Automatisierungstechnik-Wirtschaft
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Konzept zur Echtzeit-Kopplung automobiler Steuergeräte an ein Prüfstands-Automatisierungssystem
(2017)
Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines Konzepts zur Verbesserung der Bedienung bzw. Flexibilität einer vorhandenen Prüfstandsanlage für Antriebsstrangkomponenten durch den Einsatz einer Schnittstelle zur automatisierten Bedatung von Steuergeräten sowie des neuentwickelten CAN FD-Bussystems. Im Zuge dessen wird unter anderem den Fragen nachgegangen inwiefern die automatisierte Bedatung eines Steuergeräts umgesetzt werden kann bzw. welche Erneuerungen und Möglichkeiten die Entwicklung des CAN FD-Protokolls in Bezug auf die moderne Prüfstandstechnik mit sich gebracht hat. Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen der digitalen Bustechnik, die wesentlichen Bussysteme in der Fahrzeugtechnik, die vollständige ASAM-Standardreihe sowie die unterschiedlichen Automatisierungsschnittstellen erläutert. Anhand der erarbeiten Informationen zu diesen Schnittstellen wird im Anschluss die Einsatztauglichkeit beurteilt und damit der Ausgangspunkt für die weiteren Abschnitte der Arbeit geschaffen. Im zweiten Teil werden die gesetzten Ziele der Arbeit, gemäß den erarbeiteten Themen, behandelt. Dazu wird die zuvor gewählte Schnittstelle in Betrieb genommen, darauffolgend eine LabVIEW-Clientanwendung erstellt und mittels dieser Anwendung verschiedene Funktionstests, die der Beurteilung des Interfaces zugrunde liegen, durchgeführt. Darüber hinaus werden die Eigenschaften der Bussysteme CAN FD, CAN und FlexRay verglichen und dementsprechend die Unterschiede wie auch die Einsatzmöglichkeiten dieser Protokolle abgeleitet. Daneben werden die benötigten Hardwarekomponenten für einen möglichen Einsatz von CAN FD im Prüfstandsbetrieb betrachtet und untersucht. Schlussendlich konnte aufgrund der erarbeiteten Themen bzw. durchgeführten Funktionstests festgestellt werden, dass die automatisierte Bedatung automobiler Steuergeräte via LabVIEW anhand der von Vector spezifizierten COM-Schnittstelle möglich ist und, dass sich die Flexibilität der Prüfstandsanlage durch den Einsatz von CAN FD anstatt des herkömmlichen CAN-Protokolls wesentlich erhöht. Somit wurde das Ziel der Arbeit, ein Konzept, welches die Grundlage für die zukünftige Optimierung der Anlage bildet und den gesetzten Anforderungen entspricht, erreicht.
Die Wiederverwendung der Rohstoffe von ausgedienten Produkten und dessen Aufbereitung wird von Jahr zu Jahr bedeutender. Das zeigt die hohe Nachfrage an Maschinen, die diese Prozesse erledigen. Um die Durchlaufzeiten in der Produktion solcher Maschinen zu beschleunigen, müssen flexible Lösungen im Prüfstandaufbau entwickelt werden. Die Finite-Elemente-Methode soll als Werkzeug dienen, um die Auslegung in der Konstruktionsphase dieser Lösungen zu unterstützen. Das Ziel dieser Masterarbeit ist das Konzipieren eines Stützwerkes, um den Prüfstandsaufbau für Siebmaschinen effizienter zu gestalten. Der erste Teil beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten die auftretenden Schwingweiten an den herkömmlichen Maschinenstützen zu eruieren. Nach mehreren Messungen und Berechnungen konnten wichtige Daten gesammelt werden, um daraus ein virtuelles Simulationsmodell erstellen zu können. Anhand des Modelles konnten die tatsächlichen Belastungen auf die einzelnen Komponenten dargestellt werden. Der nächste Schritt war die Recherche einiger Technologien, um die weiteren Anforderungen der Stütze erfüllen zu können, wie Flexibilität, Dämpfungseigenschaften, Sichereinheitseinrichtungen, usw. Die Simulationsstudien zeigen, dass die konstruktive Phase von wichtigen Komponenten, mithilfe der FE-Methode vereinfacht und beschleunigt wird. Daher war es möglich ein Konzept einer Stütze zu entwickeln, welches einen flexiblen Einsatz bei Siebmaschinen während des Probelaufs gewährleistet. Trotz hohen Aufwandes der Stützen zeigt die Wirtschaftlichkeitsrechnung das große Potential des Konzeptes. Zusätzlich kann eine derartige Stütze in vielen weiteren Entwicklungsbereichen eingesetzt werden.
