Bewertung und Optimierung von Komponentenprüfstandsprogrammen zur Messung von Restbremsmomenten und Vergleich zum realen Fahrzeugverhalten. - Ilmenau. - 106 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019
Als Restbremsmoment (RBM) wird der Anteil des Fahrwiderstandes bezeichnet, der in einer ungebremsten Fahrsituation durch ein zu geringes Lüftspiel zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe erzeugt wird. Das Lüftspiel unterliegt als konstruktive Größe selbst zahlreichen Einflussparametern, welche es permanent, sowohl positiv als auch negativ beeinflussen, weshalb es sich bei dem hervorgerufenen RBM um eine sehr inkonstante Größe handelt. Einer dieser Parameter ist vorrangig der Druck aus statischen oder dynamischen Betätigungen der Bremse. Diese Arbeit befasst sich mit Methoden zur RBM-Messung an Scheibenbremsanlagen am Komponentenprüfstand. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung des Auftretens und Verhaltens von Restbremsmomenten im Hinblick auf den Konditionierungszustand aus vorherigen Druckbeaufschlagungen der Bremse. Dazu wurden verschiedene Prüfprozeduren mit jeweils unterschiedlichen Schwerpunkten aus dem Erprobungshandbuch der BMW Group an einem Bremsen-Schwungmassenprüfstand analysiert. Im Rahmen dieser Optimierung haben sich Veränderungen des Prüfaufbaus ergeben, deren Wirksamkeit durch Analysen des Schwingverhaltens validiert wurde. Anhand eines Abgleichs wurde weiterführend überprüft, ob sich das am Komponentenprüfstand gemessene RBM mittels eines Korrelationskoeffizienten direkt in Bezug zum Fahrwiderstand und den CO2-Emissionen eines Gesamtfahrzeugs auf dem Allradrollenprüfstand setzen lässt. Aus den gewonnen Erkenntnissen der Analyse konnten relevante Vorkonditionierungszustände ermittelt werden, um eine Annäherung zwischen der RBM-Messung am Komponentenprüfstand und den Auswirkungen am Fahrzeug zu ermöglichen. Im Hinblick auf die Abgastypprüfung am Gesamtfahrzeug und die dort auftretenden Konditionierungen der Bremse wurde abschließend eine Methode zur RBM-Messung am Komponentenprüfstand abgeleitet, um ein möglichst breites Spektrum an Konditionierungszuständen auf das RBM während eines Verbrauchszyklus prüfen zu können. Die durchgeführten Versuche wiesen jedoch nur begrenzte Zusammenhänge auf, wodurch ein pauschaler Korrelationskoeffizient nicht zu beziffernden war. Sie bieten dennoch die Grundlage für weiterführende Maßnahmen, um die Messmethoden zwischen dem Komponentenprüfstand und dem Gesamtfahrzeugprüfstand anzugleichen.
Weiterentwicklung eines Recyclingprozesses für Kupferkabel. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In der vorliegenden Masterthesis wird ein Konzept einer Kühlanlage zum Abkühlen von Kabeln auf unter -40˚C entwickelt. Diese Temperatur wird benötigt, um eine Versprödung der PVC-Isolation zu erreichen. Anschließend kann die Isolation durch eine mechanische Bearbeitung, durch ein Schlagwerk, entfernt werden. Als Voruntersuchung werden Messungen an einem, von der TU Ilmenau entwickelten, Prototypen durchgeführt. Dieser soll eine kontinuierliche Kühlung ermöglichen, indem das Kabel durch ein strömendes Kühlmedium geführt wird. Auf dieser Grundlage wird eine Methode entwickelt, um die Abkühlgeschwindigkeit und den Abkühlverlauf von Kabeln in einem strömenden Medium, unter verschiedenen Randbedingungen, zu berechnen. Die Genauigkeit dieser Methode wird durch weitere Messungen und eine CFD-Simulation überprüft und bewertet. Dabei zeigt sich, dass die Ergebnisse der Berechnung bis auf 2,5K Temperaturdif. Auf dieser Basis eines Lastenheftes wird ein konstruktiver Entwicklungsprozess für die Kühlanlage durchgeführt. Dabei läuft die Anlage im Batchbetrieb, indem vorportionierte Kabelabschnitte korbweise gekühlt werden. Bei dem ersten Konzept handelt es sich um eine großindustrielle Lösung, wohingegen das zweite Konzept für geringe Kabelmengen bei kleinen Betrieben Anwendung finden soll. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Anlage unter der Betrachtung der Lohn-, Amortisations- und Energiekosten gegenüber dem Kupfererlös durchgeführt und mit einem zweiten vereinfachten Konzept verglichen.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Während der Aktuierung einer Reibungsbremse wird kinetische Energie in Wärme umgewandelt. Dabei entsteht an den Reibkörpern des das tribologischen Systems ein partikelförmiger Verschleiß, wobei ein Teil dessen aufgrund des vorliegenden Größenbereiches zum Feinstaub gezählt werden kann. Daraus resultiert eine Gefährdung für Mensch und Umwelt und eine Motivation zur wissenschaftlichen Erforschung. Das Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Bremsendimensionierung, des Bremsenkonzeptes und der Scheibenventilation auf die Verteilung partikelförmiger Bremsenemissionen innerhalb eines geschlossenen Probenahmesystems. Weiterhin liegt das Ziel darin, den Einfluss der Thermophorese auf die Abscheidung abzuschätzen. Zunächst werden drei unterschiedliche Bremsendimensionen in CAD-Modelle überführt und für sie Simulation vorbereitet. Darauf aufbauend werden die Randbedingungen definiert, Probleme erörtert und Lösungsansätze vorgeschlagen. Die Bewertung des Einflusses erfolgt durch die Partikel- und Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des Probenahmesystems. Die thermophoretische Betrachtung basiert auf der Grundlage von Berechnungsansätzen unterschiedlicher Autoren. Die Stoffgrößen entstammen aus Voruntersuchungen des Fachgebietes.
Entwicklung eines High-Level-Controllers für semi-aktive Radaufhängung. - Ilmenau. - 116 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Eine Fahrkomfortsteigerung für Straßenfahrzeuge kann durch den Einsatz eines semi-aktiven Fahrwerks erreicht werden. Hierbei wird eine Regelungsstrategie benötigt, die aus verschiedenen Sensorsignalen eine Ansteuerung für jeden einzelnen Schwingungsdämpfer erarbeitet. Mit einer Aufteilung der Regelung in einzelne Ebenen, die jeweils eine bestimmte Teilaufgabe erfüllen, wird diese Aufgabe vereinfacht. Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist es, eine Regelung für die allgemeinste Ebene zu entwickeln. Dieser so genannte High-Level-Controller bestimmt die in jedem Zeitschritt am Fahrzeugaufbau benötigte vertikale Kraft und zwei dort wirkende Momente um die Aufbaulängs- und Querachse, damit eine Komfortverbesserung für die Fahrzeuginsassen erreicht wird. Hierfür werden verschiedene Regelungen miteinander verglichen und ausgewertet. Die Nutzung der Integral Sliding Mode-Regelung liefert unter Verwendung des in Simulink entwickelten Simulationsmodells sowie unter Betrachtung von auftretenden Zeitverzögerungen im System die besten Ergebnisse. Unter möglichst realen Bedingungen und mit Verwendung von CarMaker wird die Regelung validiert und zeigt gegenüber einem passiven Fahrwerk auch hier eine deutliche Komfortverbesserung.
