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Experimentelle und numerische Untersuchung des Ladungswechsels eines Einzylinder Stationärmotors
(2024)
Diese Diplomarbeit dient dem Vergleich der Ergebnisqualität aus Experiment und Simulation. Zu diesem Zweck wird ein Einzylindermotor der Firma SenerTec auf einem Prüfstand strömungstechnisch untersucht. Es sollen die Druckverlustbeiwerte des Ein- und Auslassventils ermittelt werden. Nach der Messwertaufnahme wurde auf deren Grundlage eine Simulation in STARCCM+ aufgebaut und durchgerechnet. Nach abschließendem gegenüberstellen der Rechenergebnisse mit den Werten aus dem Experiment konnte eine deutliche Diskrepanz festgestellt werden.
Genauere Berechnungen in der CFD-Simulation erfordern einen sehr hohen Zeit- und Rechenaufwand. Aufgrund dieser Tatsache kann man sagen, dass es in diesem Fall weniger aufwendig ist, die benötigten Werte mittels Experimente zu ermitteln, als aufwendige Simulationen aufzubauen. Dies benötigt zudem ein hohes Maß an Anwendererfahrung und Rechenkapazität. Als grobe Orientierung können die Ergebnisse der Simulation dennoch verwendet werden.
Das Thema der CO2-Einsparung bzw. Reduktion ist aktueller denn je, sei es aus wirtschaftlichen oder energiepolitischen Beweggründen. Eine stetig wachsende Zahl an Privatpersonen und Unternehmen stehen vor der Herausforderung bestehende Erzeuger/Verbrauchersysteme an neue Ziele anzupassen. Die vorliegende Arbeit soll die Herangehensweise am Beispiel eines mittelständischen Industriebetriebes aufzeigen.
Dabei soll eine technische als auch grundlegende wirtschaftliche Betrachtung geführt werden. Auf Grundlage dieser werden Vorschläge zu geeigneten Maßnahmen am gewählten Objekt aufgezeigt.
Der zweite Teil der Arbeit widmet sich dem Thema Energiemanagement. Ziel ist es eine auf die örtlichen Gegebenheiten zugeschnittene Lösung zu entwickeln, welche den Eigenverbrauch aber auch die Einspeisung bedarfsgerecht optimiert. Mit dem Energiemanagementsystem sollen alle Bestandteile des Gesamtsystems an einer zentralen Stelle zusammengeführt und beeinflusst werden können.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit Batteriespeicheranlagen, die durch ein netzverträgliches Verhalten in bereits ausgelastete Mittelspannungsnetze integriert werden sollen. Dadurch ergeben sich Einschränkungen für den Betrieb gegenüber Speicheranlagen mit reiner marktorientierter Betriebsführung. Diese werden bei einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt.
Hierfür werden zunächst die Begrifflichkeiten „Energiespeicher“, „Netzverträglichkeit/ Netzdienlichkeit“ sowie „netzorientiert“ und „marktorientiert“ erläutert und gegenseitig abgegrenzt. Es erfolgt eine erste Vorstellung der Vermarktungsmöglichkeiten für eine Speicheranlage.
Anschließend wird mit einem kurzen Überblick über den Stand der Technik der Aufbau einer Speicheranlage erklärt. Dabei wird auf die Zelltechnologie und die Funktionsweise der Hauptkomponente eingegangen. Es erfolgt die Dimensionierung eines Speichers, der in das MS-Netz integriert werden soll.
Es werden die technischen Rahmenbedingungen aus der VDE-AR-N 4110 und den Technischen Anschlussbedingungen eines mitteldeutschen Verteilnetzbetreibers vorgestellt, anhand derer eine Speicherbewertung durchgeführt wird.
Der Hauptteil befasst sich mit der technischen Betrachtung des Speichers. Hierfür werden Netzszenarien definiert, deren Kriterien für den Anschluss einer Speicheranlage in das MS-Netz grundlegend sind. Mit der Entwicklung eines Netzmodells werden netzverträgliche Parameter in Form einer P(U)-Kennlinie bestimmt. Diese werden anschließend auf die Speicheranlage im realen MS-Netz angewandt. Dabei soll überprüft werden, ob der gewählte Speicher im untersuchten MS-Netz eingesetzt werden kann.
