Dissertationen 

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Griebel, Stefan;
Entwicklung und Charakterisierung fluidmechanischer nachgiebiger Aktuatoren am Beispiel eines multifunktionalen Sauggreifers. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (183, A-1 - A-53, LII Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik ; Band 6)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Zum Greifen verschiedener Greifobjekte finden fluidmechanische nachgiebige Aktuatoren (FNA) auf Silikonbasis als Greifer zunehmend Verbreitung. Aufgrund der stoffschlüssigen Bauweise ermöglichen diese die Integration verschiedener Funktionen auf Strukturebene. Vor allem zur Senkung des Hygienerisikos sind FNA für Greifaufgaben in Reinräumen und der Verpackungsindustrie in Form geschlossener Sauggreifer besonders geeignet. Die Untersuchung derartiger Sauggreifer ist Gegenstand dieser Arbeit. Im Rahmen der Arbeit wird ausgehend von verschiedenen Anwendungen eine allgemeine Klassifikation für FNA vorgestellt und entwickelte FNA anhand dieser eingeordnet. Die Entwicklung von FNA wird am Beispiel des geschlossenen Sauggreifers detailliert beschrieben. Eine der Besonderheiten des geschlossenen Sauggreifers ist, dass er im Gegensatz zu offenen Sauggreifern greifobjektseitig eine Membran aufweist. Die Membran ermöglicht neben der Trennung des Mediums im Innenraum des Sauggreifers vom Umgebungsmedium, auch das aktive, zeitlich sowie örtlich gezielte Ablegen von Greifobjekten. Eine weitere Besonderheit des gewählten Beispiels ist dessen nichtlineare Federkennlinie. Diese führt zu einem Bewegungsverhalten mit Durchschlag und ermöglicht die Adaption an verschiedene Objektlagen und -formen. Durch Modellbetrachtungen und experimentelle Untersuchungen von ausgewählten Geometrie und Materialparametern werden Beeinflussungsmöglichkeiten der Durchschlaggrößen aufgezeigt. Die Formulierung einer allgemeinen Vorgehensweise für das Erreichen festgelegter FNA-Kennwerte bilden dabei einen wesentlichen Beitrag dieser Arbeit. Darüber hinaus werden prinzipielle Lösungen für die Implementierung einer stoffkohärenten sowie nachgiebigen Sensorik für FNA auf Silikonbasis vorgestellt. Die Umsetzung der Sensorik wird am Beispiel des Sauggreifers beschrieben. Die Möglichkeit zur Ableitung qualitativer Aussagen zu Greifzustand, Greifobjektleitfähigkeit sowie zu den Greifprozessphasen wird diskutiert. Die für die Herstellung und Erprobung des multifunktionalen Sauggreifers notwendigen neuartigen Werkzeuge, Vorrichtungen und Prozesse werden im Rahmen der Arbeit jeweils beschrieben. Durch die Gesamtschau der untersuchten FNA-Eigenschaften, nichtlinearen Kennlinie, Adaptivität sowie Sensorisierung liefert die Arbeit einen Beitrag zu multifunktionalen FNA sowie auch zum Vorgehen bei deren Entwicklung.



https://doi.org/10.22032/dbt.46923
Uhlig, René;
Konzeption und Untersuchung eines bistabilen Sicherheitsventils und simulationsbasierte Entwicklung einer Methode zu dessen Dimensionierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (XXI, 146 Seiten). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 5)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Sicherheitsventile für Gasrohrleitungen - sogenannte Gasströmungswächter - sind unverzichtbare mechanische Schutzvorrichtungen, die den unkontrollierten Austritt großer Gasmengen im Havariefall oder bei beabsichtigter Manipulation verhindern. Damit können Gasexplosionen und die resultierenden existenziellen Folgen abgewendet werden. Die bisher bekannten Lösungen für Sicherheitsventile weisen aufgrund ihres monostabilen Schaltverhaltens einen gravierenden Nachteil auf, da diese nach dem Auslösen selbsttätig wieder öffnen und somit den Gasstrom freigeben. Potentielle Gefahrenquellen bleiben damit unerkannt. Der wesentliche Vorteil eines neuartigen Sicherheitsventils besteht in der Realisierung einer bistabilen Schaltcharakteristik durch den Einsatz vorgespannter nachgiebiger Aufhängungselemente. Die zuverlässige Dimensionierung eines solchen neuartigen Ventils erweist sich in der Praxis als äußerst anspruchsvolle Aufgabe und erfordert viel Erfahrung, vor allem im Umgang mit numerischen Simulationswerkzeugen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv mit der Untersuchung der nachgiebigen Aufhängungselemente und dem resultierenden Ventilschaltverhalten für unterschiedliche geometrische Abmessungen. Das Ziel und die Motivation der Arbeit besteht darin, die