Im Rahmen der Arbeit wurde das Potential von Magnesium für den Einsatz im Fahrwerk eines Automobils, am Beispiel der Querbrücke des Hinterachsträgers, ermittelt. Verschiedene Mg-Legierungen wurden im konventionellen und vakuumunterstützen Druckguss vergossen und der Al-Legierung vergleichend gegenübergestellt. Es wurden in einem ersten Schritt statische und zyklische Werkstoffkennwerte sowie Materialmodelle erforscht und bewertet. Verschiedene Lastfälle im Standard- und Sonderfahrbetrieb wurden durch statische und zyklische Betriebsfestigkeitssimulationen abgesichert. Konstruktive Bauteiloptimierungen waren notwendig um den Werkstoff Magnesium an die Anforderungen der Querbrücke anzupassen. Äußere Umwelteinflüsse im Fahrbetrieb machten ein Korrosionsschutzkonzept für die Querbrücke aus Magnesium notwendig. Untersucht wurden dabei verschiedene Maßnahmen zur Vermeidung von Kontakt- und Oberflächenkorrosion. Grundsätzlich scheint der Einsatz von Magnesium im Fahrwerk im Bereich mittlerer Betriebsbelastungen denkbar.

Werkstoff- und Prozessgrenzen beschränken unter Beachtung ökonomischer und ökologischer Aspekte den Leichtbau gegossener Fahrwerk-Komponenten aus Al-Si-Legierungen. Zunächst werden Bauteilgewicht und Wärmebehandlungsprozess als beeinflussbare Hauptbeitragsleister für Emissionen im Herstellprozess identifiziert. Zu deren Verringerung werden abhängig von der Belastungsart mögliche Mindestwandstärken abgeleitet, die für den Kokillenguss um 35 % reduziert werden. Dies gelingt durch Einsatz neuartiger, das Formfüllverhalten verbessernder Oberflächenstrukturierungen von Gießwerkzeugen bei Einhaltung von Konstruktionsregeln. Die Gesamtprozesszeit der Wärmebehandlung kann bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften um 40 % verkürzt werden. Dabei erfolgt die Charakterisierung des Werkstoff- und Bauteilverhaltens unter dynamischer Belastung bei Parametervariation, da keine Korrelation zu den statischen mechanischen Kennwerten vorliegt.

Um eine zielgerichtete Ableitung von Fahrzeugeigenschaften in frühen Entwicklungsphasen zu ermöglichen, ist eine Subsystemebene erforderlich, die eine konzeptunabhängige Auslegung des Gesamtfahrzeugverhaltens zulässt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue Methodik zur Auslegung von Fahrkomfort-Kennwerten auf Basis von Subsystemeigenschaften vorgestellt. Neben der Entwicklung eines geeigneten Modellansatzes, in dem die Subsysteme des Gesamtfahrzeugs durch Greybox-Modelle ohne Komponentenbezug miteinander verknüpft werden, stehen dabei auch dessen Parametrierung sowie die Integration der Methodik im Entwicklungsprozess im Vordergrund. Zur Ableitung der damit verbundenen physikalisch-mechanischen Zusammenhänge werden statische und dynamische Achsprüfstände sowie Simulationen eingesetzt. Die Anwendung der Methodik lässt eine gezielte Eigenschaftsableitung zwischen Gesamtfahrzeug-, Subsystem- und Komponentenebene im Fahrkomfort zu, bei der die Subsystemebene als neue Referenz für die Ableitung von Komponenteneigenschaften dient. Weiterhin erlaubt das Vorgehen eine eigenschaftsbasierte Vorauswahl optimaler Komponentenkonzepte sowie detaillierte Wettbewerbsanalysen. Dadurch wird eine nachhaltige Steigerung der Effizienz im Entwicklungsprozess des Fahrkomforts ermöglicht.

Kenntnisse über Parametereigenschaften und Charakteristiken von Flugzeugkomponenten sind eine wesentliche Grundlage für Methoden des Flugzeugentwurfs. Daher ist Ziel dieser Arbeit, statistische Merkmale und Kenngrößen einer für den Flugzeugbau und Entwurf relevanten Auswahl an Komponenten zu erschließen. Dabei wurden zunächst superkritische Tragflügelprofile hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften (relative Profildicke, Wölbung, Dickenrücklage, Wölbungsrücklage und der sogenannte "Leading Edge Sharpness Parameter") untersucht. Diese Eigenschaften wurden mit der Software XFLR5 aus einer Auswahl an superkritischen Profilgeometrien erhoben und mit grafischen und beschreibenden Statistikmethoden ausgewertet. Die Profile wiesen relative Wölbungen von 0 % bis 3,4 % auf, die Mehrzahl entfiel auf Wölbungen von 1 % bis 2 %. Die Wölbungsrücklagen zeigten die für superkritische Profile typische Lage im hinteren Profilbereich zwischen 70 % und 90 % der Profiltiefe. Die Dickenrücklagen verteilten sich um einen Mittelwert von 37 % der Profiltiefe. Eine Betrachtung von Flugzeugreifendimensionen sollte das Verhältnis von Reifenbreite zum Durchmesser w/d charakterisieren. Es wurde ein annähernd lineares Verhalten festgestellt. Die Werte des Parameters w/d umfassten einen Bereich von 0,3 bis 0,4. Durch Regressionsanalysen konnten auch die Abhängigkeiten des Parameters w/d von nur einer bekannten Reifendimension (Breite oder Durchmesser) aufgezeigt werden. Die im Rahmen dieser Arbeit dargestellten Erkenntnisse können als Grundlage weiterführender Untersuchungen genutzt werden.

