Gewichtsreduzierung im Automobilbau am Beispiel einer regelbaren Kühlmittelpumpe. - 108 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Gewichtsreduzierung im Automobilbau. Am Beispiel einer schaltbaren Wasserpumpe sollen nach einer umfassenden Recherche zum Stand der Technik mögliche Einsparpotenzial aufgezeigt und abgeschätzt werden. Teile mit hohem Einsparpotenzial werden hinsichtlich ihrer Belastungen und den daraus resultierenden Beanspruchungen untersucht. Die essentiellen Zusammenhänge werden analytisch dargelegt. Dabei wird auf die kritischen Stellen im Bauteil hingewiesen, um so eine Grundlage für zukünftige Konstruktionen zu schaffen. Zur Visualisierung und Unterstützung der theoretischen Grundlagen werden computerunterstützte Methoden verwendet. Ein großer Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf Untersuchungen mithilfe der numerischen Methode FEM. Die Optimierung der Bauteilgeometrie erfolgt auf Grundlage der Spannungsverteilung, infolge sich überlagernden Belastungen. Die Materialauswahl für das Bauteil mit dem größten Einsparpotenzial erfolgt auf Grundlage von leichtbauspezifischen Kenngrößen, mit dessen Werkstoffeigenschaften sich nachgehend befasst wird. Daraufhin wird die Geometrie des Bauteils, durch einen iterativen Abgleich zwischen vorhandenen Spannungen, Geometrie und Masse des Bauteils, optimiert.
Weiterentwicklung und Inbetriebnahme eines Lenkungsprüfstandes für HiL-Untersuchungen. - IX, 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die hydraulische Belastungseinheit ("Lenkungsprüfstand") des Fachgebiets Kraftfahrzeugtechnik weiterentwickelt und in Betrieb genommen. Ziel der Weiterentwicklung war der Erhalt eines modularen Prüfstands, der für unterschiedliche Anwendungen, vor allem aber für Hardware-in-the-loop-Versuche (HiL-Versuche), eingesetzt werden kann. Aus dem Stand der Technik auf dem Gebiet der HiL-Methodik und der Lenkungsprüfstände wurden die Anforderungen für die Weiterentwicklung abgeleitet. Es wurde ein Lastenheft ausgearbeitet, um Bewertungskriterien für die Funktionstüchtigkeit der Belastungseinheit zu erhalten. Die Bachelorarbeit umfasst die durchgeführten Anpassungsarbeiten zur Instandsetzung und die Neuentwicklung der Prüfstandssoftware. Als Regelalgorithmus wurde in Matlab/Simulink ein PID-Regler mit abweichungsabhängigen Verstärkungsfaktoren und einer fehlerlimitierenden Vorschaltung entwickelt. Zur Bedienung wurde eine Programmoberfläche in dSPACE-ControlDesk erarbeitet, mit der auf den Regler zugegriffen werden kann. Als Ergebnisse der Arbeit liegen erste Funktionstests der neuen Regelung vor, die es ermöglicht, beliebige Kraftverläufe bei Frequenzen von bis zu 1 Hz umzusetzen. Bei höheren Dynamiken reicht die Regelgüte nicht mehr aus. Die Regelung spricht dennoch schnell auf Störungen durch Bewegungen am Lenkrad an und limitiert dadurch entstehende Abweichungen auf weniger als 300 N. Die Regelung ist im getesteten Kraftbereich von ±3 kN unter allen Bedingungen stabil. Weiterhin wurde der Prüfstand in einen HiL-Verbund eingegliedert und kann im Rahmen von Fahrzeugsimulationen angesteuert und für HiL-Versuche verwendet werden.
