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Erstellung einer FMEA für ein Mikromobilitätsfahrzeug mit anschließender Konstruktionsanpassung
(2024)
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung einer Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse für ein Mikromobilitätsfahrzeug und den daraus hervorgehenden konstruktiven Anpassungen. Das Ziel der Arbeit ist es, für das bereits bestehende Funktionsprinzip eines Lastenscooters ein Sicherheitskonzept zu erstellen.
Die Gewährleistung eines sicheren Transports großer Lasten ist dabei von besonderer Bedeutung. Zur Erfüllung des Ziels wird die Methodik der FMEA nach geltenden Normen auf ausgewählte Komponenten angewendet. Dabei werden potentielle Fehler auf Schwere, Auftritts- und Entdeckungswarscheinlichkeit bewertet und ein Maßnahmenplan zur Minderung der Risiken erstellt. Anschließend werden
diese Maßnahmen für besonders kritische Fehlerrisiken konstruktiv umgesetzt. Dafür gilt es, die Konstruktionen hinsichtlich Funktionalität, Festigkeit, Herstellbarkeit und Montierbarkeit unter Berücksichtigung der Designvorgaben zu optimieren bzw.
abzuändern.
Heutzutage ist es für Unternehmen, insbesondere in der hart umkämpften Automobilbranche, essenziell, die Effizienz in Zeit- und Kostenmanagement zu maximieren. Das frühzeitige Erkennen und Nutzen von Optimierungs- und Automatisierungsmöglichkeiten sind dabei von zentraler Bedeutung. Ein optimierbarer Bereich in der Fahrzeugentwicklung ist der Prozess der Erstellung von Bauteildaten aus Stylingflächen.
Diese Flächen durchlaufen in den Anfangsphasen eines Projekts mehrere Überarbeitungen, wobei oft verschiedene Designoptionen erwogen werden. Die schnelle Bewertung der Umsetzbarkeit dieser Entwürfe ist entscheidend, um notwendige Anpassungen rechtzeitig vornehmen und eine endgültige Designentscheidung zu treffen. Dafür werden Untersuchungen zum Fahrzeuggewicht, dem Schwerpunkt und Bauraum von einzelnen Komponenten sowie deren Herstellbarkeit gemacht. Die benötigte Basis für die Untersuchungen bieten neben Schnittdarstellungen dreidimensionale Volumenkörper. Durch häufige Styling Änderungen und geringe Stylingflächen Qualität in frühen Projektphasen kommt es zu einem hohen Zeit- und Kostenaufwand. Dies führt zur Zielsetzung.
Es wird ein teilautomatisierter Prozess für die Konstruktion entwickelt, mit dem in der angesprochenen Phase schnell erste Datenstände für Untersuchungen erstellt werden. Um diesen Prozess zu entwickeln werden die Hauptprobleme in der Konstruktion rausgefiltert. Diese sind die Reparatur von fehlerhaften A-Flächen und die Aufdickung dieser Flächen zu einem Körper. Für diese beiden Probleme werden eine Vielzahl von Ansätzen erarbeitet und an mehreren Fallstudien getestet. Bei den Ansätzen werden die Softwares Siemens NX und Synera genutzt. Nach der Bewertung und Auswertung der einzelnen Ansätze wird mit der jeweils besten Lösung für ein Teilgebiet ein Gesamtprozess gebildet. Er besteht aus einer Flächenreparatur in NX und einem Bauteilgenerierungsansatz in Synera. Der teilautomatisierte Prozess wird danach an einem weiteren Beispiel getestet und dabei das wirtschaftliche Ersparungspotenzial errechnet, sowie die Nutzbarkeit der Daten betrachtet.
Die Ergebnisse zeigen, dass die entstehende Datenqualität für frühe Projektstadien im Bereich der Konzeptentwicklung nutzbar sind aber noch deutliches Optimierungspotenzial vorhanden ist. Dieses Potenzial steckt vor allem in der Performance von Synera. Dadurch würden sich weitere Arbeitsschritte im teilautomatisierten Prozess einsparen und die Genauigkeit erhöhen lassen.
