Bachelor- und Studienarbeiten

Themenübersicht mit Inhalten, geordnet nach Forschungsrichtung

Themen

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Modellbildung und Simulation des Einlippentiefbohrprozesses sowie experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung der Temperaturen in der Wirkzone.

Der Fokus dieser Untersuchungen liegt auf der Temperaturverteilung an Span- und Freifläche des Schneidkeils, im Schneidkeil selbst, im Bereich der Scherzone, im Werkstück und an der Unterseite des Spans. Mit Hilfe der Simulationssoftware DEFORM 3D soll ein Modell erstellt werden, das den Tiefbohrprozess in Bezug auf die Temperaturverteilung und Spanentstehung realitätsgetreu abbildet. Die Simulationsergebnisse sind mit experimentellen Ergebnissen zu verifizieren, eine Parameterstudie ist ggf. durchzuführen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Einarbeitung in die Simulationssoftware DEFORM
  • Erstellung eines Simulationsmodells
  • Durchführung und Auswertung der Simulation
  • Experimentelle Untersuchungen

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Simulation der ultraschallunterstützten Bearbeitung hartspröder Werkstoffe

Die spanende Bearbeitung spröder Materialien mit geometrisch unbestimmter Schneide unterscheidet sich wesentlich von der Zerspanung zäher Werkstoffe. Insbesondere die Mechanismen der Spanentstehung sind komplexer und werden noch nicht vollständig verstanden. Aus diesem Grund sollen mit Hilfe der FEM Untersuchungen zur Spanbildung an einzelnen Schneidkörnern durchgeführt werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Einarbeitung in die Simulationssoftware DEFORM
  • Erstellung eines Simulationsmodells
  • Durchführung und Auswertung der Simulation

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: Dipl.-Ing. Konstantin Drewle

 

Werkzeugauslegung für ultraschallunterstützte Fertigungsverfahren

Der Einsatz von hybriden Fertigungsverfahren in der Zerspanungstechnik bringt einige Vorteile mit sich. Zu den positiven Erscheinungen zählen unter anderem Reduktion der Prozesskräfte und Erhöhung der Bearbeitungsqualität. Gleichzeitig erfordert die hybriden Prozesse eine Anpassung der eingesetzten Werkzeuge an die gestellte Aufgabe. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in Untersuchung und Optimierung von unterschiedlichen Werkzeuggeometrien mittels FEM-Simulation (z. B. Ansys-Workbench). Dazu müssen folgende Punkte abgearbeitet werden:

  • Literaturrecherche
  • Einarbeitung in die Software
  • Aufbau eines Simulationsmodells
  • Numerische Untersuchungen
  • Auswertung

Auch als Masterarbeit möglich.

Beginn: ab sofort

Betreuer: Dipl.-Ing. Konstantin Drewle

 

Untersuchung der prozessbedingten Eigenspannung von additiv hergestellten Bauteilen

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. Jedoch sind auch große prozessbedingte Herausforderungen damit verbunden. Durch den Prozess wird zeitlich und örtlich variabel Wärme in das entstehende Bauteil eingebracht, was durch die Wärmeausdehnung zu Eigenspannungen führt. Um diese Eigenspannung und die damit einhergehenden Verformungen der Bauteile besser vorhersagen zu können ist das Ziel dieser Arbeit, diesen Effekt an konstruierten Probekörpern zu untersuchen.

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Recherche zu der Entstehung von Verzug und dessen Berechnung
  • Entwicklung und Herstellung von geeigneten Probenkörpern
  • Vermessung der Proben
  • Prozesssimulation und vergleich mit den Messungen
  • Einfluss der Entfernung von Schichten bzw. Supportstrukturen

Mit Ergänzungen auch möglich als Masterarbeit.

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

3D-Drucken aus der Cloud

Das Land Baden-Württemberg fördert in einem Verbundforschungsprojekt das Institut für Werkzeugmaschinen (IfW) der Universität Stuttgart gemeinsam mit dem KIT in der Entwicklung einer 3D Druck-Cloud. Das IfW hat hierbei als erstes Thema hierfür das Entwickeln eines ansprechenden Web-Designs übernommen. Das Pflichtenheft, gewünschte Inhalte, ein Ablaufplan und die grobe Grundstruktur des Internetauftritts sind bereits festgelegt worden. Die nächsten Aufgaben bestehen im Bereich des Webdesigns und in der weiteren Gestaltung des Internetauftritts. Es soll eine visuell ansprechende, funktionale und strukturell durchdachte Gestaltung der Websites für das Internet entwickelt werden.

Angesprochen werden Studenten mit Fähigkeiten zu Design, Kunst, Kreativität und Mediendesign. Von Vorteil wäre es, wenn bereits Erfahrungen in der Gestaltung von Internetauftritten bestehen oder bereits eine (ggf. auch eigene) Homepage gestaltet wurde. Neben den klassischen Ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen sollen sich auch Studenten oder Studentinnen von anderen Fakultäten und Hochschulen (Hochschule der Medien) wie Digital Design, Medieninformatik, Online-Medien-Management, Computer Science and Media, Mediendesign oder auch anderen Studienrichtungen sich angesprochen fühlen.

