Eigenspannungsabbau an Federn und Drähten durch eine Wärmebehandlung. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Schraubenfedern werden aus hochfestem Federstahldraht mit Festigkeiten von über 2000MPa gefertigt. Dieser hochfeste Draht wird in einem Prozess der Kaltumformung zur Feder verformt. Nach der Kaltumformung verbleiben erhebliche Eigenspannungen in der Feder. Aber auch bereits im Federstahldraht sind durch die Drahtherstellung Eigenspannungen vorhanden. Diese Eigenspannungen sollen durch eine Wärmebehandlung abgebaut werden. Im Vorfeld dieser Arbeit wurden daher Eigenspannungen von Druck- und Schenkelfedern an der Innen- und Außenseite jeweils an der Oberfläche sowie in einigen Mikrometern Tiefe bestimmt. Es wurden aber auch mehrere Messungen am Federstahldraht durchgeführt. Die daraus resultierenden Messergebnisse wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit im Hinblick auf verschiedenste Parameter wie zum Beispiel Drahtdurchmesser, Wickelverhältnis oder das Drahtmaterial (patentiert gezogen oder ölschlussvergütet) ausgewertet und grafisch dargestellt. Da das Diffraktometer nicht mehr zur Verfügung stand, konnten nachträglich keine weiteren Messungen durchgeführt werden. Zunächst wurde insbesondere der Einfluss von Materialkennwerten (E-Modul und Poissonzahl) auf die aus den gemessenen Intensitäten errechneten Eigenspannungen, die Auswirkungen der verschiedenen Peakbestimmungsmethoden sowie der Aspekt der Reproduzierbarkeit der Messungen untersucht. Im weiteren Verlauf wurden die vorliegenden Versuchsreihen auch im Hinblick auf den Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen betrachtet. Dabei wurden schwerpunktmäßig die Dauer, die Temperaturhöhe sowie der Einfluss der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt der Federherstellung und dem Zeitpunkt der späteren Wärmebehandlung untersucht. Die Auswertungen der unterschiedlichen Messungen ergaben unter anderem, dass wiederholte Messungen an derselben Messstelle in unterschiedlichen Messtiefen nicht die erwarteten Ergebnisse zeigten, da durch den Materialabtrag beim Ätzen der Probe der Eigenspannungszustand verändert wird. Daher wurden im Bereich von null bis 145 [my]m Messtiefe wiederholt dieselben Eigenspannungen gemessen, obwohl eine Abnahme der Eigenspannungen zu erwarten gewesen wäre. Die Auswertung der vorliegenden Versuchsreihe ergab auch unterschiedliche Einflüsse des Wickelverhältnisses an Druck- und Schenkelfedern. Während die Eigenspannungen an Druckfedern mit ansteigendem Wickelverhältnis abnehmen, ist an den Schenkelfedern hierfür ein Anstieg der Spannungen zu erkennen.
Nachweis der Möglichkeit, eine Wanderbewegung einer Losradlagerung zu ermöglichen, wenn die Lagerung aus Lagern mit Bordreibung besteht. - 68 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
In dieser Arbeit wurde eine Verschleißerscheinungsform an Wälzlagerungen untersucht, deren Innen- und Außenringe synchron umlaufen und durch die Riffelbildung zum früheren Ausfall der Lagerstelle führen. Oben genannte Erscheinung ließ sich an den Nadellagern durch Erzielung eines Wandereffektes des Käfigs vermeiden. Mithilfe der Mehr-Körper- Simulationen (MKS) konnte dieser Effekt an den Nadelkränzen abgebildet werden und zeigte sich als geeignete Methode für die Untersuchungen der anderen Lagerbauarten. Somit ließ sich die Lagerung mit verspannten Kegelrollenlagern auf ihr Wanderverhalten detaillierter beurteilen. Anhand gewonnener Simulationsergebnisse wurden Hinweise für Anwendungsgrenzen erarbeitet.
