Institute of Vehicle Concepts - Masterarbeiten/Diplomarbeiten

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Leichtbauoptimierung einer innovativen Wagenkastenbauweise aus Faserverbundkunststoff

Im Projekt "Next Generation Train" (NGT) arbeiten Wissenschaftlerinnen aus neun DLR-Instituten interdisziplinär an den zentralen Fragestellungen, wie schnell, sicher, komfortabel und umweltverträglich die Hochgeschwindigkeitszüge der nächsten Generation sein müssen. Der Leichtbau spielt in diesen Bereichen eine große Rolle, denn aus den Sekundäreffekten des Leichtbaus ergeben sich positive Effekte für die anderen Teilbereiche. Ziel dieser Arbeit soll die Untersuchung des Potenzials eines faserverbundintensiven Wagenkastenkonzepts sein. Ausgehend von einer bereits bestehenden Außenkontur eines NGT-Wagenkastens, den spezifischen Anforderungen des NGT-Zugkonzepts und einer festgelegten Bauweise, soll mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens ein möglichst leichter Wagenkasten konzeptionell dargestellt werden.

Berechnung und Konstruktion von Crashkomponenten für den Mittelwagen eines Hochgeschwindigkeitszugs

Im Projekt "Next Generation Train" (NGT) arbeiten Wissenschaftlerinnen aus neun DLR-Instituten interdisziplinär an den zentralen Fragestellungen, wie schnell, sicher, komfortabel und umweltverträglich die Hochgeschwindigkeitszüge der nächsten Generation sein müssen. Das Institut für Fahrzeugkonzepte befasst sich dabei mit Fragestellungen wie beispielsweise dem geeigneten Zugkonzept, dem Crashkonzept, dem Antriebs- und Bremskonzept, der Energieversorgung und den möglichst optimalen Betriebs- und Lebenszykluskosten. Bedingt durch die komplexen dynamischen Sachverhalte und die hohe umsetzende Energie bei einem Gesamtzugcrash, kommt dem Crashkonzept - und damit den Energieabsorptionskomponenten in den Endwagen und in den Mittelwagen - eine zentrale Rolle zu. Durch die gezielte Umsetzung der Energie in den dafür vorgesehenen Bereichen, bleibt der Fahrgastraum weitgehend intakt und die Fahrgäste werden geschützt.

Entwicklung und Umsetzung einer Biegeblechbremse für Zugbelastungen

Gesamtfahrzeugcrashversuche sind aufwändig und kostenintensiv. Im Bereich der Forschung an neuartigen Fahrzeugstrukturen sind teilweise grundlegende Untersuchungen an einzelnen Strukturen erforderlich, die den Aufbau eines Gesamtfahrzeuges weder rechtfertigen noch zielführend wären. Ziel ist es, in Crashversuchen mit Komponenten, wie sie an der hausinternen Crashanlage des DLR-FK durchgeführt werden können, die Bauteile so zu belasten, dass ihr Crashverhalten nahe dem realen Einsatz im Fahrzeug ist. Herausforderung hierbei ist es, die Anbindung an den Prüfstand und die Krafteinleitungen so zu gestalten, dass auf die Komponenten wirkenden Kräfte, Momente und Verschiebungen nahe dem realen Einsatz sind. Biegeblechbremsen werden in Schlittenversuchen häufig verwendet um definierte Verzögerung einzustellen. Weitere Anwendung ist der Einsatz als zugbelastete Anbindungselement für Komponenten im Crashversuch. Ziel dieser Arbeit ist es eine Biegeblechbremse zu entwickeln die unter Zugbelastung zu berechenbaren und reproduzierbaren Krafteinleitungen führt.

