Konzeption und Implementierung einer wissenschaftlichen Bewertungsmethode zur Auslegung von Laserstrahlschweißverbindungen . - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 96 S., 26,02 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Der Prozess der rechnergestützten Bauteilauslegung mittels Finite-Elemente-Software ist, je nach Bauteilkomplexität, sehr zeitaufwändig. Dabei beschränkt sich der Aufwand nicht nur auf die Berechnung der Modelle. Große Bemühungen sind auch bei der FE-Modell-Erstellung erforderlich, da die Qualität der Modellvernetzung einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisqualität hat. Es werden Ergebnisse verlangt, denen vertraut werden kann. Daher ist neben einem guten und geeigneten Auslegungskonzept auch die Methodik zur Berechnung der konzeptabhängigen Spannungen von großer Bedeutung. Die Auswertung der Ergebnisse und das Berechnen der Lebensdauer verlangen ebenfalls nach größeren Bemühungen. Daher müssen zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit Werkzeuge und Methoden zur automatisierten konzeptabhängigen Modellierung und Ergebnisauswertung entwickelt werden. - In dieser Diplomarbeit werden im ersten Teil Methoden entwickelt, den Prozess der Schwingfestigkeitsbewertung von (laserstrahl-) geschweißten Verbindungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu automatisieren. Diese Methoden, die auf dem Kerbspannungskonzept und einer Diversifikation der Submodellgenerierung basieren, realisieren eine automatisierte Lebensdauerermittlung auch bei komplexen Schweißnahtgeometrien. - Die betrachteten Automatisierungskonzepte werden im zweiten Teil der Arbeit programmiertechnisch in der Programmiersprache Python umgesetzt und in Form eines Plug-ins in die FE-Software Abaqus implementiert. Durch die Implementierung können die entwickelten Methoden intensiv untersucht werden. Der Fokus der Untersuchungen wird auf die Ermittlung der Abweichungen der automatisiert bestimmten Ergebnisse zu Resultaten aufwändig erstellter und berechneter Referenzmodelle gelegt. Die maximale Differenz bei grober Vernetzung des Globalmodells beträgt ca. 6 % in der berechneten maximalen Spannung. Eine feinere Diskretisierung des Globalmodells führt zu weitaus geringeren Abweichungen. - Außerdem wird die Leistungsfähigkeit der Automatisierung durch einen Vergleich der Berechnungszeiten nachgewiesen. Bei einem Modell einer relativ komplexen Schweißverbindung kann eine Zeitersparnis gegenüber der Rechenzeit des Referenzmodells um den Faktor 1500, bei einer maximalen Kerbspannungsabweichung von ca. 6 %, erreicht werden.
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Entwicklung und Untersuchung eines elektromagnetisch angetriebenen Ventils für Rohrleitungen auf der Basis nachgiebiger Mechanismen. - 189 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Im Rahmen des Projektes "Safe Pipe" wurde ein Sicherheitsventil entwickelt, welches sich besonders durch die verwendeten elastischen Aufhängungen auszeichnet. Durch diese ist es möglich das Schaltverhalten mit zwei stabilen Schaltzuständen (geöffnet/geschlossen) einzustellen. Aus diesem Grund wird für den Schaltvorgang ein entsprechender Druck benötigt. In der folgenden Arbeit wird untersucht, wie der Schaltvorgang mittels eines elektromagnetischen Antriebs realisiert werden kann. Vorerst werden in Kapitel 2 die theoretischen Grundlagen erarbeitet. Hierbei werden neben möglichen Antriebskräften unter anderem auch Aspekte der Gassicherheit betrachtet. Kapitel 3 befasst sich mit der prinzipiellen Umsetzung eines solchen Antriebs. Zudem erfolgt eine Einschränkung des Lösungsraums auf drei geeignete Konzepte. Im Rahmen einer Simulation (FEM-Analyse) werden in Kapitel 4 die zu erreichenden Kräfte der geeigneten Konzepte abgeschätzt. Die Ergebnisse dieser Analyse bilden wiederum die Grundlage für die Auswahl des günstigsten Antriebskonzepts. Daher fließen sie maßgebend in die technische Umsetzung des Konzepts mit ein. Im Folgenden wird ein Messstand konzipiert, welcher es zum einen ermöglicht die Kräfte in verschiedenen Ventilstellungen und zum anderen unter Variation verschiedenster Parameter messtechnisch zu erfassen. Die technische Umsetzung des gewählten Antriebskonzeptes sowie des konzipierten Messstandes werden in Kapitel 6 behandelt. Den Abschluss der Arbeit bilden das Aufnehmen der Kraftkennlinien bei verschiedenen Parametern und der Vergleich der Messergebnisse mit den Ergebnissen der FEM-Analyse. Mithin wird der Einfluss der veränderten Parameter auf die zu erreichenden Kräfte durch das Auswerten der Messergebnisse bestimmt.
