Development of an approach for modelling ball bearings by means of finite-element-method. - 122 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
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.
Formfindung ausgewählter vorgespannter Strukturen mittels der FE Methode nach der geometrisch nichtlinearen Theorie unter Berücksichtigung verschiedener numerischer Lösungsverfahren. - 113 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Masterarbeit behandelt die Formfindung vorgespannter, nachgiebiger Strukturen mit Hilfe der Finite Elemente Methode unter Verwendung der geometrisch nichtlinearen Theorie. Dafür werden die notwendigen Grundlagen zur numerischen Mathematik zusammengefasst und die Gleichungssysteme für geometrisch nichtlineare Fachwerke hergeleitet. Anschließend werden verschiedene Lösungsverfahren an nicht vorgespannten Strukturen erprobt und an ausgewählten Tensegritätsstrukturen angewendet. Zu diesem Zweck werden verschiedene Programme mit dem numerischen Berechnungsprogramm MATLAB entwickelt und erläutert. Die Ergebnisse werden mit der FEM-Software ANSYS verifiziert.
Auslegung eines Kohlefaser-Monocoques für einen Formula SAE Rennwagen. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Untersuchung kompakter Anfahrkupplungen mit integriertem Elektromotor. - 75 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Eine angestrebte verbesserte Energieeffizienz zukünftiger Kraftfahrzeuge erfordert die Nutzung neuer Antriebsstrategien. Die Entwicklung von Elektrohybridkonzepten ist ein aktuelles Forschungsthema. Im Rahmen der Masterarbeit wurde das Kraftstoffsparpotential eines kompakten Elektromotors im Antriebsstrang eines Personenkraftwagens in Matlab/Simulink untersucht. Es erfolgte die Modellierung der dazu benötigten Elektromotoren und deren Integration in ein vorgegebenes Gesamtfahrzeugmodell. In verschiedenen Simulationsreihen wurde eine optimierte Steuerung für die einzelnen Hybridfunktionen entwickelt. Ein Vergleich der Hybrid-Verbrauchswerte mit dem Verbrauch des Referenzfahrzeugmodells ohne Hybridantrieb wurde erbracht. Anschließend wurden konstruktive Entwurfsideen zur abkoppelbaren mechanischen Anbindung des Verbrennungsmotors aufgezeigt.
Auslegung und Konstruktion einer Dauerschwingprüfmaschine. - 33 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Entwurf eines Monocoques aus Faserverbundwerkstoffen für einen Formula SAE Rennwagen. - 90 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Die vorliegende Master-Arbeit befasst sich mit der Auslegung eines CFK-Monocoques für einen elektrisch betriebenen Formula SAE Rennwagen. Der Wunsch nach Leichtbau bei gleichzeitig höherer Torsionssteifigkeit des Rahmens setzt hohe Anforderungen an das verwendete Material und Bauweisen. Hierzu wurden zunächst grundlegende Zusammenhänge in einer Literaturrecherche zusammengetragen und so ein Allgemeinverständnis zur Auswahl von geeigneten Materialen und Halbzeugen aufgebaut. Danach wurde mittels numerischer Simulationsmethoden eine Belastungsermittlung durchgeführt. Hierzu entstand ein Simulationsmodell in Ansys Workbench, welches das Fahrwerk, die Überrollbügel, den Heckrahmen und das Monocoque enthält. Anschließend erfolgte die Auslegung mit Schwerpunkt der Bestimmung der Faserorientierung in Ansys Composite PrepPost. Ein Prototyp des im Rahmen der Arbeit entworfenen Monocoques wurde durch das Team StarCraft e.V. gefertigt.
