Studentische Abschlussarbeiten

In der Automobilindustrie sind die Qualitätsanforderungen an die Bauteile in jedem Produktionsprozess sehr hoch. Jeder Schritt muss sorgfältig überwacht und regelmäßig geprüft werden, um die Qualitätsstandards zu erfüllen. Für die Serienproduktion von Doppelkupplungen wird nun erstmalig das Kondensator-Entladungs-Schweißen zum Fügen der Zusammenbaugruppe-Innenlamellenträger eingesetzt. Aufgrund von Einflussfaktoren wie beispielsweise die Spritzerneigung beim Schweißen wird der Prozess durch Anpassung der Schweißparameter zunehmend optimiert. Eine qualitative und quantitative Beurteilung der Schweißverbindung mit einer zerstörungsfreien, visuellen Prüfung ist nicht möglich, da die eigentliche Schweißstelle ohne Präparation optisch nicht zugänglich ist. Dynamische Lebensdaueruntersuchungen werden bereits durchgeführt, sind jedoch mit einer Prüfdauer von etwa 2,5 Tagen sehr zeitintensiv. Die vorliegende Arbeit liefert ein Prüfkonzept zur schnellen Befundung der Schweißnaht für die ZSB - Innenlamellenträger der Doppelkupplung. Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird in erster Linie die Umsetzung anhand eines Torsionsprüfstands, bei dem über ein ansteigendes Drehmoment der Belastungszustand im Fahrzeug simuliert wird, untersucht. Für dieses Prüfkonzept werden verschiedene Lösungsansätze hinsichtlich der Drehmomentaufbringung und der Aufnahme des Prüfteils ausgearbeitet und diskutiert. An funktionsrelevanten Bauteilen ist ein Festigkeitsnachweis durchzuführen. Es folgen weitere Prüfkonzepte die ebenfalls hinsichtlich ihrer Umsetzbarkeit untersucht werden. Für die Beurteilung sind einige Voruntersuchungen erforderlich. Mit Hilfe einer FE-Analyse werden die Spannungszustände in der Schweißverbindung bei den verschiedenen Prüfkonzepten simuliert. Das ausgewählte Prüfkonzept wird nach Abschluss der Voruntersuchungen konstruktiv umgesetzt. Der Prüfstand wird flexibel für unterschiedliche Abmessungen von Innenlamellenträgern ausgelegt. Durch Aufbau eines Demonstrators wird die Funktion des Prüfstands nachgewiesen und es wird ein Ausblick für weitere Arbeiten gegeben.

Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss des Verdichters eines Turboladers auf die Eigenschaften seines Turbinenkennfeldes zu untersuchen. Die beiden Schwerpunkte liegen auf dem Achsschub und dem Betrieb mit kurzgeschlossenem Verdichterkreis. Zunächst kann nachgewiesen werden, dass der geschlossene Verdichterbetrieb bei ansonsten gleichen Randbedingungen die selben Messergebnisse wie der offene Verdichterkreis liefert. Die Kennlinien des kurzgeschlossenen Verdichterbetriebs weisen bei gleichen Turbinen- und unterschiedlichen Verdichterbetriebspunkten verschiedene Turbinenwirkungsgrade auf, was auf ein unzureichendes Modell hindeutet. Dies konnte zum Einen auf unterschiedliche Reibleistungen des Axiallagers aufgrund verschiedener Axialkräfte zurückgeführt werden. Diese werden bei der Berechnung dem Turbinenwirkungsgrad zugeschlagen und scheinen diesen so zu verändern. Zum Anderen wurde ein Wärmestrom vom Gehäuse in den Verdichtermassenstrom nachgewiesen, der die Verdichteraustrittstemperatur verfälscht. Diese wird zur Berechnung des Turbinenwirkungsgrades verwendet und beeinflusst deshalb die Ergebnisse. Zuletzt sollen die Ergebnisse um die Einflüsse des Wärmestroms und der Axialreibung korrigiert werden. Mit der angewandten Methode konnten die Abweichungen deutlich verringert werden, die verbleibende Differenz in den Wirkungsgraden gleicher Turbinenbetriebspunkte zeigt jedoch, dass insgesamt ein Fehler bestehen bleibt.

