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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)
       
  • Verfahren zur Berechnung der Überdeckung unter Last von
           Kunststoffstirnrädern
    • Abstract: Zusammenfassung Auf Grund der hohen Streckdehnung thermoplastischer Kunststoffe ist der Einfluss verformungsbedingter Effekte auf die Beanspruchung der Zahnradpaarungen mit diesen Werkstoffen gegenüber reinen Stahlpaarungen vergleichsweise hoch. Ölgeschmierte Stahl-/Kunststoffpaarungen ermöglichen bessere Wärmeabfuhr als bei Trockenlauf oder Fettschmierung und erlauben daher die Übertragung höherer Leistungen bzw. Drehmomente. Für eine genaue Auslegung der Zahnradpaarung ist daher eine Berücksichtigung der lastbedingten Verformungen anzustreben, die durch die „Überdeckung unter Last“ beschrieben werden können. Die Überdeckung unter Last besitzt indirekten Einfluss auf die Zahnradtragfähigkeit. Da in bestehenden Normen und Richtlinien noch keine Berechnungsvorschrift für diese Größe existiert, wird ein analytisch-iteratives Verfahren zur Berechnung der Überdeckung unter Last für geradverzahnte Außenstirnräder der Paarung Stahl-/Kunststoff in Anlehnung an den Stand des Wissens vorgestellt, das auf der Annahme eines linear-elastischen Materialverhaltens basiert. Das vorgestellte Verfahren wird mit einem bekannten empirischen Ansatz sowie Literaturwerten aus Messungen und numerischen Verfahren verglichen. Ziel ist insbesondere auch eine Abbildung des geometrischen Einflusses der Zähnezahl von Ritzel und Rad auf den Grad der Überdeckungszunahme unter Last.
      PubDate: 2016-09-19
      DOI: 10.1007/s10010-016-0207-8
       
  • Particle migration in isobaric and flash evaporation of nanofluids
    • Authors: Jan Rudolf Eggers; Eckart Matthias Lange; Stephan Kabelac
      Abstract: Abstract When nanoparticles are dispersed in a base fluid, the thermophysical properties of the resulting nanofluids can vary considerably from those of the pure basefluid. Thus, numerous applications for nanofluids have been suggested in the past, e. g. the use in solar thermal absorbers. With increasing heat fluxes and temperatures, a phase change of the absorber fluid can be desirable for instance in solar steam generators. This paper deals with the fundamental question of the nanoparticle migration behavior while the nanofluid is evaporating, as it is commonly presumed that solid particles do not migrate into the gas phase. This assumption however is, to the authors knowledge, insufficiently described in the literature as due to the extremely small size of the nanoparticles, abnormal behavior seems possible. By conducting experiments with isobaric and flash evaporation it is shown, that the classical theory of solid-liquid equilibrium actually applies at this scale and the nanoparticles are entirely separated from the gas phase by evaporation. The particles found in the gas phase can entirely be attributed to entrainment effects.
      PubDate: 2016-08-24
      DOI: 10.1007/s10010-016-0205-x
       
  • Windage, churning and pocketing power losses of gears: different modeling
           approaches for different goals
    • Abstract: Abstract Energy efficiency represents one of the most relevant trends in many fields, including the sector of power transmissions and gears, which are involved whenever power has to transmitted and transformed. For instance, in the automotive industry, gearboxes can contribute to the overall efficiency of the system and promote lower fuel consumption and emissions, both allowing an optimization of the whole system and reducing their own power losses. In many circumstances a better efficiency corresponds to lower operating temperatures and to a higher reliability of the systems, which can be related to the final profit, like in industrial applications, or even to the success, like for instance in motorsport racing. Improving the efficiency is therefore a main issue also for the gearbox manufacturers, and the availability of methods and tools to forecast the behavior with respect to lubrication and power losses since the beginning of the design phase strongly contributes to the goal. In the years, many empirical models were derived from experimental tests and have represented the only available tool for such purpose, but today, thanks to the recent developments in the computer science, numerical approaches allow a more accurate modeling of the physics behind the power dissipation and also allow a description of the oil flow inside a gearbox, which is fundamental with respect to the reliability of the components of the transmission. Both approaches, either derived from experimental tests or based on numerical simulations, have advantages and drawbacks. For each single case and problem, depending on the specific condition, the most appropriate model is not always the same. In this paper a review of the different available tools is proposed, describing critically the properties of the single approaches in order to understand when each of them should be preferred. The review also includes the latest developments by the authors, which have not been previously published yet.
      PubDate: 2016-08-22
      DOI: 10.1007/s10010-016-0206-9
       
  • 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)
       
  • 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)
       
 
 
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