Konzeption eines planaren Positioniersystems auf Basis von geschlossenen kinematischen Ketten mit gestellfesten rotatorischen Antrieben. - 153 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
In der hochpräzisen Mess- und Positioniertechnik ist es zunehmend notwendig Relativbewegungen zwischen einem Wirkelement und Objekt über große Wege in mehreren Achsen zu erzeugen und die Führungsabweichungen klein zu halten. Bisherige planare Positioniersysteme verwenden elektromagnetische, lineare Direktantriebe für die Bewegung eines luftgeführten Läufers und ermöglichen Bewegungsbereiche von bis zu 250 x 250 mm2 bei einem Bahnfehler von <1 m. Aufgrund verschiedener Ursachen sind diese Systeme nicht auf Verfahrbereiche von 600 x 600 bis 1000 x 1000 mm2 skalierbar, welche gefordert werden. Im Rahmen von Voruntersuchungen wurden verschiedene kinematische Strukturen für ein X-Y-Positioniersystem als vielversprechend identifiziert. Eine dieser Strukturen ist ein RRR System mit geschlossenen kinematischen Ketten und drei gestellfesten rotatorischen Antrieben. In der vorliegenden Arbeit wurde die Struktur hinsichtlich Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowie resultierenden Kräften und Momenten analysiert. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wurden geeignete Antriebs-, Führungs- und Messsysteme sowie deren Anordnung ausgewählt. Abschließend wurde das entwickelte planare Positioniersystem bezüglich minimalen Bauraums, Abweichungen, Verlustleistungen und maximaler Skalierbarkeit hin optimiert.
Entwicklung eines Mechanotherapiesystems für die menschliche Hand. - 102 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
In dieser Diplomarbeit wurde die Entwicklung eines Prototypen zur individuellen Mechanotherapie der menschlichen Hand durchgeführt. Ziel war, mit einem multifunktionalen System aktive und passive Bewegungen der einzelnen Gelenke zu ermöglichen. Dazu wurden Anatomie und Physiologie der Hand sowie durch Bewegung therapierbare Erkrankungen und Verletzungen ihres Bewegungsapparates recherchiert. Im Anschluss wurden bereits bestehende und sich noch in der Entwicklung befindende Therapiegeräte für die Hand ermittelt und analysiert. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wurde eine Detailentwicklung von Systemkomponenten für die Finger realisiert. Hierfür wurden zunächst unterschiedliche Antriebs- und Mechanikkonzepte betrachtet und anschließend jeweils eine Variante für die Umsetzung ausgewählt. Im Anschluss wurde die Funktionsweise der entwickelten Komponenten durch theoretische Untersuchungen nachgewiesen.