Als weiteres Thema für dieses Projekt soll eine Online-Marktumfrage entwickelt und durchgeführt werden. Es ist ein Online-Fragebogen zu entwickeln, aufzubauen und ins Internet zu stellen, um festzustellen, welche Anforderung und Wünsche an Kunden, Unternehmen und Dienstleister bezüglich von 3D-Druckaufträgen, aber auch vor- und nachgelagerten Prozessaufgaben, gestellt werden. Die Umfrage ist durchzuführen, auszuwerten und ansprechend zu dokumentieren.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

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 nun Experimente durchzuführen, um das Werkzeug zu testen, weiter zu entwickeln und „intelligent“ zu machen.

Aktuell sind zu diesem Projekt zwei weitere spannende Themen zu vergeben:

  • Entwicklung einer autarken Energieversorgung durch Energy Harvesting bzw. die Übergabe von Energie und Informationen mit einer bereits entwickelten Schnittstelle (HSK-I)
  • Entwicklung einer Auswerte- und Anzeige-App für mobile Endgeräte (iOS oder Android)

Weitere Themen auf Anfrage oder in einem persönlichen Gespräch.

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. Student(inn)en mit Interesse an Datenanalyse und –auswertung, an Elektronik aber auch experimentierfreudige Studenten können für dieses Projekt wertvolle Arbeit leisten.

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 Regelungstechnik zur Unterdrückung oder Kompensation von Störungen
  • Konstruktive Aufgaben zur Optimierung und Umgestaltung der Messplattform
  • 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

 

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

 

Untersuchung des Späneflugs bei unterschiedlichen Holzbearbeitungstechnologien mit Entwicklung einer Späneabsaugung für Industrieroboter

Bei der Zerspanung von Holz kommt es zu einem großen Spänestrahl mit Staubaufwirbelungen. Um dies zu reduzieren werden in der Holzbearbeitung Absaugeinrichtungen verwendet. Hierbei gibt es unterschiedliche Konzepte wie beispielsweise das Raumabsaugen oder das werkzeuginterne Absaugen. Diese Konzepte gilt es zu erörtern und für die Anwendung mit einem Industrieroboter zu untersuchen.

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine Literaturrecherche zum Stand der Technik bei der Absaugung in der Holzbearbeitung erfolgen. Anschließend wird ein vorgegebenes Werkstück auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum implementiert und Zerspanungsversuche durchgeführt. Während dieser Versuche wird der Späneflug mittels einer Wärmebildkamera für unterschiedliche Bearbeitungen aufgenommen. Schließlich soll auf der Grundlage dieser Erkenntnisse eine Entwicklung für eine geeignete Absaugung in einem Industrieroboter ausgearbeitet werden.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Konzeption und Entwicklung eines Hochgeschwindigkeitsprüfstands für die Zerspanungstechnik

Die Forschung dringt immer tiefer in die Ergründung der Phänomene und Mechanismen der Spanbildung ein. Dazu gehört auch das Feld der Hochgeschwindigkeitszerspanung. Das IfW möchte hierfür einen neuen Prüfstand für zukünftige Untersuchungen entwickeln.

Im Rahmen der Arbeit sollen Konzepte zum prinzipiellen Aufbau und zur Umsetzung des geforderten Lastenheftes und der Rahmenbedingungen entstehen. Diese werden gegeneinander evaluiert. Anschließend wird das zweckmäßigste Konzept konstruktiv weiter ausgearbeitet. Die gesamte Entwicklung wird begleitet durch Versuche, welche die Durchsetzbarkeit von einzelnen Entwurfsmerkmalen bekräftigen.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

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

Simulationsgestützte Lärmminderung an schnell rotierenden Sägewerkzeugen

Lärm gehört nach wie vor zu den häufigsten Gesundheitsgefährdungen in der Holzbearbeitungsindustrie. Die Geräuschpegel beim Kreissägen liegen nahezu immer an oder über den zulässigen Lärmgrenzwerten, die das Gehör gefährden. Dadurch entstehen höhere Personalausfallraten und Genesungskosten sowie Kosten für nachträgliche Lärmminderungs-maßnahmen. Ziel der ausgeschriebenen Studien-/Bachelorarbeit ist die numerische Untersuchung verschiedener Werkzeuggeometrien zur Analyse der schalltechnischen Entstehungsmechanismen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik (Strömungslehre, Fluiddynamik, Akustik, Sägen)
  • Einarbeitung in die Software (Matlab, Ansys CFX/Fluent oder XFlow)
  • Aufbau eines Simulationsmodells zur Beurteilung des akustischen Verhaltens von rotierenden Kreissägeblättern
  • Durchführung und Auswertung der Simulation sowie Abgleich mit experimentellen Messungen

Vorkenntnisse: idealerweise Matlab, Ansys CFX/Fluent oder XFlow (oder die Bereitschaft zur Einarbeitung)

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Kamil Güzel

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: 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: 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: M. Sc. Martin Kimmelmann

Untersuchungen zum Einfluss der Bearbeitungsparameter auf den Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungsqualität durch Prozessüberwachung

Die Auswahl der Bearbeitungsparameter beeinflussen unter anderem maßgeblich die am Werkzeug/ Werkstück auftretenden Kräfte und Schwingungen. Diese beeinflussen wiederrum sowohl den Werkzeugverschleiß als auch die Bearbeitungsqualität der Werkstücke.

