In this study, an innovative solution is examined for transmission problems and frequency control for wind Turbines. Power electronics and the gear boxes are the parts which are responsible of a significant amount of failures and they are increasing the operation and maintenance cost of wind turbines. Continuously transmission (CVT) systems are investigated as an alternative for conventional gear box technologies for wind turbines in terms of frequency control and power production efficiency. Even though, it has being used in the car industry and is proven to be efficient, there are very limited amount of studies on the CVT implementation on wind turbines. Therefore, this study has also an assertion on being a useful mechanical analyse on that topic. After observing several different types of possibly suitable CVT systems for wind turbines; a blade element momentum code is written in order to calculate the torque, rotational speed and power production values of a wind turbine by using aerodynamic blade properties. Following to this, a dynamic model is created by using the values founded by the help of the blade element momentum theory code, for the wind turbine drive train both including and excluding the CVT system. Comparison of these two dynamic models is done, and possible advantages and disadvantages of using CVT systems for wind turbines are highlighted. The wind speed values, which are simulated according to measured wind speed data, are used in order to create the dynamic models, and Matlab is chosen as the software environment for modelling and calculation processes. Promising results are taken out of the simulations for both in terms of energy efficiency and frequency control. The wind turbine model, which is using the CVT system, is observed to have slightly higher energy production and more importantly, no need for power electronics for frequency control. As an outcome of this study, it is possible to say that the CVT system is a candidate of being a research topic for future developments of the wind turbine technology.

Das Kolloquium Getriebetechnik findet seit 1995 im zweijährigen Turnus statt. Im aktuellen Tagungsband zum 9. Kolloquium in Chemnitz werden in 22 Fachbeiträgen aktuelle Lehr- und Forschungsschwerpunkte aus den Gebieten der Bewegungs-, Getriebe,- und Antriebstechnik, Berechnung und Simulation bis hin zu internetbasierten Wissensportalen vorgestellt. Besondere Themenschwerpunkte sind einerseits die aktuellen und zukünftigen Ausbildungsstrategien im Themengebiet der ungleichmäßig übersetzenden Getriebe an den Universitäten und Fachhochschulen. Andererseits werden die aktuellen F&E-Aktivitäten der einzelnen Professuren und Institute sowie Applikationen von Firmen präsentiert. Dabei stehen heute neben den mechatronischen Antriebssystemen auch verstärkt werkstofftechnisch bzw. bionisch geprägte Konzeptideen im Focus. Neben neuen und effizienten CAD-Lösungsstrategien zeigen die Beiträge ganzheitliche Lösungsansätze sowie den Einsatz der Mehrkörpersimulation und FEM im Umfeld der Getriebeentwicklung.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der indirekten Methoden zur automatisierten Lösung von einer bestimmten Klasse von Optimalen Steuerungsproblemen im Rahmen einer modellprädiktiven Regelung für Windenergieanlagen. In einem zweiten Teil wird der Einfluss dieser Regelungsmethode auf die Festigkeit des Triebstranges untersucht. Diese führt zu einer überproportionalen Beanspruchung und damit zu einer Reduktion der Betriebsfestigkeit. Es gilt entsprechende Randbedingungen für die der Regelung zugrunde liegenden Optimalen Steuerungsprobleme zu finden, so dass weiterhin die Energieausbeute maximiert werden kann, gleichzeitig jedoch die Beanspruchung durch die Regelung begrenzt wird.

