Studentische Abschlussarbeiten

Die Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zum Schallemissionsverhalten trockenlaufender Radbremsen und den dafür nötigen Aufbau einer geeigneten Messkette für Analysen im Ultraschallbereich. Für eine Betrachtung in Bezug auf die emittierten Frequenzspektren werden zunächst die theoretischen Grundlagen geschaffen. Eine Analyse der Schallemission erfolgt mit Hilfe verschiedener Sensoren, wobei der Schwerpunkt in der Untersuchung des Einflusses von Bremsdruck, Reibgeschwindigkeit und Temperatur liegt. Für diesen Zweck wurde ein Prüfplan mit verschiedenen Variationen der Betriebsparameter erstellt und abgearbeitet. Weiterhin werden die Reproduzierbarkeit von Schwingungszuständen und die Beeinflussung der Signalerfassung durch die Prüfumgebung betrachtet.

Das Thema der Arbeit ist die Entwicklung und Umsetzung eines hochdynamischen Reifendruckregelsystems in einem Forschungsfahrzeug. Ausgehend von der Untersuchung vorhandener Reifendruckregelanlagen werden dabei die Grundlagen der Funktionsweisen und der Konstruktionsrichtlinien aufgearbeitet und zur Erstellung eines hochdynamischen Systems herangezogen. Im Anschluss folgt, unter zu Hilfenahme eines Simulationsmodelles, welches speziell auf das Forschungsfahrzeug zugeschnitten ist, eine detaillierte Komponentenauswahl. Der Fokus liegt dabei unter anderem auf die Einhaltung der festgelegten Regelzeiten eines Reifens von unter einer Sekunde und einer Schalthäufigkeit von mindestens viermal pro Minute. Im darauf folgenden Schritt werden die einzeln ausgewählten Komponenten mit Hilfe verschiedener konstruktiven Lösungsansätzen in das Forschungsfahrzeug verbaut und die Funktionalität des Reifendruckregelsystems nachgewiesen.

Die weltweite Automobilindustrie befindet sich momentan in einem tiefgreifenden Umbruch. Die Entwicklung nachhaltiger Mobilitätskonzepte und vor allem die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstrangs sind die Hauptursachen für den bevorstehenden Wandel innerhalb der Branche. Ziel der Bachelorarbeit ist es, die Auswirkungen dieser Veränderungen auf den Freistaat Thüringen und dessen Automobil- und Zulieferindustrie zu prognostizieren und letztlich Handlungsoptionen vorzuschlagen, wie die hier ansässigen Unternehmen, die sich bietenden Möglichkeiten bestmöglich nutzen können. Die Arbeit ist zugleich Bestandteil einer Roadmap-Studie des Fachgebiets für Kraftfahrzeugtechnik und des Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo), welche sich ebenfalls mit den Entwicklungsmöglichkeiten der Thüringer Automobilbranche befasst. Zu Beginn wird die gegenwärtige Struktur der Deutschen, sowie der Thüringer Automobilbranche analysiert. Um die Ausgangssituation zu erhalten, erfolgt zusätzlich ein Vergleich der unternehmerischen Potentiale innerhalb den neuen Bundesländern. Eine deduktive Hinführung zu den Trends der Automobilbranche, dient als Grundlage, um daraus verschiedene Entwicklungsszenarien abzuleiten, wie sich die weltweite und letztlich auch die Thüringer Branche entwickeln könnte. Im Weiteren erfolgt eine Übersicht aktueller Techniktrends, die für die zukünftigen Bedarfsänderungen ursächlich sind. Nach einer Betrachtung und Bewertung der bisherigen Aktivitäten der Bundesregierung und des Freistaats, schließt sich eine Aufstellung aktueller Forschungs- und Entwicklungsfelder in Thüringen an. Eine detaillierte Untersuchung aller branchenrelevanten Thüringer Unternehmen auf Basis verschiedener Datenbanken, liefert schließlich eine Aufstellung möglicher Projektpartner, die für eine Kooperation mit der Wissenschaft in Frage kommen. Sämtliche Erkenntnisse fließen am Ende in eine SWOT-Analyse ein, in der die Stärken und Schwächen der Thüringer Automotive-Branche den Chancen und Risiken, der sich rasch ändernden Märkte gegenübergestellt werden, um letztlich eine Reihe von Handlungsoptionen zu definieren. So verfügt Thüringen in ausgewählten Bereichen sowohl über wissenschaftliche Kompetenzen, als auch über das benötigte unternehmerische Potential, um die Chancen des bevorstehenden Wandels gewinnbringend nutzen zu können. Dazu bedarf es allerdings einer Bündelung aller beteiligten Kräfte. Die Politik muss die notwendigen Rahmenbedingungen hierfür schaffen, während von wissenschaftlicher Seite Innovationen erwartet werden, die die Unternehmen schließlich in den Markt bringen müssen. Nur wenn alle Beteiligten gemeinsam an einem Strang ziehen, ist in einem zunehmend kompetitiven Marktumfeld eine rasche Umsetzung möglich.

