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Erstellt: Sun, 28 Nov 2021 09:08:10 +0100 in 0.0549 sec


Entwicklung eines Konzeptes für stufenlose Getriebe in elektrifizierten Kraftfahrzeugen. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption eines stufenlosen Getriebes für elektrifizierte Kraftfahrzeuge. Im Speziellen besteht die Schwerpunktsetzung darin, die Nachteile bisheriger Umsetzungen stufenloser Getriebe in Hinblick auf das übertragbare Drehmoment auszugleichen. Zudem soll das zu erarbeitende Konzept zu einer Effizienzsteigerung in elektrifizierten Antriebssträngen führen und somit dazu beitragen insbesondere Komponenten mit hohem Ressourcenbedarf wie Motor und Batterie effektiver dimensionieren zu können. Eine Analyse verbreiteter Getriebearten im Allgemeinen und im Speziellen von repräsentativen Realisierungsvarianten stufenloser Getriebe unterstützt bei der Ableitung von zu erfüllenden Anforderungen an die zu erzielende Neukonzeption. Darüber hinaus trägt eine Patentrecherche dazu bei, etwaige differente Lösungsansätze zu generieren. Auf Basis der zu Grunde liegenden Analyse werden unter Berücksichtigung der abgeleiteten Anforderungen und weiterer notwendiger Randbedingungen Lösungselemente zur Erfüllung der Zielstellung erarbeitet. Anschließend erfolgt die Kombination der Einzelelemente zu funktionserfüllenden Konzepten, welche im Rahmen einer Gegenüberstellung anhand von objektiven Bewertungskriterien verglichen werden. Das potenziell effektivste Konzept wird durch Einbeziehung realer Motorparameter überschlägig berechnet und durch eine konstruktive Grobgestaltung visualisiert. Ziel der Arbeit ist somit die konzeptionelle Umsetzung eines stufenlosen Getriebes zur Anwendung in elektrifizierten Kraftfahrzeugantriebssträngen mit hoher Drehmomentkapzität.



Kranz, Florian;
Konstruktion einer Roboterplattform für mobile Assistenzroboter. - Ilmenau. - 185 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Mobile Roboter werden bereits in vielen industriellen Bereichen eingesetzt. Auch im häuslichen Umfeld finden sie zunehmend Anwendung. Hier ergeben sich jedoch gänzlich andere Anforderungen bezüglich der Gesamtabmessungen, Masse und Manövrierbarkeit, was die Entwicklung neuartiger Roboterplattformen nötig macht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem methodischen Entwurf und der Konstruktion eines mobilen Assistenzroboters für den häuslichen Einsatz. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf der Untersuchung, Auswahl und Dimensionierung des Fahrgestells, der Radführung und des Rahmens zur Aufnahme der Hardwarekomponenten, mit dem Ziel der Gewichts- und Kostenminimierung. Einleitend werden im Stand der Forschung und Technik die Einsatzgebiete und Antriebskonzepte mobiler Roboter vorgestellt. Es folgt die Aufarbeitung der Anforderungen im häuslichen Umfeld. Für die einzelnen Systemkomponenten wird eine Reihe von Prinzipen erarbeitet, verglichen und ausgewählt. Insbesondere dreirädrige und sechsrädrige Antriebskonzepte werden anhand von Auslegungsrechnungen hinsichtlich ihrer Gesamtabmessungen, Kippstabilität und Manövrierbarkeit gegenübergestellt. Auf Basis der ausgewählten Prinzipe erfolgt der Gestaltentwurf des Roboters. Funktionsentscheidende Baugruppen werden mithilfe von Dimensionierungsrechnungen unter Anwendung einer Topologieoptimierung in ihrem Gewicht reduziert. Die erarbeiteten Baugruppen werden den gestellten Anforderungen gerecht und bilden eine ausgereifte Grundlage für eine Reihe verschiedener Roboterplattformen.



