen an einem Festkörperausgleichsgelenk für die Kraftübertragung im Antriebsstrang eines Formula-Student Rennwagens. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit ist die Optimierung und Betriebsfestigkeitsuntersuchung eines Festkörpergelenkes, welches im Antriebsstrang eines Formula Student-Fahrzeuges Anwendung finden soll. Dazu werden verschiedene Optimierungsstrategien in FE-Simulationen genutzt, Hintergründe aus der Festigkeitslehre analysiert sowie bisher gewonnene Ergebnisse auf deren Optimierungspotentiale untersucht. Anhand der ermittelten Parameter lassen sich die (weiter-)entwickelten Varianten des Festkörpergelenkes untereinander und mit dem bisherigen Entwicklungsstand vergleichen. Fortschritte werden transparent und quantitativ erfassbar. Weiterhin werden Zusammenhänge der Betriebsfestigkeitsuntersuchung erklärt und rechnerische Verfahren zur Abschätzung der Bauteillebensdauer auf das vorliegende Problem angewandt. Zur Ermittlung der zu erwartenden Belastung im betrachteten Rennwagen, wird eine Datenaufzeichnung aus einem Rennwettbewerb ausgewertet. Das daraus entwickelte Prüfkonzept bildet verkürzt aber schädigungsgleich die reale Belastungen ab. Validierungsversuche bilden den Abschluss der Untersuchung. Eine umfassende und kritische Zusammenfassung der Simulations- und Versuchsergebnisse schließt diese Arbeit ab. Außerdem werden Anregungen für mögliche Anschlussarbeiten als Fortsetzung der Entwicklung formuliert.
Rechnergestützte Auslegung und Analyse von Federn aus faserverstärkten Kunststoffen. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der rechnergestützten Auslegung von Federn aus Faserverbundkunststoffen am Beispiel der Federarten Evolutfeder und Drehfeder. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines Systems zur Bestimmung der notwendigen Federparameter - unter Berücksichtigung der Anforderungen des Benutzers. Insbesondere sollen existierende Ansätze für die Werkstoffauswahl einerseits und die Bauteilauslegung andererseits einbezogen werden. Anschließend erfolgt eine Evaluierung der implementierten Anwendung durch zwei Beispiele. Dabei konnte eine grundsätzliche Eignung von Evolutfedern für den Einsatz in Federgabeln von Fahrrädern aufgezeigt werden. Die exemplarische Auslegung einer Drehfeder bekräftigt die Vorteile von Faserverbundkunststoffen für die Verwendung als Federwerkstoff.
Entwicklung einer Kammverriegelung für die manuelle Sitzlängsverstellung. - Ilmenau. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Kammverriegelung für die manuelle Sitzlängsverstellung in Kraftfahrzeugen konzeptionell in die nächste Schienengeneration zu übertragen. Als Grundlage für die Anpassungskonstruktion dient dabei die Analyse der aktuellen Serien-anwendung. Dadurch sollen bekannte Schwachstellen bei der Adaption vermieden werden. Für die Modellierung kommt die CAD-Software CATIA V5 zum Einsatz. Anhand mehrerer Konzepte als 3D-Modelle können Lösungsansätze für verschiedene Teilprobleme bewertet und die Gesamtbaugruppe in die geplante Einsatzumgebung eingesetzt werden. Das Ergebnis der Arbeit soll danach die technische Dokumentation einer präzisierten Variante sein. Dazu gehören zum Technischen Entwurf auch alle zur Fertigung notwendigen Angaben sowie eine Analyse der Wirtschaftlichkeit. Ein Vergleich der Lösung mit der Serienanwendung soll deren Vorzüge und Schwachstellen aufzeigen. Der geplante Einsatzort ist der aktuell in der Entwicklung befindliche Rücksitzbaukasten.
Bewertung des Optimierungspotentials der Güte 27MnCrB5 für Rohrstabilisatoren. - Ilmenau. - 81 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In der Arbeit wird der neue Werkstoff 27MnCrB5-2 untersucht. Ausgeprägt ist die Zugfestigkeit vom neuen Werkstoff nach der induktiven Vergütung (905˚C Härten und 230˚C Anlassen) im Vergleich zum Standardwerkstoff 26MnB5 (910˚C Härten und 275˚C Anlassen) um ca. 130 MPa erhöht, und die Dehnung beider Werkstoffe ist vergleichbar. Die Biegbarkeit beider Werkstoffe ist auf gleiches Niveaus. Die Lebensdauer im Schwingtest von 27MnCrB5-2 ist niedriger als 26MnB5, die Ursachen dafür könnten sein, dass die Temperatur des Spannungsarmglühen relativ niedriger ist oder die Auswirkung von Kugelstrahlung wegen der höheren Festigkeit des neuen Werkstoff nicht ausreichend ist.
