Experimentelle Grundlagenuntersuchung zum energie- und zeiteffizienten Abgleich resistiver Drucksensoren. - 49 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt eine Grundlagenuntersuchung zum energie- und zeiteffizienten Druck- und Temperaturabgleich resistiver Drucksensoren per Induktion. Zunächst wird ein experimenteller Versuchsaufbau vorgestellt, und es werden Versuche zur Erwärmung in Abhängigkeit der drei Raumrichtungen im Induktor durchgeführt. Im Anschluss wird die Reproduzierbarkeit der Temperatur behandelt und beschrieben. Die Einflüsse der Induktion auf die Lebensdauer und direkt erkennbare irreversible Verspannungen mit Kennlinienabweichung werden untersucht. Es folgt eine Effizienzbetrachtung. Des Weiteren wird die Vergleichbarkeit des digitalen Druckpfades und des Offsets zwischen induktiver Erwärmung und Klimakammer geklärt. Abschließend wird die Optimierung des Heizleistungsverlaufs zugunsten einer stabilen Messwerterfassung und einer geringen Prozesszeit betrachtet.
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Numerische Untersuchung einer Mehrfachfixpunktzelle für die Kalibrierung von Berührungsthermometern. - 127 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
MehrfachFixpunktzellen (MFPZn) werden zur Kalibrierung von Thermometern an den TemperaturFixpunkten von Phasenumwandlungen verwendet. Ihr Vorteil gegenüber herkömmlichen Fixpunktzellen ist, dass die Kalibrierung an mehreren Fixpunkten in nur einem Messaufbau durchgeführt werden kann. Schwerpunkt der Arbeit ist es, ein numerisches Modell einer MFPZ mit den Metallen Indium, Zinn und Zink zu erstellen. Ziel ist die Beschreibung und Untersuchung des thermischen Verhaltens des Messaufbaus samt Zelle. Dazu ist zunächst ein Simulationsmodell mit näherungsweise berechneten Randbedingungen vorbereitet worden. Mit Hilfe einer Parametervariation ist das thermisch-transiente Verhalten des Modells den Messungen mit der MFPZ angepasst worden. Es ist ein logisches Modell umgesetzt worden, mit dem die Phasenumwandlungen der Fixpunktsubstanzen in der Zelle abgebildet werden können. Eine Bewertung der Randbedingungen hat gezeigt, dass ihre Werte im Vergleich zu den Messungen plausibel sind. Durch eine weitere Untersuchung des numerischen Modells ist demonstriert worden, dass es auch in anderen Temperaturbereichen als die der Phasenumwandlungen einsetzbar ist. Der abschließende Teil der Arbeit leitet konstruktive Optimierungsmöglichkeiten der Zelle und ihres Messaufbaus aus den Erkenntnissen mit dem Modell ab. Es wird außerdem ein Optimierungspotential des numerischen Modells evaluiert.
Analyse der messtechnischen Eignung verschiedener kapazitiver Sensorstrukturen mittels einer optimierten Versuchseinrichtung. - 87 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Für das hochgenaue Wiegen kleiner Massen werden, so genannte EMK-Wäge-Systeme (Elektro-magnetische-Kraftkompensation) verwendet. Die Aufnahme der Messwerte erfolgt mithilfe von Lagesensoren im Mikro- bis Nanometerbereich. Ziel dieser Arbeit ist es die Eignung von kapazitiven Sensorstrukturen anhand einer vorhandenen Versuchseinrichtung zu überprüfen und diesen wenn nötig zu optimieren. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Kennlinienausprägung, das Rauschverhalten, die Kurz- und Langzeitdrift, der Einfluss von Störgrößen sowie die Empfindlichkeit gegenüber klimatischen Veränderungen gelegt. In dieser Arbeit werden diese Punkte abgehandelt und deren Ergebnisse werden denen einer Differenzfotodiode, als Beispiel für einen konventionellen Sensor, gegenübergestellt werden. Es wird sich zeigen, dass kapazitive Lagesensoren nach dem Prinzip der Flächenvariation viele Vorteile gegenüber der Fotodiode aufweisen. Des Weiteren enthält diese Arbeit einige konstruktive Änderungen an dem vorhandenen Prüfstand sowie einige Modifizierungen zur Vermessung kapazitiver Sensoren auf Grundlage der Flächenvariation. Nach der Auswertung und Bewertung der Messergebnisse werden die Grenzen des vorhanden Prüfstandes aufgezeigt, dadurch wird deutlich worauf besonderes Augenmerk zu richten ist, um die markante Störgröße zu unterdrücken.
Messtechnische Untersuchungen der dynamischen Eigenschaften von Thermoelementen für den Einsatz in Abgasanlagen. - 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Bei der technischen Temperaturmessung mit Berührungsthermometern besteht aufgrund der dynamischen Messabweichung eine Verzögerung zwischen der Mediumstemperatur und der Sensortemperatur des Berührungsthermometers. Zur Beschreibung dieser Verzögerungsglieder eignet sich das Ersatzschaltbild eines RC-Modelles. Die Zeitkonstanten des RC-Modells wurden mit Kenntnis des Aufbaus und der verwendeten Materialen eines Thermoelements berechnet. In der Arbeit wird das dynamische Verhalten von vier Thermoelementen vom Typ N, die in Abgasanlagen eingesetzt werden, messtechnisch untersucht und die dynamischen Eigenschaften verglichen. Dazu wurden die Sprungantworten der Thermoelemente an einer Prüfeinrichtung am Fachgebiet der TU Ilmenau für verschiedene Mediumstemperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten aufgenommen und messtechnisch bewertet. Die Auswertung der Messergebnisse der Sprungantworten erfolgt mit Hilfe eines MATLAB Algorithmus unter Verwendung eines Filters, um so eine bessere Endwertbestimmung zu gewährleisten. Weiterhin wurden die Zeitprozentkennwerte und Zeitkonstanten bestimmt. Die Berechnung und Bewertung der Zeitkonstanten der Sprungantworten erfolgte mit verschiedenen Verfahren, wie der erweiterten Approximation, der sukzessiven Reduktion und mit Hilfe der MATLAB "pem" Funktion. Weiterhin wurde die Reproduzierbarkeit der Messung betrachtet sowie der Einfluss einer Veränderung der Einbaulage der Thermoelemente. Betrachtet wurden ebenfalls die Totzeiten der Sprungantworten.
Entwicklung und Absicherung von Konzepten für einen staplerlosen Rohbau mit fahrerlosen Transportsystemen. - 52 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Abschlussarbeit befasst sich mit der Entwicklung, Absicherung und Optimierung von Konzepten für den Transport von Ladungsträgern und kompletten Karosserien mit Fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Um eine präzise und unfallfreie Fortbewegung der Fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) realisieren zu können, sind diese mit hochgenauer Sensorik ausgestattet. Das Hauptziel der Thesis ist es die starre Fördertechnik, sowie die Materialbelieferung durch Stapler im Rohbau mit Fahrerlosen Transportsystemen zu ersetzen. Hierfür müssen zunächst die Randbedingungen für den Transport von Universalladungsträgern (ULT) und Rohbaukarosserien festgelegt und Standards im Hinblick auf den FTS-Einsatz geschaffen werden. Anschließend soll der Transport mit Hilfe eines sog. Universal-FTF auf der Versuchsfläche erprobt, sowie mit geeigneter Sicherheitstechnik abgesichert werden. Parallel zur Eigenabsicherung der FTF wird für die jeweiligen Transportmodule ein eigenes Sicherheitskonzept entwickelt. Durch die Planung des Betriebsversuchs in Zusammenarbeit mit der Rohbauplanung soll ein Einsatz in der Serienfertigung ermöglicht werden. Infolgedessen wird die Flexibilität und Wandlungsfähigkeit in der Produktion erhöht, sowie eine Standardisierung beim Einsatz von FTS geschaffen. Die Ergebnisse wurden bei der Daimler AG am Standort Sindelfingen erarbeitet und fließen in das Projekt der "Referenzfabrik" mit ein.
Analyse der resultierenden Axialkraft von Planetenrädern und deren Einflussfaktoren. - 67 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit analysiert und beschreibt die Charakteristik der resultierenden Axialkraft eines Planetenrades im 8HP Automatikgetriebe. In der klassischen Getriebetheorie ist diese jedoch nicht existent, da angenommen wird, dass Planetenräder aufgrund ihrer Abstützung an Sonnen- und Hohlrad axialkraftfrei sind. Es werden theoretische Ansätze erläutert und validiert, die den vermuteten Axialkraftunterschied erklären. Außerdem werden alle nötigen Grundlagen zu der verwendeten Getriebe und Messtechnik erläutert. Mit Hilfe einer Kraftmessdose in axialer Einbaulage zu dem Planetenrad wird die resultierende Axialkraft unter realen Bedingungen im Getriebe aufgenommen. Durch eine mehrkanalige Telemetrie kann das Messsignal nach außen übertragen und aufgezeichnet werden. Die anschließende Auswertung stellt den Verlauf der resultierenden Axialkraft strukturiert nach Gängen und Betriebszuständen dar. Alle sich ergebenden Abhängigkeiten von Einflussfaktoren wie Drehzahl, Moment und Leistung werden erläutert und mit Hilfe eines Berechnungsmodells der Kraftverlauf nachgestellt. Aus den gewonnen Erkenntnissen kann eine Abschätzung über das mögliche Reibungsreduzierungspotential abgegeben und eine Richtung für weitergehende Untersuchungen aufgezeigt werden.
Analyse der Wirkungsweise von Nadel-Bypass-Systemen bei Einrohrdämpfern. - 85 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Bachelorarbeit behandelt die Analyse der Wirkungsweise von Nadel-Bypass-Systemen die in Einrohrstoßdämpfern zum Einsatz kommen. Aufgabensteller ist die Konstruktionsabteilung für Rennsportstoßdämpfer der ZF Race Engineering GmbH, am Standort Schweinfurt. Motivation dieser Arbeit ist die individuelle Beeinflussung der Dämpfkraftcharakteristik von Stoßdämpfern durch Nadel-Bypass-Ventile. Die Möglichkeit der externen Verstellung der Dämpfcharakteristik bietet den Vorteil, das Dämpfersetting individuell an die Streckenbedingungen, an Fahrer, das Aerodynamik-Setup sowie das vorhandene Fahrwerk anzupassen. Im Rahmen der Arbeit wird im ersten Schritt auf die Grundlagen und Arten von Schwingungsdämpfern eingegangen. Dabei werden die Einflussgrößen auf die viskose Dämpfung erläutert und die hydraulischen Grundlagen von Schwingungsdämpfern beschrieben. Im nächsten Schritt findet eine Untersuchung der Wirkungsweise von Nadel-Bypass-Ventilen statt. Dafür werden die durchflusssteuernden Größen selektiert und analysiert. Dazu gehört die Betrachtung des Öffnungsquerschnittes und des hydraulischen Durchmessers bei den jeweiligen Einstellungen. Da die Fertigung von Nadel-Ventilen gewissen Toleranzen unterliegt, wird gleichzeitig eine Toleranzbetrachtung der durchflusssteuernden Größen durchgeführt und ihre Auswirkungen dargestellt. Für die Ermittlung der vorliegenden Strömungsvorgänge am Nadel-Ventil wird in dem nächsten Schritt der Arbeit ein Versuchsdämpfer konstruiert, der Druck- und Temperatursensoren beinhaltet. Mittels diesem werden Kennfeld-Messungen bezüglich des Dämpfkraft- und Druckdifferenzverlaufes in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit durchgeführt. Um die Effizienz verschiedener Systeme zu vergleichen, die auf die Änderung der Dämpfkraftcharakteristik eines Stoßdämpfers abzielen, wird im Anschluss der Verstellbereich des Nadel-Bypass-Ventils unter Berücksichtigung von verschiedenen Nebendrosseln untersucht. Dabei wird gleichzeitig der Wirkbereich, bezogen auf die Geschwindigkeit, ermittelt. Damit der Einfluss des Nadelventils bereits bei der Konstruktion von Stoßdämpfern abgeschätzt werden kann, wird im letzten Schritt der Arbeit ein allgemeingültiger Algorithmus zur Berechnung dessen erstellt. Dafür wird der kontinuierliche Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom und der dazugehörigen Druckdifferenz, die am Nadel-Ventil abfällt, ermittelt.
Konzeption und Aufbau einer Singlepoint-Wägezelle mit optischer Wegmessung. - 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Konzeption einer Singlepoint-Wägezelle für dynamische- und Präzisionsanwendungen im niederen Lastbereich. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet ein Variantenvergleich zwischen Parallellogrammverformungskörpern mit konzentrierten beziehungsweise verteilten Elastizitäten, wobei neben dem primären auch das parasitäre Verhalten berücksichtigt wurde. Grundlage des Variantenvergleichs sind umfangreiche analytische Berechnungen, basierend auf reduzierten mechanischen Modellen, um die metrologischen Eigenschaften der Wägezelle zu charakterisieren. Im Ergebnis der Arbeit sind allgemeine Empfehlungen für die Auslegung von Parallellogrammverformungskörpern festgehalten. Neben geometrischen Parametern wurde auch die Eignung verschiedener potenzieller Werkstoffe untersucht. Die Ergebnisse der analytischen Berechnungen wurden anhand einer konkreten Realisierungsvariante mittels einer numerischen FEM-Simulation erfolgreich verifiziert.
Konzeption und Aufbau eines halbautomatisierten Mess- und Analyseprozesses für den Lasermaterialabtrag und begleitende Untersuchungen zur Serieneinführung in der Wägetechnik. - 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird ein Beitrag zur Serieneinführung des Lasermaterialabtrags an Wägezellen geliefert. Zur Einführung dieser Fertigungsmethode müssen geeignete Abtragsparameter bestimmt und die Reproduzierbarkeit der Abtragsergebnisse verifiziert werden. Hierfür ist eine Vielzahl an Messergebnissen notwendig, welche möglichst schnell erfasst und ausgewertet werden soll. Daher wird ein Halbautomatismus für den Mess- und Auswerteprozess entwickelt. Dieser setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Zum einen wird eine Verbesserung des aktuellen Positioniertischs untersucht. Der verbesserte Tisch sollte möglichst automatisch verfahrbar sein und muss gewisse Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen. Weiterhin wird ein Add-On für die Auswertesoftware MountainsMap der Firma Digital Surf entwickelt, durch welches der Großteil von Auswertungen automatisiert abläuft. Daraufhin wird ein weiteres Programm entwickelt, welches bei der Zusammenstellung relevanter Messergebnisse behilflich ist. Sind diese Schritte realisiert, so werden die entwickelten Mechanismen bei Untersuchungen zum Lasermaterialabtrag angewendet.
Erarbeitung einer Prüfvorrichtung zur reproduzierbaren Bestimmung der Crimphöhe in der Kabelvorbereitung der Drehzahlsensorfertigung. - 77 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Im Zuge der Fertigungsüberwachung und -steuerung werden bei Bosch laufende Qualitätskontrollen durchgeführt. Für die an den halb- und vollautomatischen Fertigungslinien im Bosch Werk Eisenach hergestellten Crimpverbindungen ist die Crimphöhe ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Der aktuelle Messprozess zur Ermittlung der Crimphöhe ist derzeit nicht fähig und genügt damit nicht den Ansprüchen der Qualitätssicherung. Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung eines fähigen Messprozesses. Dazu werden zunächst die Qualitätsanforderungen an eine Crimpverbindung festgelegt und eine Definition der Crimphöhe entwickelt. Nach einer Erläuterung der Vorgehensweise zur Bestimmung der Prüfprozessfähigkeit bei Bosch folgt eine Analyse der aktuellen Crimphöhenmessung. Auf dieser Grundlage wurden verschiedene Optimierungsmaßnahmen erprobt, mit denen bereits eine wesentliche Verbesserung des bestehenden Messprozesses erreicht werden kann. Nachdem diese Maßnahmen die Grenzen des bestehenden Systems aufzeigten, wurden Untersuchungen neuer geeigneter Messsysteme durchgeführt. Hierbei konnte für ein System eine Fähigkeit nachgewiesen werden.