Progressing constraints on green house gas emissions lead to a sustainability trend,which greatly a↵ects the transport sector. Nowadays, companies show increasing interest indeveloping sustainable solutions.This thesis has been started thanks to a project given by Sj¨or¨addningss¨allskapet, themost relevant association that performs sea rescue operations in Swedish waters.Sj¨or¨addningss¨allskapet would like to explore the possibility of making their rescue boat fleetentirely carbon-free, hence more sustainable.What may provide a suitable solution is an electric drive train with hybrid energy storage,composed by a battery pack and a fuel cell stack. The research question is whether it wouldbe feasible to combine fuel cell stacks and battery packs to provide power to a fast smallboat.From a sketch of a rescue boat, the drive train design for such boat is studied in itsintegrity, from the water jet pump to the battery and fuel cell systems.The required power has been calculated empirically, using data from online tests on waterjet boats. Di↵erent tests have been considered, resulting in a mean power curve and a meanconsumption curve and allowing comparison between the hybrid electric drive train withan internal combustion engine drive train.Three profiles of speed, power and consumption have been assumed for the calculation ofthe required energy and hence rate the energy storage system. A design has been proposedin terms of fuel cell capacity and battery capacity.The propulsion unit, composed by the electric machine and water jet, has been studied,focusing on di↵erent electric drive technologies. Few conclusions on both the weight andsustainability requirements are discussed.A sustainability analysis is carried out in terms of CO2 emissions, through a life cycleassessment accounting for the environmental impact of the system during the whole lifecycle, from cradle to grave. / Ökande begränsningar för utsläpp av växthusgaser leder till en hållbarhetsutveckling, vilket påverkar transportsektorn kraftigt. Nuförtiden visar företag ett ökande intresse för att utveckla hållbara lösningar.‌Denna avhandling har startats tack vare ett projekt som ges av Sjöräddningssällskapet, den viktigaste föreningen som utför havsräddningsinsatser i svenska vatten.Sjöräddningssällskapet vill undersöka möjligheten att göra deras räddningsbåtflotta helt emissionfri, och därmed mer hållbar.Det som kan ge en lämplig lösning är ett elektriskt drivsystem med hybrid energilagring, sammansatt av ett batteripaket och en bränslecell-stapel. Forskningsfrågan är om det skulle vara möjligt att kombinera bränslecellstaplar och batteripaket för att driva en snabb liten båt.Från en skiss av en räddningsbåt studeras designen för en sådan båt i dess integritet, från vattenstrålpumpen till batteri och bränslecellsystem.Den erforderliga kraften har beräknats empiriskt med hjälp av data från onlinetest av vattenstrålbåtar. Olika tester har beaktats, vilket resulterar i en genomsnittlig e↵ektkurva och en genomsnittlig förbrukningskurva och möjliggör en jämförelse mellan det hybridelektriska drivsystemet med ett förbränningsmotordrivsystem.Tre profiler av hastighet, e↵ekt och förbrukning har antagits för beräkning av den erforderliga energin och därmed för energilagringssystemet. En design har föreslagits vad gäller bränslecellkapacitet och batterikapacitet.Framdrivningsenheten, sammansatt av den elektriska maskinen och vattenstrålen, har studerats med fokus på olika elektriska drivtekniker. Några slutsatser om både vikten och hållbarhetskraven diskuteras.En hållbarhetsanalys utförs med avseende på koldioxidutsläpp genom en livscykelbedömningsom redovisar systemets miljöpåverkan under hela livscykeln, från vagga till grav.

