Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der Dämpfungsmechanismen partikelgefüllter Hohlkugelstrukturen und die Charakterisierung ihres Dämpfungsvermögens, um werkstoffgerechte Konstruktionen zur Schwingungsdämpfung zu ermöglichen. Seit die Reduktion der Masse bewegter Baugruppen zur Reduktion des Energieverbrauchs von Maschinen in den Fokus der Entwicklung im Maschinenbau gerückt ist, und gleichzeitig der Anspruch an die Genauigkeit und Oberflächengüte der zu fertigenden Bauteile steigt, hat sich die Dämpfung mechanischer Schwingungen von einem dem Komfort dienenden Thema zu einer essentiellen Aufgabe vor allem in der Konstruktion von Werkzeugmaschinen gewandelt. In der Literatur werden viele Verfahren zur aktiven, semiaktiven und passiven Dämpfung mechanischer Schwingungen diskutiert. Industriell etabliert haben sich bisher hauptsächlich Verfahren, die auf der Dämpfung im Gefüge der Werkstoffe beruhen. Zur Aktivierung der Dämpfungsmechanismen im Gefüge ist immer eine Verformung des Werkstoffs notwendig. Die in der Arbeit untersuchten partikelgefüllten Hohlkugeln dagegen ermöglichen eine Starrkörperdämpfung. Ausgehend von der Erfahrung, dass eine fallen gelassene partikelgefüllte Hohlkugel kaum oder gar nicht hüpft, wurde ein Verfahren zur Messung der Dämpfungsfähigkeit von Einzelkugeln entwickelt. Es wurden die Parameter der partikelgefüllten Hohlkugeln identifiziert, die durch ihre Veränderung Rückschlüsse auf deren Dämpfungswirkung erwarten ließen. Von den Eigenschaften der Partikel, über technologische Messungen an den Pulvern, die Messung des Dämpfungsvermögens der Einzelkugel und der Dämpfung von Probekörpern bis hin zum Einsatz im Frässchlitten einer Beispielmaschine wurde das Dämpfungsverhalten des realen Werkstoffs untersucht. Durch die Abschätzungen anhand eines Modellsystems wurde eine vertiefte Vorstellung der in den partikelgefüllten Hohlkugeln ablaufenden Vorgänge erreicht. Anhand eines Frässchlittens einer Beispielmaschine konnte die Schwingungsdämpfung im Leichtbau nachgewiesen werden.:1 Einleitung 5 2 Literatur und Stand der Technik 7 2.1 Dämpfung mechanischer Schwingungen 7 2.1.1 Begriffsbestimmungen 7 2.1.2 Dämpfung im Gefüge von Werkstoffen 9 2.1.3 Besonderheiten der Dämpfung in zellularen metallischen Werkstoffen (ZMW) 13 2.1.4 Dämpfung durch Reibung zwischen Bauteilen 15 2.1.5 Modelluntersuchungen an Schlag- und Partikeldämpfern 15 2.1.6 Reibung in Pulvern und Schüttgütern 21 2.2 Kombination von Leichtbau und Schwingungsdämpfung im Maschinenbau 29 2.2.1 Notwendigkeit und Potential 29 2.2.2 Sandwichbauweise 29 2.3 Technologie 35 2.3.1 Herstellung ungefüllter Hohlkugeln und Hohlkugelstrukturen 35 2.3.2 Herstellung gefüllter Hohlkugeln im Labormaßstab 37 3 Ziel der vorliegenden Arbeit 39 4 Methoden 41 4.1 Probenherstellung 41 4.1.1 Ausgangsmaterialien 41 4.1.2 Beschichtung 42 4.1.3 Entbinderung und Sinterung 43 4.1.4 Partikelgefüllte keramische Hohlkugeln 44 4.1.5 Herstellung von Probekörpern 45 4.2 Charakterisierungsmethoden 47 4.2.1 Pulvercharakterisierung 47 4.2.2 Dämpfung von Einzelkugeln 52 4.2.3 Resonanzfrequenz – Dämpfungsanalyse (RFDA) 54 5 Ergebnisse 58 5.1 Partikelbewegung in gefüllten Hohlkugeln 58 5.2 Dämpfungspulver 61 5.2.1 Partikelform 61 5.2.2 Partikelgrößenverteilung 62 5.2.3 Pulverdichten 64 5.2.4 Veränderung der Partikeloberfläche 66 5.3 Dämpfung bei geringem Energieeintrag 67 5.4 Dämpfung der Partikel bei hohem Energieeintrag 69 5.4.1 Einfluss der Hausnerzahl 69 5.4.2 Einfluss der Fähigkeit zur Fluidisierung 71 5.4.3 Abhängigkeit vom Masseverhältnis 75 5.4.4 Abhängigkeit von der Partikelgröße 76 5.4.5 Abhängigkeit von der spezifischen Oberfläche 78 5.4.6 Abhängigkeit von der Kugelschale 79 5.5 Dämpfung von Bauteilen 81 5.5.1 Dämpfung von Probekörpern in Abhängigkeit von der Dämpfung der Einzelkugeln 81 5.5.2 Dämpfung von Probekörpern in Abhängigkeit vom Masseverhältnis Partikel – Probekörper 83 5.5.3 Volumenanteil der Einzelkugeln im Probekörper 84 5.5.4 Dämpfung in Abhängigkeit von der Anzahl der Dämpfungszentren 85 6 Diskussion 87 6.1 Analyse der Bewegungszustände der Partikel 87 6.2 Analyse der wirkenden Kräfte 89 6.3 Modellierung