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Journal Cover Forschung im Ingenieurwesen
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   ISSN (Print) 1434-0860 - ISSN (Online) 0015-7899
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  • Berechnung und Optimierung von Geometrie und Eingriffsverhalten von
           Zahnformen beliebiger Achslage
    • Authors: Maximilian Zimmer; Michael Otto; Karsten Stahl
      Pages: 1 - 16
      Abstract: Zusammenfassung Der Hauptvorteil der wirtschaftlichen Herstellbarkeit bewährter Verzahnungsprofile, wie beispielsweise der Evolvente, gerät in Zeiten der softwareunterstützten Auslegung und Fertigung immer mehr in den Hintergrund. Die Verzahnungstechnik hat heute einen Standard erreicht, der es ermöglicht, einfache aber auch komplexe Verzahnungen flexibel und kostengünstig herzustellen. Insbesondere bei Sonderverzahnungen gewährleisten moderne Fertigungsmethoden dem Anwender höchste Genauigkeiten für Flankenform und Laufverhalten. Je nach Anwendungskontext haben unterschiedliche Verzahnungstypen Vor- und Nachteile bezüglich Tragfähigkeit, Wirkungsgrad oder Geräuschverhalten. Die Entwicklung einer dem gewünschten Einsatzbereich entsprechenden, optimalen Verzahnung stellt somit eine komplexe und elementare Aufgabe bei der Auslegung dar. Vor diesem Hintergrund stellt dieser Beitrag einen mathematischen Beschreibungsrahmen vor, der es erlaubt, die dreidimensionale Zahngeometrie von Zahnformen aller Art auf Basis des räumlichen Verzahnungsgesetzes zu berechnen. Die Bewertung des Eingriffsverhaltens wird mit einer lastlosen Zahnkontaktanalyse vollzogen, um charakteristische Größen des Zahneingriffs wie Klaffmaße, Tragbild, Berührlinien und Drehwegfehler zu ermitteln. Die einheitliche Geometrieberechnung unterstützt den Ingenieur somit von Grund auf bei der Entwicklung neuartiger, je nach Anwendungsfall optimierter Verzahnungsprofile.
      PubDate: 2016-06-07
      DOI: 10.1007/s10010-016-0201-1
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Experimentelle Ermittlung von Bauteilbelastungen eines Power Tool
           Antriebsstrangs durch indirektes Messen in realitätsnahen Anwendungen
           als ein Baustein in der Teilsystemvalidierung
    • Authors: S. Matthiesen; T. Gwosch; T. Schäfer; P. Dültgen; C. Pelshenke; H.-J. Gittel
      Pages: 17 - 27
      Abstract: Zusammenfassung Dieser Beitrag zeigt durch experimentelle Untersuchungen an Winkelschleifern, wie anwendungsäquivalente Belastungen auf die Komponenten eines Power Tools ermittelt werden können. Dazu wird ein Relativwegmessverfahren angewandt, mit dem die Bewegung der Wellen im Betrieb erfasst wird. Die dabei eingesetzte Untersuchungsmethode der indirekten Messung sowie die Untersuchungsergebnisse unterstützen die Validierungsaktivitäten in der Produktentwicklung und tragen zur frühen Validierung und damit frühem Erkenntnisgewinn bei. Einflussgrößen, die das dynamische Geräteverhalten sowie die Lebensdauer beeinflussen, können analysiert und damit Konstruktionszielgrößen abgeleitet werden. Dazu werden relevante Anwendungsfälle betrachtet und mit Messtechnik bestückte Geräte im Testlabor durch Handversuche untersucht. Die Messergebnisse werden vorgestellt und mögliche Ursachen sowie Auswirkungen auf die Lebensdauer der Komponenten diskutiert. Mit der Untersuchungsmethode ist es möglich, das Verhalten von Teilsystemen bereits in Entwicklungsphasen zu untersuchen, in denen das Gesamtsystem noch nicht physisch vorliegt.
