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Charakterisierung des Einlaufverhaltens nasslaufender Lamellenkupplungen

Charakterisierung des Einlaufverhaltens nasslaufender Lamellenkupplungen von Völkel,  Katharina
Nasslaufende Lamellenkupplungen sind wichtige Komponenten moderner Antriebsstränge, sowohl hinsichtlich Funktion als auch hinsichtlich Sicherheit und Komfort. Ziele der Entwicklungen sind ein stabiles und hohes Reibungszahlniveau bei gleichzeitig günstiger Reibcharakteristik (Verlauf der Reibungszahl über Gleitgeschwindigkeit). Insbesondere zu Lebensdauerbeginn, wenn Einlaufvorgänge noch nicht vollständig abgeschlossen sind, kann sich das Reibungsverhalten durch Einglätten und Anpassen der Reibpaarung sowie durch den Aufbau chemischer Grenzschichten signifikant ändern. Dieses Einlaufverhalten ist in Abhängigkeit der Charakteristika des tribologischen Systems unterschiedlich ausgeprägt. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur Charakterisierung des Einlaufverhaltens nasslaufender Lamellenkupplungen entwickelt. Neue Kennwerte quantifizieren das Einlaufverhalten und ermöglichen somit eine belastbare Gegenüberstellung von Kupplungen mit unterschiedlichem Einlaufverhalten. Die Methodik wird in umfassenden experimentellen Untersuchungen unter Variation von Betriebsart (Lastschaltungen, Schlupf), spezifischer Belastung, Kupplungsbaugröße, Stahllamellenbeschaffenheit, Reibbelag und Schmierstoff angewendet. Es zeigen sich deutliche Einflüsse des Reibsystems (Stahllamelle, Reibbelag und Schmierstoff) auf das Einlaufverhalten. Die Ausprägung der Einflüsse ist abhängig vom tribologischen System, zudem sind deutliche Wechselwirkungen erkennbar. Topographische Vermessungen der Reibpartner ermöglichen eine vertiefte Untersuchung von Einflüssen der Stahllamelle auf das Einlaufverhalten.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Wiederverwendung von Wissen aus der Produktpflege in der Produktentwicklung

Wiederverwendung von Wissen aus der Produktpflege in der Produktentwicklung von Jordan,  Thomas Arkadius
Wissen ist ein zentraler Erfolgsfaktor in der Produktentwicklung. Die zielgerichtete Nutzung von Wissenspotenzialen ermöglicht es Entwicklern das Bewusstsein für bereits existierende Lösungen zu erhöhen und aus Fehlern der Vergangenheit zu lernen. Die Literatur zeigt allerdings, dass Barrieren existieren, die den Rückfluss von Informationen hemmen und so die Wiederverwendung von Wissen stören. Zwar existieren vielzählige Instrumente und Werkzeuge, die auf eine Verbesserung des Wissensmanagements zielen, jedoch fehlt es an einer Metrik, die eine geeignete Auswahl von Lösungsansätzen auf Basis der situationsspezifischen Barrieren in der Wiederverwendung von Wissen innerhalb eines Unternehmens ermöglicht. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an. Ziel der Arbeit ist die Ableitung eines Ansatzes, der auf die Analyse von Barrieren in der Wiederverwendung von Wissen fokussiert und eine Schnittstelle zur Auswahl geeigneter Werkzeuge und Instrumente im Wissensmanagement schafft, um die ermittelten Barrieren zu überwinden. Zu diesem Zweck wird eine Problemlösesystematik entwickelt, die eine präskriptive Unterstützung in der Identifikation, Analyse und Überwindung von Barrieren ermöglicht. Sie besteht aus einer Makro- sowie einer Mikrologik. Die vorliegende Arbeit schließt mit der Anwendung des Lösungsansatzes an einem Praxisbeispiel aus dem Maschinen- und Anlagenbau. Das Beispiel verifiziert zum einen das Unterstützungspotenzial der Problemlösesystematik. Zum anderen ermöglicht es die Ableitung von Implikationen als Grundlage für weitere erfolgreiche Anwendungen in der industriellen Praxis.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Anregungsmechanismen und Resonanzverhalten von Karosseriespalten

