Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2024
In dieser Arbeit werden neue Versuchsanordnungen für die Planck-Waage erötert, welche auf eine Reduktion der Masse, Steigerung der Stabilität und Sicherung der Funktionalität abzielen. Unter Beibehaltung grundlegender Komponenten wurden diese teils modifiziert oder durch neue ersetzt. Besondere Aufmerksamkeit galt der Wahl des optimalen Messprinzips, basierend auf einer sorgfältigen Abwägung zwischen Messgenauigkeit, Stabilität und Konstruktionskomplexität. Die Arbeit umfasst detaillierte Beschreibungen der Konstruktions- und Simulationsprozesse. Erstellte CAD-Modelle bildeten die Basis für statische und dynamische Analysen, die zur Beurteilung von Stabilität, Spannungsverteilung und Schwingungsanfälligkeit der Konstruktionen dienten. Ein weiterer Abschnitt befasste sich mit den magnetischen Streufeldern der Tauchspulenaktoren. Experimente mit einem älteren Wägezellenmodell und einem Teslameter sollen zeigen, wie die magnetische Flussdichte vom Aktor abhängt. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für das Design effektiver Abschirmmaßnahmen in der endgültigen Konstruktion. Abschließend soll die Biegung der Haltestreben der Tauchspulenaktoren, eine weitere Hürde des bisherigen Versuchsaufbaus, analysiert werden. Erste Voruntersuchungen für eine Verbesserung bilden die Grundlage für eine neue verbesserte Version. Die Arbeit legt einen soliden Grundstein für den neuen Versuchsaufbau und identifiziert wesentliche Schritte zur finalisierten Anpassung, benötigter Abschirmmaßnahmen gegen Streufelder und der Halterung des externen Tauchspulenaktors.
Baugruppe zur Erzeugung definierter mechanischer Impulse. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Zur Untersuchung der Relativbewegungen zwischen dem Tastsystem und Messtisch der Nanopositionier- und Messmaschine 200 soll die Impulsantwort auf einen definierten mechanischen Impuls ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird in dieser Arbeit eine Baugruppe zur Erzeugung von definierten, reproduzierbaren, mechanischen Impulsen entwickelt und konstruktiv umgesetzt. Nach der Erläuterung der Anforderungen an die Baugruppe werden geeignete technische Prinzipe entwickelt und analysiert. Auf Basis dieser Betrachtung wird ein Tauchspulenaktor dimensioniert und eine geeignete Sensorik zur Positionsbestimmung gewählt. Nach der Evaluation des Prototyps wird eine Baugruppe mit aktiver Reaktionskraftkompensation konstruiert und gefertigt. Die Untersuchung ihrer Funktion zeigt, dass der erzeugte Impuls in seiner Stärke und Form reproduzierbar ist, jedoch weitere Optimierungen der Baugruppe notwendig sind, um die Reaktionskräfte zuverlässig und vollständig kompensieren zu können, sodass eine genaue Messung der Impulsantwort gewährleistet werden kann.
Integration eines elektromagnetischen Identifikationsverfahrens für Motorparameter in einen bestehenden Prüfaufbau. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Die Entwicklung mechatronischer Antriebssysteme mit elektronisch kommutierten Motoren ist ein komplexer Vorgang. Für die Modellierung und Steuerung elektrischer Maschinen ist es essenziell, die nötigen Motorparameter mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Außerdem müssen Identifikationsverfahren möglichst schnell ablaufen, um Entwicklungsvorgänge nicht zu behindern. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Identifikationsverfahren basierend auf einem bestehenden Motorprüfstand ausgewählt und integriert. Dazu wird eine Anforderungsliste erstellt und verschiedene Identifikationsverfahren verglichen. Die Besonderheit der hier beschriebenen Umsetzung ist, dass sie unter Zuhilfenahme von TwinCAT und Python vollautomatisiert abläuft und es nur weniger Eingangsparameter bedarf. Der Funktionsnachweis der realisierten Lösung erfolgt anhand einer permanenterregten Synchronmaschine mit dem Ziel, die identifizierten Parameter in der Steuerung des Motors zu verwenden. Im Vergleich zu der manuellen Durchführung des Verfahrens, werden für die vollständige Identifikation einer elektrischen Maschine statt Tagen nur noch Minuten benötigt.
