Parametrische Abbildung des Reibverhaltens der Kolbenstange-Dichtung-Reibstelle eines Automobil-Schwingungsdämpfers mittels Finite-Elemente-Methode. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Neue Entwicklungen im Automobilbau müssen immer komplexere Anforderungen bei gleichzeitig geringen Kosten und Zeitaufwand erfüllen. Dank leistungsfähiger Computer und entsprechender Programme findet die rechnergestützte Bauteilkonstruktion und -auslegung heute eine breite Anwendung. Als Verfahren für die Berechnung von Fahrzeugkomponenten hat sich die Finite-Elemente-Methode bewährt, mit der physikalische Vorgänge bereits in der Entwicklungsphase abgebildet werden können. Diese Masterarbeit beschäftigte sich mit dem Aufbau eines Vorhersagemodells mittels Finite-Elemente-Methode zur Untersuchung verschiedener äußerer und innerer Einflüsse auf das Reibverhalten in einem Automobil-Schwingungsdämpfer. Betrachtet wurde die Reibung an der Dichtung-Führung-Einheit mithilfe einer FEM-Software. Dafür wurden zunächst die Grundlagen der Reibung und der FEM behandelt. Anschließend wurde das Simulationsmodell basierend auf den CAD-Daten eines realen Dämpfers aufgebaut und dabei verschiedene Einstellungen und Verfahren in der FEM-Software hinsichtlich eines stabilen Simulationsmodells, einer kurzen Berechnungszeit und der Qualität der Ergebnisse miteinander verglichen. Im Anschluss wurden Parameterstudien mit möglichen Betriebsbedingungen des Schwingungsdämpfers durchgeführt. Die Berechnung der Reibkraft erfolgte mit einem benutzerdefinierten Skript eines dynamischen Reibmodells, welches über eine Programmschnittstelle an die FEM-Software übergeben wurde. Die Ergebnisse wurden in Diagrammen vergleichend dargestellt und ausgewertet. Weiterhin wurde der Kurvenverlauf einer Simulation dem Verlauf einer Prüfstandmessung gegenübergestellt. Das Ergebnis dieser Arbeit war ein funktionsfähiges Simulationsmodell der Dichtung-Führung-Einheit, welches die Parametrisierung der Eingangsgrößen zuließ.
Untersuchung der Relevanz der Schmierstoffbenetzung für das Reibverhalten von Automobil-Schwingungsdämpfern. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Die im Automobilschwingungsdämpfer verbauten Chrom(VI)-Kolbenstangen zeichnen sich durch hervorragende Verschleißresistenz und sehr gutes Reibverhalten aus. Dennoch ist die Beschichtung Chrom(VI) im Herstellungssprozess hinsichtlich gesundheitlicher und umwelttechnischer Aspekte hoch problematisch. Diese Arbeit thematisiert eine alternative chemische Kolbenstangenbeschichtung und untersucht ihr Reibverhalten in Abhängigkeit ihres Benetzungsverhaltens an der kritischsten Reibstelle des Dämpfers, der Dichtungsführungseinheit. Durch einen speziellen Dämpferprüfstand wird diese Reibstelle unter Ausschluss von viskoser Reibung als statische Reibkraft messbar. Um Abhängigkeiten der Reibkraft zu parametrieren, werden Kolbenstangen mit verschiedenen freien Oberflächenenergien auf ihr Reibverhalten untersucht. Schließlich bildet sich ein linearer Zusammenanhang zwischen Reibkraft und freier Oberflächenenergie ab, der die Grundlage für gezielte Reibkraftoptimierungen darstellt.