Durch immer strengere Regulierungen von Schadstoffemissionen, vor allem unter realen Betriebsbedingungen von Fahrzeugen, wird die Abbildung von realen Fahrzyklen auf verschiedensten Motoren - und Fahrzeugprüfständen immer essentieller. Reale Fahrzyklen bedingen jedoch eine dynamische Anpassung der Parameter und Testgrößen. Dabei ist die Temperatur des Motors ein wesentlicher Parameter, welcher mit konventionellen, am Markt verfügbaren Anlagen, nicht dynamisch geregelt werden kann und somit keine realitätsnahen Bedingungen bereitet werden können. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Konditioniersystems, welches eine dynamische Regelung der Testtemperatur ermöglicht, wodurch realitätsnahe Betriebszustände geschaffen werden können. Dieses soll so ausgelegt sein, dass verschiedene Leistungsstufen skalierbar sind, ohne große Änderungen an der Konstruktion vornehmen zu müssen. Ein weiteres Ziel war es, durch einen Prototyp, wesentliche Parameter erfassen zu können, welche in weiterer Folge als Grundlage für ein Regelungsmodell herangezogen werden können. Im ersten Schritt wurden die wichtigsten Grundlagen erarbeitet, gefolgt von der Entwicklung möglicher Konzepte. Nach der Definition von Bewertungskriterien wurde ein Konzept weiterverfolgt. Um einen Prototyp realisieren zu können, wurden mögliche Komponenten analysiert und berechnet, ein 3D Model konstruiert und anschließend gefertigt. Das Ergebnis der Arbeit ist das Konzept einer dynamischen, kostengünstigen und skalierbaren Konditionieranlage, woraus in weiterer Folge ein Prototyp entstanden ist. Dieser Prototyp dient den Regelungsexperten als reales Modell, um optimale Regelungsstrategien und eine Auto-Tune Funktion erproben zu können sowie als Basis für die Weiterentwicklung zur Kleinserie.
Die Firma Kristl, Seibt & Co GmbH entwickelt und produziert Prüfstände im Bereich der Fahrzeugtechnik. In den vergangenen Jahren wurden verschiedene standardisierte Softwarelösungen für den Betrieb von Motoren-, Antriebsstrang- und Rollenprüfständen entwickelt. Bis dato wurde noch kein standardisiertes Softwaresystem entwickelt, das die weltweiten Prozesse der Messung von Abgasemissionen von Fahrzeugen beinhaltet. Das Hauptziel dieser Arbeit ist, ein strukturiertes und generalisiertes Softwaresystem zu entwickeln, welches die weltweiten Testprozeduren im Bereich der Abgasmessung von Fahrzeugen abdeckt. Zunächst werden dazu die Grundlangen eines Abgasrollenprüfstands analysiert. Darüber hinaus, werden Methoden der Softwareentwicklung zur Strukturierung und Darstellung komplexer Softwaresysteme erarbeitet. Danach werden bestehende Softwaresysteme im Bereich der Abgasmessung von Fahrzeugen evaluiert. Nach diesen Untersuchungen wird eine Softwarearchitektur konzipiert, die eine generalisierte Struktur für die Messgeräte, Fahrzyklen und das Verhalten des gesamten Prüfzyklus beinhaltet. Ausgehend davon wird die modellierte Softwarearchitektur in das Prüfstandsautomatisierungssystem Tornado der Firma Kristl, Seibt & Co GmbH implementiert und getestet. Im Vergleich zu den bestehenden Projekten können durch die erarbeitete Vorgehensmethodik nicht nur objektbasierte Strukturen modelliert, sondern auch generische Programmabläufe entwickelt werden. Somit entsteht ein Softwaremodul, das hinsichtlich Erweiterbarkeit, Flexibilität und Testbarkeit neue Maßstäbe setzt.
