Studienabschlussarbeiten

Lu, Rongchen;
Synthese und experimentell-messtechnische von Elastomer-Verbundmaterialien mit magnetischen und thermoplastischen Partikeln. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Arbeit werden Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln, magnetischen Weichpartikeln (Carbonyleisenpulver) und Thermoplasten vorgestellt und getestet. Die Elastomerproben mit magnetischen Nanopartikeln werden in einem elektromagnetischen Wechselfeld im Hochfrequenzbereich platziert. Durch die Anregung der in den Proben eingebetteten Magnetpartikel, stellt das magnetische Wechselfeld hier die thermische Aktivierung dar. Somit heizen sich diese Proben selbstständig auf. Die Elastomerproben, die Carbonyleisenpulver enthalten, können zeitweise durch ein externes Magnetfeld magnetisiert werden. Dieses stellt die reversible magnetische Aktivierung dar. Die als Füllstoffe verwendeten Thermoplasten schmelzen bei einer bestimmten Temperatur. Daher weisen die Elastomerproben, die Thermoplaste als Füllstoff enthalten, unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, die durch die Temperatur verändert werden. Sie bilden die Basis des Formgedächtnispolymers und werden in dieser Arbeit als Formgedächtnisteil verwendet. In Anbetracht der Materialeigenschaften, werden Kombinationen der Rohstoffe untersucht. Proben mit ausgewählten Kombinationen der genannten Füllstoffe werden in mehreren Formen hergestellt und getestet, um die thermische Aktivierung des intelligenten Polymers und damit einen Formgedächtniseffekt zu zeigen. Diesbezüglich verformen sich diese Elastomerverbindungen durch das Anlegen elektromagnetischer Wechselfelder und nehmen ihre ursprüngliche Form durch das Anlegen statischer Magnetfelder wieder an.

Untersuchung des Formgedächtniseffekts in Elastomeren mit thermoplastischen Partikeln. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In dieser Arbeit wird der Shape-Memory Effekt an Elastomeren mit Zusatz von thermoplastischen Partikeln untersucht. Dabei wird vor allem im Hinblick auf die Anwendung in einem Manipulationssystem der Softrobotik hingearbeitet. Dafür wird die Form eines Objektes in das Elastomer eingespeichert, welches dann als Form-Fit Greifer verwendet werden kann. Im ersten Teil werden verschiedene Geometrien und Elastomere als Grundlage getestet. Aus den Analysen der Grundlagen werden dann Überlegungen für weitere Verbesserungen der Geometrien und des Erwärmungsmechanismus gemacht. Für die Erwärmung mit elektrischer Abwärme wurden noch weitere Versuche über die Integration eines Drahtes in das Elastomer durchgeführt und dessen Heizkapazität getestet. Abschließend gab es noch einen Test, ob sich ein doppelter Shape-Memory Effekt für eine Manipulationsanwendung geeignet ist.

Meinert, Malte;
Modellbildung und Simulation des dynamischen Verhaltens von Masten bei Einsatz von schwingungsmindernden Maßnahmen. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Im Rahmen dieser Arbeit wurden schwingungsmindernde Maßnahmen und deren Wirksamkeit betrachtet. Dabei wurde zunächst verschiedene Dämpferarten betrachtet, welche heutzutage in hohen Strukturen zum Einsatz kommen. Hierzu wurden besonders Windkraftanlagen untersucht, welche durch starke Wind- oder Erdbebeneinwirkung in Schwingung versetzt werden können. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Mehrkörpermodell einer Windkraftanlage in der Simulationssoftware Alaska Modeller Studio erstellt. Es wurde die schwingungsmindernde Wirkung zwei verschiedener Dämpfer unter Windeinwirkung getestet und miteinander verglichen.