Entwicklung einer Schnittstelle zur Fernsteuerung des Roboters für Landesimulationen im Labor Lander-Navigation. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Üblicherweise werden Industrieroboter in Form von fest definierten Ablaufroutinen betrieben. In einigen Spezial- und Forschungsanwendungen ist es jedoch erforderlich den Roboter jederzeit frei bewegen zu können. In einem aktuellen Forschungsprojekt erfolgt die Entwicklung von Soft- und Hardware zur optischen Navigation im Mondorbit, wobei die entwickelten Komponenten in einem eigens dafür eingerichteten Landesimulator getestet werden sollen. Dazu muss ein, im Teststand integrierter, Industrieroboter über eine externe Applikation, in Echtzeit, gesteuert werden können. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer netzwerkbasierten Schnittstelle zur Fernsteuerung des Industrieroboters durch einen handelsüblichen PC. Dabei wurden verschiedene Ansätze zur Implementierung der Schnittstelle zwischen Robotersteuerung und dem PC verfolgt. Die verschiedenen Implementierungen wurden anhand von simulierten und realen Messdaten analysiert und bewertet.
Auslegung und Optimierung eines Containerbewegungssystems für eine Forstmaschine. - 70 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
In dieser Arbeit soll das Wirksystem zum Leeren eines Containers mittels Seitenkippsystem analysiert und optimiert werden. Hierzu wird eine Kraft- und Momentenanalyse am Beispiel einer Forstmaschine vorgenommen und ausgewertet. Dabei werden die Betriebszustände Heben, Senken, Abkippen und Nivellieren betrachtet. Zu beachten sind dabei die Randbedingungen Hubhöhe, Seitenversatz, Volumen und Gewicht. - Des Weiteren sind alternative Lösungsvorschläge herauszuarbeiten und eine geeignete Lösung mittels Simulation aufzuarbeiten. - Die gewonnen Erkenntnisse sollen dazu dienen, die Entwicklung voranzutreiben und damit die Leistungsfähigkeit der Fortmaschinen zu erhöhen. - Schlagwörter: Seitenkippsystem, Kraftanalyse, Momentenanalyse, Randbedingung, Simulation, Forstmaschine
Entwicklung und Untersuchung einer nachgiebigen Greifstruktur mit passiver Haltekraft, aktivem Ablösemechanismus sowie integrierter Sensorik. - 149 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine bestehende nachgiebige Struktur mittels der Finiten-Elemente-Methode (FEM) weiterführend untersucht. Ziel dieser Untersuchung ist es, das Verhalten der Struktur bei Druckbeaufschlagung dahin gehend zu verändern, dass sie als kinematisches System (überträgt Bewegungen und Kräfte zwischen Antriebs- und Wirksystem) für eine Greifstruktur verwendet werden kann. Die veränderte Struktur wird durch Greifarme zu einer nachgiebigen Greifstruktur erweitert. Eine Literatur- und Patentrecherche gibt ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik. Der Fokus liegt hierbei auf Greifer im Allgemeinen sowie nachgiebigen und hybriden Greifsystemen. Die Systematisierung der Patente zu nachgiebigen Greifstrukturen lehnt sich an die in [Str08] vorgeschlagene Systematik für hybride und nachgiebige Mechanismen an. Um eine Parametervariation durchführen und der Einfluss auf das Verhalten mittels FEM untersuchen zu können, werden Anforderungskriterien für Grundkörper und Greifarm ermittelt. Das Erarbeiten von Simulationsparametern, welche die geforderten Kriterien beeinflussen, ist nötig um FE-Untersuchungen durchführen zu können. Anschließend werden Grundkörper und Greifarme einer Parametervariation unterzogen und der Einfluss auf das Verhalten mittels FEM unter Verwendung von ANSYS® untersucht. Ausgehend von den Ergebnissen der Simulationen wird eine geeignete Grundkörper- und Greifarmgeometrie identifiziert und eine 3-D-Simulation der kompletten Greifstruktur durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit den zweidimensionalen Analysen verglichen. Ebenso werden Vorbetrachtungen zur Sensorintegration in den Grundkörper angestellt und weiter Ausführungsvarianten für die Grundstruktur erarbeitet.