Entwicklung eines Feder-Dämpfer-Konzeptes. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Optimierung der Feder- und Dämpferanlenkung eines Formula Student Rennwagens. Dabei werden nach Recherche zu vorhandenen Anlenkungsvarianten die Einflussgrößen auf die Radlast-Radhub-Kennlinie durch die Einführung einer verallgemeinerten Berechnungsvorschrift untersucht, bewertet und anschaulich dargestellt. Unter Nutzung der Berechnungsvorschrift erfolgt die vorläufige Auslegung der Kennlinie nach vorgegebenen Kennwerten. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die spätere Mehrkörpersimulation in Adams/Car. Der geforderte progressive Kraftverlauf wird dabei durch die Anlenkungskinematik oder die Nutzung nichtlinearer Federelemente realisiert. Durch gezielte Einstellmöglichkeiten der Kinematik können beide Varianten und die Auswirkungen auf das Gesamtkonzept werden betrachtet. Stichworte: Formula Student, Fahrwerk, Push-Rod, Pull-Rod, Adams/Car, Federauslegung
Erarbeitung einer Methodik zum Nachweis der Dauer- bzw. Betriebsfestigkeit von Nockenwellen bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In dieser Arbeit wird eine Methodik für den Nachweis der Dauerfestigkeit von, nach Baukastensystem konstruierten, Nockenwellen erarbeitet. Aktuell erfolgt der Ablauf des Dauerfestigkeitsnachweises von Nockenwellen aus Kombination von FE-Berechnungen und Dauerschwingversuchen für jede Muster-Charge separat. Zur Einsparung von Versuchsaufwand wird ein Nachweiskatalog entwickelt, der die Übernahme von Versuchsergebnissen der bereits auf Dauerfestigkeit geprüften Baukasten-Maschinenelemente ermöglicht. Es wurden Wöhlerversuche an einer klassischen Nockenwelle sowie drei Camtronic-Flanschwellen nach dem Probit-Verfahren durchgeführt. Die Auswertung der 90%-Überlebenswahrscheinlichkeit der Musterwellen erfolgt mittels Logitverteilung. Auf Grundlage der Wöhlerversuche und durch eine Analyse von Konstruktionsmerkmalen kritischer Maschinenelemente und Kerbstellen weiterer Ausführungsvarianten wird eine Katalogstruktur für einen effizienten Abgleich erstellt. Mit berücksichtigt sind ebenfalls Einflüsse von Materialeigenschaften, Rohteil- und Fertigungsverfahren. Die Anwendung der Methodik für den Abgleich von Nockenwellen mit dem Kataloginhalt wird anhand eines Musterkataloges dargestellt. Abschließend werden Möglichkeiten und Grenzen für die Anwendung des Kataloges diskutiert.
Ermittlung der Kraftwirkungslinie an Schraubendruckfedern. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Schraubendruckfedern reagieren bei axialer Belastung immer mit einem allgemeinen Kräftesystem, d.h. es wirken zusätzlich Querkräfte und Momente. Für Druckfedern die in hochwertigen Produkten Einsatz finden gibt es oft genaue Anforderungen bezüglich der auftretenden Kräfte und Momente. Daher ist man bestrebt den resultierenden Kraftvektor einer Feder, die Kraftwirkunglinie, messtechnisch möglichst exakt zu bestimmen. Zu Testzwecken wurde ein einfaches Messsystem, mithilfe piezoelektrischer Mehr-Komponenten-Aufnehmer, aufgebaut. Mit verschiedenen Testmessungen wurde das System erprobt und Möglichkeiten zur Optimierung entwickelt.
