Bachelor- und Studienarbeiten

Themenübersicht und Beschreibung, geordnet nach Forschungsrichtung

Themen

Entwicklung einer Methodik zur Identifikation von materialspezifischen Prozessparametern für den SLM Prozess

Die Anzahl und damit die Bedeutung additiv gefertigter Bauteile steigt ständig. Aufgrund der erreichbaren Bauteilkomplexität sind diese Verfahren oftmals der konventionellen Fertigung überlegen. In der laseradditiven Fertigung (SLM Prozess) wird ein pulverförmiger Grundwerkstoff durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und das Bauteil schichtweise aufgebaut. Defizit dieser additiven Verfahren sind die Eigenschaften der Bauteile wie bspw. die Oberflächengüte und Dichte des Materials. Diese Eigenschaften können jedoch mit den Prozessparametern eingestellt werden. Momentan folgt die Entwicklung diese materialspezifischen Parameter keiner festgelegten Methodik.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit soll deshalb eine Methodik erarbeitet werden, um für neue Materialien möglichst einfach und schnell ein Optimum der Prozessparameter zu finden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

  • Simulationsgestütztes Vorgehen
  • Möglichst geringer Aufwand (Versuchsplanung)

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Recherche zu den Einflussgrößen beim SLM Prozess
  • Entwicklung eines Flussdiagramms zur Durchführung der Prozessparameter Identifikation
  • Durchführung von Prozesssimulationen zur Parameteridentifikation
  • Versuchsplanung (DOE) und Herstellung von Probekörpern
  • Anwendung und Dokumentation der erarbeiteten Methodik

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Ermittlung der geometrischen Abweichungen von additiv gefertigten Bauteilen vor und nach der spanenden Bearbeitung

Kombinierte Betrachtung der additiven Fertigung und des Zerspanungsprozesses

Die additive Fertigung bietet vielfältige Möglichkeiten für den Leichtbau, die Integration mechanischer oder elektronischer Funktionen und die Individualisierung von Komponenten der Fahrzeugtechnik. Mittels laserbasierter additiver Fertigungsverfahren wie Laserauftragsschweißen werden Metalle in Form von Pulver oder Draht verarbeitet, wobei Festigkeiten erzielt werden können, die mit konventionell hergestellten Bauteilen vergleichbar sind. Allerdings weisen additiv gefertigte Bauteile im Allgemeinen nicht die benötigte Formgenauigkeit und Oberflächengüte für Funktionsflächen auf und werden deshalb in den meisten Fällen spanend nachbearbeitet. Diese für die Realisierung der notwendigen funktionsbedingten Geometrie und Oberflächengenauigkeiten benötigte Nacharbeit steht aber in Wechselwirkung mit dem Ergebnis des additiven Prozesses, wodurch eine kombinierte Betrachtung beider Verfahren unabdingbar ist.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

  • Literaturrecherche zu laserbasierten additiven Fertigungsverfahren
  • Planung und Durchführung von Versuchen: Laserauftragschweißen mit Draht und spanende Bearbeitung
  • Ermittlung der geometrischen Abweichungen von additiv gefertigten Bauteilen vor und nach der Bearbeitung
  • Entwicklung der Konzepte zum endkonturoptimierten Form- und Oberflächenfinish

Beginn der Arbeit: ab sofort

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Dina Becker (IfW)
M. Sc. Steffen Boley (IFSW), Tel. +49 711 685-66823

 

Konzeption und Entwicklung eines Prüfstands zur Untersuchung des Torsionsschwingungsverhaltens geklebter Einlippentiefbohrer

Einlippentiefbohren ist ein Verfahren zum Erzeugen von Bohrungen mit großem Längen-Durchmesser-Verhältnis, bei gleichzeitig hoher Bohrlochgenauigkeit. Aufgrund ihrer Geometrie weisen Einlippenbohrer jedoch eine geringe dynamische Steifigkeit auf und sind deshalb anfällig für Schwingungen.

Ziel dieser Arbeit ist es, eine Vorrichtung und Methode zu entwickeln, mit der das tangentiale Eigenschwingverhalten geklebter Einlippenbohrer oder realitätsnaher Prüflinge ermittelt, und mit gelöteten Referenzprüflingen verglichen werden kann (Torsionspendel).

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Entwicklung verschiedener Konzepte für ein größenflexibles Torsionspendel (morphologischer Kasten) sowie einer zugehörigen Methodik zur Ermittlung des Dämpfungsmaßes
  • Auswahl, Ausarbeitung und Aufbau eines Torsionspendelkonzepts als eigenständige Vorrichtung
  • Versuchsplanung und –durchführung mit Probekörpern (insbesondere geklebter Einlippentiefbohrer) unterschiedlicher Größe
  • Dokumentation der Methodik und der erarbeiteten Ergebnisse

Weitere Details zu diesem Thema werden gerne in einem persönlichen Gespräch näher vorgestellt.