      PubDate: 2016-06-27
      DOI: 10.1007/s10010-016-0203-z
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Prüfstand mit piezoelektrischen Schwingungserzeugern zur Ermittlung
           der dynamischen Steifigkeit von Elastomerbauteilen
    • Authors: P. Bruns; S. Mojrzisch; J. Twiefel; J. Wallaschek; U. Zimmermann; W. Klie
      Pages: 29 - 40
      Abstract: Zusammenfassung Zur Ermittlung des dynamischen Verhaltens zur Charakterisierung von Elastomerbauteilen haben die Partner m + p international, ContiTech und das Institut für Dynamik und Schwingungen in einem gemeinsamen Projekt, gefördert in der ZIM Initiative des BMWi, einen Prüfstand für den Frequenzbereich 500 Hz bis 2000 Hz entwickelt (hier als Hochfrequenzprüfstand bezeichnet [1]). In diesem Beitrag werden zunächst die wesentlichen Anforderungen an den Prüfstand und speziell die Schwingungserzeugung im Hinblick auf die Messaufgabe herausgearbeitet. Bedingt durch die Kombination aus großen benötigten Kräften und einer geforderten Kompaktheit werden verschiedene Aktorprinzipien verglichen und ein piezoelektrisches Aktorprinzip ausgewählt. Ausgehend hiervon werden zwei unterschiedliche Aktorkonzepte entworfen und diskutiert. Eine Besonderheit dabei ist das innovative Vorspannkonzept, welches zur Realisierung eines der Konzepte verwendet wird. Hierbei werden die piezoelektrischen Wandler mit dünnem Stahldraht umwickelt, wodurch eine geringe Steifigkeit und Masse bei einem zugleich kostengünstigen Prozess erreicht wird. Ein weiterer Schwerpunkt dieses Beitrages liegt auf der Leistungselektronik und Ansteuerung zum Betrieb der piezoelektrischen Wandler. Um das für die Prüfaufgabe nötige Verhalten zu gewährleisten, müssen diese beiden Komponenten hohen Anforderungen entsprechen. Abschließend werden der gesamte Aufbau des Prüfstands beschrieben sowie die Ergebnisse beispielhafter Messungen präsentiert.
      PubDate: 2016-06-30
      DOI: 10.1007/s10010-016-0204-y
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Fehlertoleranz bei mechatronischen Systemen
    • Authors: Rolf Isermann
      Pages: 41 - 56
      Abstract: Zusammenfassung Bei mechatronischen Systemen werden rein mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten durch elektrische und elektronische Komponenten ergänzt oder ersetzt. Sie bieten dadurch einen flexibel gestaltbaren und erweiterten Funktionsumfang. Wegen des im Vergleich zur Mechanik anderen Ausfallverhaltens für Sensorik, Elektronik, Aktoren und Software sind besonders für sicherheitskritische Anwendungen jedoch fehlertolerante Auslegungen erforderlich. In einer Einführung wird zunächst auf den Stand von fehlertoleranten Systemen eingegangen. Dann werden einige grundsätzliche fehlertolerante Strukturen mit Hardware- und analytischer Redundanz für Sensoren, Aktoren, Elektronik und Software angegeben und deren Degradationsverhalten beschrieben. Als Beispiele werden verschiedene realisierte und prototypische, fehlertolerante Systeme gezeigt, wie z. B. fehlertolerante elektrische Antriebe, elektrische und hydraulische Aktoren und Sensorsysteme für mechanische Messgrößen. Dabei werden die jeweilige Fehlererkennung und die Rekonfiguration beschrieben. Diese ermöglichen es, die Funktion nach dem Auftreten von Fehlern mit nur kleinen Störungen des Betriebes aufrecht zu erhalten.