In den letzten Jahrzehnten hat sich die Automobilindustrie durch neue Materialien, Technologien und Designansätze stetig entwickelt. Das Design, das entscheidend für die Kaufentscheidung ist, muss sowohl Kundenwünsche erfüllen als auch technischen Anforderungen wie Sicherheit und Aerodynamik gerecht werden. Der Prozess zur Erstellung des endgültigen Designs ist komplex und umfasst mehrere Überarbeitungen. Da in der frühen Projektphase Zeit eine entscheidende Rolle spielt, haben Stylingflächen zu Beginn oft eine geringe Qualität, was den Arbeitsaufwand erhöht. Insbesondere die Erstellung erster Körper aus diesen Stylingflächen wird dadurch schwieriger. Dabei stellen fehlerhafte A-Flächen und Radien, die kleiner als die Materialstärke sind, die größten Probleme dar. Mit der zunehmenden Komplexität von Fahrzeugen und kürzeren Entwicklungszyklen ist die Effizienzsteigerung durch Automatisierung, besonders unter begrenzten Budgets, essenziell für die Verbesserung von Qualität und Effizienz im Entwicklungsprozess.
Daher ist das Ziel dieser Studie, die Automatisierungsmöglichkeiten in der Entwicklung von designrelevanten Kunststoffkomponenten in der Automobilbranche zu analysieren. Dabei liegt der Fokus darauf, den Entwicklungsablauf effizienter zu gestalten, ohne die Stylingfläche und zu viel Genauigkeit zu verlieren. Vor dem Hintergrund zunehmender Fahrzeugkomplexität und kürzerer Entwicklungszeiten betont die Arbeit die Wichtigkeit, Automatisierungschancen zu erkennen und zu nutzen, um den Entwicklungsprozess in der Automobilindustrie zu optimieren.
Um verschiedene Methoden zur Erstellung erster Bauteile zu erarbeiten, werden die Ansätze an zwei Fallbeispielen getestet. Dabei ist die Abschlepphaken-Abdeckung als simples Teil anzusehen und das Logo als komplexes. Die Untersuchung teilt sich in die Reparatur von A-Flächen und die Erzeugung von Materialstärken auf. Die traditionellen Lösungen für beide Aufgaben werden im aktuellen Stand der Technik dargestellt und dienen als Vergleichsmodell. Eine Reparatur wurde nur beim Logo betrachtet, da nur hier Fehler in den Stylingflächen vorlagen. Es stellte sich heraus, dass eine vollautomatische Reparatur nicht möglich ist, eine Teilautomatisierung jedoch in Betracht gezogen werden kann. Die bei der Generierung der Materialstärke entstandenen Lösungen werden auf Genauigkeit und Aufwand analysiert und bewertet. Darüber hinaus werden die Kosten der benötigten Systeme miteinander verglichen. Der Sieger aus dieser Bewertung zeigt den Ansatz, der das beste Verhältnis zwischen Genauigkeit und Aufwand bietet. Der Voxel-Ansatz im System Synera erreicht die besten Ergebnisse. Anhand eines dritten Bauteils wird das Potential zur Einsparung von Zeit und somit auch Geld mit dem gewählten Ergebnis aufgezeigt.
Der erarbeitete teilautomatisierte Prozess besitzt seine Grenzen hinsichtlich der zu verarbeitenden Datenmengen und Stabilität des Systems. Wenn Synera dahingehend Verbesserungen einbringt, wird dieser Ansatz zunehmend genauere Ergebnisse erzeugen können. Doch für einen vollständig automatisierten Prozess braucht es noch Einiges an Forschung.
Ziel dieser Arbeit war die Erarbeitung einer Strategie zur Aufklärung von Schadenfällen mit Manipulationsverdacht unter Beteiligung von Tieren untersucht. Im Vordergrund stand dabei die umfangreiche Literaturrecherche.
Als erstes fand eine Auswertung aktueller Statistiken zu Unfällen mit Wildbeteiligung statt. Im Anschluss wurden die rechtlichen Rahmenbedingungen und der aktuelle Stand im Bereich der Versicherung genauer erläutert. Anschließend wurde eine Literaturrecherche
durchgeführt, um den aktuellen Stand der Technik zu diesem Thema zu untersuchen. Anschließend wurden morphologische Daten zu verschiedenen Wildtieren tabellarisch zusammengestellt in Anlehnung an die Tabelle von BRÖSDORF.
Als nächstes erfolgten die Betrachtung und Auswertung wildtierspezifischer Schadenbilder mit Hilfe bereitgestellter Datensätze von KRUSE. Danach wurden charakteristische Merkmale für Schadenbilder bei Wildunfällen ausgearbeitet. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurde eine Arbeitsanleitung zur Aufklärung von Schadenfällen mit Manipulationsverdacht unter Beteiligung von Tieren erarbeitet. Zusätzlich wurden im Anschluss mehrere Berechnungen zum Bewegungsverhalten von Wildtieren angestellt.