Zuerst sollen dazu Messungen mit unterschiedlichen Sensoren (Messung von Luftschall, Kräften, Beschleunigung, ...) während der Zerspanung von CFK oder Holzwerkstoffe durchgeführt werden. Durch eine anschließende Auswertung sollen Erkenntnisse in Bezug auf den Werkzeugverschleiß und die Bearbeitungsqualität herausgearbeitet werden.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuerin: M. Sc. Sarah Eschelbacher

 

Untersuchungen zum Vergleich eines neuen kabellosen Kräftemesssystems mit einer traditionellen Kraftmessplatte

In dieser Arbeit sollen die Kräfte mittels unterschiedlicher Sensorik bei der Zerspanung untersucht werden. Dazu sind experimentelle Messreihen und deren Auswertung durchzuführen. Ziel ist der Vergleich von werkzeug-  und werkstückseitig (traditionell) gemessenen Kräften.

Auch als Masterarbeit in größerem Umfang möglich.

Betreuerin: M. Sc. Sarah Eschelbacher

 

Messtechnische Bewertung eines Werkstoffprüfverfahren für die Kategorisierung von Spannungszonen in Bauteilen

Für die Bestimmung von Eigenspannungen, Härtegraden und durch Umformung eingebrachte Spannungen soll ein Messsystem hinsichtlich seiner Eignung und Einsatzgebiete in ferromagnetischen Werkstoffen untersucht werden.

Bei dem Messsystem wird, vereinfacht beschrieben, durch eingebrachte Magnetfelder je nach Gefüge eine Ausrichtung der Teilchen erzwungen. Anschließend wird das bei der Teilchenrückkehr in den Ausgangszustand emittierte Signal gemessen. Aus diesem können dann Rückschlüsse auf die Gefügestruktur gezogen werden. In welchem Umfang gilt es in dieser Arbeit zu ermitteln.

Somit sind Messungen durchzuführen, auszuwerten und Szenarien abzuleiten, in denen das Messsystem für zukünftige Prozessüberwachungs- und Regelungsstrategien eingesetzt werden kann.

Auch als Masterarbeit möglich.

Betreuer: M. Sc. Jonas Duntschew

 

Artificial Intelligence in der industriellen Anwendung
mit dem Fokus "spanende Bearbeitung von Metallen mit einer geometrisch bestimmten Schneide"

Für ein zukünftiges Forschungsprojekt der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung ist es notwendig, den aktuellen Stand der Wissenschaft zum Thema Artificial Intelligence kurz AI zu erarbeiten.

Zunächst sollen dazu die Begrifflichkeiten wie AI, Deep-Learning, maschinelles Lernen etc. ausführlich erläutert und wo nötig, gegeneinander abgegrenzt werden. Hierbei soll, eine kritische Auseinandersetzung mit der Literatur geschehe. Dabei soll ermittelt werden, ab wann eine AI als solche bezeichnet werden kann und wo die aktuellen Grenzen sind.

Im nächsten Schritt ist der aktuelle Stand der Wissenschaft von AI im Bereich der spanenden Bearbeitung von Metallen zu erarbeiten. Dabei ist nach bereits durchgeführten Forschungsprojekten in der Literatur zu suchen. Des Weiteren sollen auch bereits am Markt befindliche erste Anwendungen aufgeführt werden. Der Fokus soll dabei auf die Prozess Bohren, Fräsen und Drehen und deren Kombinationen gelegt werden.

Im letzten Schritt sollen die für AI verfügbaren Algorithmen, wie z. B. neuronale Netze wie googleNet, aufgezeigt werden. Hierbei soll erläutert werden, welche Algorithmen bzw. Programmpakete es grundsätzlich für die Programmierung einer AI gibt. Die ermittelten Algorithmen bzw. Programmpakete sind abschließend zu beschreiben sowie gegeneinander abzugrenzen.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Gesuchte Studienrichtungen: mabau o. ä.

Notwendige Vorkenntnisse: keine

Zeitlicher Arbeitsumfang: 360 h/Bearbeitungsfrist 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Patrick Georgi

Hinweise und Richtlinien

Informieren Sie sich vor Beginn der Arbeit über die Regeln

Hinweise und Richtlinien