      PubDate: 2016-06-27
      DOI: 10.1007/s10010-016-0200-2
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Nachgiebiger Elektrodenträger für Cochlea-Implantate mit
           fluidischer Aktuierung
    • Authors: Lena Zentner; Silke Hügl; Clemens Wystup; Stefan Griebel; Mirna Issa; Thomas S. Rau; Omid Majdani
      Pages: 57 - 69
      Abstract: Zusammenfassung Das Cochlea-Implantat, bestehend aus einem nachgiebigen Elektrodenträger (ET) und den eingebetteten Elektroden mit Kontaktdrähten. Sie ist eine auditorische Neuroprothese, die operativ in die Cochlea eingeführt wird, um einen Höreindruck bei hörgeschädigten Patienten zu ermöglichen. Zur Insertionserleichterung wird ein fluidisch aktuierter Elektrodenträger mit veränderbarer Krümmung vorgestellt. Seine Verformung wird durch Druckbeaufschlagung im Innenraum sowie einen in die Wand eingebetteten Faden gezielt manipuliert. Eine analytische Betrachtung der Skalierungseigenschaften erlaubt skalierte Strukturen für Modelle und Messungen zu verwenden. Zur Ermittlung der Geometrie des ETs wird eine modellbasierte Synthese durchgeführt: FE-Methode kombiniert mit analytischer Modellbildung. Eine konische Form des ETs mit einseitig geschlossenem, zylindrischem Hohlraum und dazu parallel verlaufendem Faden ist ein Ergebnis der Synthese. Experimentelle Untersuchungen einer Testgeometrie zeigen maximale Abweichungen von 0,6 bar bei einem maximalen Innendruck von 6 bar. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellte Methode für die Entwicklung chirurgischer Instrumentarien mit veränderlicher Krümmung geeignet ist.
      PubDate: 2016-06-30
      DOI: 10.1007/s10010-016-0202-0
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Ermittlung charakterisierender Kennwerte für reibschlüssige
           Verbindungen
    • Authors: E. Leidich; M. Gräfensteiner
      Pages: 71 - 84
      Abstract: Zusammenfassung Reibschlüssige Verbindungselemente werden in Technischen Systemen oft an exponierten Stellen zur Kraft- bzw. Torsionsmomentenübertragung eingesetzt. Ein Versagen der Verbindung führt daher meist zum Ausfall des Gesamtsystems, so dass deren zuverlässige Dimensionierung unabdingbar ist. Der wichtigste und zugleich unsicherste Einflussparameter ist dabei der (Haft-)Reibwert, der bekanntlich großen Streuungen unterliegt. Vorrangiges Ziel des AiF/DFG-Gemeinschaftsvorhabens GECKO war daher, verbunden mit einem standardisierten Prüfverfahren, die Detektierung der maßgebenden Einflussparameter auf die Reibung und die Erhöhung des Haftreibwertes durch qualifizierte Oberflächenverfahren. Zugleich sollten funktionale Korrelationen zwischen den geometrischen und tribologischen Eigenschaften hergestellt und Kenngrößen zur Beschreibung der geometrischen Eigenschaften abgeleitet werden. Im Folgenden werden Ergebnisse aus dem Forschungscluster GECKO auszugsweise vorgestellt.
