Studentische Arbeiten

Ferrofluide entwickeln sich für mehrere Jahre als dynamisches Forschungsgebiet. Sie gewinnen an großer Bedeutung in Vielen Anwendungen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem neuen Konzept für ein Transportsystem aus ferrofluidischen Modulen nach dem biologischen Vorbild karpaler Vibrissen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des neu entwickelten Systems durch Modelle, Simulationen und Experimente durchgeführt, um die Bewegung des Systems zu untersuchen. Ergebnisse der Versuche mit unterschiedlichen Frequenzen des Bewegungsablaufs werden am Ende dieser Arbeit visualisiert und ausgewertet.

Magnetoaktive Elastomere (MAE) gehören zu den intelligenten Werkstoffen, welche unter einem Magnetfeld ihre Materialeigenschaften reversibel verändern können. Sie bestehen aus einer weichen Elastomere Matrix und darin dispergierten weich- od./und hartmagnetischen Partikel, außerdem könnten sie auch Additive (z.B. Silikonöl) enthalten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Lokomotionssystemen, welche ein MAE-Funktionselement, eine Spule und einen Aufsatz als Hauptbestandteile enthalten. Eine Wechselspannung erzeugt in der Spule ein wechselndes Magnetfeld, dabei verformt sich der Balken unter einer wechselnden magnetischen Kraft. Durch die wechselnden Verformungen verschieben sich die beiden Enden des Balkens mithilfe unsymmetrischer Reibung in eine uniaxiale Richtung. Diese unsymmetrische Reibung entsteht durch schräg abstehende Beine am Balken. Hierbei werden die Parametereinflüsse auf das Bewegungsverhalten von zwei Lokomotionssystemen mit unterschiedlichen MAE-Funktionselementen, welche gleiche Abmessungen aber verschiedenen Zusammensetzungen haben untersucht. Das eine Funktionselement besitzt einen mehrpoligen MAE-Balken aus weich- und hartmagnetischen Partikeln mit einem Südpol in der Mitte und zwei Nordpolen an den Enden. Der andere enthält weichmagnetische Partikeln mit einem Anteil von 80 Gew.-%. Bei den Untersuchungen werden 10 additiv gefertigten Aufsätzen genutzt, welche verschiedene Abstände zwischen der Spule und dem MAE-Balken erzeugen. Außerdem wird das Bewegungsverhalten für Steigungen und Gefälle von 0-30˚ untersucht. Dabei werden Geschwindigkeitsdiagramme in Abhängigkeit der Anregungsfrequenz des Magnetfelds erstellt. Die Ergebnisse werden unter der theoretischen Bewegungsanalyse ausgewertet.

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat die Relevanz mobiler Roboter sowohl im industriellen als auch im privaten Sektor deutlich an Dynamik gewonnen. Einen besonderen Zielkonflikt stellt hierbei der Gegensatz von Positionierbarkeit und Fahrdynamik dar; meist muss bisher auf eine Kompromisslösung zurückgegriffen werden. Auf Basis dessen wurde am Fachgebiet „Technische Mechanik“ der Technischen Universität Ilmenau ein omnidirektionales Antriebsmodul entwickelt, welches beide genannten Eigenschaften vereinen soll. Ziel dieser Arbeit ist die simulative Validierung dieser Merkmale. Dazu soll zunächst ein Mehrkörpermodell des Fahrmoduls entwickelt und anschließend in mehrfacher Ausführung zu einem mobilen Roboter zusammengebaut werden, um durch die klassischen Versuche der Fahrzeugtechnik Geradeausfahrt, stationäre Kreisfahrt und doppelter Spurwechsel die Fahreigenschaften von Roboter und Modul zu überprüfen. Das omnidirektionale Antriebsmodul soll sich dabei in Hinblick auf Fahrdynamik wie Positionierbarkeit als äußerst geeignet herausstellen; der primäre Konflikt liegt jedoch in der Komplexität des Aufbaus und somit in den Kosten. Demnach ist zu schlussfolgern, dass der Einsatzzweck des Fahrmoduls für Anwendungen prädestiniert ist, welche besonders hohe Anforderungen an sowohl fahrdynamische als auch omnidirektionale Eigenschaften stellen, bei denen finanzielle Aufwendungen jedoch nebensächlich sind.

In der vorliegenden Arbeit wird die Kinematik eines Mecanum-Rades untersucht. Ein Grundverständnis wird für die Bewegung eines mobilen Systems mit omnidirektionalen Rädern über eine konzipierende Patentrecherche mit konkreter Stichwortvorgabe ausgearbeitet und dargestellt. Um verschiedene Rädertypen miteinander zu vergleichen, werden die kinematischen Zwangsbedingungen des jeweiligen Rades berechnet. Auf Basis der erarbeiteten kinematischen Zwangsbedingungen eines Mecanum-Rades wird ein mobiles System bestehend aus vier Mecanum-Rädern untersucht und typische Fahrmanöver mittels Matlab implementiert und visualisiert. Am Beispiel eines Ausweichmanövers wird die Arbeit zusammengefasst.

Thermoplastische Silikonelastomere (TPSE) sind intelligente Materialien aus einer Silikonmatrix mit eingebetteten thermoplastischen Partikeln. TPSE besitzen temperaturveränderliche mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel das Elastizitätsmodul und einen temperaturgesteuerten Shape Memory Effekt (SME). Diese Masterarbeit führt die Materialcharakterisierung vorangehender Arbeiten fort, behandelt Fertigungsverfahren und beschäftigt sich mit potenziellen Anwendungsmöglichkeiten von TPSE für "Soft Robotic" Applikationen. Auf Basis des bestehenden nachgiebigen Greifer-Designs "PneuFlex" wird gezeigt, dass TPSE geeignet ist, temporäre, reversible, morphologische Änderungen nachgiebiger Systeme zu erzeugen. Die auftretende Strukturveränderung wird durch den SME ermöglicht. Dieser beruht auf der quasiplastischen Verformung des Materials, erzeugt durch kurzzeitiges Schmelzen und Erstarren der Partikel, kombiniert mit äußeren mechanischen Belastungen. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen an Prototypen zeigen signifikante Unterschiede des Greifverhaltens vor und nach Strukturveränderungen. Folglich erweitert TPSE das Funktionsrepertoire nachgiebiger Strukturen, um eine steuerbare, aktive Adaptionsfähigkeit auf Materialebene.

Magnetoaktive Elastomere (MAE) bestehen aus einer elastischen Matrix bzw. einem Elastomer, in welchem sich magnetisch weiche und/oder magnetisch harte Partikel befinden. Durch ein äußeres Magnetfeld kann das Verhalten und die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien beeinflusst werden. Die folgende Arbeit behandelt den Einfluss homogener Magnetfelder auf die statische Durchbiegung mehrpolig magnetisierter MAE-Balken. Hierbei werden Proben mit einem Anteil von 20 Vol.-% magnetisch harten Partikeln (NdFeB) und 20 Vol.-% magnetisch weichen Partikeln (CIP) untersucht, welche einen Südpol in der Mitte und die Nordpole jeweils an ihren Enden besitzen. Die untersuchten Proben haben teilweise unterschiedliche Eigenschaften bzw. Herstellungsarten. Für verschiedene Magnetfeldstärken wird die statische Durchbiegung der MAE-Balken experimentell ermittelt, sowie durch theoretische Betrachtung mit Hilfe der Euler-Bernoulli Theorie untersucht. Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen der statischen Durchbiegung der MAE-Balken werden genutzt, um Lokomotionssysteme mit mehrpolig magnetisierten MAE zu entwickeln. Die Fortbewegung der drei Lokomotionssysteme basiert hierbei auf der periodischen Durchbiegung der mehrpolig magnetisierten MAE-Balken, welche durch ein wechselndes Magnetfeld einer externen oder internen Magnetfeldquelle hervorgerufen wird. Das Prinzip unsymmetrischer Reibung sorgt dafür, dass eine Bewegung in Richtung der geringeren Reibung entsteht. Ein Funktionsnachweis der entwickelten Lokomotionssysteme wird über die experimentelle Untersuchung der Geschwindigkeit für die verschiedenen Erregungsfrequenzen des Magnetfeldes erbracht.

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.

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.

Das fahrdynamische Verhalten eines Fahrzeuggespanns bestehend aus PKW und Anhänger wird durch das Wirken von mechanischen Koppelkräften beeinflusst. Diese Koppelkräfte beeinflussen maßgeblich sicherheitskritische Fahrsituationen, wie das Aufschaukeln der Fahrezeugkombination oder das Einknicken bei extremen Bremsmanövern. Aufgrund von nicht alltäglichem Gebrauch, können viele Fahrer*innen das Verhalten des Fahrzeuggespanns in Gefahrensituationen nicht antizipieren und dementsprechend handeln. Durch den Entwicklungstrend von Elektrifizierung von Fahrzeugen und Effizienzsteigerung von Antrieben, werden neue Einheiten von Anhängern entwickelt, die eigene Antriebe oder Rekuperationsvorrichtungen besitzen. Daraufhin wird die Fahrdynamik des Fahrzeuggespanns zusätzlich mit weiteren fahrdynamischen Eigenschaften beeinflusst. Aufgrund mangelnder Möglichkeiten die Koppelkräfte zu messen, soll zu diesem Zweck ein Koppelkraftaufnehmer zur Messung der Koppelkräfte entwickelt und dessen Messarme optimiert werden. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst das zu Grunde liegende Ersatzmodell des Biegebalkens aus der Technischen Mechanik erläutert. Anhand des Modells wurde eine erste grobe Abschätzung der Verformung der Messarme vorgenommen. Weiterhin wurden die Grundlagen der Materialermüdung und deren Einflussfaktoren behandelt. Aufgrund der konstruktiven Diskrepanz zwischen den echten Messarmen und dem Ersatzmodell wurde im nächsten Schritt die FEM-Simulation angewendet und die nötigen Kenntnisse erläutert. Im Zusammenhang wurde das Originalmodell des Koppelkraftaufnehmers beschrieben. Daraufhin wurde auf die Anforderungen an die Fähigkeiten des Aufnehmers und dessen technischen Spezifikationen eingegangen, die auf einer gesetzlichen Richtlinie basieren. Im Zuge der Durchführung wurde der Koppelkraftaufnehmer Studien zur FE-Netzuntersuchung und Genauigkeit der Ergebnisse anhand drei konstruierten Varianten des Koppelkraftaufnehmers unterzogen. Im Kontext der Auswertung stellte sich die dritte Variante des Aufnehmers als geeigneteste Variante heraus, denn diese Variante erlangte die höchste Lebensdauer und größte Dehnung in der Messtelle. Desweiteren wurde ein Pareto-Optimum zwischen der Ergebnisgenauigkeit von FEM-Belastungssimulationen und dessen Rechenaufwand gefunden.

In dieser Arbeit wird die Anwendung von multistabilen Tensegrity Strukturen zur Realisierung einer vibrationsbasierten Fortbewegung untersucht. Hierbei liegt der Fokus auf der experimentellen Verifizierung des Lokomotionsverhaltens an einem Prototyp. Besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung, Inbetriebnahme dieses Prototyps und der konstruktiven Realisierung von Tensegrity Strukturen. Neben der Untersuchung der multistabilen Charakteristik wird eine potentielle Aktuierungsstrategie zur Realisierung eines kontrollierten Gleichgewichtslagenwechsels betrachtet. Weiterhin wird der Einfluss verschiedener Aktuator Größen und der Gleichgewichtskonfiguration auf der Bewegungsverhalten in Experimenten untersucht. Als Umgebung wird ein horizontaler Untergrund vorausgesetzt und die resultierenden Bewegungen optisch ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigen die vorteilhaften Eigenschaften multistabiler nachgiebiger Tensegrity Strukturen zur Realisierung von vibrationsbasierter Fortbewegung.

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.

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.

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.

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.

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.

Bei der Herstellung von Sandwichbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen in Kombination mit Honigwaben kann es zu verschiedenen Bauteilfehlern kommen. Mit Hilfe von Prozesssimulationen kann das Risiko möglicher Fehlstellen bereits vor der Bauteilherstellung bewertet werden. Um das Materialverhalten realitätsgetreu in der Simulation abbilden zu können, werden neben den mechanischen Kennwerten der Materialien auch die tribologischen Eigenschaften benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit soll das Reibverhalten zwischen Sandwichkern und Deckschicht in die Simulation eingearbeitet werden. Dafür sollen bereits vorhandene Reibwerte in Abhängigkeit der relevanten Prozessparameter ausgewertet und anschließend ein Modell in der Simulationssoftware ABAQUSTM entworfen werden. Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit Testbauteilen soll zur Validierung der Simulation erfolgen. Bereits vorhandene Reibwerte werden in Abhängigkeit der verschiedenen Einflussfaktoren ausgewertet. Mit Hilfe modellfreier Kinetik wird die Aushärtekinetik des Epoxidfilmklebers FM300 bestimmt und darauf aufbauend ein athematisches Modell zur Beschreibung der Viskosität entworfen. Zur Berechnung des Reibwertes aus den Viskositäten des Epoxidfilmekleber FM300 vom Hersteller Solvay und des Harzes des Prepregs M18 vom Hersteller Hexcel wird ein Reibmodell aufgebaut. Mit Hilfe einer UFIELD Subroutine wird das Modell in die Simulationssoftware Abaqus integriert und ein Abgleich sowie eine Bewertung der Simulation mit Hilfe von Testbauteilen durchgeführt. Zur besseren Darstellung des Wabeneinfalls wird die Dehnung des Prepregs mit Hilfe einer Vorrichtung aufgenommen und die Ergebnisse in die Simulation integriert. Erste Annahmen über die Ursache und die verschiedenen Einflüsse auf den Wabeneinfall konnten getroffen werden. Die modellfreie Kinetik des Epoxidfilmklebers FM300 ermöglicht näherungsweise die Bestimmung der Viskosität und kann für beliebige Zyklen verwendet werden. Die Stärke des Wabeneinfalls kann in Abhängigkeit des Härtungszyklus, der Orientierung von Fasern und Honigwabe, der Anzahl an Lagen FM300 und des Schrägenwinkels der Wabe in der Simulation dargestellt werden. Erste Aussagen über das Auftreten des Wabeneinfalls können auf diese Weise bereits in der Bauteilentwicklungsphase getroffen und Maßnahmen zur Reduzierung des Einfalls bewertet werden.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind sogenannte "intelligente Materialien", deren mechanische und magnetische Eigenschaften durch äußeres Magnetfeld beeinflusst werden können. Infolgedessen kann dieses Material an die Aktoren und Sensoren mit einstellbarer Sensitivität eingesetzt werden. In dieser Masterarbeit wird die Möglichkeit der sensorischen Anwendung von MSE untersucht. Das Ziel der Arbeit ist es, ein Prototyp eines Beschleunigungssensors mit magnetisch einstellbarer Sensitivität für die Messung externer mechanischer Erregung zu entwickeln. Die Steifigkeitsänderung von MSE wird durch ein externes Magnetfeld von der Helmholtz-Spule erreicht. Während der Biegeschwingungen von MSE-Körper wird die Magnetfeldänderung mit Hallsensoren detektiert. Der Einfluss von Magnetfeld auf das Schwingungsverhalten von MSE wird untersucht. Darüber hinaus wird auch die Beziehung zwischen der Schwingung des MSEs und den von ihr verursachten Magnetfeldänderungen untersucht.

Technische Systeme sind meist in kontrollierten Umgebungsbedingungen im Einsatz. Sollte sich ein solches System jedoch in freier Natur befinden, so ist es den Naturgewalten schutzlos ausgesetzt. Regen, Schnee und Wind sind dabei nur geringe Belastungen im Vergleich zu Erdbeben oder Fluten. Um auch unter Extrembedingungen eine Energieversorgung zu gewährleisten ist es für elektrische Generatoren relevant diese Lasten zu berücksichtigen. Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, eine Validierung der Ölversorgung eines Generators im Phasenschieberbetrieb für die am Aufstellungsort geltenden Umgebungsbedingungen durchzuführen. Dabei werden die aus den Umgebungsbedingungen resultierenden Belastungen auf die Baugruppen zusammengetragen und nach entsprechenden Regelwerken in berechenbare Größen überführt. Diese Lasten werden dann zu Lastkombinationen zusammengefasst und auf die Baugruppen angewendet. Um die Auswirkungen zu ermitteln werden verschiedene Rechenmethoden verwendet. Die dominierende Methodik ist eine Auswertung der Spannungen mittels Finite Elemente Methoden in einer rechnergestützten Anwendung. Das Ergebnis der Betrachtungen ist, dass die Konstruktion den Umgebungsbedingungen in allen Lastkombinationen standhält. Da die Berechnung einen rein theoretischen Hintergrund mit konservativen Annahmen besitzt, kann mit einer Abweichung der real auftretenden Spannungen und Verformungen gerechnet werden. Diese Differenzen werden mit ausreichend großen Reserven, sowie Sicherheitsfaktoren in der Ausnutzung berücksichtigt.

Magnetorheologische Fluide sind Suspensionen aus einem Öl und mikrometergroßen magnetischen Partikeln. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern ändern sie unter anderem ihre rheologischen Eigenschaften. Die folgende Arbeit befasst sich mit Aktoren, die mithilfe solcher Flüssigkeiten, Schwingungen in gleichgerichtete Bewegungen umwandeln, sowie mit der Entwicklung eines Systems zur Umwandlung von Schwingungen in eine Linearbewegung. Zunächst wird eine Einführung in den Stand der Technik gegeben. Anschließend werden die bestehenden MR-Antriebe beschrieben und die Vor- und Nachteile erläutert. Es folgt eine Einführung in die Grundlagen des magnetischen Feldes und die Einflüsse auf das magnetorheologische Material. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Entwicklungsschritte und Berechnungen vorgestellt, die zu einem Entwurf und zu einem Prototyp geführt haben. Weiterhin erfolgt eine Beschreibung des ersten Funktionstests und die Veröffentlichung der Testergebnisse.

Die vorliegende Arbeit hat ihren Ursprung in den Algorithmen und Ansätzen zur Analyse eines Roboters mit variabler Geometrie, der an der TU Ilmenau entwickelt wurde. Ein solcher Roboter hat einen anfangs zylindrischen Roboter in eine kegelstumpfförmige Geometrie umgewandelt, um um die vertikale Achse drehen zu können, die sich am Erzeugungspunkt eines solchen Kegels befindet. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer Einführung der Grundlagen für das Studium von Tensegrity-Strukturen; Später werden aus den variablen Parametern der geometrischen Beschreibung des Roboters die kinematischen Gleichungen von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Punkt der Geometrie des Roboters ausgewertet. In demselben Kapitel wird eine Alternative zum Vorhersagen der Bahn des Roboters unter Verwendung einer Klothoide vorgeschlagen. Diese Kurve hat den Zweck, Gleichungen der Bewegungsbahn des geometrischen Mittelpunkts des Roboters zu geben. In einem folgenden Kapitel werden die Steuerungsalgorithmen für die Abrollbewegung des Roboters sowie eine mögliche konstruktive Form vorgestellt, die zuvor für eine ähnliche Anwendung verwendet wurde. Im letzten Kapitel werden verschiedene Alternative von Materialien für die Herstellung des Roboterkörpers sowie die Grundlagen eines Ansatzes zur Bewertung gekrümmter Zugstrukturen vorgestellt. Darüber hinaus wird eine Berechnungsform für die spätere Entwicklung der endgültigen Geometrie des Roboters vorgeschlagen.

Stirnradgetriebe werden im Betrieb durch dynamische Zusatzkräfte belastet. Diese werden durch innere und äußere Erregerquellen hervorgerufen und überlagern das Antriebsdrehmoment. Besonders die variable Kontaktsteifigkeit der Zahnradzähne im Eingriff hat dabei einen großen Anteil. Dies führt zu Getriebeschwingungen, die Schallemissionen und Ausfälle der Systeme zur Folge haben. Die Bestimmung der relevanten Systemparameter stellt bei der Auslegung eine Herausforderung dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mittels des Finiten-Elemente-Methode-Programms ANSYS ein Modell eines Zahnradgetriebes mit Evolventenverzahnung zur Untersuchung der Steifigkeitsverläufe des Zahnradzahns aufgebaut und simuliert. Die daraus gewonnenen Werte wurden in verschiedene Mehrkörpersimulationsmodelle, die mit alaska/Gear erstellt wurden, eingebracht. Als Modelle wurden Getriebestufen unterschiedlicher Elastizität sowie ein doppeltes Planetenradgetriebe als Torsionsschwinger erstellt. Diese wurden durch ein äußeres zeitveränderliches Moment angeregt.

In der Fahrzeugentwicklung spielt Leichtbau eine immer größere Rolle. Punktförmigen Verbindungselementen kommt dabei aufgrund ihrer hohen Anzahl in Fahrzeugkarosserien eine besondere Bedeutung zu. In der virtuellen Lebensdaueranalyse bleibt das Steifigkeitsverhalten von Punktschweißverbindungen bislang jedoch unberücksichtigt. Es liegt eine prototypische Methode zur Simulation der Steifigkeitsdegradation vor, die jedoch unvollständig und lediglich an Einelementproben und einfachen bauteilähnlichen Proben verifiziert ist. Um die Funktionalität der betrachteten Methode zu komplettieren, ist die Berücksichtigung verschiedener Beanspruchungszustände erforderlich. Es werden Versuche und Simulationen ausgewertet, um den Einfluss des Beanspruchungszustandes auf das Steifigkeitsverhalten von Schweißpunkten zu ermitteln. Anschließend werden durch eine Parameterstudie Varianten zur Umsetzung der gewonnenen Zusammenhänge ermittelt und beurteilt, um schließlich die erweiterte Funktionalität zu implementieren. Um die Leistungsfähigkeit der Methode zu überprüfen, erfolgt die Durchführung eines Lebensdauerversuchs an einem Karosserie-Ausschnitt und ein Abgleich der Ergebnisse. Hierzu wird zunächst eine Fahrzeugkarosserie untersucht, um Ausschnitte zu finden, die als Probengeometrie geeignet sind. Verschiedene potentielle Bereiche werden anhand von Simulationen bewertet. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt die Auswahl eines Karosserie-Ausschnitts, die Festlegung der Prüfbedingungen und Auswertemethoden sowie die Durchführung des Versuchs. Als Resultat liegt eine um die Berücksichtigung der relevanten Beanspruchungszustände erweiterte Methode zur Beschreibung des Steifigkeitsverhaltens von Punktschweißverbindungen vor. Ein Abgleich von im Lebensdauerversuch gemessenen und mit der Methode berechneten Resultaten zeigt die Funktionsfähigkeit der Methode. Hierbei werden lokale Dehnungsverläufe, Probensteifigkeiten sowie Rissentstehung und -fortschritt verglichen. Die Methode kann damit zukünftig auch für Simulationen von Gesamtfahrzeugen eingesetzt werden.