Eckart, David;
Entwicklung eines Probenschüttlers. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In dieser Arbeit wird ein Probenschüttler entwickelt, welcher durch seinen Aufbau einen vibrationsarmen Betrieb gewährleistet. Hierfür werden Simulationen der Dynamik eines Mehrkörpersystems in der Software alaska durchgeführt. Es werden die Methoden des statischen und dynamischen Auswuchtens angewandt. Mit dem statischen Auswuchten kann kein vibrationsarmer Betrieb besonders im hohen Drehzahlbereich erreicht werden. Beim dynamischen Auswuchten kann dies im gewünschten Drehzahlbereich realisiert werden. Für die unterschiedlichen Beladungen wurde ein Prinzip mit zwei Ausgleichsmassen entwickelt. Dazu wurde eine Verstelleinrichtung konzipiert. Aus Machbarkeitsgründen wurde aus dem Lösungsansatz mit der verstellbaren unteren Ausgleichsmasse ein technisches Prinzip entwickelt. Ein besonderer Vorteil dieses Aufbaues ist, dass die Einprägung der orbitalen Bahn und die Verstellung der Masse über einen Motor und einen Elektromagneten realisiert werden. Der Auswuchtzustand kann anhand der auftretenden Beschleunigungen ermittelt werden, wodurch ein automatisiertes Auswuchten des Probenschüttlers möglich ist. Es liegt eine Konstruktion für einen Prototyp vor, mit dem ein vibrationsarmer Betrieb demonstriert werden kann.

Lilge, Tom;
Entwicklung eines adaptiven Beschleunigungssensors basierend auf dynamisch erregtem magnetosensitivem Material. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Als magnetosensitive Elastomere (MSE) bezeichnet man eine Gruppe intelligenter Werkstoffe. Sie bestehen aus einer elastischen Trägermatrix mit eingebundenen weich- und/oder hartmagnetischen Mikropartikeln. Unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder lassen sich die mechanischen Eigenschaften dieser hybriden Materialien variieren, was sie besonders für den Einsatz in adaptiven Aktoren und Sensoren auszeichnet. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Beschleunigungssensors, der ein balkenförmiges, permanentmagnetisches MSE mit hybrider Partikelfüllung als Funktionselement enthält. Dieses lässt sich aufgrund der eingebundenen magnetischen Partikel durch ein äußeres oszillierendes Magnetfeld in mechanische Schwingung versetzen. Die Schwingungskenngrößen des MSE lassen sich durch das Anlegen eines äußeren uniformen Magnetfeldes reversibel beeinflussen. Im Rahmen der Vorversuche wird ein Laboraufbau entworfen, an dem das Schwingverhalten des MSE-Balkens bei elektromagnetischer und Beschleunigungsanregung untersucht werden kann. Dies geschieht sowohl ohne als auch mit äußerlich angelegtem Magnetfeld. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird anschließend der Prototyp eines Beschleunigungssensors mit einem lagegeregelten MSE als Funktionselement entwickelt und in einem Laboraufbau realisiert. Der Funktionsnachweis für das erarbeitete Sensorprinzips wird anhand praktischer Versuche erbracht. Dabei werden charakteristische Betriebsgrößen herausgearbeitet und wichtige Ansatzpunkte für die Weiterentwicklung des Systems definiert. Es wird gezeigt, dass der Beschleunigungssensor im vorliegenden Entwicklungsstadium in der Lage ist, die Wirkung konstanter Beschleunigungen auf das MSE-Funktionselement zu kompensieren.

Dornes, Theresa;
Modellbildung und Simulation eines Reibdämpfers zum Einsatz in Schwingungsminderungssystemen. - Ilmenau. - 121 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Zur Kontrolle und Minderung niederfrequenter Turmbiegeschwingungen von Windenergieanlagen werden u.a. gedämpfte passive Tilger eingesetzt, deren Dämpfungselement durch einen trockenen Reibdämpfer realisiert ist. Im Rahmen der im Hause Wölfel Engineering GmbH + Co. KG angefertigten Bachelorarbeit, wird das Reibverhalten der im Tilger verwendeten Reibpaarung experimentell untersucht sowie ein zur Nachbildung des Reibverhaltens geeignetes Reibmodell ausgewählt. Anschließend werden drei verschiedene Reibmodelle, das ausgewählte Reibmodell sowie das Coulomb-Modell und das lineare Dämpfermodell, zur Beschreibung des Reibverhaltens eingesetzt und das Schwingungsverhalten des gedämpften passiven Tilgers in Simulink simuliert. So kann eingeschätzt werden, in welchem Umfang sich auch einfache Reibmodelle zur Nachbildung trockener Festkörperreibung eignen, wenn weniger das Reibverhalten selbst, als das daraus resultierende Schwingungsverhalten des Tilgers interessiert.