Konstruktion eines leichten Lafettenbohrgerätes für den Einsatz in großen Höhen. - Ilmenau. - 155 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Im Rahmen von Hangsicherungsmaßnahmen wurden in der Vergangenheit überwiegend pressluftgetriebene Handbohrhämmer verwendet, um Bohrungen für geotechnische Sicherungseinbauten in den Untergrund bohren. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts finden für derartige Arbeiten zunehmend Leichtbaulafetten verschiedener Hersteller Verwendung. Diese Geräte sind jedoch aus ergonomischen und arbeitsschutztechnischen Gründen nicht für den Einsatz unter Seilsicherung bzw. und Seilpositionierung geeignet. Ziel dieser Masterarbeit ist es im Zusammenspiel von theoretischen Betrachtungen und praktischen Erfahrungen des Autors ein Konzept für konstruktive Änderungen zur Verbesserung der manuellen Handhabbarkeit von Lafettenbohrgeräten und nicht zuletzt auch zur signifikanten Erhöhung der Arbeitssicherheit während des Einsatzes unter Seilsicherung/- und Seilpositionierung in schwierigem Gelände zu erarbeiten. Basierend auf einer umfassenden Datenrecherche werden zuerst die relevanten Bohrverfahren übersichtlich dargestellt und die einzelnen Prozessabläufe erläutert. Unter Berücksichtigung relevanter gesetzlicher Vorschriften wird eine Bewertungsmatrix, die Geländekennziffer, zur eindeutigen Typisierung von Zuwegung und Gegebenheiten am Arbeitsort in schwierigem Gelände aufgestellt. Um den heutigen Stand der Technik im Hinblick auf die Zielstellung der Arbeit bewerten und vergleichen zu können, wird außerdem eine Markanalyse zu Herstellern spezieller "Klein"-Bohreinheiten durchgeführt. Im Ergebnis entwickelt der Autor ein Bewertungsverfahren, das 4P-Verfahren, welches einen objektiven Vergleich der existierenden Produkte basierend auf den gestellten Anforderungen ermöglicht. Ein entscheidender Faktor für die Konzeptentwicklung im Rahmen der Masterarbeit war der intensive Praxistest einzelner Bohreinheiten durch den Autor selbst unter extremen Bedingungen mit Seil Zugangs Positionierung.
Konzept zur Anpassung der Prüfkriterien einer Achsfeder im Hinblick auf die gesteigerten Anforderungen hochkomplexer Achsfedersysteme. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Moderne Achsfedersysteme erfordern Schraubendruckfedern, deren Geometrie präzise auf die Anforderungen im Fahrzeug abgestimmt ist. Die eindeutige geometrische Beschreibung geht dabei über zylindrische Normfedern hinaus, die im Gegensatz zu heutigen Achsfedern über einen konstanten Windungsdurchmesser sowie einen gleichbleibenden Steigungsverlauf verfügen. Die 3D-Freiformgeometrie moderner Tragfedern entsteht in einem Auslegungsprozess unter Forderung idealer Werkstoffauslastung als Folge von zunehmendem Leichtbau. Neben Prüfung der Funktionsparameter Federkraft, Federrate und Kraftdurchstoßpunkte wird die Feder zusätzlich durch die Messung einzelner geometrischer Größen bewertet und als i.O. bzw. n.i.O. eingestuft. Messverfahren zum geometrischen Vergleich von Federn sind Stand der Technik. Die Bewertung von Abweichungen und die daraus folgenden Auswirkungen auf die Funktion gelten jedoch als unzureichend bekannt. In der vorliegenden Arbeit werden bestehende Prüfkriterien für sogenannte Side-Load Federn analysiert, die bisher bei der Mubea Fahrwerksfedern GmbH Verwendung finden. In diesem Zusammenhang wird die Feder eines aktuellen Projektes in die Untersuchung einbezogen, bei der es während der dynamischen Prüfung zu Fehlfunktionen kommt, obwohl die Geometrievorgaben und die statischen Funktionsparameter erfüllt sind. An einer Beispielgeometrie erfolgt unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung (englisch: Design of Experiments, kurz DoE) die Ermittlung der geometrischen Bereiche, die Funktionsgrößen signifikant beeinflussen. Dabei wird ein geeigneter Versuchsplan entwickelt und die darin enthaltenen Federdesigns mit Hilfe der unternehmensinternen Auslegungssoftware numerisch berechnet und ausgewertet. Aus den Ergebnissen der Sensitivitätsanalyse lässt sich die Feder in verschiedene Zonen einteilen, die für die Funktion signifikant sind. Daraus wird eine neue und besonders effiziente Methode zur Überprüfung der 3D-Federgemetrie für den Einsatz in der industriellen Großserie entwickelt. Die Validierung der sensitiven Zusammenhänge zwischen Geometrie und Funktion erfolgt durch FE-Berechnungen. Anhand der schriftlichen Dokumentation kann unter Verwendung der beschriebenen Software die vorgestellte Methode zur Definition neuer Messkriterien auf jede beliebige Achsfeder übertragen werden.