      PubDate: 2016-06-21
      DOI: 10.1007/s10010-016-0199-4
      Issue No: Vol. 80, No. 1-2 (2016)
       
  • Thermodynamische Berechnungen für CO 2 -Kältemaschinenprozesse
           mit ein- oder zweistufiger Verdichtung in Klimaanlagen
    • Authors: U. Sievers
      Pages: 97 - 107
      Abstract: Zusammenfassung Für die Projektierung einer (Fahrzeug-) Klimaanlage, in der zur Kälteerzeugung eine Kältemaschine mit dem Kältemittel R744 (Kohlendioxid, CO2) eingesetzt wird, werden thermodynamische Berechnungen des Kompressionskältemaschinenprozesses mit ein- oder zweistufiger Verdichtung und Expansion durch Drosselung durchgeführt. Die Prozessparameter werden systematisch variiert für eine Verdampfungstemperatur von 0 °C und CO2-Kühleraustrittstemperaturen (tiefste CO2-Temperatur bei der Wärmeabgabe an die Umgebung) zwischen 15 und 55 °C. Der Einfluss auf die Leistungszahl der Kältemaschine, die spezifische Kälteleistung sowie die volumetrische Kälteleistung und bei zweistufiger Verdichtung auch das Verhältnis der Massenströme im Hochdruck- und im Niederdruckkreislauf wird untersucht. Die zweistufige Verdichtung mit äußerer Zwischenkühlung und innerem Wärmeübertrager im Niederdruck- oder im Hochdruckkreislauf ermöglicht eine deutliche Steigerung der Leistungszahl der Kältemaschine gegenüber dem Prozess mit einstufiger Verdichtung. Aus energetischer Sicht optimale Werte für den Zwischendruck, den Hochdruck und die Temperaturänderungen in den inneren Wärmeübertragern werden exemplarisch für die CO2-Kühleraustrittstemperaturen 25 und 40 °C angegeben. Die Verbesserung der Energieeffizienz wird durch zusätzliche Investitionen und eine komplexere Betriebweise der CO2-Kältemaschine erkauft. Die Ergebnisse können nicht nur für die Kälteerzeugung in Klimaanlagen, sondern auch für andere Anwendungsfälle mit einer Verdampfungstemperatur von 0 °C als Grundlage für die Auslegung und den Betrieb einer CO2-Kältemaschine herangezogen werden.
      PubDate: 2016-02-10
      DOI: 10.1007/s10010-015-0193-2
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • On the optimum design of rotating two-layered composite tubes subject to
           internal heating or pressure
    • Authors: Tunç Apatay; Werner Mack
      Pages: 109 - 122
      Abstract: Abstract Subject of this analytical investigation is a rotating two-layered hollow cylinder under generalized plane strain subject to an elevated temperature at the inner surface or to internal pressure. It is presupposed that the inner cylindrical layer consists of the heavier material, whereas the outer layer is made of a material with lower density, like for example in a steel/aluminum tube. Criterion for the maximum permissible stress is the yield criterion by von Mises, and the device is optimized with respect to its weight. It is found that plasticization may start at different radii, and the study provides not only a comprehensive overview of the elastic limits of composite tubes of the above type but also a straightforward procedure for determining the optimum composition.
      PubDate: 2016-02-05
      DOI: 10.1007/s10010-016-0194-9
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • Microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of
           Al–Si–Mg alloy matrix/zircon and alumina hybrid composite
    • Authors: T. Satish Kumar; R. Subramanian; S. Shalini; P. C. Angelo
      Pages: 123 - 130
      Abstract: Abstract In the present study, the effect of reinforcement on microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of aluminium–silicon–magnesium (Al–Si–Mg) alloy matrix hybrid composites reinforced with varying amounts of zircon and alumina has been investigated. Hardness and room temperature compressive tests were performed on Al–Si–Mg alloy as well as composites. Hardness and compressive strength was found to be higher for composites containing 3.75 % ZrSiO4 + 11.25 % Al2O3. Similarly, Al–Si–Mg alloy and its composites were studied for corrosion behaviour in 1 N HCl corrosive media. The weight loss of all the composites was found to decrease with time due to the formation of passive oxide layer on the sample surface. The results obtained indicate that composites exhibit superior mechanical properties and corrosion resistance compared to unreinforced alloy.