Es konnte herausgearbeitet werden, dass die Betrachtung der Untersuchung von Schadenfällen mit Manipulationsverdacht unter Beteiligung von Tieren in dieser Arbeit dazu beitragen kann, die Aufklärung von Manipulationen zu verbessern.
Während der Erstellung der Diplomarbeit ist ersichtlich geworden, wie hilfreich die Wildtier-Datenbank vom KRUSE ist. Diese wird stetig erweitert. Die Erstellung einer internationalen Datenbank unter bestimmten Randbedingungen wäre optimal, um in Zukunft auf eine noch größere Datenbasis zurückgreifen zu können. Außerdem gestaltete es sich schwierig, aktuelle Geschwindigkeitsangaben zu den untersuchten Wildtieren zu finden. Hier wäre die Untersuchung zu neuen Methoden zur Geschwindigkeitsmessung zukünftig interessant, wie z. B. der Einsatz von Drohnen.
Beim Presshärten von Mangan-Bor-Stählen handelt es sich um eine Verfahrenskombination aus Umformen und martensitischen Härten, welche sich in den vergangenen Jahren als wegweisende Leichtbaustrategie in der Automobilindustrie etabliert hat. Hierfür werden Stahlplatinen in einem Rollenherdofen austenitisiert und anschließend in einem wassergekühlten Umformwerkzeug, umgeformt und abgekühlt. Durch ungünstige Überlagerungen thermischer und mechanischer Spannungen sowie nicht konturnaher Kühlkanalgeometrien, kommt es regelmäßig zum Produktionsstillstand aufgrund von Rissen im Werkzeug. Neben einem kostenintensiven Stillstand der Anlage geht damit ein aufwendiger Instandhaltungsprozess einher.
Um die Stillstandszeiten sowie den Instandhaltungsaufwand zukünftig dezimieren zu können, wird die Verwendung einer neuen Fertigungstechnologie untersuch und beleuchtet. Hierfür wird ein Teil des Werkzeugs (auch Umformeinsatz genannt), durch Elektronenstahlschmelzen aus einem pulverförmigen Werkstoff, additiv gefertigt und dessen Einsatz unter Serienbedingungen erforscht. Dabei werden die Einhaltung der vom Kunden geforderten Qualitätsmerkmale, die Standzeit sowie die Anwendung der im Unternehmen etablierten Instandhaltungsmaßnahmen am additiv gefertigten Umformeinsatz näher untersucht. Zur Einschätzung der Wirtschaftlichkeit erfolgt ein Vergleich der konventionell und additiv gefertigten Version hinsichtlich der eben genannten Parameter.
Diese Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines integrierbaren Niederdruckspülkreises im Hochdruckprüfkreis zur initialen Spülung von Axialkolbeneinheiten auf einem Pumpenprüfstand. Der Fokus liegt dabei auf der allgemeinen Thematik der Spülkreise, wobei
besondere Aufmerksamkeit den spezifischen Anforderungen bei der Auslegung dieser Kreise gewidmet wird. Ein zentraler Aspekt dieser Arbeit betrifft die Hydraulikfilter, die als entscheidende Komponenten in einem Spülkreis betrachtet werden. Daher nehmen die
Hydraulikfilter einen umfassenden Teil dieser Forschungsarbeit ein.
Um die Integration in den Hochdruckprüfkreis zu ermöglichen, wurde intensiv an der Konstruktion von Hydrauliksteuerblöcken gearbeitet, wobei auch die Verschaltung und Integration von Logik-Elementen thematisiert wurde. Im Verlauf dieser Arbeit wurde durch Spülversuche zudem eine auf die Nenngröße einer Axialkolbeneinheit bezogene Mindestspüldauer ermittelt. Eine Wirtschaftlichkeitsprüfung wurde ebenfalls durchgeführt, um die entstehende Prüfzeitverlängerung durch den Spülprozess mit den bisherigen, durch Verschmutzung bedingten Stillstandszeiten zu vergleichen.
Mit der Unterzeichnung des Pariser Klimaschutzübereinkommens im Jahr 2016 haben sich Deutschland sowie die Europäische Union dazu verpflichtet, Anstrengungen zu unternehmen, die Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur zu begrenzen. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Emission von Treibhausgasen, von denen in der Bundesrepublik Deutschland ein großer Teil bei der Deckung des Energiebedarfs von Gebäuden erzeugt wird. Steigende Energiepreise sind ein weiterer Grund, um eine Optimierungsbetrachtung im Energieverbrauch von Gebäuden durchzuführen. Untersuchungen aus der Forschung schätzen die Einsparmöglichkeiten durch optimierte Regelverfahren in der Heizungstechnik als signifikant ein. Hierzu bieten sich die mittlerweile weit verbreiteten Gebäudeautomationssysteme an.