Kutschat, Luis;
Modellierung und Simulation des dynamischen Verhaltens einer Tensegrity-Struktur als Mehrkörpersystem. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und dynamischen Simulation eines mobilen Roboters, der auf einer Tensegrity-Struktur mit zwei gekrümmten Elementen basiert. Die Bewegung des Roboters wird durch das Verfahren von Antriebseinheiten entlang der gekrümmten Elemente induziert. Die Modellbildung erfolgt als Mehrkörpersystem mittels des Programms alaska/ModellerStudio. Die Arbeit umfasst unter anderem Methoden der Kontaktmechanik und Regelungstechnik. Es werden sechs Modelle entwickelt, die sich in der Modellierung der Spannelemente und der Führung der Antriebseinheiten unterscheiden. Dynamische Simulationen zeigen, dass die Modelle in der Lage sind, sowohl einachsiges Rollen als auch Kippsequenzen auf ebenem, nicht geneigtem Untergrund auszuführen.

Müller, Sebastian;
Determination of the signals recorded by carpal vibrissae of rats during locomotion and forelimb touch down. - Ilmenau. - 104 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Verschiedene Säugetiere, so auch Ratten, verfügen an ihren Pfoten über Tasthaare, die sog. karpalen Vibrissen. Untersuchungen der Fortbewegung von Ratten haben gezeigt, dass der Kontakt zwischen den karpalen Vibrissen und dem Untergrund Einuss auf das Fortbewegungsverhalten der Tiere hat. Karpale Vibrissen bestehen aus einem Haarschaft und einem Follikel. Der Haarschaft ist lang, schlank, elastisch und im Follikel gelagert, in dem sich die Mechanorezeptoren benden. Ausgehend von Vorarbeiten der Fachgebiete Biomechatronik und Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau sowie der Section of Mechanical Engineering, Ponticial Catholic University of Peru, wurde ein mechanisches Modell einer karpalen Vibrisse erstellt. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die im Follikel wirkenden Kräfte und Momente während der Fortbewegung einer Ratte zu bestimmen. Aus den ermittelten Signalen sollen Rückschlüsse auf die Beschaenheit des Kontaktes zwischen Haarschaft und Oberäche gezogen werden. Hierzu wurde die in einer Vorarbeit ermittelte Bewegungsbahn einer Rattenpfote mit dem in dieser Arbeit erstellten mechanischen Modell kombiniert. Die daraus entstandene invers dynamische Analyse wurde im Mehrkörpersimulationsprogramm ALASKA durchgeführt. Da nicht alle Eigenschaften und Parameter des biologischen Vorbilds bekannt sind, wurden z.B. der Reibkoezient, die Lagerungseigenschaften oder die Materialeigenschaften des Haarschaftes variiert. Als Ergebnis der durchgeführten Parameterstudien konnten verschiedene Einüsse bestätigt werden. Hierbei zeigen sich u. a. Eekte wie eine Änderung der Signalstärke sowie Änderungen in der Kontaktzeit.

