53.12 Bauelemente der Elektrotechnik
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Die Röntgenstrukturanalyse ist ein Messverfahren, welches zur Charakterisierung von Materialparametern, wie zum Beispiel Kristallstruktur und Kristallgröße, eingesetzt wird. Derzeit bietet die Anton Paar GmbH, mit Sitz in Graz Straßgang, verschiedene Geräte und Zusätze für die Röntgenstrukturanalyse an. Um das Produktportfolio zu erweitern, soll ein neues Gerät entwickelt werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Konzepts für den Antrieb des neuen Röntgenstrukturanalysegeräts. Des Weiteren sollte sie als Basis für den Aufbau eines Prototyps dienen. Zusätzlich erfolgte noch eine Analyse von bereits am Markt etablierten Geräten der Mitbewerber, um damit die Anforderungen an den Antrieb, wie auch an das Gesamtgerät, definieren zu können. Nach einigen theoretischen Grundlagen der Röntgenstrukturanalyse erfolgte der Vergleich von Geräten der Mitbewerber. Aus den Ergebnissen der Analyse wurden die Anforderungen an das Gerät und den Antrieb abgeleitet. Im Anschluss daran wurde ein Konzept für den Antrieb erarbeitet. Dabei wurden mehrere mögliche Varianten aufgezeigt und miteinander verglichen, um die beste Variante zu ermitteln. Danach wurden die einzelnen Komponenten der ausgewählten Variante bestimmt und entsprechend der angreifenden Kräfte und Momente ausgelegt. Am Schluss erfolgte auf Basis der vorangegangenen Erkenntnisse die Konstruktion eines 3D-Modells. Die Zielvorgaben an den Antrieb im Bereich der Genauigkeit und Auflösung konnten erfüllt werden. Auch wurde eine kompakte Bauweise mit niedrigen Herstellkosten realisiert. Es wurden bereits zwei Prototypen in Fertigung gegeben, welche auf den 3D-Modellen dieser Arbeit basieren. Abschließend lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gestellten Anforderungen erfüllt werden konnten und ein umsetzungsfähiges Konzept entstanden ist. Dieses zeigt, dass auch mit geringen Herstellkosten die hohen Anforderungen an den Antrieb realisiert werden konnten.
Elektronische Komponenten haben die Eigenschaft, dass sie elektromagnetische Strahlung abgeben bzw. empfangen, sei es nun gewollt, wie bei diversen Funktechnologien, oder ungewollt, wie beispielsweise bei integrierten Schaltungen. Dadurch kann es passieren, dass gegenseitige Beeinflussungen bzw. Beeinträchtigungen für elektronische Anwendungen oder die menschliche Gesundheit entstehen. Um dieses Problem unter Kontrolle zu halten, ist es notwendig, ein Gerät zu prüfen bevor man es in den Verkehr bringt. Eine GTEM-Zelle (Gigahertz Transverse Electromagnetic Cell) dient zur Messung von elektromagnetischer Verträglichkeit und stellt bei entwicklungsbegleitenden Tests eine geeignete Umgebung zur Verfügung. Um eine Vergleichbarkeit mit einer Freifeldmessung zu ermöglichen, muss jedoch bei Störabstrahlungsmessungen der Prüfling in der Zelle in verschiedene Positionen gedreht werden. Die FH Campus 02 ist in Besitz einer kleineren GTEM-Zelle und muss diese Drehungen des Prüflings derzeit manuell und mit provisorischen Hilfsmitteln durchführen. Dadurch werden die Ergebnisse teilweise verfälscht und sind nur schwer reproduzierbar. In dieser Masterarbeit soll ein Manipulator entwickelt werden, der diese Aufgabe übernimmt und das Messverfahren so optimiert. Um die Randbedingungen und Anforderungen an den Manipulator zu bestimmen, wurden im Zuge dieser Arbeit die elektromagnetische Verträglichkeit und unterschiedliche Messmöglichkeiten dieser untersucht. Es wurden auch 4 Manipulatoren verglichen, welche teilweise bei größeren Messzellen zum Einsatz kommen. Mithilfe dieser Erkenntnisse wurde dann ein Prototyp in SolidWorks konstruiert und anschließend gefertigt. Hierbei wurden die Technologien der Fachhochschule wie 3D-Drucker und Lasercutter genutzt. Mit diesem Prototyp wurden anschließend Vergleichstests in der GTEM-Zelle durchgeführt, um zu zeigen, dass die Messergebnisse absolut vergleichbar, das Arbeiten einfacher, komfortabler und das Ergebnis wiederholbarer ist im Vergleich zum bisher verwendeten Hilfsmittel. Das Ergebnis der Masterarbeit ist ein funktionierender erster Prototyp eines manuell bedienbaren Manipulators, bei dem bereits alle konstruktiven Vorbereitungen für eine Automatisierung getroffen sind. Außerdem enthält die Arbeit als Ergebnis eine Liste mit Verbesserungsvorschlägen und Tipps, welche bei der nächsten Generation des Manipulators umgesetzt werden sollten.
