07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Optimierungsverfahren zur adaptiven Steuerung von Fahrzeugantrieben(2000) Löffler, Jürgen; Kistner, Arnold (Prof. Dr.-Ing.)Hohe Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit, dynamisches Fahrverhalten, Fahrkomfort und Fahrsicherheit sind wesentliche Ziele bei der Entwicklung von Fahrzeugantrieben und elektronischen Systemen zur Fahrzeugsteuerung. Aufgabe eines Systems zur Steuerung des Fahrzeugantriebs ist es, einen optimalen Fahrzeugbetrieb hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, dynamischem Fahrverhalten und Emissionen zu erreichen. In dieser Arbeit werden Optimierungsverfahren zur adaptiven Steuerung von Fahrzeugantrieben vorgestellt. Ihre Funktionalität wird mit einem System zur koordinierten Antriebstrangsteuerung für Fahrzeuge mit automatisiertem Schaltgetriebe nachgewiesen. Durch eine dynamische Adaption des Betriebszustands des Antriebstrangs an die Fahrsituation, den Fahrertyp und Betriebsbedingungen wird ein optimaler Fahrzeugbetrieb bei hohem Fahrkomfort und Fahrsicherheit erreicht. Die Aufgabe der Bestimmung des optimalen Betriebszustands des Antriebstrangs wird als Mehrkriterien-Optimierungsproblem formuliert. Die in Echtzeit während des Fahrbetriebs ermittelte Lösung maximiert die dynamische Leistungsreserve, den Antriebstrang-Wirkungsgrad und die Emissions-Effizienz im Sinne einer Edgeworth-Pareto-Optimalität. Für die Optimierungskriterien werden physikalisch basierte Gütefunktionen definiert und in einer skalaren Zielfunktion zusammengefasst. Zur Optimierung von Fahrkomfort und Fahrsicherheit bei Gangwechseln des automatisierten Schaltgetriebes wird ein Verfahren zur koordinierten Aggregatesteuerung für den Schaltvorgang vorgestellt, das auf der Lösung eines Problems der optimalen Steuerung beruht. Dazu wird der Verlauf von Zustandsgrößen des Antriebs mit B-Spline-Funktionen beschrieben, so dass ein physikalisch basiertes Zielfunktional minimiert wird. Die entwickelten neuen Verfahren wurden mit dem Echtzeit-Steuerungs- und Regel-System ASCET-SD implementiert und durch Simulation in Verbindung mit einem Modell des Fahrzeugs sowie mit Versuchsträgern erprobt.Item Open Access In vitro evaluation of biologically derived hydroxyapatite coatings manufactured by high velocity suspension spraying(2021) Blum, M.; Sayed, M.; Mahmoud, E. M.; Killinger, A.; Gadow, R.; Naga, S. M.This investigation aims to study a novel biologically derived coating applied on Ti alloy substrates. Obtained from a low-cost fish bone resource, a nanocrystalline hydroxyapatite has been synthesized and converted to an organic suspension. Coating was then manufactured by a high-velocity suspension flame spray process. The microstructure, phase composition, coating thickness, and roughness of hydroxyapatite (HA)-coated samples were studied. The results indicated the presence of both hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate phases and the final coating layer was uniform and dense. In vitro bioactivity and biodegradability of the HA/Ti composite samples were estimated by immersion in simulated body fluid. Remarkable reductions in Ca2+ and PO43- ion concentrations were observed as well as low weight loss percentage and a slight variation in the pH value, indicating the generation of an apatite layer on the surface of all studied samples. Scanning electron microscopy, energy-dispersive x-ray analysis, and inductively coupled plasma–optical emission spectrometry confirm these results. Thus biological derived HA coatings are a promising candidate to enhance bioactivity and biodegradability of bone implants. To demonstrate feasibility on commercial medical components, a medical screw was coated and evaluated.Item Open Access Automatische Längs- und Querführung einer Lastkraftwagenkolonne(2000) Gehring, Ottmar; Kistner, Arnold (Prof. Dr.-Ing.)Eine Möglichkeit, der ständig wachsenden Verkehrsüberlastung auf den Fernsstraßen zu begegnen, stellt die elektronische Kopplung von Fahrzeugen in Kolonnenverbänden dar. Hierbei wird die Fahraufgabe des Fahrers von einem System zur automatischen Fahrzeugführung übernommen, das eine deutliche Verringerung der Abstände zwischen den Fahrzeugen ermöglicht, den Verkehrsfluß harmonisiert und die Kapazität der Straße steigert. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Regelungsalgorithmen, die zur Realisierung eines solchen dichten, automatischen Kolonnenverkehrs benötigt werden. Die gesamte Fahrzeugregelung besteht aus zwei getrennt voneinander entwickelten Teilen, der Längsregelung mit Gas- und Bremseingriff und der Querregelung, die ein Stellglied an der Lenkung ansteuert. Es werden Regelungsansätze hergeleitet, mit denen ein stabiles längs- und querdynamisches Verhalten der Fahrzeugkolonne erreicht werden kann. Die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Längs- und Querregelungsansätze wird durch Simulationsergebnisse und Testfahrtergebnisse mit Versuchsfahrzeugen verdeutlicht.Item Open Access Chemical process control: a german perspective(1992) Allgöwer, FrankThis paper focuses on developments in controller design that we think can have a significant impact on the solution of practical process control problems, and try to summarize the discussion in Germany on this subject.Item Open Access Biomimetics design of sandwich-structured composites(2023) Kunzmann, Carsten; Aliakbarpour, Hamaseh; Ramezani, MaziarIn the context of energy efficiency and resource scarcity, lightweight construction has gained significant importance. Composite materials, particularly sandwich structures, have emerged as a key area within this field, finding numerous applications in various industries. The exceptional strength-to-weight ratio and the stiffness-to-weight ratio of sandwich structures allow the reduction in mass in components and structures without