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Der Einfluss geometrischer Auslegungsparameter auf die Dynamik reibungsgedämpfter Turbinenschaufeln

Der Einfluss geometrischer Auslegungsparameter auf die Dynamik reibungsgedämpfter Turbinenschaufeln von Hüls,  Matthias, Wallaschek,  Jörg
Gasturbinen sind im Betrieb hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dabei steht insbesondere die hochzyklische Ermüdung (HCF) im Fokus, die durch selbst- oder fremderregte Schwingungen ausgelöst wird. Im kritischen Fall der Resonanz können die Schwingungsamplituden über gezielt eingebrachte Reibkontakte effektiv gemindert werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.In dieser Arbeit werden die bisher nur äußerst begrenzt behandelten Zusammenhänge zwischen den geometrischen Auslegungsparametern einer Turbinenschaufel und dem Schwingungsverhalten unter Reibungsdämpfung systematisch untersucht. Dazu wird eine geeignete Parametrisierung entwickelt und ein bestehendes mechanisches Modell zur Beschreibung nichtlinearer Schwingungen entsprechend in eine umfassende Simulationsprozesskette eingebettet. Zusätzlich wird eine auf Ersatzmodellen und statistischer Versuchsplanung beruhende Analysestrategie entwickelt, mit der die Haupt- und Interaktionseffekte der Systemparameter auf eine Ausgangsgröße quantifiziert werden können. Diese wird jeweils für Schaufelgeometrien mit Stützflügel und Unterplattformdämpfer verwendet, um den Einfluss der geometrischen Auslegungsparameter auf die statische Flächenpressung im Reibkontakt, die Resonanzamplitude der ersten Biegeschwingung sowie die dynamischen Spannungen zu bestimmen. Gas turbines are subject to large thermal and mechanical loads during operation. Above all, design is focused on high-cycle fatigue (HCF) which is caused by self or force-excited vibrations. For the critical case of resonance, the resulting amplitudes can be lowered effectively by introducing friction joints. This work investigates the relations between geometric turbine design parameters and the vibrational behavior under friction damping, as this topic is yet to be addressed thoroughly. For this purpose, an appropriate parametrization is developed and a well-proven mechanical model for non-linear vibration is embedded into a complex simulation toolchain. In addition to that, an analytical strategy based on surrogate modeling and design-of-experiment methods is developed which is used to quantify the main and interaction effects of design parameters onto a variety of outputs. The developed approach is applied to a turbine blade coupled by a snubber contact and a blade with underplatform damper. Consequently, the influence of geometric design parameters onto the static contact force in the friction joint, the resonance amplitude of the first bending mode and the dynamic stresses are systematically outlined.
Aktualisiert: 2021-01-20
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Modellbasierte Datenanalyse zur Identifikation logistischer Schwachstellen in Produktionsbereichen

Modellbasierte Datenanalyse zur Identifikation logistischer Schwachstellen in Produktionsbereichen von Härtel,  Lasse, Nyhuis,  Peter
Die Erreichung einer hohen logistischen Leistungsfähigkeit in Form einer hohen Termintreue, geringen Auftragsdurchlaufzeiten, geringen Beständen und einer hohen Anlagenauslastung gewinnt für produzierende Unternehmen zunehmend an strategischer Bedeutung. Oftmals erreichen die Unternehmen die eigenen oder marktseitigen Ansprüche an die logistische Leistungsfähigkeit jedoch nicht. Eine steigende Datenverfügbarkeit bietet das Potenzial, die Ursachen für entstehende logistische Zielabweichungen evidenzbasiert, anhand vorliegender Unternehmensdaten zu ermitteln, um zielgerichtete Gegenmaßnahmen ableiten zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Methodik zur datenbasierten Identifikation grundlegender logistischer Schwachstellen in Produktionsbereichen industrieller Unternehmen entwickelt. Zur Ermöglichung einer strukturierten Ursachenanalyse, werden die komplexen logistischen Ursache-Wirkungs-Beziehungen zunächst gesammelt und in Form von Ursachenbäumen systematisiert. Darauf aufbauend wird untersucht, wie mithilfe logistischer Modelle, grundlegender statistischer Analysen und geeigneter Kennzahlen eine zielgerichtete Ermittlung der wahrscheinlichen Ursachenpfade allgemeingültig und datenbasiert gelingen kann. Im Ergebnis liegt ein umfassender Leitfaden zur Analyse und Verbesserung der Gestaltung und Konfiguration von Produktionssystemen vor.
Aktualisiert: 2021-01-20
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Verbesserte Berechnung von Magnetfeldern und Ummagnetisierungsverlusten in elektrischen Maschinen

Verbesserte Berechnung von Magnetfeldern und Ummagnetisierungsverlusten in elektrischen Maschinen von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Rehfeldt,  Alexander
Eine exakte Vorausberechnung der Ummagnetisierungsverluste im Ständerblechpaket von Drehfeldmaschinen stützt sich neben einem Ummagnetisierungsverlustmodell auf die als Eingangsgröße benötigte Verteilung der Flussdichte nach Orientierung und Zeitverlauf. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit neben einem Ummagnetisierungsverlustmodell eine Methode zur zeiteffizienten Feldberechnung im Ständer vorgestellt mit dem Fokus auf einer Anwendung für elektrisch erregte Synchronmaschinen. Dabei wird hauptsächlich auf analytische Verfahren zurückgegriffen, die mit konformen Abbildungen geringe Rechenzeiten ermöglichen. Im Verlustmodell wird besonders auf den Einfluss von elliptischer Magnetisierung, anisotropen Materialeigenschaften und mechanischen Spannungen im Material auf die Verluste eingegangen. Zur vollständigen Betrachtung der Ummagnetisierungsverluste im homogenen Bereich des Ständers werden axiale Feldanteile betrachtet, die konstruktionsbedingt durch radiale Kühlkanäle entstehen und zu zusätzlichen Wirbelstromverlusten führen.
Aktualisiert: 2021-01-21
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Prozess zur Entwicklung optomechatronischer Systeme

Prozess zur Entwicklung optomechatronischer Systeme von Knöchelmann,  Marvin, Lachmayer,  Roland
In dieser Arbeit wird ein Prozess zur Entwicklung optomechatronischer Systeme vorgestellt. Diese Art von Systemen ähnelt mechatronischen Systemen, weshalb die Basis für den Prozess das V-Modell ist, das für mechatronische Entwicklungen in Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen etabliert ist. Der vorgestellte Prozess basiert auf dem V-Modell der VDI-Richtlinie 2206 und wird durch operative Arbeitsschritte konkretisiert. Die Anpassung des V-Modells ist notwendig, da, wie in der Arbeit dargestellt wird, die Domäne Optik sich maßgeblich von den klassischen Domänen der Mechatronik unterscheidet. Das allgemeine V-Modell wird daher durch Elemente aus Vorgehensmodellen zur Gestaltung optischer Systeme ergänzt. Weiterhin werden spezifische Methoden vorgestellt, welche die Entwicklung optomechatronischer Systeme unterstützen. Um den entwickelten Prozess zu veranschaulichen, werden die Arbeitsschritte anhand eines Beispiels aus der Fahrzeuglichttechnik demonstriert.
Aktualisiert: 2021-01-21
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Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren

Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Schroeder,  Henrik
Das Ziel dieser Dissertation ist die Erforschung eines Konzepts für zweipolige Turbogeneratoren, welches den komplexen Wicklungskopf durch einen Kurzschlussring ersetzt, um dessen axiale Ausladung zu reduzieren. Dies setzt allerdings eine deutlich höhere Strangzahl der Ständerwicklung voraus. Zur Verbindung eines wicklungskopflosen Turbogenerators mit dem Energieversorgungsnetz ist deshalb ein Mehrphasentransformator erforderlich, der den konventionellen Maschinentransformator ersetzt. Der Fokus der Dissertation liegt auf der Gestaltung derartiger Turbogeneratoren und dabei insbesondere ihres Kurzschlussrings und der Untersuchung des elektrischen Betriebsverhaltens im Gesamtsystem. Dabei wird auf die Wechselwirkung des Mehrphasentransformators mit dem wicklungskopflosen Turbogenerator sowie auf den Einfluss der Mehrphasentransformatorwicklung auf das Systemverhalten eingegangen. Aus den Untersuchungen des Betriebsverhaltens eines Beispielsystems werden allgemeine Empfehlungen für die Gestaltung wicklungskopfloser Turbogeneratoren und der zugehörigen Mehrphasentransformatoren abgeleitet.
Aktualisiert: 2021-01-04
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Selektives Laserstrahlschmelzen reflektiver Optiken

Selektives Laserstrahlschmelzen reflektiver Optiken von Lachmayer,  Roland, Leuteritz,  Georg
Reflektive Optiken stellen durch deren strahlführende und -formende Funktion ohne chromatische Aberration wichtige Komponenten zur Umsetzung effizienter optischer Systeme dar. Freiform-Reflektoren stellen Schlüsselelemente für optische Systeme dar, um kompakte und hochfunktionalisierte Bauweisen umzusetzen. Insbesondere die Additive Fertigung eignet sich hierbei durch den schichtweisen Aufbau zur Realisierung dieser Komponenten. In dieser Arbeit wird betrachtet, inwiefern sich die Prozesskette des Selektiven Laserstrahlschmelzens als additives Fertigungsverfahren zur Fertigung reflektiver Optiken eignet. Hierfür wird der Zusammenhang zwischen den prozessspezifischen Stellgrößen und der optischen Funktion des Reflektors, dem Reflexionsgrad, über Parameterstudien aufgestellt und der Einfluss des Laserpolierens als werkzeugloses Nachbearbeitungsverfahren betrachtet. Mithilfe einer auf den Parameterstudien beruhenden Anforderungsanalyse werden Möglichkeiten untersucht, Selektives Laserstrahlschmelzen und Laserpolieren zu kombinieren, um Limitierungen der entstehenden optischen Qualität aufzuheben oder Grenzwerte an die optische Funktion des Reflektors anzupassen. Zudem wird auf Basis der Fertigung mittels Selektivem Laserstrahlschmelzen die Anwendbarkeit der Funktionsintegration evaluiert, indem weitere Funktionen wie interne Strukturen zur thermischen o-der mechanischen Funktionserweiterung für einen Reflektor in einem Konstruktionskatalog aufgeführt werden.
Aktualisiert: 2020-12-17
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Selektives Laserstrahlschmelzen reflektiver Optiken

Selektives Laserstrahlschmelzen reflektiver Optiken von Lachmayer,  Roland, Leuteritz,  Georg
Reflektive Optiken stellen durch deren strahlführende und -formende Funktion ohne chromatische Aberration wichtige Komponenten zur Umsetzung effizienter optischer Systeme dar. Freiform-Reflektoren stellen Schlüsselelemente für optische Systeme dar, um kompakte und hochfunktionalisierte Bauweisen umzusetzen. Insbesondere die Additive Fertigung eignet sich hierbei durch den schichtweisen Aufbau zur Realisierung dieser Komponenten. In dieser Arbeit wird betrachtet, inwiefern sich die Prozesskette des Selektiven Laserstrahlschmelzens als additives Fertigungsverfahren zur Fertigung reflektiver Optiken eignet. Hierfür wird der Zusammenhang zwischen den prozessspezifischen Stellgrößen und der optischen Funktion des Reflektors, dem Reflexionsgrad, über Parameterstudien aufgestellt und der Einfluss des Laserpolierens als werkzeugloses Nachbearbeitungsverfahren betrachtet. Mithilfe einer auf den Parameterstudien beruhenden Anforderungsanalyse werden Möglichkeiten untersucht, Selektives Laserstrahlschmelzen und Laserpolieren zu kombinieren, um Limitierungen der entstehenden optischen Qualität aufzuheben oder Grenzwerte an die optische Funktion des Reflektors anzupassen. Zudem wird auf Basis der Fertigung mittels Selektivem Laserstrahlschmelzen die Anwendbarkeit der Funktionsintegration evaluiert, indem weitere Funktionen wie interne Strukturen zur thermischen o-der mechanischen Funktionserweiterung für einen Reflektor in einem Konstruktionskatalog aufgeführt werden.
Aktualisiert: 2020-12-09
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Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren

Wicklungskopflose Turbogeneratoren mit Mehrphasentransformatoren von Mertens,  Axel, Ponick,  Bernd, Schroeder,  Henrik
Das Ziel dieser Dissertation ist die Erforschung eines Konzepts für zweipolige Turbogeneratoren, welches den komplexen Wicklungskopf durch einen Kurzschlussring ersetzt, um dessen axiale Ausladung zu reduzieren. Dies setzt allerdings eine deutlich höhere Strangzahl der Ständerwicklung voraus. Zur Verbindung eines wicklungskopflosen Turbogenerators mit dem Energieversorgungsnetz ist deshalb ein Mehrphasentransformator erforderlich, der den konventionellen Maschinentransformator ersetzt. Der Fokus der Dissertation liegt auf der Gestaltung derartiger Turbogeneratoren und dabei insbesondere ihres Kurzschlussrings und der Untersuchung des elektrischen Betriebsverhaltens im Gesamtsystem. Dabei wird auf die Wechselwirkung des Mehrphasentransformators mit dem wicklungskopflosen Turbogenerator sowie auf den Einfluss der Mehrphasentransformatorwicklung auf das Systemverhalten eingegangen. Aus den Untersuchungen des Betriebsverhaltens eines Beispielsystems werden allgemeine Empfehlungen für die Gestaltung wicklungskopfloser Turbogeneratoren und der zugehörigen Mehrphasentransformatoren abgeleitet.
Aktualisiert: 2021-01-04
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Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikrosystemen am Beispiel eines Mikro-Transformators

Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikrosystemen am Beispiel eines Mikro-Transformators von Beringer,  Sebastian, Rissing,  Lutz
In der vorliegenden Arbeit wird die Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikro-Transformatoren vorgestellt. Die Neuerung besteht darin Polyimid als Träger zu verwenden und somit den Bauraum der Mikro-Transformatoren zu reduzieren. Für die Fertigung wird ein flüssiger Polyimidpräkursor auf einen temporären Träger aufgebracht. Die weichmagnetischen Ringkerne werden elektrolytisch aus einer Nickel-Eisen-Legierungen hergestellt. Die Thermobehandlung der Legierung führt zu einer Reduktion der Koerzitivfeldstärke und eine Erhöhung der magnetischen Sättigungsfeldstärke. Die Ablösung des Mikrosystems wird mithilfe der anodischen Auflösung von Aluminium durchgeführt. Die Ablösung erfolgt in 0,5 molarer Natriumchloridlösung. Die gefertigten Mikrosysteme werden anhand der Impedanz und des frequenzabhängigen Induktivitätsverlaufs beurteilt.
Aktualisiert: 2020-12-03
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Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikrosystemen am Beispiel eines Mikro-Transformators

Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikrosystemen am Beispiel eines Mikro-Transformators von Beringer,  Sebastian, Rissing,  Lutz
In der vorliegenden Arbeit wird die Prozessentwicklung zur Fertigung von substratlosen Mikro-Transformatoren vorgestellt. Die Neuerung besteht darin Polyimid als Träger zu verwenden und somit den Bauraum der Mikro-Transformatoren zu reduzieren. Für die Fertigung wird ein flüssiger Polyimidpräkursor auf einen temporären Träger aufgebracht. Die weichmagnetischen Ringkerne werden elektrolytisch aus einer Nickel-Eisen-Legierungen hergestellt. Die Thermobehandlung der Legierung führt zu einer Reduktion der Koerzitivfeldstärke und eine Erhöhung der magnetischen Sättigungsfeldstärke. Die Ablösung des Mikrosystems wird mithilfe der anodischen Auflösung von Aluminium durchgeführt. Die Ablösung erfolgt in 0,5 molarer Natriumchloridlösung. Die gefertigten Mikrosysteme werden anhand der Impedanz und des frequenzabhängigen Induktivitätsverlaufs beurteilt.
Aktualisiert: 2020-11-25
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