Synthese eines alternativen mechanischen Tiefpassfilters auf Basis einer Leistungsverzweigung zur Reduktion der Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors im PKW-Antriebsstrang. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Synthese neuer passiver Konzepte zur Reduktion von mechanischen Drehschwingungen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, die durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden.
Aufbau eines Simulationsmodells zur Analyse des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
In dieser Bachelorarbeit wird zunächst, ausgehend von einer Einführung in die Rotordynamik, auf spezielle dynamische Probleme von Laborzentrifugen eingegangen. Hierbei liegt der Fokus vor allem auf dem Kernelement einer Laborzentrifuge: Dem einseitig elastisch abgestützten grundsätzlich unwuchtbehaftetem Rotorsystem. Diese theoretischen Betrachtungen bieten dann die Grundlage für die darauffolgend beschriebenen experimentellen Untersuchungen. Hier werden zunächst mittels Lasersensoren Schwingungsmessungen an einem vereinfachtem Rotorsystem durchgeführt. Durch das Softwarepaket ME'scopeVES können diese Messungen dann ausgewertet werden, indem unter anderem ein Animationsmodell aufgebaut wird, an dem die Schwingungen des Systems veranschaulicht werden können. Da die, für den Anwender störende, Geräuschentwicklung der Anlage in der Regel durch die Schwingungsübertragung vom Rotorsystem auf das Gestell der Zentrifuge entsteht, werden auch Messungen am Gestell vorgenommen. Hier wird nach dem sog. Impulshammerverfahren eine Modalanalyse durchgeführt. Die Auswertung der Messung erfolgt wiederum durch die Software ME'scopeVES, mit der an einem 3D-Animationsmodell die Bewegungsformen der einzelnen Moden verdeutlicht werden können. Die Arbeit schafft so erweitere Einblicke in das dynamische Verhalten einer Laborzentrifuge.
Modellbasierte Untersuchungen und Entwicklung des Rahmens einer Steilstrecken-Dampflok. - 124 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation eines historischen Dampflokrahmens. Sie versucht die Entstehung eines Risses im Rahmen der Lokomotive 94 1292 zu erklären. Dazu wurde ein dreidimensionales CAD-Modell aus historischen Zeichnungen aufgebaut. Anschließend wurde dieser Rahmen für eine FEM-Simulation angepasst. Die Anpassungen wurden vorher an vereinfachten Modellen entwickelt. In die statische Simulation wurden neben den Massen der einzelnen Bauteile auch die Kräfte und Momente, die das Triebwerk im Betrieb hervorbringt, eingefügt. Dazu besteht die Simulation aus einem starrkörperdynamischen und einem strukturmechanischem Teil. Mit der Starrkörperdynamik wurden die Reaktionslasten des Triebwerks ermittelt und anschließend in die Strukturmechanik eingefügt. Anschließend wurden die Spannungen im Rahmen ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei Lokomotiven mit Zwillingsmaschine je nach Fahrtrichtung eine Rahmenseite stärker belastet wird als die andere. Zum Schluss wurde eine neue Zeichnung der Rahmenwangen aus dem Modell für die Rekonstruktion der beschädigten Lokomotive gefertigt.
Thermisch-mechanische Grundlagenuntersuchungen an Abgasturboladern mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Der Abgasturbolader ist ein effektives Mittel zur Leistungssteigerung und für Downsizing von Verbrennungsmotoren. Aufgrund der hohen Abgastemperatur unterliegt er auch im normalen Betrieb einer hohen thermomechanischen zyklischen Beanspruchung, wodurch Risse am Turbinengehäuse entstehen können. Bedingt durch immer kürzer werdende Entwicklungszeiten soll die Identifizierung rissgefährdeter Bereiche bereits im konstruktiven Entwurfsprozess erfolgen. Die hierfür notwendigen theoretischen Untersuchungen sind aktuell mit einem großen Zeitaufwand verbunden und liefern häufig Ergebnisse mit nicht zufriedenstellender Qualität. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Masterarbeit zunächst eine Literaturrecherche zur Rissbildung sowie Rissausbreitung durchgeführt. Anschliessend wurden transiente thermisch-mechanische nichtlineare FE-Analysen an einem Abgastrakt durchgeführt, mit welchen Aussagen über mögliche Rissstellen im Turbinengehäuse getroffen werden können. Abschließend wurden Betrachtungen zur Optimierung der Simulation durch Reduzierung der Berechnungsdauer durchgeführt.