Fertigungsgerechte Konstruktion eines aerodynamischen Folienlagers für die Anwendung in PKW-Abgasturboladern. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
In der vorliegenden Arbeit wird die fertigungsgerechte Konstruktion eines aerodynamischen Radialfolienlagers für die Anwendung im PKW- Abgasturbolader erstellt. Zunächst wird ein Überblick über das Anwendungsfeld Abgasturbolader im PKW gegeben und die Probleme konventioneller ölgeschmierter Lagerungen aufgezeigt. Diese liegen vor allem in einer absinkenden Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen, aufgrund einer starken Temperaturabhängigkeit des Öles. Auf Grundlage dessen erfolgt ein Aufzeigen der Vorteile aerodynamischer Lagerungen, wobei aber auch Anforderungen an diese gestellt werden, damit ihre Nachteile den Einsatz im Turbolader nicht gefährden. So muss die verhältnismäßig geringe Dämpfung eines Luftschmierfilmes durch Integration eines Dämpfungselementes unterstützt werden. Nachdem auf die besondere Eignung von Folienlagern hingewiesen wird, um dies zu gewährleisten, erfolgt die Vorstellung verschiedener Konzepte dieser Lagerunterart und es kommt zur Auswahl eines Konzeptes. Dabei wird ein Buckelfolienlager als im Aufbau sehr einfacher und gut erforschter Lagertyp ausgewählt, da dieser Typ die Dämpfung am besten umsetzen kann. Anschließend wird die Berechnung für das ausgewählte Lager erstellt. Dabei wird aufgezeigt, warum der Ansatz eines Spiralrillenlagers verwendet werden kann und die mathematische Grundlage anhand der Reynoldsschen Differentialgleichung gelegt. Weiterführend wird auch die Abhebedrehzahl des Rotors bestimmt. Auf Grundlage dieser Berechnung erfolgt die Konstruktion des Lagers, nachdem geeignete und oft eingesetzte Werkstoffe verglichen und ausgewählt wurden. Dabei wird vor allem schon ein Augenmerk auf die spätere Fertigung gelegt. In einem abschließenden Kapitel dieser Arbeit wird die Fertigungstechnologie aufgezeigt.
Korrelation zwischen Dauerfestigkeit und zyklischem Werkstoffverhalten. - 96 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die folgende Masterarbeit befasst sich mit dem Zusammenhang zwischen zyklischem Werkstoffverhalten und der Dauerfestigkeit. Die theoretischen Grundlagen der Betriebsfestigkeit werden beschrieben, insbesondere Schädigungsparameter. In Versuchen wird das zyklische Materialverhalten von VDSiCr, wärmebehandelt bei 350˚C/60 min und 420˚C/30 min, ermittelt und mit bestehenden statischen und dynamischen Versuchsergebnissen verglichen. Außerdem werden die Berechnungsgrundlagen zur Ermittlung des von der Hysterese der zyklischen Spannungs-Schiebungs-Kurve eingeschlossenen Fläche betrachtet. Es werden erste Vermutungen gemacht, ob einem Zusammenhang zwischen der Dauerfestigkeit und den bei zyklischen Versuchen in der Hysterese eingeschlossenen Fläche sowie der zyklischen Spannungs-Schiebungs-Kennlinie bei Torsion besteht. Des Weiteren werden die ermittelten Kennlinien wechselnder und schwellender Beanspruchung verglichen und Zusammenhänge hergestellt.
Vorrichtung zum Kriechversuch an Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung. - 64 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die folgende Bachelor Thesis befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion einer Vorrichtung, an welcher Zeitstandversuche an Federstahldrähten unter Torsionsbeanspruchung durchgeführt werden können. Mit Zeitstandversuchen wird das Kriechverhalten von Materialen unter ruhender statischer Belastung ermittelt. Das Kriechverhalten des zu prüfenden Materials beschreibt dabei die plastische Verformung, die in Abhängigkeit von Belastungsdauer, Belastungsintensität und Umgebungstemperatur unterschiedlich stark ausgeprägt sein kann. Bei der Durchführung des Zeitstandversuches an Federstahldrähten sollen neue Erkenntnisse über die Materialeigenschaften von Federstahldraht gewonnen werden, um damit auf die Eigenschaften von Schraubenzug- und Schraubendruckfedern schließen zu können. Hintergrund für die Entwicklung und fertigungsgerechte Konstruktion einer solchen Vorrichtung ist, dass es in dieser Ausführung bislang noch keine vergleichbaren Modelle gibt. Beim DIN-genormten, einachsigen Zeitstandversuch erfolgt die Belastung lediglich in Zugrichtung. Für die Aussagekraft über Eigenschaften von Federstahldrähten zur Herstellung von Schraubenfedern ist dies jedoch ungenügend. Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit ist die vollständige Fertigungszeichnung der funktionsfähigen Zeitstandvorrichtung in Zusammenhang mit der Auslegung aller dafür benötigten Größen und Bauteile.