Zusammenhängende Charakterisierungen zum Reibverhalten von trockenlaufenden Reibpaarungen. - X, 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Der Reibprozess zwischen Bremsbelägen und rotierenden Graugussscheiben basiert auf Gesetzmäßigkeiten der trockenen Reibung. Die Kenntnis über Struktur und chemische Zusammensetzung der sich bildenden Reibschicht zwischen den Reibpartnern ist von Bedeutung, da durch sie die Reibkraftübertragung determiniert wird. Diese Thesis zeigt die Möglichkeiten auf, mit welchen die Reibfläche von Bremsbelägen während einzelner Schlepp- und Stoppbremsungen mit einem Hochgeschwindigkeitsmikroskop auf unterschiedlichen Zeitskalen analysiert werden kann. Als Bremsscheiben dienen eine Borosilicatglasscheibe und eine segmentierte Graugussscheibe, in Verbindung mit konventionellen Bremsbelägen eines Kraftfahrzeuges. Ein REM/EDX-System findet für die chemische Charakterisierung der sich bildenden Reibschicht auf NAO- und ECE-Belägen Verwendung. Die Dynamik lokaler bremslastragender Plateaus wird nach einer Einlaufprozedur an drei Reibbelägen untersucht und im Kontext zu tribologischen Parametern diskutiert. Die Erkenntnisse geben Aufschluss über die belagspezifischen Entstehungs- und Zerstörungsmechanismen der Reibschicht.
Analyse zeitabhängiger thermischer Belastungen eines Abgasturboladers. - X, 131 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Auf Grund steigender Kraftstoffpreise und strikterer Abgasgesetzgebungen geht der Trend in der Motorenentwicklung in Richtung kleinerer Triebwerke. Trotz dessen sollen die Motoren keinen Leistungsverlust zeigen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Abgasturbolader eingesetzt. Diese erhöhen die Dichte der angesaugten Luft und somit den effektiven Mitteldruck. Die damit einhergehende Steigerung der thermischen Belastungen kann zu Beschädigungen des Abgasturboladers führen. Um derartige Schwachstellen in der frühen Entwicklungsphase zu identifizieren und zu beheben kann die numerische Simulation eingesetzt werden. Die Grundlage dieser Arbeit ist die thermisch-transiente Analyse des Turbinengehäuses eines Abgasturboladers. Zu diesem Zweck wurden die stationären Strömungsfelder zweier Lastzustände berechnet. Als Ergebnis der Berechnungen, wurden die Wärmeübergangskoeffizienten als Eingangsbedingungen für die thermisch-transiente Analyse des Turbinengehäuses verwendet. Um das thermische Verhalten des Gehäuses in einem weiten Bereich zu analysieren, wurden verschiedene Lastszenarien untersucht. Diese Berechnungen dienen der Vorbereitung für strukturmechanische Analysen. Eine übliche Methodik bei der thermischen Analyse ist die Verwendung örtlich und zeitlich gemittelter Wärmeübergangskoeffizienten. Da sich diese in Abhängigkeit der physikalischen Zustände in der Strömung ändern, ist diese Modellannahme fehlerbehaftet. Durch transiente CFD-Simulationen mit pulsierenden Eingangsgrößen wurde deren Einfluss auf die Verteilung der Wärmeübergangskoeffizienten analysiert.