Eckhardt, Stefan;
Contribution to artificial tactile sensors for object contour recognition using coupled technical vibrissae. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Einige Säugetiere verfügen zur taktilen Umgebungserkundung über spezielle Tasthaare, die sog. Vibrissen. Die Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans ermöglicht es bspw. Ratten Abstände und Orientierungen von Objekten sowie deren Konturen und Oberflächenbeschaffenheiten auf Basis weniger Berührungen durch ihre Vibrissen zu detektieren. Vibrissen kommen meist in Gruppen an verschiedensten Körperstellen (z.B. im Gesichtsfeld oder den Extremitäten) der Tiere vor. In der Literatur beschränken sich die meisten mechanischen Vibrissenmodelle auf die Betrachtung einer einzelnen Vibrisse, die zumeist als eingespannter Biegebalken modelliert wird. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und leistet einen Beitrag zur Untersuchung realitätsgetreuerer, elastisch gekoppelter Vibrissensysteme. Der Fokus liegt auf der Objektkonturabtastung und der theoretischen Erzeugung der Lager reaktionen jeder einzelnen Vibrisse. Dabei werden das elastische Gewebe der Tiere, in das die Vibrissen eingebettet sind und die dadurch gegebene mechanische Beeinflussung der Vibrissen untereinander berücksichtigt. Zunächst erfolgt die Modellierung einer einzelnen Vibrisse durch einen langen, schlanken Balken zylindrischer Form dessen Verformungen mithilfe der nicht-linearen Euler-Bernoulli Theorie beschrieben werden. Das Modell wird anschließend in verschiedenen Abstraktionsstufen zunächst um eine elastische Lagerung und anschließend um eine zweiten Vibrisse erweitert. Die Kopplung der Vibrissen wird durch verschiedene Federstrukturen realisiert. Für die Objektabtastung wird das Vibrissenmodell quasi-statisch und translatorisch an einer exemplarisch betrachteten, streng konvexen Objekt-Profilkontur vorbeigezogen. Während der Abtastung wird zwischen den Kontaktphasen des Spitzen- und Tangentialkontakts unterschieden. Darüber hinaus werden für den Fall der Objektabtastung mithilfe mehrerer Vibrissen verschiedene Szenarien abgeleitet, um zu berücksichtigen, welche und wie viele der Vibrissen sich gleichzeitig in Kontakt mit dem Objekt befinden. Basierend auf dieser Einteilung werden verschiedene Gleichungen zur Ermittlung der Fußpunktpositionen aller Vibrissen hergeleitet. Das mechanische Modell dient als Grundlage für die Durchführung von Parameterstudien, in denen der Einfluss der Lager- bzw. Kopplungselastizität sowie des Objektabstandes auf die Lagerreaktionen der einzelnen Vibrissen untersucht wird. Dabei zeigt sich u. a., dass, im Gegensatz zum Objektabstand, eine Lagerelastizität in Abtastrichtung keinen Einfluss auf die Maximalwerte der Lagerreaktionen hat. Im Falle zweier gekoppelter Vibrissen können bestimmte Events, wie das Ablösen einer Vibrisse vom Objekt, in den Lagerreaktionen der jeweils anderen Vibrisse detektiert werden.

Wittke, Martin;
Auswahl, Dimensionierung und konstruktive Integration eines Systems zur Messung und Einstellung eines Phasenwinkels bei Rotationssystemen. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Beim Betrieb von Maschinen und Geräten mit rotierenden Teilen hat bereits eine geringe Unwucht der Rotoren einen großen Einfluss auf das Betriebsverhalten. Es entstehen Schwingungen, die die Störanfälligkeit der Elektronik erhöhen und zu verstärktem Verschleiß, stärkerer Geräuschentwicklung und verminderter Qualität des Prozesses führen. Demzufolge ist es notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, um die Abweichungen der Massenträgheitsachse des Körpers zu dessen Rotationsachse bestmöglich zu kompensieren, sodass ein langlebiger Betrieb der Anlagen mit hoher Prozessqualität, Betriebssicherheit und Schonung der Umwelt sichergestellt wird. Da konventionelle Auswuchtverfahren an ihre Grenzen stoßen, werden Baugruppen und Prozesse ent- und weiterentwickelt, die die Messung der Unwucht sowie die Kompensation dieser in kurzer Zeit mit geringem Energieaufwand durchführen. Ziel und Aufgabe dieser Masterarbeit ist es, für einen Anwendungsfall eine Baugruppe zu entwerfen, mit der die Unwucht des Rotors dieses Systems durch ein aktives, automatisches Auswuchtverfahren mit Veränderung der Massenverteilung in die geforderten Toleranzen gesenkt wird. Durch zwei voneinander unabhängig ausrichtbare Massekörper werden so in Betrag und Richtung variierbare Kompensationsunwuchten erzeugt. Mit Hilfe des konstruktiven Entwicklungsprozesses der Technischen Universität Ilmenau werden zunächst verschiedene Lösungsprinzipe entwickelt, welche die Hauptfunktion und weitere, zuvor ausgearbeitete Anforderungen an die Baugruppe erfüllen. Nach Ermittlung der am besten geeigneten Konzepte erfolgt eine Prüfung der Umsetzbarkeit in Bezug auf Bauteilverfügbarkeit, Kosten und Testumfang. Auf Basis dieser Untersuchungsergebnisse wird anschließend ein Versuchsaufbau erarbeitet, mit dem das Prinzip der Wirbelstrombremse als Aktor anhand von Testreihen geprüft werden kann.