Im wirtschaftlichen Teil dieser Arbeit erfolgt eine Übersicht über die wirtschaftlichen und rechtlichen Rahmenbedingungen, die für das marktorientierte Betreiben der Speicheranlage am Regelenergiemarkt beachtet werden müssen.
Abschließend wird eine einfache Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt, die die Wirtschaftlichkeit einer Speicheranlage mit und ohne netzverträgliches Verhalten gegenübergestellt.
Der Energiemarkt in Deutschland ist seit seiner Entstehung geprägt durch fossile Erzeuger. Die ersten Kraftwerke, betrieben durch Öl und Kohle erfüllten die Anforderungen an Versorgungssicherheit und schufen die Grundlage für das heutige Energienetz. Mit der vergleichsweiße kürzlichen Etablierung von Erdgas und Kernenergie war die Deckung des künftig wachsenden Energiebedarfs möglich. Die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels haben uns jedoch gezwungen, sowohl auf fossile Brennstoffe als auch auf Kernenergie zu verzichten. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts waren erstmals geringere CO2-Emissionen, weniger Ressourcenverbrauch und mehr Nachhaltigkeit wichtige Faktoren bei der Energieerzeugung.
Solarenergie ist ein Weg, diese neuen Ziele zu erreichen. Allerdings stellt dieser Anlagentyp seine Energie mittels netzgekoppelter Wechselrichter bereit. Diese unterscheiden sich stark von den herkömmlich eingesetzten Synchrongeneratoren in fossilen Kraftwerken. Ziel dieser Arbeit ist es, die Art und Weise zu analysieren, wie PV-wechselrichter Kurzschlussleistung für das Energienetz bereitstellen.
Das Glioblastom (GBM) ist einer der bösartigsten Hirntumore mit einer geringen Überlebensrate (<2 Jahre), bei dem bisher keine vollständige Heilung und Therapie möglich ist. Die WHO-Klassifikation der Tumoren des zentralen Nervensystems von 2016 unterteilt das Glioblastom in IDH1-Wildtyp (IDH1wt) und IDH1-mutierte (IDH1mut) Glioblastome. Das Vorhandensein einer IDH1-Mutation führt zu besseren klinischen Ergebnissen bei GBM-Patienten, einschließlich längerer Überlebenszeiten und einer besseren Ansprechen auf die Therapie.
In dieser Arbeit wurde ein multiparametrische MRT-Bildgebung zur Bestimmung des IDH1-Mutationsstatus verwendet, die T2-gewichtete Aufnahme (T2w), kontrastmittelgestützer T1-gewichtete Bildgebung (T1w-Gd), sowie T2- und Ktrans-Mapping umfasst. Eine Versuchsgruppe von acht orthotopen Rattenmodellen wurde mit der gut charakterisierten humanen GBM-Zelllinie U-251 implantiert und am 7T Kleintier-MRT des Fraunhofer IZI gescannt. Das T2-Mapping wurde aus der MSME-Sequenz erstellt, während das Ktrans-Mapping mithilfe des Tofts-Modells aus der dynamischen kontrastverstärkten T1-gewichteten Bildsequenz (T1w-DCE) berechnet wurde, die mit der 2D-FLASH-Sequenz aufgenommen wurde.
Die Ergebnisse zeigten, dass das IDH1mut-GBM kleiner war und auf den T1w-Gd-Bildern eine geringere Kontrastmittelverstärkung aufwies als das IDH1wt-GBM. Auf den T2-Parameterkarten erschien das IDH1mut-GBM relativ homogen mit niedrigeren T2-Werten. Die Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke wurde anhand der Ktrans-Werte in der T1w-DCE-Analyse bewertet. Die in dieser Arbeit erzielten Ktrans-Werte sind jedoch aufgrund einer unzureichenden Anpassung an das Tofts-Modell ungenau.
