Die vorliegende Diplomarbeit behandelt den Vergleich von QoS- und Mobilitätsmechanismen in der LTE/SAE-Architektur. Nach der Einführung in die LTE/SAE-Architektur wird dargestellt, wie die QoS und die Mobilität im Standard des 3GPP gewährleitet wird. Danach erfolgt eine Untersuchung der Technologien PMIP, Ethernet und MPLS, ob sie sich als Alternativen für die standardisierten Mechanismen eignen. In einem weiteren Kapitel wird ein eigenes Konzept zur QoS- und Mobilitätsverwaltung vorgestellt, und es erfolgen erste Betrachtungen. Abschließend wird ein Ausblick gegeben, wie das vorgestellte eigene Konzept weiter ausgebaut werden könnte.

Ein geringer Treibstoffverbrauch ist aufgrund von ökologischen und ökonomischen Zielen für die zivile Luftfahrt von großer Bedeutung. Daher werden seit Jahrzehnten konventionell hydraulisch oder pneumatisch betriebene Flugzeugsysteme durch elektrisch betriebene Systeme ersetzt. Dieser Trend wird auch als „More Electric Aircraft (MEA)“ bezeichnet. In bisherigen Studien waren MEA-Architekturen zwar effizienter, jedoch deutlich schwerer als die konventionellen Architekturen. Basierend auf ökonomischen Modellen wird in der vorliegenden Arbeit die modellbasierte Entwicklung eines intelligenten Energiemanagements für Flugzeug-Energiesysteme demonstriert. Das Energiemanagement ermöglicht eine deutliche Reduktion der Systemmasse, verbessert die Energieeffizienz und kann damit den Treibstoffverbrauch eines MEA beträchtlich reduzieren. Insbesondere durch die integrierte und frühzeitige Entwicklung des Energiemanagements mit dem elektrischen System in der Modellbeschreibungssprache Modelica lassen sich die Systemkomponenten mit realistischen Lastprofilen dimensionieren und dadurch die Systemmasse reduzieren. Anhand eines elektrischen Referenzsystems wird das Optimierungspotenzial des Energiemanagements bezüglich Massenreduktion und Energieeffizienzsteigerung quantifiziert und am Systemmodell validiert. Es ergibt sich für das Systemmodell eine Reduktion der Systemmasse um 32 % sowie eine leichte Verbesserung der Energieeffizienz. Durch die multiphysikalische Implementierung des Energiemanagements lässt sich dieses auch für das thermische Management im Flugzeug verwenden. Hierbei kann eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz für die Bereitstellung von Kühlleistung erzielt werden. Aufgrund der erreichten Vorteile sollte ein Energiemanagement bei der Entwicklung zukünftiger Flugzeugenergiesysteme in Betracht gezogen werden. Insbesondere beim MEA existiert ein großes Optimierungspotenzial durch das Energiemanagement. Die Ausführungen in der vorliegenden Arbeit sollen als Motivation für die Flugzeugindustrie dienen, mit realistischen Lastprofilen zu dimensionieren und die modellbasierte und integrierte Entwicklung eines Energiemanagements mit den Energiesystemen bereits in frühen Entwicklungsphasen durchzuführen. / Low fuel consumption is a major concern in civil aerospace due to environmental and economic objectives. Hence, conventional hydraulically or pneumatically driven aircraft systems have been replaced by electrically driven systems for decades. This trend is also known as More Electric Aircraft (MEA). In former studies, MEA architectures were more efficient, but much heavier than their conventional counterparts. The present work demonstrates the model-based development of intelligent energy management algorithms for aircraft energy systems based on economic models. This energy management facilitates a significant reduction of system mass, improves energy efficiency and can hence reduce fuel consumption of MEA considerably. In particular, the integrated development of an energy management along with the electrical system in the Modelica modelling language enables sizing of system components with realistic load profiles. Hence, this reduces the system mass. The optimization potential of the energy management is quantified and validated by means of an electrical reference system model. Applying the energy management, the mass of this system model can be reduced by 32 % and the energy efficiency can be improved slightly. Due to the multi-physical modelling of the energy management, it can also be applied to thermal management of aircraft systems. Thus, the energy efficiency of the cooling system can be improved significantly. As a result of the demonstrated benefits, an energy management should be considered for future development of aircraft energy systems. Especially for MEA, there is tremendous optimization potential for the energy management. Hence, the present work shall motivate aircraft industry to size aircraft systems with realistic load profiles and perform a model-based and integrated development of the energy management along with the electrical system in early phases of the system design process.

Um die Leistung eines Zerkleinerungsprozesses zu maximieren, kann die Effektivität eines Kegelbrecher-Designs schnell und präzise durch ROCKY DEM evaluiert werden. Tatsächlich brechen Partikel, wenn sie einer ausreichenden Stoßenergie ausgesetzt sind. Diese Energie ist die ausgeführte Arbeit des Systems, um ein Teilchen zu brechen. Weiterhin berücksichtigt das Potapov-Donaue-Bruchmodell die Bruchfestigkeit der Teilchen und M. M ist eine Materialkonstante, die mit der Fragmentgrößenverteilung zusammenhängt. Diese Parameter werden durch ein Kalibrierverfahren ausgewählt, das eine Reihe von Freien-Tropfen-Labortests beinhaltet. Die Anzahl der notwendigen Tests hängt von den probabilistischen Überlegungen zu den Ergebnissen. Sobald die Parameter erhalten sind, wird eine ROCKY-Diskrete-Element-Methode-Simulation eines Kegelbrechers durchgeführt. Zuerst werden die Teilchen über dem Brecher kumuliert. Danach dreht und kippt der Kegelbrecher, um die Partikel an den Innenwänden zu zerkleinern. Damit können wir zeigen, dass die Maximierung des Massenflusses für eine gegebene Teilchenverteilung erreicht wird.

Die Finite Elemente Analyse (FEA) ist aus heutiger Sicht aus dem Produktentwicklungsprozess nicht mehr wegzudenken. Zur Sicherstellung einer kontinuierlich wachsenden Innovationskraft sind viele kleine und mittelständische Unternehmen auf einen wirtschaftlichen Einsatz der FEA angewiesen, weshalb diese vermehrt auf Freeware Programme (z.B. Z88Aurora) zurückgreifen. Die dabei meist verwendete, linear statische Analyse von Einzelkomponenten gehört deshalb bei heutigen Simulationsaufgaben längst zum Tagesgeschäft. Diese isolierte Betrachtung von einzelnen Bauteilen ist allerdings oftmals aufgrund der fehlenden Interaktion mit benachbarten Komponenten nicht realitätsnah, weshalb komplexe numerische Simulationen von Baugruppen herangezogen werden müssen. Die Abbildung der gegenseitigen Wechselwirkung entspricht dabei einer nichtlinearen Randbedingung, da sich der Zustand zwischen den Kontaktzonen (offen oder geschlossen) während des Rechenlaufes ändern kann. Dieser technisch-physikalische Effekt lässt sich in nahezu jedem technischen System – beispielsweise einer Zahnradpaarung, einem Kettentrieb, usw. – beobachten, weshalb dessen Berücksichtigung für die Ergebnisgüte eine große Rolle spielt. Das hierfür in Z88Aurora implementierte Kontaktmodul erlaubt dem Anwender ebendiese Anbindung des elastischen Umfeldes sowie eine Detailbetrachtung der Verbindungsstelle (Kontaktdruck). Die für den industriellen Einsatz essentielle Validität der Berechnungsergebnisse wird anhand analytisch berechenbarer Geometrien, wie etwa einem Zugstab, nachgewiesen. Zusätzlich werden die Benchmark-Tests von der National Agency for Finite Element Methods and Standards (NAFEMS) sowie der Kontakt Patch-Test nach Bathe herangezogen, um die Leistungsfähigkeit und Stabilität des Z88-Kontaktalgorithmus zu erproben. Hierbei wird unabhängig von der Ausprägung des Kontaktabstands und der Oberflächenvernetzung der Bauteile die korrekte Finite-Elemente-Kontaktanalyse anhand der Homogenität der Kontaktdruckverteilung bewertet. Auf Basis dieser Benchmark-Tests und weiterführender Vergleichsrechnungen mit kommerziellen FE-Systemen zeigt sich, dass die Ergebnisse des Kontaktmoduls von Z88Aurora valide sind und die Software für den produktiven Einsatz in der Industrie geeignet ist.

Mit Hilfe der Matlab/ADAMS-Co-Simulation wird ein ebenes Koppelgetriebe (5- Gelenk) untersucht und anschließend die Wirkpaarung mit einem Stückgut betrachtet. Dabei werden verschiedene Modellierungsstufen angewendet und die Simulationsergebnisse Messergebnissen vom Versuchsstand gegenübergestellt. Daneben wird die grundlegende Herangehensweise beim Einsatz dieser Simulationswerkzeuge erläutert.