vorhandenen Hürden bei der Dimensionierung abzubauen und ein einfach anzuwendendes Dimensionierungsmodell zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse der Arbeit stützen sich maßgeblich auf FEM-Simulationen zum Verformungsverhalten der nachgiebigen Aufhängungselemente. Anhand der ermittelten Kraft-Verschiebungs-Kennlinien ist es gelungen, das Schaltverhalten mathematisch anhand von abgeleiteten Dimensionierungsgleichungen zu beschreiben und darauf basierend eine Methode zur Dimensionierung neuartiger Sicherheitsventile zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus wurde das Dimensionierungsmodell anhand experimenteller Untersuchungen an realen Aufhängungselementen sorgfältig validiert. Zum Abschluss der Arbeit wurde auch das Verhalten von verschiedenen Ventilprototypen im praktischen Einsatz an Versuchsanlagen betrachtet. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Ergebnisse ein und gewährleisten eine hohe Qualität des Dimensionierungsmodells. Darüber hinaus können die Ergebnisse auch zur Dimensionierung von bistabilen Systemen in anderen Anwendungsfeldern genutzt werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000718
Issa, Mirna;
Einsatz funktioneller Materialien zur Realisierung inhärenter Sensorik bei elastischen Strukturen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (xv, 144 Seiten, 110.47 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Sensorisierung der technischen Systeme hat in vielen Forschungsbereichen der Robotik zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere für Mensch-Maschine-Schnittstellen sind sensorisierte und nachgiebige Systeme von Interesse. Die Nachgiebigkeit eines Systems kann zum Beispiel durch die Materialeigenschaften sowie durch die geometrische Gestaltung gewährleistet werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Möglichkeit zur Sensorisierung nachgiebiger Systeme, die für den Bereich der Robotik von Interesse sind, beschrieben. Dafür wird ein elektrisch leitfähiger Silikonkautschuk eingesetzt. Der Vorteil der Anwendung des leitfähigen Silikonkautschuks ist, dass die Nachgiebigkeit solcher Systeme weiterhin erhalten bleibt bzw. sich verbessert. Unter Nutzung experimenteller Untersuchungen von den leitfähigen Silikonkautschuken ELASTOSIL R 570/50 MH C1 und POWERSIL® 466 A/B VP konnte das elektrische Verhalten dieser Materialien unter den mechanischen Beanspruchungen charakterisiert werden. Die Einsatzmöglichkeiten des leitfähigen Silikonkautschuks als Sensorelemente werden am Beispiel von drei nachgiebigen Systemen aufgezeigt. Die hier verwendeten Sensorelemente beruhen auf dem Prinzip der elektrischen Widerstandsänderung unter den mechanischen Beanspruchungen. Das erste System ist eine taktile Struktur und hat eine einfache Gestalt. Mit dem ersten System wird die Anwendbarkeit von dem Material ELASTOSIL R 570/50 MH C1 als Sensorelement aufgezeigt. Verschiedene Tests werden an der taktilen Struktur zur Ermittlung der Kontaktstellen durchgeführt. Die Messergebnisse werden dargestellt und diskutiert. Bei dem zweiten System handelt es sich um einen nachgiebigen Greifer. Der Greifer kann sich an verschiedene Objekte beim Greifvorgang anpassen. Des Weiteren können durch die inhärente nachgiebige Sensorik Informationen über das gegriffene Objekt beim Greifvorgang geliefert werden. Im letzten Teil der Arbeit wird das dritte System, eine nachgiebige Gelenkverbindung mit inhärenter Sensorik, diskutiert. Die Sensorelemente des Systems können dank der Materialeigenschaften des Silikonkautschuks zusätzlich die Funktionen einer Feder und eines Dämpfers übernehmen. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des Systems mit einer Steuerungsmöglichkeit der Drehrichtung mithilfe der gelieferten Sensorsignale bei einem Kollisionsfall.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000071
Lichtenheldt, Roy;
Lokomotorische Interaktion planetarer Explorationssysteme mit weichen Sandböden : Modellbildung und Simulation