An den automobilen Entwicklungsprozess werden zunehmend Anforderungen hinsichtlich der Verkürzung von Entwicklungszeiten, der Verringerung von Entwicklungskosten sowie der Verlagerung der Entwicklung hin zu frühen Entwicklungsphasen gestellt. Um diese Anforderungen zukünftig erfüllen zu können, ist es notwendig, geeignete Prozesse und Entwicklungsmethoden zu erarbeiten, die bereits in frühen Entwicklungsphasen zu robusten Konzepten führen. In der vorliegenden Arbeit wird dazu eine Fahrwerkauslegungsmethode für die Konzeptphase entwickelt, mit der es entsprechend des V-Entwicklungsmodells innerhalb von zwei Auslegungsschritten möglich ist, aus Gesamtfahrzeugeigenschaftszielen für Fahrdynamik und Fahrkomfort Subsystemziele für den Reifen, die Achskinematik und Achselastokinematik sowie für die Lenkung abzuleiten. Die entwickelte Auslegungsmethode basiert auf dem Target-Cascading-Ansatz und nutzt effektive Achscharakteristika, um die Wirkzusammenhänge innerhalb des Fahrwerks während der Auslegung aufzuzeigen. Mithilfe der in dieser Arbeit entwickelten Auslegungsmethodik ist ein wichtiger Beitrag zur zielgerichteten Ableitung von Fahrwerkeigenschaften geschaffen, der eine deutliche Verkürzung der Entwicklungszeiten und der damit einhergehenden Entwicklungskosten innerhalb der frühen Entwicklungsphase des Fahrwerks ermöglicht.:Vorwort und Danksagung Kurzfassung und Abstract Nomenklatur 1. Einführung 1.1. Motivation zur Entwicklung einer Fahrwerkauslegungsmethode für die Konzeptphase 1.2. Zielstellung und Struktur der Arbeit 1.3. Eingrenzung der Aufgabenstellung 2. Wissenschaftliche Grundlagen 2.1. Konzeptphase im Automobil-Entwicklungsprozess 2.2. Arbeitsraum des Fahrzeugs eines Normalfahrers 2.2.1. Fahrgeschwindigkeiten 2.2.2. Längs- und querdynamischer Arbeitsraum 2.2.3. Vertikaldynamischer Arbeitsraum 2.3. Objektivierung des Fahrverhaltens 2.3.1. Objektivierung der Längs- und Querdynamik 2.3.2. Objektivierung der Vertikaldynamik 2.4. Stand der Technik hinsichtlich Achsauslegungsmethoden 2.4.1. Klassische Auslegungsmethoden 2.4.2. Auslegungsmethoden auf Basis von Optimierungsalgorithmen 2.4.3. Wissensbasierte und strukturelle Auslegungsmethoden 2.4.4. Mischansätze 2.5. Zusammenfassung und Diskussion 3. Identifikation und Analyse relevanter Fahrwerkeigenschaften zur Integration in die Auslegungsmethode 3.1. Untersuchung der Subsystemeigenschaften der elektromechanischen Lenkung 3.2. Untersuchung der Subsystemeigenschaften der Achsen 3.2.1. Kinematische Achseigenschaften 3.2.2. Elastokinematische Achseigenschaften 3.2.3. Dämpfungseigenschaften der Achse 3.3. Untersuchung der Subsystemeigenschaften des Reifens 3.4. Zusammenfassung 4. Aufbau eines analytisch-physikalischen Wirkkettenverständnisses zwischen Gesamtfahrzeug- und Subsystemverhalten 4.1. Ableitung