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Maximilian Schweigart

Entwicklung und Erprobung eines Heißdrahtschneiders für einen Industrieroboter

Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollen unterschiedliche Bearbeitungstechnologien in einer Industrieroboterzelle für Werkstoffe wie Holz, Kunststoffe und Polystyrol untersucht werden. Eine dieser Technologien ist das Heißdrahtschneiden. Diese wird beispielsweise zum Formenbau in der Architektur verwendet.

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zum Stand der Technik des Heißdrahtschneidens. Weiterhin sollen Grundlagenversuche durchgeführt werden, um die Technologie besser zu verstehen. Im Fokus der Arbeit steht die Entwicklung, Auslegung und Konstruktion eines Heißdrahtschneiders. Hierzu gehören die mechanischen und elektrischen Komponenten sowie die Regelung der Drahttemperatur beispielsweise über einen Arduino Nano-Mikrocontroller. Abschließend soll der Heißdrahtschneider am Industrieroboter im Versuchsfeld des IfWs erprobt werden.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Entwicklung einer App zur Digitalisierung der Wissensvermittlung

Smartphones und Tablets bieten diverse Möglichkeiten zur Wissensvermittlung und zur interaktiven digitalen Durchführung der Lehre. Mit der Integration unterschiedlichster Sensoren, eingebauter Kameras, Lautsprecher, Mikros und anderen Schnittstellen ist es möglich diverse Inhalte interaktiv zu vermitteln bzw. als Nutzer(-in) oder Studierender(-in) zu erfahren. Nutzer/Studierende sollen mit dieser App einen Überblick über die Mechatronik der Werkzeugmaschinen, die Digitalisierung von Maschine und Prozess (Überwachung, Programmierung, Simulation), Industrie 4.0, Machine Learning (ML) etc. erhalten und mit einer ersten App das Interesse an weiteren Inhalten und Vertiefungen des Wissens im Kontext der Werkzeugmaschine und der Zerspanung geweckt werden. Eine Smartphone App ist hierzu zu projektieren, zu entwickeln und zu testen.

Folgende spannende Teilaufgaben können im Rahmen von studentischen Arbeiten bearbeitet werden:

  • Recherche bereits bekannter vergleichbarer Apps und Voraussetzungen für eine App-Entwicklung
  • Nutzung der Ein- und Ausgabekomponenten von Smartphones/Tablets für eine interaktive App
  • Konzipierung und Strukturierung einer App
  • Umsetzung eines Schwerpunkts und Programmierung von App-Bausteinen für IOS und/oder Android
  • Validierung der App/der Appbausteine

Für die vielfältigen Teilaufgaben sind je nach Interesse gerne mehrere studentische Arbeiten zu vergeben. Die Teilaufgaben können sowohl unabhängig voneinander als auch in einem Team mit unterschiedlichen Schwerpunkten vergeben werden.

Nähere Einzelheiten zu den Themen werden gerne in einem persönlichen Gespräch vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Auslegung einer funktionellen Temperatur-Klimakammer zur thermischen Untersuchung von Werkzeugmaschinen

Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojektes mit einer Forschungseinrichtung aus China/Shanghai sollen thermische Untersuchungen an Werkzeugmaschinen bei konstanten Randbedingungen durchgeführt werden. Hierzu müssen Umwelteinflüsse auf die Werkzeugmaschinen untersucht und kompensiert werden. Als erster Schritt des Projekts ist der Aufbau einer geeigneten Klimakammer vorgesehen, die als ein essentieller Bestandteil des Projektes notwendig ist. Analog eines Meßraums für 3D-Koordinatenmeßsysteme sind die Randbedingungen Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck zu überwachen und zu regeln.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Folgende Aufgaben können bearbeitet werden:

  • Recherche zum Thema Temperatursteuerung, Wärmeübertragung
  • Entwicklung von Ideen und Konzepten zur Kompensation und Regelung von Umweltrandbedingungen
  • Entwicklung, Konstruktion und Aufbau einer geeigneten Klimakammer inkl. möglicher Meß- und Steuerungseinheiten
  • Durchführung von nummerischen und experimentellen Untersuchungen

Je nach Interessen der Student(inn)en und Art der Arbeit (im Bachelor oder im Master) können Inhalte vertieft oder reduziert werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Qi Feng

 

Werkzeug 4.0 / Industrie 4.0

Für einen Industriepartner wurde ein „fühlendes“ Werkzeug entwickelt. Der Prototyp des Werkzeugs ist bereits aufgebaut. Mit dem Prototyp sind Experimente durchzuführen, um das Werkzeug zu testen, weiter zu entwickeln und „intelligent“ zu machen.

Aktuell sind zu diesem Projekt zwei spannende Themen zu vergeben:

  • Entwicklung einer autarken Energieversorgung durch Energy Harvesting bzw. die Übergabe von Energie und Informationen mit der am IfW entwickelten Werkzeug-Schnittstelle (HSK-I)
  • Entwicklung einer Auswerte- und Anzeige-App für mobile Endgeräte (iOS oder Android)Interessen und Fähigkeiten:
  • Wer an einem brandaktuellen Thema mitarbeiten und Teil der 4. Industriellen Revolution werden möchte, ist mit diesen Aufgabenstellungen am Puls der Zeit. Experimentierfreudige Student(inn)en können mit diesem Projekt spannende Arbeiten durchführen.

