Optimierung eines FE-Modells des Komfort-Feder-Dämpfers in Abaqus und Weiterentwicklung eines MKS-Modells für die Gesamtfahrzeugsimulation. - 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
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.
Systemstudie zur Integrationsmöglichkeit eines Selbstladesystems in ein bestehendes Repetiersystem von Merkel. - 153 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2013
Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung der Gasdruckverläufe verschiedener Kaliber bei gleichbleibender Gasabnahmestelle. Diese Untersuchungen fanden in Zusammenarbeit mit dem Landesamt für Mess- und Eichwesen (LMET) statt. Dazu wurden Messläufe konstruiert, gefertigt und mittels Piezodrucksensoren untersucht. Diese Ergebnisse finden ihre Anwendung in der Praxis bei der Produktion von Gasdruckladern. Zu Beginn der Arbeit wurden verschiedene theoretische Ansätze für die Berechnung des Gasdruckes erläutert. Es erfolgte ein Vergleich der berechneten Ergebnisse mit den gemessenen Werten. Weiter wurde das mechanische System betrachtet und berechnet. Auf der Grundlage eines bestehenden Repetiersystems folgte eine Studie zur Integrierbarkeit eines Selbstlademechanismus. Es entstand ein Konstruktionsvorschlag. Anschließend erfolgte eine FEM Berechnung der systemrelevanten Bauteile.
Beiträge zur approximativen Berechnung des Eigenkreisfrequenz-Spektrums biegeschwingender, abgesetzter Balken mit Dämpfung. - 41 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
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.
Entwicklung und Konstruktion eines Moduls für Mobilitätsunterstützungssysteme zur Überwindung von Hindernissen und Treppen in der Nahfeldumgebung des Menschen. - 96 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion von Modulen zur Erweiterung der Funktionalität von Mobilitätshilfen hinsichtlich der Überwindung von Hindernissen und Treppen. Diese Module können an gängige Mobilitätshilfen angebracht werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Nahfeldumgebung des Menschen. Die Arbeit umfasst die Betrachtung des Standes der Technik, sowie eine Patentrecherche zu Mobilitätsunterstützungssystemen und Treppensteigsystemen für Rollstühle und Lastentransportsysteme. Für das Besteigen von Treppen ist eine zusätzliche Energiequelle notwendig. Da diese Energie möglichst mechanisch gespeichert werden soll, ist die Betrachtung und Erarbeitung von Möglichkeiten der mechanischen Energiespeicherung ein wesentlicher Kernpunkt dieser Arbeit. Unterschiedliche Varianten zur Überwindung von Hindernissen und Treppen sind mithilfe des Konstruktiven Entwicklungsprozesses (KEP) erarbeitet und bewertet worden. Die konstruktive Umsetzung, Beschreibung und die zugehörigen technischen Dokumente der ausgewählten Variante, welche aus einem separaten Modul zur Hindernis- und einem zur Überwindung von Treppen besteht, sind in dieser Arbeit enthalten.
Finite Element Berechnung des DISCAGE®-Sprühsystems. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
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.
Modellbildung und FEM-Simulation von DIchtungssystemen an Automobilscheinwerfern. - 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und FEM-Simulation von verschraubten Dichtsystemen an Automobilscheinwerfern. Im Zuge der Arbeit werden allgemein anwendbare Ersatzmodelle für Profildichtungen entwickelt. Die FE-Ersatzmodelle besitzen unterschiedliche Abstraktionsgrade hinsichtlich einer Übertragung der auftretenden Verpressungskräfte. Als Grundlage dienen experimentelle Untersuchungen an verbauten Profildichtungen. Für die Scheinwerferentwicklung der Firma HELLA wird ein FE-Modell bereitgestellt, das die Auslegung von verschraubten Dichtsystemen unterstützt und dabei eine entwicklungsbegleitende Funktionsprüfung abbildet. Der Einfluss einer Materialänderung, Änderung von Position oder Anzahl der Schraubverbindungen, Verstärkung oder Verrippung an den verwendeten Kunststoffbauteilen, kann mit Hilfe des entwickelten FE-Modells bewertet werden. Durchgeführte exemplarische Referenzmessungen zeigen die Anwendbarkeit des FE-Modells.
