Bachelorarbeiten

Im Rahmen dieser Arbeit wurden polymere Materialien hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften untersucht und bewertet. Der Kunststoffe soll als faltbares Gehäuse für miniaturisierte Spektrometer dienen. Dazu müssen die Kunststoffe opak sein, nicht fluoreszieren und diffus reflektieren. Zum Testen der Eigenschaften wurden die Transmissions- und Reflexions-, sowie Fluoreszenzeigenschaften gemessen. Außerdem wurde ein Ramanspektrum der Kunststoffe aufgenommen, um eine Materialanalyse zu erhalten. Als Proben kamen 3D-gedrucke und spritzgegossene Kunststoffe zum Einsatz. Es hat sich gezeigt, dass lichtempfindliche Kunststoffe, welche mittels Stereolithographie oder MultiJet Verfahren hergestellt wurden, ungeeignet sind. Als eine gute Materialklasse haben sich die Polyamide herausgestellt, welche gute optische und mechanische Eigenschaften vereinen.

Die Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der strömungsbedingten Schallemissionen in Belüftungsanlagen von Kraftfahrzeugen. Diese werden von den Insassen als störend wahrgenommen, weshalb die Bestrebung aufkommt, sie zu reduzieren. Hierbei werden der Luftkanal und der Mittenausströmer des BMW 7er G11 als Grundlage für die Untersuchungen herangezogen. Die Bauteile werden nicht im verbauten Zustand in einem Kraftfahrzeug akustisch vermessen, sondern auf einem Prüfstand in einem Akustik-Labor. Die Messungen werden mit einer Schallkamera aufgenommen, die sowohl den Schalldruckpegel ermittelt, als auch den Ort der Schallquelle bestimmt und graphisch anzeigt. Darüber hinaus wird auch der Massestrom der Luft sowie der durch die Veränderungen auftretende statische Druckverlust aufgenommen. Für eine akustische Optimierung wird eine Vielzahl von Maßnahmen entwickelt. Zum einen wird eine Strömungssimulation durchgeführt, die etwaige Turbulenzen in dem Luftkanal und dem Ausströmer offenlegt. Durch verbesserte Strömungseigenschaften kann gleichzeitig auch die Akustik verbessert werden, weil eine verwirbelte Luftströmung ungewünschten Schall erzeugt. Weiterhin wird der Mittenausströmer gründlich untersucht. Dieser emittiert je nach Lamellen- und Schließklappenstellung einen unterschiedlichen Schalldruckpegel. Um diesen zu senken, wird Vliesstoff im Inneren des Gehäuses des Ausströmers und an die Schließklappe angebracht. Eine weitere Maßnahme, die untersucht wird, ist ein aufgerautes Gehäuse des Ausströmers. Im originalen Zustand ist dieses sehr glatt. Durch das Aufrauen wird der Mittelrauwert der Oberfläche erhöht und bei einer Reflektion tritt eine breitere Streuung der Schallwellen auf. Außerdem können durch bestimmte Oberflächenrauheiten die Strömungseigenschaften positiv beeinflusst werden. Über diese Maßnahmen hinaus, die nur die vorhandenen Bauteile betreffen, werden noch zwei Zusatzbaugruppen untersucht, die die Schallemissionen der Innenraumbelüftung reduzieren. Beide Baugruppen werden anfangs ohne den Luftkanal und den Ausströmer auf dem Prüfstand getestet. Dabei ist zuerst ein Kammerschalldämpfer zu nennen. Er besteht aus zwei Querschnittssprüngen. Der erste verdreifacht die Querschnittsfläche der Strömung und der zweite reduziert diese wieder auf den ursprünglichen Wert. Außerdem werden die Auswirkungen verschiedener Abstände zwischen den beiden Sprüngen untersucht. Die unterschiedliche Größe der Expansionskammer wirkt sich auf die Schalldämmung aus. Weiterhin wird die Einlage von schallabsorbierenden Materialien mit dem Ziel der Verhinderung von Mehrfachreflektionen bei den Querschnittssprüngen experimentell validiert. Die zweite Zusatzbaugruppe, die im Rahmen dieser Bachelorarbeit entwickelt wird, erzeugt eine künstliche Umlenkung des Luftstroms. Ein Rohr mit derselben Querschnittsfläche wie ein Ausströmer wird konstruiert. Dieses enthält im Inneren eine helixförmige Führung, die sich über die komplette Länge axial um 180˚ verdreht. Über diese Führung werden verschiedene Vliesstoffe und andere schallabsorbierende Materialien in das Rohr eingebracht. Dadurch wird der vom Lüfter bereitgestellte Luftstrom aufgeteilt. Zusätzlich wird die Innenwand des Rohres ebenfalls ausgekleidet. Das hat den Hintergrund, dass die Moleküle der Luft, die als Ausbreitungsmedium für den Schall dienen, durch die Drehung der Helix vermehrt an die Wand stoßen. Durch die ausgekleideten Wände kann diese Tatsache für einen hohen Absorptionsgrad des Helix-Rohres ausgenutzt werden. Abschließend werden die ursprünglich einzeln untersuchten Maßnahmen zusammengeführt. Dabei wird aus den vorher erlangten Erkenntnissen, welche Maßnahmen am zielführendsten sind, eine Kombination gebildet. Die Zusatzbaugruppen werden zwischen den Luftkanal und den Ausströmer in das System integriert. Dieses wird zum Schluss erneut vermessen, um ein Gesamtergebnis zu erhalten. Es beinhaltet den Schalldruckpegel sowie den Massestrom und den Druckverlust, die sich einstellen.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Optimierung von Montagehilfsmitteln mit Oberflächenkontakt, welche im Montageprozess der Daimler AG zum Einsatz kommen. Diese, aus Polyoxymethylen (POM) gefertigten Hilfen, verursachen regelmäßig Beschädigungen an den lackierten Oberflächen der Fahrzeuge. Die Folgen daraus sind aufwändige Nacharbeiten, welche mit zusätzlichen Kosten verbunden sind. Zudem ist die spanende Fertigung der Montagehilfen aus POM kostenintensiv. Ausgehende von dieser Problematik wird deshalb im Rahmen der Arbeit ein Alternativmaterial für POM gesucht, welches als Fertigungsmaterial für Montagehilfen herangezogen werden kann. Hierdurch sollen durch Montagehilfen hervorgerufene Oberflächenbeschädigungen an Fahrzeugen vermieden und Kosten bei der Herstellung der Hilfen gesenkt werden.

Um Elektrofahrzeuge gegenüber den auf dem Markt etablierten Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor konkurrenzfähig zu machen, ist eine Verbesserung der Batterieperformance und eine genaue Kenntnis der Batterieparameter notwendig. Die Ruhespannung (OCV) ist dabei eine der wichtigsten Kenngrößen für eine erhöhte Genauigkeit in der Ladezustandsbestimmung unter Berücksichtigung von Alterungseffekten. Bei einer nichtrelaxierten Lithium-Ionen-Zelle wird die Ruhespannung von Überspannungen überlagert und ist somit im Fahrbetrieb nicht direkt messbar. Um auch im nichtrelaxierten Zustand der Zelle eine Aussage über die Ruhespannung machen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Kalman-Filter zur Ruhespannungs-Schätzung in MATLAB als Proof of Concept implementiert. Nach einer ausgiebigen Analyse des Kalman-Filters werden die elektrochemischen Hintergründe von Überspannungen untersucht und anschließend nach ihrer Dynamik klassifiziert. Unter Berücksichtigung des Impedanzspektrums einer Lithium-Ionen-Zelle werden Modelle für die Batteriedynamik in Form eines elektrischen Ersatzschaltbilds gebildet und in die Zustandsraumdarstellung überführt. Es werden zwei dieser Modelle im Kalman-Filter angewendet und untersucht. Im ersten Modell wird die Dynamik der ohmschen Überspannung, sowie der dynamische Überspannungen durch Polarisation abgebildet. Im zweiten Modell werden zusätzlich dynamische Überspannungen in Folge von Diffusionsprozessen in Form einer approximierten Warburg-Impedanz betrachtet. Anschließend folgt die Validierung des Kalman-Filters beider Modelle anhand von Simulationen, die auf Messdaten von verschiedenen Fahrprofilen, Temperaturen und Relaxationsphasen der Zelle basieren. Des Weiteren wird eine Methode zur Bestimmung der Kapazität einer Lithium-Ionen-Zelle über die Ruhespannung analysiert. Ziel aller Simulationen ist es eine Einschätzung der zu erwartenden Fehler bei der Ruhespannungs-Schätzung vorzunehmen und das Verfahren hinsichtlich seiner Einsatzgebiete im Batteriemanagementsystem eines Elektrofahrzeugs zu evaluieren.

Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, die Geschwindigkeit der Reaktionsfront von Reaktivfoilen zu bestimmen. Hierzu wurde ein Messplatz konstruiert. Es wird ein Überblick über Reaktive Mehrschichtsysteme gegeben. Besonders wird hierzu auf die Bedeutung der Reaktionsgeschwindigkeit und auf Einussfaktoren eingegangen. Außerdem wird die Wahl des Messplatzes und dessen Funktion erläutert. Der Messplatz wird anhand von Ni/Al-Proben bewertet, eine korrekte Bestimmung ist möglich. Anhand der gemessenen Geschwindigkeit wird mit dem Modell von Armstrong eine Reaktionstemperatur bestimmt.