620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Mobiles Laser-Schneidsystem zur Unterstützung der USBV-Entschärfung und Beweissicherung (mobiLaS)
(2022)
In dieser Arbeit wird eine kompressible Semi-Lagrangesche Lattice-Boltzmann-Methode neu entwickelt und erprobt. Die Lattice-Boltzmann-Methode ist ein Verfahren zur numerischen Strömungssimulation, das auf einer Modellierung von Partikeldichten und deren Interaktion untereinander basiert. In ihrer Ursprungsform ist die Methode jedoch auf schwach kompressible Strömungen mit niedriger Machzahl beschränkt. Wesentliche Nachteile der bisherigen Versuche zur Erweiterung auf supersonische Strömungen sind entweder mangelhafte Stabilität der Verfahren, unpraktikabel große Geschwindigkeitssätze oder die Beschränktheit auf kleine Zeitschrittweiten. Als Alternative zu bisherigen Ansätzen wird in dieser Arbeit ein Semi-Lagrangescher Strömungsschritt eingesetzt. Semi-Lagrangesche Verfahren entkoppeln mittels Interpolation die Orts-, Zeit- und Geschwindigkeitsdiskretisierung der ursprünglichen Lattice-Boltzmann-Methode. Nach der Einleitung wird im zweiten und dritten Kapitel dieser Arbeit zunächst auf die Grundlagen und Prinzipien der Lattice-Boltzmann-Methode eingegangen sowie bisherige Ansätze zur Simulation kompressibler Strömungen aufgeführt. Im Anschluss wird die kompressible Semi-Lagrangesche Lattice-Boltzmann-Methode entwickelt und beschrieben. Die Erweiterung erfolgt im Wesentlichen durch die Verknüpfung der Methode mit geeigneten Gleichgewichtsfunktionen und Geschwindigkeitssätzen. Im vierten Kapitel der Arbeit werden neue Kubatur-basierte Geschwindigkeitssätze entwickelt und getestet, darunter ein D3Q45-Geschwindigkeitssatz zur Berechnung kompressibler Strömungen, der den Rechenaufwand gegenüber konventionellen Geschwindigkeitsdiskretisierungen erheblich verringert. Im fünften Kapitel der Arbeit werden zur Validierung Simulationen von eindimensionalen Stoßrohren, zweidimensionalen Riemann-Problemen und Stoß-Wirbel-Interaktionen durchgeführt. Im Anschluss zeigen Simulationen von dreidimensionalen, kompressiblen Taylor-Green-Wirbeln sowie von wandgebundenen Testfällen die Vorteile der Methode für kompressible Strömungssimulationen. Zu diesem Zweck werden die Überschallströmung um ein zweidimensionales NACA-0012-Profil und um eine dreidimensionale Kugel sowie eine supersonische Kanalströmung untersucht. Dem Simulationsteil folgt eine umfangreiche Diskussion der Semi-Lagrangeschen Lattice-Boltzmann-Methode im Vergleich zu anderen Methoden. Die Vorteile der Methode, wie vergleichsweise große Zeitschrittweiten, körperangepasste Netze und die Stabilität der Methode, werden hier herausgearbeitet.
In dieser Arbeit wird im Rahmen von FFE+, einem internen Projekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, eine entscheidungsbasierte Fertigungsstrategie für die Herstellung einer Mikrogasturbinenblisk aus oxidkeramischem Faserverbundwerkstoff entwickelt. Hierfür soll das vakuumbasierte Infusionsverfahren der Abteilung Struktur- und Funktionskeramik des Instituts für Werksstoffforschung verwendet werden. Zunächst wird der theoretische Hintergrund des Materials und die davon etablierte Verarbeitung betrachtet. Aus Basis dieser Grundlage können das System und Funktionen der oxidkeramischen Blisk im Sinne der methodischen Prozessentwicklung bestimmt werden. Die darin formulierten Anforderungen und Bewertungskriterien lassen eine aufwandsreduzierte Entwurfsphase von Konzepten oder Lösungsprinzipien zu. Hierbei ist die Faserstruktur der maßgeblicher Einflussfaktor in der Lösungsfindung. Nach der Bewertung, Validierung und Anpassung der Ergebnisse wird die Fertigungsstrategie auf dem best-bewerteten Konzept und den bisherigen Projekten der Abteilung entworfen. Zusätzlich ist in dieser Arbeit eine Machbarkeitsstudie am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart von einem bislang unbekannten Verfahren zur Herstellung oxidkeramischer Faserpreforms durchgeführt worden. Da eine Aussage über die Materialkennwerte für eine sichere Funktionsgewährleistung notwendig ist, sind Materialversuche bei Raum- und Hochtemperatur geplant. Das abschließende Ziel einer Prozessketten-Grundlage von Projekten mit dem vakuumbasierten Infusionsverfahren des Instituts für Werkstoffforschung fasst die Ergebnisse von dieser Arbeit und anderen Erfahrungsberichten zusammen.
