Studentische Abschlussarbeiten

Die Arbeit ist Teil eines Projekts, das sich mit der Entwicklung eines wartungsfreien Partikelfilters für Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen beschäftigt. Dafür werden Strömungsuntersuchungen am Simulationsmodell durchgeführt. Die daraus generierten Ergebnisse werden an einem vergrößerten realen Modell mittels Particle Image Velocimetry (PIV) auf ihre Richtigkeit überprüft. Das Simulationsmodell stellt einen Ausschnitt der Filtergeometrie dar, an dem das dreidimensionale Strömungsfeld für verschiedene Anströmungsgeschwindigkeiten mit Hilfe numerischer Strömungsmechanik berechnet wird. Für die Überprüfung der Richtigkeit der Simulationsergebnisse wird eine geeignete Methode zur Messdurchführung und anschließenden Auswertung erarbeitet. Eigenschaften des porösen Mediums, welches die Partikelfilterung realisiert, sollen im realen Modell den Originalwerten entsprechend angepasst werden.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss fertigungstechnisch begründeter Toleranzen auf die Funktion hydraulischer Druckregelventile der Kolben-Schieber-Bauart. Dazu werden die in hydraulisch geregelten PKW-Fahrwerken eingesetzten Ventile schwerpunktmäßig hinsichtlich auftretender Störkräfte untersucht. Ziel ist es, Toleranzgrößen zu identifizieren, die aufgrund geringerer, funktionaler Bedeutung künftig gröber toleriert werden können, um Aufwand und Kosten der Ventilherstellung zu reduzieren. Im Rahmen einer Literaturrecherche werden wichtige Funktionsanforderungen definiert und Ansätze zur Beschreibung im Ventil wirksamer Kraftanteile aufgezeigt. Eine Darstellung der Grundlagen der statistischen Versuchsplanung bildet die Basis späterer Experimente. Durch die Analyse der Fertigung dreier Ventile werden herstellungskritische Merkmale eingegrenzt. Auch von Seiten der Funktionsgrößen werden die Toleranzen mit vermeintlich hoher Bedeutung bestimmt. Eine daraus hervorgehende Auswahl geometrischer Toleranzgrößen wird in Form definiert variierender Versuchsventile angefertigt und gemäß der Methoden der Versuchs-planung experimentell untersucht. Dabei kommt eine, zuvor hinsichtlich Aufbau und Sensorik optimierte Versuchsvorrichtung zur Bestimmung der Ventilstörkraft zum Einsatz. Die Messergebnisse für Kraft und Leckage werden bzgl. der variierten Toleranzgrößen ausge-wertet und anhand dessen Möglichkeiten einer wirtschaftlicheren Tolerierung diskutiert.

Das Verhalten einer Scheibenbremse ist ein äußerst komplexes und vielschichtiges Themengebiet, in das aktuell ein großer Umfang an Forschungsarbeit gesteckt wird. Die vorliegende Arbeit enthält dabei Untersuchungen zum Modal- und Verschleißverhalten einer Faustsattel-Scheibenbremse. Für die modalen Analysen der Einzelteile und des Bauteilver-bundes wurden sowohl der Zustand frei-frei, als auch eine Variation verschiedener Randbedingungen und Lasten mithilfe der Finiten Elemente Methode simuliert. Die Validierung dieser Simulationen erfolgt auf der Basis experimenteller Messungen. Zusätzlich wird das modale Einflusspotenzial verschiedener geometrischer und materieller Veränderun-gen analysiert. Ein weiterer Punkt sind strukturelle Untersuchungen in Form von experimen-tellen Kontaktdruckaufnahmen und deren simulative Validierung durch eine realitätsnah abgebildete Belagoberfläche. Der Vergleich dieser Ergebnisse liefert Rückschlüsse auf die Bremsengüte und hilft die Vorgänge beim Bremsen besser zu verstehen. Änderungsmög-lichkeiten, wie die simulierte Druckverteilung der Beläge verbessert werden kann, werden gegeben und bewertet. Thermische Effekte an Scheibenbremsen sind in dieser Arbeit in Form einer Machbarkeitsstudie von strukturell-thermischen Kopplungen und deren Realisierung in der Ansys Workbench enthalten. Hier werden Wege verfolgt, um die Reibwärmeerzeugung in strukturellen Simulationen zu integrieren.