Weitere Themen gerne auf Anfrage oder in einem persönlichen Gespräch.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther MaierM. Sc. Kim Werkle

 

Messtechnische Untersuchung von Kraftmesseinrichtungen für Werkzeugmaschinen

Mehrachsige Kraftmesseinrichtungen für Werkzeugmaschinen werden zur experimentellen Untersuchung der Zerspankraftkomponenten und des Zerspanungsmoments in unterschiedlichsten Versuchsanwendungen an Forschungsinstituten eingesetzt. Im Rahmen verschiedener Aufgabenstellungen soll im ersten Schritt die Störanfälligkeit von vorhandenen Kraftmessplattformen am Institut untersucht sowie unterschiedliche Kraftmesssysteme überprüft und ggf. verglichen werden. In weiteren Arbeiten sind dann Lösungen zu erarbeiten, wie Störungen unterdrückt oder sogar kompensiert werden, um Kraftmessplattformen universeller einsetzen zu können und zu optimieren.

Interessen und Fähigkeiten:

  • Interesse an experimentellen Arbeiten (Versuchsaufbau, Versuchsplanung, Durchführung und Auswertung)
  • Mess- und Regelungsstrategien zur Unterdrückung oder Kompensation von Störungen
  • Simulationen: Dynamik, Thermik, Strömungen, Regelungen (ANSYS Workbench, MatLab ...)

Nähere Einzelheiten zu den Themen werden gerne in einem persönlichen Gespräch vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Marijana Palalić

 

Entwicklung einer Spannvorrichtung zum Kompensieren des Verzugs und Reduzieren der Schwingungen von Werkstücken

Die Werkstückspanntechnik ist eine Kernkomponente in Werkzeugmaschinen, da Werkstück-Spannsysteme im Kraftfluss der Bearbeitung liegen und maßgeblich an der Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen beteiligt sind. Allerdings treten bei der Zerspanung von filigranen, dünnwandigen und nachgiebigen sowie additiv gefertigten Bauteilen häufig Probleme wie z.B. Verzug und Vibrationen auf. Das Ziel in dieser Arbeit ist die Auswahl von geeigneten Werkstücken und Entwicklung eines Spannsystems dafür, das mittels Sensoren die Spannkräfte messen und danach Mithilfe von Aktuatoren regeln soll, damit die Verformung minimiert und die Spannsteifigkeit optimiert werden können. Zur Validierung der Ergebnisse sind Versuche an der neusten GROB Werkzeugmaschine G550 Generation 2 vorgesehen.

Folgende Aufgaben können bearbeitet werden:

  • Recherche zu Themen Wkst.-Spanntechnik, Sensorik und Aktorik
  • Integration der Sensoren und Aktoren in Spannmittel
  • Experimentelle Untersuchungen an der neusten GROB-Maschine G550 Generation 2
  • Bearbeitung und Analyse der Messsignale
  • Rechnerische Untersuchung durch FEM-Simulationen

Nähere Details zu diesem Thema werden in einem persönlichen Gespräch vorgestellt.

Je nach Interessen des Studierenden und Art der Arbeit (im Bachelor oder im Master) können Inhalte vertieft oder reduziert werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Qi Feng

 

Entwicklung eines adaptierbaren Spannmittelbaukastens mit cyber-physischen Modulen

Die Werkstückspanntechnik ist eine Kernkomponente in Werkzeugmaschinen, da Werkstück-Spannsysteme im Kraftfluss der Bearbeitung liegen und maßgeblich an der Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen beteiligt sind. Allerdings zählen sie nicht zu den eigentlichen Komponenten der Werkzeugmaschinen. Das führt oftmals zu einer separaten Auslegung und einer komplexen werkstückspezifischen Konstruktion der Spannvorrichtung. In dieser Arbeit werden Spannmittel für unterschiedliche Spannaufgaben systematisiert und bewertet. Die Möglichkeiten zur Integration der Sensorik in Spannmittel werden durch experimentelle Versuche und rechnerische Methoden untersucht. Ein adaptierbarer intelligenter Spannmittelbaukasten mit cyber-physischen Modulen für eine ausgewählte Spannsituation ist zu entwickeln, um bei geometrieähnlichen Werkstücken ihre Austauschbarkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.