Untersuchung des Einflusses messsystemspezifischer Parameter auf die messtechnische Analyse von Bremsenaerosol. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Während einer Verzögerung wandelt das tribologische System Scheibenbremse kinetische Energie in Wärme um. Dabei entsteht an den Reibkörpern ein partikelförmiger Verschleiß, der aufgrund des vorliegenden Größenbereiches zum Feinstaub gezählt wird. Durch die umweltoffene Bauweise gelangt dieser in die Atemwege des Menschen und verursacht dort eine gesundheitliche Gefährdung des Organismus. Während jedoch bei verbrennungsmotorischen Emissionen hinsichtlich der Homologation Grenzwerte eingehalten werden müssen, die auf Basis genormter Prüfzyklen erfasst werden, existieren für die Non-Exhaust-Emissionen, zu denen auch der Bremsstaub zählt, keine gesetzlichen Vorgaben. Da aufgrund der kontinuierlichen Reduktion der Abgasemissionen mittlerweile die Non-Exhaust-Emissionen als Hauptverursacher für Feinstaub gelten, rücken diese zunehmend in den Fokus wissenschaftlicher und gesetzlicher Betrachtungen. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher eine Methodik entwickelt, die Partikelanzahlkonzentration des Bremsenaerosols unter der Verwendung verschiedener Belastungskollektive messbar zu machen. Dazu erfolgt eine Sensitivitätsanalyse, bei der signifikante Parameter auf die Probenahme und die Messtechnik definiert werden, und eine Validierung bestehender Messsysteme, deren Entwicklungsziel vornehmlich in der Messung und Vorkonditionierung von Exhaust-Emissionen liegt. Das globale Ziel dieser Arbeit ist die Ableitung einer Empfehlung, welche die Definition geeigneter Parametereinstellungen in Abhängigkeit der vorliegenden Messaufgabe ermöglicht. Dazu werden Messungen mit verschiedenen Messsystemen durchgeführt und deren Dynamik bei der Detektion der Partikelfracht ausgewertet.
Experimentelle und simulative Beschreibung von Abscheide- und Anhaftmechanismen partikelförmiger Bremsenemissionen. - Ilmenau. - ca. 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Der Betrieb eines jeden Kraftfahrzeuges setzt das Vorhandensein einer Bremse zur Verringerung und Begrenzung der gewünschten Fahrgeschwindigkeit voraus. In modernen Kraftfahrzeugen wird diese Funktion durch eine Reibungsbremse, konstruktiv weitestgehend durch Scheibenbremsen, realisiert. Resultierend aus der durch verschiedene tribologische Wirkmechanismen bestimmten Umwandlung von kinetischer in thermische Energie emittiert diese Bremsanlage einen partikelförmigen Bremsstaub. Diese, im Bereich der Feinstäube angesiedelten Emissionen, gelangen nahezu ungehindert in die Umwelt. Dort stellen sie aufgrund ihres hohen gesundheitlichen Gefährdungspotentials ein großes Risiko für Mensch und Umwelt dar. Neben Aspekten der gesundheitlichen Relevanz, rückt das Themengebiet der partikelförmigen Bremsenemissionen infolge der kontinuierlichen Reduktion motorischer Feinstaubemission zunehmend in den Fokus wissenschaftlicher und gesetzlicher Betrachtungen. Im Rahmen dieser Arbeit besteht das Ziel darin, einen Beitrag zur experimentellen und analytischen Beschreibung von Abscheide- und Anhaftmechanismen partikelförmiger Bremsenemissionen am Beispiel von Probenahmesysteme für Prüfstandanwendungen zu leisten. Dazu wird eine Literaturrecherche zu Partikeldepositionsvorgängen und zu den strömungstechnischen Grundlagen durchgeführt. Darauf aufbauend sind Methoden zur experimentellen und simulativen Beschreibung zu entwickeln. Mithilfe optimierter CFD-Modelle sollen außerdem Möglichkeiten aufgezeigt werden, um zukünftig Abscheide- und Anhaftmechanismen mithilfe von Simulationen zielgerichteter beschreiben zu können. Die Arbeit umfasst neben eine Aufstellung unterschiedlichster Möglichkeiten zur Beschreibung von Turbulenzen auch eine Betrachtung der verschiedenen Modelle für den wandnahen Bereich. Anschließend erfolgen der Vergleich der Möglichkeiten zur Beschreibung von Strömungen anhand der verwendeten Testeinheit und somit auch eine gewisse Validierung der mit