Studien- und Abschlussarbeiten

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi

Bearbeitungszeit ab 02.10.2017 bis 28.02.2018


Von allen derzeit bekannten Aktor-Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können SMA-Drähte nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden.

Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von SMA-Aktoren liegt allerdings in der Charakterisierung und Modellierung des komplexen Materialverhaltens. In vorangehenden Studienarbeiten wurde ein spezieller Teststand konzipiert, konstruiert und mechanisch aufgebaut, mit dem SMA-Aktoren in einem Ölbad eine gewünschte Temperatur aufgeprägt werden kann. Bei der Zieltemperatur können dann die relevanten Kraft-Weg-Kennlinien des Materials aufgenommen werden. Die Steuerung der Messabläufe und die Temperaturregelung im Teststand erfolgt über ein vorhandenes dSPACE Rapid Control Prototyping System.

In dem ausgeschriebenen Projekt soll nun die Steuerung und Regelung des Teststands realisiert werden. Das Projekt umfasst folgende Schritte:

    Optimierung des Temperaturregelkreises für das Ölbad

    Definition und steuerungstechnische Implementierung der Messabläufe

    Durchführung von Probemessungen an einem SMA-Drahtaktor

    Anbindung einer Verstelleinheit und Kraftsensorik (vorhanden)

    Realisierung einer Positionsregelung (und ggf. Kraftregelung)

    Durchführung von weiteren Probemessungen an einem SMA-Drahtaktor

Das Projekt ist für Gruppen von 2-3 Studierenden (F, MEKA, G) oder aber auch als Bachelorarbeit für eine Person geeignet.

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi

Bearbeitungszeit ab 02.10.2017 bis 28.02.2018


Im Labor zur Vorlesung „Aktorik“ sollen die Studierenden in Zukunft die Betriebskennlinien von Gleichstrommotoren vermessen und die Motorparameter identifizieren. Die Gleichstrommotoren werden hierzu bei verschiedenen Spannungen und Lastmomenten betrieben, die Drehzahlen und Motorströme werden erfasst.

Im Rahmen von vorangehenden Studienarbeiten einen Prüfstand für elektrische Kleinmotoren realisiert. Er umfasst einen Wechseladapter für Motoren, eine Hysteresebremse, einen Halleffekt-Drehzahlsensor mit Anzeige und einen eigenentwickelten DMS-Drehmoment-Messflansch. Bei ersten Probemessungen konnte die prinzipielle Funktionstauglichkeit des Prüfstands nachgewiesen werden. Allerdings wurde auch deutlich, dass speziell die Drehmomentmessung noch nicht robust gegenüber Umgebungseinflüssen (z.B. Temperatur des Raums bzw. des Versuchsaufbaus) ist.

In der ausgeschriebenen mechatronischen Projektarbeit soll die Messfähigkeit des vorhandenen Prüfstands gezielt untersucht und verbessert werden. In diesem Zusammenhang sind folgende Arbeitsschritte erforderlich:

    Kalibration des existierenden Drehmoment-Messflanschs und Durchführung von Probemessungen

    Systematische Analyse der Auswirkung von Störeinflüssen auf die Messdaten (speziell Temperatur)

    Systematische Definition und Bewertung von Abhilfemaßnahmen

    Auswahl und Umsetzung der Abhilfemaßnahme(n)

    Quantitative Beurteilung der erreichten Verbesserung im Rahmen von erneuten Probemessungen

Hauptbetreuer: Prof. Dr. Arif Kazi

Bearbeitungszeit ab 02.10.2017 bis 27.02.2018


Von allen derzeit bekannten „intelligenten“ Materialien haben Formgedächtnis-Legierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) die höchste Energiedichte. Da diese Legierungen mit der Form­änderung auch ihren elektrischen Widerstand ändern, können Formgedächtnis-Elemente nicht nur als Aktoren, sondern gleichzeitig auch als Sensoren eingesetzt werden. Mit ihrer einfachen Bauform eigenen sich Formgedächtnis-Elemente hervorragend für die Miniatu­risierung.

In diesem Projekt soll ein miniaturisierter SMA-Aktuator aufgebaut werden, bei dem zwei verspannte SMA-Drähte gegeneinander arbeiten („antagonistische“ Anordnung). Der Aktuator soll eine Stellkraft von ±15 N bei einem Stellweg von 1 mm realisieren. Der verfügbare Bauraum beträgt 15 x 17 x 6 mm.

Vorgehensweise:

    • Überschlägige Auslegung (Kinematik, SMA-Drahtdurchmesser, Länge) mit Hilfe eines Excel-Sheets
    • CAD-Design (Fertigung mittels 3D-Druck)
    • Aufbau und Inbetriebnahme
    • Charakterisierung des Aktuators (erreichte Kraft und Stellweg)

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