Charakterisierung interferenzoptischer Stehende-Welle-Sensoren. - Ilmenau. - 47 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Interferometrische Verfahren haben sich in der modernen Hochpräzisions-messtechnik zur ersten Wahl entwickelt. Um der steigenden Nachfrage nach kleineren Sensoren und niedrigeren kostengerecht zu werden, hat das IPMS ein Interferometerkonzept entwickelt, das auf dem optischen Stehwelleneffekt basiert und kleinere Interferometergrößen ermöglicht. Um dieses Konzept zu realisieren, hat das IPMS in Zusammenarbeit mit dem CiS Erfurt ultradünne, transparente, photoempfindliche Sensoren entwickelt. Um die Eignung dieser Sensoren zu beurteilen, ist es nun notwendig, ihre optischen und elektrischen Parameter zu charakterisieren. In dieser Arbeit wurden die elektrischen, optischen und photoelektrischen Eigenschaften von 74 dieser neuen Sensoren experimentell gemessen.
Charakterisierung eines Prüfstands für Anlegethermometer. - Ilmenau. - 58 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Charakterisierung eines Prüfstands für Rohranlegethermometer. Im Fokus dieser Charakterisierung steht das Messunsicherheitsbudget der gemessenen Mediumstemperatur, die für den aussagekräftigen Einsatz des Prüfstandes unumgänglich ist. Die dafür durchgeführten Messungen und Kalibrierungen werden erläutert und ausgewertet, bevor die einzelnen Unsicherheitsbeiträge gemeinsam verrechnet werden. Außerdem wird das charakteristische Verhalten des Prüfstandes gerade im Bezug auf Stabilisierungs- und Messzeiten in Abhängigkeit der verschiedenen Prüfparameter dokumentiert.
Messtechnische Untersuchung redundanter Temperaturmesssysteme im Temperaturbereich von -40˚C bis +140˚C. - Ilmenau. - 128 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Der Einsatz redundanter Temperaturmesssysteme erlaubt es, die Betriebssicherheit von Sensorsystemen deutlich zu erhöhen. Solche Systeme bestehen aus mindestens zwei Sensoren gleicher oder unterschiedlicher Technologie bzw. Kennlinie. Im Rahmen dieser Arbeit werden diversitär aufgebaute, redundante Temperaturmesssysteme untersucht. Diese bestehen aus einer vom CiS Forschungsinstitut optimierten Halbleiterdiode sowie einem industriell gefertigten Platin-Widerstandsthermometer (Pt1000). Konkret soll die Fragestellung beantwortet werden, inwieweit die Halbleiterdioden für den Einsatz in Redundanzsystemen geeignet sind. Zu diesem Zwecke wurden die jeweiligen Sensorelemente zunächst getrennt voneinander in einem Temperaturbereich von −40 ˚C bis +140 ˚C untersucht. Aus den Messungen ließ sich schlussfolgern, dass der optimale Betriebsbereich der Dioden zwischen 100 μA und 300 μA liegt. Außerdem entsprechen die untersuchten Pt1000 der vom Hersteller garantierten Genauigkeitsklasse A. Bei der Untersuchung der Redundanzsysteme konnte nachgewiesen werden, dass die Dioden des Typs W-DO303 bei 100 μA über den untersuchten Temperaturbereich eine maximale Abweichung von ±0,41 K von der Solltemperatur aufweisen. Die Dioden des Typs D5_07 hingegen eignen sich nur bedingt für den Einsatz in Redundanzsystemen, da diese nur bei 300 μA und 500 μA für weite Teile des untersuchten Temperaturbereiches Abweichungen kleiner ±0,6 K aufweisen. Im Vergleich zu den Platin-Widerstandsthermometern entspricht die Grenzabweichung der Dioden beider Typen mindestens der Genauigkeitsklasse C. Im Hinblick auf die Ergebnisse ist zu sagen, dass sich die untersuchten Halbleiterdioden des CiS Forschungsinstituts unter den oben genannten Randbedingungen für den Einsatz in Redundanzsystemen eignen. Hierbei ist den Dioden des Typs W-DO303 unter Berücksichtigung der Eigenerwärmung sowie Genauigkeit der Vorzug zu geben.