der Dämpfung 93 6.4 Folgerungen aus dem Modell 94 6.5 Vergleich mit experimentellen Ergebnissen 98 6.5.1 Energiedissipation im Pulverbett 99 6.5.2 Fluidisierung des Pulverbettes 100 6.5.3 Gasartige Partikelbewegung 102 6.5.4 Füllgrad 103 6.5.5 Dämpfung im Verbundwerkstoff 106 6.6 Abschätzungen zur Bauteildämpfung 108 6.7 Anwendungsbeispiel Frässchlitten 109 6.7.1 Technische Ergebnisse 109 6.7.2 Kostenabschätzung im Manufakturbetrieb 113 7 Zusammenfassung 117 8 Danksagung 120 9 Anhang 122 9.1 Literaturverzeichnis 122 9.2 Berechnungen 130 9.2.1 Berechnung der Stoßzahl 130 9.2.2 Partikeloberfläche pro Hohlkugel 130 9.2.3 Füllgrad von Einzelkugeln 132 9.3 Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole 135 9.4 Verzeichnis der Abbildungen 139

Als Teilprojekt des Themenkreises III "Transitionskontrolle" des Schwerpunkt-Forschungsprogramms "Transition" der Deutschen Forschungsgemeinschaft, konzentriert sich diese Arbeit auf experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum laminar-turbulenten Grenzsichtumschlag. Die Experimente wurden in der Grenzschicht einer ebenen, parallel angeblasenen, hydraulisch glatten Platte durchgeführt. Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Abhängigkeit der Entwicklung der Instabilitäten, der sogenannten Tollmien-Schlichting Wellen, von deren Schräglaufwinkel zur Plattenvorderkante. Weiterhin wird der Einfluss zahlreicher Parameter wie z.B. des Schalldruckpegels und der Anregungsfrequenz diskutiert. Die Anregung der Tollmien-Schlichting Wellen erfolgte über periodisches Ausblasen / Ansaugen von Luft durch oberflächenbündige Schlitze quer zur Strömungsrichtung. Mit einem zeitlich hochauflösenden, restlichverstärkendem Kamerasystem konnten Aufnahmen der Strömungsvisualisierung erzielt werden, die unter anderem die zeitliche Entwicklung von Wirbelstrukturen (Lambda- Wirbel) zeigen. Zur Analyse der experimentell gewonnen Daten werden vergleichend Berechnungen nach der "Linearen Stabilitätstheorie" diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Untersuchungen zur aktiven Transitionskontrolle. Dabei wird der künstlich angeregten Tollmien Schlichting Welle eine gegenphasige Störwelle stromab überlagert. Es konnte nachgewiesen werden, das mit diesem Verfahren entsprechend des Superpositionsprinzips, die anfängliche Störamplitude der Tollmien Schlichting Welle deutlich reduziert wird. Es kommt zu einer fast vollständigen Störauslöschung. Untersuchungen im Nahfeld der Störeinkopplung, sowohl im Bereich der Anregnung als auch der gegenphasigen Dämpfungseinkopplung, zeigen deren Auswirkung auf die Entwicklung der Grenzschicht. / A sub-project of the working group III, "Transition Control" of the German Research Community's project "Transition", this paper is focused on experimental fundamental investigations in the field of laminar-turbulent transition. The experiments were carried out in the boundary layer of a flat plat with tangential blowing. The main topic is the development of instabilities, or so-called Tollmien-Schlichting Waves (TSWs), based on the oblique angle between the TSWs and the leading edge. In addition the influence of other parameters, including the sound-pressure level and the frequency of the TSWs are discussed. The instabilities are initialised by suction and blowing through flush, oblique slots in the surface of a flat plate. Pictures of the flow visualisation, recorded with a high-speed camera system, show the time-resolved development of structures (Lamda-Vortices) within the boundary layer. In order to analyse the experimental data, a comparison is made between it and numerical calculations corresponding to the Linear Instability Theory. Another main topic is the investigation of the active transition control. According to the Super Position Principle a second wave with opposite phase is superimposed on the TSW. It can be demonstrated that this technique works with oblique waves too. The initialised instabilities can almost completely be cancelled out. Investigations very close to the initialising slots of the TSW with a high special resolution show their influence on the development of the boundary layer.

