620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Tensegrity structures are structures in which elements stabilize each other by bearing compressive or tensile loads. They have a high potential for lightweight design. As structures with tensile loads, wires can be used that are connected to other structures using a laser bonding process. Investigations of bonding a mild steel wire with a diameter of 1 mm onto a flat substrate have been conducted using a coaxial deposition welding head. The influence of the parameters focus position, laser power, wire feed rate and bonding processing time has been investigated regarding the bonding quality. A process window for a stable process and a sufficient bond of wire and substrate was determined. The laser intensity and stickout length have a significant influence on the bonding. High intensities and stickout lengths lead to wire burn back and no bond with the substrate while wire backup occurred at low intensities and stickout lengths.
Schmalspurfahrzeuge als kompaktes Mittel zur Beförderung von Personen oder Gütern auf der Straße neigen insbesondere bei schneller Kurvenfahrt zum Umkippen. Sowohl Tüftler und Kleinserienhersteller als auch einige Großkonzerne der Automobilindustrie haben in den letzten Jahrzehnten immer wieder versucht, ein Fahrzeug mit geringer Verkehrsfläche zu konstruieren, welches dennoch die erforderliche Kurvenstabilität aufweist. Durch den Einsatz der Neigetechnik bei Straßenfahrzeugen entstand die Fahrzeugklasse der Kurvenleger.
Im Rahmen dieses Berichtes werden die Grundlagen der Neigetechnik in Kurvenlegern erläutert und die verschiedenen Ansätze und Technologien zur Umsetzung bei unterschiedlichen Beispielfahrzeugen beleuchtet.
Continuous fiber-reinforced material extrusion is an emerging additive manufacturing process that builds components layer by layer by extruding a continuous fiber-reinforced thermoplastic strand. This novel manufacturing process combines the benefits of additive manufacturing with the mechanical properties and lightweight potential of composite materials, making it a promising approach for creating high-strength end products. The field of design for additive manufacturing has developed to provide suitable methods and tools for such emerging processes. However, continuous fiber-reinforced material extrusion, as a relatively new technology, has not been extensively explored in this context. Designing components for this process requires considering both restrictive and opportunistic aspects, such as extreme anisotropy and opportunities for functional integration. Existing process models and methods do not adequately address these specific needs. To bridge this gap, a tailored methodology for designing continuous fiber-reinforced material extrusion is proposed, building on established process models. This includes developing process-specific methods and integrating them into the process model, such as a process selection analysis to assess the suitability of the method and a decision model for selecting the process for highly stressed components. Additionally, a detailed design process tailored to continuous fiber-reinforced material extrusion is presented. The application of the developed process model is demonstrated through a case study.
In industrial production facilities, technical Energy Management Systems are used to measure, monitor and display energy consumption related information. The measurements take place at the field device level of the automation pyramid. The measured values are recorded and processed at the control level. The functionalities to monitor and display energy data are located at the MES level of the automation pyramid. So the energy data from all PLCs has to be aggregated, structured and provided for higher level systems. This contribution introduces a concept for an Energy Data Aggregation Layer, which provides the functionality described above. For the implementation of this Energy Data Aggregation Layer, a combination of AutomationML and OPC UA is used.
Betreiber von Produktionsanlagen stehen oft vor der Frage, welche Norm für die Absicherung der Anlage gegen Cyberangriffe heranzuziehen ist. Aus dem IT-Bereich ist die Normreihe ISO 27000 bekannt. Im Produktionsbereich wird häufig die Normreihe IEC 62443 herangezogen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über beide Normreihen und schlägt einen Ansatz zur gemeinsamen Nutzung beider Standards vor.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zurzeit für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Der vorliegende Beitrag beschreibt wie die elektromagnetischeWirkung unsymmetrischer Rotorwicklungen für Kaskadenmaschinen mit der Drehfeldanalyse behandelt werden kann. Die Rotorwicklungen dienen dazu, gleichzeitig beide Grundfelder der Kaskadenmaschine zu erzeugen. Dazu sind sie z. T. mit Wicklungszweigen aufgebaut, die in verschiedenen Knoten zusammen geschaltet sind. Aus Sicht der Statorwicklungen sind sie unsymmetrisch aufgebaut. Unsymmetrische Rotorwicklungen treten auch in Induktions- und Synchronmaschinen auf, z. B. bei Wicklungsfehlern, Stabbrüchen oder bei unsymmetrischen Anlaufkäfigen. Mit dem hier dargestellten Rechenverfahren wird die elektromagnetische Kopplung zwischen den Wicklungszweigen und zur Statorwicklung erfasst.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zzt. für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Dieser Bericht behandelt die Flussdichte- und Durchflutungsverhältnisse der Wicklungen in Stator und Rotor für Kaskadenmaschinen. Dazu werden die Durchflutungen der Statorwicklungen und der Rotorwicklung für die beiden Polpaarzahlen bestimmt und die für die Wicklungsverluste wirksame Gesamtdurchflutung für verschiedene Polzahlkombinationen ermittelt. Die Ergebnisse werden mit Induktionsmaschinen für eine Polzahl verglichen.
Techno-economic analysis that allocate costs to the energy flows of energy systems are helpful to understand the formation of costs within processes and to increase the cost efficiency. For the economic evaluation, the usefulness or quality of the energy is of great importance. In exergy-based methods, this is considered by allocating costs to the exergy instead of energy. As exergy represents the ability of performing work, it is often named the useful part of energy. In contrast, the anergy, the part of energy, which cannot perform work, is often assumed to be not useful.
However, heat flows as used e.g. in domestic heating are always a mixture of a relative small portion of exergy and a big portion of anergy. Although of lower quality, the anergy is obviously useful for these applications. The question is, whether it makes sense to differentiate between exergy and anergy and take both properties into account for the economic evaluation.
To answer this question, a new methodical concept based on the definition of an anergy-exergy cost ratio is compared to the commonly applied approaches of considering either energy or exergy as the basis for economic evaluation. These three different approaches for the economic analysis of thermal energy systems are applied to an exemplary heating system with thermal storages. It is shown that the results of the techno-economic analysis can be improved by giving anergy an economic value and that the proposed anergy-cost ratio allows a flexible adaptation of the evaluation depending on the economic constraints of a system.