      PubDate: 2016-03-10
      DOI: 10.1007/s10010-016-0198-5
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • Prozessberechnungen für eine CO 2 -Anlage zur Kälte- und
           Wärmeerzeugung für Supermärkte. Teil 1: Weitestgehende
           CO 2 -Abkühlung durch Umgebungsluft
    • Authors: U. Sievers; V. Balko
      Pages: 131 - 142
      Abstract: Zusammenfassung In Supermärkten werden CO2-Prozesse für die Normal- und Tiefkühlung sowie inzwischen auch durch Abwärmenutzung (Wärmerückgewinnung) für die Beheizung und Brauchwassererwärmung eingesetzt. Die Grenzen der Abwärmenutzung einer CO2-Kälteanlage sowie ihr Einfluss auf die Kälteerzeugung und das Gesamtsystem werden beispielhaft für einen Supermarkt mit einer Normalkühl-Kälteleistung von 100 kW mittels systematischer thermodynamischer Prozessberechnungen ermittelt. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen liegt auf der Energieeffizienz der zur Erfüllung der Heizaufgabe erweiterten CO2-Anlage. Durch die Verwendung der Normalkühl-Kälteleistung als Bezugsgröße können die Ergebnisse für Umgebungstemperaturen zwischen − 15 °C und + 10 °C direkt auf Supermärkte anderer Größe übertragen werden. Im Teil 1 wird eine Anlage mit einem Verhältnis von Tiefkühl- zu Normalkühl-Kälteleistung von 0,2 bei weitestgehender CO2-Abkühlung durch Umgebungsluft untersucht. Die Beiträge der Kälte- und der Wärmeerzeugung werden getrennt für verschiedene Werte des Hochdrucks sowohl bei unterkritischem als auch bei transkritischem Betrieb der CO2-Anlage aufgeführt. Mit den angegebenen Werten des bereitgestellten Heizwärmestroms (bezogen auf die Normalkühl-Kälteleistung), der Kälteleistungszahl, der Leistungszahl der Kälte-Wärme-Kopplung sowie des exergetischen Wirkungsgrads der Kälteerzeugung und der Kälte-Wärme-Kopplung werden wichtige Angaben für die Auslegung und den Betrieb der CO2-Anlage zur Verfügung gestellt. Damit lassen sich für den untersuchten CO2-Kälteprozess mit Abwärmenutzung abhängig von der Umgebungstemperatur günstige Betriebsbedingungen auswählen. Außerdem kann mit diesen Informationen in der Planungsphase entschieden werden, ob für die untersuchte Kühlungsvariante ein ergänzendes Heizsystem erforderlich ist oder die Abwärmenutzung der Kälteanlage alleine zur Deckung des Wärmebedarfs ausreicht. Im folgenden zweiten Teil wird auf weitere Ergebnisse bei geringerer CO2-Abkühlung mit Umgebungsluft eingegangen.
      PubDate: 2016-02-24
      DOI: 10.1007/s10010-016-0195-8
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • Prozessberechnungen für eine CO 2 -Anlage zur Kälte- und
           Wärmeerzeugung für Supermärkte. Teil 2: Begrenzte bzw.
           keine CO 2 -Abkühlung durch Umgebungsluft
    • Authors: U. Sievers; V. Balko
      Pages: 143 - 161
      Abstract: Zusammenfassung In Supermärkten werden CO2-Prozesse für die Normal- und Tiefkühlung sowie inzwischen auch durch Abwärmenutzung (Wärmerückgewinnung) für die Beheizung und Brauchwassererwärmung eingesetzt. Die Grenzen der Abwärmenutzung sowie ihr Einfluss auf die Kälteerzeugung und das Gesamtsystem werden beispielhaft für einen Supermarkt mit einer Normalkühl-Kälteleistung von 100 kW mittels systematischer thermodynamischer Prozessberechnungen ermittelt. Der Schwerpunkt dieser Untersuchungen liegt auf der Energieeffizienz der zur Erfüllung der Heizaufgabe erweiterten CO2-Anlage. Durch die Verwendung der Normalkühl-Kälteleistung als Bezugsgröße können die Ergebnisse für Umgebungstemperaturen zwischen − 15 °C und + 10 °C direkt auf Supermärkte anderer Größe übertragen werden. Im Teil 2 wird eine Anlage mit den Verhältnissen von Tiefkühl- zu Normalkühl-Kälteleistung von 0,2 bzw. 0,4 bei begrenzter sowie keiner CO2-Abkühlung durch Umgebungsluft untersucht. Die Beiträge der Kälte- und der Wärmeerzeugung werden getrennt aufgeführt für verschiedene Werte des Hochdrucks sowohl für den unterkritischen als auch den transkritischen Betrieb der CO2-Anlage. Mit den angegebenen Werten für den bereitgestellten Heizwärmestrom (bezogen