1. Auflage. - München : Verlag Dr. Hut, 2016. - 1 Band (verschiedene Seitenzählungen)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die Lokomotion von Systemen auf weichen verformbaren Sandböden ist aus dem Alltag bestens bekannt. Dennoch gehört die Interaktion mit granularen Materialien noch zu den weitestgehend unverstandenen und nur unvollständig abgebildeten Phänomenen in unserer Umwelt. Während das Lokomotionssystem auf der Erde häufig direkt beeinflusst werden kann, ergeben sich in der planetaren Exploration Probleme wie die Unzugänglichkeit des Systems. Bisherige Modellierungsansätze können dabei die Boden-Interaktion nur unzureichend abbilden. Diese Arbeit zielt daher darauf ab, die Diskrete Elemente Methode weiterzuentwickeln und für die Entwicklung von Systemen zum Erforschen unseres Sonnensystems nutzbar zu machen. Um das Scherversagen granularer Medien genau und effektiv abzubilden, wird eine Modellierung der Kornform über 2D-Rotationsgeometrien vorgestellt, wobei die Kugel für die Kontakterkennung beibehalten wird. Um auf die Partikel wirkende Kräfte wie Reibung und Kohäsion abzubilden, werden bestehende Kontaktmodelle erweitert. Um diese Kontaktmodelle sinnvoll einsetzen zu können, wird zudem ein Parameteridentifikationsverfahren vorgestellt, welches ohne Kalibrierungssimulationen auskommt. Damit kann ein Kontaktparametersatz über hinreichende Bedingungen, mikroskopische Bilder und einen Look-up Table in nur 5 s statt bis zu 5000 CPU-Stunden erstellt werden. Diese Methode wird mit dem Bevametertest für zwei Böden verifiziert. Die gesamte Modellmethodik wird dann als neues Framework DEMETRIA auf Basis von Pasimodo implementiert und für zwei Anwendungen genutzt. Bei der ersten Anwendung, dem HP3-Mole für den Mars, konnte für die Modelle der Eindringtiefe pro Schlag eine Abweichung von weniger als 16% gegenüber Messdaten erreicht werden. Weiterhin konnte durch eine Nutzung der Modelle in Optimierungen die Zieltiefe von 5m bei einer Leistungsaufnahme von weniger als 5W erreicht und die dafür nötige Schlaganzahl auf 25% gesenkt werden. Für die zweite, exemplarische Anwendung, die Räder planetarer Rover, werden prinzipielle Effekte der Interaktion untersucht und die Simulationen qualitativ mit realen Testfahrten verglichen. In diesen Vergleichen wurde ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den realen Effekten der Bodenverformung festgestellt. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Modelle für Radoptimierungen zur Verbesserung der Effizienz und Traktion genutzt werden können.



Linß, Sebastian;
Ein Beitrag zur geometrischen Gestaltung und Optimierung prismatischer Festkörpergelenke in nachgiebigen Koppelmechanismen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: LI, 126 S., 16,88 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 4) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Zur Realisierung von Bewegungen mit hohen Anforderungen an die Präzision werden Starrkörpermechanismen zunehmend durch nachgiebige Mechanismen ersetzt, in denen die Beweglichkeit durch stoffgekoppelte Drehgelenke realisiert wird. In diesen nachgiebigen Koppelmechanismen kommen überwiegend prismatische Festkörpergelenke mit einfachen geometrischen Aussparungen zum Einsatz. Im Gegensatz zu form- und kraftgekoppelten Gelenken ist der Auslenkwinkel eines Festkörpergelenkes begrenzt, wodurch der Bewegungsbereich des Mechanismus eingeschränkt wird. Zudem lässt sich mit einem Festkörpergelenk keine exakte relative Drehung zweier starrer Glieder realisieren, da grundsätzlich eine Drehachsenverlagerung stattfindet. Dadurch ergeben sich Bahnabweichungen des nachgiebigen Mechanismus im Vergleich zum Starrkörpermechanismus. Wesentlicher Aspekt bei der Synthese eines nachgiebigen Koppelmechanismus ist die in dieser Arbeit untersuchte Phase der geometrischen Gestaltung und Optimierung der prismatischen Festkörpergelenke hinsichtlich geforderter Mechanismuseigenschaften. Hierzu erfolgt eine ganzheitliche, d. h. vom Gelenk auf den Mechanismus übertragbare Betrachtung. Für die durchgeführte Untersuchung von Einzelgelenken ist ein geeigneter Ansatz zur Drehachsenmodellierung von entscheidender Bedeutung. Die anschließende mehrkriterielle Optimierung der Gelenkkontur findet für ein Einzelgelenk und im Mechanismus statt. Als Ergebnis der Arbeit wird eine allgemein anwendbare Synthesemethode nachgiebiger Koppelmechanismen abgeleitet, die ausgehend vom Starrkörpermechanismus eine gezielte Gestaltung sowie beschleunigte FEM-basierte Optimierung mit identischen oder unterschiedlichen Gelenken ermöglicht. Hiermit lassen sich der Bewegungsbereich vergrößern und die Bahngenauigkeit erhöhen. Die Besonderheit der Synthesemethode besteht in der Berücksichtigung der Gestaltung prismatischer Festkörpergelenke mit Standard- oder Polynomkonturen. Hierfür werden grundlegende Hinweise sowie drei neue Ansätze zur Bestimmung der geometrischen Parameter der Gelenkkontur und -abmessungen mittels Umsetzungstabelle, Kurventafel oder computergestützter Konturoptimierung vorgestellt. Auf diese Weise gestaltete Mechanismen eignen sich besonders für die Präzisionstechnik. Das Potenzial der Synthesemethode wird am Beispiel einer nachgiebigen Schubkurbel zur Realisierung einer Punktgeradführung aufgezeigt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26249