Entwicklung einer Regelstrategie zur dynamischen Anpassung des Reifenfülldrucks zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen. - XIX, 142 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Im Zuge der gesetzlich festgelegten Minderung der CO2-Emission wächst der Bedarf an Technologien, die eine Senkung der Flottenverbräuche ermöglichen. Großes Optimierungspotential ergibt sich hierbei durch die Verringerung des Rollwiderstandes der Kraftfahrzeugreifen, der einen erheblichen Anteil an den Fahrwiderständen haben und maßgeblich durch den Fülldruck beeinflusst wird. Eine neuartige dynamische Reifendruckregelanlage ist ein möglicher Ansatz zur Nutzung dieses Potentials. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Regelalgorithmus zur Reifendruckanpassung zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen. Ausgehend von einer Analyse des Fülldruckeinflusses auf die Reifeneigenschaften und einer energetischen Betrachtung der Regelanlage unter Verwendung verschiedener Druckluftquellen werden Tendenzen und Richtwerte für den Regler abgeleitet. Um diese theoretischen Untersuchungen durch Simulationen zu stützen, wird ein druckabhängiges transientes Reifenmodel erstellt. Dieses wird in der Matlab/Simulink-Umgebung des Fahrdynamik-Simulationsprogramms IPG CarMaker umgesetzt. Die Ergebnisse der Vorsimulationen werden für die Entwicklung des Regelalgorithmus herangezogen. Ergänzt wird der Algorithmus durch das Modell eines Kompressors im Fahrzeug zur Bereitstellung der benötigten Druckluft. Das Potential der Regelanlage für Kraftstoffeinsparungen wird anschließend in simulierten Fahrzyklen untersucht und durch nötige Optimierungsschritte und eine Übersicht über mögliche Einsatzgebiete ergänzt.
Entwicklung und Simulation der integrierten Fahrdynamikregelung mit einem regenerativen Bremssystem. - XVIII, 117 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Eine wichtige Tendenz in der Entwicklung elektrischer Fahrzeuge ist die Integration verschiedener Fahrzeugsysteme mit regenerativen Bremssystemen. Die Beteiligung verschiedener Fahrwerksysteme im Prozess der Energierückgewinnung hat ein hohes Potenzial. Jedoch erfordert diese Frage intensive Untersuchungen aus Sicht der Energiebilanz unter der gleichzeitigen Berücksichtigung der Kurvenfahrt, der Gierdynamik und der Rekuperationsprozesse. In dieser Arbeit wird ein regeneratives Bremssystem anhand eines seriellen Hybridbremssystems (Brake Blending) in Matlab/Simulink aufgebaut. Um die Fahrsicherheit zu gewährleisten, wird ein ABS-System in ein regeneratives Bremssystem integriert. Anschließend werden zwei Regeltypen, nämlich Rule based Controller und PI-Regler entworfen. Schließlich werden die mit IPG-CarMaker und Matlab/Simulink ausgeführten Simulationsergebnisse diskutiert. Die Darstellung des regenerativen Bremssystems und das regenerative Potential werden unter unterschiedlichen Bremsmanövern diskutiert und ermittelt. Außerdem werden die Leistungen des PI-Reglers und des Rule based controllers verglichen.
Konzipierung einer Prüfeinrichtung zur mobilen Charakterisierung von Reifeneigenschaften. - IX, 73 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Der Reifen stellt bei einem Kraftfahrzeug die einzige Verbindung zwischen dem Fahrbahnbelag und dem Fahrzeug her. Daraus ergibt sich, dass die Reifeneigenschaften einen großen Einfluss auf die Fahreigenschaften eines Fahrzeugs haben. Es ist von Vorteil für Simulationen, Messserien und die Entwicklung von Fahrzeugen, insbesondere von den Fahrwerkskomponenten im Voraus von diesen Kenntnis zu haben. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Thematik, wie Reifenkennlinien mit Hilfe von Reifenprüfständen aufgenommen werden können. Durch eine Analyse schon bestehender mobiler Reifenprüfvorrichtungen wird anschließend ein Konzept für einen Reifenmessanhänger entwickelt.
Realisierung eines semiautomatischen, überwachten Fügemechanismus zur Montage von Batteriekomponenten. - X, 74 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Neukonzeption eines Montageprozesses im Musterbau einer Lithium-Ionen Batteriezelle. Basierend auf einem manuellen Fügemechanismus soll dieser in der nächsten Entwicklungsstufe semiautomatisch bedient werden. Durch diese Weiterentwicklung werden die Einflüsse durch den Anwender reduziert und eine gleichbleibende, stabile Qualität geliefert. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung werden begleitend zum Konstruktionsprozess in Form eines Benchmarking Analysen bereits vorhandener Fügevorrichtungen durchgeführt. Für die Konstruktion werden Workshops abgehalten, in denen die Anforderungen ermittelt werden, welche zur Umsetzung eines Konzeptes benutzt werden. Als Leitfaden für den Konstruktionsprozess wird das Münchener Vorgehensmodell herangezogen. Der Fügemechanismus wird an Hand des CAD-Modelles detailliert beschrieben und es wird ein Ausblick hinsichtlich weiterer Optimierungsmöglichkeiten gegeben.