Jiang, Yingzhuo;
Entwurf von Pressmechanismen für Kernschießmaschinen. - Ilmenau. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In dieser Arbeit wird ein Pressmechanismus unter Nutzung eines servomotorisch angetriebenen Doppelkniehebelsystems entwickelt, der für Triethylamin-Kaltkammer-Kernschießmaschinen zum Einsatz kommen soll. Grundlage der Entwicklung waren umfangreiche Kinematik- und Kraftanalysen an Einfach- und Doppelkniehebelsystemen zur Ermittlung von Aufbauformen mit niedrigen Anforderungen an Servomotoren und Spindeln, wobei Doppelkniehebelsysteme sich als besonders geeignet erwiesen haben. Aufbauend auf diesen theoretischen Untersuchungen wurde eine Berechnungsvorschrift zur Auslegung von Doppelkniehebelsystemen unter Nutzung der Software Mathematica entwickelt, die die kinematischen Parameter unter Beachtung von Bauraum- und Pressanforderungen ermittelt. Die kinematischen Parameter werden dabei so bestimmt, dass sich immer ähnliche Kinematik- und Krafteigenschaften des Doppelkniehebelsystems während der Fahrbewegung ergeben, d.h., dass eine hohe Ausgangsgeschwindigkeit beim Beginn des Einschießens gesichert ist, die im Laufe des Schießvorgangs bis zur Formschließung abnimmt, wobei die Antriebsgeschwindigkeit während des Bewegungsvorgangs konstant bleibt und die max. Antriebskraft weniger als das Doppelte der Schwerkraft der beweglichen Aufspannplatte ist. Die Berechnungsvorschrift enthält auch einen iterativen Algorithmus zur Abschätzung der Gelenkkräfte und -momente in Abhängigkeit von der Presskraft, um die Grundlage für ein 3D-Modell zu schaffen. Mit dem 3D-Modell, das das Doppelkniehebelsystem, den Servomotor mit Spindel und Führungen usw. berücksichtigt, können anschließend weitere Untersuchungen zur Beanspruchung und den Verformungen mit der Presskraft durchgeführt werden, und die Spannungsverteilung für jeden Hebel ähnelt der Spannungsverteilung unter Gelenklast, die mit iterativen Verfahren berechnet wurde. Den Abschluss der Arbeit bilden Vorgaben zur Kalkulation der Herstellkosten des Pressmechanismus.



Zinke, Martin;
Entwicklung mechanisch bewegter Rostfeuerungen unter Nutzung neuer Bewegungskonzepte. - Ilmenau. - 153 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Rostfeuerungen finden Anwendung bei der Erzeugung von Prozesswärme für die Industrie, zur kommunalen Wärmeversorgung und zu der Verwertung von Abfällen und anderen festen, stückigen Reststoffen. Bewegliche Rostfeuerungen ermöglichen den Transport, die Durchmischung des brennenden Gutes und den Abtransport der Asche aus dem Feuerraum. Die entstehende Wärme wird mittels des Rauchgases Wärmetauschern zugeführt und zur beispielsweise Dampferzeugung genutzt. Das Thema dieser Arbeit ist, unterschiedliche Bewegungskonzepte für Rostfeuerungen zu analysieren und zu entwickeln, um Brennstoffe wie Holz, andere biogene Brennstoffe und Abfälle auf dem Weg durch den Feuerraum zu durchmischen und somit gleichmäßig zu verbrennen. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen Lösungen auf Konzept- und Gestaltebene erarbeitet werden.



Gözükü¸cük, Berk Egemen;
Ausarbeitung von Praktika zur Präzisionsmessung unterschiedlicher Maschinenteile unter Anwendung einer Universallängenmessmaschine. - Ilmenau. - 182 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die ULM 01-600d ist ein hochpräzises, optisches Universallängenmessgerät, das das Abbesche -Komperatorprinzip in Verbindung mit einer mikrometrischen Skala nutzt. Durch die universelle Bauweise der ULM 01-600d können unterschiedliche Messanordnungen aufgebaut werden, die vielfältige Messaufgaben zur Innen- und Außenmessung an Objekten bis zu einer Maximalgröße von 100 mm x 100 mm x 100 mm erlauben. Das Ziel der Masterarbeit bestand darin, verschiedene Messszenarien für die ULM 01-600d zu entwerfen und Arbeitsunterlagen für deren praktische Durchführung auszuarbeiten. Diese Unterlagen erlauben Studierenden sich selbstständig auf Messversuche vorzubereiten. Dabei werden die notwendigen DIN-Normen bzw. die einschlägige Literatur und Fragen für Selbsttests berücksichtigt. Als konkrete Messobjekte kommen metrische Gewinde, Wälzlager und Stirnräder zum Einsatz. Zudem wurden Versuchsunterlage für Prüfer entworfen, die ergänzende Hinweise zur Nutzung der ULM 01-600d, die Antworten der Selbsttests und weitere Informationen enthalten.