In der vorliegenden Arbeit wird einer der Motorenprüfstände des Fachgebiets Energieeffiziente Fahrzeugantriebe der Technischen Universität Ilmenau mit Hilfe einer Mehrkörpersimulation hinsichtlich seiner Torsionsschwingungen abgebildet. Aufgrund geringer Dämpfung in Motorprüfständen, sind die dort auftretenden Torsionsschwingungen ein wichtiges technisches Problem. Zunächst werden Möglichkeiten zur Beschreibung von Torsionsschwingungen aufgezeigt und an einem einleitenden Beispiel angewendet und gegenübergestellt. Diese Möglichkeiten zählen, bis auf die Berechnung mittels der Kontinuumsmechanik, zur Methode der lumped parameters (konzentrierte Parameter). Im nächsten Schritt wird eine Messung der Torsionsschwingungen mit einem hochauflösenden Drehgeber durchgeführt. So werden Kandidaten für mögliche Eigenfrequenzen des Systems bestimmt. Simulativ werden diese Eigenfrequenzen durch Aufbau eines Modells des Prüfstands in Form einer Torsionsschwingerkette berechnet. Dazu werden Trägheiten und Steifigkeiten des Motorprüfstands eruiert und in MSC Adams implementiert. Die Gaskräfte beschleunigen Trägheiten wie Pleuel und Kolben, sodass sie die erregenden Kräfte und die Drehbewegung erzeugen. Die Simulation zeigt, dass einige Eigenfrequenzen fast ausschließlich durch die Torsion von Subsystemen ausgeführt werden. Die erste Eigenfrequenz der Simulation konnte durch die Messung bestätigt werden. Aufgrund der Messstelle und der scheinbar entkoppelten Schwingung von Subsystemen wird vermutet, dass die Bestätigung einiger Eigenfrequenzen nicht möglich ist. Das Simulationsmodell wird über einen Programmcode aufgebaut. Dieser ist in der Lage das Modell modular an andere Motoren oder Prüfstände ähnlicher Form anzupassen. Insbesondere Reihenmotoren können, wenn die entsprechenden Trägheits- und Steifigkeitsdaten vorliegen, schnell und einfach simuliert werden. Eine Variation der Parameter im Rahmen der Sensitivitätsanalyse kommt zu dem Ergebnis das sich Abweichungen der Eingangsdaten in vorhersehbarer Weise auf die Eigenfrequenzen auswirkt.

An der Kfz-Radbremse kommt es aufgrund tribologischer Wirkmechanismen zwischen Reibbelag und Bremsscheibe zur Emission eines partikelförmigen Bremsstaubes. Im Hinblick auf zukünftige gesetzliche Vorgaben sind Kenntnisse über die Bildung des Bremsstaubes unter speziellen Fahrkollektiven essentiell. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollen die von einer Kfz-Radbremse emittierten Bremsstaubpartikel hinsichtlich ihrer chemischen- und physikalischen Eigenschaften klassifiziert und charakterisiert werden. Dazu soll der Einfluss variierender Beanspruchungsparameter wie Initialtemperatur und Bremsdruck auf die Charakteristik der Bremsstaubpartikel analysiert werden. Die Vorstellung der theoretischen Grundlagen zu Reibung und Verschleiß am Beispiel der Kfz-Radbremse erfolgt zu Beginn der Arbeit. Darauf aufbauend erfolgen die Vorstellung der Prüfumgebung sowie die im Rahmen experimenteller Analysen anzuwendenden Messsysteme. Mithilfe von Vorversuchen werden am Beispiel eines Low Steel (ECE)- Reibbelages charakteristische Temperatur- und Bremsdruckparameter definiert, welche im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Hauptversuche gezielt gegeneinander variiert werden. Die auf Probepads abgelagerten Bremsstaubpartikel werden mithilfe energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht. Zudem wird mittels eines differentiellen Mobilitätsanalysators (DMA) die Abhängigkeit von Bremsdruck und Temperatur auf Partikelanzahlkonzentration und Größenverteilungsdichte analysiert. Neben der Analyse der Bremsstaubemissionen erfolgt weiterhin eine chemische- und oberflächentopographische Analyse der in Kontakt befindlichen Reibpartner. Dadurch sollen Erklärungsansätze für die Charakteristik der Bremsstaubpartikel abgeleitet werden. Den Abschluss der Arbeit bildet die größenfraktionierte Selektierung der emittierten Bremsstaubpartikel mit nachfolgender EDX-Analyse.

Durch die zunehmende Verbreitung von X-by-Wire Systemen in Forschung und Technik, welche dem Kunden und den Fahrzeugherstellern neue innovative Bedienkonzepte bieten, ist auch der Wunsch nach Individualisierbarkeit in den Vordergrund gerückt. Dieser Ansatz kann jedoch nur umgesetzt werden, in dem ein hohes Maß an Sicherheit und Unfallprävention gehalten wird. Um die einfache und zielgenaue Bedienung vorhandener Mensch-Maschine-Schnittstellen zu gewährleisten, ist es von größter Bedeutung Zusammenhänge und Risiken der Konzepte zu entschlüsseln. Die vorliegende Bachelorarbeit dient der Analyse der durch den Menschen erreichbaren Dosierfähigkeit der fußbetätigten Pedalerie. Hierfür wurden zunächst die biologischen Vorgänge bei der Betätigung, als auch die psychischen und physischen Einflussfaktoren analysiert. Um die kraft- und wegsensitive Dosierfähigkeit zu ermitteln, wurden Messreihen an einem für diese Aufgabe optimierten Prüfstand mit einer Probandengruppe durchgeführt. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der demographischen und physischen Einflüsse auf die Betätigung ausgewertet und verglichen. Zudem wurden die gewonnenen Ergebnisse der Studie mit einem rein kraft- bzw. wegsensitiven Konzept verglichen, um eine Theorie über die Verwendbarkeit beider Konzepte zu erstellen.