Die mechanischen Eigenschaften der magneto-sensitive Elastomere (MSE) werden unter dem Einfluss von Magnetfeld verändert. Wegen der magnetfeldinduzierten Plastizität ist MSE besonders geeignet für die Anwendungen in der Greifertechnik. Die MSE können sich ohne Schädigung an das Greifobjekt anpassen und unter Wirkung des magnetischen Feldes die Objektform speichern. In dieser Arbeit werden die mechanischen Eigenschaften bei MSE wie die Steifigkeit und die magnetfeldinduzierte Plastizität in Ab- und Anwesenheit des Magnetfeldes experimentell untersucht. Besonders wird der Einfluss der Magnetfeldrichtung auf das Materialverhalten bei MSE erforscht. Die Experimentergebnisse werden mit Hilfe von Finite-Element-Method nachgebildet. Zum Schluss wird ein halbkugelförmiger Endeffektor des Greifsystems entwickelt. Der Endeffektor wird aus MSE-Schicht hergestellt, der mit verschiedenen Materialien wie Luft und Öl gefüllt wird. Der Endeffektor kann sich an die Greifobjekte mit verschiedenen Formen adaptieren.

Die Auslegung und Berechnung von Bauteilen und Baugruppen mittels Finite-Elemente-Software birgt, je nach Größe und Komplexität der zu berechnenden Struktur, einen sehr hohen Zeitaufwand. Neben der Berechnung und der Modellerstellung hat daran auch die Auswertung der Ergebnisse einen beträchtlichen Anteil. Insbesondere die Bewertung der Ermüdungsfestigkeit benötigt dazu mehrere Schritte. Um eine effiziente Prozesskette zu realisieren und deren Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, ist in Bezug auf die Ergebnisqualität eine verlässliche wie auch zeiteffiziente Auswertemethode notwendig. In dieser Bachelorarbeit werden auf Basis der Analyseergebnisse eines Prozesses des Berechnungsdienstleisters EDAG Engineering GmbH mögliche Ansätze zur Prozess-optimierung ermittelt und diese bezüglich ihrer Umsetzung weiter ausgeführt. Im ersten Teil erfolgt mit der Auswertung durch zusätzliche kommerzielle Software neben speziellen Standardisierungsmaßnahmen und der Skriptprogrammierung eine Darstellung der Möglichkeiten zur Automatisierung des Prozesses. Als gewählter Ansatz zur Beschleunigung der Auswertung wird daraufhin im zweiten Teil die Skriptprogrammierung erarbeitet und in den Prozess implementiert. Anhand eines Tragwerkmodells, das die Anforderungen in Bezug auf die vorhandenen Verbindungselemente und die geometrische Struktur abbildet, erfolgt eine Validierung der erarbeiteten Lösung. Das in der Programmiersprache tcl/tk geschriebene Skript zur automatisierten Schrauben-auswertung mit dem Postprocessopr HyperView ® (Altair Engineering) erspart dem Berechnungsingenieur die manuelle Ermittlung der zur Berechnung der Schraubverbindung notwendigen Ergebnisgrößen. Darüber hinaus können nach den Empfehlungen der Richtlinie VDI 2230 die Sicherheitsfaktoren gegen Fließen, Flächenpressung und Dauerbruch aller Schrauben innerhalb von kurzer Zeit ermittelt werden.

Die Sicherheit in unserer Gesellschaft erhält einen immer größeren Stellenwert. Dies gilt gleichermaßen für die Fahrzeugsicherheit. Systeme, die die Folgen von Unfällen vermindern oder diese gar verhindern werden zunehmend verbessert und neu entwickelt. Im Rahmen der verletzungsreduzierenden Sicherheitseinrichtungen soll die Insassensicherheit des Fahrers eines PKW im Fokus dieser Arbeit stehen. Bedingt durch die Funktion befindet sich das Lenkrad grundsätzlich in unmittelbarer Nähe zum Insassen. Somit kommt diesem Bauteil eine wichtige Bedeutung bei der Betrachtung des Verletzungsrisikos zu. Daher werden in dieser Arbeit Untersuchungen auf Basis der Finiten Elemente durchgeführt, die die Analyse von Wechselwirkungen zwischen dem Lenkrad und dem Insassen während eines Unfallgeschehens ermöglichen. Außerdem werden die maßgeblichen Eigenschaften des Lenkrads identifiziert, die dessen mechanische Steifigkeit beeinflussen und sich auf die physikalische Belastung des Fahrers auswirken. Dafür werden vor allem Szenarien mit "Worst-Case"-Charakter betrachtet, um somit auch Unfallkonstellationen zu berücksichtigen, die sich besonders ungünstig auf den Gesundheitszustand des Insassen auswirken. Abschließend werden Anforderungen an die Lenkradsteifigkeit definiert, mit denen das Verletzungsrisiko gesenkt und eine Verbesserung der Insassensicherheit erzielt wird.

Die Bachelor-Arbeit behandelt das Thema Schwingungen. Es soll zunächst die freie ungedämpfte sowie die freie gedämpfte Schwingung betrachtet werden. Dabei wird die Auslenkung des Systems über die Zeit t untersucht. Diese Betrachtung gibt Rückschlüsse über maximale Auslenkungen sowie das Verhalten des Schwingers über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$). Zudem werden die Phasenportait betrachtet. Diese liefern Rückschlüsse darüber ob das System Energie aufnimmt oder diese abgibt. Danach wird die erzwungene Schwingung anhand der periodischen harmonischen Anregung betrachtet. Hierbei wird die Kreisfrequenz $\Omega$ der Erregung mit der der freien ungedämpften Schwingung $\omega_0$ verglichen. Zudem wird untersucht, welchen Einfluss das Verhältnis der beiden auf das System hat. Da eine rein harmonische Anregung in der Praxis der Technologie nicht genügt, wird die Auswirkungen eines Stoßes auf ein System betrachtet. Hierbei wird der Zeitverlauf untersucht, um erneut festzustellen, welche maximalen Auslenkungen das System durchläuft sowie wie sich dieses über sehr lange Zeitintervalle ($t\rightarrow\infty$) verhält. In der Fahrwerksauslegung spielt dies eine wichtig Rolle. Diese Untersuchungen ermöglichen es hier den Fahrkomfort auch bei Unebenheiten wie Bodenwellen zu gewährleisten. Infolgedessen wird betrachtet die periodische stoßhafte Anregung. Hierbei werden die Amplitudenspektren verschiedener Anregungen verglichen. Diese geben Rückschlüsse, welche Anteile der Anregungen maßgeblichen Einfluss auf das System haben. In der Praxis der KFZ-Technik dient diese Analyse erneut der Optimierung des Fahrkomfort. Um weitere Rückschlüsse über technische Systeme zu erhalten, werden die Ergebnisse auf den Freiheitsgrad 2 übertragen. Hierbei wird untersucht, welchen Einfluss zwei gekoppelte Massen aufeinander haben, wenn eine der beiden angeregt wird. Da in der Praxis das technische System des Fahrzeuges aus vielen oszillierenden sowie rotierenden Teilen bestehen, ist die Betrachtung der Kopplung zweier Bauteile notwendig, um weitere Rückschlüsse auf den Fahrkomfort zu erhalten. Die beiden letzten Themenbereiche entsprechen nicht-linearen Schwingungen. Im Folgenden wird die Reibschwingung einer PKW-Scheibenbremse betrachtet. Hierbei werden der Zeitverlauf und das Phasenportrait angenähert. Dies gibt erneut Rückschlüsse über: maximale Auslenkungen, den Zeitverlauf $t\rightarrow\infty$, sowie über Energieauf- wie auch Energieabgabe. Die Ergebnisse hieraus liefern Randbedingungen für die Konstruktion der Bremsanlage, um eine Havarie im Betrieb zu vermeiden. Abschließend wird die selbsterregte Schwingung anhand der Radialkraftschwankung eines PKW-Reifens beschrieben. Hierbei sollen Stabilität, Phasenportrait sowie der Zeitverlauf betrachtet werden. Diese Betrachtungen dienen erneut der Auslegung, um Havarie sowie Resonanzerscheinungen im Betrieb zu vermeiden, welche in der Praxis schwere Unfälle zur Folge hätten.

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Erprobung und Untersuchung eines mobilen Roboters auf Basis einer nachgiebigen Tensegrity-Struktur. Der Roboter mit wurmartiger Fortbewegung besteht aus drei kaskadiert zusammengesetzten Grundsegmenten. Diese können jeweils durch einen integrierten Aktor ihre Form ändern. Durch die koordinierte Aktuierung der Segmente kann eine Fortbewegung des Roboters innerhalb eines Tunnels realisiert werden. Den Schwerpunkt der Arbeit bilden experimentelle Untersuchungen zum Verformungs- und Bewegungsverhalten des Roboters. Dabei werden verschiedene Steuerungskonzepte erprobt und dessen Leistungsfähigkeit in verschiedenen Umgebungsbedingungen, wie Tunnelsteigungen und Reibpaarungen, auf Basis von Video Tracking ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden zur Verifikation eines mathematischen Modells des Wurmroboters herangezogen. Abschließend werden konstruktive Verbesserungsvorschläge diskutiert, um den Roboter zuverlässiger, funktionaler und leitungsfähiger zu gestalten.

Der Entwurf und die Analyse eines Führungsgetriebes zur Erzeugung planarer parametrisierter Bahnbewegungen, am Beispiel eines Laborshakers, wird dargestellt. Die dazu verwendeten Simulationen wurden mit alaska durchgeführt. Es lässt sich feststellen, dass die Ergebnisse der Simulation sich mit Vermutungen decken. Zum einen gibt es Mechaniken die zur Selbstzerstörung in Folge von Aufschwingen neigen, zum anderen ist ein Zwanglauf sinnvoll für das betrachtete System. Ein Linearshaker mit einer Übersetzung von 1:20 wurde auf Grundlage der Simulationsergebnisse als am Besten geeignet bewertet.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) gehören zur Gruppe der "intelligenten Materialien", deren mechanische Eigenschaften durch äußere Einwirkungen verändert werden können. Unter dem Einfluss des Magnetfeldes kann man eine Änderung des Materialverhaltens beobachten. Deswegen sind sie sehr attraktiv für viele technische Implementierungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE, die in einem äußeren, homogenen Magnetfeld periodisch bewegt werden. Der Fokus liegt dabei auf der Ermittlung mechanischer Schwingungseigenschaften. Für die Untersuchungen wird die Neukonstruktion eines Prüfstandes ausgeführt. Der praktisch umgesetzte Prüfstand ermöglicht die Untersuchung eines Prüfkörpers aus MSE, der mit Hilfe eines Shakers zu erzwungenen Schwingungen erregt wird. Der Amplituden-Frequenzgang und der Phasengang des Schwingungssystems werden für verschiedene Parameter ermittelt und mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.

In der vorliegenden Masterarbeit werden Lösungsalgorithmen zur geometrisch linearen Finite-Elemente-Berechnung von Stab-, Balken und Scheibenelementen vorgestellt. Ausgehend von den notwendigen Grundlagen für die Analyse der genannten Elementtypen erfolgt durch die Erarbeitung verschiedener Lösungsmethoden die Bestimmung von Knotenverschiebungen, inneren Elementkräften, Eigenfrequenzen und kritischen Knicklasten. Zu diesem Zweck wird ein bestehender Algorithmus um die genannten Elementtypen erweitert und für die Entwicklung von Lösungsansätzen von einfachen und komplexen Problemstellungen benutzt. Die Umsetzung der Berechnungen erfolgt dabei durch das numerische Berechnungsprogramm MATLAB, die Ergebnisse werden durch die kommerzielle FE-Software ANSYS Mechanical APDL verifiziert. Als Ergebnis dieser Arbeit liegt neben den erzeugten Programmcodes eine ausführliche Dokumentation zu den Lösungsansätzen der gewählten Problemstellungen vor.

Aktuelle Forschungsthemen in der Bionik beschäftigen sich mit der Analyse und Synthese der Umgebungswahrnehmung von Säugetieren mithilfe ihrer Vibrissen (spezielle Tasthaare). Durch Verwendung dieses komplexen Sinnesorgans sind beispielsweise Ratten und Mäuse in der Lage mithilfe weniger Berührungen Objektabstände, -konturen oder -oberflächenbeschaffenheiten zu detektieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung und Untersuchung eines biologisch inspirierten mechanischen Modells zur Objektabtastung und Konturrekonstruktion. Vibrissen, als Reizaufnehmer, werden häufig durch einen zylindrischen oder konischen Euler-Bernoulli-Balken modelliert, der einseitig eingespannt ist und zum Zwecke der Abtastung translatorisch an einem Objekt entlanggeführt wird. Mit Blick auf das biologische Vorbild wird die Abtastprozedur in der vorliegenden Arbeit um eine Rotationsbewegung erweitert. Die Modellierung der Vibrisse erfolgt mithilfe eines langen schlanken Balkens, der eine vorgekrümmte, konische Form aufweist und drehbar gelagert ist. Die Rotationsabtastung eines streng konvexen Profils wird im quasi-statischen Fall betrachtet. Dabei erfährt der Balken große Verformungen, die mithilfe der nichtlinearen Euler-Bernoulli-Theorie beschrieben werden. Zunächst wird für das Modell das beschreibende Differentialgleichungssystem hergeleitet. Anschließend wird zwischen der Phase des Spitzen- und des Tangentialkontakts (Phase A und Phase B) mit dem Objekt unterschieden und für beide Fälle die zugehörigen Randbedingungen aufgestellt. Die entstandenen Randwertprobleme werden auf verschiedenen Abstraktionsebenen betrachtet. Der rotatorische Vorbeizug einer geraden zylindrischen Vibrisse an einer streng konvexen Profilkontur wird weitestgehend analytisch beschrieben. Anschließend wird durch Lösung eines Anfangswertproblems gezeigt, wie die Kontaktlokalisierung möglich ist, wenn ausschließlich Informationen an der Lagerstelle (Lagerreaktionen, Lagerposition und Stellwinkel), die möglicherweise auch den Tieren zur Verfügung stehen, ausgewertet werden. Auf Grundlage des mechanischen Modells wird ein Matlab-Programm aufbereitet, das die Simulation des rotatorischen Vorbeizugs einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil sowie dessen Rekonstruktion anhand der berechneten Lagerreaktionen ermöglicht. Der Abbruch des Algorithmus, der auf ein in der Realität stattfindendes Ablösen der Vibrisse vom Profil hindeuten könnte, wird genauer untersucht. Die Abtastprozedur wird um eine Rotationsbewegung in entgegengesetzter Richtung und eine Variation der Lagerposition erweitert. Durch Überlagerung der entstehenden Abtastbereiche kann anschließend ein Großteil des Profils rekonstruiert werden. Zuletzt werden Parameterstudien durchgeführt, um das Potential einiger durch die Biologie vorgegebener Eigenschaften zur Verbesserung des Abtastverhaltens zu untersuchen.

Für die Drehzahlübersetzung elektrischer Antriebsachsen von Elektrofahrzeugen hat sich in der Elektromobilität das Planetengetriebe etabliert. Aufgrund der Lastaufteilung auf mehrere Zahnräder (Planetenräder) ist die Übertragung von großen Momenten bei einem relativ kleinen axialen Bauraum möglich. Die Größe des Getriebes in Radialrichtung wird durch das äußere Rad, dem sog. Hohlrad, festgelegt. Da es bei der Belastung von dünnwandigen Hohlrädern zu einer nicht zu vernachlässigbaren radialen Verformung kommt, sind die gängigen Berechnungsmethoden zur Zahnfußtragfähigkeit von Stirnrädern nur bedingt geeignet. Die Berechnungsverfahren der ISO 6336-3 sowie der VDI 2737 berücksichtigen zwar den Einfluss der radialen Verformung auf die Zahnfußsicherheit, sind jedoch nur für Hohlräder mit freiem Zahnkranz - d. h. keine Anschlussgeometrie an der äußeren Mantelfäche - gültig. Die in der Abteilung "Planetenradsätze und Differentiale" der Schaeffler AG eingesetzten Hohlräder sind mit einer zusätzlichen Außenverzahnung im Gehäuse gelagert und können demnach mit den Berechnungsmethoden der ISO 6336-3 oder VDI 2737 nicht exakt ausgelegt werden. In dieser Abschlussarbeit werden zunächst die Auslastung der Innen- sowie Außenverzahnung verschiedener Hohlräder der Schaeffler AG miteinander verglichen. Anschließend erfolgt ein Vergleich der mit der Verzahnungssoftware KISSsoft möglichen Berechnungsmethoden. Zentraler Aspekt dieser Abschlussarbeit ist schließlich die Erarbeitung eines Hilfsprogramms zur Vorabschätzung der Zahnfußtragfähigkeit von Hohlrädern für den Modulbereich von 1 bis 2 mm. Zuletzt werden Auslegungsrichtlinien für Hohlräder der Schaeffler AG definiert.

In der vorliegenden Masterarbeit werden durch eine Simulationsstudie adaptive Regelungsstrategien dahingehend untersucht, einen Roboterarm mit Doppelpendelstruktur - angetrieben durch antagonistisch angeordnete, muskelähnliche Aktoren - möglichst schnell und präzise auf vorgegebenen Bahnen zu regeln. Parallel dazu wird ein derartiger Roboter als Prototyp aufgebaut und die untersuchten Regelungsstrategien am realen Modell verifiziert. Über erste Simulationen mit einem Modell mit Freiheitsgrad n=1 werden die Wirkprinzipien der adaptiven Regler untersucht (v.a. mit Blick auf die Absolutwerte von Rückführung und Verstärkungsfaktor, Einregelzeit und Genauigkeit der Einhaltung von Zielvorgaben) und eine Vorauswahl der als am besten eingeschätzten Regler getroffen, um diese anschließend auf ein System mit Freiheitsgrad n=2 anzuwenden. Dazu werden vorerst Modellanpassungen bzgl. der realen Mechanik des Prototypen vorgenommen und daraus eine Intensitätensteuerung ermittelt, mit der die Reglergrößen der Regler auf die jeweiligen Muskelpaare aufgeteilt werden können. Es folgt eine Simulationsstudie an einem System mit Freiheitsgrad n=2 (Doppelpendelstruktur). Die vorher beschriebenen und analysierten Regelungsstrukturen werden bzgl. einer Referenzposition mit Positionswechsel und einer Referenzbahn untersucht. Hierbei werden für eine Optimierung des Simulationsergebnisses verschiedene Ansätze eingeführt, wie bspw.: Begrenzung der Muskelleistung, Einführung eines Fehlervektors, adaptives Ermitteln von Faktoren einer beschränkten Regelung. Während oben genannten Simulationsarbeiten wird der zur Verifikation einzusetzende Prototyp der TU Ilmenau aus vorherigen, älteren Untersuchungen rekonstruiert und optimiert: Dabei müssen fehlende Teile neu konstruiert, sowie die Ansteuerung neu entworfen werden. Hierfür wird der Microcontroller "Arduino" eingesetzt. Vor einem möglichen Betrieb des Roboterarms müssen zunächst Messdaten zur Ermittlung des Kontraktionsverhaltens und der Muskelleistung der pneumatischen Muskeln ermittelt werden. Anschließend werden weitere Simulationen mit den Systemparametern des Prototypen durchgeführt. Mithilfe der Regelungsstrukturen wird dem Prototyp die Verfolgung einer Bahn ermöglicht.

Um das Ziel des autonomen Fahrens möglichst schnell zu erreichen, spielen Fahrerassistenzsysteme bei der Entwicklung von Automobilen eine immer größere Rolle. Diese erhöhen den Komfort und die Sicherheit für den Fahrer. Damit Fahrerassistenzsysteme vom Kunden als angenehm und komfortabel empfunden werden, müssen sie das Verhalten des Menschen in den jeweiligen Fahrsituationen bestmöglich abbilden. Ziel der vorliegenden Master-Arbeit ist das Analysieren des menschlichen Verhaltens und der Wahrnehmung beim Spurwechsel. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Auslegung des Spurwechselassistenten der BMW Group ein. Hierzu wird eine Probandenstudie mit einem Versuchsfahrzeug im Realverkehr durchgeführt. Führt der Fahrer einen Spurwechsel aus, so werden relevante Fahrzeugsignale und Bewegungsgrößen umliegender Objekte aufgezeichnet und das subjektive Empfinden des Fahrers beim Spurwechsel erfragt. Im ersten Schritt ist die Probandenstudie zu planen und zu organisieren. Dazu müssen zunächst die relevanten Szenarien im Verkehr festgelegt werden, woraus objektive und subjektive Kennwerte für einen Spurwechsel abgeleitet werden. Anschließend werden Hypothesen über den Zusammenhang von objektiven und subjektiven Größen formuliert. Nach der Durchführung der Studie werden die erfassten Daten ausgewertet. Hierfür werden zunächst die aufgezeichneten Daten nach der Entwicklung eines neuartigen Datenverarbeitungsalgorithmus aufbereitet. Anschließend wird die in der Abteilung bestehende Objektivierungsmethodik erweitert und mit deren Anwendung die Hypothesen überprüft. Zusätzlich wird erstmalig ein Durchschnittsprofil aus den Daten aller Fahrer hinsichtlich des Spurwechsels erstellt. Abschließend wird mit den Ergebnissen eine Auslegungsempfehlung für den Spurwechselassistenten abgegeben.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Optimierung der Konstruktion omnidirektionaler Räder von mobilen Robotern am Beispiel des Ethon-Roboters. Zwangserregte Schwingungen auf der Roboterplatform beinflussen das Kamerasystem negativ und beeinträchtigen somit die Orientierung. Die Arbeit präsentiert eine Vibrationsanalyse und untersucht die Radgeometrie der verwendeten Allseitenräder. Die resultierende Erregung wird systemtheorethisch modelliert. Das Robotersystem wird dabei mit konzentrierten Variablen und mittels Impedanz Analogie beschrieben. Zirkularitätsfehler der Räder die zu periodischen Stößen durch Diskontinuitäten zwischen den passiven Rollern führen, generieren vertikale Vibrationen und werden in der Vibrationanalyse untersucht. Zwei erarbeitete Messmethoden; eine indirekte Methode und eine neuartige direkte Methode, werden vorgestellt, um die zwangserregten Schwingungen durch Reaktionskräfte auf der Roboterplatform zu bestimmen und die dazugehörigen Erregerfrequenzen der Räder anhand von Beschleunigungsmessungen nachzuweisen. Die Erregerfrequenzen mit den dazugehörigen Oberwellen der periodischen Stöße des omnidirektionalen Rades werden mittels Frequenzanalyse der Leistungsspektren identifiziert. Die Annahmen bezüglich Linearität des Systems und Geschwindigkeitsabhängigkeit werden durch Messungen nachgewiesen. Die Reaktionskräfte basierend auf den ermittelten absolut Werten aus den Leistungsspektren werden berechnet und diskutiert. Beide Messmethoden werden auf ihre Konsistenz durch einen Vergleich der entstehenden Frequenzen geprüft. Resultierend wird eine erarbeitete Prototypenkonstruktion mit einem äußeren Durchmesser von 200 mm, basierend auf dem Continuous Alternate Wheel (CAW) Model, vorgestellt. Die in der Arbeit durchgeführte Analyse bestätigt die zwangserregten Schwingungen, welche durch die omnidirektionalen Räder ausgelöst werden und präsentiert eine alternative Prototypenkonstruktion zur Minimierung der vertikalen Vibrationen.

Gleitreibung entsteht bei der Berührung zweier sich relativ zueinander bewegender Körper. Sie ist eine Eigenschaft, die in technischen Systemen häufig nachteilig ist und reduziert werden soll. Typische Methoden zur Reibungsreduzierung sind die Variation der Materialpaarung sowie der Einsatz von Schmiermitteln. Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Reibkraft ist die hochfrequente mechanische Anregung der Reibpartner, die virbrationsinduzierte Reibungsreduzierung. Durch diese Technik kann die Reibung vermindert und in Grenzen gesteuert werden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prüfstand zur Messung von Reibungskräften zwischen vibrierenden Oberflächen entwickelt. Die Konzeption beinhaltet die Erstellung einer Anforderungsliste und die Betrachtung verschiedener Auslegungsvarianten. Weiterhin erfolgt die Auslegung potenziell kritischer Stellen und die Fertigung des Versuchsaufbaus. Nach der Inbetriebnahme erfolgt die Justierung, um das angestrebte Betriebsverhalten der konstruierten Führung des Prüfstandes zu realisieren. Mit Hilfe des Prüfstandes werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zur Abhängigkeit der Reibungsreduktion von festgelegten Parametern durchgeführt. Im Anschluss erfolgen die Auswertung der aufgenommenen Messwerte, Interpretation, Dokumentation und Fehlerbetrachtung. Es konnte gezeigt werden, dass eine Reibungsreduktion von bis zu 90 % für die untersuchten Parameter möglich.

Die folgende Arbeit ist ein Teil eines Forschungsprojekts, das Vibrissen-inspirierte Tastsensoren für Objekt- und Strömungserkennung zu analyzieren versucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines technischen und mathematischen Modells für Objekterkennung unter dem Einfluss einer Strömung. Dazu wird ein mechanisches Modell auf Basis der nicht-linearen Euler-Bernoulli Biegungstheorie entwickelt. Das Modell enthält Hauptmerkmale, die in einer natürlichen Vibrisse gefunden werden, z.B. intrinsische Vorkrümmung, die Veränderung des Querschnitts, elastische Lagerung. Diese Hauptmerkmale werden als Parameter des Modells dargestellt. Das Modell wird dann einer Kontakt- und einer Strömungsbelastung ausgesetzt, die durch eine konzentrierte Kraft und eine verteilte Kraft repräsentiert werden. Dann wird das Modell in eine dimensionslose Form für weitere Untersuchungen transformiert. Eine Variation der Größe dieser Lasten, sowie die Vibrissen-Parameter wird analysiert. Eine direkte numerische Näherung durch das Finite-Differenzen-Verfahren wird zusammen mit dem Schießverfahren verwendet, um eine Lösung für das Modell zu erhalten. Danach soll der Kontaktvorgang zwischen Objekt und Vibrisse simuliert werden. Dabei wird ein quasi-statisches Vorbeiziehen der Vibrisse an der Objektkontur betrachtet, während die Lagerreaktionen bestimmt und aufgezeichnet werden. Diese Prozedur wird dann in Kombination einer Strömungsbelastung wiederholt, die eine Strömung simulieren soll. Es werden zwei Arten von Kontaktphasen identifiziert und die Bedingungen für jede Gruppe festgelegt. Schließlich werden die gemessenen Größen verwendet, um die Größe der Strömungskraft zu bestimmen und die Profilkontur der Oberfläche zu rekonstruieren. Das entwickelte Modell wird wieder für die Rekonstruktion verwendet, eine Analyse der Observablen wird vorgenommen, um zu identifizieren und vorherzusagen, in welcher Kontaktphase die Vibrisse ist. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Identifikation der Fluidströmungsbelastung sowie eine Rekonstruktion des Profils, die Differenz zwischen dem rekonstruierten Profil und dem Originalprofil wird dann als ein Maß für die Rekonstruktionsqualität berechnet.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Modell eines taktilen, stiftführenden Sensors, mit dem Objekte mit streng konvexer, stetig differenzierbarer Umrissfunktion durch rotatorisches Scannen rekonstruiert werden können. Der Sensor ist durch Tasthaare, wie sie viele Säugetiere besitzen, inspiriert. Als Modell dient ein langer, schlanker Biegebalken mit kreisrundem Durchmesser, konstantem Flächenträgheitsmoment und konstantem Elastizitätsmodul, der durch ein Festlager gelagert ist. Das rotatorische Scannen wird durch ein Moment in der Lagerung gesteuert und läuft quasi-statisch ab. Zuerst wird das autonome Differentialgleichungssystem, welches die Verformung des Balkens beschreibt, hergeleitet und alle Größen dimensionalisiert. Danach werden Aussagen über Existenz und Eindeutigkeit von Anfangswert- und Randwertproblemen vorgestellt. Zur Lösung des autonomen Differentialgleichungssystems sind zwei Methoden denkbar: Methode 1 nutzt das Schießverfahren, um drei Unbekannte zu erhalten, bei Methode 2 wird durch analytische Betrachtungen vorab die Anzahl der Unbekannten verringert, sodass nur eine Unbekannte mit Hilfe des Schießverfahrens ermittelt werden muss. Beim rotatorischen Scannen wird zwischen Spitzenkontakt (Phase A) und Tangentialkontakt (Phase B) des Balkens mit dem Objekt unterschieden. Bei Spitzenkontakt werden Formeln für $x(\varphi)$, $y(\varphi)$ und Kraft $F$, bei Tangentialkontakt Formeln für $x(s)$, $y(s)$, $F$ und das Bogenmaß $s_1$, an dem der Kontakt stattfindet, hergeleitet. Dabei entstehen Elliptische Integrale, die in Kombinationen aus Elliptischen Integralen 1. Art und 2. Art überführt werden. Damit kann für beide Phasen der Kontaktpunkt zwischen Balken und Objekt bestimmt werden. Für die Rekonstruktion des Objekts mit Hilfe der Randbedingungen an die Lagerung und die Lagerreaktionen selbst, das bedeutet mit den Größen, die einem Tier mit Vibrissen beim Objektabtasten zur Verfügung stehen würden, wird eine Formel hergeleitet, mit der entschieden werden kann, ob sich der Balken in Phase A oder Phase B befindet. Bei quasi-statischer Rotation des Balkens kann so eine Folge von Kontaktpunkten bestimmt werden, welche die Umrissfunktion des Objekts approximiert. Zum Schluss werden Simulationen mit einem Matlab-Programm zur Rekonstruktion verschiedener Umrisse durchgeführt.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Differentialantriebsmoduls für einen kleinen mobilen Roboter. Das Modul soll über einen Motor verfügen der zwei Räder antreibt und drehbar in ein Roboterchassis integrierbar sein. Zur Ausrichtung des Moduls soll eine variable Drehzahldifferenz zwischen den Rädern hergestellt werden. Dazu werden drei mögliche Antriebsprinzipe in Form von technischen Prinzipen entworfen und vorgestellt. Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird ein Prinzip ausgewählt und zu einem konkretisierten Entwurf weiterentwickelt. Auf Basis dieses Entwurfs wird ein Mehrkörpersimulationsmodell entwickelt. Anschließend werden Fahrversuche mit dem einzelnen Modul und abschließen mit drei drehbar in einem Chassis gelagerten Modulen unternommen.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Formfindung von Tensegrity-Strukturen unter Nutzung der Finiten-Elemente-Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie. Es werden die theoretischen Grundlagen für die Anwendung von massebehafteten Stab- und Balkenelementen, sowie von Mischstrukturen dieser Elementtypen dargestellt. Anschließend erfolgt die Implementierung der Finiten Elemente zur Verifizierung der zuvor getroffenen Erkenntnisse. Zuletzt wird ein bestehender Algorithmus zur Formfindung von Tensegrity-Strukturen um die betrachteten Elementtypen und -eigenschaften erweitert und anhand verschiedener praktischer Beispiele untersucht. Die Implementierungen erfolgen in MATLAB, zur Verifizierung der Ergebnisgrößen wird die kommerzielle Software Mechanical APDL von ANSYS genutzt.

Die derzeit bekannten Fortbewegungssysteme weisen Defizite hinsichtlich ihrer Einsatzfähigkeit und Effektivität auf. Neuartige Mobilitätssysteme eröffnen die Möglichkeit, effizienter Energie zu nutzen und zusätzliche Funktionen bereit zu stellen. Hierfür werden aktuell Systeme entwickelt, bei denen nachgiebige Tensegrity-Strukturen verwendet werden. Die Realisierung von Systemen mit rollender Fortbewegung auf Basis dieser Strukturen ist ein neues Forschungsfeld. Ein solches im Entwicklungsprozess stehendes Lokomotionssystem soll genauer untersucht werden. Das reale Systemverhalten dieses mobilen Roboters steht dabei im Zentrum der Betrachtungen. Dazu werden zunächst Steuerungsparameter für verschiedene Bewegungsarten implementiert, um die Fortbewegung anschließend mit einem Motion Capturing Verfahren aufzunehmen. Die so erhaltenen Bewegungsdaten von Punkten des Lokomotionssystems werden danach in Matlab® importiert und weiterverarbeitet. Das erstellte Matlab®-Programm rekonstruiert die Fortbewegung des Roboters und ermöglicht eine detaillierte Untersuchung des digitalisierten komplexen Systemverhaltens auch von verschiedenen Bewegungsarten. Die Erkenntnisse aus diesen Analysen ermöglichen eine gezielte Weiterentwicklung des Roboters.

Die Untersuchung menschlicher Bewegungen mit Hilfe von mechanischen Modellen und Methoden wird als Biomechanik bezeichnet. Bedeutende biomechanische Modelle wurden von HANAVAN und ZATSIORSKY entwickelt und bilden die Grundlage für digitalisierte Menschmodelle zur computergestützten Bewegungsanalyse. Diese Mehrkörpersystemmodelle ermöglichen die Berücksichtigung individueller Körperproportionen und sind daher ein wichtiger Bestandteil der instrumentellen 3D-Ganganalyse. Weitere Bestandteile sind simultan verwendete kinematische und kinetische Messmethoden sowie die dynamische Elektromyographie. In dieser Arbeit werden unter Verwendung des Simulationswerkzeugs ALASKA/DYNAMICUS® Bewegungsanalysen auf Grundlage kinematischer und kinetischer Daten durchgeführt. Hierzu werden zunächst die Grundlagen beschrieben und ein umfassender Einblick in die Biomechanik des menschlichen Ganges gegeben. In einem Bewegungsanalyselabor werden die kinematischen und kinetischen Daten eines Probanden beim Gehen und Aufstehen aus dem Sitzen messtechnisch erfasst. Die Eignung des verwendeten MKS-Simulationstools zur Analyse menschlicher Bewegungsmuster wird bewertet. Eine Aussage über die dynamische Stabilität wird durch die Berechnung des sogenannten "Zero Moment Points" sowie der temporären Fußunterstützungsfläche mittels DYNAMICUS® getroffen. Ausgehend von den gemessenen Bodenreaktionskräften und berechneten Körperschwerpunktverläufen werden für die photometrische Bewegungserfassung Markerreduktionen vorgenommen. Dabei kann gezeigt werden, dass DYNAMICUS® die Möglichkeit bietet, aufgrund qualitativer und quantitativer Bewertungsgrundlagen, einen Kompromiss zwischen Genauigkeit der Bewegungsrekonstruktion sowie -berechnung und dem Messaufwand, z.B. in Form von Markeranzahl, zu finden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Validierung der Geräuschberechnung von Lagern. Im Vordergrund steht die Untersuchung der durch Anschliffe auf Wälzkörpern angeregten Starrkörperschwingungen. Diese werden durch ein kontaktbasiertes Mehrkörpersimulationsmodell beschrieben. Die Zielgrößen der Simulation werden mit Methoden der Signalanalyse ausgewertet. Die Güte der Modellierung wird anhand der kinematischen Beziehungen und Modellen niedrigerer Ordnung überprüft. Anschließend erfolgt die Validierung der Modelle durch den Abgleich mit Versuchen auf einem Geräuschprüfstand.

Das Greifen von fragilen Gegenständen und Objekten mit großem Aspektverhältnis stellt eine Herausforderung in der Greifertechnik dar. Um die Beschädigung des Objektes zu vermeiden, ist hier der Einsatz von Formschlusseffektoren vorteilhaft. Diese zeichnen sich häufig durch ein gewisses Maß an Nachgiebigkeit aus, aufgrund derer sie sich an Greifobjekte anpassen können. Da magnetosensitive Elastomere (MSE) ihre Nachgiebigkeit durch Magnetfelder reversibel steuern lassen, eignen sie sich als Konstruktionswerkstoff für den Entwurf eines Endeffektors. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prototyp eines adaptiven Effektors auf Basis magnetosensitiver Elastomere entwickelt. Es werden Materialstudien an MSE durchgeführt, auf deren Basis die Werkstoffauswahl erfolgt. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode wird das plastische Verhalten des magnetosensitiven Elastomers im Magnetfeld nachgebildet. Anhand von Untersuchungen verschiedener Effektorgeometrien erfolgt die Form- und Prinzipfindung für das Greiferelement. Es wird ein Prototyp angefertigt, der sich an verschiedene Formen und Oberflächenbeschaffenheiten von Greifobjekten anpassen und diese in einer Kombination aus Form- und Kraftschluss halten kann.

Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Kompositwerkstoffe aus einer Elastomermatrix, in deren Materialstruktur hart- oder weichmagnetische Partikel eingeschlossen sind. Unter dem Einfluss von Magnetfeldern kann eine Änderung des Materialverhaltens beobachtet werden. Diese besondere Eigenschaft bietet Potential für die Entwicklung adaptiver sensorischer und aktorischer Konzepte. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Materialeigenschaften von MSE in Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte eines äußeren Magnetfeldes sowie der Volumenkonzentration der verwendeten Carbonyl-Eisen-Partikel (CIP). Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung des Steifigkeits- und Dämpfungsverhaltens der Probenkörper. Für die Untersuchungen wird ein Konzept für einen experimentellen Aufbau ausgearbeitet und konstruktiv umgesetzt. Es werden Probenkörper gestaltet und mit verschiedenen Partikelkonzentrationen hergestellt. Die Materialeigenschaften der Proben werden in Ausschwingversuchen, unter Einfluss eines magnetischen Gleichfeldes variabler Stärke untersucht. Die gesammelten Messdaten werden unter Verwendung eines mechanischen Modells für Biegeschwingungen von Balken mit analytischen und numerischen Methoden ausgewertet.

Gegenstand dieser Abschlussarbeit ist die Berechnung des Versagenszeitpunkts von gusseisernen LKW Scheibenbremsenbauteilen im Bereich der Zeitfestigkeit. Die verwendete Methode basiert auf einer FEM-Berechnung, welche entweder linear elastisches oder elastisch-plastisches Werkstoffverhalten verwendet. Die Zielgröße für alle Berechnungen sind Daten von Prüfstandsversuchen. Analytische Grundlagen werden erklärt und eine neue Berechnungsrichtlinie erstellt. Die Programme nCode und Fe-Safe werden herangezogen und gegen den aktuellen, firmeninternen Standard SWL99 getestet. Unterschiede zwischen den Prüfstandsergebnissen und errechneten Lebensdauern werden analysiert. Als Bewertungsmaßstab gilt die Treffsicherheit auf die Prüfstandsdaten. Am Ende der Arbeit wird eine Empfehlung für ein Berechnungsverfahren ausgesprochen.

In dieser Arbeit werden Tensegrity-Strukturen mit wurmartiger Lokomotionsform zur Anwendung in der mobilen Robotik untersucht. Betrachtet werden dazu TensegrityStrukturen mit einem kaskadiertem Aufbau, bestehend aus mehreren Einzelstrukturen mit identischer Topologie. Auf Basis eines vorhandenen Konzeptes für eine TensegrityStruktur werden zunächst verschiedene Topologien für die Einzelstrukturen durch Anwendung eines statischen Formfindungsalgorithmus ermittelt. Anschließend erfolgt die theoretische Untersuchung der Formänderung der Einzelstrukturen während ihrer Aktuierung. Mehrere Prototypen werden konstruiert, aufgebaut und experimentell erprobt. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet im Anschluss die Entwicklung der wurmartigen Lokomotionssysteme auf Basis der betrachteten Strukturen und Prototypen. Im abschließenden Teil der Arbeit werden die wesentlichen Erkenntnisse zusammengefasst und ein Ausblick über mögliche künftige Entwicklungsrichtungen gegeben.

Die Bachelorarbeit beschreibt die Optimierung (Entwurf und Konstruktion) eines neuartigen haptischen Eingabegerätes zur mechanischen Bewegungserfassung der Hand und des Armes, für Aufgaben der teleassistierten Chirurgie. Grundlage bildet das Ergebnis der Master-Arbeit "Entwurf einer integrierten Orientierungseinheit eines haptischen Gerätes" von N. Ziegenspeck. Ausgehend von einer umfassenden Analyse des bestehenden Systems und einer eingehenden Literaturrecherche werden unterschiedliche Lösungskonzepte erarbeitet und anschließend bewertet. Die konstruktive Realisierung in einem CAD-Entwurf erfolgt für das, auf der Grundlage der Bewertung ausgewählte Konzept. Dabei beschränkt sich die Arbeit auf zwei der drei Drehachsen der Orientierungseinheit. Mit der dritten Achse befasst sich E. Meta in der Bachelorarbeit "Entwurf und Konstruktion einer Komponente für ein haptisches Eingabegerät". Ein kreisrunder Lagerflansch mit einer Hohlwelle repräsentiert die Schnittstelle zwischen beiden Arbeiten.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und anderen Säugetieren, um ihre Umgebung zu erkunden und bestimmte Objekte zu erkennen. Dabei erfolgt die Reizaufnahme nicht direkt über das leblose Tasthaar, sondern über die Mechanorezeptoren im Follikel-Sinus-Komplex, der einer visko-elastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten befinden sich die Vibrissen vor allem in der Schnauzenregion, welche durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. Es gibt schon einige biologischen Modelle zu einzelnen Vibrissen und dem kompletten Vibrissenfeld, welche aber alle sehr detailliert und daher für die Analyse und Untersuchungen mit Mitteln der Mechanik und Bionik ungeeignet sind. Während sich die bestehenden mechanisches Modelle auf die Beschreibung der Tasthaare und ihren Eigenschaften konzentrieren, liegt in dieser Arbeit der Fokus auf der Entwicklung von Modellen in unterschiedlichen Abstraktionsstufen, welche die Eigenschaften und die Funktionsweise des Follikel-Sinus-Komplexes beschreiben. Dafür wird eine passende Regelung gewählt und in das Modell implementiert. Diese Modelle werden dann mathematisch beschrieben und analysiert. Ein erstes Modell besteht aus einem zylindrischen Stab, der in einem Drehgelenk beweglich gelagert ist und über eine Feder mit einer vorgegebenen Schwingung erregt wird. Die erzeugten Bewegungen entsprechen den Schwingungen der Vibrisse, die bei Ratten durch die umliegende Muskulatur eingestellt wird. Diese Referenzbewegung wird für eine Regelung für ein Steuerdrehmoment verwendet, welches dann für verschiedene äußere Störeinflüsse auf das System analysiert wird. Ein weiteres Modell ist ein, über eine Feder indirekt erregtes, Loslager einer Vibrisse, welche drehbar gelagert ist. Ein letztes Modell besteht aus einer Vibrissendose, die ebenfalls drehbar auf einem Loslager gelagert ist und indirekt über eine Feder in Bewegung versetzt wird. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Verläufe der Steuerdrehmomente, bei unterschiedlichen angreifenden Störkräften. Dadurch kann festgestellt werden, dass die Momente direkt mit den Störeinflüssen zusammenhängen und es wird eine Idee entwickelt, wie unbekannte Störeinflüsse identifiziert werden können, wenn man die sonstigen Modellparameter kennt.

Eines der aktuellen Forschungsschwerpunkte der Bionik beschäftigt sich mit der Analyse und Synthese tierischer Umgebungserkennung anhand ihrer Tastsinnesorgane, besonders den Vibrissen. Zum Verständnis hierfür sind Modelle und ihre Berechnungen zielführend. Die meisten Literaturquellen beschränken sich dabei auf Untersuchungen von zylindrischen und nicht vorgekrümmten, von zylindrischen und vorgekrümmten, oder von konisch und nicht vorgekrümmten Vibrissen. An diesem Punkt setzt diese Bachelo-Arbeit an. Zunächst wird eine, für stark vorgekrümmte Biegebalken geltende, exakte Theorie hergeleitet. Dem folgt eine Reihenentwicklung dieser, welche beim ersten Glied abgebrochen wird und eine Grenzfall-Betrachtung für sehr kleine Vorkrümmungen, welche auf die Euler-Bernoulli-Biegetheorie für den leicht vorgekrümmten Balken führt. Für den Biegebalken mit rechteck- und kreisförmigen Querschnitt werden die sogenannten "geometrischen Steifigkeiten" berechnet. Nachfolgend werden Fehlerfunktionen bezüglich der exakten Theorie und ihrer Taylor-Entwicklung formuliert. Dem folgt die Anwendung der drei Theorien auf den einseitig eingespannten Biegebalken unter richtungstreuem Kraftangriff unter Variation der Systemparameter. Hierfür werden Grenzwerte zwischen den Theorien so bestimmt, dass ein definierter Fehler nicht überschritten wird. Dem folgt eine Auswertung der Fehlerfunktionen von der exakten Theorie bezüglich ihrer Taylor-Entwicklung und die Anwendung dieser Fehlerfunktionen zur Verschiebung der gefundenen Berechnungsgrenzen, durch die Erhöhung der Gliedzahlen von der Taylor-Reihe ohne Fehlererhöhung. Nach der Berechnung der zuvor definierten Fehler einiger Beispielvibrissen, wird das Abtastverhalten von konisch verlaufenden und vorgekrümmten Vibrissen untersucht. Dies soll mit besonderem Augenmerk auf die Möglichkeit eines spannungsfreien Ablösevorgangs und dem äquivalenten Verhalten der Vibrisse zu einer zylindrischen gleichen Volumens geschehen. Abschließend werden linear veränderliche Vorkrümmungen mit Integralmittelwerten von Null betrachtet und auf ihre Vorteile bezüglich ihres Abtastverhaltens überprüft.

Das Vorbild für taktile Sensorkonzepte auf Basis von Balkenstrukturen sind die im Tierreich weit verbreiteten Tasthaare oder Vibrissen. Die nachgewiesene Leistungsfähigkeit des Sensorkonzeptes ist beeindruckend, jedoch lässt die bisherige technische Umsetzung auf Grund der Komplexität und des unvollkommenen Verständnisses noch viele Fragen offen. Dies gilt insbesondere für eine kürzlich entdeckte Funktionalität des Sensors, die sich auf die Unterscheidung verschiedener Oberflächen bezieht. Der Großteil der vorhandenen Veröffentlichungen basiert auf einer empirischen Vorgehensweise, bei der nichtlineare mechanische Aspekte und tribologische Gesichtspunkte oft nur unzureichend in Betracht gezogen werden. An dieser Stelle setzt die aktuelle Arbeit an, die auf einem nichtlinearen mechanischen Modell des Sensorsystems in Verbindung mit Coulomb'scher Reibung basiert. In drei Modellierungsstufen wird, beginnend mit einem punktuelle Kontakt, zunächst die Kontaktformulierung verfeinert und darauffolgend dynamische Effekte in die Berechnung einbezogen. Für die Berechnung wird auf die Finite-Elemente-Methode in ANSYS zurückgegriffen. Die Eigenschaften des biologischen Sensorsystems, wie elastische Lagerung, Konizität und Vorkrümmung, werden modelliert und deren Effekt mit der angestrebten Sensorfunktion in Beziehung gesetzt. Besondere Beachtung findet die Bestimmung der Grenzen des Arbeitsbereiches des Sensors, die auch in einem parallel durchgeführten Experiment beobachtet werden können. Das untersuchte komplexe statische Verhalten des Sensors wird durch eine erste, beispielhafte dynamische Berechnung des Sensors ergänzt, durch die, in Gegenüberstellung mit dem Experiment, eine konkrete Messstrategie für das Sensorkonzept erarbeitet wird.

Für einen existierenden Greifer, basierend auf einer Tensegrity Struktur, ist ein elektrischer Antrieb zu entwickeln. Die beiden charakteristischen Gleichgewichtslagen und die grundlegenden Eigenschaften der Struktur müssen auch mit dem Antrieb erhalten bleiben. Vorbereitend auf die Entwicklung eines miniaturisierten Greifersystems wurden verschiedene Fertigungsverfahren untersucht und bewertet. Zwei Funktionsmuster mit unterschiedlichen Antrieben wurden entwickelt und getestet. Je ein System mit translatorischem und rotatorischem Antrieb. Beide Prototypen bestehen aus Aluminiumstäben, die durch 3D-gedruckte Kunststoffteile verbunden sind. Zusätzlich wurde ein verkleinerter Greifer entworfen, um die Eigenschaften von Silikonfedern in Tensegrity Strukturen zu testen.

Tasthaare von Säugetieren werden als Vibrissen oder Schnurrhaare bezeichnet. Sie dienen der Erkundung der Umgebung und befinden sich an verschiedenen Stellen des Tierkörpers. Mystaziale Vibrissen sind im Bereich der Schnauze zu finden. Karpale Vibrissen befinden sich an der Unterseite der Vordergliedmaßen von Säugetieren. Das Vibrissenhaar hat eine konische Form und wächst aus einem speziellen, stark innervierten Haarfollikel, der in einem Blutsinus eingegliedert ist. Da das Haar selbst keine Rezeptoren hat, kann es als ein Übertragungssystem für Kräfte und Momente zum Rezeptorsystem im Follikel betrachtet werden. Kräfte und Momente entstehen aus dem Kontakt des Haars zu einem Objekt. - In der vorliegenden Masterarbeit wird die Schwingung der Vibrisse während eines natürlichen Erkundungsprozesses aus dem Blickwinkel der Mechanik untersucht. Das Phänomen der parametrischen Resonanz der Vibrisse wird analytisch und numerisch betrachtet. Im ersten Teil der Arbeit werden zwei Modelle eines elastischen Balkens aus der Literatur verwendet. Das erste Modell besteht aus einem geraden Balken mit einer kreisrunden Querschnittsfläche mit linear abnehmenden Radius. Im zweiten Modell wird die natürliche Krümmung der Vibrisse in Form eines zylindrischen Balkens mit kreisbogenförmiger Stabachse berücksichtigt. Unter Verwendung der Euler-Bernoulli-Balkentheorie und asymptotischen Methoden der Mechanik werden kleine transversale Schwingungen des Balkens analysiert. Sie werden am Stabende durch eine periodische, der Verformung folgenden Kraft ausgelöst. - Im zweiten Teil der Arbeit folgt die numerische Analyse des Problems mit Hilfe der Finiten Elemente Methode. Verwendet wird das Programmpaket ANSYS 16.2. Für jedes Modell wird die dynamische Antwort der parametrischen Erregung für verschiedene Frequenzwerte simuliert. - Es wird analytisch und numerisch gezeigt, dass für spezifische Wertebereiche der Erregungsfrequenz das Phänomen der parametrischen Resonanz des Balkens entsteht. Das heißt, die Schwingungsamplitude des Balkens wächst über die Zeit exponentiell an, wenn es mit einer Frequenz aus dem Bereich der parametrischen Resonanz erregt wird. Dieser Bereich ist abhängig von geometrischen Parametern, Materialeigenschaften und von der Amplitude der periodischen Erregung.

Wissenschaftler und Ingenieure sind motiviert, neue Elemente und Materialien zu untersuchen und zu verstehen. Materialien mit neuen Eigenschaften wecken besonderes Interesse der Forschung und daraus entstehen zumeist auch innovative Anwendungsmöglichkeiten. Einer dieser modernen Stoffe sind Ferrofluide. Diese weisen ein spezielles, smartes Verhalten unter dem Einfluss von magnetischen Feldern auf. Daraus ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise für Stoßdämpfer bei Automobilen sowie unter anderem für die Messung der Viskosität von Flüssigkeiten. Magneto-sensitive Elastomere (MSE) sind Materialien, die ähnliche Eigenschaften wie Ferrofluide aufweisen. Der wesentliche Unterschied liegt in dem festen Zustand des Materials, unabhängig von der An- oder Abwesenheit eines magnetischen Feldes. MSE weisen eine Polymer-Matrix auf, die magnetische Partikel enthält. Diese ermöglicht dem Material intelligentes Verhalten bei magnetischen Feldern. Im vorliegenden Projekt waren die magnetischen Partikel Eisenpulver und einige Mengen Graphit, die hinzugefügt wurden, um elektrische Leitfähigkeit zu ermöglichen. Mehrere Proben magneto-sensitiver Elastomere wurden auf ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften hin bei Einfluss eines magnetischen Feldes untersucht. Das magnetische Feld wurde mit Hilfe von Permanentmagneten induziert und durch die variierendere Position der Magnete mit einem motorisierten Positionierungssystem verändert. Die aus den Ergebnissen gewonnenen Schlussfolgerungen können im Design und Bau von Sensoren und Stellteilen Anwendung finden.

In der vorliegenden Bachelorarbeit sind Aktoren mit muskelähnlichen Eigenschaften im Vordergrund. Es wird der Frage aus der Steuerungstechnik nachgegangen, unter welchen Bedingungen eine Intensitätensteuerung für ein antagonistisches Muskelpaar zur Stabilisierung von Gleichgewichtslagen oder Verfolgung von Bahnkurven eingesetzt werden kann. Dabei ist es das Ziel zu klären, inwiefern sich verschiedene Ansätze für die Intensitäten, zum Beispiel unterschiedlich starke Aktoren und neue Regelstrategien theoretisch umsetzen lassen. Zu Beginn der Arbeit wird daher ein Einblick in den Stand der Technik aktueller technischer Muskel-Modelle und deren Einsatz bei bisherigen Prototypen gegeben. Darauf aufbauend werden analytische Muskel-Modelle vorgestellt, die sich leicht numerisch implementieren lassen, um oben angesprochene Simulationen durchzuführen. Anschließend werden numerische Simulationen von Roboterstrukturen mit dem Freiheitsgrad n=1 und n=2 ausgeführt, um Rückschlüsse auf die Steuerung im Grenzverhalten zu erhalten. Ebenso werden die Intensitäten und deren Differenz analysiert, die für die Entwicklung einer Steuerung mit adaptiven und einschränkenden Eigenschaften notwendig sind. Im Ergebnis der Arbeit zeigt sich, dass der Betrieb von Aktoren mit unterschiedlichen Stärken sowohl bei wechselnder, als auch bei paralleler Aktivität eine Steuerungsmöglichkeit ist. Eine weitere Erkenntnis ist, dass eine kombinierte Steuerung aus einem adaptiven und beschränkten Regler ebenfalls eine Variante ist, die sich von vornherein im vorgegebenen Steuerbereich befindet. Die Vorteile dieser gegenüber einer beschränkten Steuerung ist eine bessere Positionierung in relativ kurzer Zeit. Die klassische und die adaptive Steuerung kommen für eine Anwendung auf Intensitäten basierende Steuerung nicht in Frage, da diese keine Grenzen für ihr Steuerergebnis von Anfang an besitzen und somit den Steuerbereich verlassen könnten.

In dieser Masterarbeit wird ein neu entwickeltes Materialmodell untersucht, welches speziell für die Simulation des Umformprozesses von endlosfaserverstärkten Thermoplasten konzipiert ist. Das Ziel besteht in der Analyse dieses Materialmodells unter Einsatz einer materialspezifischen Sensitivitätsanalyse. Für ein besseres Modellverständnis sind anfangs die Eingangsgrößen des Materialmodells identifiziert und anhand der Bestandteile eines gewebeverstärkten Thermoplasts klassifiziert. Diese Eingangsgrößen wurden parametrisiert und deren Einfluss auf die Hauptbelastungszustände mittels einer Sensitivitätsanalyse ermittelt. Anschließend erfolgte eine Anpassung der Materialparameter über eine Reverse-Engineering-Anwendung, so dass das Materialverhalten in der Simulation dem der Realität bestmöglich entspricht. Das dadurch kalibrierte Materialmodell diente als Grundlage für die anschließende Erstellung einer FE-basierten Verarbeitungsprozesssimulation für ein konkretes Bauteil. Anhand dieser wurden die Einflüsse numerischer, material- und prozessspezifischer Modifikationen auf das Simulationsergebnis untersucht. Abschließend wurden die Simulationsergebnisse anhand eines Referenzmodells validiert und künftige Entwicklungsrichtungen und -aufgaben aufgezeigt.

Der Trend der Automobilindustrie führt derzeitig zum Downsizing der Antriebsaggregate und immer mehr Gewichtseinsparungen am Fahrzeug, um zukünftig geltenden Anforderungen gerecht zu werden. Durch die Reduzierung des Hubraumes, werden besonders im Sportwagenbereich immer höhere Drehzahlen benötigt, um den Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Unter diesen Aspekten gewinnen Schwingungseffekte, insbesondere im Antriebsstrang, immer mehr an Bedeutung, da weniger Masse und geringere Trägheiten mit höherer Schwingungsanfälligkeit einhergehen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von fertigungsinduzierten Unwuchten bei der Herstellung von Kupplungslamellenträgern für Doppelkupplungen, wie sie in Klein- bis Oberklassewagen, aber auch im Bereich der Sport- und Supersportwagen vermehrt zu finden sind. Ziel war es, den Herstellprozess dieser rotationssymmetrischen Bauteile genau zu analysieren und Ansatzpunkte zur Minimierung von Unwuchten im Verlauf der Fertigung zu finden. Zu diesem Zweck wurden nach den einzelnen Prozessschritten Messungen hinsichtlich eingebrachter Unwuchten und möglicher Geometrieabweichungen durchgeführt. Anhand der sich ergebenden Menge an Messdaten wurde eine Korrelationsanalyse realisiert, um mögliche Interdependenzen zwischen einer Unwucht und geometrischen Abweichungen aufzudecken. Im Verlauf der Untersuchungen, konnte ein erheblicher Einfluss der beim Umformprozess zwangsläufig eingebrachten Eigenspannungen im Material des Lamellenträgers und sich daraus ergebenden ungewollten Verformungen bei nachfolgenden Fertigungsschritten konstatiert werden. Diese Erkenntnis wurde im Zuge der Konzeption von Optimierungsvorschlägen aufgegriffen. Mittels Versuchsreihen konnte ein deutliches Verbesserungspotential festgestellt werden. Am Ende der vorliegenden Abschlussarbeit werden relevante Ergebnisse reflektiert und Schlussfolgerungen gezogen sowie weitere Ansatzpunkte zum Umgang mit fertigungsbedingten Unwuchten in Blechumformteilen aufgeführt.

Tasthaare treten unter anderem in der Schnauzenregion von Nagern auf. Sie bestehen aus einem Follikel-Sinus-Komplex mit intrinsischer Muskulatur und der Vibrisse. Die Vibrisse ist der sichtbare Teil des Tasthaares. Als Nahsinnorgan dienen sie zur Orientierung im Raum und zur Erkennung von Objekten. Ziel ist es, die Objektabstandsdetektion mit biologisch nahen Modellen zu realisieren, um die Ergebnisse in die Entwicklung von taktilen Sensoren einfließen zu lassen. Die vorliegende Arbeit handelt von der Entwicklung und der detaillierten Analyse neuer Vibrissenlagerungen. Vibrissen werden als Biegebalken modelliert. Zu Beginn wird ein Einblick in die Biegeschwingungstheorie von Euler-Bernoulli-Balken mit kleinen Auslenkungen gegeben. Der mathematische Formalismus zur Bestimmung der Eigenwerte und zugehörigen Eigenkreisfrequenzen wird an drei einführenden Beispielen erläutert. Im Folgenden wird der Stand der Technik analysiert. Hierbei stehen die Biologie eines Tasthaares und seine aktuellen bionischen Modelle im Fokus. Die entwickelten Modelle beziehen sich auf die linksseitige Lagerung eines Biegebalkens. Es wird zunächst von einem fest und rotationsviskoelastisch gelagerten Balken ausgegangen. Durch diese Lagerung wird die Bewegung des Follikel-Sinus-Komplex modelliert. Als Erweiterung dieses Modells wird dann das Festlager durch eine Translationsviskoelastizität ersetzt. Die Translationsviskoelastizität modelliert die Elastizität der Haut und der intrinsischen Muskulatur. Die Analyse der entwickelten Modelle erfolgt zunächst analytisch, wobei von einem konstanten Querschnitt ausgegangen wird. Um die Ergebnisse und das aufgetretene atypische Verhalten der analytischen Berechnung des Eigenkreisfrequenzspektrums zu verifizieren bzw. zu falsifizieren, werden die Modelle im Anschluss mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode untersucht. Bis zu diesem Zeitpunkt wird von einer zylindrischen Vibrisse ausgegangen. Biologische Vibrisse besitzen einen konischen Längsschnitt. Dieser wird mit Hilfe einer linearen bzw. einer exponentiellen Funktion für die technische Vibrisse nachgebildet. Die Analyse der Eigenkreisfrequenzspektren erfolgt mit Hilfe der Mehrkörperapproximationsmethode. In den bisherigen Analysen besitzen alle Modelle ein freies rechtes Ende. Daher wird zum Schluss die Objektabstandsmessung betrachtet. Hierbei wird die jeweils rechte Seite der Modelle auf einem, entlang der Balkenachse verschiebbaren Festlager für starre Objekte bzw. einer, entlang der Balkenachse verschiebbaren Translationsviskoelastizität für elastische Objekte gelagert. Die Abhängigkeit des Frequenzspektrums von den Kontaktparametern wird analysiert und diskutiert.

Vibrissen sind die taktilen Sensoren für Ratten und andere Säugetiere zur Erkennung von Objekten und Erkundung der Umgebung. Sie sind unter der Haut in einem Follikel-Sinus-Komplex gelagert, der einer viskoelastischen Lagerung gleicht. Bei Ratten gibt es im Bereich der Schnauzenregion eine Ansammlung von Vibrissen, die durch die dort vorkommende Muskulatur über ihre Follikel-Sinus-Komplexe miteinander gekoppelt sind. In bisherigen Arbeiten wurden häufig Modelle einzelner Vibrissen betrachtet und analysiert, jedoch gibt es nur wenige Arbeiten über die Kopplung von Vibrissen bzw. den Vibrissenfeldern. Die bisherigen biologischen Modelle von Vibrissenfeldern sind sehr detailliert und daher für Mechanik und Bionik ungeeignet. Deshalb werden in dieser Arbeit Vibrissenfelder in geeigneten Abstraktionsstufen entwickelt, mathematisch beschrieben und analysiert. Dazu werden neue Modelle für Einzelvibrissen mit Follikel-Sinus-Komplex benötigt. Ein erstes Modell besteht aus einem, über eine Feder indirekt erregtem Loslager und einer Vibrisse, die auf diesem Loslager drehbar gelagert ist. Ein weiteres Modell ist eine Vibrisse, die in einer Vibrissendose gelagert ist. Die Vibrissendose ist dabei ebenfalls drehbar gelagert und wird indirekt über eine Feder erregt. Danach werden durch Kombination der Modelle der Einzelvibrissen Modelle zu Vibrissenfeldern entwickelt und analysiert. Dazu werden zunächst zwei Loslager miteinander über Translationselastizität gekoppelt und die darauf gelagerten Vibrissen mittels einer Torsionselastizität ebenfalls direkt miteinander gekoppelt. Ein weiteres Modell besteht aus einem Vibrissenfeld aus zwei in Vibrissendosen gelagerten Vibrissen. Die Vibrissendosen sind ebenfalls mit einer Translationselastizität gekoppelt und die Vibrissen mit einer Torsionselastizität. Damit lässt sich die Bewegung des Vibrissenfelds dem natürlichen Vorbild annähern. Die Analyse der entwickelten Modelle besteht aus der Untersuchung der Systemverhalten bei indirekter Erregung über eine Feder. Durch Einführung eines Regelmoments werden die Vibrissen in eine vorgegebene Bewegung versetzt und dann das Verhalten in verschiedenen Bewegungsmodi und beim Einwirken von Kräften untersucht. Das Regelmoment simuliert dabei, wie die Follikel-Sinus-Komplexe die Vibrissenbewegungen beeinflussen können, während sie durch die Muskulatur erregt werden. Durch die Analyse der Modelle konnte festgestellt werden, dass sich das Vibrissenfeldmodell mit indirekter und direkter Kopplung der Vibrissen zur Nachbildung des biologischen Vorbilds eignet.

In dieser Arbeit soll das Simulationstool GAST1 Grundauslegungsstufe 1) der BMW Group, welches zur Grundauslegung in der Fahrdynamikentwicklung eingesetzt wird, um die Möglichkeit zur Bewertung der Lenkungseigenschaften eines Fahrzeugs erweitert werden. Hierzu wird zunächst ein Lenkungsmodell entwickelt, welches unter Nutzung der verfügbaren Datensätze und Ausgangsgrößen anderer Teilsysteme relevante Lenkungsgrößen bestimmt. Die Validierung des Lenkungsmodells auf Basis der Zahnstangenkraft als zentrale Größe der Lenkung wird im Vergleich mit dem etablierten Referenzfahrzeugmodell ISAR für quasi-statische und dynamische Fahrmanöver durchgeführt. Anschließend wird ein einfaches Reifenmodell entwickelt, welches das Bohrmoment des Reifens in Abhängigkeit von der Radlast abbilden kann. Dies ist erforderlich, um während des Parkiervorgangs die resultierende Zahnstangenkraft zu berechnen. Um die Berechnungskomplexität und die Anzahl der notwendigen Parameter gering zu halten, müssen Vereinfachungen getroffen werden (bspw. eine konstante Druckverteilung im Reifenlatsch). Zur Validierung des Reifenmodells wird der Verlauf der Zahnstangenkraft über dem Zahnstangenhub während des Parkierens zum einen mit Messdaten und zum anderen mit Mehrkörpersimulationsergebnissen (ADAMS) verglichen. Zur Auswertung der funktionalen Größen der Servoeinheit (Servoleistung und Servokraft) sollen das gebremste Parkieren und das Sinuslenken bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 80km/h betrachtet werden. Hierfür werden das entwickelte Lenkungsmodell und das entwickelte Reifenmodell verwendet. Abschließend werden zur Ableitung des Servokennfeldes zwei Parametrisierungsoptionen für den Verlauf des Lenkmoments über der Fahrzeugquerbeschleunigung erstellt. Dabei soll sowohl ein fahrzeuggeschwindigkeitsunabhängiges, als auch ein fahrzeuggeschwindigkeitsabhängiges Servokennfeld generiert werden.

In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einem neuartigen Antriebskonzept untersucht, welches eine Umkehr der Bewegungsrichtung ermöglicht. Die Bewegung wird durch eine Vielzahl angewinkelter Borsten übertragen, deren Gesamtheit als Kontaktgeometrie bezeichnet wird. Diese Art der kriechenden Lokomotion eignet sich besonders für Umgebungen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit, wie etwa in engen Röhren. Ein besonderer Fokus dieser Arbeit liegt in der Ermittlung der Anregungskräfte dieses neuartigen Antriebskonzeptes. Die Ergebnisse werden in ein Mehrkörpersimulationsmodell implementiert und mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden anhand eines Prototyps die Fortbewegungsrichtung und die Geschwindigkeit gemessen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich des Bewegungsverhaltens des Simulationsmodells und des Experimentalsystems zeigt sich, dass das entwickelte Simulationsmodell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.

Aufgabe der Arbeit war, zu analysieren ob bei Niederhaltern für Karosserieblechwerkzeuge aus dem bisherigen Gusswerkstoff EN-GJS-500-7 durch den neuen Gusswerkstoff EN-GJS-500-14 eine Wanddickenreduzierung und eine dafür entwickelte Leichtbaugeometrie möglich ist. In einem ersten Schritt werden die vorherrschenden Bedingungen für Niederhalter in der Presse untersucht. Auf Grundlage dieser werden der bestehende Werkstoffe EN-GJS-500-7 und der neu zu Untersuchende analysiert. Dazu werden die zulässigen Spannungen ermittelt mit denen der Niederhalter ausgelegt werden kann. In einem weiteren Schritt wird eine Simulation für die Niederhalter sowie die verschiedenen Werkstoffe erstellt. Nach Analyse der Ausgangsmodelle werden die Wanddicken reduziert und gegebenenfalls umkonstruiert sodass die zulässigen Spannungen ausgenutzt werden. Danach werden die Modelle und deren Konstruktion mit Hilfe von Gestaltungsvorschriften auf Gießbarkeit überprüft. Mit den gießbaren Modellen wird im Anschluss eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt.

Auf Grundlage einer theoretischen Betrachtung zur Beschreibung des Bewegungszustandes eines einseitig elastisch gelagerten Rotorsystems bei Variation der beschreibenden Parameter wird die Stabilität der zu erwartenden Bewegung analysiert und beurteilt. Hierzu werden Methoden der numerischen Mathematik in MATLAB und der Stabilitätstheorie genutzt. Im Einzelnen werden die folgenden Aufgaben bearbeitet: 1. Literaturrecherche zur Beschreibung der Rotordynamik, sowie zur Stabilität von Rotorbewegungen; 2. Vorgabe des mechanischen Modells und Aufstellung des Bewegungsgleichungssystems über die Lagrange'sche Gleichung zweiter Art; 3. Erarbeitung der numerischen Lösung des Systems in MATLAB zur Ermittlung der Eigenfrequenzen des Mehrkörpersystems; 4. Erarbeitung einer Stabilitätskarte auf Basis der Methode der Störungsrechnung und Beschreibung der Auswirkungen von Parametervariationen auf die Stabilität der Bewegung. Auf Basis eigens entwickelter Programme kann in MATLAB das Gleichungssystem für das vorliegende Problem automatisiert aufgestellt und gelöst werden. Die integrierte Eigenwertanalyse zeigt einen deutlichen funktionalen Zusammenhang zwischen den Eigenfrequenzen des Systems und der Drehzahl des Rotors.Auf Basis der Störungsrechnung können Näherungslösungen für die Stabilitätsgrenzen des mechanischen Systems erzielt werden. Diese werden in Form einer Stabilitätskarte abgebildet. Aufgrund von Parametervariation kann die Stabilität des Systems für unterschiedliche Zustände beurteilt werden.

Die langen, seitlich abstehenden Tasthaare im Schnauzbereich von Säugetieren werden als mystaziale Makrovibrissen bezeichnet. Sie wachsen einzeln in speziellen Follikeln und werden in der Haut von einer mit Blut gefülltem Kapsel umschlossen. Diese Lagerung wird Follikel-Sinus-Komplex genannt und ist mit verschiedenen Muskeln verbunden, welche die Schnurrhaare in Schwingungen versetzen können ("Whiskerbewegung"). Da die Vibrisse in der Natur als Tastsinnesorgan benutzt wird, sieht man sie auch als biologisches Vorbild für taktile Sensoren. In der vorliegenden Arbeit wird eine mechanische Vibrisse als starrer Stab modelliert, der drehbar gelagert ist und an dessen Ende sich ein paramagnetischer Körper befindet. Die viskoelastische Lagerung wird mit einem Ferrofluid nachgebildet. Um die Vibrisse in Bewegung zu versetzen, soll die magnetische Kraft auf den Körper genutzt werden, welche mit einem äußeren Magnetfeld im Ferrofluid erzeugt werden kann. Es erfolgen sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen der Kraftwirkung in Abhängigkeit der äußeren Magnetfeldstärke sowie Volumen und Form des Körpers im Ferrofluid. Die quantitative Analyse zeigt, dass die Stärke der Kraft in erster Linie vom Volumen des Körpers abhängt und weniger von der Form. Die numerische Berechnung liefert trotz vereinfachender Annahmen eine gute Annäherung an die im Experiment gemessenen Werte.

In der vorliegenden Bachelor-Arbeit werden die Energiesätze von Castigliano und Menabrea aus der analytischen Mechanik sowie deren Anwendung auf Beispiele aus dem Maschinenbau behandelt. Zu Beginn der Arbeit wird die Herleitung der beiden Energiesätze nachvollzogen. Hierbei werden die vereinfachenden Annahmen getroffen, dass keine schiefe Biegung auftritt und der Querkraftschub vernachlässigt werden kann. Für die Herleitung wird der Zusammenhang zwischen Formänderungsarbeit / -energie, Kraft, Weg und Spannung in die Sätze von Castigliano und Menabrea eingesetzt. Die Formeln werden anschließend so umgeformt, dass sie in der Praxis einfach anzuwenden sind. Anhand immer komplexer werdender Beispielaufgaben wird die Anwendung der Energiesätze demonstriert. Hierbei wird auf übliche Vorgehensweisen und typische Fehler eingegangen. Im folgenden Kapitel wird die schiefe Biegung in die Theorie mit einbezogen. Die Formeln werden um die notwendigen Terme erweitert und in einigen Beispielaufgaben angewendet. Alle Erfahrungen und Ratschläge, die in der bisherigen Arbeit enthalten sind, werden im nächsten Kapitel in Form einer umfassenden Anleitung zusammengefasst. Diese dient als Grundlage für alle folgenden Aufgaben der Aufgabensammlung. Abschließend werden ausgewählte, symbolische Lösungen mit Zahlenwerten hinterlegt und mit Ergebnissen der kommerziellen Berechnungssoftware "Ansys" verglichen und verifiziert.

Für Fügeprozesse mittels Industrierobotern werden wegen der unzureichenden Genauigkeit der Roboter Fügehilfen eingesetzt, damit die Positions- und Winkelabweichungen zwischen den zu fügenden Werkstücken bei automatisierten Fügevorgängen ausgeglichen werden. Die RCC-Mechanismen sind als Fügehilfe am weitesten verbreitet. Sie gehören zu passiven Fügemechanismen und ermöglichen die Ausgleichsbewegung ohne Sensoreinsatz. Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion von RCC-Mechanismen. Dabei lag der Fokus vor allem auf der Erarbeitung prinzipieller Lösungen. Abschließend wurde eine Versuchseinrichtung für die Messungen der bei den Fügevorgängen auftretenden Kräfte aufgebaut und die Ergebnisse bewertet.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Felge aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) für einen Formula Student Rennwagen. Ausgehend von der Betrachtung des Standes der Technik und zur Berechnung von CFK-Strukturen wurden verschiedene Lösungskonzepte entwickelt. Die theoretische Untersuchung dieser Konzepte auf Basis der Finite-Elemente-Methode bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Die Simulationen wurden mit Ansys Workbench ® und Ansys Composite PrepPost ® durchgeführt. Nach dem Vergleich und der Bewertung der Konzepte wurde mit weiterführenden Theorieuntersuchungen in mehreren iterativen Entwicklungsschritten eine Carbonfelge entworfen, welche die gestellten Anforderungen erfüllt. Im abschließenden Teil der Arbeit erfolgte die Konstruktion der zur Herstellung dieser Felge notwendigen Laminierwerkzeuge.

Die Entwicklung biologisch inspirierter, kriechender Rettungsroboter orientiert sich meist an Würmern und Schlangen als Vorbildern aus der Biologie. Seit Jahren finden am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau Untersuchungen zu wurmartigen Bewegungssystemen statt. Der Fokus lag dabei auf der mathematischen Modellbildung (Reibung, unidirektionale Bewegung, Aktuatoren), auf Regelungsaspekten zur optimalen Fortbewegung und auf dem Protoypendesign zur Verifikation der theoretischen Ergebnisse. Aktuelle Arbeiten versuchen die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse aus der 1d-Bewegung des künstlichen Wurms in die 2d-Bewebung einer Schlange zu übertragen. An dieser Stelle knüpft die vorliegende Arbeit an. Anders als die meisten Veröffentlichungen in der Literatur zur Thematik schlangenartige Bewegung, die meist nur den Entwurf von Prototypen beschreiben, wird in dieser Arbeit ein mechanisches Modell vorgestellt, die analytischen Bewegungsgleichungen abgeleitet und anschliessend das Berechnungsmodell numerisch für Simulationen integriert. Dabei ist es nicht das Ziel, eine Schlange eins zu eins nachzuahmen, sondern die Haupteigenschaften wurm- und schlangenartiger Bewegung zu identifizieren und in einem Modell umzusetzen (Bionik). Im Gegensatz zur Literatur fokussiert die Modellbildung passive Gelenke und die Peristaltik von Würmern, welche in dieser Arbeit zur schlangenähnlichen Fortbewegung genutzt werden sollen und neu sind in der Literatur. Es werden mehrere, zunehmend komplexe Modelle aufgestellt und simuliert, beginnend mit einer Kette von Massenpunkten. Jeder Massenpunkt repräsentiert ein Segment des Bewegungssystems, welches mit einer drehbaren Kufe versehen ist, die die no side slip-Bedingung umsetzen soll. An der Unterseite eines jeden Massenpunktes befinden sich ideale Spikes, die den Kontakt zum Untergrund definieren und die Bewegung entlang der Kufe in eine Richtung verhindern. Somit entsteht eine Vorzugsrichtung eines jeden Segmentes. Die Kufen werden gemäß\ einem vorgegebenen Mechanismus gesteuert, mit welchen sich diverse Fahrmanöver fahren lassen. Die Segmentabstände sind zeitabhängig vorgegeben. Die Gesamtheit der zeitlich vorgegebenen Segmentabstände wird Gait genannt. Unterschiedliche Gaits werden in Simulationen verglichen und die Möglichkeit des Umschaltens zwischen diversen, optimalen Gaits im Betrieb für eine optimale Fortbewegung des Systems berücksichtigt. Bei der dynamischen Beschreibung werden die Segmentabstände mithilfe von Aktoren eingestellt. Im Voraus die notwendigen Aktorkräfte zu berechnen ist nahezu unmöglich, weshalb ein adaptiver Regler genutzt wird, um die Aktorkräfte entsprechend der Gait-Vorgabe und der jeweiligen Gesamtsituation des Systems anzupassen und einzustellen. Die interne Generierung einer Veränderung der Struktur des Systems in Zusammenhang mit den Spikes als Bodenkontakt führt zu einer globalen, autonomen Fortbewegung des Systems, welche dem Vorbild der kriechenden Schlange ähnelt: undulatorische Lokomotion. Weiterhin werden Ansätze zur Formulierung eines Mehrkörper-Modells (Segment-Gelenk und Drehpunkt der Kufe sind getrennt) mittels Starrkörper-Kinematik bzw. Dynamik und zur technischen Umsetzung des speziellen Untergrundkontaktes über Spikes-besetzte Kufen vorgestellt und kritisch hinterfragt.

Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung verschiedener Module für einen Versuchsaufbau zur Kraft- und Momentenmessung im Zuge der näheren Erforschung einer technischen Vibrisse. Säugetiere sind in der Lage, mit Hilfe dieser Vibrissen (sogenannten Tasthaare), Objekte und deren Strukturen zu erkennen. Die technische Umsetzung und Nutzung der Vibrisse, als taktiler Sensor, ist seit einigen Jahren Forschungsthema verschiedener Arbeiten. Der Versuchsstand setzt sich aus mehreren, unterschiedlichen Modulen zusammen. Dazu gehören unter anderem ein Gestell, eine Antriebseinheit sowie ein verfahrbarer Schlitten, an den verschiedene geometrische Messobjekte geklemmt werden können. Neben der Konstruktion und Auslegung dieser Module, erfolgt die Inbetriebnahme des Messaufbaus, wie auch eine Überprüfung hinsichtlich der Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit des Schlittens.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines viersegmentigen wurmartigen Lokomotionssystems und der Integration eines Maussensors zur Schlupferkennung in den Roboter. Dazu wurde die Elektronik des Roboters programmiert. Hierzu gehört die Motorregelung, die Kommunikation innerhalb des Wurms über den CAN-Bus sowie das Auslesen des Maussensors. Weiterhin wird die aus dem Maussensor gewonnene Information zur Absolutpositionsmessung jedes Segments verwendet. Sollte es in einem der Wurmsegmente zu Schlupf kommen, wird automatisch das Gangmuster des Roboters angepasst. Dadurch kann der Roboter auch größere Steigungen überwinden. Diese Informationen werden über ein Funkmodul an einen Computer gesendet und in einer Matlab-Benutzeroberfläche angezeigt.

Diese Arbeit befasst sich mit der Schwingungsanalyse von balkenähnlichen Strukturen. Anhand von mechanischen Modellen, die auf Vibrissen von Ratten und Mäusen basieren, soll ein Beitrag zur Abstandsdetektion mithilfe mechanischer Sensoren geleistet werden. Die bereits in der Literatur bestehenden Modelle werden verbessert und realistischer gestaltet: Die Elastizität des Follikel-Sinus-Komplexes (Lagerung der Vibrisse) und der Hautaustrittsstelle, sowie und der konische Verlauf werden berücksichtigt und deren Einfluss auf die dynamische Analyse wird bestimmt. Der Follikel-Sinus-Komplex ist durch eine Feder- und Dämpferbettung, die Hautaustrittsstelle durch eine diskrete Feder-Dämpfer-Paarung, der konische Verlauf durch drei Durchmesser und der Objektkontaktpunkt durch ein Festlager dargestellt. Außerdem werden zusätzlich unterschiedliche Arten der Lagerung (Einspannung, Festlager, Frei) betrachtet. Aufgrund der Komplexität des Modells erfolgt eine erste Einteilung in konservative und nicht konservative Systeme. Bei den konservativen Systemen werden drei Modelle untersucht. Hierbei wird der Einfluss von verschiedenen Parametern auf den Verlauf der Eigenwerte bestimmt. Außerdem werden drei Algorithmen entwickelt. Diese sollen mithilfe der Eigenwerte die Objektdistanz eindeutig bestimmen. Als erstes wird für die Analyse der Zusammenhang an den Übergangsstellen zwischen den Eigenkreisfrequenzen hergeleitet. Als zweites erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Im Anschluss an die konservativen Systeme werden die nicht konservativen Systeme betrachtet. Hierbei werden als erstes drei Modelle mit einem diskreten Dämpfer und als zweites drei Modelle, mit einer Dämpferbettung betrachtet. Außerdem kann durch eine Veränderung der Dämpferkonstante (Veränderung der Lagerbedingungen) der Einfluss auf den Verlauf der Eigenkreisfrequenz bestimmt werden. Dazu wird als erstes der Zusammenhang an der Übergangsstelle zwischen den Separationsvariablen hergeleitet. Anschließend erfolgt die Aufstellung der Funktionen der Verschiebung mithilfe der Beziehung zwischen den Eigenwerten und Eigenkreisfrequenzen. Als letztes werden die Rand- und Übergangsbedingungen aufgestellt. Den Abschluss der Ergebnisse dieser Arbeit bildet ein experimenteller Aufbau, so dass Messungen die Anwendbarkeit der entwickelten Algorithmen gewährleisten und validieren.

In der folgenden Bachelorarbeit wird das Thema "Entwicklung eines Lagerungssegments für Schulteroperationen" untersucht. Es wird eine Neukonstruktion, Optimierung und rechnerische Auslegung eines medizinischen Produkts dargestellt. Dabei ist das Ziel, vorhandene Nachteile zu reduzieren und wenn möglich zu beseitigen. Zu Beginn erfolgt eine Vorstellung des aktuellen Modells. Dazu gehören eine Analyse von Nachteilen im Praxiseinsatz und der Vergleich mit Modellen von Mitbewerbern. Anschließend erfolgt die systematische Entwicklung eines neuen Schulterlagerungssegments bis hin zu einem ersten Funktionsmuster. Der Entwicklungsprozess beginnt mit dem Schreiben eines Lastenhefts. Darauf aufbauend folgt eine Prinzipfindung mit anschließendem Variantenvergleich und sicherheitsgerechter Dimensionierung. Das Ergebnis dieser Arbeit bildet eine CAD erstellte Lösung eines ersten Funktionsmusters. In einem Ausblick werden Probleme sowie Verbesserungspotential erläutert.

Der Einsatz von Abgasturboladern ermöglicht die Effizienzsteigerung und das Downsizing von Verbrennungsmotoren. Um die Entwicklungskosten für diese Komponenten gering zu halten, wird in der heutigen Forschung und Entwicklung verstärkt auf numerische Simulationsprogramme zurückgegriffen. Mit Hilfe dieser Programme können, bereits ohne kostenintensive Versuche mit Prototypen, erste aufschlussreiche Untersuchungen an einer Neuentwicklung durchgeführt werden. Die Einsatzbedingungen von Abgasturboladern sind, bedingt durch den motornahen Einbau in den Abgasstrang, dominiert von einer hohen thermisch-zyklischen Beanspruchung sowie von Motorschwingungen. Eine realitätsnahe theoretische Abbildung des Systemverhaltens erfordert eine Nachbildung des sich durch den Betriebszustand einstellenden Belastungszustandes mit niedrigem Abstraktionsgrad. Die Entwicklung derartiger theoretischer Modelle ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. In dieser Arbeit erfolgen numerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zum dynamischen Verhalten des Abgassystems mit Fokus auf den Abgasturbolader unter dem Einfluss von thermischen Belastungen. Hierbei steht der Einfluss der Lage und Anzahl der Befestigungselemente auf das Schwingungsverhalten und den Beanspru-chungszustand des Abgassystems im Vordergrund. Zudem werden Maßnahmen zur Optimierung der Rechenzeit vorgestellt und bewertet.

Der Einsatz von Reinigungsrobotern im Heimbereich erfährt wachsender Beliebtheit, weshalb die Verkaufszahlen dieser Geräte stark zunehmen. Bisher auf dem Markt verfügbare Reinigungsroboter besitzen nur einen einfachen Behälter mit Filter zum Abscheiden von Schmutz aus der aufgesaugten Schmutz-Luft. Bei diesen Abscheidern setzt sich der Filter schnell zu und reduziert dadurch den Volumenstrom, was wiederum die Reinigungsleistung reduziert. Aufgrund der geringen Größe der Reinigungsroboter besitzen die Schmutzbehälter ein kleines Volumen. Bedingt durch das Volumen ist eine häufige Entleerung des Behälters durch den Benutzer erforderlich. Die vorliegende Arbeit analysiert das System eines Spiralabscheiders zur Separierung von Schmutz und Luft für den Einsatz in Reinigungsrobotern. Durch die Variation geeigneter Komponenten und der Untersuchung ausgewählter Parameter konnte eine höhere Konstanz des Volumenstroms sowie eine größere Schmutzbeladung erreicht werden.

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Untersuchung und Optimierung des dynamischen Verhaltens einer Zentrifuge, welches mittels aktiver Schwingungsisolation verbessert werden soll. Im ersten Teil der Arbeit wird das dynamische Verhalten mit Hilfe eines Mehrkörpersimulationsprogrammes untersucht. Dazu werden mehrere Mehrkörpermodelle erstellt. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden die Eigenfrequenzen des technischen Systems ermittelt. Im zweiten Teil werden die Simulationsergebnisse validiert, dazu wird ein Testaufbau realisiert. Die Untersuchung des Prüfobjektes wird auf die Bereiche der simulativ ermittelten Eigenfrequenzen eingegrenzt. Die Erfassung der Bewegung erfolgt mittels zweier Beschleunigungssensoren. Die Ergebnisse werden in Diagrammen und Lissajous-Figuren dargestellt und unter Zuhilfenahme der theoretischen Grundlagen der mechanischen Schwingungen bewertet. Im Betriebsfall wird die Zentrifuge durch eine Unwucht angeregt. Die Reduzierung der Auswirkung der Unwuchterregung in einer medizinisch genutzten Zentrifuge wird durch den Einsatz von Aktoren erreicht. Diese werden neben den passiven Elementen parallel angeordnet. Das Ergebnis der Arbeit bildet die Grundlage für die weitere Optimierung des dynamischen Verhaltens der Zentrifuge. Darauf aufbauend können in den nachfolgenden Simulationen gezielt Lösungsmöglichkeiten untersucht werden um die auftretenden Schwingungserscheinungen zu mindern.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Inbetriebnahme eines kaskadierten wurmartigen Lokomotionssystems. Im ersten Teil wird das biologische Vorbild dieses Roboters dargestellt und dessen Fortbewegungsart erläutert. Weiterhin werden die Stärken und Schwächen des Roboters und ähnlicher wurmartiger Bewegungssysteme beschrieben. Danach werden die theoretischen Grundlagen der Wurmrobotik dargestellt. Darauf aufbauend wird ein Berechnungsalgorithmus zur Generierung verschiedener Bewegungsmuster hergeleitet. Als Experimentierumgebung ist ein Aufbau notwendig, auf dem sich der Roboter fortbewegen kann. Dazu werden im dritten Teil Kriterien ausgearbeitet, nach welchen drei entworfene technische Prinzipe verglichen werden. Die konstruktive Realisierung des gewählten Prinzips wird ausführlich dargestellt. Weiterhin wird eine Software präsentiert, welche entwickelt wurde, um den Roboter mit verschiedenen Bewegungsmustern komfortabel ansteuern zu können. Abschließend werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und zukünftige Aufgabenfelder aufgezeigt.

Eine Vielzahl von Tieren verfügt über Schnurrhaare (sogenannte Vibrissen). Robben verfügen dank dieser sich in der Schnauzenregion befindlichen Tasthaare über die Fähigkeit, auch im trüben Wasser zu jagen. Ratten und Mäuse orientieren sich mittels mechanischer Sinnesorgane, und Spinnen können sogar geringste Luftverwirbelungen mittels dieser Trichobothrien detektieren. In dieser Arbeit sollen derartige taktile Sinnesorgane aus der Biologie mit mechanischen Modellen entwickelt. Dabei spielt der elastische Balken der Kontinuumsmechanik eine wichtige Rolle. Diverse mechanische Modelle werden in dieser Arbeit vorgestellt, wobei ein Fokus auf das Biegeverhalten der Balken in Abhängigkeit von der Geometrie der technischen Vibrisse geworfen wird. Dazu werden zunächst unterschiedliche Biegetheorien nach Bernoulli (lineare und nichtlineare Biegetheorie) auf ihre Eignung zur Abbildung der Verformung von Vibrissen untersucht. Anschließend wird ein nichtlineares Biegemodell in Parameterdarstellung aufgestellt und für unterschiedliche Kraftangriffsvarianten Verformungen grafisch visualisiert, indem das System aus (nicht-) linearen Verformungsdifferentialgleichungen mit den zugehörigen Randbedingungen gelöst wird. Im Anschluss daran wird ein quasi-statischer Vorbeizug einer vorerst zylindrischen Vibrisse an unterschiedlichen Konturen (Kreisen und Parabeln) berechnet und die Observablen des Systems (die Lagerreaktionen der Einspannung) ausgewertet. Dieser Vorbeizug beschreibt das Vorbeistreichen einer Vibrisse an Objekten in Form der beobachteten Objektabtastung der realen Tiere. Für selbige Konturen schließt sich dann die Auswertung eines Vorbeizugs für konische Vibrissen an, um durch die Geometrieveränderung der Vibrisse Aufschlüsse auf den Effekt dieser in Bezug auf die Observablen zu erhalten. Die berechneten Observablen hängen essentiell von der Form und der Lage des Objektes (bzw. der Kontur) ab, was sich in zahlreichen Simulationen zeigt.

Um die Crashsicherheit von Flugzeugen in doppelschaliger Rumpfbauweise zu verbessern, wurde ein Triggerkonzept entwickelt, mit Hilfe dessen es möglich ist, definierte Versagensstellen und -lasten gezielt zu erzeugen, was durch experimentelle Untersuchungen bereits validiert werden konnte. In der vorliegenden Arbeit wurden weitere Untersuchungen angestellt, um ein tiefgreifendes Verständnis des Belastungszustandes zu erlangen. Die für die Analyse des Biegemomenten-Druckkraft-Verhältnisses benötigten Materialdaten der Deckschichten wurden durch Zug- und Drucktests bestimmt. Um zeit- und kostenaufwändige Experimente zu vermeiden, wurde ein implizites FE-Modell erzeugt und anhand der experimentellen Untersuchungen validiert. Mit Hilfe dieses Modells wurden die herrschenden Spannungsverteilungen und Biegemoment-Druckkraft-Verhältnisse ermittelt und darüber hinaus durch die Implementierung einer Kernversagenshypothese Aussagen zum Lastniveau und zur Stelle des Kernversagens getroffen, wobei der Nachweis geführt wurde, dass globales Beulen als Versagensursache ausscheidet. Weiterhin wurde das Triggerprinzip auf seine Wirksamkeit bei mit LCF-Spanten versteiften, doppelschaligen Sandwichpaneelen analysiert. Aussagen über das Nachbruchverhalten und die Rolle der an der Energieabsorption beteiligten Komponenten des getriggerten und ungetriggerten Rumpfpaneels mit und ohne LCF-Spant-Versteifung konnten mit Hilfe expliziter Simulationen getroffen werden.

Ratten und Mäuse sind in der Lage mit nur wenigen Berührungen ihrer mystazialen Vibrissen (Sinneshaare) Objekte zuverlässig zu erkennen. In dieser Arbeit wird das biologische Vorbild Vibrisse durch lange schlanke Balken modelliert, welche große Auslenkungen aufweisen dürfen. Der Fokus liegt dabei auf der Lagerung dieser Balken im Hinblick auf die Hypothese, dass die Tiere die Lagersteifigkeit gezielt steuern können, um unterschiedliche Aufgaben besser lösen zu können. Zuerst wird der Vorbeizug einer Vibrisse an einem streng konvexen Profil unter Verwendung einer Einspannung als Lagerung berechnet. Diese Problemstellung führt auf ein nichtlineares Randwertproblem mit singulärer Jakobimatrix. Von Beginn an wird dieses Problem weitestgehend analytisch betrachtet, was zu einer Formel für den Kontaktpunkt führt. Es wird anschließend gezeigt, dass es möglich ist, den Kontaktpunkt der Vibrisse mit dem Profil einzig aus den Observablen (Lagerreaktionen und der Position der Lagerung) zu bestimmen. Anschließend wird die starre Lagerung durch eine elastische Lagerung ersetzt. Auch dieses Problem wird analytisch behandelt und es werden Profile mit verschiedenen Federsteifigkeiten aus den Observablen rekonstruiert. Zusätzlich dazu werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich eine Änderung der Lagersteifigkeit auf die Observablen auswirkt. Auch bei sich ändernder Lagersteifigkeit ist eine genaue Bestimmung des Kontaktpunktes möglich.

Das grundlegende Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Gummi-Metall-Elementen (GME) als Voraussetzung für MKS-Simulationen. Die Objekte dieser Simulationen sind in erster Linie Laborzentrifugen, in denen GME eingesetzt werden. Unter dem Begriff der mechanischen Eigenschaften sind jeweils für alle Beanspruchungsarten zum einen die Steifigkeitswerte und zum anderen die Dämpfungskonstanten zu verstehen. Um diese Kennwerte zu ermitteln, werden an der TU Ilmenau vorhandene Prüfstände genutzt. Dies ist allerdings nur für Zug-, Druck- und Schubbeanspruchung möglich. Für Torsions- und Biegebeanspruchung werden daher eigene Messaufbauten konzipiert, die sowohl zur Bestimmung der entsprechenden Steifigkeits- als auch der Dämpfungswerte genutzt werden können. Die Zug- und Drucksteifigkeit wird mithilfe einer Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine ermittelt. Auch die Schubsteifigkeit wird auf diese Weise gemessen, allerdings wird dafür eine spezielle Messanordnung der zu prüfenden GME verwendet. Da die zur Verfügung stehende Universal-Zug-Druck-Prüfmaschine keine dynamischen Prüfungen zulässt, erfolgt die Bestimmung von Zug-, Druck- und Schubdämpfung mithilfe eines servohydraulischen Prüfstandes, dessen eigentlicher Zweck die Prüfung von Kraftfahrzeugstoßdämpfern ist. Für die Ermittlung der Dämpfungskonstanten werden zwei Verfahren genutzt: Erzwungene harmonische Schwingungen in Verbindung mit den Prüfstandsmessungen und Ausschwingversuche in Kombination mit den eigens konzipierten Aufbauten. Gewissermaßen als Nebenprodukt lässt sich aus den Ergebnissen des erstgenannten Verfahrens die Größe der dynamischen Zug-, Druck- und Schubsteifigkeit bestimmen. Schließlich bilden die auf den unterschiedlichenWegen ermittelten Steifigkeitswerte und Dämpfungskonstanten die Steifigkeitsmatrix C bzw. die Dämpfungsmatrix D, die elementarer Bestandteil der allgemeinen räumlichen Bewegungs-Differentialgleichung sind. Für MKS-Simulationen bilden diese Matrizen zugleich das Materialverhalten der GME zahlenmäßig ab.

Die Arbeit umfasst die Analyse des Aufbaus und der Funktion eines Fettsensors, Recherche zum Stand der Technik und die Entwicklung einer adaptiven Regelungsstrategie. Diese wird in MATLAB umgesetzt und empirische Auswertungen zur Kalibrierung anhand von Ergebnissen aus Simulationen bestimmen die Festlegung der einstellbaren Parameter.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Synthese neuer passiver Konzepte zur Reduktion von mechanischen Drehschwingungen in Kraftfahrzeugantriebssträngen, die durch die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors hervorgerufen werden.

Der Abgasturbolader ist ein effektives Mittel zur Leistungssteigerung und für Downsizing von Verbrennungsmotoren. Aufgrund der hohen Abgastemperatur unterliegt er auch im normalen Betrieb einer hohen thermomechanischen zyklischen Beanspruchung, wodurch Risse am Turbinengehäuse entstehen können. Bedingt durch immer kürzer werdende Entwicklungszeiten soll die Identifizierung rissgefährdeter Bereiche bereits im konstruktiven Entwurfsprozess erfolgen. Die hierfür notwendigen theoretischen Untersuchungen sind aktuell mit einem großen Zeitaufwand verbunden und liefern häufig Ergebnisse mit nicht zufriedenstellender Qualität. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Masterarbeit zunächst eine Literaturrecherche zur Rissbildung sowie Rissausbreitung durchgeführt. Anschliessend wurden transiente thermisch-mechanische nichtlineare FE-Analysen an einem Abgastrakt durchgeführt, mit welchen Aussagen über mögliche Rissstellen im Turbinengehäuse getroffen werden können. Abschließend wurden Betrachtungen zur Optimierung der Simulation durch Reduzierung der Berechnungsdauer durchgeführt.

Die Bachelorarbeit beschreibt den Konstruktiven Entwicklungsprozess eines fixierbaren Stativarmes mit Gewichtsausgleich und Freiheitsgrad 6 zum Tragen einer aktiven Robotereinheit. Dazu sind geeignete kinematische Strukturen anhand der Anforderungsliste bewertet und ausgewählt worden, der Arbeitsraum konnte über zeichnerische Verfahren eingegrenzt werden. Zur Auswahl der durch Gewichtskraftkompensation entlasteten Gelenke ist das mechanische Modell des Stativarmes hinsichtlich der auftretenden lageabhängigen Belastungen berechnet worden. Prinzipe für Gewichtsausgleich und Fixierung wurden erörtert und für die Anwendung dimensioniert. Dabei konnte eine nahezu vollständige Gewichtsentlastung mit passiven Bauelementen für eine übliche Lage des Stativarmes über einen großen Arbeitsbereich erreicht werden. Aus dem Konstruktiven Entwicklungsprozess ging ein CAD-Entwurf hervor, sodass im nächsten Schritt die Schnittstellen zu umgebenden Baugruppen gestaltet werden können.

Ausgehend vom biologischen Vorbild, dem Regenwurm, wird in der vorliegenden Arbeit zunächst ein mechanisches Modell und daraus anschließend das mathematische Berechnungsmodell abgeleitet. Dieses Modell besteht aus diskreten Massepunkten, die durch masselos angenommene Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente miteinander verbunden sind. An jedem Massepunkt sind Spikes befestigt, die ein Zurückrutschen verhindern und somit nur eine Fortbewegungsrichtung zulassen. Die gerichtete Vorwärtsbewegung, in Form einer peristalltischen Bewegung, des Wurmroboters entsteht durch das Zusammenwirken der Abstützung der Spikes gegenüber dem Untergrund und den vorgegebenen Längenänderungen der Feder-Dämpfer-Aktor-Elemente und damit der Abstände der Massepunkte zueinander. Die Art und Weise der Änderung der Massepunktsabstände wird durch Referenztrajektorien beschrieben. Aufgabe der adaptiven Regelung ist es, durch das Aufbringen von Stellkräften die realen Massepunktsabstände den Referenztrajektorien nachzuführen. Ausgehend von einem gegebenen Programmgerüst wird die Reglerstruktur zunächst von PD auf PID erweitert. Aus Parameterstudien wird ein optimaler PID-Regler ermittelt, der als Grundlage für die im weiteren Verlauf neu entwickelten Regelungskonzepte genutzt wird. Die Trichter-Regelung, die Regelung mittels Differenzenquotient und Time Delay und die Regelung mit nicht-klassischem Feedback werden in der vorliegenden Arbeit erstmals für den speziellen Einsatz und die direkte Anwendung auf den wurmartigen Roboter implementiert. Die Erweiterung teilweise bestehender Regelungsansätze und die Durchführung von Parameterstudien bilden den Hauptteil der Arbeit. Die Simulationsergebnisse der als optimale Parametersätze bestimmten Einstellungen der jeweiligen Reglertypen werden hinsichtlich ihrer Reglerdynamik und ihres Einflusses auf das Gesamtsystem miteinander verglichen. Weitere Simulationen untersuchen das Verhalten der verschiedenen Regler beim Wechsel des Fortbewegungsmusters, da ein solcher Wechsel als Reaktion auf die Änderung bestimmter Umwelteinfüsse sinnvoll und notwendig ist, um Beschädigungen am Roboter oder Beeinträchtigungen in dessen Funktion zu vermeiden. Es werden ebenfalls Simulationen mit Kombinationen der neu implementierten Regelungen durchgeführt, die Hinweise darüber geben, ob und wie sich verschiedene Regelkonzepte aufeinander auswirken. Alle Simulationen werden mit Hilfe einer, in MATLAB programmierten, GUI durchgeführt, in der sowohl die Wurmparameter wie auch die Regelungsparameter beliebig einstellbar sind.

Gegenstand der Arbeit ist die Erweiterung eines Finite-Elemente-Modells des Luftfederdämpfers in Abaqus sowie die Erstellung eines MKS-Gesamtfahrzeugmodells für die spätere Integration. Unter anderem werden MKS-Modelle in der Automobilindustrie zur Simulation und Auslegung von Fahrwerkseigenschaften eingesetzt. Die Untersuchung des dynamischen Verhaltens von Fahrwerkskomponenten wie etwa Federung und Dämpfung steht im Vordergrund. Ein neuer Ansatz, in Form eines Luftfederdämpfers, nutzt das Medium Luft sowohl für Federungs- als auch Dämpfungseigenschaften. Um eine realitätsnahe Modellierung des Luftfederdämpfers in Abaqus zu erzielen, wurden in einem bereits bestehenden FE-Modell Druckbegrenzungsventil und Kolbenkonturierung berücksichtigt. Simulationen wurden sowohl an der Komponente Luftfederdämpfer als auch am generierten MKS-Gesamtfahrzeugmodell vorgenommen. Der Fokus der Untersuchungen galt dem Systemverhalten des Luftfederdämpfers, insbesondere der Auswirkungen auf das Gesamtfahrzeugmodell. Die Validierung erfolgte anhand vereinfachter, dynamischer Anregungen. Zur Beurteilung der Ergebnisse dienten ein Komponentenmodell des Luftfederdämpfers sowie ein Viertelfahrzeugmodell, die die wesentlichen Funktionen mit hinreichender Genauigkeit abbilden. Die Ergebnisse werden als Grundlage weiterer Untersuchen herangezogen, beispielsweise ist das harshness-Verhalten des Gesamtfahrzeugmodells zu nennen.

In dieser Arbeit wird die approximative Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender Balken unter Voraussetzung der Euler Bernoulli-Theorie und der Timoshenko-Balkentheorie betrachtet. All diesen Berechnungen liegt das Modell eines einseitig eingespannten Balkens zu Grunde. Hierbei soll ermittelt werden, wie die exakte Eigenkreisfrequenz am besten zu nähern ist und in wie weit Variationen der Parameter möglich sind, um das Ergebnis möglichst genau zu nähern, ohne dabei langwierige Berechnungsabläufe vollführen zu müssen. Dabei werden zuerst Untersuchungen an Längsschwingern durchgeführt. Es wird dabei ermittelt, welche Herangehensweise sich eignet, um das Mehrmassensystem zu beschreiben. Dies geschieht, indem als Ausgangslage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den verschiedenen Näherungen zu vergleichen. Die Näherungen bestehen aus unterschiedliche Verteilungsarten der Massen im Bezug auf die Stablänge. Dementsprechend entstehen unterschiedliche Federsteifigkeiten und Lagen der Massepunkte. Anschließend werden Biegeschwingungen betrachtet, bei welchen ebenfalls als Grundlage die exakten Eigenkreisfrequenzen berechnet werden, um diese dann mit den Näherungen zu vergleichen. Bei den Näherungen erfolgt die Verteilung anhand von vorgegebenen Funktionen. Ziel ist es, die Näherungsverfahren zu verifizieren, um eine Grundlage zu legen für die Näherung von komplexen Systemen. Als Grundgedanke dieser Arbeit ist der Gedanke die Vibrisse von Tieren (z.B.: Ratten oder Robben), welche ein komplexes Gebilde ist und mit Blutsäcken unter der Haut gesteuert wird, mittels eines technischen Modells darzustellen.

Diese Arbeit befasst sich mit der FE-Berechnung des von der Uhde Inventa-Fischer AG patentierten DISCAGE®-Reaktors sowie des sich anschließenden Vakuumsystems, zur Herstellung von Polymeren. Hierzu sind zunächst theoretische Grundlagen zur Spannungskategorisierung und zu den Stoffgesetzen näher erläutert. Danach werden die einzelnen Komponenten des zu berechneten Systems detailliert beschrieben. Im vierten Gliederungspunkt der Arbeit wird auf die Modellerstellung im CAD sowie im FEM eingegangen. Die Ergebnisse der FEM Berechnung werden im fünften Gliederungspunkt ausgewertet. Hierzu erfolgen zunächst eine Spannungsauswertung der einzelnen Lastfälle sowie eine Analyse der vorliegenden Stutzenlasten. Im letzen Teil werden die Kernaussagen der Arbeit zusammenfassend dargestellt. Für weiterführende Analysen können die an das System angekoppelten Leitungen in die Betrachtung einbezogen werden. Des Weiteren können zusätzliche Lastfälle berechnet werden, welche speziell auf den jeweiligen Standort des Systems ausgerichtet sind.

Zur Unterstützung und Begleitung hilfsbedürftiger Menschen im eigenen Zuhause wurde eine mobile Indoor-Roboterplattform entwickelt. Der bisher in der Plattform verwendete Radantrieb ist für glatte und harte Bodenbeläge ausgelegt und zeigt Schwächen bei der Überwindung kleinerer Hindernisse im häuslichen Bereich wie Schwellen, Teppiche usw. Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines Kettenantriebs zur Erfüllung der besonderen Anforderungen der geplanten Anwendung und zur Verbesserung der Fahreigenschaften. Zu diesem Zweck wurden zunächst Anforderungsliste und Funktionsstruktur erstellt. Auf dieser Basis ist eine umfangreiche Untersuchung des Standes der Technik inklusive Patentrecherche erfolgt. Die aus der Analyse gewonnenen Erkenntnisse wurden im Rahmen der Ideenfindung für den Kettenantrieb verarbeitet und mit Hilfe des Morphologischen Kastens in Form einer funktionellen Betrachtung übersichtlich dargestellt. Die aus einer qualitativen Bewertung hervorgegangenen Vorzugslösungen wurden zu einem geeigneten und in die bestehende Plattform integrierbaren Konzept kombiniert, das als CAD-Modell umgesetzt wurde. Damit ist ein Kettenantrieb entstanden, der die an das System gestellten Anforderungen erfüllt, Hindernisse überwinden kann und Verbesserungen im Fahrverhalten zeigt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung und Simulation der Schwingungen des Maschinenfundamentes bei Präzisionsmaschinen. Als Vorbild für die Modellbildung dient die Nanopositioniermaschine der Technischen Universität Ilmenau. Nach einer Literaturrecherche zum Thema Modellierung, Fundament und Mehrkörpersimulation werden die Grundlagen, die für diese Arbeit notwendig sind, erklärt. Die Simulation und die Erstellung des Modells erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Fundament auf Federelementen gegenüber dem Boden gelagert. Dabei soll geklärt werden, welche Aufstellung, welche Anzahl und welcher Federtyp für die Lagerung des Fundamentes am besten geeignet ist. Nachdem diese Punkte geklärt sind, wird das vollständige Modell und die Erkenntnisse, die durch die Simulationen gewonnen worden sind, erklärt. Dabei ist die Frage zu klären, wie die Bewegungssteuerung des Positioniersystems umzusetzen ist. Im Anschluß an die Zusammenfassung der Ergebnisse folgt ein Kapitel zur Optimierung der Modellerstellung und Erstellen von xml-Dateien.

Die effektive Verbesserung von mechanischen Systemen erfordert umfassende Analysen. Zusätzlich zur Systemanalyse ist auch eine Umgebungsanalyse notwendig. Dazu gehört auch das Gestell, welches oftmals aus Platten besteht. Für Optimierungssimulationen einer komplexen Nanomess- und -positioniermaschine (NMM) wird in der vorliegenden Arbeit ein MKS (Mehrkörpersystem)-Modell einer dicken Platte, die auf vier Auflagepunkten gelagert ist, erstellt. Zu diesem Zweck wird das Kontinuum Platte diskretisiert. Zur Generierung eines MKS-Modells des Kontinuums Platte werden zunächst theoretische Grundlagen zu Biegeschwingungen der untersuchten Kontinua hergeleitet. Anschließend wird ein Top-Down-Verfahren vorgestellt, mit dem die erforderlichen Parameter des Modells bestimmt werden können. Für dieses Verfahren werden Balken- und Plattenstrukturen mit diversen Methoden untersucht. Diese Analysemethoden werden auf die vorliegende Lagerung erweitert. Dabei erfolgt insbesondere auch eine Erweiterung der Verfahren auf die Anwendung der Theorie der dicken Platten nach Reissner/Mindlin. Anhand der Analyseergebnisse werden die Steifigkeitswerte des Modells theoretisch ermittelt und mit Untersuchungsergebnissen der real vorliegenden Platte verglichen. Auf dieser Basis wird ein Modell für das MKS-Simulationsprogramm alaska generiert. Es werden Kriterien zur Beurteilung des Modells herausgearbeitet und auf das MKS-Modell angewandt. Weitergehende Simulationen zum Vergleich mit FEM-Resultaten werden durchgeführt. Weiterhin wird eine Methode zur sehr effektiven Erstellung von Plattenmodellen in alaska implementiert. Aus diesem Grund kann nicht nur das eine erstellte Modell der Platte untersucht werden, sondern es wird eine Vielzahl von Platten mit unterschiedlichsten Lagerungen untersucht. Damit kann auch die Methode der Parameteridentifikation abgesichert werden.

Vibrissen sind taktile Sinnesorgane, die insbesondere von Mäusen und Ratten genutzt werden, um ihre Umgebung zu erforschen. Neben der Fähigkeit, passiv Reize wahrzunehmen, sind die Nagetiere in der Lage, ihre Tasthaare mithilfe der in- und extrinsischen Gesichtsmuskulatur in Bewegung zu versetzten und so Quantität und Qualität der Reizinformationen aktiv zu steuern. Auf Basis dieses biologischen Sensorsystems werden zwei Mehrkörpermodelle entwickelt, die ein stark vereinfachtes mechanisches Modell einer Vibrisse darstellen und lediglich einige relavante Eigenschaften des Vorbildes berücksichtigen. Zurückgegriffen wird bei der Modellbildung zudem auf vorhandene Erkenntnisse über bereits bestehende Vibrissenmodelle in der Literatur. Die schrittweise Erhöhung der Körperanzahl und damit des Freiheitsgrades kann dabei als Übergang von Starrkörper- zu Kontinuummodellen angesehen werden. Ein Großteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Anpassung und Auswahl eines geeigneten Regelalgorithmus. In Anlehnung an die Gesichtsmuskulatur des biologischen Vorbildes ist dieser dafür zuständig, dass die Körper des Modells einer vorgegebenen Trajektorie folgen. Numerische Simulationen werden verwendet, um verschiedene adaptive Regelungsverfahren zu vergleichen und die entwickelten Modelle hinsichtlich Wahrnehmungs- und Anpassungsfähigkeit zu untersuchen. Anhand der Regelgrößen sollen außerdem angreifende Störkräfte erkannt und unterschieden werden. Des Weiteren wird die Steifigkeitsverteilung des Gesamtsystems variiert um beispielhaft darzustellen, wie sich die Veränderung von Modellparametern auf die Simulationsergebnisse auswirkt.

Wegen der Energiewende setzen immer mehr Hersteller auf Hybridfahrzeuge. Um auch in den Hybridfahrzeugen die gewohnte Ruhe und damit den gewohnten Komfort zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schwingungsverhalten des Antriebsstranges zu kennen. Da sich im Vergleich zum konventionellen Antriebsstrang zusätzliche Eigenformen ergeben, müssen diese betrachtet werden und auf kritische Resonanzen untersucht werden. Die Untersuchung der neuen Eigenformen wird im Rahmen dieser Arbeit an-hand eines vierzylindrigen P1- und eines sechszylindrigen P2-Hybrids durchgeführt. Es werden die inverse und die konventionelle Ausführungen der Trennkupplung genauso wie die Anbindung des Anfahrelements an die E-Maschine betrachtet. Die Eigenformen werden jeweils mit und ohne vorherigen Dämpfer sowie mit unterschiedlichen Anfahrelementen untersucht. Erwartungsgemäß sind die Ausführungen ohne vorherigen Dämpfer nicht realisierbar, während sich die Eigenform der Flanschwelle beim P1- und P2- Hybrid mit einem Zweimassenschwungrad beherrschen lässt. Die Resonanz der Anbindung ist in dem hier untersuchten Beispiel grenzwertig und sollte mit einem zusätzlichen Torsionsdämpfer bedämpft werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich die neuen Eigenformen der Hybridfahrzeuge mit den vorhandenen Methoden beherrschen lassen.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer vollautomatischen Montageanlage für Schrankaufhänger schrittweise vorgestellt. Nach einer ausführlichen Analyse des Produktes werden Schwerpunkte für die Konstruktion der Montageanlage definiert. Dabei wird vor allem auf die Unabhängigkeit von Bauteilvarianzen und die Minimierung der Prozesszeiten eingegangen. Unter Berücksichtigung von Kundenforderungen werden anschließend Richtlinien zu Gestaltung des Layouts aufgestellt und deren Umsetzung in den Bereichen "Montageanlage" und "Rundtaktautomat" beschrieben. In einem weiteren Schritt werden die definierten Schwerpunkte und die daraus resultierenden Herausforderungen am Beispiel der "Justage- und Schraubstationen" aufgezeigt und konkrete Lösungsvorschläge dargestellt. Eine systematische Analyse der Prozessschritte deckt abschließend Fehlerquellen auf und liefert Instrumente zur Einhaltung der Qualitätsanforderungen.

Ausgangspunkt der Arbeit ist das biologisch inspirierte Modell eines wurmartigen Lokomotionssystems. Das mechanische Modell besteht aus diskreten Massepunkten, zwischen denen sich viskoelastische Kraftaktoren befinden. Den Bodenkontakt stellen ideale Spikes dar, welche als Zwangskräfte die Rückwärtsbewegung einzelner Massenelemente sperren. Die Änderung des Abstandes zwischen benachbarten Elementen wird über eine adaptive Regelung realisiert, die eine Referenztrajektorie verfolgt. Dies führt in Zusammenhang mit dem Umgebungskontakt durch die Spikes zur (undulatorischen) Lokomotion des Systems. - Nach der Ableitung des beschriebenen Modells und der Vorstellung des (nicht-parameteridentifizierenden) adaptiven Reglers wird die gezielte Konstruktion von Referenzfunktionen für die Abstände, die bestimmte Gangarten ergeben, beschrieben. Dabei wird auf einen bestehenden Algorithmus zurückgegriffen, mit dem sich Vorgaben bezüglich der Anzahl und Abfolge der wirkenden Spikes und der resultierenden Geschwindigkeit machen lassen. In der anschließenden Untersuchung der Gangarten wird in Simulationsbeispielen für Wurmketten mit drei und vier Massepunkten eine Auswahl von Gangarten ermittelt, die bezüglich der Anforderungen an die Aktoren und die Spikes am besten geeignet sind. - Es werden einige Parameterstudien durchgeführt, aus denen hervorgeht, dass der Wurm auch mit modifizierten Massen, Feder- und Dämpferkonstanten, die sogar zeitveränderlich sein dürfen, erfolgreich geregelt werden kann. Nach Untersuchungen einiger Modifikationen des adaptiven Reglers können Empfehlungen zu dessen Verbesserung gemacht werden. - Zur Implementierung des automatischen Gangartwechsels werden mithilfe der Betrachtung verschiedener Simulationen die als Auslöser des Schaltens in Frage kommenden Kriterien festgelegt: Stellkräfte und Spikeskräfte, mit denen die Wahl der optimalen Gangart von Geschwindigkeit und der Untergrundsteigung abhängt. Mit einer Näherungsbetrachtung dieser Kräfte lassen sich steigungsabhängige Geschwindigkeitsbereiche einzelnen Gangarten zuordnen. Damit ist eine Kombination aus Geschwindigkeitsanpassung und Gangartwechsel umsetzbar, die ein optimales Kriechen bei vorgegebenen Begrenzungen der Stell- oder Spikekräfte gewährleistet. Zusätzlich werden Regelungsstrategien zum Erreichen einer konstanten Geschwindigkeit des Wurmkopfes geprüft.

Die Vernetzung von Strukturen mit der FEM ist zeitaufwändig. Die Menge der Elemente erhöhen sich mit der Komplexität der Struktur. Vereinfachungen, um die Modellierungszeit und die Anzahl der Elemente zu reduzieren, können zu unvorhersehbaren oder ungenügenden Ergebnissen führen. Insbesondere die Modellierung von Wälzlagern ist komplex oder führt zu unzureichenden Ergebnissen bei der Vereinfachung. Wälzlager, als standardisierte Maschinenelemente, werden oft verwendet. In verschiedenen Strukturen sind sie mehr als einmal montiert. Daher ist das Modellieren und Vernetzen von Wälzlagern, bei der Analyse solcher Strukturen, ein sich wiederholender Prozess. Die Notwendigkeit, eine Herangehensweise zur Modellierung von Wälzlagern schnell und mit nur wenigen Elementen zu entwickeln, steht außer Frage. - In dieser Arbeit werden zwei Ansätze beschrieben, die in ähnlicher Weise mit starren Elementen modelliert werden und der ganze Ansatz nur aus drei Elementen besteht. Beide sind in verschiedenen Testanordnungen untersucht, um die Vorteile und Nachteile zu finden. Der CBUSH-Ansatz ist leicht zu verstehen und zu reproduzieren. Der GENEL-Ansatz ist lediglich ein Austausch des CBUSH-Elementes mit dem GENEL-Element. Die Eingabe der Steifigkeitswerte für den CBUSH-Ansatz für alle 6 Freiheitsgrade, zwischen den starren Elementen, ist eine Vereinfachung des GENEL-Ansatzes. Das GENEL-Element bietet die Möglichkeit alle Steifigkeitswerte einer 6x6-Matrix zuzuweisen. - Zusätzlich wurde eine thermo-mechanische Struktur entwickelt, untersucht und mit dem vielversprechenden CBUSH-Ansatz verglichen. Die dynamischen Ergebnisse nicht befriedigend. Die Weiterentwicklung wird empfohlen. - Als kritischer Punkt kann die Bestimmung der Steifigkeiten angesehen werden. Mit Bezug auf die Literaturrecherche und den genannten Möglichkeiten um Lagersteifigkeiten zu berechnen, sind einige wesentliche geometrische Eingaben zu ermitteln. Informationen über die geometrischen Eingabewerte, als ein wohl behütetes Geheimnis der Wälzlagerhersteller, sind spärlich bis gar nicht zu bekommen. - Die Verifizierung der Ergebnisse des CBUSH und GENEL-Ansatzes ist für weitere Forschung und Entwicklung ratsam.

In dieser Arbeit wird der Weg zu einer werkstoffgerechten Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen beschrieben. Dafür wird auf die spezifischen Werkstoffeigenschaften von Faserverbunden und auf die verwendete Sandwichbauweise eingegangen. Am konkreten Beispiel wird eine passende Materialkombination ausgewählt und ein geeigneter Lagenaufbau entwickelt. Dies erfolgt anhand von praktischen Versuchen und FEM-Analysen. Anschließend werden Detailuntersuchungen am fertigen Lagenaufbau durchgeführt, um einen Nachweis für die Fahrersicherheit und die Eignung unter Einsatzbedingungen zu erbringen. Auf diesen Erkenntnissen wurde ein Prototyp des Monocoques gebaut, der im Elektrorennwagen des Ilmenauer Formula SAE Teams verwendet wird.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf einer neuen Federschwingmaschine der SCHERDEL Gruppe im Werk Marktredwitz. Für die zukünftige Federschwingmaschine soll dabei in Betracht gezogen werden, dass sich die Anforderungen an die Prüfung durch die Federn verändert haben. Deshalb wurde für die erhöhte Prüffrequenz, die höhere Prüfkraft und die benötigte hohe Lastwechselanzahl bei kleinen Hüben auf eine Kombination aus einer aerostatischen Führung und einem eisenbehafteten Linearmotor zurückgegriffen. Um die Vielfalt an Sonderteilen und einen schnelleren und genaueren Umbau der Maschine zu ermöglichen, wird außerdem eine Schnellwechselvorrichtung vorgesehen.

Der Sonderanlagenbau ist ein Teilbereich des Anlagenbaus, bei dem täglich neue Lösungsvarianten für eine große Bandbreite an Aufgaben gefunden und realisiert werden. Die Handhabung von Objekten ist dabei ein Kerngebiet dieser Aufgaben. Zur Bewältigung der Handhabung werden Handhabungsgeräte eingesetzt. Der Industrieroboter ist einer der wichtigsten Vertreter dieser Geräte. Bevor ein Industrieroboter zum Einsatz kommt, muss dieser aus einer Vielzahl von Modellen und Herstellern ausgewählt werden. Bisher gibt es keine umfassende Grundlage zur applikationsspezifischen Auswahl von Industrierobotern. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Anforderungsliste gemäß dem Vorbild aus der Konstruktionslehre vorgestellt und damit eine neue Grundlage für die oben genannte Problemstellung geschaffen. Diese Anforderungsliste baut auf bekannten Normen und Richtlinien für Industrieroboter auf und erweitert diese um weitere Vergleichsaspekte.

Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion eines Ultra-Leicht-Roboterarmes und den dazu nötigen theoretischen Grundlagen. Der UL-Arm soll auf Basis des BioRob der Firma Tetra GmbH entstehen und somit dessen Anwendungsbereich erweitern. Dabei ist der Schwerpunkt die Optimierung des Gewicht-Nutzlastverhältnisses bei gleichzeitiger Einhaltung eines extem niedrigen Energieverbrauches. Der konstruktive Entwicklungsprozess umfasst die Aufstellung eines Lastenheftes, den Vergleich mit anderen Roboterarmen und schließlich die Konzipierung und Modellkonstruktion des als optimal empfundenen Gerätekonzeptes. Die Ergebnisse wurden für ein folgendes Entwicklungsprojekt dokumentiert.

Mäuse und Ratten verwenden sogenannte Vibrissen, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren, Objekte zu ertasten und Hindernisse zu lokalisieren. Dieses biologische Sensorsystem zur Nahfeld-Erkundung wird in einem ersten Teil der vorliegenden Arbeit als nachgiebig gelagerter, starrer Stab und in einem zweiten Teil als Biegebalken der Kontinuumsmechanik modelliert. Ausgehend von mechanischen Modellen der Vibrisse in der Literatur werden neuartige Starrkörpermodelle entwickelt, welche wesentliche Aspekte der Lagerung der Vibrisse (Nachgiebigkeit des Follikel-Sinus-Komplexes und der Haut) berücksichtigen. Über adaptive Regelalgorithmen wird die Wirkung der Muskulatur (extrinsisch und intrinsich), und somit das Bewegungsvermögen des biologischen Vorbilds nachgebildet. Der Freiheitsgrad der Vibrisse wird sukzessive von 1 auf 3 erhöht, um die Auswirkung verschieden gearteter Lagerungen auf die sensorischen Fähigkeiten des Systems zu untersuchen. Anhand der Auswertung spezifischer Regelgrößen kann in numerischen Simulationen der Einfluss der Lagerung auf die Wahrnehmungsfähigkeit der Modelle ermittelt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Vibrisse als nachgiebig gelagerter, elastischer Biegestab modelliert. Es wird eine Kombination aus den Starrkörper- und Kontinuummodellen verwendet, um die Auswirkung einer gezielten Veränderung der Lagerungseigenschaften (realisiert durch Regelstrategien aus dem ersten Teil der Arbeit) auf das Eigenkreisfrequenzspektrum des Biegestabes zu untersuchen. Dies führt zu numerischen und analytischen Berechnungen von Kontinuummodellen mit diskreten viskoelastischen Kopplungen.

This thesis is devoted to forced mechanical oscillating systems. We focus on forced oscillating systems, but present and analyze parameter excited and self-excited systems as well. All mechanical systems are motivated by examples from automotive engineering. This thesis is arranged into four main chapters. First, at the beginning, we start presenting the theory of forced oscillating linear systems with DoF 1. We analyze systems, which are forced directly and indirectly, calculate the stationary solution analytically and determine the reinforcement function (amplification) and the phase shift. All investigations are confirmed via numerical simulations. Second, we analyze systems with higher DoF and try to look for analogies from the DoF 1 case. Third, we present a literature and world wide web overview of software, which allows simulating of mechanical oscillating systems. Fourth, at the end, we give a short introduction to parameter excited and self-excited systems. We present the definitions, some examples from automotive engineering and treat three examples analytically.

Die vorliegende Masterarbeit behandelt adaptive Regelungsstrategien für biologisch inspirierte Sensorsysteme am Beispiel eines Vibrissensensors zur Wahrnehmung taktiler Reize. Diese Sensoren befinden sich fortlaufend im Zustand der Anpassung, um wiederkehrende Störungen zu dämpfen und gleichzeitig sensitiv für andere Arten von Erregungen zu sein. Das System hat den Relativgrad zwei und sowohl die Systemparameter als auch die Störsignale seien unbekannt. Um solch ein System zu regeln werden verschiedene adaptive Regler untersucht. Bereits existierende adaptive Regelungsstrategien werden erweitert und modifiziert. Zudem werden adaptive Regler mit endlicher Einstellzeit untersucht. Die erzielten Modifikationen werden dann mit einem neu entworfenen Fuzzy-Regler verglichen, um die Umsetzbarkeit und die Leistung der adaptiven Regler bewerten zu können. Dies geschieht beispielhaft an drei Systemen: Einem linearen Feder-Masse-Dämpfer-Schwinger, einem invertierten mathematischen Pendel und einem wurmartigen Bewegungssystem. Außerdem wird eine Regelungsstruktur mit nicht-klassischem Differentialteil in der Rückführung sowie die Minimalphasigkeit der Systeme untersucht.

Industrieroboter haben als umprogrammierbare und universell in Handhabungs- und Fertigungsaufgaben einsetzbare Bewegungsautomaten eine große Bedeutung in der Automatisierung erlangt. Die verbreitetsten seriellen Kinematiken sind die vierachsige SCARA-Struktur und der sechsachsige vertikale Knickarmroboter. Das Ziel dieser Arbeit besteht im Aufbau von Rechnermodellen für diese beiden Robotertypen. Hierbei wird der mechatronische Ansatz des Systemgedankens verfolgt, bei dem die Einflüsse aller Teilkomponenten berücksichtigt werden. Die Modellierung der Roboterdynamik erfolgt im Mehrkörpersimulationsprogramm alaska. Dieses ist durch Kopplung mit dem Simulationstool MATLAB/Simulink verbunden, wodurch die Vorteile beider Modellierungs- und Simulationssysteme genutzt werden können. In MATLAB/Simulink werden der Antriebsstrang abgebildet, Regelungsalgorithmen und eine Trajektorienplanung implementiert, die Sollwerte für PTP- oder CP-Steuerung bereitstellt.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung des Leichtbaupotenzials von faserverstärkten Kunststoffen anhand biegebelasteter Träger. Dabei wird eine Vielzahl von geometrisch einfachen Trägern in reiner Faser-Kunststoff-Bauweise und in Form von hochinnovativen Faser-Kunststoff-Verbund-Metall-Hybrid-Bauteilen sowohl mithilfe der Finite-Elemente-Methode rechnerisch, als auch anhand einer Variante experimentell analysiert. Nach einem Überblick über etablierte und neuartige Karosseriebauweisen in der Automobiltechnik, Aufbau und Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden sowie wichtige Fertigungsverfahren, erfolgt eine Einführung in mechanische Grundlagen von biegebelasteten Trägern. Darauf aufbauend werden sechs verschiedene Bauweisen in jeweils drei realen Anwendungen nachempfundenen Packageabmaßen in CATIA V5 konstruiert. Zur vergleichenden Bestimmung des Leichtbaupotenzials werden innerhalb eines Packageraumes alle Varianten mit identischer Masse dimensioniert. Die rechnerische Untersuchung der in ANSA vernetzten Schalenmodelle findet anhand eines 3-Punkt-Biegeversuchs mit dem Berechnungsprogramm LS-DYNA mit implizierter Zeitintegration statt.

Um eine erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme zu sichern, ist die Nutzung neuer, nichtkonventioneller Fortbewegungsprinzipien notwendig. Ein aktuelles Forschungsthema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen vorheriger Arbeiten am Fachgebiet Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau wurden bereits Lokomotionssysteme mit diesem Hintergrund entwickelt. In der vorliegenden Master-Arbeit wird das dynamische Bewegungsverhalten eines solchen konturvariablen, apedalen Systems untersucht. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet der Aufbau eines geeigneten FE-Simulationsmodells. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Diskussion des dynamischen Bewegungsverhaltens des Lokomotionssystems anhand der erhaltenen Simulationsergebnisse dar. Abschließend wird das Verhalten des Simulationsmodells mit dem Verhalten des realen Systems verglichen und ein Ausblick auf zukünftig nötige Arbeiten geworfen.

Diese Diplomarbeit behandelt Magnetventilinjektoren des Dieseleinspritzsystems Common Rail. Die möglichen Fehlerquellen werden erklärt, analysiert und strukturiert dargestellt. Dabei wird zwischen den Injektorgenerationen mit druckbelasteten Kugelventil (Generation CRI 2-16 und früher) und denen mit druckausgeglichenen Schieberventil (Generation CRI 2-18 und später) unterschieden. Der wichtigste Neuerung beim Generationswechsel CRI 2-16 auf CRI 2-18 ist die geregelte Ankerhubeinstellung. Der Anzug der Magnetspannmutter wird durch Überwachung der Schließdauer geregelt. Der gesamte Prozess, seine Fehlerquellen und Möglichkeiten der Korrektur wurden beschrieben. Als Abschluss wurden zwei Anwendungsbeispiele beschrieben.

Eine erwünschte erhöhte Mobilität zukünftiger Robotersysteme erfordert in vielen Bereichen die Nutzung neuer, nicht konventioneller Fortbewegungsprinzipien. Ein aktuelles Thema ist die Untersuchung der amöboiden Fortbewegung. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit wurde ein apedales amöboides Lokomotionssystem betrachtet, dessen Fortbewegung durch eine konturvariable Struktur, bestehend aus kaskadiert angeordneten und in ihrer Länge veränderbaren Segmenten, ermöglicht wird. Mit Hilfe theoretischer Untersuchungen wurde die Fähigkeit zur Fortbewegung des Systems nachgewiesen. Mittels dieser Untersuchungen wurden weiterhin im Hinblick auf die Fortbewegung des Systems günstige Ansteuerungsstrategien ermittelt. Anschließend erfolgte der konstruktive Entwurf des Systems sowie der experimentelle Nachweis der Funktionsweise mittels eines Prototypen.

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.

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

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.