Theoretical and practical approaches for novel composite evolute springs. - Ilmenau. - 137 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In dieser Arbeit wird ein kombinierter experimenteller/analytischer Ansatz zur effizienten Bewertung von Steifigkeit und Kennlinien von Kegeldruckfedern aus Band, welche aus Faser-Kunststoff-Verbunden bestehen, vorgestellt. In den ersten Kapiteln werden die häufigsten Arten von Fasern, Harze (Matrizen) und Herstellungsverfahren, die zur Herstellung von Verbundlaminaten verwendet werden, kurz beschrieben. Es werden auch die analytischen Ansätze, die derzeit zur Bestimmung der Grund-Elastizitätsgrößen von Verbundwerkstoff wie dem Längs- und Quer-Elastizitätsmodul, den Querkontraktionszahl und den Quer-Längs-Schubmodul existieren, dargestellt. Außerdem werden die verbesserten und semi-empirischen Formeln zur Berechnung des effektiven Quer-Längs-Schubmoduls und des Quer-Elastizitätsmoduls dargelegt. Am Ende des Kapitels werden einige Herstellungsverfahren von faserverstärkten Kunststofffedern beschrieben. Da es sich bei den faserverstärkten Kegeldruckfedern aus Band um neuartige Produkte handelt, werden im vierten Kapitel grundsätzliche Überlegungen vorgestellt, welche die Werkstoffauswahl (Fasern, Harze und Additive) und die Herstellung der Federn betreffen. Am Ende des Kapitels wird eine Methode zur Herstellung von Kegeldruckfedern dargestellt. Das fünfte Kapitel stellt die Berechnungen der elastischen Konstante vor, welche bei der Herstellung von Evolutfedern normalerweise verwendet werden. Zur Bestimmung des Quer-Längs-Schubmoduls und des Quer-Quer-Schubmoduls wurden Berechnungen und Experimente durchgeführt, da diese Materialkonstanten zur Bestimmung von Federkennlinien von sehr großer Bedeutung sind. Dies ist der Fall, da der Querschnitt vor allem auf Torsion beansprucht wird. Einerseits basiert die analytische Methode zur Berechnung dieser Schubmodule auf Sumsions Richtlinien, die die von Lekhnitskii entwickelte Theorie für anisotrope Materialien verwenden; andererseits wurde Torsionstest von rechteckigen Stäben, die mit der Vakuuminfusionsmethode hergestellt wurden, durchgeführt, um Schubmodule experimentell zu erhalten. Schließlich werden in einer analytischen und experimentellen Methode die berechneten Werte der Schubmodule zur Bestimmung von Steifigkeit und Kennlinien der Kegeldruckfedern aus Band herangezogen. Daher sollten das Quer-Längs-Schubmodul in der klassischen Berechnungsmethode für Evolutfedern aus Stahl verwendet werden. Anschließend können die Ergebnisse der Berechnung mit den Resultaten der Druckversuche an faserverstärkten Kegeldruckfedern aus Band verglichen werden. Durch diese kombinierte analytische/experimentelle Methode werden übereinstimmende Ergebnisse erzielt. Hierbei hat sich gezeigt, dass das optimale Verhalten von Kegelstumpffedern aus Band aus Faserverbundkunststoffe erreicht wird, wenn die Fasern eine Orientierung von +/-45 zur Hauptachse des Laminats aufweisen.
Ersatzversuch zur Nachbildung feldrelevanter Verschleißmechanismen einer Nkw-Druckplatte. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der Arbeit ist es, die Verschleißmechanismen aus einer Nkw-Druckplatte auf einem Schwingungsreibverschleiß-Prüfstand nachzubilden. Mit Hilfe dieses Aufbaus sollen in Zukunft verschleißmindernde Maßnahmen erprobt und verglichen werden können. Zunächst wurden hierzu die Verschleißbilder aus verschiedenen Anwendungsbereichen analysiert um eine Referenz zu den Prüfläufen zu bilden. Anschließend wurde der Bewegungsablauf mit verschiedenen Ansätzen ermittelt, in Teilbewegungen zerlegt und der verschleißintensivste herausgefiltert. Eine Betrachtung der Kraftverhältnisse in der Druckplatte erbrachte die vorliegenden Belastungen an der relevanten Kontaktstelle. Unter Verwendung dieser beiden Haupteinflussgrößen konnte eine Versuchsreihe am Schwingungsreibverschleiß-Prüfstand durchgeführt werden. Die darauffolgenden Auswertungen und tribologischen Untersuchungen zeigten weitestgehend übereinstimmende Verschleißbilder und bestätigten somit die Funktionsfähigkeit des Ersatzversuchs.