Heutzutage werden alternative Mobilitätslösungen immer wichtiger. Dabei haben eBikes ihr Potential längst unter Beweis gestellt. Der zugehörige Markt ist über die letzten 10 Jahre enorm gewachsen und gleichermaßen auch die Erwartungen an das Produkt, wie bspw. eine Fahrt ohne störende Vibrationen und Geräusche zu haben. Der Motorfreilauf leistet dabei einen maßgeblichen Einfluss auf das dynamische Verhalten. In diesem Beitrag soll daher eine methodische Vorgehensweise vorgestellt werden, um mittels Versuch und Simulation den Einfluss des Motorfeilaufs auf das dynamische Verhalten der eBike Antriebseinheit zu bestimmen.
Selbstfahrende Arbeitsmaschinen für den Einsatz auf dem Boden der Tiefsee von beispielsweise 6000 m Tiefe existieren derzeit noch nicht. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wird das Problem des Antreibens und Steuerns schwerpunktmäßig mit dem Ziel behandelt, die Grundlagen für weiterführende Entwicklungen eines elektrohydraulischen Fahr- und Lenkantriebes zu schaffen. Hierzu wird ein Versuchsaggregat unter einem Umgebungsdruck von 60 MPa (600 bar) im Tiefsee-Simulator getestet. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sind bei der konstruktiven Weiterentwicklung solcher Antriebe übertragbar.
Entwicklung eines elektrohydraulischen Antriebsaggregats für den Einsatz in 6000 m Meerestiefe
(1986)
Selbstfahrende Arbeitsmaschinen für den Einsatz auf dem Boden der Tiefsee von beispielsweise 6000 Meter Tiefe existieren derzeit noch nicht. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung (BMFT-Förderkennzeichen MTK 0328) wurden die Grundlagen elektrohydraulischer Antriebe für Umgebungsdrücke von 60 MPa geschaffen und in einer Druckkammer erfolgreich getestet. Die dabei erhaltenen Erkenntnisse sind bei der konstruktiven Weiterentwicklung solcher Antriebe übertragbar.
Die Untersuchungen zum vorliegenden Beitrag wurden im Rahmen des deutsch-französischen Gemeinschaftsprojektes "Entwicklung von Manganknollenabbau- und Gewinnungsverfahren" durchgeführt. Auf deutscher Seite waren die Unternehmen PREUSSAG AG, Abteilung Meerestechnik in Hannover, die Versuchsanstalt für Wasser- und Schiffbau in Berlin, das Institut für Förderwesen der TH Karlsruhe, das Institut für Strömungsmechanik der Universität GH Paderborn und das Institut für Konstruktion der Universität GH Siegen beteiligt. Im zuletzt genannten Institut wurden elektrohydraulische Antriebe für Versuchsprototypen von geschleppten Manganknollenkollektoren und deren Steuerungen ausgelegt und auf ihre Einsatzfähigkeit im Tiefsee-Simulator getestet.
Sie sind im Bereich Qualitätsmanagement tätig und haben die Aufgabe bekommen, ein Problem systematisch zu untersuchen und methodisch zu lösen? Sie haben zu viele Aufgaben und wissen nicht, wie Sie diese priorisieren sollen? Oder haben Sie zu begrenzte Ressourcen, um alle Reklamationen gleichzeitig bearbeiten zu können? Oder wissen nicht, wie Sie einen bestimmten Prozess in seinen Grenzen zielführend verbessern können?