Zahlreiche Säugetiere - allen voran Mäuse und Ratten - können zusätzlich zu ihren auditiven und visuellen Fähigkeiten ihre Vibrissen verwenden, um sich in ihrer Umgebung zu orientieren. Die Tasthaare in der Schnauzenregion können sowohl zur passiven Reizwahrnehmung von äußeren Kräften (Wind, Berührung eines Gegenstandes), als auch zur aktiven Umgebungserkundung (Abtasten von Gegenständen und Oberflächen) verwendet werden. - Diese besondere Ausführung des Tastsinnes setzt den Grundstein für diese Arbeit. Der gesamte Reizleitungsapparat des biologischen Vorbilds wird mit einer Kombination aus schon entwickelten mechanischen Modellen nachgebildet. Bestehende Regelalgorithmen werden an dieses neue Modell angepasst, um sowohl die passive Reizwahrnehmung, als auch die aktive Umgebungserkundung des Vorbilds nachzubilden. - Numerische Simulationen mit diesem Modell zeigen, dass das entwickelte Modell eine gute Sensibilität vorweist. Es blendet Dauererregungen weitestgehend aus und zeigt eine ausgeprägte Reaktion auf plötzlich auftretende Störungen.

Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein am Fachgebiet Technische Mechanik der TU Ilmenau entwickeltes amöboides Lokomotionssystem auf Ferroelastomerbasis mit elektro-magnetischem Antrieb theoretisch untersucht. Zunächst wurde die amöboide Fortbewegung aus biologischer Sicht betrachtet. Es wurden die Grundlagen zur Anatomie von Einzellern, die sich amöboid fortbewegen, behandelt, anschließend wurden die zwei gängisten Theorien zum Prinzip der amöboiden Fortbewegung dargestellt. Aus den biologischen Erkenntnissen wurden mögliche Vorteile sich amöboid fortbewegender technischer Systeme abgeleitet. Prinzipielle technische Umsetzungsmöglichkeiten derartiger Systeme wurden vorgestellt. Anschließend erfolgte eine kurze Zusammenfassung zum Stand der Technik amöboider Bewegungssysteme. Nach einer kurzen Vorstellung des Lokomotionssystems erfolgten allgemeine Betrachtungen zur Modellbildung. Zur theoretischen Untersuchung des Bewegungsverhaltens des Systems wurde die FE-Methode angewendet. Die Erstellung der ANSYS®-Programmroutine, mit welcher das Bewegungsverhalten eines realitätsnahen, parametrisierten Modells des Lokomotionssystems transient dynamisch untersucht werden kann, bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Mit den anschließenden FE-Rechnungen konnte ein theoretischer Nachweis der Fortbewegung des Systems erfolgen. Es wurde gezeigt, dass mit der Antriebsfrequenz nicht nur die Fortbewegungsgeschwindigkeit, sondern auch deren Richtung beeinflußt werden kann (I); je nach Antriebsfrequenz eine Bewegung aus der Ruhelage heraus und eine anschließende Fortbewegung in zueinander entgegengesetzte Richtungen realisiert werden kann (II); große Fortbewegungsgeschwindigkeiten in einem eingeschränkten Frequenzbereich zu realisieren sind (III).

Lokomotionssysteme in Forschung und Technik werden gegenwärtig von starren Mehrkörpersystemen mit konstanter Massenverteilung in den Körpern dominiert. Eine Änderung der Relativlagen im System geschieht überwiegend durch Antriebe in den Koppelstellen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme für die Bewegung in ebenem Gelände entwickelt, die ein anderes Fortbewegungsprinzip nutzen. Die Lokomotion dieser Systeme basiert auf der Erzeugung interner periodischer Deformation als Antriebsprinzip und der Ausnutzung von nichts symmetrischer Reibung an den Kontaktstellen zwischen Roboter und Umgebung. Die Antriebskraft wird durch eine horizontal schwingende Masse aufgebracht. Um eine gerichtete (steuerbare) Bewegung in der Ebene zu erzeugen, muss die Reibungskraft zwischen Lokomotionssystem und Untergrund an mindestens zwei Kontaktstellen beeinflusst werden können. Dies geschieht durch eine aktive Veränderung der Normalkräfte, welche durch periodisch bewegte Massen realisiert wird. Zur Beschreibung eines solchen Systems wurden ein Massenpunktmodell und ein Mehrkörpersystemmodell entwickelt. Anschließend wurden mit diesen Modellen theoretische Untersuchungen durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass die Lokomotion durch Erregungsfrequenzen und Phasenverschiebungen zwischen den Ansteuerungsfunktionen der inneren Massen zweidimensional kontrolliert werden kann. Auf Basis des Mehrkörpersystemmodells wurde ein Prototyp entwickelt. Die experimentellen Untersuchungen bestätigten die Vorhersagen der theoretischen Betrachtungen. Mit dem Ziel der Verkleinerung und der Verwendung eines nichtklassischen Aktors wurde ein weiteres praktisches System verwirklicht.

Die Stereolithographie ist ein Teilbereich des Rapid Prototypings der ursprünglich für den schichtweisen Aufbau von Prototypen entwickelt wurde. Um die Grenzen dieses Verfahrens zu erweitern wird daran geforscht während des Fertigungsprozesses elektronische und mechanische Baugruppen einzubetten. Aufgrund von Schwindung und Quellung des genutzten Matrixmaterials, entstehen im Fertigungsprozess Eigenspannungen, die ohne eine angreifende äußere Kraft auftreten. Daher werden in Messungen das Volumenänderungsverhalten in verschiedenen Umgebungsmedien dokumentiert und die erlangten Daten zur Implementierung in eine FE-Software vorbereitet. Des Weiteren wird über dynamische Messungen mittels DMTS die Viskoelastizität des Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum ermittelt und ebenfalls zur Softwareimplementierung vorbereitet. Die Daten werden anschließend werden die experimentell ermittelten Daten in die FE-Software Abaqus implementiert und der Einsatz eingebetteter Strukturen unter erhöhten Umweltbedingungen simuliert. Dabei wird geklärt, ob das Material unter der Belastung der entstehenden Eigenspannungen versagt.

E-Assessments im natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich sind bislang selten im deutschen Universitätsalltag und werden vielerorts von Lehrenden abgelehnt. Diese Arbeit entwirft ein E-Assessment Werkzeug innerhalb einer E-Learning Umgebung, welches den speziellen Bedürfnissen dieser Fachgebiete gerecht wird. Dazu analysiert sie die Schwierigkeiten und speziellen Bedürfnisse, die das Fachgebiet Technische Mechanik als ein ingenieurwissenschaftliches Grundlagenfach, mit der Virtualisierung der Lehre verbindet. Daraus leitet sie ein Konzept für eine Lernumgebung ab, die diesen Schwierigkeiten effektiv begegnet. - Die aus dieser Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Umsetzung auf der Lernplattform der TU Ilmenau ein. Organisationsstruktur und Lehrkonzepte werden auf der Plattform abgebildet und es entstehen Beispiele und Anleitungen für alle Lehrenden des Fachgebiets. Diese versetzen das Fachgebiet in die Lage, alle Möglichkeiten, welche die Plattform bietet, effizient zu nutzen um die Einführung und Integration von virtueller Lehre voranzutreiben.

Um ein technisches System zu regeln, ist normalerweise die vollständige Kenntnis der Systemparameter notwendig. Mit Hilfe dieser Parameter lassen sich apriori Regelparameter einer Rückführung berechnen, die das System regeln können. Es kann aber, gerade bei biologischen Systemen, in der Regel nicht erwartet werden, dass die Systemparameter vollständig bekannt sind. Beispielhaft wurde hier das Tasthaar einer Katze betrachtet. Um ein Tasthaar auch bei dauerhafter Erregung, beispielsweise durch Wind, sensibel zu halten, muss die Katze in der Lage sein, das Tasthaar soweit zu versteifen, dass weiterhin Signale wahrgenommen werden können. Damit Systeme geregelt werden können, deren Parameter unbekannt sind, kann die adaptive Regelung genutzt werden. Bei der in dieser Arbeit verwendeten Art der adaptiven Regelung handelt es sich um eine Ausgangsrückführung mit einem Parameteradaptionsgesetz. Dies ermöglicht es dem System, sich selbstständig den jeweils notwendigen Verstärkungsfaktor zu generieren. Solche biologischen Regelungsprobleme wurden bereits in der Dissertation von Herrn Behn ausführlich untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit bildete die Grundlage für die hier vorliegende Diplomarbeit. Herr Behn bemerkte im Ausblick seiner Dissertation die Notwendigkeit des Entwurfs neuer Adaptionsgesetze, die es dem Verstärkungsfaktor ermöglichen, seinen hohen Wert zu verringern. Diese Aufgabe greift die vorliegende Arbeit auf und stellt somit eine Fortführung der Betrachtung von Adaptionsgesetzen aus der Dissertation dar. Es wurde zuerst eine ausführliche Literaturrecherche über in der Literatur verwendete Adaptionsgesetze durchgeführt. Dabei konnten viele verschiedene Gesetze gefunden werden. Der Großteil der Gesetze kann den Verstärkungsfaktor aber nur wachsen lassen. Wie jedoch festgestellt wurde, kann es zu Problemen kommen, wenn das System nicht in der Lage ist, den Verstärkungsfaktor gegebenenfalls wieder senken zu können. Bei Voruntersuchungen der Adaptionsgesetze konnte dabei festgestellt werden, dass die Variation der Rückführungsgesetze erheblichen Einfluss auf die Regelgeschwindigkeit ausübt. Um die Regelgeschwindigkeit zu erhöhen, wurden daher zuerst die Feedbackgesetze näher untersucht und optimiert. Außerdem wurde ein Vorverstärkungsfaktor betrachtet, der ebenfalls Einfluss auf die Geschwindigkeit nimmt. Für den Vorverstärkungsfaktor in den Simulationen wurde ein optimaler Wert gefunden. Die anschließenden Untersuchungen der Adaptionsgesetze aus der Literatur, die ein Fallen des Verstärkungsfaktors ermöglichten, zeigten, dass diese das System nur ungenügend regeln. Es trat in den meisten Fällen Sprungverhalten auf. Die Adaptionsgesetze aus der Literaturrecherche konnten daher nicht weiter verwendet werden. Auf Grundlage dieser Schwierigkeiten wurden die Adaptionsgesetze der Literaturrecherche modifiziert und neue Gesetze entwickelt. Es konnten dabei Gesetze gefunden werden, bei denen kein Sprungverhalten mehr auftrat. Diese Gesetze weisen in der Regel einen Doppelschlauch mit Lambda und Lambda minus Epsilon sowie eine Abfrage der Verweildauer auf. Die Adaptionsgesetze wurden dabei mit Hilfe der Simulationstools Matlab und Maple ausführlich simuliert. Um die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze nicht nur über Simulationen zu zeigen, wurde ein dem mechanischen Schwingungssystem äquivalenter elektrischer Schwingkreis aufgebaut und die Regelung der Adaptionsgesetze mit dem Schwingkreis vorgestellt. Dafür wurde eine Steuerung mit der Software LabVIEW erstellt. Mit Hilfe des elektrischen Schwingkreises konnte die Funktionalität der neuen Adaptionsgesetze gezeigt werden. Die Aufgabenstellung der Diplomarbeit wurde gelöst.

NKW Stoßdämpfer unterliegen bei Belastung durch Querkraft sporadisch auftretendem abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Einflussfaktoren, die zum Auftreten des Verschleißes führen. Eine weitere Aufgabe bestand darin, mögliche Lösungen zur Vermeidung des Verschleißes zu finden. Zur Erfüllung dieser Aufgaben wurden komplett montierte Stoßdämpfer mittels eines Prüfstandes in einem Verschleißversuch getestet. Untersuchte Bauteile waren Kolben, Zylinderrohr, Kolbenring und Kolbenstange des Dämpfers. An Kolbenringen, Kolben und Zylinderrohren wurden verschiedene harte und weiche Beschichtungen aufgebracht und im Versuch geprüft. Kolben und Kolbenringe wurden konstruktiv verändert und hinsichtlich des Einflusses dieser Änderungen experimentell untersucht. Die Kolbenstangen wurden hinsichtlich ihres elastischen Verhaltens während der Versuche beurteilt und durch Berechnungen untersucht. Im Ergebnis dieser Arbeit wurden mögliche Ursachen für das Auftreten von abrasivem Verschleiß an der Laufpaarung Kolben/Zylinderrohr gezeigt. Ebenfalls liegen günstige Lösungsansätze zur Vermeidung des Verschleißes vor, die in weiteren Untersuchungen, zum Beispiel Schlechtwegerprobungen, auf ihre endgültige Tauglichkeit hin geprüft werden müssen.

Diese Diplomarbeit beinhaltet eine aktuelle Forschungsrecherche auf dem Gebiet der "worm-like motion systems". In dieser Arbeit wird die Entwicklung von Steuer- und Regelalgorithmen der Wirkelemente eines apedalen Lokomotionssystems beschrieben. Ebenso wird die Integration eines geeigneten Sensorsystems sowie der Entwurf und Aufbau der zugehörigen Elektronik dargestellt. - Die Bewegungssteuerung des Prototyps erfolgt über eine veränderliche innere Massenverteilung. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Modellbildung der Regelstrecken sowie der Simulation der Regelungen. Praktisch erfolgt die Implementierung der Regelalgorithmen auf einem Mikrocontroller und die Integration der zugehörigen Elektronik in das Gesamtsystem. - Zusätzlich werden neuartige Funktionsprinzipien für Bewegungssysteme basierend auf der Steuerung innerer Massen aufgezeigt.

Im Rahmen dieser Arbeit war das Schwingverhalten von Maschinen in Abhängigkeit von den Aufstellungsbedingungen zu untersuchen. Als wesentliche Aufstellungsbedingungen sind dabei die Aufstellelemente (z.B. Maschinenfüße) und der Aufstellungsort zu betrachten. Zunächst erfolgten grundlegende Betrachtungen von Maschinen- und Gebäudeschwingungen mit den entsprechenden Einflussparametern. Anschließend wurden für eine Materialprüfmaschine und einen Schwingerreger Mehrkörpersystem - Modelle (MKS) erstellt. Dabei wurden neben Gelenken und starren Körpern auch vordefinierte räumliche Gelenkbalken verwendet. Diese Modelle wurden um Elemente der Aufstellungsbedingungen erweitert, wobei als Aufstellungsort ein Fundamentblock angenommen wurde. Die Erstellung dieser Modelle und die Simulation erfolgten mit der Simulationssoftware alaska 5.0. Durch Variation der Aufstellungsparameter konnten die Eigenfrequenzen des Gesamtsystems aus Maschine und Aufstellung verschoben und unterschiedliche Schwingungsdämpfungen erzielt werden. - Um die Qualität der Simulationsergebnisse abschätzen zu können, wurden an einer der simulierten Maschinen Schwingungsmessungen bei verschiedenen Aufstellungsvariationen durchgeführt und Vergleiche zwischen den Simulations- und Messergebnissen gezogen. - Bei den Betrachtungen wurde eine Beschränkung auf Schwingungen in Vertikalrichtung vorgenommen. - Im Ergebnis dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass durch günstige Wahl der Aufstellelemente die besseren Schwingungsdämpfungen in niedrigen Frequenzbereichen erzielt werden konnten. Wird eine Erhöhung der Eigenfrequenzen des Gesamtsystems angestrebt, so kann durch den Aufstellungsort eine Versteifung des Gesamtsystems erreicht werden. Der Vergleich von Simulations- und Messergebnissen zeigte, dass die Modelle eine hinreichende Nachbildung der Realität darstellten und es somit zuließen Aussagen über das wahrscheinliche Schwingungsverhalten bei veränderten Aufstellungsbedingungen zu treffen.

Forschungsgegenstand dieser Arbeit ist die Abbildung einer concertina motion mittels der Methode der Finiten Elemente. In experimentellen Vorarbeiten wurde hierzu das Verhalten einer zylinderförmigen, wurmartigen Struktur aus einem Ferrofluid, umgeben von einer silikonartigen Hülle untersucht. Diese Struktur befindet sich in einem Kanal, ober- und unterhalb des Kanals sind äquidistant Spulen angebracht. Durch gezielte Ansteuerung der Spulen bewegt sich die Struktur analog einer concertina motion. Die Kraftwirkung auf den Wurm ist bereits in weiteren Arbeiten sowohl mittels FEM, als auch durch analytische Gleichungen untersucht worden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlage für die in der Simulation eingesetzten Kraftdaten. Das entwickelte FEM-Modell zeigt nur eine geringe Abweichung zu den experimentellen Daten. Die Bewegung der Struktur lässt sich hierbei als lineare Funktion, überlagert von einer sinusförmigen Welle beschreiben. Neben der Modellerstellung wurde auch in einer Parameterstudie die Abhängigkeit der Bewegungsfunktion von Parametern wie Wurmdurchmesser, Kanaldurchmesser, Reibwert zwischen Wurm und Wandung sowie der Wurmsteifigkeit untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Wurmes exponentiell von der Reibung zwischen Wurmgeometrie und Kanalwandung abhängt.

Ferrofluide sind Suspensionen von ferromagnetischen Partikeln in Trägerflüssigkeiten mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 nm. Aus diesem Grund besitzen Ferrofluide paramagnetische und rheologische Eigenschaften. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes reagiert die Flüssigkeit mit starken Form- und Lageänderungen. Die aktuelle Forschung beschäftigt sich damit Ferrofluide für lokomotive Aufgaben einzusetzen. Diese Arbeit befasst sich vorwiegend experimentell mit der Erzeugung und Bestimmung der Kraft pro Fläche (Druck), die vom Ferrofluid unter Einfluss eines Magneten erzeugt wird. Die vertikal wirkende Druckkomponente hat im Rahmen der geplanten Lokomotionsaufgabe die Funktion den Körper an der Ferrofluidoberfläche zu halten. Die horizontal wirkende Druckkomponente stellt die für den Vortrieb nötige Kraft zur Verfügung. Ziel ist die zweidimensionale Fortbewegung nichtmagnetischer Körper. In Hinblick auf die Zielstellung wurden anhand von statischen Messungen allgemein gültige Einflussfaktoren der vertikal wirksamen Druckkomponente und anschließend mittels dynamischer Messungen die vertikal und horizontal wirkenden Druckkomponenten untersucht. Es zeigte sich, dass der vertikale Ferrofluiddruck, von der Anregungsstärke der Elektromagneten, vom Abstand zum Magneten, von der Position innerhalb des Versuchsbeckens und von der Anzahl der gleichzeitig aktivierten Elektromagneten abhängig ist. Der maximal erzielbare vertikale Druck liegt im Bereich von 1000 bis 6000 Pa und ist damit verhältnismäßig gering. Das macht die Anwendung nur für sehr leichte Körper geeignet. Als Problemstellung zeigt sich, dass der Druckunterschied zwischen einer Position über einem Magneten und einer Position zwischen zwei Magneten gravierend ist. Dieses Phänomen ist umso stärker, je höher die magnetische Feldstärke ist. In einer Möglichkeitsstudie zur lokalen Druckerhöhung, wurde nachgewiesen, dass ein kombinierter Einsatz von Permanent- und Elektromagneten in Abhängigkeit von der Polarisation zwischen den Magnettypen und den Magnetpositionen räumlich eng begrenzt hohe Drucksteigerungen oder so genannte Druckkorridore zwischen Magnetpositionen erzielen kann. Im dynamischen Zustand können vertikal und horizontal wirkende Druckverteilungen in Abhängigkeit von den verwandten Anregungsspannungssignalen (trapez- oder rechteckförmig) der Elektromagnete und bei hinreichend kurzer Verzugszeit zwischen den Einzelspulenanregungen realisiert werden, die gleichmäßigen oder schubweise durchgehenden Transport ermöglichen. Für beide Druckkomponenten besteht eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich die Ferrofluidwelle fortsetzt. Der vertikale Trag- oder Hubdruck ist um ein Zehnfaches höher als der horizontale Schubdruck.

Eine Simulation, die auf der Monte-Carlo-Methode basiert, erlaubt es Unsicherheiten in einem mathematischen Modell zu berücksichtigen. Dies wird erreicht, indem die Eingabeparameter zufällig variiert und dutzende bis hunderte von deterministischen Analysen durchgeführt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass durch eine stochastische Simulation ein besseres Verständnis des Verhaltens von Raumfahrtstrukturen gewonnen werden kann. Dies wurde für das Strukturmodell eines Weltraumteleskops bewiesen. Die Simulation gibt die Hauptsensitivität der echten Struktur wieder. Für ein vergleichbares Teleskop weist die Simulation auf die Stellen hin, an denen eine Überarbeitung der Konstruktion zu einer Verbesserung führen kann. Es wurden die Softwarepakete Nastran und MSC.Robust Design eingesetzt. Es werden praktische Hinweise zur Vorbereitung eines Strukturmodells für eine stochastische Simulation gegeben. - Es wurde ein einfaches Modell gestestet um die Eigenschaften der Methode "Stochastic Design Improvement" (SDI) zu ermitteln. Anders als eine Optimierung berücksichtigt das SDI Unsicherheiten. Daher wird für jede Iteration eine ganze Wolke von Stichproben erzeugt. Diese Wolke wird zu einem Ziel hinbewegt, welches das gewünschte Verhalten wiedergibt. SDI zielt nicht auf die Erzeugung eines Optimums, sondern einer Gruppe von akzeptablen Lösungen hin. Die robuste Lösung muss hinterher identifiziert werden. Wo ein optimaler Entwurf die Ressourcen erschöpft, kann ein robuster Entwurf Unsicherheiten aufnehmen. - Der größte Vorteil der Monte-Carlo-Methode ist ihre einfache Idee, dieselbe Aufgabe etliche Male zu wiederholen. Dies erlaubt es, mehr Zeit für die Auswertung der Ergebnisse zu verwenden als für das Einstellen der Parameter eines komplizierten mathematischen Algorithmus. Da die Methode auf Zufälligkeit beruht, hat sie sich als wenig fehleranfällig erwiesen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie auf verschiedene Aufgabestellungen der Ingenieurtätigkeit angewandt werden kann. Der Rechenaufwand ist akzeptabel, wenn die Berechnungen außerhalb von Bürozeiten durchgeführt werden. Die Nutzung der innewohnenden Parallelität der Methode wird nicht durch die zur Verfügung stehende Rechenleistung, sondern durch die Anzahl der Rechenlizenzen begrenzt. Letztendlich erlaubt eine stochastische Simulation, das Potential eines bereits vorhandenen Modells voll auszuschöpfen.