Untersuchung dynamischer Probleme am einseitig gelagerten Rotor. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Das Ziel der Arbeit besteht in der Untersuchung der Dynamik von einseitig gelagerten Rotoren, insbesondere soll das Verhalten bei Unwuchterregung betrachtet werden. Darauf aufbauend soll ein geeignetes MKS-Modell erstellt werden und die Voraussetzungen für Parameterstudien mittels eines Simulationswerkzeuges zu schaffen. Aufgaben: - Literaturrecherche Rotordynamik und zur Modellbildung - Untersuchung des dynamischen Verhaltens an einem Testaufbau; - Identifikation von Parametern; - Erarbeitung von geeigneten MKS-Modellen in alaska.
Entwicklung eines gewichtskraftkompensierten passiven Positionierarmes zum Tragen und manuellen Positionieren einer aktiven Robotereinheit. - 62 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die Bachelorarbeit beschreibt den Konstruktiven Entwicklungsprozess eines fixierbaren Stativarmes mit Gewichtsausgleich und Freiheitsgrad 6 zum Tragen einer aktiven Robotereinheit. Dazu sind geeignete kinematische Strukturen anhand der Anforderungsliste bewertet und ausgewählt worden, der Arbeitsraum konnte über zeichnerische Verfahren eingegrenzt werden. Zur Auswahl der durch Gewichtskraftkompensation entlasteten Gelenke ist das mechanische Modell des Stativarmes hinsichtlich der auftretenden lageabhängigen Belastungen berechnet worden. Prinzipe für Gewichtsausgleich und Fixierung wurden erörtert und für die Anwendung dimensioniert. Dabei konnte eine nahezu vollständige Gewichtsentlastung mit passiven Bauelementen für eine übliche Lage des Stativarmes über einen großen Arbeitsbereich erreicht werden. Aus dem Konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, sodass im nächsten Schritt die Schnittstellen zu umgebenden Baugruppen gestaltet werden können.
Entwicklung eines biologisch inspirierten apedalen Lokomotionssystems. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Im Verlauf dieser Masterarbeit wurde ein System entwickelt, mit welchem die Untersuchung der wurmartigen Lokomotion in einem weiten Spektrum an Bewegungsvarianten ermöglicht wird. Als Orientierung bezüglich der Bewegungsmuster wird hierbei der Regenwurm angesehen. Nach näherer Betrachtung des biologischen Vorbildes, wurde eine ausführliche Analyse der bisherigen weltweiten Entwicklungen auf dem Gebiet der wurmartigen Robotik durchgeführt. Die Erkenntnis, welche aus dieser Analyse gewonnen wurden, dienen als Grundlage für die Entwicklungen eines apedalen Bewegungssystems, welches unter Nutzung einer Borstenstruktur eine gerichtete Bewegung erzeugt. Für die Variation des Abstandes zwischen zwei Segmenten des Systems, wird auf das Konzept der sogenannten Schubkette zurückgegriffen, welche bei sehr großen Verfahrwegen, eine hohe Kompaktheit aufweist.
Konzeption eines pneumatisch aktuierten Handschuhs für die Mechanotherapie der menschlichen Hand. - 104 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Für die Mechanotherapie der menschlichen Hand wird ein Konzept für einen pneumatisch aktuierten Handschuh entwickelt. Dieses beinhaltet die Aktuierung der Flexions- und Extensionsbewegung in Bezug auf das Fingermittelgelenk. Zudem werden in der Stützstruktur Drehgelenke integriert, deren Drehachsen mit der Drehachse des Fingergelenkes zusammenfallen, und schädliche Kräfte und Momente vom Fingergelenk fernhalten. Das System des Handschuhs soll im Gegensatz zu den bestehenden Lösungen einen hohen Tragekomfort bieten, um eine kontinuierliche Therapie gewährleisten zu können. Der Aktuator der Flexion wird mit einem Faltenbalg realisiert, der auf dem Finger befestigt wird. In FEM-Simulationen wird die Abhängigkeit der Aktorkraft von den geometrischen Parametern untersucht, und ein Faltenbalgaktuator ausgelegt. Für die Aktuierung der Extensionsbewegung werden nachgiebige Aktoren untersucht. In der Stützstruktur werden stoffschlüssige Gelenke eingesetzt, deren Drehpunktverlagerung mithilfe der FEM-Simulation ermittelt wird.
