Experimentelle Validierung des Materialverschleißverhaltens für Korona-Zündsystems eines Verbrennungsmotors. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Nach der europäischen Emissionsrichtlinie soll der CO2 - Ausstoß von PKWs ab 2020 im Flottenmittel auf 95g/km sinken. Gute Ansätze zur Erreichung dieses Ziels sind bei der ottomotorischen Brennverfahrensentwicklung heute bereits erkennbar, wobei die Entdrosselung durch Downsizing in Kombination mit Ladungsverdünnung eine Hauptrolle spielt. Die sichere Entflammung dieser mageren oder verdünnten Kraftstoff-Luft-Gemische stellt allerdings hohe Anforderungen an das Zündsystem. Denn bei diesen Gemischen ist unter anderem ein höherer Energieeintrag der Zündsysteme notwendig. Dies können zwar Hochenergiezündspulen erreichen, allerdings sind sie durch die Durchschlagsfestigkeit der Zündkerzenkeramik bei der hohen Funkenspannung limitiert. Deshalb werden andere Zündsysteme entwickelt, die hierzu in der Lage sind. Außerdem muss beim Entzünden magerer oder verdünnter Gemische zum Zündzeitpunkt in unmittelbarer Umgebung zu den Elektroden entzündbares Gemisch vorliegen, weshalb in diesen Anwendungsfällen Raumzündungen gegenüber Punktzündungen im Vorteil sind. Ein Zündsystem, das für diesen Anwendungsfall geeignet ist, ist die Hochfrequenz-Zündung, die auf dem Phänomen der Korona-Entladung beruht. Diese gewährleistet durch den höheren Energieeintrag und durch die Ausbildung räumlich verteilter Flammenkerne nicht nur eine zuverlässige Entflammung des Gemisches, sondern kann durch das vergrößerte Zündvolumen auch zu einer höheren Brenngeschwindigkeit und damit zu einer effizienteren Energiefreisetzung beitragen. Wie konventionelle Zündkerzen besitzen auch die Zünder der Hochfrequenz-Zündung Elektroden, die in den Brennraum ragen und damit zündkerzenähnlichen Verschleißeffekten (Oxidation, Elektroerosion) unterworfen sind. In dieser Arbeit wurden geometrische Vergleichsparameter erarbeitet, anhand welcher die Auswahl der Elektrodengeometrie des Hochfrequenz-Zündsystems unter Berücksichtigung des Verschleißverhaltens durchgeführt werden kann. Hierfür wurden verschiedenen Elektrodengeometrien entworfen und über Simulationen, Druckkammerversuche und verschiedene Materialbearbeitungsversuche die geometrischen Parameter herausgearbeitet, die für die Korona-Qualität von Bedeutung sind. Ebenso wurde der Verschleiß anhand elektrischer und thermodynamischer Werte betrachtet und die Koronaqualität in Verbindung mit diesen Parametern gebracht.
Entwicklung einer Methodik zur Erkennung und Prognose des allgemeinen Straßenverkehrs. - 120 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methodik das aktuelle Verkehrsgeschehen sensorisch zu erfassen und zu prognostizieren. Die zu erarbeitende Methodik soll dabei im Sinne eines Assistenzsystemes fahrzeugautonom arbeiten und als testfähiges System für die Praxis umgesetzt werden. Zunächst werden die Thematik und der aktuelle Stand der Technik recherchiert. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird eine geeignete Messtechnik in betracht gezogen und die nötigen Grundlagen des Verfahrens geschaffen. Anschließend ist die Umsetzung und Erprobung des Mess-Systems dokumentiert. Im weiteren Teil der Arbeit wird ein Verkehrsmodell entwickelt mit dem Verkehrsbewegungen simuliert und prognostiziert werden können. Das Gesamtsystem wird anschließend einem Praxistest unterzogen und die Ergebnisse dokumentiert. Schließlich wird ein Ausblick auf das Potential sowie mögliche Erweiterungen und Anwendungen gegeben.
Praxisnahe Messmethoden für Restbremsmomente im Prüfstandsversuch für verschiedene Reibbremskonzepte. - 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Das Restbremsmoment einer Reibbremse ist ein unerwünschtes Moment, das bei nicht betätigter Bremse, also in der so genannten Offbreak-Phase, durch den Reibkontakt zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe entsteht. Hauptsächlich wird es bei schwimmenden Bremssattelkonstruktionen beobachtet und durch Wechselwirkung zwischen zu geringem Lüftspiel und dynamischem Runout erzeugt. Die hierbei erzeugte Verlustleistung wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad des Fahrzeuges aus, außerdem sind die zusätzlich auftretenden Verschleißeffekte unerwünscht. Um genauere Aussagen über die Entstehung, das Auftreten und die Größe des Restbremsmomentes treffen zu können, bietet sich die Forschung im Prüfstandsversuch an. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Messaufbau entwickelt, der an beide im Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik vorhandenen Schwungmassen-Bremsenprüfstände applizierbar ist. Zu Beginn werden, nach der Einarbeitung in die Thematik Restbremsmoment und -messung am Prüfstand, direkte und indirekte Messmethoden auf Prinzipebene diskutiert. Um den Stand der Technik zu erfassen, werden nähere Informationen zu kommerziell erhältlichen Systemen eingeholt und eine Patentrechereche durchgeführt. Des Weiteren werden Publikationen und Proceedings verschiedener Institutionen und Veranstaltungen gesichtet. Mithilfe der eingeholten Informationen wird eine Potentialanalyse verschiedener praxisnaher Konzepte durchgeführt und ein geeignetes Gesamtkonzept in Anlehnung an den konstruktiven Entwicklungsprozess gewählt. Die Auswahl und Auslegung der Komponenten erfolgt nach den in der Anforderungsliste festgelegten Parametern. Der Aufbau wird im CAD-Programm Catia V5 konstruiert. Das entwickelte Messsystem wird simulativ auf dynamische Eigenschaften im Betriebsfrequenzbereich, auf Spannungen und Verformungen untersucht. Abschließend wird das Messkonzept in vollständiger Ausführung vorgestellt. Dies beinhaltet den technischen Entwurf und alle Einzelteilzeichnungen, aber auch die vollständige Dokumentation der Auslegung. Das System hält Bremsmomenten von bis zu 4000 Newtonmetern stand und kann Momente bis zu 50 Newtonmetern mit einer Genauigkeit von +/- 0,35 Newtonmeter messen.
Konzipierung eines elektromechanischen Pedalgefühlsimulators für einen Pkw-Ergonomieprüfstand. - 133 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Das Fachgebiet für Fahrzeugtechnik der Technischen Universität Ilmenau hat es sich zum Ziel gesetzt, die Mensch-Maschine-Schnittstelle des Fahrzeuginnenraums sowie das Nutzverhalten beim Bedienen eines Pkw während unterschiedlicher Fahrmanöver zu untersuchen und zu optimieren. Hierfür soll ein Ergonomieprüfstand und Fahrsimulator aufgebaut werden. Dieser soll eine deutliche Verbesserung zu dem bestehenden ErgoBuck Ergonomieprüfstand darstellen und mit Hilfe von virtueller Realität und Fahrdynamiksimulationen im Rahmen des Projekts "Virtuelle Straße" eingesetzt werden können. Zu Beginn der Arbeit werden die Unterschiede zwischen Ergonomieprüfständen und Fahrsimulatoren aufgezeigt und die Möglichkeiten für deren Aufbau erläutert. Anschließend wird mit den gezeigten Möglichkeiten ein Konzept für einen Prüfstand entwickelt, der sowohl als Fahrsimulator und als Ergonomieprüfstand genutzt werden kann. Hauptaugenmerk der Arbeit ist die Konzipierung eines elektromechanischen Bremspedalgefühlsimulators für das entwickelte Prüfstands-Konzept. Dabei wird zunächst der Stand der Technik sondiert und im Anschluss daran mehrere Konzepte erstellt. Diese werden bewertet und das beste Konzept wird mit dem Programm AMESim modelliert und simuliert.
Entwicklung eines Baukastenansatzes für die Gestaltung hochintegrierter Reibbremssysteme für Elektrofahrzeuge. - 163 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Im Zuge der Elektrifizierung der Mobilität ergeben sich durch den Einsatz elektrischer Radnabenmaschinen fundamentale Auswirkungen auf die Entwicklung von Fahrwerk und Antriebsstrang. Ein eigenständiges Konzept, dass sich einer grundlegenden Neubetrachtung verschreibt, sind sogenannte aktive Corner-Module. Aus einer Vielzahl von Gründen stellt die Reibbremse einen festen Bestandteil dieser Systeme dar. Die Forderung nach einer hochintegrierten Bauweise hat zur Folge, dass Geometrie und Funktion der Bremse erheblich beeinflusst werden. Ausgehend von Untersuchungsergebnissen eines Experimentalprototyps einer Perimeter-Bremse werden mit Hilfe der Finiten-Elemente-Simulation konzeptspezifische Eigenschaften von Perimeter-Bremsen herausgestellt und Gestaltungsrichtlinien für die innenumgriffene Bremsenbauart abgeleitet. Die Ergebnisse werden so formuliert, dass ein Baukasten für die Perimeter-Reibbremsauslegung entsteht, der eine Skalierung bezüglich Leistungsfähigkeit sowie eine Anpassung an die Bauraumverhältnisse verschiedener Maschinenkonzepte erlaubt. Als Ergebnis dieses Baukastens wird eine beispielhafte Konstruktion von Perimeter-Bremsen für verschiedene Anwendungsfälle durchgeführt und mit Hilfe der FEM-Simulation strukturoptimiert ausgeführt. Die Entwicklung findet in enger Zusammenarbeit mit der Maschinen- und Fahrwerksentwicklung statt, sodass abschließend die Radbremsintegration in aktive Corner-Module anhand unterschiedlicher Konfigurationsszenarien dargestellt und diskutiert werden kann.
Durchführung und Auswertung von Messungen mit einem Reifenmessanhänger zur mobilen Charakterisierung von quasistationären und transienten Reifeneigenschaften. - 152 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015
Das grundlegende Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung und Auswertung von Messungen mit einem Reifenmessanhänger mit dem Zweck der Parameterermittlung für das Magic Formula Reifenmodell. Ein parametrisiertes Magic Formula Modell kann dazu verwendet werden, das Betriebsverhalten von Kraftfahrzeugreifen abzubilden und für Fahrdynamiksimulationen nutzbar zu machen. Auf diesem Weg kann das sicherheitsrelevante Fahrverhalten bereits während des Entwicklungsprozesses eines neuen Fahrzeugmodells simulativ untersucht und verbessert werden. Für die Parameterermittlung müssen zunächst Messungen durchgeführt werden. Um den Ablauf der Messungen und die Qualität der Ergebnisse zu verbessern, werden in einem ersten Schritt einige Optimierungen im Sinne der Erweiterung der Mess- und Regeltechnik des Reifenmessanhängers implementiert. In einem zweiten Schritt erfolgt die versuchsweise Aufnahme von Messdaten und deren Auswertung hinsichtlich der Ermittlung von Magic Formula Parametern. Dazu erfolgt die Aufbereitung der Messdaten als Grundlage ihrer Weiterverarbeitung. Zur Parameterermittlung werden unterschiedliche Herangehensweisen in einem evolutionären Verfahren getestet, bis eine überzeugende Methode gefunden ist. Im Anschluss wird unter Berücksichtigung der Erkenntnisse aus der Messungsauswertung und Parameterermittlung eine für einen Reifenmessanhänger passende Messprozedur entwickelt. Der Entwicklungsprozess legt das Augenmerk auf einzelne zu berücksichtigende Aspekte und führt diese schließlich zu einer finalen Messprozedur zusammen. Mit dieser Arbeit ist die Grundlage zur strukturierten Messungsdurchführung zur Aufnahme kompletter Reifenkennfelder sowie zur anschließenden Auswertung und Parametrisierung des Magic Formula Reifenmodells gelegt.
Implementierung einer Reifenfülldruckregelanlage an einem Reifenmessanhänger zur mobilen Charakterisierung von Reifeneigenschaften. - 88 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Das Thema dieser Bachelorarbeit, welche am Fachgebiet Kraftfahrzeugtechnik der Technischen Universität Ilmenau entstand, ist die Implementierung einer Reifenfülldruckregelanlage an einem Reifenmessanhänger zur mobilen Charakterisierung von Reifeneigenschaften. Ausgehend von einer Simulation des Pneumatiksystems, werden die hierfür erforderlichen Komponenten ausgewählt und am Reifenmessanhänger verbaut. Hierbei liegt der Fokus auf einer hochdynamischen Regelung, weshalb sich die Befüll- und Entleerzeiten des Reifens nahe einer Sekunde befinden sollen. Außerdem wird der Regelalgorithmus in dem Programmiersystem LabVIEW entwickelt und in die vorhandene Regeleinrichtung integriert. Daraufhin wird die Funktionalität der dynamischen Regelung des Reifenfülldrucks validiert und die Zeiten für den Druckaufbau/ -abbau mit den Simulationsergebnissen verglichen. Abschießend werden erste Versuchsfahrten mit dem Reifenmessanhänger zur Inbetriebnahme durchgeführt, um die Einflüsse der dynamischen Reifenfülldruckänderung auf die Eigenschaften des Reifens zu ermitteln.
Analyse von Steuerventilen für Schweröl-Common-Rail Systeme. - 89 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Entwicklung der 2. Generation Common-Rail Einspritzsysteme für mittelschnell-laufende MAN-Dieselmotoren in stationärer und maritimer Anwendung erfordert eine Neukonzeptionierung und Optimierung des im Injektor befindlichen 2/2-Wegeventils. Nach ersten Erfahrungen kommt es besonders bei der Montage der Ventilprototypen, sowie im anschließenden Testbetrieb, zu typischen Fehl- und Verschleißbildern. Dementsprechend ist es sinnvoll, über neue Analysepraktiken nachzudenken und diese möglichst früh in die entsprechenden Prozesse einzugliedern. Aus der Diskussion im Rahmen der FMEA ergeben sich montage- bzw. verschleißbedingte Auswirkungen auf die Einstellparameter der Ventile, die sowohl Funktion als auch Betriebsverhalten beeinflussen. Zur Analyse der Ventilcharakteristik wurde ein spezielles Messgerät angeschafft, welches eine Prüfung der Magnetventile anhand einer sensorlosen Prüfmethode ermöglicht. Durch erste im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Untersuchungen wurde die Messfähigkeit des Messgeräts für die Ventile nachgewiesen und eine durch die Messung bedingte thermische Schädigung der Magnetspule ausgeschlossen. Aufgrund des Setzverhaltens der Ventilkomponenten treten Abweichungen der Kennlinienlage auf, weshalb die Durchführung zweier Setzzyklen vor Aufnahme der auszuwertenden Kennlinie empfohlen wird. Durch eine ölfreie Kontaktierung der Magnetspule und der Beibehaltung der Polungsrichtung der Magnetspule wird systematischen Messfehlern entgegengewirkt. Eine abweichende Schaltcharakteristik in Folge geänderter Ventilparameter Hub und Federkraft kann durch die Nachbildung typischer Verschleißzustände mit guter Reproduzierbarkeit nachgewiesen und quantifiziert werden. Ein direkter Vergleich zweier unterschiedlicher Ventile ist bisher jedoch nur qualitativ möglich. Das Gerät ist zudem in der Lage, eine verformungsbedingte Hubreduktion bei axialer Verspannung im Injektor zu bestätigen. Bedingt durch anfängliche Schwierigkeiten mit der Kontaktierung des Messobjekts und die Herausforderungen der präzisen Einstellung der Ventilparameter über die Untersuchungsdauer, konnten geplante Versuche nicht oder nur in Teilen durchgeführt werden. Empfohlen wird der Einsatz des Geräts als Funktions- und Kontrollmöglichkeit im Montageprozess. Außerdem liefert es zukünftig entwicklungsbegleitend Erkenntnisse über unterschiedlich vorliegende Magnetkreise und ermöglicht Untersuchungen hinsichtlich hydraulischer Dämpfungseffekte und axialer Verspannung der im Injektor eingebauten Ventile.