Die Arbeit gliedert sich in folgende mögliche Teilaufgaben:

  • Literaturrecherche zur Spann- und Vorrichtungstechnik
  • Spannmittel und Spannsituationen systematisieren, eine geeignete Spannmethode auswählen
  • Untersuchung der Integration der Sensoren
  • in einem Prototyp sind Spannmittel experimentell zu vermessen und zu untersuchen
  • nummerische Simulationen

Nähere Details zu diesem Thema werden in einem persönlichen Gespräch vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Qi Feng

 

Parameterstudie über den Einfluss verschiedener Druckparameter im FDM 3D-Druck

Die Bauteilqualität der additiven Fertigung ist von unterschiedlichsten Faktoren abhängig. Um einen erfolgreichen Druck zu erhalten sind sowohl Bauteilausrichtung, Stützstrukturen, die Bauteilgeometrie aber auch der Druckprozess mit unzähligen Parametern zu beachten.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll ein Leitfaden für verschiedenste Druckanwendungen erstellt werden. Hierzu sind Parameterstudien mit unterschiedlichsten Bauteilen und Prozesseinstellungen durchzuführen.

Inhalte:

  • Entwicklung einer geeigneten Versuchsplanung
  • Untersuchung des Druckprozesses
  • Erstellung eines Leitfadens für den 3D-FDM-Druck

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Konstruktion und Aufbau einer Filament-Recycling und Mischanlage für Kunststofffilamente

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Daher führt dieses Verfahren aufgrund der großen gestalterischen Freiheit zu tiefgreifenden Veränderungen im Design zukünftiger Bauteile.

Diese gestalterische Freiheit führt auf der anderen Seite aber auch zu einer größeren Menge an Stützstrukturen, Prototypen oder Fehldrucken. Um diesen Abfall zu verringern ist es das Ziel dieser Arbeit, das Material wieder dem Herstellungsprozess in Form von recyceltem Filament zuzuführen.

Inhalte:

  • Konstruktion der Anlage bestehend aus Schredder, Mischer, Extruder, Kühlung und Wickelvorrichtung
  • Inbetriebnahme der Anlage
  • Bestimmung der Prozessparameter
  • Analyse des recycelten Filaments

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung und Konstruktion eines 3D-Druckers für Hochleistungspolymere

Die additive Fertigung wird längst nicht mehr nur für die Herstellung von Prototypen oder Demonstratoren verwendet. Sie eignet sich unter anderem für die Produktion komplexer Geometrien individualisierter Produkte. In den letzten Jahren haben die Materialvielfalt und die verschiedenen Verfahrensprinzipien stark zugenommen, dabei werden auch immer häufiger Hochleistungspolymere eingesetzt, wie beispielsweise PEEK. Letztere stellen auf Grund ihres Materialverhaltens häufig noch eine Herausforderung für die additive Fertigung dar, sind jedoch zugleich eine wichtige Materialgruppen in der Medizintechnik und neuerdings auch im Maschinenbau. Um komplexe Geometrien additiv herstellen zu können soll deshalb die Hardware eines FDM-Druckers entwickelt und erprobt werden.

In der studentischen Arbeit sollen mögliche Lösungskonzepte für die Konstruktion erarbeitet und praktisch evaluiert werden. Hierzu zählt der Aufbau eines FDM-Druckers, die Ansteuerung und Entwicklung neuer Hot-Ends, sowie die Erprobung von Druckparametern und die Dokumentation des Systems.

Inhalte:

  • Konzipierung möglicher Lösungsansätze
  • Erstellung eines FDM 3D-Druckers
  • Praktische Evaluierung des gewählten Prozessaufbaus

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Experimentelle Untersuchung des BASF-Metallfilamentes "Ultrafuse 326LX" für den 3D-Druck

Die additive Fertigung, umgangssprachlich 3D-Druck, gewinnt immer mehr an Bedeutung. Ob Medizintechnik, Maschinenbau oder für die private Nutzung, die Palette an verwendbaren Materialien wird stetig erweitert. Das Unternehmen BASF hat ein Sinterfähiges Metallfilament auf Basis eines PLA Grundstoffes entwickelt, welches im klassischen FDM-Verfahren verdruckt werden kann.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll dieses Material untersucht und entsprechende Druckparameter gefunden werden. Hierzu sind Probewerkstücke zu entwickeln welche vor und nach dem Sinterprozess untersucht werden sollen.

Inhalte:

  • Konzeption von Prüfwerkstücken
  • Bestimmung der Druckparameter (Parameterstudie)
  • Analyse der Bauteileigenschaften

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Modellierung des thermischen Verhaltens von Material-Hybrid Werkzeugen

Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll das thermische Verhalten eines neu entwickelten Material-Hybrid-Werkzeuges untersucht werden. Verzug oder Eigenspannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten, das Erreichen der Aufweichungstemperatur von Faserverbundwerkstoffen sind bei Material-Hybriden Bauteilen von besonderer Bedeutung.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll das transiente Temperaturverhalten des Werkzeuges analysiert und modelliert werden. Hierzu sind mittels Ansys Workbench entsprechende Modelle zu entwickeln und an einem prototypischen Aufbau zu validieren.