auf die Normalkühl-Kälteleistung), die Kälteleistungszahl, die Wärmeleistungszahl, die Leistungszahl der Kälte-Wärme-Kopplung sowie die exergetischen Wirkungsgrade der Kälteerzeugung (Normalkühl-, Tiefkühl- und Gesamtkälte), der Wärmeerzeugung und der Kälte-Wärme-Kopplung werden wichtige Angaben für die Auslegung und den Betrieb der CO2-Anlage zur Verfügung gestellt. Damit lassen sich für den untersuchten CO2-Kälteprozess mit Abwärmenutzung abhängig von der Umgebungstemperatur optimale Betriebsbedingungen auswählen. Außerdem kann in der Planungsphase entschieden werden, ob ein ergänzendes Heizsystem erforderlich ist oder die Abwärmenutzung der Kälteanlage alleine zur Deckung des Wärmebedarfs ausreicht.
      PubDate: 2016-03-15
      DOI: 10.1007/s10010-016-0197-6
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • Optimum heating of cylindrical pressure vessels
    • Authors: P. Dzierwa; D. Taler; J. Taler
      Pages: 163 - 173
      Abstract: Abstract A method for determining time-optimum fluid temperature changes during heating of the thick walled cylinder was presented. Optimum fluid temperature changes were determined both for the cylindrical pressure vessels without holes. Heating of the hollow cylinder will be carried out in such a way that the circumferential thermal stress at the inner surface is equal to the allowable stress value. Optimum fluid temperature changes were assumed in the form of simple time functions containing unknown parameters. The unknown parameters were determined from the condition that the circumferential thermal stress at the inner surface of the hollow cylinder without holes is equal to the allowable stress at given time points. An over-determined system of nonlinear algebraic equations was solved for unknown parameters using the least squares method. At first, the thermal stress was calculated using the discrete form of the Duhamel integral. The Finite Element Method (FEM) was used to determine the circumferential thermal stress in the second method. For practical reasons the optimum temperature in the ramp form is preferred. It is possible to increase the fluid temperature stepwise at the beginning of the heating process and then increase the fluid temperature with the constant rate. Because of the possibility of practical implementation a more appropriate is the ramp function for approximating optimum fluid temperature changes.
      PubDate: 2016-03-15
      DOI: 10.1007/s10010-016-0196-7
      Issue No: Vol. 79, No. 3-4 (2016)
       
  • Mitteilung der Herausgeber – 85 Jahre Forschung im Ingenieurwesen
    • Authors: Thomas Lehnert
      Pages: 1 - 2
      PubDate: 2015-04-01
      DOI: 10.1007/s10010-015-0191-4
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Editorial
    • Authors: Florian Nürnberger
      Pages: 3 - 3
      PubDate: 2015-04-01
      DOI: 10.1007/s10010-015-0186-1
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Berechnung der Verformungen und Steifigkeiten evolventischer Verzahnungen
           von Zahnkupplungen
    • Authors: Christian Spura
      Pages: 5 - 15
      Abstract: Zusammenfassung Zahnkupplungen werden auf vielen Gebieten der Antriebs- und Getriebetechnik verwendet und sind dort von wesentlicher Bedeutung. Die signifikanten Vorteile von Zahnkupplungen sind die Übertragung hoher Leistungen und Drehmomente bei kleinem Bauraum und die Kompensation eines vorhandenen Radial- und/oder Winkelversatzes. Für diese Kompensation sind eine geometrisch komplizierte Spezialverzahnung sowie die Kenntnis der Lastverteilung innerhalb der Verzahnung unabdingbar. Zur Berechnung der Lastverteilung ist die zentrale Größe die Zahnfedersteifigkeit und ihre Abhängigkeit von den verschiedenen Einflussgrößen. Der folgende Beitrag behandelt die Grundlagen und das bisherige Wissen der Zahnfedersteifigkeitsberechnung für Zahnkupplungen und zeigt die Anwendung der vorgestellten Berechnungsmethoden für den zeitgemäßen praktischen Einsatz in der Auslegungsphase dieses Maschinenelementes.