Luftfördermengensteigerung im Arbeitsluftsystem eines Off-Road-Motors. - 101 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Bei landwirtschaftlichen Fahrzeugen gewinnen Reifendruckregelanlagen immer mehr an Bedeutung. Die gängigen Systeme zur Arbeitsluftversorgung im Nutzfahrzeug, die auch zur Versorgung des Druckluftbremssystems genutzt werden, führen aufgrund ihrer niedrigen Förderleistung zu langen Befüllzeiten. Eine Möglichkeit die Förderleistung zu steigern ist den Druck am Einlass des Kompressors bzw. Luftpressers zu erhöhen - ihn aufzuladen. Daher werden im Rahmen dieser Arbeit, nach einer Recherche zum Stand der Technik, mögliche Konzepte und Auswirkungen der Aufladung auf verschiedene Serienluftpresser untersucht. Ausgehend von analytischen Ansätzen wird eine detaillierte Matlab-Simulink Simulation eines Serienluftpressers und eine einfache Simulation des Verbrauchers erstellt. Damit werden sowohl die Änderungen von thermodynamischen als auch mechanischen Größen mit der Aufladung bestimmt und bewertet. Es werden dabei erforderliche konstruktive Maßnahmen und zu beachtende Punkte erläutert. Auf Basis dieser Arbeit können nun Prüfstandversuche durchgeführt werden.
Partikelmessung bei Tests von alternativen Reibmaterialien auf dem Bremsenprüfstand. - XIII, 69 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Feinstaub stellt aufgrund seiner schädlichen Auswirkungen auf den menschlichen Organismus und die Umwelt ein ernst zu nehmendes Risiko dar. Ein den Menschen im Alltag fast ständig begleitender Emittent von Kleinstpartikeln ist das Automobil. Im Abgasbereich wurden, gesetzlichen Vorgaben folgend, bereits viele Maßnahmen getroffen, um die Partikelmasse und die Partikelanzahl deutlich zu reduzieren. Jedoch emittiert neben dem Verbrennungsmotor die Fahrzeugbremse eine nicht unerhebliche Menge Partikel. Mensch und Umwelt vor der Partikelemission zu schützen und etwaige gesetzliche Regelungen zu antizipieren, stellt die Automobilindustrie vor eine technologische Herausforderung. Partikel entstehen an der Fahrzeugbremse bei Wechselwirkung zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag in Folge tribologischer Beanspruchung. Die Partikel können aufgrund ihrer Größe bis in die Alveolen der Lunge vordringen und dadurch dem Organismus schaden. Um die Effekte der Materialpaarungen auf die Partikelemission zu untersuchen, werden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Lösungsansätze in Testaufbauten realisiert und in einem Testzyklus analysiert. Um die Partikelanzahlkonzentrationen zu messen werden Systeme herangezogen, welche sich bereits in der Abgasmesstechnik zur Partikelmessung bewährt haben. Die gemessenen Partikelanzahlkonzentrationen werden in einem, im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten, standardisierten Verfahren ausgewertet und miteinander verglichen. Im Anschluss daran werden die Daten der Partikelemissionen mit dem im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren aufbereitet und in einer Übersicht dargestellt. Ausgehend von der Streuung der Partikelanzahlkonzentration werden die Emissionen in den Zyklusbereichen bewertet und erlauben somit Rückschlüsse auf die Eigenschaften der untersuchten Materialpaarungen.