Entwicklung eines Konzeptes zum Axialspielausgleich für Fensterheberantriebe auf Basis von Schneckengetrieben. - 92 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
In dieser Arbeit wird ein Konzept für den Spielausgleich entwickelt, um eine neue Generation von Fensterheberantrieben zu optimieren. An der Ankerwelle des Elektromotors ist axiales Spiel vorhanden, das aufgrund von Toleranzen der einzelnen Bauteile nicht vermeidbar ist. Durch Verzahnungskräfte am Schneckengetriebe wirkt auf die Ankerwelle eine Kraft in axialer Richtung. Aus dem Axialspiel der Ankerwelle und Flankenspiel am Schneckengetriebe resultiert beim Umschalten der Drehrichtung des Motors, d.h. der Bewegungsrichtung der Fahrzeugscheibe, ein störendes Geräusch. Nach einer Untersuchung der störenden Geräusche werden für beide Spielausgleiche Konzepte entwickelt und bewertet. Die bevorzugten Varianten werden detailliert mit Hilfe von FEM-Simulationen weiterentwickelt und konstruktiv umgesetzt. Neben der Sicherstellung der Funktion, steht die Minimierung der akustischen Belastung und der Kosten im Fokus.
Untersuchung von definierten Oberflächenfehlern an Ventilfederdraht. - 93 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit Oberflächenfehlern an Ventilfederdraht. Die Oberflächenqualität ist neben den mechanischen Drahteigenschaften eine der wichtigsten Kenngrößen für die Lebensdauer des Drahts bzw. der gefertigten Feder. Die Lebensdauer wird durch Oberflächenbeschädigungen, abhängig von ihrer Form und Größe, maßgeblich beeinflusst. Im Produktionsprozess auftretende Beschädigungen der Drahtoberfläche treten in der Regel zufällig (durch Materialfehler oder mechanische Beschädigungen) auf und sind somit für eine wissenschaftliche Untersuchung nicht geeignet. Im Rahmen dieser Arbeit werden aufgrund dieser Problematik künstliche Fehlstellen an der Drahtoberfläche erzeugt und deren Umformverhalten im Drahtfertigungsprozess untersucht, um Rückschlüsse auf im realen Prozess auftretende Beschädigungen ziehen zu können. Des Weiteren werden mittels der künstlich erzeugten Fehlstellen die in der Fertigung eingesetzten Prüfmethoden zur Erkennung von Oberflächenbeschädigungen überprüft und Möglichkeiten zur Optimierung vorgeschlagen. Abschließend werden die erzeugten Oberflächenbeschädigungen mittels bruchmechanischer Methoden betrachtet und deren Einfluss auf ertragbare Beanspruchungen des Drahts herausgestellt.
Entwicklung der Methodik zur Berechnung des Verformungsverhaltens einer Federbeilage aus Polymerwerkstoff mittels Finite-Elemente-Methode. - 103 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation eines Achsfedersystems bestehend aus Federtellern, Achsfeder und einer Federunterlage. Der Einsatz der Federunterlage leitet sich aus der Notwendigkeit ab, die für Umwelteinflüsse anfällige unterste Federwindung zu schützen. Die Eigenschaften der Gummiunterlage stellen dabei besondere Herausforderungen an die Simulation. Elastomere werden bei kurzzeitigen Belastungen mithilfe von hyperelastischen Materialmodellen berechnet. Im Vorfeld der Arbeit wurden mit dem verwendeten Werkstoff Zugprüfungen durch das Deutsche Institut für Kautschuktechnologie durchgeführt. Mithilfe eines Curve fittings wurden Parameter unterschiedlicher Materialmodelle für unterschiedliche Dehnungsbereiche definiert. Zunächst wurde mithilfe von vier einfachen Ersatzmodellen das Verhalten des Elastomers unter Druck- und Schub-Beanspruchung simuliert. Bei den Ersatzmodellen werden gerade Drahtstücke auf verschieden geformte Gummiblöcke gedrückt. Mithilfe von Messungen konnten mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate geeignete Materialparameter ermittelt werden. Um eine konvergente Simulation aller Ersatzmodelle zu erreichen, wurden geeignete Einstellungen für die Kontakte und das adaptive Remeshing ermittelt. Bei der Berechnung des gesamten Achsfedersystems wird zunächst eine Feder mit einem Drahtdurchmesser gerechnet, der genau in die Aussparung der Federunterlage passt. Die Federunterlage wird wie im realen Einsatz so gerechnet, dass sie auf dem Federteller augfeklebt ist. Das komplette Achsfedersystem wird nun mit dem Drahtdurchmesser der realen Feder berechnet. Obwohl die Simulation mit dem realen Durchmesser nicht konvergiert, kann sie mit durchgeführten Messungen verglichen werden. Dabei stellte sich heraus, dass die Unterlage in der Simulation zu weich reagiert. Um dennoch eine konvergente und realitätsnahe Lösung zu erhalten, wurden drei Lösungsansätze erarbeitet. Die ersten beiden Lösungsvorschläge beinhalten die Variation der Materialparameter. Der dritte Vorschlag ist, ein anderes Materialmodell zu benutzen, für welches allerdings noch Prüfungen notwendig sind. Die notwendigen Prüfungen und ein theoretisch geeigneteres Materialmodell werden vorgestellt.