Inhalte:

  • Konzipierung möglicher Lösungsansätze
  • Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens
  • Praktische Validierung an einem Prototyp

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Zerspanungsprozessimulation für additiv hergestellte Leichtbauwerkzeuge

Die additive Fertigung wird immer häufiger dazu benutzt industriell eingesetzte Werkzeuge zu optimieren. Eine mögliche Optimierungsvariante ist die Reduktion der Ratterneigung lang auskragender Werkzeuge. Hierzu soll am Beispiel eines ausgesuchten Referenzwerkzeugs eine Zerspanungssimulation durchgeführt werden.

Bei Simulation von Zerspanprozessen werden zur Beschreibung des Materialverhaltens von metallischen Werkstoffen Materialmodelle benötigt, durch die ein realer Prozess möglichst genau simulativ abgebildet werden soll. Dazu werden eine Vielzahl von Materialmodellen verwendet, die zumeist auf empirischen oder analytischen Ansätzen basieren.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll der Zerspanprozess unter Variation verschiedener Parameter simuliert werden, um Rückschlüsse auf die resultierenden Kräfte und Schwingungen zu erhalten. Zusätzlich sollen verschiedene Materialkombinationen, hinsichtlich der kritischen Zustände, untersucht werden.

Inhalte:

  • Aufbau einer Zerspanungssimulation
  • Parameterstudie
  • Praktische Evaluierung des Modells anhand eines Prototypen

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

CNC Programmierung von Werkzeugmaschinen

Das Institut für Werkzeugmaschinen entwickelt im Rahmen eines Forschungsprojekts neue Lehr- und Laboreinheiten. Diese Einheiten sind innovativ mit Methoden und Tools der digitalen Welt zu entwickeln und zu gestalten. Am Institut sind sowohl Bedienterminals, als auch reale und virtuelle Werkzeugmaschinen vorhanden. Für eine Vorlesungseinheit sind sowohl vortragende, als auch handlungsorientierte Inhalte zu erarbeiten.

Folgende Inhalte sollten erarbeitet werden:

  • Merkmale numerisch gesteuerter Maschinen
  • Aufbau von NC-Programmen für das Drehen und das Fräsen
  • Erstellung von CNC Programmen in Simulationsumgebungen und an realen Maschinen
  • Programmieren an virtuellen Werkzeugmaschinen, z.B. der Index R200

Studienrichtung: Maschinenbaus (mabau), Technolgiemanagement (tema), Mechatronik (mecha), Technikpädagogik

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Virtual Reality / Augmented Reality für Werkzeugmaschinen

Augumented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) ermöglicht eine andere Art des Lernens: In ein Ereignis ganz tief eintauchen. Szenarien erleben statt bloß aufnehmen. Im Rahmen dieser Arbeit, sollen die Möglichkeiten der X-Reality für Werkzeugmaschinen erforscht und in einer ersten Anwendung erprobt werden.

Folgende Inhalte sollten erarbeitet werden:

  • Einsatzmöglichkeiten von AR /VR / MR für Lehr-, Montage-, Wartungs- oder Instandsetzungsaufgaben in Werkzeugmaschinen
  • Auswahl eines geeigneten Usecases für die Umsetzung
  • Ausarbeitung und Test einer X-Reality Anwendung

Studienrichtung: Maschinenbaus (mabau), Technolgiemanagement (tema), Mechatronik (mecha), Technikpädagogik, Informationstechnik (sotech, INFOTECH u.a.)

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Technische Realexperimente im Kontext des forschenden Lernens

Am IfW sind computergestützte Experimentierbaukästen mit Schwerpunkt Elektrotechnik und elektrische Antriebe vorhanden, mit denen Lehreinheiten gestaltet werden sollen. Ziel dieser Arbeit sind Anpassungen der Experimente an die Ziele und Inhalte einer Lehrveranstaltung zum Thema „Mechatronik von Werkzeugmaschinen“.

Folgende Inhalte sollten erarbeitet werden:

  • Tests vorhandener Lehr- und Übungseinheiten
  • Auswahl der Realexperimente im Bereich von Motoren und Antriebskonzepten für Werkzeugmaschinen
  • Erweiterung und Gestaltung von Lehreinheiten

Studienrichtung: Maschinenbaus (mabau), Technolgiemanagement (tema), Mechatronik (mecha), Technikpädagogik

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Entwicklung eines Prüfstandes zur Erprobung von autarken Sensor- und Aktor-Konzepten

Für ein Forschungsprojekte im Bereich der sensorintegrierten Werkzeugspannung sollen mehrere Sensor- und Aktor-Konzepte zur Prozessüberwachung und -regelung entwickelt und untersucht werden. Dabei soll ein einstellbarer Systemdruck überwacht und bei Bedarf nachgeregelt werden. Dazu soll zunächst ein entsprechendes Sensorik-Konzept entwickelt, ausgelegt und anschließend getestet werden. Hierfür ist die dazu notwendige Datenerfassung bzw. Datenübertragung mittels Mikrocontroller zu erarbeiten und zu testen. Des Weiteren soll in der studentischen Arbeit ein erstes Aktor-Konzept zur Regelung des Systemdrucks konzipiert und anschließenden in Versuchen untersucht werden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