In der Zusammenfassung lässt sich festhalten, dass alle untersuchten Gewebearten – darunter der Schulter- und Herzmuskel (Herzkammer) sowie die Aortenklappe – bei Anwendung geeigneter Präparationsmethoden und zeitnaher Untersuchungen ähnliche Verläufe (Peaks und Abfälle) in den analysierten Wellenlängen- und Spektralbereichen aufweisen. Obschon die Absorptionskoeffizienten variieren, zeigen die ermittelten Verläufe eine weitgehende Übereinstimmung mit den in der Literatur beschriebenen Mustern. Diese Unterschiede lassen sich auf die Verwendung verschiedener Gewebearten und deren unterschiedliche Zusammensetzung sowie Konzentration bestimmter Moleküle zurückführen.
Ein wesentlicher Aspekt der Untersuchung bildete die Analyse des Einflusses der Schichtdicke auf die optischen Eigenschaften. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Schichtdicke einen maßgeblichen Einfluss auf die Lichtabsorption ausübt und folglich bei der Analyse der optischen Eigenschaften stets zu berücksichtigen ist. Des Weiteren verdeutlichen die nach dem Alterungsprozess beobachteten molekularen und strukturellen Veränderungen die entscheidende Bedeutung einer sachgemäßen Lagerung sowie einer zeitnahen Präparation der Proben. Eine inadäquate Lagerung kann die optischen Eigenschaften beeinflussen und somit die Validität der Ergebnisse beeinträchtigen.
Im Spektralbereich ab 1800 nm manifestierten sich signifikante Abweichungen, die auf Rauschen und die Empfindlichkeit des Detektors zurückzuführen sind. Eine Optimierung der Detektorparameter sowie eine Geräteabstimmung könnten zukünftig zu einer Verbesserung der Untersuchungen führen. Eine Erweiterung der Untersuchungen auf andere Gewebearten, wie beispielsweise Leber oder Pankreas, könnte wertvolle Einblicke in deren optische Eigenschaften ermöglichen.
Solche Studien könnten neue Anwendungen, beispielsweise in der Lasertherapie oder optischen Biopsien, eröffnen. Von besonderem Interesse wären Untersuchungen an menschlichem Gewebe, die jedoch aufgrund der Genehmigungsverfahren anspruchsvoller sind. Dennoch könnten diese zu präziseren Diagnosen und innovativen Behandlungsmethoden führen und die Medizintechnik nachhaltig verbessern.
Diese Arbeit handelt von einer Konzeption eines Radantriebs für autonom fahrende Arbeitsmaschinen. Es wurde eine Marktanalyse für zentrale Erkenntnisse der Konstruktion des Radmoduls durchgeführt. Die Verwendung von einer geeigneter Entwicklungsstrategie half festgelegte Ziele zu erreichen. Die Integration eines 48V-Systems ergaben Herausforderungen für Antrieb und Lenkung die bei der Implementierung von Systemkomponenten zu berücksichtigen waren. Neuerstellte Bauteile wurden durch die Verwendung mittels FEM-Software auf ein mögliches Versagen überprüft.
Hintergrund:
Gesundheit ist zunehmend zu einem wichtigen Thema im Arbeitskontext geworden, da Unternehmen mit steigenden psychischen Belastungen und hohen Krankenstän-den konfrontiert sind. In dieser Arbeit wurde die Rolle der Gesunden Führung, des Wohlbefindens und der Resilienz bei Führungskräften untersucht.
Ziel:
Die Untersuchung zielte darauf ab, die Rolle der Resilienz als potenziellen Modera-tor in der Beziehung zwischen Gesunder Führung und Wohlbefinden zu überprüfen.
Methodik:
Die teilnehmenden Führungskräfte (N = 145) wurden unter dem Einsatz von stan-dardisierten Fragebögen (WHO-5-Index, RS-13 und Health-oriented Leadership (SelfCare)) befragt. Es wurden Korrelations- und Moderationsanalysen durchgeführt.