Risto, Uwe;
Zur Charakterisierung und Anwendung des Durchschlagverhaltens von nachgiebigen rotationssymmetrischen Strukturen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXXIII, 152 S., 10,56 MB). - (Berichte der Ilmenauer Mechanismentechnik (BIMT) ; Band 3) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Instabiles Verhalten von festen und nachgiebigen Strukturen wird in den meisten Fällen der technischen Anwendung vermieden. Dennoch kann das instabile Verhalten von nachgiebigen Strukturen in Form von Durchschlag positiv eingesetzt werden. Das Durchschlagverhalten stellt eine sprunghafte Änderung von einem Gleichgewichtszustand in einen anderen dar. In der vorliegenden Arbeit werden signifikante Eigenschaften des instabilen Verhaltens in Form von Durchschlag beschrieben. Dies wird am Beispiel einer sphärisch geformten Struktur, und anderen, durchgeführt. Des Weiteren wird das Verhalten der Strukturen unter einem gleichmäßigen Außendruck und unter Berücksichtigung eines nichtlinearen elastischen Materials untersucht. Ergänzend werden die ermittelten Ergebnisse experimentell überprüft. Die Forschungsergebnisse fließen anschließend in die Entwicklung von innovativen Ventilsystemen für beispielsweise solarthermische Anlagen.In solarthermischen Anlagen müssen für deren sichere und effiziente Funktion die durch Ausgasung aus dem Solarfluid anfallenden Gase regelmäßig aus dem System abgeleitet werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Entwicklung eines neuartigen Funktionselementes für Ventilanwendungen erläutert werden, der eine regelmäßige und vollkommen autonome Entlüftung solarthermischer Anlagen ermöglicht. Die Besonderheit dieser Innovation besteht darin, dass das Funktionselement keine externe Energieversorgung benötigt und dass auf Steuerungselektronik und Sensorik verzichtet werden kann. Die Neuentwicklung beruht auf den mechanischen Eigenschaften einer partiellen Nachgiebigkeit eines Körpers aus hochelastischem Material und nutzt die vorhandene Wärmeenergie des Betriebsmediums in einer solarthermischen Anlage. Die erzielten Forschungsergebnisse werden weiterhin für die Entwicklung eines Ventilsystems für medizinische Anwendungen eingesetzt. Bei dem medizinischen Ventilsystem handelt es sich um eine Struktur die es ermöglichen soll, in Form eines Implantates, Inkontinenzpatienten die Unannehmlichkeiten ihrer Krankheit zu überwinden.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22982
Wazan, Ousama;
Rechnergestützte Untersuchung und Auswahl von Koppelmechanismen für Geradführungen. - Ilmenau : ISLE, 2005. - V, 182 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3938843012

Die Arbeit beinhaltet eine weitgehend vollständige Zusammenstellung und Ordnung aller bekannten ebenen Koppelmechanismen zur Erzeugung von Punktgeradführungen als Lösungssammlung und stellt gleichzeitig Auswahlkriterien für Bahngenauigkeit und Bauraum bereit. Neben der Sammlung und Bewertung bekannter Lösungen wird das rechner-unterstützte systematische Finden weiterer Prinziplösungen für Punktgeradführungen bei beliebiger Annahme der Grundabmessungen von Viergelenkmechanismen demonstriert. - Umfangreiche Untersuchungen wurden zur zielstrebigen Nutzung des Rechenprogramms APPROX für die Optimierung von Punktgeradführungen durchgeführt. Es wird nachgewiesen, dass sich mit APPROX sowohl die nach bekannten Entwurfsverfahren dimensionierten wie die mit beliebig gewählten Abmessungen gefundenen Lösungen in ihren Zielparametern verbessern lassen. - Weiterhin wurde auch eine Beispielsammlung für die Geraden- Parallelführung einer Ebene erarbeitet. Für die Entwicklung von Mechanismen zur Führung einer Ebene stellen Punktführungsmechanismen eine sehr nützliche Basis dar. - Die Berechnung und Darstellung der möglichen Getriebevarianten mit Hilfe des Satzes von Roberts/ Tschebyschev für Punkt- und Ebenenführungen durch vier-, fünf- und sechsgliedrige Koppelgetriebe ausgehend von viergliedrigen Koppelmechanismen werden durch einen speziell dafür entwickelten Programmbaustein rechentechnisch realisiert.