Ehrhardt, Tristan;
Topologieoptimierung von Mechanismengliedern unter Berücksichtigung von Kollisionen. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Mechanismen finden sich in zahlreichen Bereichen des Maschinenbaus. Für die Gestaltung von Mechanismen sind neben den grundlegenden Funktionen der Bewegungs- und Kraftübertragung weiterer Eigenschaften von Bedeutung. Zu diesen Eigenschaften zählen unter anderem die Steifigkeit und Masse der Mechanismenglieder. Bestehende Verfahren der Topologieoptimierung ermöglichen diesbezüglich eine zielgerichtete Unterstützung bei der Gestaltung. Bisherige Ansätze vernachlässigen jedoch zumeist mögliche Kollisionen zwischen den Mechanismengliedern. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Konzepten zur Topologieoptimierung von Mechanismengliedern unter Vermeidung von Kollisionen. Aufbauen auf der Analyse bestehender Arbeiten, werden nötige Teilfunktionen und Ansätze für das zu erarbeitende Lösungskonzept ermittelt. Diese dienen zur Erarbeitung, Systematisierung und Bewertung möglicher Konzepte. Im Hauptteil der Arbeit werden anschließend die Teilfunktionen eines ausgewählten Optimierungskonzeptes erarbeitet und implementiert. Kernbestandteil des ausgewählten Konzeptes ist die kollisionsfreie Aufteilung des zur Verfügung stehenden Bauraums für die Topologieoptimierung der einzelnen Glieder. Diese beinhaltet die Diskretisierung des Bauraums, die Verarbeitung der Relativbewegungen der Glieder, heuristische Verfahren zur Kollisionsvermeidung sowie die Aufbereitung der Daten für die Topologieoptimierung. Anhand von ausgewählten Fallbeispielen wird das Gesamtkonzept bestehend aus kinematischer Analyse, Bauraumaufteilung und Topologieoptimierung validiert. Das erarbeitete Vorgehen ermöglicht die Topologieoptimierung von Gliedern ebener Mechanismen für eine Vielzahl möglicher Zielfunktionen und Optimierungsverfahren. Abschließend werden die Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick mögliche Weiterentwicklungen gegeben.



Bauraumbewertung für den automatisierten Entwurf von Gliedern in nachgiebigen Mechanismen. - Ilmenau. - 103 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Nachgiebige Mechanismen haben einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Mechanismen mit konventionellen Gelenken, die vor allem für Präzisionsanwendungen von Bedeutung sind. Aufgrund zahlreicher Gestaltparameter und vielschichtiger Zusammenhänge zwischen den mechanischen Eigenschaften, stellt die Synthese eines nachgiebigen Mechanismus eine Herausforderung dar. Dabei steht zumeist die Gestaltung der Gelenke im Vordergrund. Aber auch die Gliedgestaltung ist von Bedeutung für die Eigenschaften des Mechanismus. Sie beeinflusst beispielsweise maßgeblich den Bauraum, die Fertigbarkeit und die Kollisionsfreiheit. Automatisierte Entwurfswerkzeuge könnten hierbei die Gliedgestaltung wesentlich erleichtern. Als erster Schritt zur Erarbeitung solcher Entwurfswerkzeuge, werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit geeignete Analysemethoden und Lösungsstrategien erarbeitet. Dazu werden Merkmale und Eigenschaften aufgezeigt, die für die Gliedgestaltung eines nachgiebigen Mechanismus von Bedeutung sind. Auf deren Grundlage werden verschiedene Lösungsstrategien und Anwendungsmöglichkeiten für die Gliedgestaltung von planaren Mechanismen betrachtet. Darunter zeigen Lösungsstrategien mittels Wegfindungsalgorithmen eine hohes Potenzial. Diese bilden daher den Fokus der Untersuchungen. Hierzu werden die nötigten Grundlagen der Graphentheorie erläutert. Es werden verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, mit denen der zur Verfügung stehend Bauraum für die Wegfindung aufbereitet werden kann. Zudem wird ein Überblick zu Wegfindungsalgorithmen gegeben. Aus diesem werden geeignete Wegfindungsalgorithmen ausgewählt. Zugehörige Implementierungen werden anschließend hinsichtlich ihrer Laufzeit und Robustheit verglichen. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden aufgearbeitet, ausgewertet und Schlussfolgerungen für die Anwendung in Lösungsstrategien zur Gliedgestaltung gezogen. Abschließend werden die Ergebnisse kritisch reflektiert und ein Ausblick auf die mögliche weiterführende Forschungstätigkeit gegeben.