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Thematik Wassereinsatz an Waschbecken und einer innovativen Möglichkeit den dazu gehörigen Wassereinsatz zu reduzieren, gemeint ist damit die Vermeidung des ungenützten Ablaufenlassens des erkalteten Rohrleitungsinhalts einer Warmwasserleitung bzw. der Trinkwasserleitung heiß. Die Arbeit ist gegliedert in drei Abschnitte. Im ersten Teil werden die derzeitigen technischen Situationen in herkömmlichen Einfamilien- bzw. Mehrparteienwohnhäuser evaluiert und anhand einer Umfrage erfasst. Mit Hilfe der Umfrage soll die Verbesserungswürdigkeit von privaten Wasserkonditionierungen aufgezeigt und auf die damit verbundene Wasserverschwendung aufmerksam gemacht werden. Im zweiten Teil werden die dazu notwendigen Theorieinhalte in Bezug auf Strömungslehre und Thermodynamik angeführt, welche für die korrekte Nachbildung der Realität des Wärmeübergangs benötigt werden. Die Berechnungen des Wärmeübergangs bzw. Wärmeverlusts in einer herkömmlichen Trinkwasserinstallation dienen als Abgleich für die Auslegung der benötigten Komponenten des Prüfstands, welcher in weiterer Folge die Umgebungszustände simulieren soll. Der letzte Abschnitt befasst sich mit der Idee das zwischenzeitlich abgekühlte Wasser einer Trinkwasserleitung, für die spätere Nutzung zur Beimischung, zwischen zu speichern. Der Prüfstand ist dazu in zwei Teile gegliedert: Zum einen wird die Wassertestmedienversorgung und die Umgebung realisiert, damit nach heutigen Trinkwasser Installationsstandard getestet werden kann. Zum anderen sollen mit Hilfe des Prüfstands Verbesserungen entwickelt und erforscht werden, um das Trinkwasser effizienter zu nutzen.
Reifen bilden die einzige Verbindung zwischen Fahrzeugen und der Fahrbahn ab. Aus diesem Grund sind sie eine der wichtigsten Grundlagen für ein sicheres Fahren. Hierfür müssen die Reifen jedoch einen den Vorgaben entsprechenden Luftdruck vorweisen. Die Überwachung des Luftdruckes passiert in modernen Fahrzeugen mit Hilfe von Reifendruckkontrollsystemen. Bevor diese Systeme jedoch in einem Fahrzeug zur Anwendung kommen, müssen sie durch den Einsatz und die Unterstützung von Prüfständen abgesichert werden. In dieser Masterarbeit wird ein Prototyp für einen Reifendruckkontroll-Prüfstand entwickelt, wobei ein eigenständiges und neues Konzept für den Prüfstand erstellt und umgesetzt wird. Es wird gezeigt, wie eine Regelung für den Druck und die Temperatur innerhalb der Druckkammer realisiert werden kann. Zudem werden die Reifendruckkontrollsensoren durch einen Motor in Bewegung versetzt. Anhand der Verwirklichung einer grafischen Oberfläche können Druck, Temperatur und die Drehzahl am Prüfstand variiert werden. Tests am Prototyp zeigen, dass der Prüfstand alle erforderlichen Parameter eines Reifendruckkontrollsystems nahezu automatisiert stimulieren kann. Durch den Einsatz einer Antenne ist die Funkübertragung trotz des Faraday´schen Käfigs der Druckkammer sichergestellt. Es wird aufgezeigt, dass es dennoch Verbesserungsbedarf gibt, bevor der Prüfstand für Validierungen von Reifendruckkontrollsystemen eingesetzt werden kann.