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Potentiale der Leistungssteigerung von Flachspulantrieben in der Feinwerktechnik

Potentiale der Leistungssteigerung von Flachspulantrieben in der Feinwerktechnik von Strohmeyr,  Simon
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Potentiale der Leistungssteigerung von elektrodynamischen Flachspulantrieben durch Verbesserung des thermischen Teilsystems betrachtet. Zentrale Punkte sind dabei die Steigerungen von Wärmeübertragungsmechanismen innerhalb und außerhalb der Antriebsspule. Zur Steigerung der Wärmeübertragungsmechanismen innerhalb der Spulen wird eine Antriebsspule auf Leiterplattenbasis entwickelt. In einem automatisierten Dimensionierungsablauf werden dabei die geometrischen und elektrischen Parameter der Spule optimiert und das fertige Leiterplattenlayout erstellt. In Kombination mit der Fertigung von Leiterplatten ergeben sich daraus erhebliche Vorteile gegenüber konventionell gewickelten Spulen durch eine hohe reproduzierbare Qualität der Spule sowie durch kurze Durchlaufzeiten des gesamten Prozessablaufs. Im direkten Vergleich zur herkömmlich gewickelten Runddrahtspule kann mit der Leiterplattenspule der Kupferfüllfaktor erhöht und die Leistungsdichte gesteigert werden. In einem Testantrieb werden final beide Spulenarten messtechnisch untersucht und verglichen. Bei gleicher Spulentemperatur wird dabei ein 12,6 % höheres Kraftniveau mit der Leiterplattenspule erreicht. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass durch alternative Spulenarten nicht nur die Leistungsfähigkeit von Flachspulantrieben gesteigert, sondern auch der Prozessablauf, von der Auslegung bis zur fertigen Spule, deutlich verkürzt werden kann. Zur Steigerung der Wärmeübertragungsmechanismen außerhalb der Spule wird aufgrund des begrenzten Raumvolumens im Flachspulantrieb zunächst ein neuartiges reibungsloses Fächerkühlsystem entwickelt, optimiert und charakterisiert. Neben einem geringen Energieverbrauch und einem geräuschlosen Betrieb, zählen auch die gute Anpassungsfähigkeit an problemspezifische Kühlaufgaben zu den Vorteilen der Fächerkühlung gegenüber anderen Systemen. Experimentelle Untersuchungen an einem Flachspulantrieb zeigen, dass durch die Fächerkühlung die Spule im Antrieb effizient und effektiv, ohne Bildung von Hotspots, gekühlt wird. Mit einer Leistungsaufnahme der Fächerkühlung von 31 mW kann eine Steigerung des Kraftniveaus um 11 % erreicht werden. Für einen autonomen Betrieb des Fächers wird in einem weiteren Entwicklungsschritt Aktorik‚ Sensorik und Elektronik auf einer starrflexiblen Leiterplatte vereint, Durch die Energieversorgung des Moduls über eine USB-Schnittstelle ist der Fächer vielseitig einsetzbar.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Potentiale der Leistungssteigerung von Flachspulantrieben in der Feinwerktechnik

Potentiale der Leistungssteigerung von Flachspulantrieben in der Feinwerktechnik von Strohmeyr,  Simon
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Potentiale der Leistungssteigerung von elektrodynamischen Flachspulantrieben durch Verbesserung des thermischen Teilsystems betrachtet. Zentrale Punkte sind dabei die Steigerungen von Wärmeübertragungsmechanismen innerhalb und außerhalb der Antriebsspule. Zur Steigerung der Wärmeübertragungsmechanismen innerhalb der Spulen wird eine Antriebsspule auf Leiterplattenbasis entwickelt. In einem automatisierten Dimensionierungsablauf werden dabei die geometrischen und elektrischen Parameter der Spule optimiert und das fertige Leiterplattenlayout erstellt. In Kombination mit der Fertigung von Leiterplatten ergeben sich daraus erhebliche Vorteile gegenüber konventionell gewickelten Spulen durch eine hohe reproduzierbare Qualität der Spule sowie durch kurze Durchlaufzeiten des gesamten Prozessablaufs. Im direkten Vergleich zur herkömmlich gewickelten Runddrahtspule kann mit der Leiterplattenspule der Kupferfüllfaktor erhöht und die Leistungsdichte gesteigert werden. In einem Testantrieb werden final beide Spulenarten messtechnisch untersucht und verglichen. Bei gleicher Spulentemperatur wird dabei ein 12,6 % höheres Kraftniveau mit der Leiterplattenspule erreicht. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass durch alternative Spulenarten nicht nur die Leistungsfähigkeit von Flachspulantrieben gesteigert, sondern auch der Prozessablauf, von der Auslegung bis zur fertigen Spule, deutlich verkürzt werden kann. Zur Steigerung der Wärmeübertragungsmechanismen außerhalb der Spule wird aufgrund des begrenzten Raumvolumens im Flachspulantrieb zunächst ein neuartiges reibungsloses Fächerkühlsystem entwickelt, optimiert und charakterisiert. Neben einem geringen Energieverbrauch und einem geräuschlosen Betrieb, zählen auch die gute Anpassungsfähigkeit an problemspezifische Kühlaufgaben zu den Vorteilen der Fächerkühlung gegenüber anderen Systemen. Experimentelle Untersuchungen an einem Flachspulantrieb zeigen, dass durch die Fächerkühlung die Spule im Antrieb effizient und effektiv, ohne Bildung von Hotspots, gekühlt wird. Mit einer Leistungsaufnahme der Fächerkühlung von 31 mW kann eine Steigerung des Kraftniveaus um 11 % erreicht werden. Für einen autonomen Betrieb des Fächers wird in einem weiteren Entwicklungsschritt Aktorik‚ Sensorik und Elektronik auf einer starrflexiblen Leiterplatte vereint, Durch die Energieversorgung des Moduls über eine USB-Schnittstelle ist der Fächer vielseitig einsetzbar.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Qualitätssicherungssystem für die Anlaufphase und den Serienbetrieb einer Batteriezellenproduktion

