Baghshetsyan, Armen (2014)
Entwicklung eines Messplatzes zur Charakterisierung von Reaktionskräften zwischen Carbonfaserarrays und Kontaktflächen.
Technische Universität Darmstadt
Masterarbeit, Bibliographie

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Masterarbeit wird ein Messplatz zur Charakterisierung der Reaktionskräfte zwischen Carbonfaserarrays und Kontaktflächen entwickelt und aufgebaut. Zur Bestimmung der Reaktionskräfte müssen die Carbonfasern zunächst sinusförmig mit verschiedenen Frequenzen bis 500 Hz und einer Wegamplitude von 100 µm in einem Kraftbereich von 3 N bis 15 N mechanisch angeregt werden. Dafür wird ein Exzenter mit vier Sinusperioden auf der Stirnfläche gefertigt. Der Exzenter wird von dem bürstenlosen DC-Motor Maxon EC-max 40 283870 mit einem Nenndrehmoment von 170 mNm angetrieben und stellt somit eine Wegquelle mit einer definierten Amplitude dar. Die Kopplung der Fasern zur anregenden Wegquelle erfolgt über eine Federlinearführung, bestehend aus einem Netzwerk von Blattfedern, die zum Einen die Bewegungsrichtung der Fasern auf einen Freiheitsgrad beschränkt und zum Anderen die Vorspannung der angeregten Teile zum Sinusprofil gewährleistet. Durch den Anfangswinkel der Fasern teilt sich die anregende Kraft beim Kontakt mit der Kontaktfläche in zwei Komponenten auf, normal und tangential zur Kontaktfläche. Durch die Tangentialkomponente wird die Kontaktfläche orthogonal zur Anregung bewegt. Die Führung der Kontaktfläche wird ebenfalls mit Blattfedern realisiert. Zum Positionieren der Kontaktfläche relativ zu den Fasern wird ein Postioniersystem mit einem Stellweg von >5 mm entwickelt. Das Positioniersystem bietet die Möglichkeit einer Feinjustierung möglicher Fehlstellungen. Zur Auslegung der schwingungsfähigen Teilsysteme wird das dynamische Übertragungsverhalten mittels elektromechanischer Netzwerktheorie modelliert und berechnet. Die Teilsysteme werden so ausgelegt, dass der Arbeitsfrequenzbereich ein lineares Verhalten aufweist. Zur Messung der Normalkomponente der aufgeteilten Kraft wird der piezoelektrische Kraftsensor PCB Piezotronics 208C01 mit einem Nennmessbereich von 45 N, zwischen mechanischer Anregung und Fasern positioniert. Die Messung der Tangentialkomponente erfolgt indirekt, über die Auslenkung der Blattfedern. Die Erfassung der Auslenkung erfolgt über die Geschwindigkeitsmessung mit einem Laser-Vibrometer (Messkopf: Polytec OFV 534, Controller: Polytec OFV 3001). Die Funktionsfähigkeit wird anhand von Charakterisierungen von funktionsbestimmenden Teilsystemen verifiziert.

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