Konstruktion einer Messvorrichtung zur automatisierten Ermittlung der Eigenfrequenzen von dynamisch hochbelasteten Druckfedern. - 50 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In dieser Bachelorarbeit soll eine Messvorrichtung zur halbautomatisierten Messung der ersten Längseigenfrequenz von dynamisch hochbelasteten Druckfedern, insbesondere Ventilfedern im PKW Bereich, entwickelt werden. Dazu soll die Konstruktion eines Adapters erstellt werden, der in eine Federwaage integriert werden kann. Zusätzlich ist ein Konzept zur Messung, sowie Aufbereitung der Messdaten zu entwickeln, um die Frequenzwerte als Funktion der Einspannlänge darzustellen.
Entwicklung einer Beschlagsanbindung für eine Faserverbundkunststofflehne. - 115 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Um die verschärften CO2-Emmissionsrichtlinien der EU einzuhalten, steigert sich der Stellenwert vom Leichtbau bei der Fahrzeugkonstruktion beim Hersteller und seinen Zulieferern enorm. Auch Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG folgt diesem Trend und versucht bei seinen Sitzstrukturen möglichst viel Gewicht einzusparen. Die Grenzen von hochfesten Stählen werden bald erreicht sein und daher ist der Einsatz von Hybridstrukturen aus Stahl und langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (Organoblechen) naheliegend. Eine denkbare Anwendung ist die Entwicklung einer Faserverbundkunststoff (FVK)-Lehne im Vordersitz. Da eine reine Materialsubstitution nur unter schlechten Kompromissen im Bereich der Schnittstelle zum Sitzuntergestell wie erhöhter Masseeinsatz und Fertigungskosten möglich wäre, müssen Konstruktion und Verbindungstechnologie angepasst werden. Deswegen befasst sich diese Abschlussarbeit mit der Entwicklung einer optimierten Beschlagsanbindung. Dafür wurden Benchmark- sowie Patentanalysen durchgeführt und potenzielle Verbindungstechniken gegenübergestellt, um den aktuellen Stand der Technik wiederzugeben und eine Grundlage für die Konstruktion zu schaffen. Das Laserstrukturieren hat sich als besonders vielversprechende Fügetechnologie für die Beschlagsanbindung aus Stahl und der FVK-Lehne herausgestellt. Zur Validierung der Ergebnisse wurden erste Muster erstellt und diese auf einer Zugmaschine geprüft. Der nächste Schritt wird die Erstellung von Prototypen des optimierten Bauteils sein.
Federspeicher - mechanische Lösung zur Energierückgewinnung im Automobil. - 123 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Alternative Antriebe sind für Kraftfahrzeuge momentan und für die Zukunft von wachsender Bedeutung. Aus Gründen der Gewichtseinsparung und der Energieeffizienz sollen dabei die Antriebsmotoren nur so groß wie nötig ausgelegt werden, damit sie überwiegend im optimalen Betriebsbereich arbeiten. Aktuelle Fahrzeuge sind bezüglich der verfügbaren Antriebsleistung für den Normalbetrieb überdimensioniert, um Reserven für Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge zu besitzen. Diese Überdimensionierungen führen zu ungünstigen Betriebspunkten bei einfacher Geradeausfahrt. Es wird also kurzfristig zusätzliche Energie für das Anfahren benötigt, um den Hauptmotor zu entlasten. Diese Aufgabe soll der rein mechanisch arbeitende "Federbooster" übernehmen. Er ist ein Zusatzaggregat, welches im Kofferraum eines frontgetriebenen Fahrzeugs platziert wird. In günstigen Fahrsituationen, wie beim Bremsen und Bergabrollen, kann die nicht genutzte Energie über die Hinterachse vom "Federbooster" abgegriffen und gespeichert werden. Zur Speicherung der Energie eignen sich besonders aus Band gefertigte und gewundene Biegefedern, weil sie noch immer zu den kostengünstigsten und funktionssichersten Lösungen zur Erzeugung von Drehbewegungen gehören. Sie arbeiten im Gegensatz zu elektrischen Systemen autark, ohne externe Energieversorgung und können die eingebrachte Energie über längere Zeiträume speichern. Befindet sich das Aggregat im geladenen Zustand, ist es möglich, den PKW ohne Hilfe des Hauptmotors auf eine Endgeschwindigkeit von 20 km/h zu beschleunigen. Aufgrund dieser Anfahrhilfe kann der Hauptmotor kleiner ausgelegt werden. Dadurch wird das Mehrgewicht, welches der "Federbooster" verursacht, zu einem großen Teil kompensiert. Kraftstoffeinsparungen im einstelligen Prozentbereich werden möglich. Im Umfang dieser Bachelor-Arbeit wurde für solch einen Zusatzantrieb eine Grundlagenuntersuchung, im Auftrag des Unternehmens HUGO KERN UND LIEBERS GmbH & Co. KG, durchgeführt. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden die notwendigen Leistungsdaten bestimmt und mit ihnen ein Mehrfedersystem ausgelegt. Mit Hilfe eines Variantenvergleichs und der Bewertung in einer mehrwertigen Tabelle wird die am besten geeignete Version zur Anbindung an das Automobil bestimmt. Weiterhin erfolgen die konstruktive Umsetzung des Federsystems als Prototyp sowie die Erarbeitung eines Gesamtentwurfs.
Mehrschraubenverbindungen unter komplexer Beanspruchung. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese Bachelorarbeit beinhaltet die Untersuchung der analytischen Berechnungsmöglichkeiten der Flanschverschraubung und Lagerdeckelverschraubung an Gelenkwellen mit Hilfe der VDI 2230 Teil 1 und 2. Anhand von Beispielen wird die Anwendbarkeit dieser Richtlinie überprüft und eine interne Berechnungsrichtlinie für beide Fälle abgeleitet.
Ermittlung von Kennwerten zur Beschreibung des Eigenspannungsabbaus durch eine Wärmebehandlung. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Eigenspannungen können großen Einfluss auf die Funktion und Lebensdauer von Federn besitzen, daher gilt ihnen besondere Aufmerksamkeit. Ihre Entstehung im Fertigungsprozess, sei es in der Drahtherstellung oder dem formgebenden Fertigungsprozess, ist bekannt. Ebenfalls sind Möglichkeiten zur Reduktion der Spannungen im Federelement als auch das werkstofftechnische Verständnis vorhanden. Darunter ist zu verstehen, dass die einzelnen Prozesse des Spannungsabbaus in der Werkstoffkunde bekannt und untersucht worden sind. Relevant für diese Ausarbeitung ist die thermische Nachbehandlung, welche sich über die Wärmebehandlungstemperatur T und -zeit t steuern bzw. kontrollieren lässt. Bisher konnte nur aufgrund von Erfahrungen und durch experimentelle Untersuchungen eine Schätzung bezüglich des Abbauverhaltens der Eigenspannungen abgegeben werden. An dieser Stelle ist anzumerken das es sich hier um die Eigenspannungen handelt, welche aufgrund der Kaltumformung des Drahtes zur Feder entstanden sind und durch eine Wärmebehandlung abgebaut werden sollen. In dieser Arbeit soll eine Möglichkeit zur Vorhersage des Eigenspannungsabbaus an kaltgeformten Federn untersucht werden, welche einer Wärmebehandlung unterzogen wurden. Ausgehend von den Untersuchungen von V. Schulze und O. Vöhringer im Jahre 1993 [1] sollen werkstoffabhängige Kennwerte, die sogenannten Avrami-Parameter, bestimmt und an verschiedenen Federarten validiert werden. Dies soll an Federn aus ölschlussvergütetem Federdraht nach DIN EN 10270-2 und patentiert gezogenem Federdraht nach DIN EN 10270-1 durchgeführt werden. Das Verfahren zur Bestimmung der werkstoffabhängigen Kennwerte wurde, wie in [1] beschrieben, angewandt und zusätzlich eine modifizierte Variante umgesetzt. Es wird als eher grafisches Verfahren beschrieben und dargestellt, jedoch wurden die Kennwerte mittels Microsoft Excel berechnet. Es hat sich bestätigt, dass die Möglichkeit einer bedingt guten Vorhersage des Makroeigenspannungsabbaus besteht, wobei dies nicht allgemein an allen Federarten bestätigt wurde. Bei Anwendung der ermittelten Kennwerte (Avrami-Parameter) an Druckfedern konnten deutlich bessere Vorhersagen getroffen werden als beispielsweise bei Zugfedern. Die Validierung der Parameter an Schenkelfedern ist als hinreichend gut einzuordnen, jedoch exakter als an Zugfedern. Ebenfalls wie in [1] ausgeführt, wurde das Abbauverhalten von Mikroeigenspannungen basierend auf dem Abbau von Halbwertsbreiten bestimmt. Aufgrund der Interpretation und der Aussagekraft des Eigenspannungsabbaus wurde diese Vorgehensweise und die daraus resultierenden Ergebnis-se nur in Kürze in dieser Arbeit erwähnt.
Aufbau, Inbetriebnahme und praktischer Funktionsnachweis unter Industriebedingungen einer Gleichmäßigkeitsprüfeinrichtung für Stahldrähte. - 100 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die in dieser Facharbeit aufgeführten Arbeiten beziehen sich auf die Untersuchung der Formmaße an Drähten über deren Länge durch die Firma STZ Drahttechnik Ilmenau. Zunächst wird die Fertigung und Montage der Messeinrichtung dargestellt, die Funktionsprüfung an einer Laboranlage durchgeführt, die nötige Messwerterfassung erstellt und schließlich der Funktionsnachweis in einer Industrieanlage erbracht. Anschließend folgen die Bewertung der Messeinrichtung sowie die Auswertung der Versuchsergebnisse. Diese sind auf die Aussagefähigkeit der Messergebnisse bei verschiedenen Prüfgeschwindigkeiten bezogen. Schlagwörter: Gleichmäßigkeitsprüfung, Formmaßverteilung, Draht, Messsystem
Kapazitätserhöhung eines Prüfstandes zur Betriebsfestigkeit von Membranfedern ohne Steigerung des Energiebedarfs. - 67 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Zum Nachweis ihrer Dauerfestigkeit werden Membranfedern aus Nutzfahrzeugkupplungen auf speziellen Prüfanlagen geprüft. Hierzu werden die Federn in einen Prüfaufbau, welche den Verbau in einer Druckplatte nachbildet, eingespannt und von einem hydraulischen Prüfstand betätigt. Die Prüfung einer Feder dauert derzeit ca. zwei Tage. Im Rahmen dieser Arbeit wurde, nach Grundsätzen der Entwicklungsmethodik, ein neuer Prüfaufbau entworfen, welcher es ermöglicht mehrere Federn zeitgleich bei unverändertem Energiebedarf zu prüfen. Da die Fertigung der neuen Federaufnahmen während der Abschlussarbeit nicht möglich war, wurden zwei bestehende Gehäuse zu einem Interimsaufbau modifiziert, mit welchem die theoretischen Überlegungen der Konstruktion überprüft und dabei die Machbarkeit der gleichzeitigen Federprüfung bewiesen wurden.