Entwicklung eines Kettenantriebs für eine mobile Indoor-Roboterplattform zur Fortbewegung auf unterschiedlichen Bodenbelägen. - 62 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
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.
Regelbare Reibbremse mit Piezoaktor. - 160 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dem Bestreben leichtere und günstigere Elektromotoren einsetzen zu können, wird der Wirkungsgrad eines Schneckengetriebes im Fensterhebermotor erhöht. Dies führt allerdings dazu, dass dessen Selbsthemmung entfällt. Ziel der folgenden wissenschaftlichen Arbeit ist es daher, alternative Lösungsprinzipien zur Selbsthemmung von Fensterhebermotoren zu entwickeln. Zudem wird der Einsatz eines Piezoaktors zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der Hemmung geprüft. Der Stand der Technik von Selbsthemmungskonzepten sowie der Piezotechnologie wurden aufgezeigt und sechs prinzipielle Lösungen mit neun Untervarianten erarbeitet und bewertet. Aus den Lösungsvarianten wurde das Konzept der Reibhülse ausgewählt, das funktionale Verhalten mit Hilfe der Modellbildung untersucht und auf Plausibilität geprüft. Es konnte aufgezeigt werden, welche Kontaktkraft die Reibhülse, bei vorgegebenem antriebsseitigem Stellweg, auf eine Welle erzeugen kann. Des Weiteren wird das Verhältnis von antrieb- zu abtriebsseitigem Stellweg, im Fall des Spreizens der Reibhülse, ermittelt. Ausgehend von der durchgeführten Sensitivitätsanalyse, die in Zusammenarbeit mit der FEM-Simulation eine optimierte Designkonfiguration der Reibhülse liefert, wurde ein Prototyp gefertigt, welcher im Demonstrator zum Einsatz kam und erfolgreich getestet wurde. An Hand der Simulationsergebnisse wurde festgestellt, dass ein Piezoaktor die Anforderungen bzgl. Stellweg und Blockierkraft erfüllt, jedoch nach derzeitigem Stand nicht favorisiert wird.
Untersuchung und Simulation der Schwingungen eines Maschinenfundaments bei Präzisionsmaschinen. - 54 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
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.
Modellbildung, Simulation und experimentelle Untersuchungen vibrationsgetriebener mobiler Inspektionsroboter. - 82 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
In dieser Bachelorarbeit wird die vibrationsgetriebene Lokomotion mit einer senkrecht zur Bewegungsrichtung oszillierenden, inneren Masse untersucht. Die zur Fortbewegung nötige Unsymmetrie im Bewegungsverlauf wird dabei über eine Vielzahl angewinkelter Borsten erreicht, 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 dabei auf den Einflüssen verschiedener Kontaktgeometrien auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Roboters. Zur Untersuchung der Zusammenhänge werden analytische Modellierungen des Systems entwickelt und deren numerische Lösungen mit experimentellen Untersuchungen verglichen. Für die experimentellen Untersuchungen werden die Geschwindigkeiten unterschiedlicher Kontaktgeometrien über variierende Anregungsfrequenzen gemessen. Zusätzlich wird anhand von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen der Bewegungsverlauf realer Systeme mit den Simulationsergebnissen verglichen. Dabei kann gezeigt werden, dass die theoretischen Annahmen zum Bewegungsverhalten mit dem realen System übereinstimmen. Im Vergleich der numerischen Parameterstudien mit den gemessenen Geschwindigkeiten zeigt sich, dass das analytische Modell die Abhängigkeiten des realen Systems mit Einschränkungen wiedergeben kann.