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Die Intensität von Schaltstößen bzw. Schaltrucken ist ein wichtiger Qualitätsindikator für ein modernes Automatikgetriebe im PKW Bereich. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Verfahrens zur Bewertung von Schaltvorgängen am Beispiel eines Fahrzeugs mit Benzin-Direkteinspritzungsmotor der Marke Mercedes-Benz. Zusätzlich ist im Rahmen dieser Arbeit eine schnelle Methode zur Verbrauchserfassung unabhängig von der fahrzeugeigenen Berechnung aufgezeigt. Die bei beiden Messwerterfassungen und deren Auswertung auftretenden Probleme werden dargestellt und entsprechende Lösungsansätze genannt.
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Permanentmagneterregte Synchronmaschinen 2.1 Allgemeiner Aufbau 2.2 Erregersystem 2.3 Betriebszustände 2.4 Mathematische Beschreibung 3 Grundlagen von Permanentmagneten 3.1 Magnetmaterialien 3.2 Magnetische Kenngrößen 3.3 Typische Bauformen und Magnetisierung 3.4 NdFeB-Magnete 3.4.1 Herstellungsprozess 3.4.2 Kennwerte und Toleranzangaben der Hersteller 4 Messeinrichtungen zur Beurteilung von Permanentmagnetläufern 4.1 Messgerät zur Erfassung der magnetischen Eigenschaften von Dauermagneten 4.1.1 Funktionsweise 4.1.2 Bedienung und Messabfolge 4.2 Prüfstände zur Ermittlung der elektrischen Parameter von PM-Maschinen 4.2.1 Aufbau 4.2.2 Zugehörige Messgeräte 4.2.3 Mögliche Messungen 5 Auswahl signifikanter Muster permanenterregter Synchronmaschinen 5.1 Auswahl und Aufbau der Mustermaschinen 5.2 Realisierung unterschiedlicher Magnetisierungen des Erregersystems 6 Auswirkungen von Qualitätsschwankungen der NdFeB-Magnete auf PM-Motoren 6.1 Arten von Qualitätsschwankungen 6.2 Beurteilung gegebener Toleranzgrenzen 6.3 Theorie zur Auswirkung von Schwankungen 6.3.1 Einfluss auf das Trägheitsmoment 6.3.2 Einfluss auf die Polradspannung 6.3.3 Einfluss auf die Umrichterspannungsgrenze 6.3.4 Einfluss auf Maschinenparameter bei Nennbetrieb 7 Praktische Überprüfung der magnetischen Einflüsse an den Versuchsmustern 7.1 Polradspannung 7.2 Umrichterspannungsgrenze 7.3 Betrieb bei Nennlast 8 Festlegung einer Toleranzbreite für die magnetischen Eigenschaften 9 Wareneingangskontrolle der Magnete 9.1 Einzelmessung der Magnetkörper 9.1.1 Abhängigkeit des magnetischen Flusses vom Magnetvolumen 9.1.2 Statistische Aufnahme der magnetischen Eigenschaften 9.2 Systematische Mehrfachmessungen 10 Überwachung der Läuferqualität durch Polradspannungsmessung 10.1 Mögliche Prüfverfahren 10.2 Vergleich generatorische und motorische Polradspannungsmessung 10.3 Abläufe der motorischen Polradspannungsmessung 10.4 Festlegen einer Toleranzgrenze für die ermittelte Polradspannung 10.5 Vorschlag für einen geeigneten Prüfstand 11 Zusammenfassung und Ausblick
Aufgrund steigender Rechenleistung in der Automatisierungstechnik ist es möglich, immer komplexere Problemstellungen mit Hilfe eines Verbundes zwischen der digitalen Bildverarbeitung und einem Automatisierungsgerät zu realisieren. In dieser Diplomarbeit wird ein System entwickelt, welches diese Verbindung verwirklicht. Dieses System bietet die Möglichkeit einen schwarzen Punkt auf einer weißen Oberfläche zu finden und dessen 3D-Koordinaten zu berechnen. Zur Aufnahme des Punktes kommen 2 Firewire Kameras des Herstellers THE IMAGING SOURCE zum Einsatz. Diese Kameras werden als allgemeines Stereosystem aufgestellt. Weiterhin werden die rekonstruierten 3D Koordinaten einem Automatisierungsgerät in Form einer SPS der Baureihe SIMATIC S7 zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung der kompletten Softwareelemente wobei nicht auf die jeweilig verwendete Programmiersprache eingegangen wird.
