Piston rings cause significant friction losses within internal combustion engines. Especially the first compression ring, which is pressed onto the liner by high cylinder pressure, contributes significantly to the total friction loss of the piston assembly. The tribological behavior of the oil scraper ring is mainly related to the pretensioning force and can lead to high losses even at low and idle speed. Due to this, there is always a markable risk of wear for the contact surfaces of the piston rings and the cylinder. “Diamond-like carbon” coatings on the surface of the piston rings can prevent wear and are able to reduce friction in the ring-liner-contact. The purpose of this work was to investigate the tribological benefit of this coating-system on the compression and oil scraper ring. Experimental studies were carried out on a fired single-cylinder engine using the Indicated Instantaneous Mean Effective Pressure-method (IIMEP) for the crank angle-resolved detection of the piston assembly’s friction force. To be able to determine the component-related fractions of the friction loss and to quantify the hydrodynamic and asperity related parts locally and time dependent, an EHD/MBS model of the engine was created in AVL EXCITE and a simulative investigation was performed. This simulation was validated by the experimental work and provided detailed information about the individual contact conditions and gap height of each tribological contact of the piston group. The combined approach of measurement and simulation enabled the prediction of tribological aspects and performance in parameter studies on a virtual engine test bed.

Die Herstellung klinkereffizienter, innovativer Zemente mit einem niedrigen CO2-Footprint wird in den nächsten Jahren für die mittelständischen Unternehmen (KMU) der deutschen Zementindustrie aus ökologischen und ökonomischen Gründen zunehmend wichtiger werden. Um die Akzeptanz dieser Zemente in der Bauindustrie zu erhöhen, müssen sie eine hohe Leistungsfähigkeit und gute Dauerhaftigkeitseigenschaften in Beton aufweisen. Besonders die Kombination der beiden Zementhauptbestandteile Hüttensand (S) und calcinierter Ton (Q) neben Portlandzementklinker (K) ist hinsichtlich ihrer Zementleistungsfähigkeit, ihrer Dauerhaftigkeitseigenschaften und ihres CO2-Einsparpotentials sehr vielversprechend. Aufgrund fehlender Kenntnisse und Erfahrungen werden solche Zemente in Deutschland bisher nicht hergestellt. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die eingehende Untersuchung der Leistungsfähigkeit, der Dauerhaftigkeit und des Hydratationsverhaltens von ternären Zementen mit Hüttensand und calciniertem Ton als Hauptbestandteil (KSQ-Zemente). Dabei wurden Synergieeffekte zwischen den verschiedenen Zementhauptbestandteilen und ihre Hydratationsprodukte untersucht. Um einen weiten Zusammensetzungsbereich abdecken zu können und so eine deutliche Erweiterung des Wissensstandes auf diesem Gebiet zu erzielen, wurden hierfür Methoden der statistischen Versuchsplanung und -auswertung genutzt. Zudem wurde das CO2-Einsparpotential von KSQ-Zementen durch Modellrechnungen in Abhängigkeit von der Zementzusammensetzung, der Tonmineralogie und der Calcinierungstechnik ermittelt. Das in diesem Forschungsvorhaben erzeugte Wissen soll dazu genutzt werden, KSQ-Zemente über den bisher genormten Bereich hinaus in die europäische Normung aufzunehmen (z. B. CEM VI-Zemente in EN 197-5) und so den Weg für die Produktion dieser klinkereffizienten Zemente für deutsche KMU zu ebnen.

