Entwicklung eines modularen Antriebskonzepts für mobile Roboter. - Ilmenau. - 113 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Mit der Neuentwicklung des mobilen Roboters entsteht die dritte Generation eines fahrerlosen Transportfahrzeuges der HENKEL + ROTH GmbH. Dieses übernimmt autonom Logistik- und Handlingaufgaben in einem industriellen Umfeld. Dazu stehen ein Industrieroboter und eine Fahrplattform zur Verfügung. Das differentielle Antriebskonzept der Vorgängergenerationen wird mit dieser Arbeit auf eine omnidirektionale Variante in einem modularen Baukasten erweitert. Durch eine Betrachtung möglicher Einsatzszenarien werden die Anforderungen an ein neues Antriebsprinzip entwickelt und ausgewählte Sicherheitsaspekte beschrieben. Ausgehend von einer Marktrecherche werden omnidirektionale Fahrwerkskinematiken entworfen und Möglichkeiten zur Modularisierung vorgestellt. Auf der Grundlage eines geeigneten Fahrwerks werden technische Prinzipe eines flächenbeweglichen Antriebskonzeptes erarbeitet und ein geeignetes Prinzip ausgewählt. Es wird eine Konzeptkonstruktion durchgeführt. In verschiedenen praktischen Untersuchungen werden die Eigenschaften des neuen mobilen Roboters hinsichtlich der Fahreigenschaften und Standfähigkeit bewertet. Es wird die Wahl einer Antriebslösung auf Basis der Marktrecherche und Konzeptentwicklung getroffen. Eine Zusammenfassung der gewonnen Ergebnisse und ein Ausblick vervollständigen diese Arbeit.
Entwicklung eines Greifer-/Niederhaltersystems für den Einsatz in der Fertigung von Motorhauben. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema Verbinden von Fahrzeugblechteilen mittels roboterunterstütztem Rollfalzen unter Hilfe von Greifern/Niederhaltern. Speziell wird hier ein gewichtsoptimiertes Greifer-/Niederhaltersystem entwickelt, welches das Fügen zweier Blechteile von Motorhauben bei Modellen der DAIMLER AG sicherstellt. Während dem Fügeprozess müssen mittels einem Niederhalter die zwei Blechteile zueinander in Position gehalten werden. Des Weiteren soll ein zukünftiges Konzept zusätzlich das Greifen der einzelnen Blechteile sowie der gesamten Baugruppe Motorhaube übernehmen. Betreut wird diese Arbeit durch das Fachgebiet Konstruktionstechnik der TU Ilmenau. Eine Patent- & Literaturrecherche verschafft nach der Einführung in den technischen Hintergrund einen Überblick über derzeit existierende Lösungen und Verfahren. In einem analytischen Teil wird die aktuelle Ausführung des Greifer-/Niederhaltersystems erläutert und weitere, für eine neue Gestaltung erforderliche, Analysen durchgeführt. Daraus werden dann Anforderungen formuliert, welche sich abgekoppelt von der bisherigen Ausführung auf jede neue Gestaltung eines Greifer-/Niederhaltersystems übertragen lassen. Die Gesamtfunktion der Nutzungsphase sowie die Funktionsstruktur lassen das System von der Umgebung abgrenzen und Teilfunktionen bestimmen, welche jedes neue System erfüllen muss. Aus einer Vielzahl an möglichen Lösungen dieser Teilfunktionen werden mithilfe einer Kombinationstabelle drei zielführende Konzepte bestimmt und miteinander verglichen. Mit dem Ziel, eine möglichst leichte Ausführung zu erhalten liefert der Vergleich ein favorisiertes Konzept, welches im Anschluss weiter konkretisiert wird. Innerhalb der Konkretisierung des favorisierten Konzepts werden Herstellungsverfahren und Materialien ausgewählt, welche ein hohes Leichtbaupotential aufweisen. Zusätzliche Möglichkeiten einer Gewichtsreduzierung werden durch eine Topologieoptimierung aufgezeigt. Im Anschluss werden ausgewählte Lösungen konstruktiv umgesetzt. Den Abschluss dieser Arbeit bildet ein Ausblick, welcher das Potential des favorisierten Konzepts liefert und die mögliche Gewichtsreduzierung im Vergleich zur aktuellen Ausführung aufzeigt.