  • Möglichst geringe Baugröße (Sensorik, Aktorik etc.)
  • Autarker Betrieb (Batteriebetrieb)
  • Datenübertragung (WiFi/Funk/Bluetooth)
  • Einfache Auswertung der generierten Sensordaten
  • Kostengünstige Sensorik- und Aktorik-Komponenten
  • Kontinuierliche Spannüberwachung und -regelung

Die Arbeit beginnt mit der Recherche und anschließenden Konzeptionierung des Systems sowie Auswahl der entsprechenden Komponenten. Im Anschluss sind verschiedene Sensoren und Aktoren im Systemverbund zu testen und mit Referenzmesssystemen zu vergleichen.

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Gesuchte Studienrichtungen: mechatronik, mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: Programmierkenntnisse von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang: Bearbeitungsfrist 5 - 6 Monate

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / Jonas Duntschew, M. Sc.

 

Energy Harvesting – Innovative Energiegewinnung für Spannsysteme

Sensorische Systeme in Werkzeugmaschinen erfordern Energie zur Stromversorgung. Diese Energie kann über Leitungen von einem Netzteil im Schaltschrank oder von Akkumulatoren bzw. Batterien dezentral vor Ort geliefert werden. Dies ist aber nicht immer sinnvoll, da insbesondere die Nutzungsdauer beschränkt ist oder Energieübertragung in bewegten Maschinenelementen zu weiteren Schwierigkeiten führen kann.

In Werkzeugmaschinen hat man jedoch immer Antriebe mit Leistungsüberschuss. Auch Wärme entsteht im Zerspanprozess so viel, dass sie schnell abgeführt werden muss. So kann man beispielsweise über Dynamos oder andere Ansätze leicht Energie gewinnen bzw. „ernten“. In der Technik ist daher der Begriff Energy Harvesting entstanden, der diesen Vorgang trefflich beschreibt.

Anhand von allgemeinen Recherchen möglicher Energiequellen insbesondere in Werkzeugmaschinen mit Bestimmung der technischen Parameter Leistung, Spannung, Strom und Energiespeicher/-pufferung sind die Formen der Energiegewinnung zu ermitteln und zu beurteilen. Mit einem ausgewählten Beispiel (näheres im pers. Gespräch) ist dann eine praktische Anwendung zu entwickeln, zu konstruieren und umzusetzen.

Die Bearbeitung setzt sich aus folgenden Teilaufgaben zusammen:

  • Stand der Technik, incl. Recherche bereits umgesetzter Energy Harvester in Werkzeugmaschinen
  • Ermittlung von Ein- und Ausgangsparameter für den Anwendungsfall
  • Aufnahme und Beschreibung der weiteren Randbedingungen für die Entwicklung (Anforderungsliste)
  • Konzepte zur Lösungsfindung, Bewertung der Konzepte
  • Ausarbeitung und Umsetzung des ausgewählten Konzepts
  • Tests und Validierung der Entwicklung.

Die Arbeit ist sowohl für Mechatroniker als auch für Maschinenbauer und ähnliches mit dem Schwerpunkt Konstruktion geeignet. Nähere Einzelheiten gerne bei den Betreuern: Dipl.-Ing. Walther MaierM. Sc. Patrick Georgi

Programmierung einer Steuersoftware zur Scanning-Laservibrometrie

Die Laser-Scanning-Vibrometrie ist ein schnelles, bildgebendes Verfahren zur berührungslosen Messung von Schwingungen. Um ein am IfW vorhandenes Scanning-System flexibel bei verschiedenen Applikationen einsetzen zu können, soll für die Scanning-Einheit ein universelles Ansteuerprogramm entwickelt werden. Kenntnisse in der Programmiersprache C/C++/Visual C++ und in Matlab sind Vorraussetzung für das Vorhaben. 

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Braun

Untersuchung neuartiger Schneidwerkstoffe für die CFK-Bearbeitung

Die derzeit in der Luftfahrt- und Automobilbranche verwendeten kohlefaserstoffverstärkten Kunstoffen bestehen aus einem Verbund von Matrix und Kohlenstofffasern. Während die Fasern die Aufgabe haben die mechanischen Lasten am Verbund zu übernehmen sorgt die Matrix dafür, dass die Faser in der gewünschten geometrischen Anordnung bleibt. Ebenso unterschiedlich wie der Aufbau ist das Verhalten beim Zerspanen der beiden Werkstoffe, während auf einer Seite die Faser sehr abrasiv und zugfest sind, ist die Matrix im Vergleich dazu weich und besitzt einen deutlich niedrigen Schmelzpunkt.

Ziel der Studien-/Bachelorarbeit ist die grundlagenbasierte Untersuchung, Charakterisierung und messtechnische Erfassung und Bewertung des Verschleißverhaltens von neuartigen Schneidwerkstoffen beim Zerspanen von CFK mittels Kreissägen.