Beiträge zum Entwurf und Analyse neuartiger Regelungskonzepte für biologisch inspirierte, mechanische Bewegungssysteme. - 87 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Ausgehend vom biologischen Vorbild, dem Regenwurm, wird in der vorliegenden Arbeit zunächst ein mechanisches Modell und daraus anschließend das mathematische Berechnungsmodell abgeleitet. Dieses Modell besteht aus diskreten Massepunkten, die durch masselos angenommene Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente miteinander verbunden sind. An jedem Massepunkt sind Spikes befestigt, die ein Zurückrutschen verhindern und somit nur eine Fortbewegungsrichtung zulassen. Die gerichtete Vorwärtsbewegung, in Form einer peristalltischen Bewegung, des Wurmroboters entsteht durch das Zusammenwirken der Abstützung der Spikes gegenüber dem Untergrund und den vorgegebenen Längenänderungen der Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente und damit der Abstände der Massepunkte zueinander. Die Art und Weise der Änderung der Massepunktsabstände wird durch Referenztrajektorien beschrieben. Aufgabe der adaptiven Regelung ist es, durch das Aufbringen von Stellkräften die realen Massepunktsabstände den Referenztrajektorien nachzuführen. Ausgehend von einem gegebenen Programmgerüst wird die Reglerstruktur zunächst von PD auf PID erweitert. Aus Parameterstudien wird ein optimaler PID-Regler ermittelt, der als Grundlage für die im weiteren Verlauf neu entwickelten Regelungskonzepte genutzt wird. Die Trichter-Regelung, die Regelung mittels Differenzenquotient und Time Delay und die Regelung mit nicht-klassischem Feedback werden in der vorliegenden Arbeit erstmals für den speziellen Einsatz und die direkte Anwendung auf den wurmartigen Roboter implementiert. Die Erweiterung teilweise bestehender Regelungsansätze und die Durchführung von Parameterstudien bilden den Hauptteil der Arbeit. Die Simulationsergebnisse der als optimale Parametersätze bestimmten Einstellungen der jeweiligen Reglertypen werden hinsichtlich ihrer Reglerdynamik und ihres Einflusses auf das Gesamtsystem miteinander verglichen. Weitere Simulationen untersuchen das Verhalten der verschiedenen Regler beim Wechsel des Fortbewegungsmusters, da ein solcher Wechsel als Reaktion auf die Änderung bestimmter Umwelteinfüsse sinnvoll und notwendig ist, um Beschädigungen am Roboter oder Beeinträchtigungen in dessen Funktion zu vermeiden. Es werden ebenfalls Simulationen mit Kombinationen der neu implementierten Regelungen durchgeführt, die Hinweise darüber geben, ob und wie sich verschiedene Regelkonzepte aufeinander auswirken. Alle Simulationen werden mit Hilfe einer, in MATLAB programmierten, GUI durchgeführt, in der sowohl die Wurmparameter wie auch die Regelungsparameter beliebig einstellbar sind.
Ermittlung des Potentials im Fußgängerschutz UpperLeg im Bereich Scheinwerfer an einer typischen Fahrzeugfront. - 98 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Gegenstand der Arbeit war die Ermittlung des Potenzials im Fußgängerschutz Hüftanprall (Upperleg) an einer typischen PKW-Fahrzeugfront. Der Scheinwerferbereich wurde in diesem Zusammenhang für den Lastfall Upperleg untersucht. Der Fokus lag auf der Erarbeitung von konstruktiven Maßnahmen, die aus Sicht des Fußgängerschutzes die Verletzungsgefahr reduzieren. Primär wurden hierfür Varianten betrachtet, die mehr Deformationsraum und somit einen weicheren Anprall an der Fahrzeugfront garantieren. Bei aktuellen Fahrzeugmodellen muss jedoch berücksichtigt werden, dass das Frontdesign und die Steifigkeit bei einem High-Speed-Crash beibehalten werden müssen. Als Bewertungsmaßstab dienten bei allen Tests die Anforderungen der Verbraucherorganisation EuroNCAP. Die entwickelten Konzepte wurden zunächst simulativ untersucht und anschließend experimentell umgesetzt sowie bewertet. Um das Verformungsverhalten des verwendeten Xenon-Scheinwerfers realitätsnah abzubilden, wurde das FE-Fußgängerschutzmodell anhand von Versuchen validiert. Das validierte Scheinwerfermodell kann als Grundlage für weiterführende Untersuchungen herangezogen werden. Abschließend wurde ein Einblick in weitere erfolgversprechende Konzepte gewährt.