von Einfachmodellen zur Beschreibung der analytischen Wirkzusammenhänge 4.1.1. Einfachmodell zur Beschreibung der querdynamischen Wirkzusammenhänge 4.1.2. Einfachmodell zur Beschreibung der längs- und vertikaldynamischen Wirkzusammenhänge 4.2. Validierung der Einfachmodelle 4.2.1. Validierung des Einfachmodells zur Beschreibung der Querdynamik 4.2.2. Validierung des Einfachmodells zur Beschreibung der Längs- und Vertikaldynamik 4.3. Zusammenfassung 5. Entwicklung einer Achsauslegungsmethode für die Konzeptphase der Fahrwerkentwicklung 5.1. Strukturierung des Auslegungsprozesses 5.1.1. Definition und Herleitung der effektiven Achscharakteristika 5.1.2. Aufbau und Eigenschaften der effektiven Achscharakteristika 5.2. Detaillierung der Auslegungsmethode 5.2.1. Definition der objektiven Gesamtfahrzeugeigenschaften 5.2.2. Auslegung in Schritt 1 5.2.3. Auslegung in Schritt 2 5.2.4. Umsetzbarkeit der abgeleiteten Subsystemeigenschaften 5.3. Erweiterung und Automatisierung der Auslegungsmethode 5.3.1. Grundprinzip des Solution-Space-Algorithmus 5.3.2. Anpassung und Integration des Solution-Space-Algorithmus in die Achsauslegungsmethode 5.4. Zusammenfassung 6. Untersuchung und Evaluation der Achsauslegungsmethode anhand einer Beispielauslegung 6.1. Zielwertdefinition auf Basis einer Wettbewerbsanalyse 6.1.1. Längsdynamik 6.1.2. Querdynamik 6.1.3. Vertikaldynamik 6.1.4. Zusammenfassung der Zielanforderungen 6.2. Beispielauslegung auf Basis der manuellen Achsauslegungsmethode 6.2.1. Auslegung in Schritt 1 6.2.2. Auslegung in Schritt 2 6.2.3. Ergebnis der Auslegung, Umsetzbarkeit und Zielerreichung 6.3. Beispielauslegung auf Basis der erweiterten automatisierten Achsauslegungsmethode 6.3.1. Auslegung in Schritt 1 6.3.2. Auslegung in Schritt 2 6.4. Vergleich zu bisherigen Methoden 6.5. Zusammenfassung 7. Zusammenfassung und Handlungsempfehlung Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang A.1. Konzepteigenschaften des Beispielfahrzeugs A.2. Kinematische Achseigenschaften des Beispielfahrzeugs A.3. Elastokinematische Achseigenschaften des Beispielfahrzeugs A.3.1. Einfluss der Längskraft auf die Radstellung A.3.2. Einfluss des Spinmoments auf die Radstellung A.3.3. Einfluss der Seitenkraft und des Sturzmoments auf die Radstellung A.3.4. Einfluss des Rückstellmoments auf die Radstellung A.3.5. Einfluss der Vertikalkraft auf die Radstellung A.4. Erstellung eines Allgemeinmodells zur Beschreibung des Fahrverhaltens A.5. Herleitung der verwendeten Simulationsmodelle A.5.1. Einfachmodell zur Beschreibung der Querdynamik A.5.2. Einfachmodell zur Beschreibung der Längs- und Vertikaldynamik A.6. Ableitung der Übersetzungen und Nachgiebigkeiten A.7. Vergleich des Fahrzeugverhaltens vor und nach der Auslegung mithilfe der entwickelten Auslegungsmethode

