Studienabschlussarbeiten

Die Diplomarbeit untersucht die Möglichkeiten überschüssigen Solarenergieeintrag mit Hilfe eines wasserbetriebenen Dampf-Kraft-Prozesses innerhalb bestehender Kombianlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung in Ein- und Mehrfamilienhäusern zu nutzen. Das Einsatzgebiet ist die gemäßigte Klimazone, wo vor allem die Wärmeversorgung in den Übergangszeiten verstärkt durch Solarenergie erbracht werden soll. Während der Sommermonate werden durch Abziehen thermischer Energie zur Stromerzeugung die anlagengefährdenden Stagnationszeiten verhindert. Die Nutzung einer einfachen kleinen Dampfmaschine wird favorisiert, da sie die kostengünstigste und robusteste Lösung darstellt. Mehrere Systemvarianten werden vorgestellt. Der Ertrag jeder Variante wird berechnet. Dazu werden meteorologische Bedingungen in Deutschland analysiert und in Zusammenhang mit Kreisprozessparametern gebracht. Weiterführend wird die Möglichkeit einer Kombination von Solaranlage, herkömmlicher Heizung mit fossilen Brennstoffen und einem Festbrennstoffkessel zur Nutzung regenerativer Energieträger entwickelt.

Zielstellung der Diplomarbeit ist die Entwicklung eines Konzeptes zur Konstruktion eines multifunktionalen Gehäusesystems für hochauflösende Kameras, die zu Mess-, Beobachtungs- und Überwachungszwecken eingesetzt werden. Dementsprechend wird die Präzisierung der konstruktiven Aufgabenstellung in Form einer Anforderungsliste vorgenommen und eine hochauflösende Kamera wird auf ihren Aufbau und ihre Funktionalität untersucht, um weitere Erkenntnisse und Forderungen an die Konstruktion abzuleiten. Der aktuelle Stand der Technik wird analysiert und mögliche Varianten des inneren und äußeren Geräteaufbaus werden aufgezeigt. Anhand von Kamerabeispielen aus der Praxis werden die Bauweisen ermittelt, die gegenwärtig für die Fertigung hochauflösender Kameras hauptsächlich Anwendung finden. Über die Temperaturverteilung im Gehäuse werden Schlussfolgerungen für den inneren Geräteaufbau gewonnen. Der äußere Geräteaufbau wird hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit analysiert und durch praktische Messungen ergeben sich Ergebnisse für das Gehäusekonzept. Auf Grundlage der erlangten Erkenntnisse und Anforderungskriterien werden mögliche Lösungsvarianten für ein multifunktionales Gehäusekonzept erarbeitet und entsprechend einer Lösungssystematik wird die optimale Variante ermittelt. Das so entwickelte optimale Lösungskonzept zur Konstruktion eines multifunktionalen Gehäusesystems, in Form einer rotationssymmetrischen Kamera in Einschubbauweise, wird abschließend in seinen Einzelheiten beschrieben und bildet die Grundlage für den technischen Entwurf mit dem CAD-System Pro/ENGINEER.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Änderungskonstruktion der Ofenflansche eines Sinterofens. Die Ofenflansche müssen neben mechanischen und thermischen, vor allem chemischen Belastungen standhalten. In dem Ofen findet der finale Sinterungsprozess eines Sol-Gel-Verfahrens zur Herstellung von Kieselglas statt. - Es erfolgt eine Analyse des Aufbaus und der Funktionsweise des Ofens, beginnend mit der Beschreibung der chemischen Abläufe des Sinterprozesses. Daran anschließend erfolgen die Darstellung des mechanischen Aufbaus der Ofenkonstruktion und eine Schilderung der prozessbedingt auf die Ofenflansche wirkenden Belastungen. Bei dieser Schilderung werden die Schwachstellen der Konstruktion beschrieben und die Ziele der Änderungen festgelegt. - Im letzten Kapitel wird die Konstruktion der neuen, aus dem Werkstoff Quarzglas bestehenden Ofenflansche beschrieben. Dafür werden Vorbetrachtungen zur Konstruktion, grundlegende Auslegungs-Rechnungen, die Darlegung verschiedener Konstruktionsvarianten und die Auswahl einer optimalen Konstruktionslösung durchgeführt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Konstruktionsmerkmale auf die Wärmeleiter der Kühlstrecke ausüben. Dabei wurde eine möglichst hohe Effektivität der Wärmeübertragung angestrebt. Ein eigens konstruierter Messaufbau zur Ermittlung der Wärmeübertragung wurde für die Untersuchungen benutzt. In der Kühlstrecke sollten so wenig wie möglich Schnittstellen integriert sein, da diese thermische Widerstände verursachen. Sie müssen vor störenden Schmutzschichten geschützt und zur Verringerung des thermischen Widerstandes mit Wärmeleitpaste versehen werden. Die Einflüsse von Querschnittsveränderungen am Wärmeleiter müssen experimentell überprüft werden, da nicht alle praktischen Einflüsse in die Theorie überführbar sind.

Bei Projektionsbildern, die von mehr als einem Projektor erzeugt werden, spielt die Ausrichtung der Bilder der einzelnen Projektoren zueinander eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Qualität des Simulators. Die Bilder müssen sich im Randbereich überlappen, damit keine Schattenbereiche gebildet werden. Zur Gewährleistung der Qualität müssen die Pixel der einzelnen Bilder in dem Überlappungsbereich genau aufeinander liegen. Wird diese Anforderung nicht erfüllt, kommt es zu Bildverzerrungen an diesen Stellen, die in ungünstigen Fällen die Qualität des Gesamtgebildes beeinträchtigen können. Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist die Konstruktion einer Justiereinrichtung, die die geforderte Genauigkeitsanforderungen bei der Einstellung der einzelne Bilder erfüllt. Weiterhin wird zwecks Bedienerfreundlichkeit eine bestimmte Justierung gewährleistet. Für eine flexible Anwendung in verschiedenen Simulationsanlagen weist die Justiereinrichtung eine universelle Projektoraufnahme auf. Für eine optimale Justierung der erzeugten Bilder von schwer zugänglichen Projektoren wird die Justiereinrichtung mit einem motorischen Antrieb versehen. Die Funktion der Vorrichtung ist durch die Analyse der Bildverformungen bei dem Justiervorgang untersucht worden. Die optimale Gestalt der tragenden Baugruppen wurde durch verschiedene Belastungsanalysen festgestellt. Zur Minimierung des Herstellaufwandes und zur Steigerung der Bedienerfreundlichkeit, strebte man eine modulare und universelle Lösung mit minimaler Anzahl an Justierachsen an. Die aus den gründlichen Untersuchungen der Bildverformungen und Justierachsenanalyse gewonnenen Erkenntnisse wurden genutzt, um eine modulare in drei Achsen bestimmt justierbare Projektoraufnahme zu konstruieren. Zur Erfüllung aller Anforderung werden fünf justierbare Freiheitsgrade benötigt.