Studentische Abschlussarbeiten

Die vorliegende Masterarbeit mit dem Titel "Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten und Haltbarkeit von Thermoelementen auf Basis metallischer Pasten im Abgasstrang eines turboaufgeladenen Fahrzeuges" hat als Zielstellung, die Einsatzmöglichkeit von neuartigen Thermoelementen in einem Abgasstrang zu überprüfen. Hierfür werden neben einer Literaturrecherche zum Thema thermoelektrische Module eine Analyse der Belastungen von Thermoelementen in realer Versuchsumgebung durchgeführt. Nach entwickeln geeigneter Prüfzyklen für Realfahrtuntersuchungen gilt es die ausgewerteten Erkenntnisse auf den Heißluftprüfstand zu übertragen. Die im Anschluss an die Prüfstandsversuche gewonnenen Messwerte werden analysiert. Abschließend wird eine Aussage über die Einsatzmöglichkeit im Abgasstrang diskutiert.

Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, ein komplettes Fahrzeugmodell des "Range Rover Evoque" im Mehrkörperdynamik-Simulationstool "Adams/Car" zu entwickeln, dieses zu validieren, eine Stoßdämpferregelung zu erstellen und diese Regelung hinsichtlich einer Erhöhung des Fahrkomforts zu testen. Die Literaturrecherche beschäftigt sich mit dem Einfluss von Vibrationen auf den Menschen und damit auch mit der Frage: "Wie definiert sich Fahrkomfort?". Des Weiteren findet in diesem Zusammenhang eine Vorstellung von Normen/Richtlinien und Indikatoren für Fahrkomfort sowie Fahrsicherheit statt. Zudem wird ein Überblick über den aktuellen Stand der Technik bei regelbaren Fahrwerken gegeben. Im Zuge dieser Arbeit konnten die Koordinaten der einzelnen Bauteile des Adams-Modells, mithilfe eines CAD-Modells, genauestens ermittelt werden. Das Adams-Fahrzeug wurde dabei sowohl hinsichtlich der Vertikal-, als auch der Querdynamik, unter Zuhilfenahme von Daten des am Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik vorhandenen "Range Rover Evoque" validiert. Die Fahrzeugdaten in Bezug auf die Vertikaldynamik des Versuchsfahrzeuges wurden auf einem sogenannten "Fourposter"-Prüfstand der Firma Tenneco, Inc., im Rahmen dieser Arbeit erfasst. Durch diese Daten konnte das Adams-Modell optimiert und validiert werden. Bei der Fahrwerksregelung wurde zum einen die bekannte "Skyhook"-Regelung und zum anderen ein eigens erstellter Regler, welcher im Verlauf der Arbeit auch als PD-basierter Regler bezeichnet wird, erstellt. Die Ergebnisse der Regler wurden dabei mit denen des passiven Fahrwerks anhand von verschiedenen Straßenprofilen verglichen. Mit dem PD-basierten Regler konnte dabei eine Komforterhöhung erreicht werden.

An Heißgasprüfständen können Verdichter- und Turbinenkennfelder von Abgasturboladern unabhängig vom Verbrennungsmotor gemessen werden. Sie dienen unter anderem als Eingangsparameter für die Motorprozesssimulation und sind zur Abstimmung von Turbolader und Motor notwendig. Diese Messungen erfolgen in stationären Betriebszuständen des Laders durch eine simultane Nutzung mehrerer voneinander abhängiger Regler sowie nach einer entsprechenden Einschwingdauer. Die stationären Betriebspunkte werden durch die Heißgasmenge auf der Turbinenseite und des Anlagenwiderstandes auf der Verdichterseite eingeregelt. Grundlage dafür sind frühere Untersuchungen u.a. von Grigoriadis und Müller, in denen gezeigt wird, dass Fluktuationen während eines Arbeitsspiels des Verbrennungsmotors zu keinen signifikanten Unterschieden führen und somit diese stationär ermittelten Kennfelder repräsentativ sind. Diese Arbeit greift im Umkehrschluss die Vermutung auf, dass auch instationär ermittelte Kennfeldpunkte mit stationären vergleichbar sind. Somit ist es möglich an Heißgasprüfständen die Verwendung voneinander abhängiger Regler und somit lange Einschwingzeiten zu vermeiden. Dazu wird aufgezeigt, inwieweit solche instationär gemessenen Kennpunkte mit stationären Referenzkennfeldern vergleichbar sind. Außerdem wird dargelegt, welche Stellgrößen sich am besten dazu eignen. Weiterhin wird aufgezeigt, wieso der Einfluss des Rotorträgheitsmomentes auf die Instationärpunkte bei den vorhandenen Drehzahländerungen vernachlässigbar ist.