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Matthias Schneider (M. Sc. Martin Kimmelmann)

 

Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Spannsystemen

Neben der geometrischen Gestalt hängt das dynamische Werkzeugverhalten auch von den Kontaktverhältnissen an Fügestellen an Werkzeugen ab. Hierbei liegen, je nach verwendetem Spannsystem unterschiedliche Kontaktverhältnisse vor.

In Experimenten sollen das dynamische Schwingungsverhalten für verschiedene Spannfutter und Werkzeuge untersucht werden. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend in ein Simulationsmodell integriert werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Matthias Schneider (M. Sc. Martin Kimmelmann)

  

Einfluss von Herstelltoleranzen auf den Unwuchtzustand von Werkzeugen

Durch Toleranzen in der Herstellung und den Einspannprozess treten Abweichungen der Schaftachse von der Rotationsachse am Werkzeug auf.

Mittels simulativer Parameterstudien sollen diese Abweichungen für verschiedene Werkzeuge abgebildet und deren Einfluss auf das Rotorverhalten der Werkzeuge untersucht werden.

Betreuer: Dipl.-Ing. Matthias Schneider (M. Sc. Martin Kimmelmann)

Entwicklung einer Methodik zur Identifikation von materialspezifischen Prozessparametern für den SLM Prozess

Die Anzahl und damit die Bedeutung additiv gefertigter Bauteile steigt ständig. Aufgrund der erreichbaren Bauteilkomplexität sind diese Verfahren oftmals der konventionellen Fertigung überlegen. In der laseradditiven Fertigung (SLM Prozess) wird ein pulverförmiger Grundwerkstoff durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und das Bauteil schichtweise aufgebaut. Defizit dieser additiven Verfahren sind die Eigenschaften der Bauteile wie bspw. die Oberflächengüte und Dichte des Materials. Diese Eigenschaften können jedoch mit den Prozessparametern eingestellt werden. Momentan folgt die Entwicklung diese materialspezifischen Parameter keiner festgelegten Methodik.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit soll deshalb eine Methodik erarbeitet werden, um für neue Materialien möglichst einfach und schnell ein Optimum der Prozessparameter zu finden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

  • Simulationsgestütztes Vorgehen
  • Möglichst geringer Aufwand (Versuchsplanung)

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Recherche zu den Einflussgrößen beim SLM Prozess
  • Entwicklung eines Flussdiagramms zur Durchführung der Prozessparameter Identifikation
  • Durchführung von Prozesssimulationen zur Parameteridentifikation
  • Versuchsplanung (DOE) und Herstellung von Probekörpern
  • Anwendung und Dokumentation der erarbeiteten Methodik

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Ermittlung der geometrischen Abweichungen von additiv gefertigten Bauteilen vor und nach der spanenden Bearbeitung

Kombinierte Betrachtung der additiven Fertigung und des Zerspanungsprozesses

Die additive Fertigung bietet vielfältige Möglichkeiten für den Leichtbau, die Integration mechanischer oder elektronischer Funktionen und die Individualisierung von Komponenten der Fahrzeugtechnik. Mittels laserbasierter additiver Fertigungsverfahren wie Laserauftragsschweißen werden Metalle in Form von Pulver oder Draht verarbeitet, wobei Festigkeiten erzielt werden können, die mit konventionell hergestellten Bauteilen vergleichbar sind. Allerdings weisen additiv gefertigte Bauteile im Allgemeinen nicht die benötigte Formgenauigkeit und Oberflächengüte für Funktionsflächen auf und werden deshalb in den meisten Fällen spanend nachbearbeitet. Diese für die Realisierung der notwendigen funktionsbedingten Geometrie und Oberflächengenauigkeiten benötigte Nacharbeit steht aber in Wechselwirkung mit dem Ergebnis des additiven Prozesses, wodurch eine kombinierte Betrachtung beider Verfahren unabdingbar ist.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

  • Literaturrecherche zu laserbasierten additiven Fertigungsverfahren
  • Planung und Durchführung von Versuchen: Laserauftragschweißen mit Draht und spanende Bearbeitung
  • Ermittlung der geometrischen Abweichungen von additiv gefertigten Bauteilen vor und nach der Bearbeitung
  • Entwicklung der Konzepte zum endkonturoptimierten Form- und Oberflächenfinish

Beginn der Arbeit: ab sofort

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Dina Becker (IfW)
M. Sc. Steffen Boley (IFSW), Tel. +49 711 685-66823

 

Parameterstudie über den Einfluss verschiedener Druckparameter im FDM 3D-Druck

Die Bauteilqualität der additiven Fertigung ist von unterschiedlichsten Faktoren abhängig. Um einen erfolgreichen Druck zu erhalten sind sowohl Bauteilausrichtung, Stützstrukturen, die Bauteilgeometrie aber auch der Druckprozess mit unzähligen Parametern zu beachten.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll ein Leitfaden für verschiedenste Druckanwendungen erstellt werden. Hierzu sind Parameterstudien mit unterschiedlichsten Bauteilen und Prozesseinstellungen durchzuführen.