      PubDate: 2015-02-18
      DOI: 10.1007/s10010-015-0183-4
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Extrusion of the bimetallic aluminum-magnesium rods and tubes
    • Authors: O. Golovko; S.M. Bieliaiev; F. Nürnberger; V.M. Danchenko
      Pages: 17 - 27
      Abstract: Abstract On the basis of theoretical and experimental studies the complex influence of process conditions such as the geometric characteristics of the billet and the tool were investigated regarding the extrusion of bimetallic rods and tubes. As a core material magnesium alloys of the Mg-Al-Zn system and as shell materials aluminum and its alloys of the Al-Mg-Si and Al-Zn-Mg were extruded. An increase in the strength properties of the aluminum alloy shell—compared to the core of a magnesium alloy—increases the inhomogeneity of the speed distribution of the metal flow resulting in defects. A sustainable processing can be established by the extrusion of bimetallic rods which consist of an Mg-Al-Zn-Mn core and an Al-Mg-Si shell.
      PubDate: 2015-02-27
      DOI: 10.1007/s10010-015-0184-3
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Identification of noise generation and flow kinematics in the air gap for
           two different blade tip designs of an axial fan
    • Authors: M Milavec; B Širok; D Vidal de Ventos; M Hočevar
      Pages: 29 - 39
      Abstract: Abstract Importance of the role of axial fans in our everyday life as well as in industrial sphere is crucial. Their presence dictates indispensable reduction of the emitted noise level. The aerodynamically born noise due to the kinematics of the air-flow in the gap between rotor and stator is one predominant source of emitted noise by most fans and is the most intensive within the human audible spectrum. Two different rotor blade tip shapes A and B were analysed in details and the results presented in this paper. Their influence on the emitted noise was determined by measurements of the integral aerodynamic characteristic and by the level of the sound pressure level of the fan. It was confirmed that the kinematics of the air-flow within the blade tip gap is significantly different for both observed blade tip designs and plays a crucial role when generation and size of the total emitted noise power is concerned. Frequency spectra of the measured noise pressure level for both observed blade designs was also essentially different and served to confirm the well-known fact that intensity of the sound pressure level decreases with the frequency, which helps to assess and identify mechanisms of the noise generation. A typical measured amplitude decrease of the sound pressure level was observed and explained in details for both blade tip versions for the frequency range f>1000 Hz: appropriate scaling for the blade tip A and for the blade tip B was determined as \(\omega^{-2.8}\) and \(\omega^{-4/3}\) respectively. Distinctive differences between the two observed frequency spectra were established. Identification of locations, sources and specificity of the generated noise together with their detailed explanation was made possible by measurements of local pressure, velocity and their variances and is supported by simultaneous experimental flow visualization.