<UL> <LI>Aufbau des Versuches mit SPS - diversen Gerätebausteinen zur Gegenüberstellung mit einer Relaissteuerung <LI>Beschreibung der Ablaufsteuerung als Steuernetz <LI>Erstellen von Übersichten zur Handhabung der SPS <LI>Erprobung von Beispielprogrammen <LI>Erstellen von zwei Praktikumsanleitungen </UL> <!-- #h:dissdiplAblaufsteuerung.doc# -->
In dieser Diplomarbeit wird der Einsatz eines Berechnungsverfahrens zur Rotorpositionsbestimmung mit einer digitalen Lagesensorik für den Betrieb einer mit Permanentmagneten erregten Synchronmaschine vorgestellt. Beginnend, erfolgt mit der theoretischen Fehler und Toleranzanalyse die Untersuchung des derzeitigen Systems zur digitalen Rotorpositionsbestimmung für den Integrierten Motor-Generator, der als elektrischer Antrieb im Hybrid eingesetzt wird. Es wurde eine Fehlerklassifizierung aus dem Signalfluss der digitalen Lagesensorik abgeleitet und anschließend eine ausführliche Beschreibung der einzelnen Klassen durchgeführt. Neben dieser werden die Auswirkungen nicht idealer Sensorflankenwinkel auf die elektr. Sekorbreiten für eine mech. Umdrehung des Geberrades grafisch dargestellt. Auf diese Analyse aufbauend konnte ein Simulationsmodell erstellt werden mit dem die Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur Rotorpositionsbestimmung ermöglicht wird. Das Modell erlaubt die Simulation mit synthetisch generierten Signalen, welche mit den verschiedenen Einflussfaktoren aus den Fehlerklassen kombinierbar sind. Des Weiteren können sehr schnell Messdaten am Prüfstand oder bei einem Fahrzyklus aufgezeichnet werden, welche darauffolgend als Eingangsgrößen für das Modell dienen und die Entwicklung eines Berechnungsverfahrens absichern. Der entwickelte Algorithmus basiert auf einem Referenzsignal, welches einem angenommenen Winkelverlauf für eine gleichförmig beschleunigte Rotation des Rotors entspricht und mit dem über die Zeitstempel einer mech. Umdrehung die Sensorflankenwinkel berechnet werden. Eine erste Validierung des Verfahrens konnte mit Messdaten vom Maschinenprüfstand erzielt werden und erlaubte gleichzeitig für den Integrierten Motor Generator unter den gegebenen Fertigungsbedingungen die Analyse der Struktur der Sektorbreiten. Als Schlussfolgerung aus den Ergebnissen konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass mit diesem Berechnungsverfahren die Vergrößerung der Fertigungstoleranzen für das Geberrad möglich sind und die Herstellungskosten diesbezüglich gesenkt werden können. Abschließend ist im Abschnitt 7.2 Ausblick auf ein weiteres Berechnungsverfahren hingewiesen, das als Referenzsignal den Winkelverlauf eines Zahnsegmentes des Geberrads über ein Polynom abbildet und das Potential besitzt die Genauigkeit der berechneten Sensorflankenwinkel weiter zu verbessern.
Für die berührungslose Erfassung von Abständen finden unterschiedliche Verfahren Anwendung. Eine hierzu mögliche Methode bietet die Auswertung der Rückwirkung von Wirbelströmen in einem Zielmaterial auf eine mit einem geregelten Wechselstrom durchflossene Spule. Die Arbeit soll dem Stand der Technik entsprechende Möglichkeiten von Auswerteschaltungen für Wirbelstromsensoren aufzeigen sowie deren Vor- und Nachteile charakterisieren. Aktuell erhältliche Systeme bieten nur geringe Grenzfrequenzen. Das momentan in Anwendung befindliche Scheitelwertverfahren soll die Grundlage für ein alternatives Prinzip der Sensorsignalverarbeitung bilden. Zur Sensoransteuerung sowie zur analogen Sensorsignalauswertung ist ein Schaltungsaufbau zu entwickeln, zu realisieren und dessen Funktionalität nachzuweisen. Der für das Sensorspeisesignal notwendige intelligente Signalgenerator soll mikrocontrollerbasiert implementiert werden und entsprechende Abstimmmöglichkeiten bieten. Das ebenfalls an diesem Mikrocontroller angeschlossene LC-Display stellt die verarbeiteten Signale grafisch dar. Einfacher Bedienkomfort rundet die Arbeit ab.