Qualitätssicherungssystem für die Anlaufphase und den Serienbetrieb einer Batteriezellenproduktion von Kornas,  Thomas
Das Buch thematisiert die Erarbeitung eines Qualitätsmanagementsystems, welches auf Basis geeigneter Methoden der Qualitätsprüfung und der Fehler-Ursachen-Analyse eine Ausschussreduzierung in der Produktion von Batteriezellen bewirkt. Das Qualitätsmanagementsystem lehnt sich an die Grundidee eines Qualitätsregelkreises an und verknüpft multivariate Kennzahlensysteme mit Bayesschen Netzwerken sowie Methoden der Datenanalyse.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Qualitätssicherungssystem für die Anlaufphase und den Serienbetrieb einer Batteriezellenproduktion

Qualitätssicherungssystem für die Anlaufphase und den Serienbetrieb einer Batteriezellenproduktion von Kornas,  Thomas
Das Buch thematisiert die Erarbeitung eines Qualitätsmanagementsystems, welches auf Basis geeigneter Methoden der Qualitätsprüfung und der Fehler-Ursachen-Analyse eine Ausschussreduzierung in der Produktion von Batteriezellen bewirkt. Das Qualitätsmanagementsystem lehnt sich an die Grundidee eines Qualitätsregelkreises an und verknüpft multivariate Kennzahlensysteme mit Bayesschen Netzwerken sowie Methoden der Datenanalyse.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Untersuchung der Robustheit in Produktionssystemen

Untersuchung der Robustheit in Produktionssystemen von Stockmann,  Christian
Produktionssysteme sind aktuell von zunehmender Unsicherheit und Komplexität geprägt. Störungen und Veränderungen führen deshalb schnell zu substanziellen Beeinträchtigungen der Performance. Die Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems hängt unter solchen Bedingungen unmittelbar von dessen Robustheit ab. Voraussetzung für die Verbesserung der Robustheit ist die gezielte Erfassung und präzise Evaluierung dieser Fähigkeit im Produktionssystem. Da sowohl in der Wissenschaft als auch in der Praxis bisher nur ein vages Verständnis von Robustheit in der Produktion vorherrscht, steht eingangs die Erarbeitung eines konzeptionellen Begriffsverständnisses im Fokus. Anschließend wird eine pragmatische und allgemeingültige Methode vorgestellt, die Robustheit in Produktionssystemen ganzheitlich evaluiert. Die Bewertungsmethode wird anhand einer simulativen Fallstudie in der industriellen Produktionsplanung validiert und in einem praxisorientierten Ansatz zum Robustheitsmanagement auf strategischer und operativer Ebene eingebettet. Darüber hinaus werden Wechselwirkungen zwischen den produktionstechnologischen Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 und der Robustheit in Produktionssystemen diskutiert.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Untersuchung der Robustheit in Produktionssystemen