Ergebnisse:
In der Analyse konnte kein moderierender Effekt der Variable Resilienz nachgewie-sen werden. Alle betrachteten Faktoren wiesen auf einen positiven Einfluss auf das Wohlbefinden der Führungskraft, mit unterschiedlichen Korrelationsstärken.
Schlussfolgerung:
Besonders zwischen den Variablen Wohlbefinden, Resilienz, Achtsamkeit und Ge-sundheitsverhalten konnten signifikante positive Korrelationen nachgewiesen wer-den. Die Ergebnisse zeigen, dass Resilienz und Gesunde Führung einen direkten positiven Einfluss auf das Wohlbefinden darstellen.
Integration aktueller UI/UX-Designkonzepte in das Produktionsleitsystem eines Automobilherstellers
(2024)
Die in den heutigen Benutzeroberflächen verwendeten UI/UX-Designkonzepte wurden in den vergangenen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt und ergänzt. So bieten viele der heutigen Softwareanwendungen ihren Nutzer:innen beispielsweise die Möglichkeit die Benutzeroberfläche an ihre individuellen Bedürfnisse anzupassen. Dennoch existieren auch heute noch Softwareanwendungen, in denen derartige Konzepte bislang kaum oder gar keine Verwendung finden. In dieser Arbeit wird ein möglicher Weg aufgezeigt, wie aktuelle UI/UX-Designkonzepte in eine solche Softwareanwendung integriert werden können.
Hierzu wurde für das Produktionsleitsystem eines Automobilherstellers ein Frontend-Prototyp entwickelt. Dabei wurden auf Basis vorher erhobener Anforderungen, aktuelle UI/UX-Designkonzepte bestimmt, die exemplarisch in diesen Prototypen integriert wurden. Zudem wurden die drei Frontend-Frameworks React, Angular und Vue anhand vordefinierter Kriterien verglichen, um ein geeignetes Frontend-Framework für die Implementierung des Prototypen zu ermitteln. Abschließend wurde der Prototyp mit dem Frontend-Framework React implementiert und durch Expert:innen bewertet. Anhand der Einschätzungen der Expert:innen ist erkennbar, dass die Integration aktueller UI/UX-Designkonzepte in das Produktionsleitsystem sinnvoll sein kann. Der Prototyp hat jedoch auch aufgezeigt, dass eine solche Integration mit nicht unerheblichen Mehraufwänden verbunden ist.
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuen Adaption zur Integration eines Schwenklagers in einen Prüfstand zur Reibmomentmessung von Radlagern.
Ziel ist es, eine präzise und zuverlässige Messung im Verbund mit dem Schwenklager zu ermöglichen. Das Thema ist relevant, da die genaue Erfassung des Reibmoments in der Fahrzeugtechnik entscheidend ist, um Effizienzverluste zu minimieren und die Lebensdauer von Radlagern zu verlängern.
Die Integration des Schwenklagers soll Rückschlüsse auf die Einflüsse der umgebenden Konstruktion auf das Reibverhalten des Radlagers bringen. Da die bisherige Adaption unplausible Ergebnisse lieferte, ist eine Neuentwicklung erforderlich.
Zu Beginn der Arbeit wird eine Situationsanalyse durchgeführt, um die Ursachen für die Fehler zu identifizieren. Diese liegen vor allem in Ungenauigkeiten des mechanischen Aufbaus und in der Verformung des Schwenklagers.
In der Konzeptphase werden Lösungsansätze für beide Probleme entwickelt und mithilfe einer Bewertungsmatrix analysiert. Es stellt sich heraus, dass eine messtechnische Erfassung mit rechnerischer Kompensation der Fehler, den ursprünglich vorgesehenen mechanischen Ansätzen, überlegen ist.
Auf Basis dieser Vorzugsvariante wird ein optimierter Prüfaufbau entwickelt und dessen 2D-Fertigungszeichnungen abgeleitet. Anschließende Versuche, an einem vereinfachten Aufbau, bestätigen die Funktionalität und Genauigkeit des Konzepts. Somit ist eine präzise und verlässliche Reibmomentmessung möglich.