Im Bereich der Umformtechnik leisten Simulationsmodelle in allen Phasen der Lebenszyklen von Werkzeug und Maschine Unterstützung beispielsweise bei der Auslegung von Bauteilen und Baugruppen, der Bewertung des Maschinenverhaltens oder von Prozessergebnissen oder auch zur Bestimmung von Prozess- und Antriebsparametern. Dennoch kommen heute bei der Simulation des Umformprozesses Methoden zur Berücksichtigung des ganzheitlichen Systemverhaltens nur unzureichend zur Anwendung, wodurch die Auswirkungen der Interaktion zwischen Prozess und Maschine bei der Optimierung von Systemen, Komponenten und Stellgrößen noch immer weitgehend vernachlässigt werden.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Erweiterung der Methoden der Systemsimulation, um fehlerhaften Vorhersagen bei der Auslegung, Entwicklung und dem Betrieb von Maschinen und Werkzeugen der Blechumformung entgegenzuwirken. Am Beispiel einer hydraulischen Presse werden Möglichkeiten zur prozessbezogenen energetischen Optimierung von Antriebssystemen durch die Integration von messdatenbasierten Verlustmodellen im Maschinenmodell und zur Bestimmung von Ziehkissenkraftsollwerten anhand einer gekoppelten Simulation von Maschine und Prozess entwickelt.
Aktualisiert: 2022-09-29
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Computersimulation für Ingenieure verstehen und einsetzen
Aktualisiert: 2022-08-15
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Das vorlesungsbegleitende Buch führt zielgerichtet, kompetenzorientiert und fachübergreifend durch die Grundlagen der Numerischen Mathematik, Algorithmik, Programmierung, Modellierung sowie Simulation und erklärt diese mithilfe des Softwarepakets Scilab/Xcos detailliert an zahlreichen Anwendungen aus verschiedenen praxisrelevanten Gebieten des Ingenieurwesens.
Neben detailliert dargestellten Beispielen dienen mehr als 300 Aufgaben zum Selbststudium mit ausführlichen Lösungen und Programmcodes zum Download der Lernzielkontrolle und der Prüfungsvorbereitung.
Eingesetzt wird das frei verfügbare Softwarepaket Scilab/Xcos, das weitgehend zu MATLAB/Simulink kompatibel ist, um die wichtigsten Algorithmen der Numerischen Mathematik aus den Bereichen
- Nichtlineare Gleichungen
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- Interpolation
- Gewöhnliche und partielle Differenzialgleichungen
zu implementieren und konkrete Fragestellungen aus der Mathematik, Physik, Bauphysik, Vermessung, Statik, Dynamik, Strömungsmechanik, Thermodynamik, Wärmeübertragung, Elektrotechnik und Regelungstechnik erfolgreich zu lösen.
Als Zusatzmaterial zum Buch gibt es unter plus.hanser-fachbuch.de Lösungen der nummerischen Aufgaben und Downloadlinks rund um Scilab/Xcos.
Aktualisiert: 2023-04-18
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Photovoltaik für Ingenieure entstand aus den Vorlesungen zu Photovoltaik und erneuerbare Energien in der Ingenieurausbildung (BSc, MSc). Das Manuskript dient der Anwendung von erlernten Ingenieurfächern wie Physik und Elektrotechnik.
Schwerpunkt ist die Berechnung für dezentrale Energieversorgung. Ausgehend von einer Zeitreihe mit Solarstrahlung und Umgebungstemperatur kann die Leistung einer PV-Anlage berechnet werden, aber auch die Leistung einer Wärmepumpe, der solare Direktgewinn eines Gebäudes, wie auch die thermischen Verluste über die Gebäudehülle.
Zentral ist die Einführung und Anwendung der Energiesystemberechnung mittels Python. Hierfür unterstützende Online-Tutorials sind zu finden auf https://pv4ing.ch.