Untersuchung des dynamischen Verhaltens von planaren Luftlagern und Ableitung von MKS-Modellen. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Messaufbaus, um die statischen und dynamischen Eigenschaften von aerostatischen Luftlagern mit poröser Oberfläche zu ermitteln. Eine Konstruktionskritik wird durchgeführt und die Inbetriebnahme beschrieben. Ein existierendes Mehrkörpersystem-Modell wird angepasst. Die Ergebnisse der Simulation mit dem Mehrkörpersystem-Simulationsprogramm alaska werden ebenfalls vorgestellt.
Entwicklung eines Aluminium-Diodenrades mit Gleichrichtermodulen für schnell laufende Rotoren. - 133 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
Zur Erzeugung des Feldstromes bei zweipoligen Turbogeneratoren kommen sogenannte Erregermaschinen zum Einsatz, die einen rotierenden Gleichrichtersatz beinhalten. Dieser besteht aus Diodenmodulen und Anbauteilen, die sich auf einem ringförmigen Träger befinden, der als Diodenrad oder RG-Rad bezeichnet wird. - Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Gestaltverbesserung eines Diodenrades aus Aluminium, aufbauend auf einem vorhandenen Design für Erregermaschinen mit geringerem Wellendurchmesser. Die Neuentwicklung soll das derzeit verwendete Stahldiodenrad der Erregermaschine ELR 68/18 ersetzen. Weiterhin werden konstruktive Anpassungsmaßnahmen an den Diodenmodulen durchgeführt, da deren Beanspruchungszustand maßgeblich von der Gestalt des RG-Rades bestimmt wird. - Zu Beginn werden der Gegenstand der Arbeit und die technischen Randbedingungen für den Entwicklungsprozess vorgestellt. Dazu gehören insbesondere die Einordnung des Gleichrichtersatzes in das System Generator, die Beschreibung des Referenzdesigns und die Besonderheiten der verwendeten Aluminiumlegierung. Weiterhin werden die theoretischen Grundlagen für die Teilschritte Konstruktion, Simulation und Ergebnisauswertung erläutert. - Innerhalb der Konstruktionsphase werden alle Entwurfs- und Gestaltanpassungsmaßnahmen für das Diodenrad und die Diodenmodule durchgeführt. Dafür wird die Software Pro/Engineer Wildfire 3.0 verwendet. - Die Simulationsphase beinhaltet die rechnergestützten Untersuchungen der Bauteile mit Hilfe der Finite-Elemente-Software ANSYS 11.0 Workbench. Hierfür werden strukturmechanische, thermische (statisch und transient) sowie fluiddynamische Berechnungen von FE-Modellen mit unterschiedlichem Abstraktionsgrad durchgeführt. - Im Rahmen der Auswertungsphase werden alle Festigkeits- und Funktionsnachweise geführt, die für den Einsatz von Diodenrad und Diodenmodulen erforderlich sind.
Basketball spielen mit anthropromorphen Robotern. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009
Ziel dieser Arbeit ist es, ein Regelungskonzept zum Dribbeln mit einem Basketball für den DLR Leichtbauroboter LBR III zu entwickeln. Basierend auf einer Analyse des menschlichen Bewegungsablaufs beim Dribbeln und einem physikalischen Ballmodell werden ableitbare Anforderungen an den Roboter, deren Konsequenzen und Lösungen diskutiert. Anschließend wird ein vereinfachtes eindimensionales Simulationsmodell erarbeitet, welches als Grundlage für alle weiteren Modelle dient. Das Verhalten des Balls wird analysiert und die Eignung des Modells dargestellt. In einer Erweiterung auf eine zweidimensionale Simulation werden zwei verschiedene Handmodelle vorgestellt und untersucht. Weiterhin wird das Konzept der Impedanzregelung im Modell benutzt, um nachgiebiges Verhalten des Roboters zu erreichen, eine fundamentale Voraussetzung für eine sichere Mensch- Roboter-Interaktion. Nach einer Bewertung der zweidimensionalen Handmodelle wird der Prototyp einer mechanischen Hand konstruiert. Schlussendlich wird die Simulation auf drei Dimensionen erweitert, wobei durch die Konstruktion bedingte Beschränkungen berücksichtigt werden.