Bei CAD-Systemen mit integriertem MKS ist der Schritt zur Simulation von Kurvenschrittgetrieben vermeintlich kurz, da alle zugehörigen Bauteile inkl. der Massen und Trägheiten vorhanden sind, jedoch müssen Bewegungsprofile meist mit einer zusätzlichen Software gestaltet werden. Außerdem sind oft Änderungen an den Geometrien für ein lauffähiges Simulationsmodell notwendig und dynamische Aspekte können nur begrenzt abgebildet werden. Der Einsatz von Spezialsoftware wie MOCAD liefert schnell Ergebnisse und ermöglicht einfache Parametervariationen, wobei meist nur kinetostatische Analysekennwerte auf Grundlage analytischer Berechnungsvorschriften betrachtet werden. Dynamische Effekte und genaue Kontaktanalysen in den Kurvengelenken übersteigen meist den Funktionsumfang solcher Programme. Der Aufbau eigener Simulationsmodelle mit Hilfe von CAS-Systemen ermöglicht exakte Simulationsmodelle bei sehr hohem Programmier- und Debugg-Aufwand. Der hohe Komplexitätsgrad macht diese Tools nur für Spezialisten anwendbar.

Im Vortrag geht es um die Erstellung von Berechnungsmodellen zur Simulation ebener Koppelgetriebe in SimulationX. Der Fokus liegt hierbei auf der vollparametrischen Modellsteuerung während der Getriebesynthese in SimulationX. Neben Möglichkeiten zur Steuerung und Variation der Simulationsmodelle während der Berechnung wird die Entwicklung von Berechnungsmodulen zur Individualisierung des Berechnungsprozesses vorgestellt. Möglichkeiten zur Steuerung der Simulation und Co-Simulation bei anderen Programmen ist ebenfalls Thema weiterer Ansätze zur domänenübergreifenden Gesamtsimulation von Koppelgetrieben.

Der Einsatz digitaler Menschmodelle in der Produkt- und Prozessergonomie hat in den letzten Jahren beständig zugenommen. Vor allem Anforderungen aus dem industriellen Umfeld setzten hohe Maßstäbe an Schnelligkeit, Genauigkeit und Verlässlichkeit der verwendeten Systeme, Methoden und Verfahren. Das biomechanische Menschmodell Dynamicus ist eine am Institut für Mechatronik e.V., Chemnitz entwickelte Software, die sich auf dieses Gebiet der Simulation spezialisiert hat. Die Grundlage von Dynamicus-Simulationen sind reale menschliche Bewegungen, die mit Hilfe eines Motion-Capture-Systems aufgezeichnet werden. Die Analyse der digital vorliegenden Bewegungen erfolgt in den Wissenschaftsgebieten der Ergonomie, des Sports und der Rehabilitation.

Bipolarplatten stellen eine Schlüsselkomponente hinsichtlich Fertigungskosten eines Brennstoffzellenstacks dar und sind komplexen Anforderungen ausgesetzt. Sie stützt die anderen biegeempfindlichen Stackkomponenten, verteilt die Reaktionsgase über die aktive Zellfläche und sorgt für die flächige elektrische Kontaktierung der in Reihe geschalteten Einzelzellen, Ableitung der Reaktionswärme und sowie Trennung der Einzelzellen. Daher muss sie einen niedrigen Kontaktwiderstand zur benachbarten Gasdiffusionslage, hohe Biegesteifigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und hohe Lebensdauer der Zelle gewährleisten. Die Funktion der Gasverteilung über die aktive Zellfläche übernimmt das Flussfeld. Deren Kanalstruktur- und Geometrie beeinflusst entscheidend den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle und des Gesamtsystems. Um Fertigungsaufwand und damit verbundene Kosten zu senken, ist es Ziel aktueller Forschungsarbeit, die Geometrie so einfach wie möglich zu gestalten. Dabei wird ein minimal geringerer Wirkungsgrad in Kauf genommen, wenn im Gegenzug die Kosten stark sinken. Mit Hilfe einer CFD-Simulation wird das Flussfeld dahingehend optimiert, die Produktion zu vereinfachen und die Funktionalität weiterhin zu gewährleisten. Im Rahmen dieser Präsentation werden Modellbildung, Randbedingungen und erste Ergebnisse vorgestellt.

Objekte der Simulation sind textile Strukturen - Geflechte, Maschenwaren und Gewebe. Diese können als Seile, tragende und deckende Strukturen in der Architektur, Bekleidung, im Medizinbereich usw. verwendet werden. TexMind Software beinhaltet mehrere Tools für die Generierung der Geometrie von textilen Strukturen und die Durchführung von einzelnen Berechnungen und Simulationen. Beispiele aus den Bereichen Flechten und Maschenware werden gezeigt. Neben den Vorteilen und der Möglichkeiten wird auch eine kritische Übersicht der offenen Punkte dargestellt. Möglichkeiten für Export zu FEM, CFD und CAD Software und solcher für Computer-Animationen werden demonstriert.