Anregungsmechanismen und Resonanzverhalten von Karosseriespalten von Winter,  Philipp
Die Summe überströmter Karosseriespalte trägt maßgeblich zum Innenraumgeräusch im Fahrzeug bei. Zur Erarbeitung von Handlungsoptionen zur Geräuschreduktion ist Verständnis über das Zusammenwirken von Anregungsmechanismus und Resonanzverhalten notwendig. Es hat sich etabliert, zwischen aktivem und passivem Resonanzverhalten zu unterscheiden. Mit aktiven Resonatoren werden starke Kopplungsmechanismen, wie beim Schiebedachwummern, assoziiert. Karosseriespalte hingegen gelten gemeinhin als passiv. Die vorliegende Dissertation behandelt strömungsmechanisch angeregte Karosseriespalte anhand des Heckklappenresonators. Sie veranschaulicht unter anderem, inwiefern schwach gekoppeltes, aktives Resonanzverhalten auch an Karosseriespalten eine entscheidende Rolle mit Bezug auf das Innenraumgeräusch spielt und welche Eingangsgrößen zur Prognose der Frequenz- & Geschwindigkeitskombinationen desselben notwendig sind. Abschließend wird eine Auslegungsstrategie des Heckklappenresonators erarbeitet, um die Koinzidenzbereiche aktiven Resonanzverhaltens vermeiden und eine frühzeitige Risikoprognose für einen potenziell hohen Beitrag zum Innenraumgeräusch treffen zu können.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Entwicklung eines neuen Messverfahrens zur Durchflussmessung in der Kryotechnik

Entwicklung eines neuen Messverfahrens zur Durchflussmessung in der Kryotechnik von Janzen,  Andreas
Am KIT wurde ein Messprinzip erfunden, dass sich durch seine Fähigkeit zur Eigenkalibrierung auszeichnet. Die Eigenkalibrierung basiert auf einem thermischen Messprinzip, bei dem ein Fluid einen Wärmeübertrager durchströmt. Aus der Energiebilanz des Fluids und des Wärmeübertragers lassen sich zwei unabhängige, analytische Gleichungen ableiten, die von Temperaturen und Wärmeströmen abhängen. Diese Eingangsgrößen unterliegen statistischen und systematischen Messabweichungen, die zur Folge haben, dass die aus beiden Gleichungen berechneten Massenströme voneinander abweichen. Die Eigenkalibrierung minimiert diese Streuung und eliminiert dabei alle systematischen Messabweichungen. Die resultierende Unsicherheit der Messung hängt dann nur noch von den statistischen Messabweichungen der Eingangsgrößen ab. Durch die einzigartige Fähigkeit zur Eigenkalibrierung entfällt eine werksseitige Kalibrierung. Stattdessen lässt sich das Messsystem im Betrieb, unter seinen realen Einsatzbedingungen, gegen sich selbst kalibrieren. Für die Kryotechnik stellt dies einen entscheidenden Vorteil dar, der erstmalig eine kryogene Durchflussmessung mit einer eindeutig spezifizierten Unsicherheit und einer hohen Messgenauigkeit ermöglicht. Auf dem Konzept der Eigenkalibrierung basierend, beschreibt diese Arbeit die Entwicklung eines kryogenen Durchflussmesssystems. Ausgehend vom Messsystemdesign erfolgt eine detaillierte Beschreibung von kryogenen Experimenten, die erfolgreich die Eigenkalibrierung validieren. Des Weiteren werden theoretische Grundlagen zum Messprinzip diskutiert und alle Unsicherheiten quantifiziert. Das entwickelte Messsystem lässt sich in einem Bereich von 0,2 g/s bis 12 g/s, bei Temperaturen von ca. 2,2 K bis 300 K und Drücken bis 25 bar einsetzen. Abschließende kryogene Experimente belegen die erfolgreiche Entwicklung und zeigen, dass eine Durchflussmessung über einen großen Anwendungsbereich mit einer erweiterten Unsicherheit von +/-1,2% vom Messwert möglich ist.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Simulationsbasierte Analyse der Stabilität von Hüftimplantaten in der frühen postoperativen Rehabilitation