Die vorliegende Arbeit hat das Ziel der Untersuchung alternativer Ansätze der bedarfsgerechten Regelung versorgungstechnischer Anlagen in der Gebäudetechnik, mit Schwerpunkt auf der automatischen Ermittlung des Wärmebedarfs in der gewerblichen Heizungstechnik durch bereits im Objekt eingesetzte Sensorik.
Hierfür wurden nach einer Recherche zu alternativen Regelkonzepten in der Fachliteratur die weiter zu untersuchenden Regelansätze in einem methodisch durchgeführten Vergleich ausgewählt. Regelungsansätze mit der grundlegenden Funktionsweise der Berücksichtigung der Spreizung von Vor- und Rücklauftemperatur haben sich dabei als vielversprechend herausgestellt.
Die weitere Untersuchung erfolgte anhand eines Simulationsmodells. Dieses wurde auf der Grundlage eines real geplanten und errichteten Gebäudes gebildet. Dabei kamen die Programme MATLAB und Simulink sowie die Bibliothek Simscape zum Einsatz. Auf Basis der zu betrachtenden Regelungsansätze wurden Regelungen entworfen und in das Modell integriert.
In der Gesamtbetrachtung zeigte sich, dass bei Anwendung der entwickelten Regelungen, im Vergleich zu konventionellen Regelungsmethoden in der Heizungstechnik, eine Optimierung im Betriebsverhalten möglich ist.
Weitere Ansätze zur technischen Realisierung sowie einer Ausweitung der Thematik auf kühlungstechnische Anlagen scheinen sinnvoll.
Problemstellung:
Zur Einhaltung der Verordnung (EU)2019/1781 müssen gegenwärtige Einphasenmaschinen konstruktiv angepasst werden. Um die Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten, sind Anlaufprüfungen mit unterschiedlichen Belastungs- und Trägheitsmomenten nötig. Besonders von Bedeutung sind hier die Anlaufzeiten der Maschinen, Abschaltzeiten und Abschaltspannungen des Anlaufkondensators.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, darzustellen wie mit einfachen Mitteln ein Prüfstand für diese Aufgabe umgesetzt werden kann. Des Weiteren wird auf Besonderheiten und Probleme bei Prüfungen von Einphasenmaschinen eingegangen. Die Vorgehensweise der Anlaufprüfung wird exemplarisch an einem Modell vollzogen. Es erfolgt eine Auswertung der Messergebnisse und der Vergleich mit berechneten Werten. Abschließend wird noch eine Fehlerbetrachtung durchgeführt.
Die Messungen haben gezeigt, dass die hier betrachteten Maschinen alle vorgegebenen Parameter einhalten. Es wurden Kennlinien für maximale konstante Belastungsmomente und Trägheitsmomente im Anlauf erstellt. Zusätzlich wird eine Berechnungsmöglichkeit der Anlaufzeit aufgezeigt.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Modellierung eines hydraulischen Antriebs, der aus drei Hauptkomponenten besteht: dem Frequenzumrichter, dem Elektromotor und der Pumpe. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Modellbildung für Elektromotoren, insbesondere für Asynchron- und Synchronmotoren.
Untersuchung einer transformatorbasierten elektrischen Last für die Erprobung von Wechselrichtern
(2023)
Die Erprobung von Einzelkomponenten erfordert eine umfassende Reihe an Prüfungen. Nicht selten bedeutet die Prüfung eines neuen Prototyps, dass vorhandene Prüfstände angepasst werden müssen, um dem Lastenheft der Auftraggeber zu entsprechen. Diese Anpassungen zielen darauf, das Prüfobjekt unter gleichzeitiger Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte auch in seinen Grenzbereichen zu belasten. Aktuell werden entweder Prüfstandssysteme eingesetzt, welche sich durch niedrige Kosten auszeichnen, aber eine geringe elektrische Leistung im Vergleich zur Nennleistung des Prüflings besitzen oder Testsysteme, welche die elektrischen Parameter des Prüflings ausreizen, aber deutlich kostenintensiver und somit für Langzeittests ungeeignet sind.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung eines transformatorbasierten Lastsystems zur Erprobung von Wechselrichtern. Dabei gilt es zu analysieren, wie sich ein Wechselrichter im Betrieb mit einem Transformator verhält und unter welchen Bedingungen und mit welchen Einschränkungen eine Belastung im Nennleistungsbereich realisierbar ist.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Verwendbarkeit von differentiellen globalen Satellitennavigationssystemen (DGNSS) und Echtzeitkinematik (RTK) in der Unfallanalytik. Dazu wurden zwei Messsysteme in Hinblick auf ihre Genauigkeit der Positions-, Geschwindigkeits-, und Fahrtrichtungsdaten untersucht. Eines der Messsysteme verfügte über einen herkömmlichen GNSS-Empfänger, während das Zweite mit einem DGNSS und RTK-Empfänger ausgestattet war. Im Anschluss an eine theoretische Einführung in das Thema der Satellitennavigation und einer Marktanalyse wurden verschiedene Fahrversuche durchgeführt, die sich an den Anforderungen der Unfallanalytik orientierten. Dabei wurde die Messgenauigkeit der Systeme unter günstigen und ungünstigen Bedingungen in Bezug auf die Satellitensignalverfügbarkeit getestet.
Nach der Auswertung der Versuche und der Fehlerbetrachtung wurde im Fazit ein Überblick über die Ergebnisse sowie ein Ausblick über weiteres Forschungspotential gegeben.
Die Diplomarbeit untersucht die Realisierbarkeit einer zentralen Wärmepumpe im Fahrzeugwerk Zwickau mit dem Ziel der Dekarbonisierung des Standorts. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche werden Spezifikationen von Industriewärmepumpen mit Kältemittel CO2 untersucht. Die Wärmequelle, der Kühlwasserrücklauf, wird detailliert beschrieben. Ergebnisse zeigen, dass diese Wärmequelle nicht dauerhaft verfügbar ist, sondern nur während Produktionszeiten. Durch thermodynamische Modellierung im Druck-Enthalpie-Diagramm werden Aussagen über Temperaturen in Wärmeübertragern und dem COP getroffen. Mit einem Unterkühler kann ungenutzte Energie verwendet und die Temperatur der Wärmequelle erhöht werden. Die thermische Leistung von 9 MW ergibt sich aus der Leistung der Wärmequelle, erhöht durch den Unterkühler, und dem COP. Die Wärmepumpe kann als Grundlastwärmeerzeuger dienen. Die Integration der Wärmepumpe erfordert eine Betrachtung des Kühlwassertransports zum Heizhaus sowie Baumaßnahmen im Heizhaus. Die energetische Bewertung nutzt die Grundlagenbetrachtung zur Bestimmung des COPs von Wärmepumpen. Durch die Wärmepumpe resultiert ein Einsparpotential an CO2-Emissionen von 43,55% und damit eine beachtliche Möglichkeit zur Dekarbonisierung.
Die vorliegende Diplomarbeit beschreibt die Vorgehensweise und Durchführung einer Systemanalyse bezüglich der bei der Stadtentwässerung Dresden GmbH vorhandenen Prozesse zur Probendaten-Bereitstellung sowie der Verwendung dieser Daten durch das Personal der Fachbereiche. Bei den Probendaten handelt es sich um Messergebnisse des unternehmenseigenen Betriebslabors aus analytischen Messverfahren und von digitalen Messgeräten. Ziel der Arbeit ist es, den Ist-Stand der Prozesse zu erfassen und Schwachstellen zu ermitteln. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse soll ein neues System zur Verarbeitung dieser Daten gefunden und ein damit einhergehend verbesserter Prozess entworfen werden. Hierbei sind zum einen die Anforderungen der Datenbereitstellenden und derjenigen, welche die Daten im Unternehmen nutzen, zu berücksichtigen und zu erfassen.
Einleitend wird auf die theoretischen Grundlagen einer Systemanalyse und den aktuellen Stand der Technik im Bereich der Informationsversorgung eingegangen. Es werden weiterhin relevante Techniken und Systeme vorgestellt, welche sich für einen neuen Soll-Prozess eignen könnten. Zudem werden Möglichkeiten der Prozessmodellierung diskutiert.
Im praktischen Teil der Arbeit werden die Erkenntnisse genutzt, um den Ist-Stand für die Probendaten-Bereitstellung zu erfassen. Daraufhin folgend wird mittels einer Nutzwertanalyse und unter Auswertung von Experteninterviews eine für die Stadtentwässerung Dresden GmbH geeignete Lösung entworfen und in einem Soll-Prozess modelliert.
Abschließend werden die Ergebnisse in einem Prototyp als Testimplementierung umgesetzt. Es folgt eine Auswertung, inwiefern die Aufgabenstellung und definierte Probleme gelöst sowie Zielstellungen erreicht worden sind.