Aufbau einer modularen Simulation für Heckspoilersysteme. - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Aufbau einer modularen Simulation für Heckspoilersysteme in MATLAB/Simulink. Die Simulation dient der frühzeitigen Analyse relevanter Produkteigenschaften anhand von konstruktiven Parametern und trägt zur Einsparung von physischen Prototypen bei. Die bestehenden Methoden zur Entwicklung von Heckspoilermodulen werden dargelegt und Anforderungen an ein ergänzendes Simulationswerkzeug formuliert. Es wird eine Analyse des Leistungsflusses im Heckspoilermodul der Baureihe 911 Carrera (Typ 991-II) und seiner funktionalen Teilsysteme vorgenommen. Ausgehend von der Funktionsstruktur des Moduls wird das Modell in die Untersysteme Steuergerät, Elektromotor, Übertragungsgetriebe, Kinematik und aerodynamische Lasten gegliedert und ausdetailliert. Die Simulation erlaubt hiermit eine ganzheitliche Betrachtung des mechatronischen Systems und der komplexen Wechselwirkungen zwischen den beteiligten Domänen. Der Vergleich der Berechnung mit Versuchsergebnissen zeigt, dass bei Raumtemperatur eine zuverlässige Vorhersage von Strombedarf und Ausfahrzeit durch das Modell gegeben ist. Abschließend wird am Modell eine globale Sensitivitätsanalyse durchgeführt und die zentralen Einflussfaktoren auf das Verhalten des Heckspoilers identifiziert.
Analyse des Einflusses von Verpackungskomponenten auf die Auslegung von Verpackungsmaschinen am Beispiel einer PET-Füllmaschine. - Ilmenau. - 123 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die Bachelorarbeit ermittelt den Einfluss von Merkmalen der Verpackungskomponen-ten auf die Auslegung einer Füllmaschine für karbonisiertes Packgut anhand einer technischen Analyse. Die Arbeit ist in der Abteilung Line Solutions Customer Objects Classification der Krones AG, Neutraubling entstanden, deren Aufgabe die systematische Erfassung der Merkmale von Verpackungskomponenten für weitere Produktionsprozesse ist. Es werden die Merkmale von Verpackungskomponenten, speziell von PET-Packmitteln, verarbeitungstechnischen Funktionen einer Krones Füllmaschine zuge-ordnet. Die Füllmaschine besteht aus der Packmittelzuführung, dem Füllerkarussell und der Packmittelabführung. Die Methodik der Analyse technischer Systeme wird mit den Grundlagen der Verpackungs- und Verarbeitungstechnik verknüpft. Ziel war es, eine für die Verarbeitung relevante Übersicht der Kundenobjektsmerkmale einer PET-Flasche zu geben. Im Ergebnis wird festgestellt, dass die für eine Füllmaschine verarbeitungsrelevanten Merkmale hauptsächlich durch die Gestalt der kundenindividuellen Flasche gegeben sind und die Gestalt der Flasche maßgeblichen Einfluss auf die Realisierung der Handhabungsvorgänge in der Maschine hat. Für die Handhabung der PET-Flasche ist die Gestalt des Mundstücks ausschlaggebend. Die stoffverändernde Funktion "Füllen der Flasche" wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Füllgutes determiniert. Die Kenntnis der verarbeitungstechnischen Relevanz von Merkmalen wird auf die Ab-teilungsarbeit zurückgeführt sowie mögliche Handlungsfelder im Umgang mit der Erfassung und Bereitstellung der Merkmale für interne Abteilungen vorgeschlagen.
Entwicklung einer Vorschubeinheit für die Tiefenhirnstimulation zum Einbringen von Nadelelektroden. - Ilmenau. - 117 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Für die Tiefenhirnstimulation wird in einem neuartigen Verfahren eine patientenspezifische Halterung und Vorschubeinheit direkt mit dem Schädel verbunden. Ziel dieses Verfahrens ist eine verringerte Patientenbelastung während des neurochirurgischen Eingriffs. Die Vorschubeinheit ermöglicht das zehntelmillimetergenaue Absenken von Nadelelektroden bis in das Zielgebiet im Hirn. Da herkömmliche Vorschubeinheiten aufgrund ihrer Masse und der umständlichen Bedienung den Ansprüchen nicht gerecht werden, wird in der vorliegenden Arbeit ein alternatives Konzept vorgestellt und präzisiert. Hierzu wird eine modulare und leicht handhabbare Vorschubeinheit entwickelt. Diese besitzt eine Masse von 185 g, was einer Ersparnis von ca. 25 %, verglichen zu konventionellen Systemen, entspricht. Ein zusätzlicher Sensor erfasst den Nadelvorschub und gibt Aufschluss über die aktuelle Nadelposition auf einer virtuellen Ebene im Gehirn. Über einen manuellen Antrieb ist ein Vorschub in Zehntelmillimeter-Schritten möglich. Es werden verschiedene Komponenten und Materialien für den klinischen Einsatz der Vorschubeinheit in dieser Arbeit diskutiert und miteinander verglichen. Ein erstes Funktionsmuster wird mittels additiver Fertigungsmethoden umgesetzt. Hierzu wird ein sterilisierbarer Polycarbonat-Kunststoff für die Fertigungsteile verwendet. In einem Langzeitverschleißtest und statischem Versuch wird das Funktionsmuster validiert. Die Ergebnisse zeigten eine maximale Abweichung der axialen Nadelposition von 0,1 mm bei 2000 Bewegungszyklen und einem Stellbereich von 35 mm. Bei einer Krafteinwirkung von 50 N auf die Nadelelektrode, senkte sich diese um maximal 0,23 mm ab.
Pufferspeicher für Start-Stopp-Funktion von ECF-Kühlmittelpumpen. - Ilmenau. - 125 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Mit steigendem Umweltbewusstsein wird auch die Entwicklung von Verbrennungsmotoren bezüglich ihrer Abgasemissionen stetig vorangetrieben. Ein Ziel dieses Prozesses ist die Senkung des Kohlenstoffdioxidausstoßes. Ein mit Verbrennungsmotor ausgestattetes Kraftfahrzeug stößt während seiner Warmlaufphase höhere Mengen dieses Abgases aus, als es nach Erreichen der Betriebstemperatur der Fall ist. Folglich stellt eine Verkürzung dieser Warmlaufphase einen positiven Beitrag zur gesamten Kohlenstoffdioxidemission dar. Die ECF-Kühlmittelpumpen der NIDEC GPM GmbH sind durch ein gezieltes Unterbrechen des Kühlmittelflusses in der Lage, die Zeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur zu verkürzen. Zusätzlich verfügen sie über eine sogenannte Start-Stopp-Funktion, welche bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik verhindert, dass das Auftreten einer Schwallleckage von kalter Kühlflüssigkeit am Ende eines Start-Stopp-Vorgangs den noch nicht betriebswarmen Motor ungewollt abkühlt. Allerdings stellen die mit ECF-Pumpen belieferten Automobilhersteller für zukünftige Anwendungen immer höhere Anforderungen bezüglich der Start-Stopp-Funktion. Um diesen gerecht zu werden, wird im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit eine Möglichkeit zur Optimierung dieser Funktion untersucht. Hierbei wird als erstes genauer auf die Motivation eingegangen und das Ziel der Arbeit sowie die Vorgehensweise erläutert. Im Anschluss wird der Stand der Technik bezüglich Kühlsystem, Start-Stopp-Automatik und ECF-Kühlmittelpumpen dargelegt, um ein grundsätzliches Verständnis der Ausgangssituation zu vermitteln. Nach der Festlegung eines Gesamtkonzepts anhand der nötigen Teilfunktionen werden die notwendigen Berechnungen durchgeführt. Sie bilden die Grundlage für Konstruktion und Herstellung einer neuen Baugruppe. Diese dient als Versuchsträger, um zu prüfen, welche Möglichkeiten der Start-Stopp-Optimierung vorhanden sind. Der Auslegung liegen unterschiedliche Annahmen bezüglich schwer vorhersehbarer Einflussfaktoren zugrunde, weshalb auch eine Variantenstudie Teil dieser Arbeit ist. Die durchgeführten Versuche werden ausgewertet und mit den getroffenen Annahmen verglichen, sowie ein Ausblick auf noch durchzuführende Arbeiten aufgezeigt. Eine Interpretation der Versuchsergebnisse stellt das Ergebnis dieser Arbeit dar. Der besagte Versuchsträger soll als Grundlage eines Erkenntnisgewinns dienen, der der Auslegung einer späteren Serienausführung zugrunde liegt. Weiterhin werden grob erste Möglichkeiten dargestellt, eine solche Serienlösung innerhalb einer ECF-Kühlmittelpumpe unterzubringen.
Technische Auslegung von Handhabungssystemen für mobile Roboter. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Im Zuge der Entwicklung einer neuen Generation eines mobilen Roboters ist dieser hinsichtlich konkreter Anforderungen aus der Industrie sowie auf der Grundlage von Erfahrungen zu gestalten. Die Handhabungssysteme des Roboters bestimmen maßgeblich seine Funktionalität und Flexibilität und müssen deshalb gut auf das Gesamtsystem abgestimmt werden. Dazu werden geeignete Handhabungssysteme für ihre jeweilige Aufgabe recherchiert, verglichen und ausgewählt. Im ersten Schritt werden verschiedene Szenarien für Handhabungs- und Montageaufgaben eines mobilen Roboters beschrieben. Anschließend werden technische Anforderungen aus einer Marktumfrage, eines Forschungsprojektes sowie den Wünschen der Fa. HENKEL + ROTH GmbH zusammengetragen und ein Lastenheft erstellt. Aus diesem werden mögliche Handhabungssysteme ermittelt und deren wichtigste, technische Parameter beschrieben. Auf der Basis einer Marktrecherche werden der aktuelle Entwicklungsstand in der Industrie sowie verfügbare Systeme für geeignete Lösungen ermittelt und anschließend anhand von Versuchen mithilfe von Computer simulationen validiert sowie bewertet. Ein Fazit und ein Ausblick auf weiterführende Versuche vervollständigen diese Arbeit.