Im Forschungsprojekt wurde eine Bauweise für ein modular aufgebautes und flexibel einsetzbares Gestellsystem entwickelt, welches durch integrativen Leichtbau den vorteilhaften Einsatz von Holzfurnierlagenverbund-werkstoffen (WVC) für Verarbeitungs- und Fördermaschinen ermöglicht. Die ingenieurtechnisch relevanten Eigen-schaften des Holzbasiswerkstoffs (u.a. strukturelle Dämpfungseigenschaft) wurden ermittelt und darauf aufbauend ein Profil als Strukturelement des Gestellsystems entwickelt. Hier lag besonderes Augenmerk auf der Gestaltung des Profilquerschnitts. Es wurden verschiedene Querschnittsgeometrien vergleichend untersucht, wobei sich ein ge-schlossenes Kastenprofil als günstig erwies. Ausgehend vom entwickelten Profil wurde die für ein modulares Sys-tem notwendige Verbindungstechnik konzipiert. Folgend wurde schrittweise die modulare Bauweise in Strukturein-heiten umgesetzt sowie parallel Untersuchungen zu Steifigkeit und Festigkeit der Profile fortgeführt. Während der Erprobung von Struktureinheiten unter praxisnahen Bedingungen wurden gewisse konstruktive Verbesserungspo-tentiale deutlich. Diese Änderungen sowie die gewonnenen Erkenntnisse aus der Material- und Strukturprüfung kamen im Prototyp zur Umsetzung. Schallpegelprofile verschiedener fördertechnischer Anlagen und des entwickel-ten Prototypen wurden abschließend aufgenommen und verglichen. / Aim of the present study was to develop a modular designed and widely employable rack system. Positive properties of wood based materials (WVC) in lightweight structures were identified and integrated for the application in fabri-cation and conveyer technologies. For this purpose relevant properties of wood materials had been investigated (e.g. damping properties). The results of these analyses were the basis for the development of a beam profile, the basic structural design element for the future rack system. The most effort was put into finding the optimal beam cross section. Several different cross sections had been compared, a square sectional beam profile showed the best per-formance. Based on the square sectional beam profile proper connection methods for the modular rack were devel-oped. Structural units were subsequently realized step by step, while the investigation of stiffness and strength of the profiles was continued. The testing of the structural units under simulated field conditions revealed some minor constructional improvement capabilities. The constructional improvements and the knowledge from the material and profile testing were put into practice in the prototype. Finally sound measurements were carried out to compare several conveyors made of different materials (including the prototype) in respect to the emitted sound level.

This paper presents an active component damage reducing control approach for driving manoeuvres of a wheel loader. For this purpose, the front and rear axle loads will be manipulated by force pulses induced into the machine chassis via the lifting cylinders of the function drive. The associated control approach is based on the principles of Reinforcement Learning. The essential advantage of such methods against linear control approaches is that no descriptive system properties are required, but the algorithm automatically determines the system behaviour. Due to the high number of necessary training runs, the algorithm is designed and taught using a validated wheel loader simulation model. After over 850 training runs, an optimal strategy for damping the axle loads could not yet be determined. In spite of the unprecedented convergence, initial improvements of the damage values have already been achieved on tracks that deviate from the training track. Some of these results show a 4.9 % lower component damage compared to a machine setting with no damping system. The results and limits of this strategy are discussed due to a comparison with other scientific active vibration damping approaches. Currently, a linear control method (P-PI-controller) has a higher damage reduction potential, but it is expected that further training runs and another learning algorithm could make the reinforcement learning approach even more effective. Coupling the linear control method with the selflearning approach shows the highest potential for the axle damage reduction.

Als Teilprojekt des Themenkreises III "Transitionskontrolle" des Schwerpunkt-Forschungsprogramms "Transition" der Deutschen Forschungsgemeinschaft, konzentriert sich diese Arbeit auf experimentelle Grundlagenuntersuchungen zum laminar-turbulenten Grenzsichtumschlag. Die Experimente wurden in der Grenzschicht einer ebenen, parallel angeblasenen, hydraulisch glatten Platte durchgeführt. Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Abhängigkeit der Entwicklung der Instabilitäten, der sogenannten Tollmien-Schlichting Wellen, von deren Schräglaufwinkel zur Plattenvorderkante. Weiterhin wird der Einfluss zahlreicher Parameter wie z.B. des Schalldruckpegels und der Anregungsfrequenz diskutiert. Die Anregung der Tollmien-Schlichting Wellen erfolgte über periodisches Ausblasen / Ansaugen von Luft durch oberflächenbündige Schlitze quer zur Strömungsrichtung. Mit einem zeitlich hochauflösenden, restlichverstärkendem Kamerasystem konnten Aufnahmen der Strömungsvisualisierung erzielt werden, die unter anderem die zeitliche Entwicklung von Wirbelstrukturen (Lambda- Wirbel) zeigen. Zur Analyse der experimentell gewonnen Daten werden vergleichend Berechnungen nach der "Linearen Stabilitätstheorie" diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Untersuchungen zur aktiven Transitionskontrolle. Dabei wird der künstlich angeregten Tollmien Schlichting Welle eine gegenphasige Störwelle stromab überlagert. Es konnte nachgewiesen werden, das mit diesem Verfahren entsprechend des Superpositionsprinzips, die anfängliche Störamplitude der Tollmien Schlichting Welle deutlich reduziert wird. Es kommt zu einer fast vollständigen Störauslöschung. Untersuchungen im Nahfeld der Störeinkopplung, sowohl im Bereich der Anregnung als auch der gegenphasigen Dämpfungseinkopplung, zeigen deren Auswirkung auf die Entwicklung der Grenzschicht. / A sub-project of the working group III, "Transition Control" of the German Research Community's project "Transition", this paper is focused on experimental fundamental investigations in the field of laminar-turbulent transition. The experiments were carried out in the boundary layer of a flat plat with tangential blowing. The main topic is the development of instabilities, or so-called Tollmien-Schlichting Waves (TSWs), based on the oblique angle between the TSWs and the leading edge. In addition the influence of other parameters, including the sound-pressure level and the frequency of the TSWs are discussed. The instabilities are initialised by suction and blowing through flush, oblique slots in the surface of a flat plate. Pictures of the flow visualisation, recorded with a high-speed camera system, show the time-resolved development of structures (Lamda-Vortices) within the boundary layer. In order to analyse the experimental data, a comparison is made between it and numerical calculations corresponding to the Linear Instability Theory. Another main topic is the investigation of the active transition control. According to the Super Position Principle a second wave with opposite phase is superimposed on the TSW. It can be demonstrated that this technique works with oblique waves too. The initialised instabilities can almost completely be cancelled out. Investigations very close to the initialising slots of the TSW with a high special resolution show their influence on the development of the boundary layer.

Im Forschungsprojekt wurde eine Bauweise für ein modular aufgebautes und flexibel einsetzbares Gestellsystem entwickelt, welches durch integrativen Leichtbau den vorteilhaften Einsatz von Holzfurnierlagenverbund-werkstoffen (WVC) für Verarbeitungs- und Fördermaschinen ermöglicht. Die ingenieurtechnisch relevanten Eigen-schaften des Holzbasiswerkstoffs (u.a. strukturelle Dämpfungseigenschaft) wurden ermittelt und darauf aufbauend ein Profil als Strukturelement des Gestellsystems entwickelt. Hier lag besonderes Augenmerk auf der Gestaltung des Profilquerschnitts. Es wurden verschiedene Querschnittsgeometrien vergleichend untersucht, wobei sich ein ge-schlossenes Kastenprofil als günstig erwies. Ausgehend vom entwickelten Profil wurde die für ein modulares Sys-tem notwendige Verbindungstechnik konzipiert. Folgend wurde schrittweise die modulare Bauweise in Strukturein-heiten umgesetzt sowie parallel Untersuchungen zu Steifigkeit und Festigkeit der Profile fortgeführt. Während der Erprobung von Struktureinheiten unter praxisnahen Bedingungen wurden gewisse konstruktive Verbesserungspo-tentiale deutlich. Diese Änderungen sowie die gewonnenen Erkenntnisse aus der Material- und Strukturprüfung kamen im Prototyp zur Umsetzung. Schallpegelprofile verschiedener fördertechnischer Anlagen und des entwickel-ten Prototypen wurden abschließend aufgenommen und verglichen. / Aim of the present study was to develop a modular designed and widely employable rack system. Positive properties of wood based materials (WVC) in lightweight structures were identified and integrated for the application in fabri-cation and conveyer technologies. For this purpose relevant properties of wood materials had been investigated (e.g. damping properties). The results of these analyses were the basis for the development of a beam profile, the basic structural design element for the future rack system. The most effort was put into finding the optimal beam cross section. Several different cross sections had been compared, a square sectional beam profile showed the best per-formance. Based on the square sectional beam profile proper connection methods for the modular rack were devel-oped. Structural units were subsequently realized step by step, while the investigation of stiffness and strength of the profiles was continued. The testing of the structural units under simulated field conditions revealed some minor constructional improvement capabilities. The constructional improvements and the knowledge from the material and profile testing were put into practice in the prototype. Finally sound measurements were carried out to compare several conveyors made of different materials (including the prototype) in respect to the emitted sound level.

Fibre reinforced plastics (FRP) are increasingly employed in structural parts of the automotive, aviation and aerospace as well as railway industries. For those applications a heavily loaded, as well as crash and safety relevant force translation component is developed. This Hybrid-Insert consists of SMC and a metal insert, and is based on modular assembly through standard elements. The galvanic insulation of the metal insert by the SMC provides an excellent corrosion protection. The couplingstrength of the metal insert moulded into the SMC fulfills the tensile requirements of a M10 10.9 screw fit by VDI 2230 standards. Additionally the component provides a high degree of energy absorption and a gradual failure process. / Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden zunehmend in Strukturbauteilen der Automobil-,der Luft- und Raumfahrt- sowie der Schienenfahrzeugindustrie eingesetzt. Für diese Anwendungen wird ein hochbelastetes sowie crash- und sicherheitsrelevantes Krafteinleitungselement entwickelt. Dieses Hybrid-Insert, bestehend aus SMC und einem Metalleinsatz, ist modular aus Standardkomponenten aufgebaut. Die galvanische Isolation des Metalleinsatzes durch das SMC bietet für diesen einen hervorragenden Korrosionsschutz. Die Verankerungsfestigkeit des Metalleinsatzes im SMC genügt den Anforderungen einer M10 10.9 Verschraubung nach VDI 2230. Zusätzlich zeichnet sich das Krafteinleitungselement durch eine hohe Energieabsorption und ein gutmütiges Versagen aus.

Fibre reinforced plastics (FRP) are increasingly employed in structural parts of the automotive, aviation and aerospace as well as railway industries. For those applications a heavily loaded, as well as crash and safety relevant force translation component is developed. This Hybrid-Insert consists of SMC and a metal insert, and is based on modular assembly through standard elements. The galvanic insulation of the metal insert by the SMC provides an excellent corrosion protection. The couplingstrength of the metal insert moulded into the SMC fulfills the tensile requirements of a M10 10.9 screw fit by VDI 2230 standards. Additionally the component provides a high degree of energy absorption and a gradual failure process. / Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) werden zunehmend in Strukturbauteilen der Automobil-,der Luft- und Raumfahrt- sowie der Schienenfahrzeugindustrie eingesetzt. Für diese Anwendungen wird ein hochbelastetes sowie crash- und sicherheitsrelevantes Krafteinleitungselement entwickelt. Dieses Hybrid-Insert, bestehend aus SMC und einem Metalleinsatz, ist modular aus Standardkomponenten aufgebaut. Die galvanische Isolation des Metalleinsatzes durch das SMC bietet für diesen einen hervorragenden Korrosionsschutz. Die Verankerungsfestigkeit des Metalleinsatzes im SMC genügt den Anforderungen einer M10 10.9 Verschraubung nach VDI 2230. Zusätzlich zeichnet sich das Krafteinleitungselement durch eine hohe Energieabsorption und ein gutmütiges Versagen aus.