Die nachgewiesenen gesundheitlichen Folgen, der Feinstaubbelastung, für den menschlichen Körper, sowie die weltweit wachsende Anzahl von Kraftfahrzeugen, machen die Notwendigkeit der Feinstaubreduzierung deutlich. Im Hinblick auf dieses Ziel, ist es notwendig neue Sensorprinzipen zur Erfassung von Mikropartikeln zu entwickeln. Entscheidend für diese neuen Systeme ist, dass sie die On-Board-Messung der Partikel während des Fahrbetriebes ermöglichen. - Diese Arbeit bietet einen Einstieg in die Problematik der Feinstaubbelastung und zeigt warum das Kraftfahrzeug in den Fokus der Bemühungen zur Emissionsreduzierung gerückt ist. Weiterhin wird ein Einblick in bereits handelsübliche, konventionelle Partikelmesssysteme gewährt und deren Tauglichkeit als On-Board-Sensor näher betrachtet. Anhand der erkennbaren Defizite werden neue Partikelsensorprinzipe vorgestellt, welche auf der Grundlage des Coulter countigns und weiteren elektrischen Messprinzipien basieren. Um die Realisierbarkeit der Systeme, als Onboad-Partikelsensor zu überprüfen, werden diverse Versuche mit typischen, am Kraftfahrzeug emittierten Mikropartikeln (z.B. Bremsstaub), durchgeführt und Anhand der Ergebnisse, die Tauglichkeit der einzelnen Systeme ermittelt.

Das Thema dieser Bachelorarbeit ist die Visualisierung und anschließende Charakterisierung einer sich ausbildenden Reibschicht während des Reibkontaktes von trocken-laufenden Radbremsen. Aufgrund der komplizierten Analyse der Reibschicht während eines Reibvorgangs wurde ein Prüfaufbau entwickelt, um die Entstehung und Entwicklung der Reibschicht zu verdeutlichen. Zum Einsatz kommen dafür eine handelsübliche Fräsmaschine in Verbindung mit Reibbelägen eines Mittelklasse-PKW und eine Glasscheibe zur Aufnahme mit einer Kamera. Unter verschiedenen Randbedingungen für die Temperatur, die Anpresskraft und das Reibmoment werden mehrere Glassorten in den Reibkontakt mit einem Reibbelag gebracht. Als Vergleichsmessung wird ein Ausschnitt einer Graugussbremsscheibe mit den gleichen Randbedingungen und dem gleichen Reibbelag im Reibkontakt untersucht. Mit Hilfe verschiedener Versuchslaufzeiten konnte die Ausbildung und Veränderung einer Reibschicht sichtbar gemacht werden. Mit Blick auf die verschiedenen Arten der eingesetzten Gläser wurden unterschiedliche Geschwindigkeiten in der Reibschichtausbildung beobachtet. Aufgrund der in der Praxis nicht vorhandenen Reibpaarung Glas-Reibbelag mussten die erhaltenen Ergebnisse mit denen der Reibpaarung Grauguss-Reibbelag verglichen werden. Dabei zeigte sich bei der Reibschichtentwicklung mit den Glasscheiben ein nahezu identisches Verhalten wie bei der Graugussscheibe. Dadurch ist es möglich, das Reibverhalten einer konventionellen PKW-Bremsanlage in verkleinertem Maßstab mit dem Einsatz von Glas zu visualisieren. Durch diese optische Analyse kann für neu entwickelte Bremssysteme und Reibmaterialien eine Optimierung des Reibverhaltens und damit die Verbesserung der Bremswirkung erzielt werden.