Simulative Untersuchung der gegenseitigen Beeinflussung zweier Reibstellen in einem Automobil-Schwingungsdämpfer. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung eines Simulationsmodells mit dem sich das Reibverhalten eines Automobil-Schwingungsdämpfers darstellen lässt. Zudem soll das Modell mit dem Einzelreibstellenprüfstand des Fachgebiets für Kraftfahrzeugtechnik an der Technischen Universität Ilmenau vergleichbar sein. Die Simulation wird in einer Finite-Elemente-Software unter Zuhilfenahme eines dynamischen Reibmodells aufgebaut. Hierbei ist ein Eingriff in den regulären Ablauf des Programms nötig. Nach der vollständigen Dokumentation der Einstellparameter werden verschiedene Szenarien des Schwingungsdämpfers modelliert. Eine hohe Wichtigkeit wird dabei dem Einfluss einer Lateralbewegung der Kolbenstange beigemessen. Final geht aus dieser Masterarbeit ein Simulationsmodell hervor, dessen Ergebnisse sich mit einem Einzelreibstellenprüfstand vergleichen lassen. Darüber hinaus lassen sich in Zukunft tiefergehende Erkenntnisse zum Reibverhalten von Automobil-Schwingungsdämpfern gewinnen. An Baugruppen, dessen detailliertere Betrachtung am Prüfstand durch eine resultierende Beeinflussung der Funktion oder fehlenden Bauraum unmöglich ist, kann in den Simulationen der Einfluss jedes einzelnen Bauteiles für sich betrachtet werden.
Experimentelle und simulative Beschreibung von Abscheidemechanismen am Beispiel eines Probenahmesystems für Realfahrtanwendungen. - Ilmenau. - 89 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Um bei Kraftfahrzeugen die Geschwindigkeit verringern oder das Fahrzeug zum Stillstand bringen zu können, kommen üblicherweise Reibbremsen in Form von Scheibenbremssystemen zum Einsatz. Während des Bremsvorgangs wird innerhalb des tribologischen Systems kinetische Energie in Wärme umgesetzt, wobei es an beiden Reibpartnern zur Generierung von partikelförmigen Verschleiß kommt. Bremsenemissionen werden aufgrund ihres Größenbereiches dem Feinstaub zugeordnet, sie stehen zudem in Verdacht durch den Atemtrakt in den Blutkreislauf des Menschen zu gelangen und den menschlichen Organismus zu gefährden. Neben dem gesundheitlichen Gefährdungspotenzial rücken Bremsenemissionen aufgrund der kontinuierlichen Reduktion motorischer Abgasemissionen, welche durch gesetzliche Reglementierungen bedingt ist, immer weiter in den Fokus wissenschaftlicher und gesetzlicher Betrachtungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollen Abscheidemechanismen partikelförmiger Bremsenemissionen unter Beachtung der Aerosolmodifikation am Beispiel eines Konstantvolumenprobenahmesystems (CVS) für Realfahrtanwendungen simulativ wie auch experimentell beschrieben werden. Ziel ist neben der Optimierung eines bestehenden Probenahmesystems die Bewertung der Simulationsergebnisse auf Basis von Validierungsversuchen am Schwungmassenprüfstand. Die Arbeit umfasst sowohl die Beschreibung des ursprünglichen Probenahmesystems mittels numerischer Strömungssimulation (CFD) als auch die Optimierung desselben hinsichtlich Transporteffizienz und Uniformität der Partikelanzahlkonzentration. Neben der konstruktiven Anpassung des CVS an die baulichen Gegebenheiten des Versuchsfahrzeuges und der Fertigung der Komponenten erfolgt die Entwicklung einer Versuchsmethodik, mit deren Hilfe am Schwungmassenprüfstand die tatsächliche Transporteffizienz des optimierten Probenahmesystems sowie das reale Konzentrationsprofil im Auslass ermittelt werden. Eine Einschätzung hinsichtlich der Übertragbarkeit von Ergebnissen aus der Strömungssimulation mit ANSYS Fluent bildet den Abschluss.
Konzeptentwurf eines modularen Steuerungssystems für Elektroantriebe im Prüfstandsumfeld. - Ilmenau. - XII, 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Erhöhung der Anzahl elektrifizierter Antriebsstränge und eingesetzter elektrischer Kleinantriebe in Kraftfahrzeugen führt zu einem deutlich erhöhten technischen und wirtschaftlichen Entwicklungsaufwand, da eine Vielzahl von Steuerungssystemen und Leistungstreibern für eine große Bandbreite unterschiedlicher die Elektroantriebe implementiert werden muss. Daher wird im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept eines modularen Steuerungssystems für E Antriebe im Prüfstandsumfeld erarbeitet und untersucht. Der Fokus dieser Arbeit ist auf aktuelle elektronische Ansteuerungssysteme für DC-, Schritt-, BLDC-, Asynchron- und Synchronmotoren gerichtet. Weiterhin werden die potentiellen Leistungsbereiche identifiziert, in denen aktuelle Nebenaggregate operieren. Die notwendigen Blockschaltbilder der Soft- und Hardwaresysteme werden erstellt und dargestellt. Ziel der Darstellung ist eine Erläuterung des erarbeiteten Konzepts, der dabei die grundsätzliche Konstruktion der Motorkomponenten sowie die Leistungselektronik beinhaltet. Danach erfolgt die Durchführung von Schaltungssimulationen des Tiefseztstellers mit Matlab/Simscape, durch die die jeweilige Funktionalität gemäß der Spezifikation nachgewiesen und bewertet werden soll. Anschließend wird ein Konzeptvorschlag ausgearbeitet und bewertet, der beschreibt, wie eine möglichst universelle Prüfstandsinfrastruktur aussehen könnte, mit der unterschiedliche Elektroantriebe angesteuert werden können. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird eine Anwendung am Beispiel einer gewählten Applikation dargestellt. Dazu wird die Komponentenauswahl durchgeführt und ein einfacher Schaltschrank als CAD-Modell gezeichnet, um die Integrierbarkeit des Steuerungssystems in diePrüfstandsumgebung zu gewährleisten.
Entwicklung einer Methodik zur zielführenden Wahl der Materialmodelle zur Simulation von Metall-Elastomer-Kontakten. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, wie ein geeignetes Materialmodell für eine FEM-Software gewählt werden sollte, um möglichst exakt den Kontakt zwischen Metall und Elastomer zu simulieren. Die so entstandene Methode soll in anschließenden Arbeiten zum Entwickeln eines Reibverhalten-Vorhersage-Modell für einen automobilen Schwingungsdämpfer beitragen. Dementsprechend werden die Untersuchungen auf diesen Anwendungsfall angepasst. Dazu wird zunächst ein Experiment entwickelt, indem die fünf relevanten Materialien auf ihre Reibungseigenschaften untersucht werden können. Dabei besteht die Herausforderung darin, die Bedingungen in dem zu konstruierenden Prüfstand äquivalent zu den Bedingungen im Inneren eines Schwingungsdämpfers anzupassen. Das Experiment dient als Grundlage des Aufbaus einer Simulation. Es wird beschrieben, wie die Simulation dem Experiment so realitätsnah wie möglich nachempfunden werden kann. Um dies zu validieren wird die Simulation mit dem Realversuch verglichen. Anschließend wird in der so entstandenen Reibungssimulation der Einfluss von verformungsrelevanten Materialeigenschaften untersucht. Dazu werden Parameter eines bereits vorhandenen Materialmodells eines Kunststoffs variiert. Anschließend werden diese in die Reibungssimulation implementiert. Aus den Ergebnissen der verschiedenen Simulationen wird eine Methode abgeleitet, die eine Wahl eines geeigneten Materialmodells passend zum Anwendungszweck ermöglicht.
Analyse von Abscheide- und Anhaftmechanismen am Beispiel von partikelförmigen Bremsenemissionen. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Bei Bremsvorgängen mit einem Scheibenbremssystem eines Kraftfahrzeugs wird infolge von tribologischen Wirkmechanismen zwischen Reibbelag sowie Bremsscheibe kinetische in thermische Energie umgewandelt. Infolgedessen wird partikelförmiger Bremsstaub nahezu ungehindert in die Umwelt emittiert und stellt für den menschlichen Organismus eine Gefahr dar. Hinsichtlich zukünftiger gesetzlicher Vorgaben besteht ein Interesse darin, Kenntnisse über die Bildung sowie die spezifischen Eigenschaften des Bremsstaubs zu generieren, wodurch effiziente Probenahmesysteme entwickelt werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollen die von einem Scheibenbremssystem emittierten Bremsstaubpartikel hinsichtlich ihres Abscheide- und Anhaftkraftverhaltens in einem Konstant-Volumen-Probenahmesystem analysiert werden. Dazu werden in einer Literaturrecherche die theoretischen Grundlagen erarbeitet. Daraufhin soll der Einfluss unterschiedlicher Parameter, wie das Fahrkollektiv, die Reibbelagzusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit oder auch die Absaugrichtung auf die Partikelabscheidung untersucht werden. Das Ziel liegt darin, ein Verständnis über den Zusammenhang zwischen dem Initial- und Ausbreiteverhalten sowie den spezifischen chemischen und physikalischen Eigenschaften emittierter Bremsstaubpartikel und der Abscheidung bzw. Anhaftung zu erhalten. Die Arbeit umfasst die Entwicklung einer Versuchsmethodik zur Analyse der Partikelabscheidung, welche neben den Grundlagen der Bildanalyse die Ableitung eines Versuchsaufbaus zur Erfassung abgeschiedener Partikel, die Definition relevanter Einflussgrößen zur expermentellen Untersuchung sowie die Durchführung von Vorversuchen beinhaltet. Die Versuchs- durchführung setzt sich aus der Probenahme von im Probenahmesystem integrierten Probenträger, die Aufnahmeerstellung mittels 3D-Laserscanning Mikroskops sowie die Analyse mittels Software, welche die Messung des Partikelflächeninhalts und die Berechnung eines Äquivalentdurchmessers beinhaltet, zusammen. In der Auswertung wird ein Vergleich zwischen den experimentell ermittelten Versuchsergebnissen sowie den theoretischen Abscheidemechanismen aufgestellt. Den Abschluss der Arbeit bildet die Grundlagenuntersuchung zur Ermittlung der Haftkräfte von Bremsstaubpartikeln in Zusammenarbeit mit dem Zentralen Institut für Mikro- und Nanotechnologie an der TU Ilmenau.
Entwicklung eines Dauerlauf-Einzelreibstellenprüfstandes von Automobil-Schwingungsdämpfern. - Ilmenau. - 109 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser Arbeit wird das Reibverhalten von Einrohr-Automobilschwingungsdämpfern in den Kontaktzonen Dichtungs-Führungs-Einheit / Kolbenstange sowie Arbeitskolben / Dämpferrohr untersucht. Ziel ist es, einen bestehenden Einzelreibstellenprüfstand weiter zu entwickeln, um breiter gestreute Studien mit Lastkollektiven, welche sich näher an denen von realen Stoßdämpfern orientieren, durchführen zu können. Nach der Einarbeitung in den bestehenden Prüfstandsentwurf werden Konzepte zu dessen Überarbeitung erstellt. Besonderer Wert wird dabei auf die Belastbarkeit und das Handling beim Umgang mit dem Prüfstand sowie die Beeinflussung der Messzonen gelegt. Im Anschluss wird ein Konzept konstruktiv umgesetzt. Um den Bezug zum realen Dämpfer zu wahren, basiert dieser auf Serienbauteilen. Nach der Inbetriebnahme des Prüfstands werden Versuche mit diesem durchgeführt. Zur Charakterisierung der Reibkontakte dienen Reibkraftmessungen mit konstanter, niedriger Geschwindigkeit zur Untersuchung des quasistatischen Reibverhaltens. Des Weiteren werden Messungen mit sinusförmigem Bewegungsablauf durchgeführt, welche die Beschreibung des Reibkraft-Geschwindigkeits-Verhaltens zur Funktion haben. Diese werden zuerst für den fabrikneuen Zustand durchgeführt. Im Anschluss an einen Dauerlauf auf einem servohydraulischen Prüfstand erfolgt die erneute Charakterisierung der Reibstellen mit Blick auf Veränderungen der Reibeigenschaften. Dabei zeigt sich, dass Einlaufvorgänge einen großen Einfluss auf das Reibniveau in den Reibzonen haben. Eine qualitative Veränderung des Reibkraft-Geschwindigkeits-Verhaltens ist nicht zu erkennen. Ein zweiter Dauerlauf mit anschließender Auswertung der Charakteristika bestätigt die gewonnenen Erkenntnisse. Mit den durchgeführten Dauerläufen kann der überarbeitete Einzelreibstellenprüfstand seine Belastbarkeit nachweisen. Dadurch wird es zudem möglich, erste Erkenntnisse zur Veränderung der Reibkontakte im Zuge einer andauernden Aktuierung zu gewinnen.