Inhalte:

  • Entwicklung einer geeigneten Versuchsplanung
  • Untersuchung des Druckprozesses
  • Erstellung eines Leitfadens für den 3D-FDM-Druck

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Konstruktion und Aufbau einer Filament-Recycling und Mischanlage für Kunststofffilamente

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Daher führt dieses Verfahren aufgrund der großen gestalterischen Freiheit zu tiefgreifenden Veränderungen im Design zukünftiger Bauteile.

Diese gestalterische Freiheit führt auf der anderen Seite aber auch zu einer größeren Menge an Stützstrukturen, Prototypen oder Fehldrucken. Um diesen Abfall zu verringern ist es das Ziel dieser Arbeit, das Material wieder dem Herstellungsprozess in Form von recyceltem Filament zuzuführen.

Inhalte:

  • Konstruktion der Anlage bestehend aus Schredder, Mischer, Extruder, Kühlung und Wickelvorrichtung
  • Inbetriebnahme der Anlage
  • Bestimmung der Prozessparameter
  • Analyse des recycelten Filaments

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung und Konstruktion eines 3D-Druckers für Hochleistungspolymere

Die additive Fertigung wird längst nicht mehr nur für die Herstellung von Prototypen oder Demonstratoren verwendet. Sie eignet sich unter anderem für die Produktion komplexer Geometrien individualisierter Produkte. In den letzten Jahren haben die Materialvielfalt und die verschiedenen Verfahrensprinzipien stark zugenommen, dabei werden auch immer häufiger Hochleistungspolymere eingesetzt, wie beispielsweise PEEK. Letztere stellen auf Grund ihres Materialverhaltens häufig noch eine Herausforderung für die additive Fertigung dar, sind jedoch zugleich eine wichtige Materialgruppen in der Medizintechnik und neuerdings auch im Maschinenbau. Um komplexe Geometrien additiv herstellen zu können soll deshalb die Hardware eines FDM-Druckers entwickelt und erprobt werden.

In der studentischen Arbeit sollen mögliche Lösungskonzepte für die Konstruktion erarbeitet und praktisch evaluiert werden. Hierzu zählt der Aufbau eines FDM-Druckers, die Ansteuerung und Entwicklung neuer Hot-Ends, sowie die Erprobung von Druckparametern und die Dokumentation des Systems.

Inhalte:

  • Konzipierung möglicher Lösungsansätze
  • Erstellung eines FDM 3D-Druckers
  • Praktische Evaluierung des gewählten Prozessaufbaus

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Experimentelle Untersuchung des BASF-Metallfilamentes "Ultrafuse 326LX" für den 3D-Druck

Die additive Fertigung, umgangssprachlich 3D-Druck, gewinnt immer mehr an Bedeutung. Ob Medizintechnik, Maschinenbau oder für die private Nutzung, die Palette an verwendbaren Materialien wird stetig erweitert. Das Unternehmen BASF hat ein Sinterfähiges Metallfilament auf Basis eines PLA Grundstoffes entwickelt, welches im klassischen FDM-Verfahren verdruckt werden kann.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll dieses Material untersucht und entsprechende Druckparameter gefunden werden. Hierzu sind Probewerkstücke zu entwickeln welche vor und nach dem Sinterprozess untersucht werden sollen.

Inhalte:

  • Konzeption von Prüfwerkstücken
  • Bestimmung der Druckparameter (Parameterstudie)
  • Analyse der Bauteileigenschaften

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Zerspanungsprozessimulation für additiv hergestellte Leichtbauwerkzeuge

Die additive Fertigung wird immer häufiger dazu benutzt industriell eingesetzte Werkzeuge zu optimieren. Eine mögliche Optimierungsvariante ist die Reduktion der Ratterneigung lang auskragender Werkzeuge. Hierzu soll am Beispiel eines ausgesuchten Referenzwerkzeugs eine Zerspanungssimulation durchgeführt werden.

Bei Simulation von Zerspanprozessen werden zur Beschreibung des Materialverhaltens von metallischen Werkstoffen Materialmodelle benötigt, durch die ein realer Prozess möglichst genau simulativ abgebildet werden soll. Dazu werden eine Vielzahl von Materialmodellen verwendet, die zumeist auf empirischen oder analytischen Ansätzen basieren.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll der Zerspanprozess unter Variation verschiedener Parameter simuliert werden, um Rückschlüsse auf die resultierenden Kräfte und Schwingungen zu erhalten. Zusätzlich sollen verschiedene Materialkombinationen, hinsichtlich der kritischen Zustände, untersucht werden.

Inhalte:

  • Aufbau einer Zerspanungssimulation
  • Parameterstudie
  • Praktische Evaluierung des Modells anhand eines Prototypen

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Hinweise und Richtlinien

Informieren Sie sich vor Beginn der Arbeit über die Regeln

Hinweise und Richtlinien

Zum Seitenanfang