Aktualisiert: 2022-04-24
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2022-06-04
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Aktualisiert: 2019-10-31
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Die Entwicklung mechanischer Antriebskonzepte für nichtlineare Bewegungsaufgaben stellt bis heute ein komplexes und domänenübergreifendes Fachgebiet des Maschinenbaus dar. Auf dem Gebiet der ebenen Koppelgetriebe gibt es dabei seit vielen Jahren Versuche, die optimale Lösung für eine Aufgabe unter Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen zu finden. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methodik vor, die sowohl den klassischen Verfahren der Getriebetechnik als auch den Ansätzen der Mechanik zum Ausgleich der Massenwirkungen im Getriebe gerecht wird. Der entwickelte Ansatz des modulbasierten Analyse-Synthese-Parameter-Abgleiches (ASPA) erlaubt erstmals eine domänenübergreifende Simulation komplexer Antriebskonzepte auf Basis einer neuartigen modularen Synthesebibliothek. Diese lässt sich dank umfangreicher Dokumentation und der dargestellten Programmablaufpläne in beliebige Software implementieren. Die exemplarisch im Systemsimulator SimulationX implementierte Bibliothek ermöglicht somit unter anderem die Anwendung der klassischen Drei- und Vierlagensynthese im bewegten oder ruhenden Bezugssystem für Dreh- und Schubgelenkketten. Neben der Ausgabe gerundeter Getriebeabmessungen eröffnet der beschriebene Ansatz somit die Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen wie den Pendelschwingungen in spielbehafteten Gelenken oder der Änderung der Trägheitskenngrößen während der Synthese. Weiterführend kann eine multikriterielle Optimierung der noch freien Syntheseparameter erfolgen.
Aktualisiert: 2021-11-25
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Photovoltaik für Ingenieure entstand aus den Vorlesungen zu Photovoltaik und erneuerbare Energien in der Ingenieurausbildung (BSc, MSc). Das Manuskript dient der Anwendung von erlernten Ingenieurfächern wie Physik und Elektrotechnik.
Schwerpunkt ist die Berechnung für dezentrale Energieversorgung. Ausgehend von einer Zeitreihe mit Solarstrahlung und Umgebungstemperatur kann die Leistung einer PV-Anlage berechnet werden, aber auch die Leistung einer Wärmepumpe, der solare Direktgewinn eines Gebäudes, wie auch die thermischen Verluste über die Gebäudehülle.
Zentral ist die Einführung und Anwendung der Energiesystemberechnung mittels Python. Hierfür unterstützende online-Tutorials sind zu finden auf www.pv4ing.ch.
Aktualisiert: 2019-09-06
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Die Simulation pneumatischer Systeme begann in den 70er und 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts. Ziel war die Voraussage des dynamischen Verhaltens komplexer Systeme, das für die Ingenieure direkt nicht mehr erfassbar war.
Zunächst konzentrierten sich die Entwickler auf die grundlegenden Systemkomponenten wie Antriebe, Widerstände und Ventile. Diese sind heutzutage als Submodelle hinterlegt und können, häufig mithilfe grafischer Programmierung, zu komplexen Schaltungen verbunden werden.
Dabei wurden die verbindenden Elemente lange vernachlässigt bzw. nur stark vereinfacht als Volumenknoten modelliert, an denen die ein- und ausströmenden Massen und Energien bilanziert wurden. In der Folge wurde das Verhalten der Leitungen durch Widerstandsmodelle oder empirische Formeln angenähert, so dass das vorausgesagte Verhalten häufig von der realisierten Lösung abwich.
Diese Dissertation beschäftigt sich deshalb mit der Frage nach Verbesserungen bei der Modellierung der verbindenden Elemente. Zunächst werden grundlegende technische Widerstandsmodelle untersucht und mithilfe von CFD-Berechnungen durch Parametervariation optimiert. Anschließend erfolgt die verteilt-parametrische Modellierung von Leitungen zur genaueren Abbildung des zeitlichen Verhaltens, der Reibungsverluste und der Druckwellenausbreitung. Darauf aufbauend wird der Versuch einer Modellierung von Verteilern unter besonderer Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit der Ein- und Auslässe unternommen.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Anwendungsmöglichkeiten einer simulativen Planungstechnik im Bereich der Investitions- und Steuerplanung aufzuzeigen. Zur Kennzeichnung der Einsatzbedingungen wird diese Planungstechnik mit einigen analytischen Ansätzen verglichen. Aufgrund dieses Vergleichs werden die Unterschiede in der Art der Modellbildung und in der Art der Modellberechnung verdeutlicht und dadurch die Komponeten einer simulativen Planungstechnik charakterisiert. Es wird ein Simulationsmodell formuliert, wobei zur Abbildung des Steuersystems die Teilsteuerrechnung verwendet wird. Das Modell wird erweitert durch die Erfassung der Einkommensteuerprogression sowie die Herleitung von Entscheidungsregeln zur Steuerbilanzpolitik.
Aktualisiert: 2020-09-01
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Aktualisiert: 2023-04-04
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