Simulationsbasierte Analyse der Stabilität von Hüftimplantaten in der frühen postoperativen Rehabilitation von Sauerhoff,  Maike
Die Belastungen auf das Hüftgelenksimplantat beeinflussen die Stabilität der Implantate und sind entscheidend für den klinischen Erfolg des Eingriffs. Bewegungsinduzierte mechanische Reize regen die Knochenbildung an und führen bei einer physiologischen Beanspruchung zum knöchernen Einwachsen des Implantats. Zu hohe Beanspruchungen verhindern die knöcherne Integration und können zur Lockerung des Implantats führen. Daher ist ein geeignetes Maß an postoperativen Belastungen entscheidend für die Langzeitstabilität des Implantats. In dieser Arbeit wird ein simulationsbasierter Ansatz genutzt, um die Auswirkungen des Fahrradergometer-Trainings auf die Implantat-Stabilität zu analysieren. Dazu werden mittels Mehrkörpersimulation die Muskel- und Gelenkskräfte, die bei unterschiedlichen Trainingsintensitäten auftreten, bestimmt. Die Kräfte werden anschließend verwendet, um die Beanspruchungen, die im Knochen-Implantat-Verbund auftreten zu analysieren. Dazu wird ein Finite-Elemente-Modell des Femurs abgeleitet und eine virtuelle Implantation durchgeführt. Die Kräfte werden auf das Modell appliziert und die daraus resultierenden Spannungszustände im Knochen und Mikrobewegungen zwischen Knochen und Implantat mittels FE-Simulation ermittelt und anschließend die Implantat-Stabilität beurteilt. Basierend auf den Erkenntnissen werden anschließend Implikationen für die frühe postoperative Rehabilitation abgeleitet. Trainingsintensitäten mit niedriger Trittfrequenz und hoher Leistung können die Implantat-Stabilität gefährden und zu einer Lockerung des Implantats führen. Bei Patienten, die eine Teilbelastung des Beins in der frühen postoperativen Phase einhalten müssen, können schon niedrige Trainingsintensitäten die Teilbelastung überschreiten. Dennoch kann das Fahrradergometer-Training bei einer geeigneten Wahl der Trainingsintensität als probate Maßnahme in der frühen postoperativen Rehabilitation eingesetzt werden, ohne die Implantat-Stabilität zu gefährden.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Modellierung der zeitlich fortschreitenden Leistungsverschlechterung von Triebwerksverdichtern aufgrund der Ablagerung von Partikeln

Modellierung der zeitlich fortschreitenden Leistungsverschlechterung von Triebwerksverdichtern aufgrund der Ablagerung von Partikeln von Döring,  Felix
Atmosphärische Luft ist stets durch Partikel verunreinigt. Turboflugtriebwerken dient diese Luft als Arbeitsmedium. Durch Ablagerung der Partikel nimmt die aerodynamische Güte der Turbomaschinenbeschaufelung mit zunehmender Betriebsdauer ab. Die betroffene Turbomaschine und folglich die gesamte Gasturbine erfahren eine zeitlich fortschreitende Leistungsverschlechterung. Die Entwicklung einer Methodik zur Modellierung der zeitlich fortschreitenden Leistungsverschlechterung von Triebwerksverdichtern aufgrund der Ablagerung von Partikeln ist Gegenstand dieser Arbeit. Hierzu wird ein geeignetes Berechnungsmodell formuliert, welches das Problem mit einer handhabbaren Anzahl an Parametern beschreibt. Mit Hilfe eines Experiments werden die unbekannten Modellparameter bestimmt. Die Übertragbarkeit der experimentellen Ergebnisse auf ausgeführte Maschinen ist gegeben. Die Eignung der Methodik wird durch exemplarische Anwendung des Berechnungsmodells auf einen ausgeführten zehnstufigen Hochdruckverdichter unter repräsentativen Betriebsbedingungen nachgewiesen. Die Methodik legt damit den Grundstein für die Weiterentwicklung zustandsbasierter Instandhaltungsstrategien für Turboflugtriebwerke. Sind Daten über die Flugmissionen und die Bedingungen an den Flughäfen bekannt, ist eine Modellierung der Leistungsverschlechterung aufgrund von Ablagerung zum Zwecke der Nachrechnung oder Vorhersage möglich.
Aktualisiert: 2021-01-30
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Entwicklung und Charakterisierung eines Satellitenantriebssystems basierend auf Wasserelektrolyse

Entwicklung und Charakterisierung eines Satellitenantriebssystems basierend auf Wasserelektrolyse von Harmansa,  Nicholas-Etienne
Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde ein Satellitenantriebssystem basierend auf der Wasserelektrolyse umfassend untersucht und charakterisiert. Auf einem Satelliten wird Wasser mittels Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff dissoziiert, womit eine der besten und grünen Treibstoffkombinationen zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu konventionellen Treibstoffen chemischer Satellitentriebwerke, hat Wasser den Vorteil, dass es einfach zu handhaben ist und dabei die Kosten, auch auf Systemebene, signifikant gesenkt werden können. Konventionelle Treibstoffe sind dagegen meist sehr giftig und äußerst sensibel in der Handhabung, auch aufgrund ihrer Explosivität. Das entwickelte Antriebssystem umfasst einen Wassertank, einen weltraumtauglichen Elektrolyseur, sowie Gastanks und ein Triebwerk. Hauptaugenmerk wird auf die Auslegung des Elektrolyseurs gelegt, der in der Lage sein muss, trockene und hochbedruckte Gase unter Schwerelosigkeit zu erzeugen, sowie auf das Triebwerk, das diese Gase bei stöchiometrischem Gemisch sicher und zuverlässig verbrennen und damit Schub erzeugen soll.
Aktualisiert: 2021-01-05
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Aerosolbildung in Gas-Flüssigkeitskontaktapparaten

Aerosolbildung in Gas-Flüssigkeitskontaktapparaten von Hamberger,  Philipp
Durch den simultanen Wärme- und Stofftransport in Gas-Flüssigkeitskontaktapparaten kann die Gasphase einen Übersättigungszustand erreichen. In der Folge können Aerosoltropfen im Gas entstehen. Sind zusätzlich Feststoffpartikel im Gas vorhanden, genügen bereits kleine Übersättigungen, um diese Keime für die heterogene Kondensation zu aktivieren. Die so gebildeten flüssigen Tropfen folgen den Stromlinien des Gases und können dadurch ungewollt in nachfolgende Prozessstufen geschleppt werden. Das vorgestellte Simulationsprogramm AerCoDe hilft dabei Betriebsbedingungen zu identifizieren, bei denen es zu Aerosolbildung kommen kann. Außerdem ist es in der Lage die Zusammensetzung und Größe der entstehenden Aerosoltropfen vorherzusagen. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Parameterstudien mit AerCoDe gezeigt. Wichtige Ergebnisse dieser Untersuchung sind eine Abschätzung des relevanten Bereichs der Anzahlkonzentration an Keimen, sowie der Einfluss unterschiedlicher Betriebsbedingungen von Kontaktapparaten auf die Intensität der Aerosolbildung. Weitere Simulationen werden für binäre und ternäre Gemische aus anorganischen Säuren mit Wasser durchgeführt. Als Beispiel für ein ternäres System werden Stoffdatenkorrelationen für das Gemisch aus HCl, HBr und H2O an Messdaten aus der Literatur angepasst. Zur Untersuchung des Einflusses einer Dampfdruckerniedrigung über der Waschflüssigkeit werden Simulationen für die Absorption von Chlorwasserstoff in Natronlauge durchgeführt. Dabei werden wichtige Kriterien aufgezeigt, um Aerosolbildung zu verhindern. Für polydisperse Aerosole werden ebenfalls Rechnungen mit Chlorwasserstoff durchgeführt und mit Simulationen für monodisperse Aerosole verglichen.
Aktualisiert: 2021-01-14
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Lokale Inselnetz-Notversorgung auf Basis dezentraler Erzeugungsanlagen mit Fokus auf die Frequenzstabilität

Lokale Inselnetz-Notversorgung auf Basis dezentraler Erzeugungsanlagen mit Fokus auf die Frequenzstabilität von Steinhart,  Christoph
Die Dissertation befasst sich mit einem Inselnetz-Notversorgungskonzept auf Basis dezentraler Erzeugungsanlagen für das Szenario eines zeitlich und räumlich ausgedehnten Stromausfalls. Das Konzept leistet einen Beitrag zur Krisenvorsorge und lässt sich mit geringem Aufwand in bestehende Netze integrieren. Als eine der zentralen Herausforderungen für einen zuverlässigen Inselnetzbetrieb liegt der Fokus auf der Analyse und Optimierung der Frequenzstabilität. Die Konzeptentwicklung und die vorgestellten Untersuchungen basieren auf stationären und dynamischen Simulationen sowie Messungen von gestaffelten Feldversuchen in einem realen Mittelspannungsnetz.
Aktualisiert: 2021-01-14
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Mechanische Eigenschaften von Oxidations- und Wärmedämmschichtmaterialien – Mikrozugkriech- und Mikrobiegeversuche

Mechanische Eigenschaften von Oxidations- und Wärmedämmschichtmaterialien – Mikrozugkriech- und Mikrobiegeversuche von Giese,  Sven
Der Fokus der Arbeit bestand in der mikromechanischen Analyse der lokalen mechanischen Eigenschaften von metallischen und keramischen Werkstoffen. Es wurden die Kriecheigenschaften freistehender Oxidationsschutzschichten sowie der Einfluss einer Wärmebehandlung unter sauerstoff-, wasserdampf- sowie wasserstoffhaltiger Atmosphäre analysiert. Zugkriechversuche wurden mit miniaturisierten Rundzugproben in einem thermomechanischen Analysator durchgeführt. Die mikrostrukturelle Charakterisierung erfolgte mithilfe von rasterelektronenmikroskopischen Methoden und Atomsondentomographie. Anhand von Mikrobiegeversuchen erfolgte ein Vergleich der Bruchzähigkeit von NiAl-Cr(Mo) Kompositwerkstoffen, die konventionell gerichtet erstarrt sowie nachträglich mittels eines Elektronenstrahls umgeschmolzen wurden. Die Erweiterung der Mikrobiegemethode auf keramische Werkstoffe war ebenfalls Gegenstand dieser Arbeit. Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid, das sowohl als thermische Wärmedämmschicht für Hochtemperanwendungen in Turbinen sowie als Strukturwerkstoff im biomedizinischen Bereich Verwendung findet, wurde auf seine bruchmechanischen Eigenschaften hin analysiert. Der bruchzähigkeitssteigernde Einfluss der spannungsinduzierten Phasenumwandlung in Abhängigkeit variierender Sintertemperaturen konnte durch Ramanspektroskopie die Ergebnisse der in- und ex-situ Mikrobiegeversuche bestätigen.
Aktualisiert: 2021-01-05
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