The following article describes the development, validation and series introduction of a novel highly integrated smart electrohydraulic 4-quadrant displacement machine. Starting in 2012, an unique unit consisting of a hydraulic internal gear machine combined with a newly developed electric machine with integrated electronic unit was created. The developed unit aims at the application in fully active automotive chassis in combination with hydraulic shock absorbers. The very special requirements of this application resulted in a new development with numerous detailed solutions which are described below. Parallel and interacting with the product development, all new series assembly and testing devices tailored to this product was developed.

Currently the system development of aircraft engineering concentrates its focus on the reduction of energy consumption more than ever before. As a consequence, the efficiency of subsystems inside the aircraft is highlighted. According to previous investigations the simplification/unification of conventional multifaceted board energy systems by means of electric power management is the most promising way concerning aircraft global efficiency improvement. The main aim of the present work was to optimize a multi-device, heavy duty EHA-System by introducing of a comprehensive perspective. In order to achieve the final, non-plus-ultra improvement level, the attributes of architecture, hardware and operation method were combined in an interactive manner, whereas particular attention has been paid to the mutual enhancing influences. The maximum reduction of losses, the minimizing of consumption and weight optimization can be achieved concurrently when the physical coherences between the involved subsystems are understood and their hidden potentials are exploited. This can only be achieved in one way and the detail follows: The most effective way to reduce both manufacturing effort and weight is to introduce a multiple-allocation philosophy. The highest reliability possible can be achieved by novel cascade-nested system architecture and strict restraining of the control logic. By employing an ultra-low-loss hardware concept, the energy efficiency can be maximized at a necessary minimum own weight. Last but not least, possibly the most important cognition is that an intelligent operation method will improve the actual system and influence the entire system positively and with a lower effort. The final conclusion is that the only and reasonable way to achieve an ultimate optimized solution of an actuation system is an all-encompassing consideration. Eventually it was to recognize that the final result is nothing but ultimate lightweight architecture, i.e. a non-plus-ultra solution. / Gegenwärtig konzentriert sich die Technologieentwicklung für Flugzeuge auf die Reduktion des Energieverbrauchs mehr denn je zuvor. Hierfür ist die Effizienz der an Bord befindlichen, nicht propulsiven Subsysteme neben der Wirkungsgradverbesserung der Triebwerke von zentraler Bedeutung. Laut vorangegangenen Untersuchungen und Studien ist die Vereinfachung bzw. Vereinheitlichung der Vielfalt der konventionellen Bordenergiesysteme durch ein adäquates Energiemanagement unter Verwendung von Elektrizität der aussichtsreichte Weg zur Effizienzverbesserung auf der Gesamtflugzeugebene. Durch die Elektrifizierung wurden die einzelnen Geräte zwar zuverlässiger und energieeffizienter als je zuvor aber gleichzeitig erheblich schwerer, sodaß ein signifikanter Verlust an Nutzlasten auf Gesamtflugzeugebene hervorgerufen wird. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Schwerlast-EHA-System mit mehrfachen Betätigungseinheiten durch Einführung von umfassenden Perspektiven zu optimieren. Durch Einführung der sog. ganzheitlichen Leichtbauweise demonstriert die Arbeit, wie das Subsystem mit mehreren Endgeräten ultimativ optimiert werden kann, ohne Abstriche an Gewichtsbilanz u/o Kompromiß mit der Energieeffizienz zu machen. Um eine wahrhaftige Optimierung, d.h. die Erreichung des ultimativen, Nonplusultra-Verbesserungslevels zu erreichen, wurden die Systemarchitektur, die Hardware und die Operationsmethode interaktiv kombiniert, wobei die besondere Aufmerksamkeit auf die interaktiven, zur Verbesserung führenden Einflüsse gelegt wurde. Die Minimierung des Energieverbrauchs und die ultimative Gewichtsoptimierung gleichzeitig können erreicht werden, wenn die physikalischen Zusammenhänge zwischen den involvierten Subsystemen verstanden und ihre verborgenen Potentiale ausgenutzt werden. Der einzige und vernünftige Weg zur Erreichung der ultimativen Optimierung eines Betätigungssystems ist eine allumfassende Betrachtung, also eine ganzheitliche Betrachtungs- bzw. Vorgehensweise.

Um eine zielgerichtete Ableitung von Fahrzeugeigenschaften in frühen Entwicklungsphasen zu ermöglichen, ist eine Subsystemebene erforderlich, die eine konzeptunabhängige Auslegung des Gesamtfahrzeugverhaltens zulässt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine neue Methodik zur Auslegung von Fahrkomfort-Kennwerten auf Basis von Subsystemeigenschaften vorgestellt. Neben der Entwicklung eines geeigneten Modellansatzes, in dem die Subsysteme des Gesamtfahrzeugs durch Greybox-Modelle ohne Komponentenbezug miteinander verknüpft werden, stehen dabei auch dessen Parametrierung sowie die Integration der Methodik im Entwicklungsprozess im Vordergrund. Zur Ableitung der damit verbundenen physikalisch-mechanischen Zusammenhänge werden statische und dynamische Achsprüfstände sowie Simulationen eingesetzt. Die Anwendung der Methodik lässt eine gezielte Eigenschaftsableitung zwischen Gesamtfahrzeug-, Subsystem- und Komponentenebene im Fahrkomfort zu, bei der die Subsystemebene als neue Referenz für die Ableitung von Komponenteneigenschaften dient. Weiterhin erlaubt das Vorgehen eine eigenschaftsbasierte Vorauswahl optimaler Komponentenkonzepte sowie detaillierte Wettbewerbsanalysen. Dadurch wird eine nachhaltige Steigerung der Effizienz im Entwicklungsprozess des Fahrkomforts ermöglicht.

This paper presents a mathematical model to predict the distribution of yarn tension and the balloon shape as a function of spindle speed in the ring spinning process. The dynamic yarn path from the delivery rollers to the winding point on the cop has been described with a non-linear differential equation system. These equations have been integrated with a Runge–Kutta method using MATLAB software. Since the numerical solution of the equations strongly depends on initial values, an algorithm of sensitivity analysis has been developed to predict the right choice of initial values in order to find a stable solution. For model validation purposes, the yarn tension has been measured between delivery rollers and yarn guide. Furthermore, a high-speed camera has been used to capture the balloon shape at different spindle angular velocities in order to compare the theoretically determined balloon shape with the one that actually occurs on the machine.