Die Erfindung befasst sich mit einer Sicherheitsvorrichtung zur Verhinderung von Unfällen mit Personenschäden durch Maschinen, die ein Flächenelement enthält, welches auf der Oberfläche des Bereichs des Roboters, innerhalb dessen ein Unfall verhindert werden soll, durch ein Gelenk beweglich angeordnet ist. Des Weiteren weist die Sicherheitsvorrichtung Sensoren auf, die unter dem Flächenelement angeordnet sind und die Verkippung des Flächenelements erfassen.
Bei den bisher üblichen Kannenwagen werden beim Wechseln von Spinnkannen an Spinnmaschinen meistens rotatorisch, z. B. mittels Drehkreuz bewegt. Die neue Lösung soll ohne Rotation eine exakte Positionierung der Spinnkannen beim Wechseln ermöglichen.$A Die Erfindung besteht darin, daß ein Kannenwechselwagen als schmales, raumsparendes modular aufgebautes Fahrzeug gestaltet ist, welches einen definierten translatorischen Wechsel der Spinnkannen in einem Kannenkreislauf ermöglicht. Das Fahrzeug kann ein- und/oder zweireihige Kannenreihen wechseln.$A Die Anwendung des erfindungsgemäßen Kannenwechselwagens kann an allen faserbandspeisenden und faserbandgespeisten Spinnereimaschinen, wie z. B. Karden, Strecken, Ring- und Rotorautomaten, erfolgen.
Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit Automatisierungsmöglichkeiten in Textilbetrieben für konventionelle als auch für nichtkonventionelle Spinnverfahren. Aus der Vielzahl derzeit existenter Produktionsschritte werden die standardisierbaren Automatisierungskombinationen zwischen den eingesetzten Textilmaschinen von Karden bis zu Spinnautomaten herausgearbeitet. Hierfür werden die heute in der Praxis befindlichen Transportmittel aufgezeigt und, vom Materialfluß ausgehend, die Zuordnungsmöglichkeiten der Maschinen in den Produktionsschritten und deren Automatisierungsbausteine definiert. Durch eine ganzheitliche Betrachtungsweise werden je nach Automatisierungsziel die verschiedenen Lösungsansätze diskutiert und als Bausteine gegenübergestellt. Hierdurch werden neue mechatronische Automatisierungslösungen vorgestellt, die eine Integration von Produktionsschritten oder die Automatisierung zwischen den einzelnen Produktionsschritten ermöglicht.
Die Erfindung betrifft eine Spritzeinheit (1) für eine durch eine elektronische Steuerung gesteuerte Spritzgießmaschine, bestehend aus einer eine Schnecke (2) aufweisende Plastifiziereinheit (3), einem Antriebsmotor (4) und einem Getriebe (5) für den rotatorischen Antrieb der Schnecke (2). Das Getriebe (5) besteht aus einem Gehäuse, in dem eine mit dem Antriebsmotor (4) verbundene hydraulische Pumpe (7) angeordnet ist, die mit einem hydraulischen Motor (8) gekoppelt ist, der hydraulische Motor (8) treibt vorzugsweise über ein mechanisches Getriebe (9) die Schnecke (2) der Plastifiziereinheit (3) an. Erfindungsgemäß wird es damit möglich, mit geringem Aufwand die Rotationsdrehzahl der Schnecke (2) stufenlos zu regeln und so die gesamte Drehmomentenkennlinie des Antriebsmotors (4) zu nutzen. Das Getriebe wird vorzugsweise in kompakter Form ausgeführt, wobei die hydraulische Pumpe (7), der hydraulische Motor (8) und das mechanische Getriebe (9), das vorzugsweise als Planetengetriebe ausgeführt ist, koaxial angeordnet sind.
Bei einem Streckwerk für eine Spinnereimaschine, insbesondere eine Regulierstrecke für Baumwolle, mit wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Walzenpaaren, die jeweils eine mittels eines eigenen Elektromotors angetriebene Walze besitzen, ist eine elektronische Regeleinrichtung, die die Drehzahl wenigstens eines der Elektromotoren zum Ausgleichen von Ungleichmäßigkeiten eines zu verarbeitenden Faserbandes regelt, vorhanden.$A Um ein Streckwerk mit möglichst einfachen Mitteln so auszubilden, daß ein Zurückdrehen der Walzen bei Stillstand ausgeschlossen wird, ist den durch den einen Elektromotor angetriebenen Walzen mindestens ein Freilauf und der oder den durch den weiteren Elektromotor angetriebenen Walze oder Walzen mindestens ein weiterer Freilauf zugeordnet.