Die Steigerung der Energieeffizienz von dieselbetriebenen Verbrennungsmaschinen im Nutzfahrzeugsegment, ist aktuell ein wesentlicher Gegenstand in der Forschung und Entwicklung. In diesem Zusammenhang dient das TurboCompound-Verfahren dazu, ähnlich einem Abgasturbolader, die Energie des Abgases in Antriebsenergie umzuwandeln. Entsprechende Systeme sind hohen thermischen, als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dazu verfolgte die vorliegende Arbeit das Ziel eine TurboCompound-Baugruppe hinsichtlich ihres thermischen, strukturellen und modalen Verhaltens zu untersuchen. Zu diesem Zweck kam die Finite-Elemente-Methode zum Einsatz. Nach einer Reflexion der Grundlagen von rechnergestützten Festigkeits- und Modaluntersuchungen erfolgte zunächst die Simulation der Temperaturverteilung im System. Den so ermittelten Ergebnissen wurden Versuchsdaten sowie vergleichbare Simulationen gegenübergestellt und auftretende Differenzen diskutiert. Die thermische Belastung diente im Nachgang, additiv zu den mechanischen Beanspruchungen, als Eingangsparameter einer strukturellen Berechnung und dem nachstehenden Festigkeitsnachweis. Die Simulation der Modaleigenschaften erfolgte im Zustand "frei-frei" für die Einzelteile und im Zustand "verbaut" für den Bauteilverbund. Die Validierung der simulativen Ergebnisse erfolgte auf Basis von experimentellen Untersuchungen.

Im Rahmen der Arbeit erfolgte eine konzeptionelle Untersuchung alternativer Verdrängerprinzipien. Zunächst wurden anhand der Überführung der Pumpensysteme in eine Kombinationsstruktur alternative technische Konzepte für Verdrängerprinzipien, die als Vakuumpumpe Einsatz finden, schematisch aufgezeigt. Anschließend wurde eine technische Bewertung der dargestellten Prinzipien vorgenommen. Auf Grundlage der Konzeptbewertung erfolgte im Weiteren die Auswahl des zu konkretisierenden Prinzips, welches bis ins Detail auskonstruiert und in einen technischen Entwurf überführt wurde. Die erforderlichen Untersuchungen sowohl zur Funktionsfähigkeit als auch zur Festigkeit wurden durchgeführt, so dass ein Prototyp aufgebaut werden konnte. Der Prototyp wurde in einem Benchmarkvergleich einem Leistungstest unterzogen. Resultierend aus Optimierungsmaßnahmen und den Untersuchungen geht eine effektive Vakuumpumpe mit einer geringeren Leistungsaufnahme gegenüber Vergleichspumpen anderer Hersteller hervor.