Experimentelle Analyse eines Federpakets als Ersatz der hydraulischen Elastizität in Prüfständen für elektrische Bremskraftverstärker. - X, 112 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Für die Serienproduktion eines neuentwickelten, elektromechanischen Bremskraftverstärkers ist die trockene Funktionsprüfung geplant. Zusätzlich dazu wird in den Prüfständen eine Einstellung der charakteristischen Kennlinie vorgenommen. Daher ist es erforderlich den Hauptbremszylinder und die Bremsanlage im Prüfstand genau zu simulieren. Darunter fällt das Federpaket zur Nachbildung der hydraulischen Elastizität, aber auch die Umrechnung der gemessenen Federkraft in den resultierenden Druck. Der berechnete Druck wird als Regelgröße an das Steuergerät des Bremskraftverstärkers ausgegeben. In dieser Arbeit wird zur Inbetriebnahme des beschriebenen Verfahrens zuerst eine Analyse zwischen der bereits funktionsfähigen, hydraulischen und der trockenen Prüfung durchgeführt. Es wird eine genaue Vorgehensweise zur Zusammenstellung des Federpaketes und der Druckberechnung anhand hydraulischer Messungen des Hauptbremszylinders erarbeitet und in Form von Auswertungsskripten umgesetzt. Die ermittelten Erkenntnisse werden für den ersten in Serie produzierten Typ umgesetzt und am Prüfstand in Betrieb genommen. Die darauf folgenden, umfangreichen Messungen und Analysen zeigen die sehr genaue Übereinstimmung der trockenen Prüfung mit der hydraulischen Prüfung. Zur Beurteilung von Einflussgrößen werden außerdem verschiedene Parameter der Prüfung untersucht. Als Ergebnis dieser Arbeit kann die Prüfvorschrift der hydraulischen Prüfung nahezu identisch auf die trockene Prüfung übertragen werden. Weiterhin kann eine exakte Einstellung der Kennlinie auch in der serienbegleitenden Trockenprüfung durchgeführt werden. Mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse, entwickelten Methoden und erstellten Skripte ist der Übertrag der trockenen Prüfung auf weitere Typen bzw. allgemein auf Bremskraftverstärker schnell und problemlos möglich.
Akustische Analysen von Klimaschläuchen. - VII, 91 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013
Steigende Anforderungen an den Schwingungs- und Geräuschkomfort im PKW verlangen auch für Subsysteme wie Klimaanlagen ein Optimum an dämpfenden Eigenschaften. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Prüfstandes zur vibroakustischen Charakterisierung von Klimaschläuchen. Durch eine Literaturrecherche sowie die erarbeiteten Grundlagen zur experimentellen Modalanalyse werden Prüfkonzepte entworfen, welche eine Charakterisierung der Schwingungseigenschaften von Klimaschläuchen im hörbaren Bereich ermöglichen. Unter Berücksichtigung von technischen, ökonomischen sowie ökologischen Kriterien wird mit Hilfe einer Bewertungsmatrix ein Prüfkonzept ausgewählt. Die konstruktive Umsetzung dieses Prüfkonzeptes sowie die Erläuterung der Prüfprozedere zur Bestimmung des Dämpfungsgrades aus der Übertragungsfunktion eines Klimaschlauches sind ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit. Somit können Klimaschläuche, die sich in Aufbau und Material unterscheiden, untersucht und verglichen und damit die Innenraumakustik bereits in der Konzeptphase eines Kraftfahrzeugs positiv beeinflusst werden.