Untersuchung der Robustheit in Produktionssystemen von Stockmann,  Christian
Produktionssysteme sind aktuell von zunehmender Unsicherheit und Komplexität geprägt. Störungen und Veränderungen führen deshalb schnell zu substanziellen Beeinträchtigungen der Performance. Die Leistungsfähigkeit eines Produktionssystems hängt unter solchen Bedingungen unmittelbar von dessen Robustheit ab. Voraussetzung für die Verbesserung der Robustheit ist die gezielte Erfassung und präzise Evaluierung dieser Fähigkeit im Produktionssystem. Da sowohl in der Wissenschaft als auch in der Praxis bisher nur ein vages Verständnis von Robustheit in der Produktion vorherrscht, steht eingangs die Erarbeitung eines konzeptionellen Begriffsverständnisses im Fokus. Anschließend wird eine pragmatische und allgemeingültige Methode vorgestellt, die Robustheit in Produktionssystemen ganzheitlich evaluiert. Die Bewertungsmethode wird anhand einer simulativen Fallstudie in der industriellen Produktionsplanung validiert und in einem praxisorientierten Ansatz zum Robustheitsmanagement auf strategischer und operativer Ebene eingebettet. Darüber hinaus werden Wechselwirkungen zwischen den produktionstechnologischen Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 und der Robustheit in Produktionssystemen diskutiert.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Potenzial von nicht-konstanter Rotorsteigung für Schraubenkompressoren

Potenzial von nicht-konstanter Rotorsteigung für Schraubenkompressoren von Utri,  Matthias
Schraubenkompressoren sind in der Industrie weit verbreitet und dadurch für einen großen Teil des weltweiten elektrischen Energieumsatzes verantwortlich. Die in der Regel in Schraubenkompressoren verwendeten Rotoren mit konstanter Rotorsteigung stellen dabei stets einen Kompromiss zwischen den beiden primär vorherrschenden dissipativen Mechanismen, Spaltmassenströmen und Auslassdrosselung, dar. Rotoren mit nicht-konstanter Rotorsteigung bieten eine vielversprechende Möglichkeit zur energetischen Verbesserung von Schraubenkompressoren. In diesem Band wird das Potenzial nicht-konstanter Rotorsteigung auf Grundlage dimensionsloser Kennzahlen für eine große Variationsbreite an Randbedingungen untersucht. Die Genauigkeit der dafür durchgeführten Kammermodellsimulationen hängt in großem Maße von der Modellierung der maschineninternen Spaltmassenströme ab. Mithilfe von CFD-Simulationen wird daher der Durchfluss durch die Stirn- und Gehäusespalte untersucht und die Ergebnisse anhand eines Versuchsstandes experimentell validiert. Die Ergebnisse fließen anschließend in Form von Strömungsbeiwerten in die Simulation der Schraubenkompressoren ein. Die nicht-konstante Rotorsteigung wird anhand zweier geometrischer Konzepte untersucht und die optimalen Rotorgeometrien sowie die zugehörigen Gütegrade mit der optimalen Lösung konstanter Rotorsteigung gegenübergestellt. Das theoretisch bestimmte Potenzial wird schließlich anhand eines öleingespritzten Prototyps mit nicht-konstanter Rotorsteigung experimentell validiert.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Potenzial von nicht-konstanter Rotorsteigung für Schraubenkompressoren

Potenzial von nicht-konstanter Rotorsteigung für Schraubenkompressoren von Utri,  Matthias
Schraubenkompressoren sind in der Industrie weit verbreitet und dadurch für einen großen Teil des weltweiten elektrischen Energieumsatzes verantwortlich. Die in der Regel in Schraubenkompressoren verwendeten Rotoren mit konstanter Rotorsteigung stellen dabei stets einen Kompromiss zwischen den beiden primär vorherrschenden dissipativen Mechanismen, Spaltmassenströmen und Auslassdrosselung, dar. Rotoren mit nicht-konstanter Rotorsteigung bieten eine vielversprechende Möglichkeit zur energetischen Verbesserung von Schraubenkompressoren. In diesem Band wird das Potenzial nicht-konstanter Rotorsteigung auf Grundlage dimensionsloser Kennzahlen für eine große Variationsbreite an Randbedingungen untersucht. Die Genauigkeit der dafür durchgeführten Kammermodellsimulationen hängt in großem Maße von der Modellierung der maschineninternen Spaltmassenströme ab. Mithilfe von CFD-Simulationen wird daher der Durchfluss durch die Stirn- und Gehäusespalte untersucht und die Ergebnisse anhand eines Versuchsstandes experimentell validiert. Die Ergebnisse fließen anschließend in Form von Strömungsbeiwerten in die Simulation der Schraubenkompressoren ein. Die nicht-konstante Rotorsteigung wird anhand zweier geometrischer Konzepte untersucht und die optimalen Rotorgeometrien sowie die zugehörigen Gütegrade mit der optimalen Lösung konstanter Rotorsteigung gegenübergestellt. Das theoretisch bestimmte Potenzial wird schließlich anhand eines öleingespritzten Prototyps mit nicht-konstanter Rotorsteigung experimentell validiert.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Analyse der Anfahrqualität elektrifizierter Antriebe

Analyse der Anfahrqualität elektrifizierter Antriebe von Dorsch,  Christian Oliver
Mit zunehmender Elektrifizierung der Antriebe entstehen neue Anforderungen an das längsdynamische Fahrzeugverhalten und dessen Abstimmung. Das Anfahren stellt dabei einen häufigen und zugleich technisch anspruchsvollen Vorgang im Kundenbetrieb dar. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst ein Vergleich zwischen synthetischen und repräsentativen Anfahrten vorgestellt. Es wird erläutert, weshalb die Einbeziehung des tatsächlichen Kundenverhaltens bei der Abstimmung sinnvoll ist. Darauf aufbauend wird eine Methodik beschrieben, mithilfe der das kundennahe Anfahrverhalten analysiert und repräsentative Anfahrkollektive abgeleitet werden können. Zur Bestimmung der Anfahrqualität werden sowohl ein Objektivnotenmodell, als auch die eigens eingeführte Beschleunigungsgüte eingesetzt. Mithilfe dieser beiden Bewertungswerkzeuge wird das Anfahrverhalten bei Straßenmessungen von zwei konventionellen, einem hybridischen und einem elektrischen Fahrzeug quantifiziert und gegenübergestellt. Anschließend wird ein Fahrzeugmodell zur Simulation des Anfahrverhaltens elektrischer Fahrzeuge beschrieben. Nach einer Sensitivitätsanalyse des Modells erfolgt die Simulation und Bewertung von repräsentativen Anfahrten. Die Ergebnisse werden mit der Auswertung der synthetischen Anfahrten verglichen. Es zeigt sich, dass im Kundenbetrieb nur ein kleiner Teil des möglichen Betriebsbereichs genutzt wird. Außerdem werden Optimierungspotenziale herausgearbeitet und das Ansprechverhalten des Antriebs hinsichtlich der Objektivnoten verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anfahrqualität elektrischer Fahrzeuge weiter optimiert werden kann und dass die Berücksichtigung des tatsächlichen Kundenverhaltens zu einem besseren Verständnis der Anforderungen an das Anfahren beitragen kann.
Aktualisiert: 2021-07-26
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Analyse der Anfahrqualität elektrifizierter Antriebe

Analyse der Anfahrqualität elektrifizierter Antriebe von Dorsch,  Christian Oliver
Mit zunehmender Elektrifizierung der Antriebe entstehen neue Anforderungen an das längsdynamische Fahrzeugverhalten und dessen Abstimmung. Das Anfahren stellt dabei einen häufigen und zugleich technisch anspruchsvollen Vorgang im Kundenbetrieb dar. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst ein Vergleich zwischen synthetischen und repräsentativen Anfahrten vorgestellt. Es wird erläutert, weshalb die Einbeziehung des tatsächlichen Kundenverhaltens bei der Abstimmung sinnvoll ist. Darauf aufbauend wird eine Methodik beschrieben, mithilfe der das kundennahe Anfahrverhalten analysiert und repräsentative Anfahrkollektive abgeleitet werden können. Zur Bestimmung der Anfahrqualität werden sowohl ein Objektivnotenmodell, als auch die eigens eingeführte Beschleunigungsgüte eingesetzt. Mithilfe dieser beiden Bewertungswerkzeuge wird das Anfahrverhalten bei Straßenmessungen von zwei konventionellen, einem hybridischen und einem elektrischen Fahrzeug quantifiziert und gegenübergestellt. Anschließend wird ein Fahrzeugmodell zur Simulation des Anfahrverhaltens elektrischer Fahrzeuge beschrieben. Nach einer Sensitivitätsanalyse des Modells erfolgt die Simulation und Bewertung von repräsentativen Anfahrten. Die Ergebnisse werden mit der Auswertung der synthetischen Anfahrten verglichen. Es zeigt sich, dass im Kundenbetrieb nur ein kleiner Teil des möglichen Betriebsbereichs genutzt wird. Außerdem werden Optimierungspotenziale herausgearbeitet und das Ansprechverhalten des Antriebs hinsichtlich der Objektivnoten verbessert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anfahrqualität elektrischer Fahrzeuge weiter optimiert werden kann und dass die Berücksichtigung des tatsächlichen Kundenverhaltens zu einem besseren Verständnis der Anforderungen an das Anfahren beitragen kann.
Aktualisiert: 2021-07-26
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