Bei der Zementherstellung wird ein wesentlicher Teil der thermischen Energie für das Brennen des Zementklinkers im Drehrohrofen aufgewendet. Heutzutage werden als Ersatz für fossile Brennstoffen vorwiegend Alternativbrennstoffe im Klinkerbrennprozess eingesetzt. Ein Großteil davon sind abfallbasierte, mechanisch aufbereitete flugfähige Fraktionen (Ersatzbrennstoff, EBS). Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten und um CO₂-Emissionen zu reduzieren, streben die Zementhersteller eine Erhöhung des EBS-Anteils an. Idealerweise sollte der EBS durch entsprechende Aufbereitung so vorkonditioniert sein, dass er ausreichend homogen hinsichtlich wesentlicher verbrennungstechnischer Parameter ist. Dies erleichtert es dem Betreiber, einen gleichmäßigen Ofenbetrieb sicherzustellen und eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften zu vermeiden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Qualitätsanforderungen an den EBS möglichst genau beschrieben, überprüft und mit dem EBS-Lieferanten abgestimmt werden können. Ziel des Projektes war es, der deutschen Zementindustrie einen neuartigen Prüfapparat zur quasi-kontinuierlichen Eingangskontrolle der EBS-Lieferungen als Gebrauchsmuster zur Verfügung zu stellen. Hierzu wurde erstmals ein System entwickelt, konstruiert und getestet, dass auf einer schnellen, technisch robusten und effizienten Charakterisierung von Flugfähigkeit, Feuchte und stofflicher Zusammensetzung basiert. Die Erprobung in Zementwerken hat ergeben, dass das System geeignet ist, um damit die EBS-Qualität fortlaufend zu überprüfen. Bei Betriebsversuchen konnten Änderungen der EBS-Feuchte und -Flugfähigkeit detektiert und quantifiziert sowie die stoffliche Zusammensetzung bestimmt werden. Bei Absinken der EBS-Qualität wurde eine Beeinträchtigung der Klinkereigenschaften (Braunverfärbung) festgestellt. Der Betrieb des Schnellprüf-Verfahrens kann dazu beitragen, diesem Effekt durch Anpassung der EBS-Qualität entgegenzuwirken und so die EBS-Einsatzrate zu erhöhen.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet um die Sicherheit, die Traktion, die Energieeffzienz, die Agilität und den Komfort noch weiter zu verbessern. Diese Ziele können zu einem Großteil mit einer aktiven Drehmomentverteilung, auch Torque Vectoring genannt, erreicht werden. Dafür sind jedoch Getriebesysteme erforderlich, welche unabhängig vom Fahrzustand und vom Antriebsmoment eine nahezu beliebige Drehmomentverteilung ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Grundlagen zu Getriebesystemen, insbesondere zu Planetengetrieben, und zur Fahrzeugdynamik erläutert. Anschließend wird der Stand der Technik anhand einer Systematik zur Einteilung von aktiven Differenzialgetrieben dargelegt sowie einige Vor- und Nachteile aufgezeigt. Das folgende Kapitel stellt ein Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Belastung des aktiven Differenzialgetriebes für beliebige Fahrzeuge und Strecken vor. Damit erfolgt eine Bewertung der bisher bekannten Systeme hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad, konstruktiver Aufwand und regelungstechnische Eigenschaften. Im Anschluss wird ein Verfahren zur rechnergestützten Synthese neuer Getriebesysteme beschrieben. Abschließend werden die positiven Auswirkungen der aktiven Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik herausgestellt. Das Ergebnis der Arbeit zeigt drei neue Getriebestrukturen, welche anhand der deffinierten Vergleichskriterien besser sind als alle bekannten Systeme. / Actual passenger cars are equipped with a lot of driver assistant systems to increase safety, traction, efficiency, agility and comfort. These aims can be achieved by a controlled transmission of the engine torque to each driven wheel (active torque distribution, Torque Vectoring). Therefore special gear systems are necessary. In this document firstly the basics on gear systems (planetary gears) and vehicle dynamics are explained. Furthermore the state of the art is shown based on a classification of active differentials and the advantages and disadvantages are envinced. The next chapter describes a method for determining the mechanic load of the active differential for any car and road track. This is used for an evaluation of every differential gear system in view of efficiency, mechanic effort and control properties. The result reveals significant differences between the gear structures. Subsequent a method for a computer synthesis of new gear systems is developped and applied to the demands of a front driven vehicle application. The last chapter points out the positive effects of an active torque distribution on the driving dynamics. As a result of this work three new gear structures are shown which are much better than all existing gear systems in terms of the evaluation properties.