Mathematische Modellbildung zur Befahrbarkeitssimulation einer mobilen Tiefsee-Arbeitsmaschine
(1988)
Die Forderung nach dem systematischen Gewinnen von Tiefsee-Erzen, wie beispielsweise Manganknollen, mit selbstfahrenden Arbeitsmaschinen führt auf das schwierige Problem der Befahrbarkeit (Traffikabilität) des Tiefseebodens. Im vorliegenden Beitrag wird ein mathematisches Modell zur Befahrbarkeitssimulation einer ferngesteuerten Sammelmaschine vorgestellt. Am Beispiel eines, als Konstruktionsentwurf spezifizierten, aktiven Manganknollenkollektors im großtechnischen Maßstab werden die Modellannahmen und Voraussetzungen für den zugrundeliegenden Tiefseeboden, das Fahrwerk und die betrachteten Betriebszustände und Lastsituationen beschrieben. Mit Hilfe eines koordinatentransformierten Kräftesystems werden die Wechselbeziehungen zwischen Tiefseeboden und einem Vierraupen-Fahrwerk in einem Algorithmus zusammengefaßt. Als Anwendungsbeispiele werden mittels EDV-Programmierung interessierende Betriebszustände und Lastsituationen simuliert. Abschließend werden weitere Modellvarianten aufgezeigt.
Der Einsatz von Remote-Laboren in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen ermöglicht Studierenden an einigen Hochschulen die ortsunabhängige Nutzung von Laboren, Maschinen und Robotern. Remote-Labore eignen sich in besonderer Weise dafür, den digitalisierungsbedingten Anforderungen und dem Qualifikationsbedarf aus Wirtschaft und Industrie zu begegnen. Die Onlinebedienung von Laboren bietet viele Ansatzpunkte für den Erwerb digitaler Kompetenzen, wie beispielsweise das Sammeln und Analysieren von Big Data, das Entwickeln geeigneter Schnittstellen für den Onlinezugriff oder den korrekten Einsatz zur Verfügung stehender softwarebasierter Messtechnik. Auch während der Coronapandemie im Sommersemester 2020, als der reguläre Zugang zu Laboren aufgrund der Kontaktbeschränkungen nicht erlaubt war, ermöglichten Remote-Labore den Studierenden praktische Erfahrungen. Jedoch stellen nicht nur die didaktischen, sondern auch die technischen und organisatorischen Aspekte ingenieurwissenschaftliche Studiengänge bei der Umsetzung von Remote-Laboren vor anspruchsvolle Aufgaben. Der nachfolgende Beitrag greift diese Aspekte auf und beschreibt anhand ausgewählter Beispiele, wie die Umsetzung und Integration von Remote-Laboren in Studium und Lehre gelingen kann, aber auch welche Herausforderungen nach wie vor bestehen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Resorcinol-Formaldehyd-Aerogele zur Anwendung in Kreislaufwärmerohren (LHP) als Dochtmaterial entwickelt. Aerogele als Dochtmaterial bilden aufgrund der hohen Porosität und der effektiven Kapillarwirkung eine gute Grundvoraussetzung für Stoff- und Wärmetransport. Diese Eigenschaften können zu einer Verbesserung der Kühlleistung einer Wärmepumpe beitragen. Dazu wurden Aerogele in Dochtform synthetisiert und anschließend erfolgte die Bestimmung der skelettalen Dichte, umhüllenden Dichte, Porosität und Gaspermeabilität. Zusätzlich wurde ein Test zum Schwellverhalten entwickelt. Außerdem wurden die Proben zur Fa. Allatherm gesendet, um die Anforderungen an die entwickelten RFAerogele in Dochtform zu prüfen. Die mechanische Bearbeitbarkeit der Aerogele konnte verbessert werden. Die Porosität und die Gaspermeabilität der untersuchten Aerogele lagen in einem optimalen Bereich. Nur die Durchgangsporengröße der Aerogele, die mittels Gasblasendruck-Analyse bestimmt wurde, benötigt weitere Rezeptentwicklungen und Messungen, um die größte Durchgangspore in Richtung 1 µm einzugrenzen.