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.
In den vergangenen Jahren entstand ein Kooperationsprojekt zwischen dem Fraunhofer Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP), Instituten der Technischen Universität Dresden (TUD) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Dieses beinhaltet den Aufbau eines Photovoltaik-Laborprozesses zur Herstellung und Vermessung von Silizium-Solarzellen. Der Laborprozess soll einerseits als Laborpraktikum für Studiengänge an der TU Dresden und andererseits als Versuchsanlage für Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Silizium-Photovoltaik zur Verfügung stehen. Ein Teilgebiet dieses Laborprozesses ist die Herstellung von hochwertigen Aluminium (Al)- und Aluminiumoxid (Al2O3)-Schichten. Aluminiumoxid zeichnet sich durch exzellente Passivierungs- und Isoliereigenschaften aus, weshalb es seit 2006 verstärkt als Oberflächenpassivierung für Silizium-Photovoltaik-Zellen untersucht wird. Dazu soll ein neu konzipiertes Magnetron für die Abscheidung von Al- und Al2O3-Schichten erprobt werden. Nach Inbetriebnahme des Magnetrons sollen verschiedene Einflüsse, wie z.B. Veränderung der Magnetronleistung, des Arbeitsdrucks und Substrat-Target-Abstands, auf die Al-Beschichtungsrate untersucht werden. Nach Festlegung eines stabilen Prozessfensters, soll dieses auf die Al2O3-Versuche übertragen werden. Ziel ist es mit dem neuen Magnetron Untersuchungen zu reaktivem Sputtern durchzuführen. Dabei soll ein Prozessfenster gefunden werden in dem die Herstellung von transparenten Al2O3-Schichten möglich ist, unter Variation des Ar-/O2-Gasgemisches und ohne aufwendige Prozesskontrolle.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Serientauglichkeit des optischen Sensors „EagleEye“ für die Serienmessung von Karosseriebauteilen zu untersuchen.
Zum besseren Verständnis des Sachverhaltes wurden die Grundlagen der Prüfung, der Koordinatenmesstechnik und der Prüfprozesseignung erarbeitet und in den theoretischen Vorbetrachtungen dargestellt. Nach Beschreibung der bestehenden taktilen Messanlage wurde die Umrüstung des KMG auf den Messbetrieb mit dem optischen Sensor erläutert. Danach wurde ein Messversuch zur Untersuchung der Serientauglichkeit des optischen Sensors geplant. Dabei wurde entschieden, im Rahmen einer Vergleichsmessung fünf Messungen mit dem optischen Sensor und fünf taktile Messungen durchzuführen. Als Messobjekt wurde der Unterbau des „VW ID.3“ ausgewählt. Die Ergebnisse der Vergleichsmessung bildeten die Datengrundlage zur Bewertung des optischen Sensors. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgt durch eine am VDA Band 5 orientierte Prüfprozesseignungsuntersuchung. Dabei wurde, wie im Leitfaden gefordert, zwischen Messsystem- und Messprozesseignung unterschieden. Nachdem der optische Sensor in der Messsystemeignung als geeignet eingestuft wurde, folgte die Messprozesseignung. Im Rahmen dieser wurden die Messergebnisse der taktilen Messreihe als fehlerfrei angesehen. Sie bildeten die Referenz für das optische Messsystem.
Nach einer Analyse der zu berücksichtigenden Unsicherheitskomponenten erfolgte die Auswertung der Messprozesseignung.
Dazu wurde mit der Auswerte-Software „PiWeb“ eine Auswertungstabelle erstellt. Die Eignung des Sensors wurde für alle Prüfmerkmalen des Messobjektes untersucht. Dabei wurden die berechneten Eignungskennwerte der Messprozesseignung Q_MP und der Eignungsgrenzwert Q_(MP_max) als Parameter zur Beurteilung der Serientauglichkeit definiert. Der Eignungsgrenzwert wurde gemäß der Empfehlung im VDA 5 bei 30% gesetzt.
Um eine Aussage der Sensortauglichkeit für unterschiedliche Anwendungen zu erhalten, wurde die Eignung für mehrere Messprinzipien untersucht. Dazu wurden jeweils der Mittelwert der Eignungskennwerte aller Prüfmerkmale eines Messprinzip berechnet. Anhand des mittleren Eignungskennwertes wurde das optische Messsystem für jedes untersuchte Messprinzip als geeignet eingestuft.
Der optische Sensor ist demzufolge für die Serienmesstechnik im Karosseriebau bei Volkswagen Sachsen geeignet.
Bei der Messung von Gewindelöchern muss der optische Messprozess jedoch verbessert werden. Hier liegt der Eignungskennwert nur 0,2 % unterhalb der Eignungsgrenze.
Mit diesem Ergebnis ist abzusehen, dass bei der Messung von Gewindelöchern langfristig Probleme auftreten werden.
Für eine zukünftige Verwendung des Sensors in dieser Anwendung wird daher empfohlen, die Sensoreinstellungen durch eine Reihe von Optimierungsschleifen am Messobjekt zu korrigieren. Dadurch werden genauere Messergebnisse erzielt.
- Kurze theoretische Behandlung der notwendigen Grundlagen und Recherche zum Stand der Technik in Bezug auf Energieeffizienz bei der Fahrzeugproduktion - Bestandsaufnahme des vorhandenen Mittelspannungsnetzes - Erörterung von Möglichkeiten zur Verbesserung des Netzes hinsichtlich möglicher Energieeinsparungspotentiale unter Beachtung der Anlagensicherheit und -verfügbarkeit - Ableiten sinnvoller Szenarien und die simulative Überprüfung auf deren technische Umsetzbarkeit (z.B. Kurzschlussleistung, Lastfluss, Auslastung etc.) - Wirtschaftliche Bewertung der Investition im Vergleich zu möglichen Einsparungen im laufenden Netzbetrieb
Die Planung und Projektierung einer Großchemieanlage ist ein komplexes Vorhaben, welches die Zusammenarbeit vieler verschiedener Fachabteilungen erfordert. Durch die Analyse des elektrotechnischen Workflow sollen Optimierungsansätze gefunden und aufgezeigt werden. Dazu werden die wesentlichen Arbeitsschritte anhand eines bereits abgeschlossenen Projekts nachvollzogen. Hierfür notwendige Berechnungen, wie z.B. Kurzschlußberechnung, Berechnung der Beleuchtungsstärken und Leistungsbilanzen werden neu erstellt und dabei die Vorgehensweise und die verwendeten Software- Tools analysiert. Die Übergabe von Informationen zwischen den einzelnen Gewerken ist ebenfalls Teil dieser Betrachtung.
In dieser Diplomarbeit wurde eine ausführliche Netzanalyse mittels Lastfluss- und Kurzschlussberechnung für ein bestehendes 110-kV-Umspannwerk durchgeführt. Wichtige Aspekte wie Spannungsqualität, Kurzschlussverhalten und Verlustleistungen im Netz wurden ermittelt und ausgewertet. Es wurden drei verschiedene Szenarien untersucht, um eine optimale Netzentwicklung für die nächsten Jahre zu erstellen. Das beste Modell wurde mit zukünftigen Zuwachsprognosen des Energiebezuges und Einspeisung aus erneuerbaren Energien simuliert, um eine genaue Netzbelastung abschätzen zu können. Zusätzlich wurde eine Unsymmetrie der Außenleiter im Niederspannungsnetz simuliert, welche durch einphasige Verbraucher und Erzeugungsanlagen verursacht wird. Aus dieser Simulation wurde erkennbar, was für ein Spannungsunterschied auf den einzelnen Leiter durch die ungleichmäßige Aufteilung der Lasten am Netz verursacht wird.