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Im Rahmen der Arbeit wird eine Simulationsmethodik auf Grundlage der elastischen Mehrkörpersimulation dargestellt, welche eine Prognose des Körperschallverhaltens eines Bahnantriebs in einem Frequenzbereich bis 1 kHz ermöglichen soll. Randbedingung in der Modellbildung ist die Anwendbarkeit des Verfahrens im Entwicklungsprozess. Die vorgestellte Modellbildung der Anregung erfolgt für die mechanische Geräuschanregung aus den Zahneingriffen im Achsgetriebe. Für die Identifizierung dominanter Körperschallquellen wurde der Innenraumschall eines aktuellen Regionalzuges experimentell untersucht und ausgewertet. Weiterhin wurde das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs in einer Prüfstandsumgebung gemessen. Anhand der experimentellen Ergebnisse ist ein systematischer Vergleich zwischen Messung und Berechnung über dem gesamten Betriebsfeld des Antriebsstrangs möglich. Ein umfangreicher Messung-Rechnung-Vergleich der verzahnungsbedingten Anregungsfrequenzen zwischen gemessenen Oberflächenbeschleunigungen am Antrieb und den Berechnungsergebnissen zeigen eine akzeptable qualitative Übereinstimmung über dem Betriebsfeld. Die Anwendung des Berechnungsmodells für die akustische Auslegung des Antriebs ist somit möglich. Im Detail ergeben sich jedoch deutliche quantitative Abweichungen der Schwingwerte für einzelne Betriebspunkte. Sowohl die Analyse verschiedener Modellvarianten als auch eine Sensitivitätsstudie zeigen auf, dass die Modellbildung der Wälzlager, die Modellbildung und Parametrierung der Verzahnungsanregung und die Modellierung der Antriebswelle großen Einfluss auf die Ergebnisse haben und Ansatzpunkte für eine Verbesserung des Modells liefern.:1.1 Motivation 1.2 Problemstellung 1.3 Zielsetzung 1.4 Lösungsansatz und Abgrenzung 1.5 Wissenschaftliche Fragestellung und Gliederung der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 Historische Entwicklung der Modellbildung 2.2 Entwicklung von Mehrkörperformalismen 2.3 Berechnung von Antrieben mittels Mehrkörpersimulation 2.4 Analyse aktueller Ansätze der Körperschallberechnung mittels EMKS 2.5 Zusammenfassung und Bewertung 3 Modellbildung für die Körperschallberechnung 3.1 Modellbildung dynamischer Systeme 3.2 Finite-Elemente-Methode 3.3 Elastische Mehrkörpersysteme 3.4 Lineare Modellordnungsreduktion 3.5 Zeitschrittintegrationsverfahren 3.6 Sensitivitätsanalyse 4 Grundlagen der Akustik 41 4.1 Einführung 4.2 Akustik des Schienenfahrzeugs 4.3 Akustik von Zahnradgetrieben 4.4 Akustik von elektrischen Maschinen 5 Experimentelle Untersuchung des Versuchsfahrzeugs 5.1 Fragestellungen an die experimentelle Untersuchung 5.2 Versuchsablauf und Messgrößen 5.3 Messunsicherheit und Störeinflüsse 5.4 Untersuchte Fahrzyklen 5.5 Analyse des Innenraumgeräuschs 5.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 6 Experimentelle Untersuchung am Antriebsprüfstand 6.1 Fragestellungen an die experimentelle Untersuchung 6.2 Wahl der Beurteilungsgröße zur Körperschallcharakterisierung 6.3 Aufbau des untersuchten Antriebsstrangs 6.4 Versuchsaufbau und Messgrößen 6.5 Wendebetrieb und Drehrichtungsdefinition 6.6 Messunsicherheit und Störeinflüsse 6.7 Untersuchte Betriebsszenarien 6.8 Analyse der instationären Betriebszustände 6.9 Analyse der stationären Betriebszustände 6.10 Resonanzerscheinungen der Verzahnungsanregung bis 1000 Hz 6.11 Zusammenfassung der Ergebnisse 7 Aufbau des Berechnungsmodells 7.1 Zielstellung der Modellbildung 7.2 Anmerkung zur Wahl der Simulationsumgebung 7.3 Mehrkörpersimulation im erweiterten Frequenzbereich 7.4 Erläuterungen der Modelltopologie und Submodelltechnik 7.5 Modellierung der Wuchtgüte 7.6 Modellierung der Verzahnungsanregung 7.7 Modellierung der Elastomerelemente 7.8 Modellierung der Wälzlager 7.9 Modellierung der Wellen 7.10 Erstellungsprozess eines elastischen Körpers 7.11 Modellierung des Antriebsgehäuses als Finite-Elemente Modell 7.12 Experimentelle Modalanalyse am Antriebsgehäuse und Modellkorrelation 7.13 Anbindungsmodellierung am Beispiel des Antriebsgehäuses 7.14 Modellordnungsreduktion am Beispiel des Antriebsgehäuses 7.15 Verwendete Eigenmoden für die elastischen Körper 7.16 Dämpfungsparameter der elastischen Körper 7.17 Modellierung der Hohlwelle 7.18 Anmerkung zur Lasteinleitung und zum Prüfstandseinfluss 8 Analyse des Berechnungsmodells 8.1 Fragestellungen an die Analyse des Berechnungsmodells 8.2 Referenzmodellierung und Referenzlastfälle 8.3 Eigenschaften des Systemverhaltens und Plausibilitätskontrolle 8.4 Parametereinfluss der Zeitschrittintegration 8.5 Ausgewählte Sensitivitätsanalysen 9 Vergleich von Messung und Simulation 9.1 Vorgehen in der Beurteilung 9.2 Untersuchte Modellvarianten 9.3 Qualitativer Vergleich des Betriebsverhaltens 9.4 Quantitativer Vergleich stationärer Betriebszustände 9.5 Quantitativer Vergleich instationärer Betriebszustände 9.6 Zusammenfassung und Beurteilung 10 Zusammenfassung und Ausblick