Moderne Kraftfahrzeuge werden mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet um die Sicherheit, die Traktion, die Energieeffzienz, die Agilität und den Komfort noch weiter zu verbessern. Diese Ziele können zu einem Großteil mit einer aktiven Drehmomentverteilung, auch Torque Vectoring genannt, erreicht werden. Dafür sind jedoch Getriebesysteme erforderlich, welche unabhängig vom Fahrzustand und vom Antriebsmoment eine nahezu beliebige Drehmomentverteilung ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst Grundlagen zu Getriebesystemen, insbesondere zu Planetengetrieben, und zur Fahrzeugdynamik erläutert. Anschließend wird der Stand der Technik anhand einer Systematik zur Einteilung von aktiven Differenzialgetrieben dargelegt sowie einige Vor- und Nachteile aufgezeigt. Das folgende Kapitel stellt ein Verfahren zur Ermittlung der mechanischen Belastung des aktiven Differenzialgetriebes für beliebige Fahrzeuge und Strecken vor. Damit erfolgt eine Bewertung der bisher bekannten Systeme hinsichtlich Gesamtwirkungsgrad, konstruktiver Aufwand und regelungstechnische Eigenschaften. Im Anschluss wird ein Verfahren zur rechnergestützten Synthese neuer Getriebesysteme beschrieben. Abschließend werden die positiven Auswirkungen der aktiven Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik herausgestellt. Das Ergebnis der Arbeit zeigt drei neue Getriebestrukturen, welche anhand der deffinierten Vergleichskriterien besser sind als alle bekannten Systeme.:1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Getriebesysteme 2.2 Fahrdynamik 3 Stand der Technik 3.1 Getriebesysteme 3.2 Fahrdynamikregelung 4 Analyse bekannter Getriebesysteme 4.1 Zeitlicher Verlauf fahrdynamischer Größen 4.2 Systematische Analyse von Planetengetrieben 4.3 Deffinition der Vergleichskriterien 4.4 Differenziallose Systeme 4.5 Differenzialsysteme 4.6 Elektromotorische Systeme 4.7 Sonderbauformen 4.8 Vergleich bekannter Systeme 5 Synthese neuer Getriebestrukturen 5.1 Anforderungen an aktive Differenzialgetriebe 5.2 Manuelle Struktursynthese 5.3 Rechnergestützte Struktursynthese 5.4 Ergebnisse der Struktursynthese 6 Auswirkung von aktiver Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik 6.1 Komplexe Fahrdynamiksimulation 6.2 Steigerung der Traktion 6.3 Steigerung der Agilität 6.4 Steigerung der Fahrstabilität 6.5 Steigerung des Fahrkomforts 6.6 Verringerung des Kraftstoffverbrauches Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis / Actual passenger cars are equipped with a lot of driver assistant systems to increase safety, traction, efficiency, agility and comfort. These aims can be achieved by a controlled transmission of the engine torque to each driven wheel (active torque distribution, Torque Vectoring). Therefore special gear systems are necessary. In this document firstly the basics on gear systems (planetary gears) and vehicle dynamics are explained. Furthermore the state of the art is shown based on a classification of active differentials and the advantages and disadvantages are envinced. The next chapter describes a method for determining the mechanic load of the active differential for any car and road track. This is used for an evaluation of every differential gear system in view of efficiency, mechanic effort and control properties. The result reveals significant differences between the gear structures. Subsequent a method for a computer synthesis of new gear systems is developped and applied to the demands of a front driven vehicle application. The last chapter points out the positive effects of an active torque distribution on the driving dynamics. As a result of this work three new gear structures are shown which are much better than all existing gear systems in terms of the evaluation properties.:1 Einleitung 2 Grundlagen 2.1 Getriebesysteme 2.2 Fahrdynamik 3 Stand der Technik 3.1 Getriebesysteme 3.2 Fahrdynamikregelung 4 Analyse bekannter Getriebesysteme 4.1 Zeitlicher Verlauf fahrdynamischer Größen 4.2 Systematische Analyse von Planetengetrieben 4.3 Deffinition der Vergleichskriterien 4.4 Differenziallose Systeme 4.5 Differenzialsysteme 4.6 Elektromotorische Systeme 4.7 Sonderbauformen 4.8 Vergleich bekannter Systeme 5 Synthese neuer Getriebestrukturen 5.1 Anforderungen an aktive Differenzialgetriebe 5.2 Manuelle Struktursynthese 5.3 Rechnergestützte Struktursynthese 5.4 Ergebnisse der Struktursynthese 6 Auswirkung von aktiver Drehmomentverteilung auf die Fahrdynamik 6.1 Komplexe Fahrdynamiksimulation 6.2 Steigerung der Traktion 6.3 Steigerung der Agilität 6.4 Steigerung der Fahrstabilität 6.5 Steigerung des Fahrkomforts 6.6 Verringerung des Kraftstoffverbrauches Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis