Studentische Abschlussarbeiten

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Konstruktion eines Konzepts für ein Messsystem zur Bestimmung des Restbremsmomentes an scheibengebremsten Nutzfahrzeugachsen für die spätere Analyse zur Effizienzsteigerung einer Scheibenbremse, um langfristig den CO2-Ausstoß zu senken. In der Arbeit wird zuerst der aktuelle Entwicklungsstand einer Scheibenbremse für Nutzfahrzeuge untersucht, sowie die auftretenden Belastungen und resultierenden Kräfte ermittelt und veranschaulicht. Im Anschluss werden zwei Kraftmessglieder selektiert, detailliert in Aufbau und Funktionsweise verglichen und abschließend bewertet, um eine eindeutige Entscheidung darüber treffen zu können, welches Messglied für diese Anwendung geeigneter ist. Um ein neues Messsystem konstruieren zu können, werden zunächst die vorausgegangenen Anstrengungen der Industrie, das Restbremsmoment zu messen, betrachtet. Hierdurch sollen eine optimierte Konzipierung und der Vergleich erster Ideen mit vorhandenen Studien möglich werden. Für eine Integration des ausgewählten Sensors in das vorhandene Bremssystem von Knorr wird dieses anschließend näher erläutert und im Nachhinein die Anforderungen an das Messsystem in großem Umfang entwickelt. In der Umsetzungsphase wird ein passendes Messglied in Zusammenhang mit dem Messkonzept gewählt und nach Überprüfung der Festigkeitsanforderungen und Fertigbarkeit die Anordnung des Messgliedes am Prüfobjekt in Vorbereitung auf die konstruktive Umsetzung definiert. Als nächster Schritt wird ein dreidimensionales Modell des fertiggestellten Gesamtsystems mithilfe von CAD-Programmen entworfen, welches die Einbindung der Messtechnik beinhaltet und weitere Ableitungen für technische Zeichnungen oder Simulationen ermöglicht. Nach dem Beschaffen weiterer Messtechnik für die Übertragung der Daten der rotierenden Radnabe zum stationären Fahrzeug wird das mechanische Gesamtsystem montiert und getestet. Im Anschluss wird die Messtechnik installiert und erprobt.

In dieser Arbeit wird das Strömungsfeld bei Reduzierung des Massenstroms durch ein Radialverdichterrad eines PKW-Abgasturboladers mittels Strömungssimulation untersucht. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der Visualisierung der auftretenden Sekundärströmungen und lokalen sowie globalen Rezirkulationen. Diese Rückströmungen treten vermehrt in Richtung des instabilen Bereiches des Verdichterkennfeldes, der sogenannten Pumpgrenze, auf. So ist es notwendig, mehrere Berechnungen durchzuführen, bei denen schrittweise der Massenstrom verringert wird. Dahingehend werden mehrere Betriebspunkte des Verdichterkennfeldes sowohl stationär als auch instationär simuliert und anschließend auf markante Phänomene der Strömung durch ein Verdichterrad untersucht. Ebenso wird betrachtet, ob eine Berechnung eines einzelnen Schaufelkanals ausreicht und inwiefern dies das Ergebnis beeinflusst. Um die Strömung auf Rezirkulationen und Sekundärströmungen zu untersuchen, werden Wirbelkriterien vorgestellt, die mithilfe von Geschwindigkeitsgradienten angeben, ob eine Strömung mit Wirbeln versehen ist. Die Auswertung geschieht sowohl grafisch durch farbige Konturen, als auch analytisch durch eine Frequenzanalyse der instationären Lösungen. Ebenso werden Animationen des Strömungsfeldes durch das Verdichterrad erstellt, in denen die Stromlinien des Strömungsfeldes sowie die Veränderungen der Wirbel, durch die Wirbelkriterien visualisiert, zu erkennen sind. Die Validierung des reduzierten Teilmodells erfolgt durch den Vergleich mit Simulationen des Gesamtmodells der Verdichterseite des Abgasturboladers, die wiederum durch Messungen validiert sind.