The VCOST budgeting tool uses a drive cycle simulator to improve fuel economy predictions for vehicle fleets. This drive cycle simulator needs to predict the efficiency of various components of the vehicle's powertrain including any differentials. Existing differential efficiency models either lack accuracy over the operating conditions considered or require too great an investment. A fundamental model for differential efficiency is a cost-effective solution for predicting the odd behaviors unique to a differential. The differential efficiency model itself combines the torque balance equation and the Navier-Stokes equations with models for gear pair, bearing, and seal efficiencies under a set of appropriate assumptions. Comparison of the model with existing data has shown that observable trends in differential efficiency are reproducible in some cases to within 10% of the accepted efficiency value over a range of torques and speeds that represents the operating conditions of the differential. Though the model is generally an improvement over existing curve fits, the potential exists for further improvement to the accuracy of the model. When the model performs correctly, it represents an immense savings over collecting data with comparable accuracy. / text

Ausgangspunkt der Untersuchung ist die Frage, ob Hybridkonzepte auf hydrostatischer Grundlage eine realistische Alternative zu elektrohybriden Antriebskonfigurationen für Dieseltriebwagen sein können. Die Untersuchung dieser Fragestellung erfolgt mit Hilfe von Simulationsmodellen, die auf der 1-d-Simulationsumgebung Imagine.Lab AMESim beruhen. Zunächst wird die fahrdynamische und antriebstechnische Modellierung eines dieselhydraulischen Regionaltriebwagens unter Berücksichtigung einer energiesparenden Fahrweise dargestellt. Ausgehend von Massenbilanzen werden untereinander vergleichbare Hybridkonfigurationen auf hydrostatischer (Gasdruckspeicher), elektrostatischer (Doppelschichtkondensatoren) und elektrochemischer (Li-Ionen-Speicher) Basis entwickelt. Die Modellierung der hydraulischen und elektrischen Antriebsstränge wird eingehend diskutiert. Die abgeleiteten Hybridkonfigurationen werden anschließend bezüglich spezieller Fahrspiele und Betriebskonzepte detailliert untersucht, um auf dieser Grundlage günstige Parametrierungen der Systeme ableiten und die günstigste Betriebsstrategie identifizieren zu können. Anschließend wird eine umfangreiche Analyse des Verhaltens der verschiedenen Hybridkonfigurationen auf ausgewählten realen Nahverkehrsstrecken vorgenommen. Im Rahmen der durchgeführten Simulationen wird schließlich das Kraftstoffeinsparpotential in Abhängigkeit von Streckenprofil, Hybridkonfiguration und Zugart ermittelt und verglichen.

Ausgangspunkt der Untersuchung ist die Frage, ob Hybridkonzepte auf hydrostatischer Grundlage eine realistische Alternative zu elektrohybriden Antriebskonfigurationen für Dieseltriebwagen sein können. Die Untersuchung dieser Fragestellung erfolgt mit Hilfe von Simulationsmodellen, die auf der 1-d-Simulationsumgebung Imagine.Lab AMESim beruhen. Zunächst wird die fahrdynamische und antriebstechnische Modellierung eines dieselhydraulischen Regionaltriebwagens unter Berücksichtigung einer energiesparenden Fahrweise dargestellt. Ausgehend von Massenbilanzen werden untereinander vergleichbare Hybridkonfigurationen auf hydrostatischer (Gasdruckspeicher), elektrostatischer (Doppelschichtkondensatoren) und elektrochemischer (Li-Ionen-Speicher) Basis entwickelt. Die Modellierung der hydraulischen und elektrischen Antriebsstränge wird eingehend diskutiert. Die abgeleiteten Hybridkonfigurationen werden anschließend bezüglich spezieller Fahrspiele und Betriebskonzepte detailliert untersucht, um auf dieser Grundlage günstige Parametrierungen der Systeme ableiten und die günstigste Betriebsstrategie identifizieren zu können. Anschließend wird eine umfangreiche Analyse des Verhaltens der verschiedenen Hybridkonfigurationen auf ausgewählten realen Nahverkehrsstrecken vorgenommen. Im Rahmen der durchgeführten Simulationen wird schließlich das Kraftstoffeinsparpotential in Abhängigkeit von Streckenprofil, Hybridkonfiguration und Zugart ermittelt und verglichen.