Bachelor- und Studienarbeiten

Themenübersicht und Beschreibung, geordnet nach Forschungsrichtung

Themen

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

 

Weiterentwicklung eines Energie- und Datenübertragungssystems für ein rotierendes Sensorintegriertes Werkzeug

Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der konstruktiven Weiterentwicklung eines Übertragungssystems als auch auf den Untersuchungen zur Energie- und Datenübertragung hinsichtlich der verwendeten Sensorik, Signalverarbeitung und  -auswertung und der Schnittstellen. Das Übertragungssystem soll in eine Tiefbohrmaschine integriert werden. Der Versuchsaufbau ist experimentell zu untersuchen und somit eine sichere Energie- und Datenübertragung zu validieren.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Recherche zu den bestehenden Systemen
  • Gegenüberstellung der Übertragungskonzepte
  • Konstruktive Arbeiten
  • Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Entwicklung eines multisensorischen Ansatzes zur Temperaturbestimmung an der Werkzeugschneide

Zur Prozessüberwachung des Einlippentiefbohrens soll die Temperatur an der Schneidkante im Prozess gemessen werden. Bei der Temperaturmessung können verschiedene Effekte zu Messfehlern führen, dazu gehören:

  • Änderung der thermischen Energiebilanz durch den Sensorkontakt
  • Wärmeableitungsfehler durch Kopplung des Temperatursensors zur Umgebung
  • Eigenerwärmung des Sensors

Durch eine geeignete Anordnung von mindestens 3 Sensoren in unterschiedlichen Abständen und eine Korrekturfunktion mit Differenzen der einzelnen Sensormesswerte sollen die Messfehler beseitigt werden.
Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der theoretischen Recherche und Konzeptentwicklung als auch auf der praktischen Umsetzung des Werkzeuges und experimentellen Untersuchungen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  •  Literaturrecherche zum Stand der Technik
  •  Konzeptentwicklung bzw. Weiterentwicklung bestehender Metho-den
  •  Umsetzung des Konzeptes
  •  Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Entwicklung eines Split-Hopkinson Bars

Zur Bestimmung von Johnson-Cook Parametern, die das plastische Werkstoffverhalten als Fließspannung in Abhängigkeit von Temperatur, Dehnung und Dehnungsrate beschreiben, sind experimentelle Werkstoffversuche erforderlich. Split-Hopkinson Bar ist ein Versuchsaufbau der es ermöglich, mit wenig Aufwand diese Werkstoffparameter zu bestimmen.

Ziel dieser Arbeit ist es eine Konstruktive Grundlage mit Kostenbetrachtung für die weiteren Schritte wie Aufbau, Inbetriebnahme und Experimentelle Validierung zu schaffen. Es sollen weiterhin unterschiedliche Konzepte und Methoden unter einander verglichen werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Theoretische Grundlagen zur Parameterbestimmung
  • Konzeptweiterentwicklung, Optimierung
  • Konstruktion und Komponentenauswahl
  • Kostenrecherche

Gesuchte Studienrichtungen: Maschinenbau o. ä.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Entwicklung eines sensorintegrierten Werkzeugs zur Schwingungsmessung beim Einlippentiefbohren

Zur Prozessüberwachung beim Einlippentiefbohren soll ein sensorintegriertes Werkzeug entwickelt werden. Dabei sollen die Torsionsschwingungen mit einem Beschleunigungssensor erfasst werden. Die erfassten Daten sollen zur Prozessregelung, sprich Anpassung der Schnittparameter und somit zur Optimierung der Oberflächengüte verwendet werden.

Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der theoretischen Recherche und Konzeptentwicklung als auch auf der praktischen Umsetzung des sensorischen Werkzeugs und den experimentellen Untersuchungen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Konzeptentwicklung
  • Umsetzung des Konzeptes
  • Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.

Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

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

 

Entwicklung einer App zu schwingungstechnischen Untersuchungen in Zerspanprozessen

Smartphones haben heute diverse unterschiedliche Sensoren integriert mit denen es u.a. möglich ist Schwingungen in allen 3 Raumrichtungen als auch um die Rotationsachsen aufzunehmen. Im Rahmen von studentischen Arbeiten soll untersucht werden, ob und in welchem Umfang es möglich ist, Schwingungen von Zerspanprozessen mit einem Smartphone zu detektieren, um diese dann auf dem Smartphone darstellen und interpretieren zu können. Eine Smartphone App ist hierzu zu projektieren, zu entwickeln und zu testen. Für einen ausgewählten Zerspanprozess mit starkem Rattern ist eine Schwingungsaufnahme und –analyse durchzuführen. Das Rattern ist anschließend mit bereits bekannten Methoden zu reduzieren und der Zerspanprozess ist erneut aufzunehmen.

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

  • Recherche bereit bekannter Schwingungs-Apps und Voraussetzungen für eine App-Entwicklung
  • Analyse eingebauter Sensoren und Prozessoren aktueller Smartphones
  • Analyse und Bewertung externer Sensoren für Smartphones
  • Konzipierung und Strukturierung einer Schwingungsaufnahme-, -analyse- und Auswerte-App
  • Programmierung und Tests der App-Bausteine für IOS und/oder Android
  • Validierung der App mit einem professionellem Meßsystem
  • Analyse und Beurteilung möglicher Strategien zur Schwingungsreduktion für Zerspanprozesse
  • Entwicklung einer App zur Auslegung von Hilfsmassendämpfer und Tilgern zur Reduktion der Schwingungen

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

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)

Weiterentwicklung sowie Erweiterung eines sensorischen Werkzeuges zur Fräsprozessuntersuchung

Für ein Forschungsprojekt, der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung, ist es notwendig, ein bereits vorhandenes sensorisches Fräswerkzeug weiterzuentwickeln. Das Werkzeug besitzt dabei einen MEMS Beschleunigungssensor. Der Funktionsumfang soll dabei um eine Kraftmessung mittels Dehnessstreifen sowie um die Temperaturmessung erweitert werden.

Zunächst soll dazu eine Literaturrecherche durchgeführt. Hierbei sollen das Hauptmerkmal auf der Sensorik liegen (Beschleunigungsmessung, Kraft-messung sowie Temperaturmessung). Anschließen sollen die möglichen Sensoren gegenübergestellt werden. Des Weiteren soll die Daten- sowie Energieübertragung anhand einer Literaturrecherche untersucht werden.

Nach der Literaturrecherche ist eine Ist-Analyse des jetzigen Systems durchzuführen.

Anhand der Ist-Analyse und der vorherigen Recherche sollen Konzepte anhand der gängigen Konstruktionsmethoden erstellt werden. Dabei ist das Werkzeug von HSK-63A auf HSK-100 zu transferieren. Des Weiteren soll die Daten- und Energieübertragung über den Prototypstatus hinaus in Richtung Serienreife weiterentwickelt werden.

Abschließende sind die entwickelten Konzepte gegenüberzustellen und multikriteriell zu bewerten sowie eines der Konzepte auszuwählen.

Beginn der Arbeit: ab sofort
Gesuchte Studienrichtungen: mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360 h/Bearbeitungsfrist 5-6 Monate

In größerem Umfang ist die Arbeit auch als Masterarbeit denkbar.

Betreuer: M. Sc. Patrick Georgi

Hinweise und Richtlinien

Informieren Sie sich vor Beginn der Arbeit über die Regeln

Hinweise und Richtlinien

Zum Seitenanfang