Breitbach, Timo;
Analyse der Dynamik eines Industrieroboters hinsichtlich der sicherheitstechnischen Anforderungen für die Mensch-Roboter-Interaktion. - Ilmenau. - 168 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

In der Industrie und Forschung werden stetig neue Ansätze erarbeitet, um Produktionsabläufe effizienter zu gestalten. Die Verwendung von Industrierobotern zur Automatisierung von Prozessabläufen ist dabei keine Seltenheit. Eine Herausforderung bei der Einführung der Industrie 4.0 besteht darin, innerhalb der Massenproduktion auch die Produktion individualisierter Produkte zu ermöglichen. Dabei wird die Interaktion zwischen Mensch und Roboter zunehmend wichtiger. Eine gemeinsame Arbeitsweise zwischen Mensch und Roboter ist mit kollaborativen Robotern bereits realisierbar. Die notwendige Reduzierung der Verfahrgeschwindigkeit wirkt sich jedoch nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit aus. Mit dem Ansatz eines hybriden Montagearbeitsplatzes soll im Rahmen des Forschungsprojekts "KOMERO - sichere Kollaboration zwischen Mensch und Roboter" ein Arbeitsraum geschaffen werden, in dem die Stärken von Mensch und Industrieroboter aufeinander abgestimmt bzw. genutzt werden. Auf Grundlage eines beispielhaft gewählten kollaborativen Montageplatzes wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Sicherheit des Menschen bei der Interaktion mit dem Roboter untersucht. Es werden Methoden zur Ermittlung von Ansprech- und Nachlaufzeiten sowie zur Analyse der Roboterdynamik erarbeitet und angewendet. Außerdem werden Aspekte zur Sicherheitsbewertung hinsichtlich geltender Normen vorgestellt. Unter anderem erfolgt die Thematisierung von Sicherheitsabständen und zulässigen Robotergeschwindigkeiten. Anhand der Messwerte und der sicherheitstechnischen Betrachtung werden die Grenzen des Montagearbeitsplatzes bei der Mensch-Roboter-Interaktion aufgezeigt und Anpassungsmöglichkeiten vorgestellt. Die ermittelten Messwerte zeigen, dass eine sichere Interaktion zwischen Mensch und Roboter in dem für diese Arbeit zugrunde liegenden Montagearbeitsplatz, nur in ausgewählten Betriebszuständen realisierbar ist. Diese Erkenntnis lässt sich auf ähnliche Montagearbeitsplätze übertragen. In weiterführenden Forschungsansätzen ist zu klären, ob eine Geschwindigkeitsanpassung des verwendeten Roboters oder der Einsatz eines alternativen Robotersystems die sichere Interaktion ermöglicht.



Ebert, Nico;
Vergleich von Analysemodellen für Festkörpergelenke bei Längs- und Querkräften. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die Anwendung nachgiebiger Mechanismen bietet im Vergleich zu herkömmlichen Mechanismen mit kraft- und formschlüssigen Gelenken zahlreiche Vorteile wie z.B. die Spielfreiheit der Bewegung. Allerdings stellen die Synthese und dazugehörige Dimensionierung von Festkörpergelenken aufgrund einer Vielzahl an zu beachtenden Parametern und Abhängigkeiten weiterhin eine Herausforderung dar. Eine Möglichkeit, mit diesen komplexen Zusammenhängen umzugehen, stellt die Anwendung von Optimierungsverfahren dar. Diese erfordern zeiteffiziente und gleichzeitig genaue Analysemodelle. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher Analysemodelle verglichen, die zur Berechnung der Dehnung von Festkörpergelenken mit Viertel- und Halbkreiskontur bei Längs- und Querkräften geeignet sind. Bei der Untersuchung des Standes der Technik stellt sich heraus, dass keines der bekannten Analysemodelle die Anforderungen einer genauen und gleichzeitig effizienten Analyse erfüllt. Metamodelle, die aus den Ergebnissen bestehender Analysemodelle abgeleitet werden, stellen hierbei eine vielversprechende Alternative dar. Um verschiedene Metamodelle, die in der Arbeit erstellt werden, zu vergleichen, wird zunächst ein 3D-FEM-Modell erarbeitet und eine Netzstudie durchgeführt. Anhand eines Versuchsplans erfolgen die Analysen mit dem FEM-Modell, deren Ergebnisse als Basis für unterschiedliche Metamodelle dienen. Die erstellten Metamodelle werden verglichen und das vielversprechendste dieser näher untersucht. Von den untersuchten Metamodellen weisen die künstlichen neuronalen Netze den geringsten Approximationsfehler auf. Das im Rahmen der Arbeit entstandene Metamodell benötigt zur Analyse eine um ein Vielfaches geringere Rechenzeit im Vergleich zum 3D-FEM-Modell und einem linearen FEM-Balkenmodell. Des Weiteren stellt sich im Vergleich zum FEM-Balkenmodell ein geringerer Modellfehler heraus. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit lassen sich Ansatzpunkte für weiterführende Untersuchungen und Arbeiten ableiten. Dazu gehören z.B. die weitere Reduzierung des Approximationsfehlers und Metamodelle zur Analyse der Dehnung für weitere Kerbgeometrien und weitere Festkörpergelenkeigenschaften.



Hilpert, Christian;
Entwicklung eines Baukastensystems eines Handlingsystems für die kollaborative Industrierobotik. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2020

Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) hat in letzten Jahren aufgrund der rasant fortschreitenden Produktionsautomatisierung und einhergehenden Entstehung vieler Schnittstellen zwischen menschlicher Arbeitskraft und Industrierobotern für Unternehmen stark an Bedeutung gewonnen. Eine Marktlücke besteht dabei noch in der sicheren Handhabung großer Werkstücke, wie beispielsweise KFZ-Front- und Heckschürzen. Die Bosch Rexroth AG, die bereits kollaborative Industrieroboter in ihrem Produktportfolio führt, hat daher eine Entwicklung eines Greifers angestoßen, der sich selber sowie das Werkstück während des Handhabungsprozesses gegen Kollisionen mit dem Werker absichert. In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird ein Konzept für einen entsprechenden Greifer entwickelt. Dieser soll als Baukastensystem ausgeführt sein, um an verschiedene Werkstückdimensionen und -geometrien anpassbar zu sein. Zu Beginn findet dafür eine Einarbeitung in das Aufgabengebiet mittels Untersuchens normativer Forderungen der MRK statt. Zudem wird eine Markt- und Patentrecherche zu typverwandten Systemen angestellt. Anschließend werden mittels graphischen Forderungsplans gegebene Randbedingungen festgehalten und Ansprüche an den Greifer in einer Anforderungsliste festgehalten. Die anschließende Konzeptionierung teilt sich in Funktionssynthese, Prinzipsynthese sowie Bewertung und Auswahl auf. Die Funktionssynthese dient dem separieren der Gesamtfunktion mit Hilfe einer Funktionsstruktur in Teilfunktionen. In der Prinzipsynthese werden Lösungsprinzipe zur Erfüllung dieser Teilfunktionen aufgestellt und in Kombinationstabellen festgehalten. Die Auswahl der zu bevorzugenden Lösungsprinzipe findet durch das Gegenüberstellen in einer Bewertung statt. Das ausgewählte Gesamtprinzip wird in eine Grobgestaltung überführt sowie deren Umsetzung als Baukastensystem beschrieben. Ergebnis dieser Arbeit ist ein partiell konstruiertes Konzept eines Greiferbaukastensystems, das hohen funktionalen und wirtschaftlichen Ansprüchen genügt. Für dieses sind in Zukunft noch tiefergehende sensortechnische Betrachtungen durchzuführen und die Funktionen anhand eines Prototyps in der Praxis zu evaluieren.