compromising strength. Among the widely used core designs, the honeycomb pattern, inspired by bee nests, has been extensively employed in the aviation and aerospace industry due to its lightweight and high resistance. The hexagonal cells of the honeycomb structure provide a dense arrangement, enhancing stiffness while reducing weight. However, nature offers a multitude of other structures that have evolved over time and hold great potential for lightweight construction. This paper focuses on the development, modeling, simulation, and testing of lightweight sandwich composites inspired by biological models, following the principles of biomimetics. Initially, natural and resilient design templates are researched and abstracted to create finished core structures. Numerical analysis is then employed to evaluate the structural and mechanical performance of these structures. The most promising designs are subsequently fabricated using 3D printing technology and subjected to three-point bending tests. Carbon-fiber-reinforced nylon filament was used for printing the face sheets, while polylactic acid (PLA+) was used as the core material. A honeycomb-core composite is also simulated and tested for comparative purposes, as it represents an established design in the market. Key properties such as stiffness, load-bearing capacity, and flexibility are assessed to determine the potential of the new core geometries. Several designs demonstrated improved characteristics compared to the honeycomb design, with the developed structures exhibiting a 38% increase in stiffness and an 18% enhancement in maximum load-bearing capacity.Item Open Access Kinetic instabilities in heterogeneously catalyzed reactions. Pt. 1, Rate multiplicity with Langmuir-type kinetics(1978) Eigenberger, GerhartThis paper is concerned with the occurrence of rate multiplicities (ignition-extinction phenomena). It is shown that rate multiplicity can be caused by the competing chemisorption of A and B upon the same active sites of the catalyst. Rate multiplicity can occur if at least one of the chemisorption or reaction steps is of second order. No rate multiplicity can be expected, if either A or B reacts via an Eley-Rideal type mechanism.Item Open Access How wetting properties influence the wear of radial lip sealing systems(2022) Fricker, Philipp; Baumann, Matthias; Bauer, FrankIncreased wear on radial lip seal systems is observed when sealing modern lubricants, such as polyglycols and esters. This can impair the function of the sealing system and ultimately lead to leakage. This work, carried out within the AiF research project “Welleneinlauf” (wear of counter faces) [1], shows methods to identify and predict excessive wear of radial lip sealing systems based on their wetting properties and pumping rate. The knowledge gained will support users by providing faster and more cost‐effective testing methods early in the design process, thus enables a significant increase in the service life of radial lip sealing systems.Item Open Access On the dynamic behavior of the catalytic fixed-bed reactor in the region of multiple steady states. Pt. 1, The influence of heat conduction in two phase models(1972) Eigenberger, GerhartDie Benutzung des Zweiphasenmodells für den katalytischen Festbettreaktor führte im Bereich mehrfacher stationärer Zustände bisher stets zu Schwierigkeiten, da sich ein Kontinuum von mehrfachen stationären Lösungen ergab. Dabei war es gleichgültig, ob die von Liu und Amundson aufgestellten kontinuierlichen Zweiphasenmodelle oder die von Amundson und Mitarbeitern entwickelten Zellenmodelle zugrunde gelegt wurden. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß sich die unendliche Mannigfaltigkeit stationärer Lösungen auf wenige Lösungen reduziert, wenn man annimmt, daß Wärmeleitung in der Katalysatorphase stattfindet. Unterschiede zwischen den bisher benutzten Modellen und dem vorgeschlagenen Modell werden am Beispiel der Zündung und des Verlöschens der Reaktion dargelegt.Item Open Access Mechanismen und Auswirkungen kinetischer Instabilitäten bei heterogen-katalytischen Reaktionen(1976) Eigenberger, GerhartDie gewonnenen Ergebnisse lassen den Schluß zu, daß kinetische Instabilitäten bei heterogen-katalytischen Reaktionen mit formalkinetischen Ansätzen vom Langmuir-Typ sinnvoll beschrieben werden können. Die gelegentlich geäußerte Hoffnung, daß aus einer solchen modellmäßigen Beschreibung der Reaktion im Instabilitätsbereich Schlüsse auf die tatsächlich wirksamen Mechanismen (Mikrokinetik) der Reaktion gezogen werden können, wird allerdings selten erfüllt sein. Wie bei der Aufstellung von Langmuir-Hinshelwood-Ansätzen für eine Oberflächenreaktion ergibt sich auch hier eine beinahe unbeschränkte Mannigfaltigkeit bei der Postulation möglicher Mechanismen. Hier wie dort wird es das Ziel der reaktionstechnischen Betrachtung sein, einen möglichst einfachen Mechanismus mit einem möglichst großen Gültigkeitsbereich zu finden. Für den Fall der CO-Oxydation an Platin sollte diese Arbeit einige Hinweise dazu liefern.Item Open Access Influence of the wall on the dynamic behavior of homogeneous tubular reactors with a highly exothermic reaction(1974) Eigenberger, GerhartThe influence of the tube wall on the behavior of tubular reactors with a highly exothermic reaction was studied. The effect of heat accumulation in the wall has a considerable influence upon the transient behavior of the reactor. Because of this influence excess temperatures can occur if the feed temperature is lowered or the flow velocity is raised. For a gas phase reaction the transient behavior is determined almost completely by the heat capacity of the wall. An example of multiple steady states caused by axial heat conduction in the wall is given, and the influence of heat conduction in the wall is compared with that in the reaction mixture.