Entwicklung eines selbstführenden Polyurethan Spurzahnriemens und Implementierung in die Produktionsprozesse. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014
Die Neu- bzw. Weiterentwicklung eines Produktes der Contitech besteht darin, durch Optimierung der Riemengeometrie sowie der zugehörigen Fertigungsprozesse Aufwendungen und Kosten zu senken. Die Fertigung des kurranten Riemens verläuft zurzeit in drei Stufen. In der ersten Stufe wird ein Standard-Zahnriemen mit dem Profil AT10 gefertigt. In der Zweiten wird ein Mittelstück des Riemens ausgefräst, um dann in einer dritten Stufe einen Keil einzuschweißen. Mein Ziel/Aufgabe ist es, diese drei Prozessschritte zu analysieren, zu vereinfachen und wenn möglich, zusammenzufassen. Durch Entwicklung einer veränderten Riemengeometrie ist es möglich, die Prozesskette deutlich zu vereinfachen. Zusätzlich verbessert dieser Eingriff die Produktqualität, und zwar durch Erhöhung der Biegeflexibilität. Daraus folgen eine bessere Belastungsverteilung und eine gesteigerte Lebensdauer. Unteranderem fallen unter Entwicklung und Prozessimplementierung Werkzeuge einer bestehenden Produktionsanlage, die dem neuen Einsatz angepasst bzw. neu beschafft werden müssen.
Analytische Bewertung der lastabhängigen Breitenzunahme eines innovativen Gurtbandes zur Anwendung in einem PKW-Gurtsystem. - 161 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014
Die kontinuierliche Verbesserung der Fahrzeugsicherheit bewirkt, dass zunehmend weniger schwere und tödliche Verkehrsunfälle auftreten. Die Einführung von Rückhaltesystemen, wie beispielsweise Airbags und des Sicherheitsgurtes, haben wesentlich zur Reduzierung der Unfallopfer beigetragen. Dabei gilt der Sicherheitsgurt als der "Lebensretter Nummer Eins" [KRA13]. Trotz stetig sinkender tödlicher Verkehrsunfälle dürfen die Bestrebungen zur weiteren Erhöhung der Fahrzeugsicherheit nicht abklingen. Seit Einführung des Sicherheitsgurtes wurde das Gurtsystem fortwährend weiterentwickelt und um Komponenten, wie Gurtstraffer oder Gurtkraftbegrenzer, ergänzt. Das Gurtband als solches wurde dabei seit seiner Einführung kaum verändert. [KRA13] Neueste Entwicklungen in der Webtechnologie ermöglichen ein mechanisches Wirkprinzip zur Verbreiterung eines Gurtbandes bei Zugbelastung. Dieses Wirkprinzip der Verbreiterung des Gurtbandes stellt dabei eine Weltneuheit dar. Im Rahmen dieser Arbeit soll die biomechanische Verträglichkeit des neuartigen Gurtbandes unter dynamischen Einflüssen untersucht werden. Es besteht die Annahme, dass das breiter werdende Gurtband einen positiven Einfluss auf die Insassenbelastung aufweist, da die Krafteinleitung über eine breitere Kontaktfläche zum Insassen erfolgt. Zur dynamischen Untersuchung des neuartigen Gurtbandes soll ein Ersatzversuch auf Basis von bestehenden Fahrzeugsicherheitsversuchen definiert werden. Zu diesem Zweck wird der härteste Lastfall im Frontalaufprall aus aktuellen gesetzlichen Anforderungen und Verbraucherschutztest detektiert und zur Versuchsdefinition herangezogen. Darüber hinaus wird ein neuartiger Kinderdummy analysiert und in seinen Eigenschaften zu aktuellen Dummymodellen abgegrenzt. Der Einsatz des neuartigen Dummymodells ist für den dynamischen Ersatzversuch in Betracht zu ziehen. Im nächsten Schritt wird das neuartige Gurtband hinsichtlich der Webtechnologie, der Wirkmechanismen und abweichenden Eigenschaften im Bezug zu einem Seriengurtband untersucht. Zu diesem Zweck werden statische und dynamische Voruntersuchungen bewertet, die bereits vor Beginn dieser Arbeit durchgeführt wurden. Darauf aufbauend wird ein dynamischer Ersatzversuch definiert und unter Einsatz eines Dummys durchgeführt, welcher an aktuelle Versuchsarten zum Nachweis der Wirksamkeit von Rückhaltesystemen angelehnt ist. Der dynamische Ersatzversuch soll die Verbesserung der biomechanischen Verträglichkeit des neuartigen Gurtbandes zeigen.