Aufgrund ständig wachsender Emissionsanforderungen in der Automobilindustrie werden stets Wege gesucht die Effizienz eines jeden Kraftfahrzeuges zu steigern. Ein vielversprechender Ansatz für Fahrzeuge mit Automatikgetrieben ist die Qualitätssteigerung der eingesetzten Innenverzahnungen. Eine solche Qualitätssteigerung kann durch den Einsatz einer Hartfeinbearbeitung, ähnlich wie das Schleifen für Außenverzahnungen, erreicht werden. Basierend auf der Technologie des Wälzschälens (Power Skiving) beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Anpassung des bereits vorhandenen Verfahrens an die Hartfeinbearbeitung eben dieser innenverzahnten Hohlräder. Auf eine detaillierte Literaturrecherche folgend, wurde die bereits vorhandene Berechnungssoftware optimiert und erweitert, um die Generierung von Messerschärfdatenblätter für die Weichvorverzahnung sowie für die Hartfeinbearbeitung zu ermöglichen. Anschließend wurden Fräsversuche mit unterschiedlichen Messergeometrien sowie verschiedenen Prozessparametern durchgeführt und die Ergebnisse hinsichtlich des Einflusses auf die Oberflächenqualität der Verzahnung untersucht und bewertet. Ein abschließender Vergleich zwischen einem herkömmlich hergestellten und einem mit dem neuen Verfahren gefertigten Hohlrad zeigt welches Verbesserungspotential der Einsatz des Power Skivings für die Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen hervorbringen kann.

In der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Verdichterlaufradvarianten, die von einem Radialrad abgeleitet wurden, im Rahmen einer 3D-Parameterstudie hinsichtlich des Strömungsverhaltens untersucht. Beruhend auf den RANS-Gleichungen werden sowohl stationäre, als auch vereinzelnd transiente Strömungssimulationen der verschiedenen Laufradformen jeweils als Teilmodell durchgeführt. Ziel der Untersuchung ist es, ein hinsichtlich des Pumpverhaltens stabileres Verdichterrad zu entwickeln. Die Stabilisierung der Strömung soll durch eine gezielte Zirkulation vor dem Laufrad realisiert werden. Diese Hypothese geht auf die Betriebscharakteristik von Diagonalpumpen zurück. Zur Validierung des numerischen Modells dienen die Simulationsergebnisse des Ausgangsverdichters als Gesamtmodell und die dazugehörigen Prüfstandsdaten. Für die Bewertung des Pumpverhaltens werden verschiedene Kriterien herangezogen. Beispielsweise wird das Konvergenzverhalten der Simulationen hinsichtlich charakteristischer Merkmale (Periodizität) untersucht. Die zeitabhängigen Signale der instationären Simulationen werden durch eine Fourieranalyse in deren Amplitudenspektren überführt. Für die Darstellung von Sekundärströmungen in den Strömungskanälen wird das Q-Kriterium verwendet. Beruhend auf diesen Untersuchungen wird eine diagonale Laufradform mit einem Neigungswinkel von 15˚ ausgewählt, die ein späteres Einsetzen der Pumpschwingungen vermuten lässt. Für dieses Verdichterrad soll ein Prototyp gefertigt werden, der zur Erprobung an einem Zweizylinder-Motorradmotor adaptiert werden soll. Für das Diagonalrad wird ein 3D-CAD-Modell erstellt und in die Baugruppe des ursprünglichen Radialverdichters integriert. Durch die neue Laufradform muss das Verdichtergehäuse sowie dessen Rückwand angepasst werden. Die gesamte Lagerung der Ursprungsgeometrie kann übernommen werden. Abschließend wird das Diagonalrad strukturmechanisch hinsichtlich Festigkeit untersucht und mit dem Radialverdichter verglichen. Das Diagonalrad weist speziell in den Schaufeln höhere Spannungswerte auf, als das Radialrad. Die Spannungen überschreiten die für Verdichter üblichen zulässigen kritischen Spannungswerte jedoch nicht.