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

 

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 einer Abtrenntechnik additiv hergestellter Bauteile von Support Strukturen

Der 3D-Druck (additive Fertigung) ermöglicht Anwendern eine hohe Funktionsintegration sowie individualisierte Produkte in kleinen Stückzahlen. Dadurch erlangen additive Fertigungsverfahren eine zunehmende industrielle Bedeutung. In der laseradditiven Fertigung (SLM Prozess) wird ein pulverförmiger Grundwerkstoff durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und das Bauteil schichtweise aufgebaut.

Defizit dieser additiven Verfahren ist die Entfernung der Prozessnotwendigen Stützstrukturen. Diese sind fest mit dem Bauteil verbunden und müssen nach dem SLM Prozess teilweise händisch abgetrennt werden.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist die Entwicklung eines Vorgehens, wie diese Stützstruktur möglichst einfach von dem Bauteil abgetrennt werden kann.

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Recherche zu den Nachbearbeitungsverfahren bei der additiven Fertigung
  • Katalogisierung der verwendbaren Stützstrukturen und deren Eigenschaften nach ausgewählten Kriterien unter Rücksprache mit dem Betreuer
  • Entwicklung einer Abtrenntechnik
  • Versuchsplanung (DOE) und Drucken von Probekörpern
  • Anwendung der Methodik an diversen Bauteil und Stützstrukturen
  • Analyse und Bewertung der erarbeiteten Methodik

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher


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

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

 

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

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

 

Entwicklung und Erprobung eines modularen autarken Sensorsystems

Forschungsprojekte im Bereich der additiven Fertigung und neuartigen Maschinenkonzepten erfordern individuelle Sensorkonzepte, um die Prozesszustände erfassen und dokumentieren zu können. Die Herausforderung besteht dabei konstruktiv in der Positionierung und richtigen Auslegung, um den Systemkräften standzuhalten. Seitens der Sensorik gilt es die richtigen prozessbedingten Konfigurationen zu finden.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit soll deshalb ein modulares autarkes Sensorsystem erarbeitet werden, um verschiedenen Anwendungsfällen gerecht zu werden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

  • Möglichst geringe Baugröße
  • Betrieb einer breiten Anzahl an Sensorik (Dehnung, Temperatur, Druck, Beschleunigung, etc.)
  • Autarker Betrieb (Batteriebetrieb) mit Datenübertragungskonzept (USB/Funk)
  • Einfache Auswertung der generierten Sensordaten

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Konzeptionierung eines Sensor-Systems (bspw. Arduino als Mikrocontroller)
  • Sensoren im Systemverbund testen und mit Referenzmesssystemen zu vergleichen
  • Einsatz des Messsystems im konkreten Anwendungsszenario und Auswertung der Daten

Für die Umsetzungskonzepte stehen im Umfang der Forschungsprojekte mehrere Szenarien zur Verfügung.

Beginn der Arbeit: ab sofort
Gesuchte Studienrichtungen: mechatronik, mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Jonas Duntschew

 

Implementierung von Deep Learning Ansätzen in ein echtzeitfähiges Prozessüberwachungssystem für Fräsprozesse

Für ein Forschungsprojekt, der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung, ist es notwendig entwickelte Deep Learning Ansätze (DLA) mittels Python in LabVIEW zu implementieren und zu testen.

Hierzu soll zunächst der aktuelle Stand der Technik der Datenübertragung/Kommunikation zwischen den Plattformen Python und LabVIEW untersucht werden. Des Weiteren soll der aktuelle Stand der Technik von DLA zur Beschleunigungsanalyse recherchiert werden.

Anschließend sollen die entwickelten DLA analysiert und für das im Forschungsprojekt geforderte Szenario angepasst werden. Hierzu muss der DLA in geeigneter Form programmiert werden.
Anschließend erfolgt das Training der DLA sowie die Implementierung in das entwickelte LabVIEW Programm.

Abschließend soll das Verbundsystem aus LabVIEW- und Python-Programm in Versuchen in einem Bearbeitungszentrum mittels prototypischen, sensorintegrierten Fräswerkzeug getestet und analysiert werden.

Ziel der wissenschaftlichen Arbeit ist die Entwicklung eines echtzeitfähige Prozessüberwachungssystems zur on-line Beschleunigungsanalyse zur Vorhersage von Oberflächeneigenschaften in Fräsprozessen.

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

Betreuer: M. Sc. Patrick Georgi

 

Parameterstudie zur Untersuchung von Beschleunigungsdaten aus Fräsprozessen mittels sensorischem Fräs- sowie Werkzeugspannsystem

Für ein Forschungsprojekt, der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung, soll eine Parameterstudie, anhand eines Fräsprozesses, durchgeführt werden. Ziel der Parameterstudie ist die Erstellung einer Datenbasis für eine Deep Learning Algorithmus sowie die Entwicklung weiterer Charakteristika aus Beschleunigungsdaten. Die Daten sollen dabei sowohl werkzeugseitig durch das Werkzeug selbst, wie auch werkstückseitig durch die Integration von Sensoren im Spannsystem akquiriert werden.

Hierbei soll der Fräsprozess zunächst theoretisch betrachtet werden. Dazu ist es notwendig, eine Literaturrecherche für den spezifischen Fräsprozess durchzuführen. Des Weiteren soll sich mit der Sensorik beschäftigt werden. Hierzu soll die eingesetzte Sensorik theoretische betrachtet werden. Die hierbei gesammelten Erkenntnisse dienen der späteren Entwicklung von Kennwerten und Muster aus den Prozessdaten.

Im weiteren Verlauf soll eine geeignete Versuchsmatrix erstellt und Abgearbeitet werden. Zuvor sollen Messpunkte am/im Spannsystem definiert werden. Anschließend sollen die Versuche an einem geeigneten Bearbeitungszentrum durchgeführt werden.

Im Anschluss an die Versuche sollen die gesammelten Daten ausgewertet werden. Hierbei sollten Kennwerte und ggf. Muster aus den Daten extrahiert werden. Des Weiteren sollen die Daten für die Nutzung in einem Deep Learning Algorithmus vorbereitet und bewertet werden.

Beginn der Arbeit: ab sofort
Gesuchte Studienrichtungen: mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: LabVIEW von Vorteil aber kein Muss
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

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