Prozessentwicklung und Untersuchung eines Lacksystems zur Realisierung des 2-Photonen-Laserschreibers zur Nanofabrikation. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Für die präzisere Realisierung von Mikrostrukturen beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung und Umsetzung eines neuen Prozessplans für ein Lacksystem der Laserlithographie. Maßgebend definiert sich dieser Prozess durch die Verwendung eines Femtosekundenlasers und der Nanopositionier- und Nanomessmaschine, die das Prinzip der Zwei-Photonen-Polymerisation realisiert. Die Prozessparameter werden anhand bestehender Ergebnisse evaluiert. Erste experimentelle Ergebisse der Linienbreiten-Minimierung werden dargelegt.
Analyse des Betriebsverhaltens von Außenzahnradpumpen durch Zahnkammerdruckmessung. - Ilmenau. - 59 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Ziel dieser Arbeit ist es, einen Versuchsaufbau zur Messung des Kammerdruckverlaufs von Außenzahnradpumpen zu entwickeln und mit Hilfe erster Messungen Rückschlüsse auf das Betriebsverhalten von Außenzahnradpumpen zu ziehen. Um dies zu erreichen, werden geeignete Konzepte erarbeitet und diese anhand definierter Anforderungen miteinander verglichen. Für die zwei vielversprechendsten Lösungsansätze werden Messungen durchgeführt und deren Ergebnisse vorgestellt. Dabei werden die im Druckverlauf erkennbaren Prozesse und Effekte detailliert beschrieben und der Einfluss der Betriebsparameter Druck, Drehzahl und Temperatur auf den Kammerdruckverlauf untersucht. Zudem erfolgt ein Vergleich zwischen den Ergebnissen der verwendeten Messaufbauten, um herauszuarbeiten, welche Variante für zukünftige Untersuchungen am besten geeignet ist. Die gewonnenen Erkenntnisse werden mit dem hydraulischen und akustischen Verhalten der Pumpe in Zusammenhang gebracht. Abschließend wird ein Ausblick über mögliche Optimierungspotentiale geschaffen.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung und Optimierung eines Prüfstands für Rohranlegethermometer. Rohranlegethermometer werden an Rohren montiert um die Temperatur eines Mediums im Inneren eines Rohres zu bestimmen. Der Prüfstand, der die Prozessmedien Wasser und Sattdampf verwendet dient der Bestimmung der Genauigkeit dieser Thermometer. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Dampfkreislauf des Prüfstands. Die Bestimmung der Genauigkeit der geprüften Anlegethermometer beruht auf der von den Referenzthermometern gemessenen Temperatur des Prozessmediums. Daher wurde eine Messunsicherheitsbetrachtung der gemessenen Referenztemperatur durchgeführt. Dafür wurden alle Teile der Messkette detailliert analysiert. Es wurde eine Kalibrierung für alle Messeingänge des Messelektronik durchgeführt. Für die Fehler, die durch die Referenzthermometer und den Messelektronik verursacht werden, wurden Ausgleichsfunktionen und deren Unsicherheit bestimmt. Die Einstellung des verwendeten PID Reglers wurde optimiert und die Unsicherheit der Stabilität der Temperatur des Prozessmediums bestimmt. Es wurde ein Vergleich zu einem älteren Prüfstand für Rohranlegethermometer durchgeführt. Abschließend wurden eine Empfehlung zur Prüfung der Rohranlegethermometer erarbeitet und es wurden Vorschläge zur weiteren Optimierung des Prüfstands abgegeben.
Aufbau eines Versuchsstands zur Bewertung der Beleuchtungshomogenität einer Infrarot-Leuchtdiode. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Beleuchtungshomogenität von Infrarot-Leuchtdioden vom Typ L9337-02. Für diesen Zweck wird ein Prüfstand entwickelt und in Betrieb genommen. Der gesamte Entwicklungsprozess des Prüfstandes, dessen Aufbau und Funktionsweise, ebenso wie Benutzerhinweise und benötigte Geräteeinstellungen, sind in dieser Arbeit dokumentiert. Außerdem wird ein Algorithmus zur Rekonstruktion einer hochauflösenden Aufnahme aus Einzelbildern vorgestellt und mehrere Algorithmen, die der weiteren Aufbereitung dieser Aufnahme dienen. Zusätzlich werden erste Messdaten aufgenommen und ausgewertet