Industrierobotereinsatz im Sonderanlagenbau - Erarbeitung eines Leitfadens zur Unterstützung der applikationsspezifischen Auswahl. - V, 49 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Konstruktion eines UL-Assistenzarms. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Neben der Mobilität von Robotersystemen spielt der Leichtbau zukünftiger Systeme eine immer größere Rolle. Ausgehend von dem biologischen Vorbild, dem menschlichen Arm, wurde im Rahmen der Masterarbeit ein Ultraleicht-Assistenzarm ausgelegt und konstruiert. Auf Grund des biologischen Vorbildes wurden spezielle Anforderungen an das System gestellt. Dazu gehören unter anderem die Forderung nach einer hohen Nachgiebigkeit und einem Freiheitsgrad von fünf. Es wurden weitere Systemeigenschaften realisiert, wie zum Beispiel eine mechanische Gewichtskraftkompensation. Nach der Konstruktion erfolgte eine Analyse des Arbeitsraums sowie des Bewegungsbereiches des Roboterarms.
Entwurf eines UL-Roboterarms. - 125 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Beiträge zur Theorie der Balkenschwingungen mit Anwendungen in der biologisch inspirierten Robotik/Sensorik. - 178 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Viele Säugetiere, insbesondere nachtaktive oder in dunkleren Umgebungen lebende Tiere, verfügen in Ergänzung ihres Seh-, Tast-, und Hörsinns über das komplexe Zusatzsinnesorgan der Vibrisse. Dieses, auch als erweiterter Tastsinn beschriebene Sinnesorgan, ermöglicht es den Tieren, Reize (z. B. Windstöße, Wirbelstraßen und Berührungen) passiv wahrzunehmen. Einzelne Tiere, wie etwa Ratten, sind darüberhinaus in der Lage, ihre Tasthaare aktiv einzusetzen, um genaue Informationen über Oberflächen und Objektformen ihrer direkten Umgebung zu gewinnen. - Neben der neuronalen Verarbeitung der Reize sind die mechanischen, insbesondere die dynamischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung für die Funktion der Vibrisse. Die Kenntnis dieser Eigenschaften ist sowohl für ein genaues Verständnis der Funktionsweise, als auch für eine erfolgreiche technische Umsetzung des biologischen Vorbilds im Sinne der Bionik Grundvoraussetzung. Dazu leistet diese Arbeit einen Beitrag, in dem sie die relevanten mechanischen Grundlagen zusammenstellt, analysiert und hinsichtlich der Bedeutung für das biologische Vorbild interpretiert. - Ausgehend von einem möglichst allgemeinen, aber nicht über das biologische Vorbild hinausgehenden Ausgangspunkt, werden die Schwingungsdifferenzialgleichungen für Biegeschwingungen von Balken großer Auslenkung bei klein bleibender Verformung unter Berücksichtigung von Schubverfomung, Rotationsträgheit sowie Längskraft hergeleitet. Aus diesen lassen sich die linearen Schwingungsdifferenzialgleichungen für kleine Auslenkungen des Euler-Bernoulli-Balkenmodells gewinnen, welche die Grundlage für die Betrachtungen dieser Arbeit bilden. Im Anschluss werden zunächst Biegeschwingungen von Balken unter Axiallast näher untersucht, da diese möglicherweise für eine technische Umsetzung von Bedeutung sein könnten. Daran anschließend wird der Fall eines einseitig eingespannten Balkens mit konisch verjüngendem Ringquerschnitt, ähnlich der Vibrisse, diskutiert. Zur Untersuchung der Bedeutung der viskoelastischen Lagerung des Haares, von der man annimmt, dass die Tiere diese aktiv beeinflussen, wird abschließend ein einfaches Vibrissenmodell betrachtet und ausführlich analysiert. Die Besonderheit der mathematischen Behandlung liegt dabei in der Berücksichtigung der Randdämpfung. - Die Übertragung der aufgezeigten theoretischen Zusammenhänge auf die Vibrisse bestätigen, dass die konische Form des Vibrissenhaares von entscheidender Bedeutung für das aktive Erkunden der Umgebung ist. Darüberhinaus kann ein Lagerarbeitspunkt festgestellt werden, welcher für eine mögliche technische Umsetzung von Vorteil ist.