      PubDate: 2015-03-17
      DOI: 10.1007/s10010-015-0185-2
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Einflussgrößen und numerische Untersuchungen zum Druckverlust
           oszillierender Strömungen
    • Authors: T. Möller; U. Sénéchal
      Pages: 57 - 66
      Abstract: Zusammenfassung Regenerative Gaskreisprozesse, wie z. B. der Stirlingmotor, sind geschlossene Maschinen, in denen ein Arbeitsgas durch Zylinder-Kolben Anordnungen Energie von einer Wärmequelle zu einem kälteren Reservoir überträgt. Die Kanäle der Wärmeübertrager werden hierbei oszillierend durchströmt und weisen damit, im Vergleich zu stationären Strömungen, hinsichtlich des Wärmeübergangs und der Strömungsdruckverluste ein grundsätzlich abweichendes Verhalten auf. In dem vorliegenden Beitrag wurden die Geschwindigkeit und der Druckverlust von oszillierenden Strömungen in Kanälen theoretisch und numerisch untersucht. Dabei sind sowohl kreisförmige als auch rechteckige Kanäle mit Reynolds-Zahlen im Bereich laminarer und turbulenter Strömungen betrachtet worden. Die numerische Simulation wurde in ANSYS-CFX realisiert und nutzt bewegte Gitter um die Volumenänderung der Kolben abzubilden. Die Übereinstimmung zwischen analytischer Lösung und numerischer Simulation für den Fall niedriger Reynolds-Zahlen ist sehr gut. Wie erwartet zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen der numerischen Simulation und der analytischen Lösung bei höheren Reynolds-Zahlen (turbulente Strömung), die aufgrund fehlender analytischer Gleichungen allerdings nicht validiert werden konnten. Durch Analyse und Auswertung der Einflussgrößen wurden dimensionslose Kennzahlen erhalten sowie ein halbempirischer Ansatz unter Verwendung komplexer Zahlen entwickelt, welcher die Zeitabhängigkeit des Druckverlustes approximiert. Die darin auftretenden Modellkoeffizienten können unter Zuhilfenahme der Ergebnisse der numerischen Simulationen bestimmt werden und erlauben eine Abschätzung des Druckverlustes ohne Verwendung zeitaufwändiger CFD-Berechnungen.
      PubDate: 2015-04-01
      DOI: 10.1007/s10010-015-0187-0
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Praktische Verifizierung von Ähnlichkeitsgesetzen in Typenreihen
    • Authors: P. Gendarz; L. Kroll; D. Rabsztyn
      Pages: 67 - 74
      Abstract: Zusammenfassung Die Theorie der Konstruktionsähnlichkeit ermöglicht die Bildung von geordneten Konstruktionsfamilien (Typenreihen, konstruktive Modulsysteme). Basierend auf Bedingungen der Konstruktionsähnlichkeit und Werten von Mustermerkmalen, werden Parameter- und Abmessungswerte für geordnete Konstruktionsfamilien gebildet. Um eine praktische Verifizierung der Bedingungen der Konstruktionsähnlichkeit zu realisieren, werden Festigkeitsanalysen mittels FEM und Zugprüfmaschinen durchgeführt.
      PubDate: 2015-04-01
      DOI: 10.1007/s10010-015-0189-y
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
  • Stability analysis of double-diffusive convection of Rivlin-Ericksen
           elastico-viscous nanofluid saturating a porous medium: a revised model
    • Authors: G. C. Rana; R. Chand
      Pages: 87 - 95
      Abstract: Abstract In the present paper we study the stability analysis of double-diffusive convection in a horizontal layer of an elastico-viscous nanofluid in a porous medium. The Rivlin-Ericksen fluid model is employed to describe the rheological behavior of the nanofluid. The dispersion relation describing the effect of various parameters is obtained by applying normal modes method and by using linear stability analysis. In this model we assume that the nanoparticle concentration flux is zero on the boundaries and we can give the values of temperature and concentration at the boundaries. The assumed boundary conditions neutralize the possibility of oscillatory convection and only stationary convection occurs. For stationary convection; it is observed that the Rivlin-Ericksen elastico-viscous nanofluid fluid behaves like an ordinary Newtonian nanofluid. The solutal-Rayleigh Number, thermo-nanofluid Lewis number, thermo-solutal Lewis number, Soret parameter and Dufour parameter have stabilizing effect on the stationary convection. A very good agreement is found between the present paper and earlier published results.
      PubDate: 2015-04-11
      DOI: 10.1007/s10010-015-0190-5
      Issue No: Vol. 79, No. 1-2 (2015)
       
 
 
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