ihr erzeugten Ergebnisse. Außerdem werden Möglichkeiten aufgezeigt, um neue Effekte zu implementieren und Ergebnisse der Simulationen näher an die Realität zu bringen. Zusätzlich erfolgt die Beschreibung der Abscheide- und Anhaftmechanismen mithilfe von experimentellen Versuchen innerhalb eines Testaufbaus auf dem Schwungmassenprüfstand der TU Ilmenau. Hierzu wird zunächst eine Analyse der verschiedenen Probenahmesysteme vorgenommen und ein passendes ausgewählt. Anschließend werden mithilfe des Probenahmesystems und der Testeinheit Versuche durchgeführt, um die Aerosolmodifikationen näher zu beschreiben und zu charakterisieren. Außerdem wird eine Verbindung der Ergebnisse aus den Simulationen und den Versuchen vorgenommen, um Übereinstimmungen und Unterschiede aufzuzeigen. Ziel hierbei ist es außerdem, Grenzen und Möglichkeiten des bisherigen Vorgehens aufzuzeigen. Abschließend folgen aufgrund dieser Erkenntnisse Zusammenfassung und Ausblick.
Analyse und experimentelle Betrachtung zur Absicherung der Vermessungsqualität von Turboladern an Heißgasprüfständen. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Die Darstellung des Betriebsverhaltens des Abgasturboladers erfolgt mithilfe von Heißgasprüfständen. Hierbei werden Kennfelder für die Turbine und den Verdichter aufgenommen und bewertet. Fundierte Aussagen zur Leistungsfähigkeit des Abgasturboladers lassen sich treffen, wenn für die zu regelnden Größen eine ausreichend geringe Streuung an den gemessenen Kennfeldpunkten sichergestellt ist. Diese Streuung setzt sich durch das Messverfahren und die vorhandene Sensorik sowie durch die Qualität der Prüfstandsregelung, welche den Betriebspunkt des Abgasturboladers über die Messdauer in einem vorgegebenen Bereich hält, zusammen. Inhalt dieser Arbeit ist die Analyse der Sensitivität der Hauptbeschreibungsgrößen eines Abgasturboladers auf Regelgrößenschwankungen sowie deren Einfluss auf die Berechnung der kennfeldrelevanten Größen. Zunächst erfolgt die Analyse der Stationärpunktmessung, um die Regelgüte eines vorhandenen Heißgasprüfstands zu untersuchen. Vergleichswerte wurden durch die Interpolation eines Verdichterkennfeldes des verwendeten Prüflings ermittelt. Auf dieser Basis wurden die Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen und der beobachteten Regelschwankung untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss von Messfehlern aufgrund von instationärem Verhalten auf den berechneten Wirkungsgrad untersucht. Für zukünftige Messungen wurden, auf Basis des stationären und instationären Verhaltens der aufgenommenen Größen, Regelgrenzen definiert, welche in Zukunft eine Verbesserung der Vermessungsqualität sicherstellen.
Charakterisierung und Klassifizierung von Reifen-Laufflächen in Bezug auf entstehende Partikelemissionen. - Ilmenau. - 120 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
Durch das Reibungssystem Reifen-Fahrbahn kommt es im Zuge von tribologischen Wechselwirkung zur Freisetzung von partikelförmigen Reifenstaub. Durch den Reifenaufbau sind lokale Unterschiede der Festigkeit möglich und damit verbunden differenzierte Verschleißeigenschaften verschiedener Reifenbereiche zu vermuten. Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist es, Unterschiede einzelner Reifenprofilsegmente in den auf die Emission von Feinstaubpartikeln bezugnehmenden Eigenschaften zu identifizieren und zu charakterisieren. Dazu wurden in Folge einer Recherche Parameter aufgestellt, welche im Reifenentwicklungsprozess direkt beeinflusst werden können. In einer Reihe von Untersuchungen werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften an fünf Reifen mit unterschiedlicher Profilgestaltung analysiert. Hierbei stellt sich heraus, dass einer der Prüfkörper in den Reifenprofilabschnitten über die Breite der Lauffläche funktionelle, konstruktiv eingebrachte, Abweichungen aufweist. Zusätzlich wurde im Zuge der Bachelorarbeit ein Konzept für einen Messtisch erarbeitet, der die Hystereseverluste einzelner Reifenprofilsegmente aufzeigt.