Entsprechend der Aufgabenstellung wird in der vorliegenden Arbeit ein Mehrkörpersimulationsmodell einer Fahrzeugachse ausgearbeitet, um niederfrequente Geräuschphänomene nachzubilden. Zu Beginn wird ein Überblick über bereits durchgeführte Schwingungssimulationen an Fahrzeugbremsen erstellt. Aufbauend auf einem vereinfachten Simulationsmodell, bestehend aus einer Bremsscheibe und einem Bremsbelag, wurde das Modell zunächst um einen zweiten Bremsbelag erweitert. Das finale Simulationsmodell besteht aus dem Modell einer realen Fahrzeugbremse und dem Antrieb des Tribologie-Prüfstandes des Fachgebiets Fahrzeugtechnik der TU Ilmenau. Im nächsten Schritt wurde eine Parametervariation durchgeführt, um die Einflüsse der Geschwindigkeit, des Bremsdrucks und der Reibwerte auf das Knarzverhalten des Bremssystems zu untersuchen. Anschließend wurden Maßnahmen zur Verringerung dieses Geräuschphänomens getestet. Dazu gehört die Änderung der Dämpfung der Aufhängung, die Massenänderung des Bremssattels sowie die Anbindung eines aktiven Tilgers. Abschließend werden die Resultate in einem Fazit zusammengefasst und ein Ausblick in die Zukunft gegeben.

Durch die immer strenger werdenden Abgasnormen wird für PKW und NKW der Einsatz von Abscheideeinheiten vorgeschrieben, die eine möglichst vollständige Abscheidung von Ölpartikeln aus den Blow-By-Gasen bei höchster Effizienz in der Kurbelgehäuseentlüftung erreichen. Inhalt dieser Arbeit ist die Konzeptentwicklung und versuchstechnische Untersuchung von aktiven Ölnebelabscheidesystemen als Teil der Kurbelgehäuseentlüftung von Hubkolbenverbrennungsmotoren. Dazu wird zunächst auf die Funktionsweise und Notwendigkeit einer Kurbelgehäuseentlüftung eingegangen und die Entstehung sowie Zusammensetzung der Blow-By-Gase beschrieben. Anschließend werden verschiedene Arten aktueller Ölnebelabscheider und wichtige Parameter zur Vermessung der Abscheidesysteme vorgestellt. Den Kern der vorliegenden Arbeit bildet die Produktentwicklung von neuen Konzepten für eine aktiv unterstützte Ölnebelabscheidung, die Konstruktion von drei Funktionsprototypen und eine anschließende Vermessung der Systeme. Abschließend wird ein Vergleich der entwickelten Systeme mit daraus ableitbaren Handlungsempfehlungen unternommen.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Auslegung und Konstruktion eines Wasser-Ladeluftkühlers für einen Motorenprüfstand. Dabei wird ein geeignetes Wärmetauschersystem aus dem KFZ-Bereich ausgewählt, welches eine im Vergleich geringere thermische Trägheit gegenüber dem ursprünglichen Ladeluftsystem aufweist und somit dynamischen Prüfbetrieb erlaubt, um das aktuell verbaute Kühlersystem zu ersetzen. Damit verbunden ist die Erarbeitung einer geeigneten konstruktiven Anbindung an die Prüfstandsumgebung. Vorbereitend wurde zunächst eine Recherche über verschiedene Systeme und Arten der Ladeluftkühlung sowie aktueller Forschung durchgeführt. Daraus resultierend ergibt sich ein wassergekühlter Ladeluftkühler in indirekter Bauweise als geeignetste Bauform. Das Kühlwasser, welches temperaturtechnisch aufbereitet werden muss, wird über ein Konditioniermodul zur Verfügung gestellt. Daher schließt sich die Beschreibung der Konstruktion sowie die Fertigung und Anbindung der notwendigen Bauteile an. Anhand von Vorversuche an einem Heißgasprüfstand wird das Wärmeabfuhrvermögen der Baugruppe ermittelt und das Betriebsverhalten des Kühlers untersucht. Es zeigt sich, dass der Kühler weitaus mehr als die für den vorliegenden Verbrennungsmotor notwendige Wärmemenge abführen kann. Dabei wird außerdem festgestellt, dass durch verschiedene Kühlmittelvolumenströme die erzielte Abkühlung beeinflusst werden kann. Darauffolgend wird die sich anschließende Adaption des Kühlers an die bestehende Ladeluftkonditionierung sowie den Prüfling beschrieben. Abgeschlossen wird die Arbeit mit der Abstimmung des Reglers der Ladeluftkonditionierung im Prüfstandsautomatisierungssystem. Hierdurch zeigte sich, dass die Verwendung eines PID-Reglers nur bedingte Regelfähigkeit für das System erlaubt.