Entwurf und Aufbau eines Praktikumsplatzes zur Digitalisierung von gegenständlichen Objekten. - Ilmenau. - 54 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Digitalisierung von realen Objekten gewinnt in der modernen Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung und ist neben der gängigen computergestützten Konstruktion ein weiteres Verfahren zur Erzeugung von 3D-Modellen. Neben einer Vielzahl von Verfahren zur Digitalisierung haben sich unterschiedliche Datenformate entwickelt. Grund für die große Anzahl an Datenformate sind die unterschiedlichen Anforderungen resultierend aus den Anwendungen im konstruktiven Entwicklungsprozess. Um Studenten einen Überblick über den aktuellen Stand der Technik und Forschung im Bereich der Digitalisierung zu geben, wird in der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit die Umsetzung eines Praktikumsplatzes beschrieben. Zusätzlich werden die verwendeten Hardware- und Softwarekomponenten vorgestellt, sowie der Aufbau und die Umsetzung beschrieben. Des Weiteren werden eine Praktikumsanleitung und eine Bedienungsanleitung zur ordnungsgemäßen Durchführung erarbeitet. Ziel ist es einen funktionsfähigen, erweiterbaren und automatisierten Praktikumsplatz zu erstellen, um den Studenten Grundlagen zu den Verfahren, Datenformaten und Anwendungsbereichen zu vermitteln.
Untersuchungen zur Performance und Qualität von Deep Convolutional Generative Adversarial Networks (DCGANs) für den Einsatz für die akustische Simulation in der VR (Virtual Reality). - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Der Aufbau von Prototypen in der Entwicklungsphase eines Produktes ist mit hohen Kosten und einem großen zeitlichen Aufwand verbunden. Durch den Aufbau eines virtuellen Prototypen in der Virtual Reality kann dieser finanzielle und zeitliche Aufwand reduziert werden. Ein Konzept für die Simulation von dynamischen Fahrzeuggeräuschen in der virtuellen Umgebung basiert auf dem Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes (KNNs). Bei dem verwendeten KNN handelt es sich um einen Autoencoder, welcher darauf trainiert wird, Merkmale aus Fahrzeuggeräuschen zu extrahieren. Ziel der Arbeit ist es diesen Autoencoder zu einem Deep Convolutional Generative Adversarial Network (DCGAN) zu erweiterten. Dazu werden zunächst der Stand der Technik von KNNs erläutert und im Speziellen auf den Aufbau eines DCGANs und dessen Training eingegangen. Dabei werden Richtlinien beschrieben, durch die der Autoencoder um die Trainingsmethode eines DCGANs, zu einem KNN bestehend aus Autoencoder und Generative Adversarial Network (AEGAN), erweitert wird. Für das Training des KNNs wird ein Trainingszyklus vorgestellt, durch welches das AEGAN anschließend mit verschiedenen Trainingsdatensätzen trainiert wird. Es wird aufgezeigt, dass durch das AEGAN Audiofiles generiert werden können, die eine qualitative Verbesserung gegenüber den generierten Audiofiles des Autoencoders darstellen.
Leitfaden und Richtlinien für die Entwicklung und Verbesserung eines elektrisch angetriebenen Formula Student Fahrzeugs. - Ilmenau. - 141 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der grundlegenden Vorgehensweise und Richtlinien bei der Entwicklung eines elektrisch angetriebenen Formula Student Fahrzeugs. Zunächst wurden die dafür notwendigen Randbedingungen bei der Vereinsorganisation und Saisonplanung beleuchtet. Danach folgten einige Erläuterungen zu allgemeinen Anforderungen an Rennfahrzeuge bezüglich der gewünschten physikalischen Effekte. Die dafür zugrunde liegenden Kriterien waren das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, seine Schwerpunkthöhe, die Trägheitsmomente (um alle Drehachsen) und die Effizienz des elektrischen Antriebstrangs. Aus diesen Anforderungen wurde eine Reihenfolge für die Entwicklung der benötigten Systeme erstellt und die daraus folgenden Iterationsschritte aufgezeigt. Anhand dieser Reihenfolge wurden für die Bereiche und Baugruppen des Fahrzeugs unterschiedliche Konzepte und Varianten diskutiert und die jeweiligen Einflüsse auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs hinsichtlich der genannten Kriterien erläutert. Die behandelten Systeme waren die Räder, das Antriebssystem, die Elektrik, das Fahrwerk, der Rahmen/das Monocoque, das Bremssystem und ein Aerodynamikpaket.