Entwicklung einer Methodik für die automatisierte Parametrierung dynamischer Reibmodelle zur Simulation des Reibverhaltens von Automobil-Schwingungsdämpfern. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Ziele der vorliegenden Masterarbeit sind die Übertragung von dynamischen Reibmodellen auf die Geometrie der Reibkontakte eines Schwingungsdämpfers und die Entwicklung einer Methodik zur automatisierten Parametrierung der Reibmodelle aus realen Messergebnissen. In dieser Masterarbeit werden die Parametrierungen von LuGre-, Leuven- und Elasto-PlasticReibmodell durch unterschiedliche Optimierungsfunktionen durchgeführt. Weiterhin werden die Parametrierungsergebnisse der unterschiedlichen Funktionen miteinander verglichen. Nach der Parametrierung werden die Werte der Parameter aus der Parametrierung durch eine FEM-Simulation nachgeprüft. Um die Simulation mittels FEM mit den Reibmodellen vorzunehmen, wird eine benutzerdefinierte FEM-Software verwendet. Die Ergebnisse der Nachprüfung beweisen, dass die Parametrierungsergebnisse zuverlässig sind. Die Parametrierungen von LuGre-, Leuven- und Elasto-Plastic-Reibmodell werden auch durch eine bereits in die FEM-Software implementierte Optimierung untersucht. Die Methode ist nützlich, aber die Berechnungszeit ist sehr hoch.
Einsetzung von Videosensoren für die Fahrzustandsschätzung und aktive Fahrsicherheitssysteme am Fahrzeug. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
In dieser Arbeit soll die Information der zu befahrenden Straßenoberfläche und deren witterungsbedingter Zustand über eine, in der Nähe des Rückspiegels befestigten Kamera mit Blick in Fahrtrichtung, bereitgestellt und analysiert werden. Ziel ist es dies in Echtzeit zu realisieren. Mit der dieser Information kann unter Umständen der Bremsweg um bis zu 9m reduziert werden. Auch pilotierte Fahrzeuge können die maximal zu fahrende Geschwindigkeit besser einschätzen. Dazu werden zwei verschiedene neuronale Netzwerke trainiert, welche sich die Aufgaben der Segmentierung und Klassifizierung teilen. Die Segmentierung wird in Straße und Hintergrund unterschieden. Zudem wird Asphalt, Zement und Plaster in den Zuständen nass und trocken klassifiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird auf die Funktionsweise, speziell Convolutional Neural Nets, solcher Netze eingegangen. Des weiteren wird auf die Erstellung einer Bilddatenbank, die mit einer GUI erstellt und mithilfe einer Klasse organisiert wird, für das Training zweier solcher Netze Bezug genommen. Die Netze werden mithilfe der Bibliothek MatConvNet in Matlab erstellt und trainiert. Die GUI und die Klasse sind im Rahmen dieser Arbeit programmiert worden. Für das Training werden den Netzen 80% der Datenbank gezeigt und der Unterschied zum gewünschten Resultat zurückgeführt. Die restlichen 20% dienen als Validierung. Weiterhin wird der Einfluss verschiedener Schichten auf die Genauigkeit untersucht. In diesem Sinne werden jeweils fünf verschiedene Netze verglichen. Zum Abschluss wird die Echtzeitfähigkeit der Kombination von beiden Netzen an Videos getestet. Es wird auf einem Rechensystem mit einer I5-7200U und einer NVIDEA 940MX eine Frequenz von 22Hz erreicht. Auf einem System mit einer I5-2500K und einer NVIDEA GEFORCE gtx 770 ist die Frequenz bei etwa 45hz. Die Segmentierung erreicht eine Genauigkeit von mehr als 97% auf den Validierungsdaten mit der besten Variante. Mit etwa 90% des besten Netzes ist die Klassifizierung noch ausbaufähig.
Optimierung der Ständerstabfertigung im Generatorenbau unter Berücksichtigung der vor- und nachgelagerten Prozesse und der möglichen Automatisierung der Abläufe. - Ilmenau. - 110 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine Fertigungsstrecke auf wirtschaftliches Optimierungspotential und Entlastungsmöglichkeiten für Arbeitnehmer zu überprüfen. Der Ausgangszustand der Arbeit war, dass ein zu verarbeitendes Produkt in verschiedenen Dimensionen und Materialvarianten auf drei Anlagen derselben Funktion verarbeitet werden konnte. Zwei davon halbautomatisch, eine manuell. Durch die Einführung eines Baukastensystems gab es eine designtechnische Änderung, welche dazu führte, dass das Produkt nicht mehr auf den halbautomatischen Anlagen verarbeitet werden konnte. Die manuelle Verarbeitung führte kürzlich zu einem ernsten Arbeitsunfall. Um die Situation zu verbessern sollte eine konstruktive Maßnahme zur Verringerung der Verletzungsgefahr und des Kraftaufwandes bei der manuellen Verarbeitung ergriffen werden. Vor der konstruktiven Arbeit wurde die Fertigungstrecke auf Engpässe und technologische Optimierungspotentiale untersucht.
Nutzenpotenzialabschätzung für automatische Notbremssysteme bei Güterkraftfahrzeugen und Reisebussen. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018
In dieser Arbeit wird das bei Güterkraftfahrzeugen und Omnibussen vorgeschriebene Notbremssystem per Nutzenpotenzialabschätzung analysiert. Hierbei werden zu Beginn die theoretischen Grundlagen, sowie gesetzliche Rahmenbedingungen, die Leistungsanforderungen und der Stand der Technik in der zeitlichen Entwicklung behandelt. Dabei müssen Fahrzeuge, welche eine Typgenehmigung nach dem 1.11.2013 haben oder nach dem 1.11.2015 neu zugelassen worden sind, ein Notbremssystem der Stufe I aufweisen. Das Notbremssystem der Stufe I muss dann bei fahrenden Zielen 13 km/h bzw. 68 km/h an Geschwindigkeit (je nach Fahrzeugtyp) zum Ziel abbauen. Bei stehenden Zielen müssen lediglich 10 km/h bzw. 20 km/h abgebaut werden. Für Typgenehmigungen ab dem 1.11.2016 oder für Neuzulassungen ab dem 1.11.2018 gilt die Stufe II für Notbremssysteme. Diese muss höhere Abbremsungen bei beiden Arten von Zielen erreichen. In dieser Arbeit werden beide Stufen der NBS erläutert. Des Weiteren wird der Stand der Technik anhand der Hersteller Mercedes-Benz und WABCO aufgezeigt. Dabei stellte sich heraus, dass die Systeme beider Hersteller die gesetzlichen Forderungen weit übertreffen. Die aktuellen Systeme (Active Brake Assist 4 von Mercedes-Benz und OnGuardMAX von WABCO) können innerhalb der Testkorridore der Leistungsanforderungen Unfälle komplett vermeiden. Um ein Nutzenpotenzial abschätzen zu können, wurde eine Methodik zur Analyse von Gutachten von Realunfällen entwickelt. Dabei wurden Unfallgutachten der DEKRA Unfallanalytik in 3 Szenarien eingeteilt und anschließend nach der Vermeidbarkeit bzw. Schadensminderung des Unfalles durch ein Notbremssystem bewertet. Insgesamt wurden 41 Fälle ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass in 63% der Fälle ein Notbremssystem den Unfall verhindert oder Unfallfolgen abgemildert hätte.