Sandwichstrukturen im Automobilbau: Sandwichelemente in unterschiedlichen dynamischen Lastfällen

Das DLR Institut für Fahrzeugkonzepte entwickelt sowohl alternative Antriebskonzepte wie den Brennstoffzellen-Antrieb als auch neuartige Karosseriekonzepte. Eine Möglichkeit Fahrzeugstrukturen hinsichtlich ihres Gewichts zu verbessern und zu optimieren besteht im Einsatz von Sandwichelementen und der Nutzung der spezifischen Eigenschaften dieser Konstruktionselemente. In dieser Arbeit sollen die Eigenschaften von Schäumen anhand von generischen Proben in dynamischen Laborversuchen untersucht werden. Hierzu gehören Zug-, Druck- und Schubversuche. Ferner soll die Erarbeitung eines aussagefähigen Auslegungstools thematisiert werden. Außerdem ist die Abbildung der Ergebnisse in einem FEM-Tool Ziel dieser Arbeit.

Sandwichstrukturen im Automobilbau: Geometrieeinfluss auf das Versagensverhalten von Sandwichstrukturen

Das DLR Institut für Fahrzeugkonzepte entwickelt sowohl alternative Antriebskonzepte wie den Brennstoffzellen-Antrieb als auch neuartige Karosseriekonzepte. Eine Möglichkeit Fahrzeugstrukturen hinsichtlich ihres Gewichts zu verbessern und zu optimieren besteht im Einsatz von Sandwichelementen und der Nutzung der spezifischen Eigenschaften dieser Konstruktionselemente. In dieser Arbeit soll das Versagensverhalten von Sandwichstrukturen analysiert werden in Abhängigkeit der geometrischen Gestalt der Struktur. Ziel ist es eine Aussage darüber treffen zu können, welche geometrischen Anpassungen einen Einfluss auf das Deformationsverhalten haben. Außerdem ist es Ziel, die Erkenntnisse aus den Versuchen in FE-Modellen abbilden zu können.

Entwicklung eines neuartigen Rotationstransformators zur bürstenlosen Erregung eines Traktionsantriebs

Am Institut für Fahrzeugkonzepte wird der Einsatz fremderregter Drehfeldmaschinen als Traktionsantrieb für Fahrzeuge mit teil- oder vollelektrifiziertem Antriebsstrang erforscht. Um mechanische und elektrische Verluste bei der Energieübertragung an heute üblichen Schleifkontakten zu umgehen und einen wartungsfreien Betrieb zu gewährleisten, wird der Einsatz von Rotationstransformatoren für die berührungslose induktive Energieübertragung untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit soll hierzu ein Rotationstransformator in fertigungsgerechter Bauweise entworfen und optimal in den Bauraum einer Elektromaschine integriert werden. Ihre Tätigkeit am DLR können Sie als Master- oder Diplomarbeit sowie mit reduziertem Umfang als Bachelor- oder Forschungsarbeit beginnen.

Evaluation von weichschaltenden Umrichtern zur bürstenlosen Erregung von Traktionsantrieben

Eingebunden in ein hochmotiviertes Team sind Sie beteiligt an der Entwicklung innovativer elektrischer Antriebe für Straßen- und Schienenfahrzeuge. Am Institut für Fahrzeugkonzepte wird der Einsatz fremderregter Drehfeldmaschinen als Traktionsantrieb für Fahrzeuge mit teil- oder vollelektrifiziertem Antriebsstrang erforscht. Um Bürstenverschleiß in der Maschine zu umgehen sollen in dieser Arbeit verschiedene Schaltungstopologien von Resonanzkonvertern, als Stellglied für eine berührungslose induktive Energieübertragung, untersucht und bewertet werden. Ihre Tätigkeit am DLR können Sie hierbei als Bachelor- oder Forschungsarbeit beginnen.

Potentialanalyse innovativer Kälteerzeugungsstrategien für den automobilen Einsatz

Im Forschungsfeld Fahrzeug-Energiekonzepte werden mit Technologiepartnern sowohl Komponenten für energieeffiziente Fahrzeuge entwickelt und getestet, als auch Fahrzeugarchitekturen und Betriebsstrategien untersucht. Ein Themengebiet ist hierbei die Betrachtung von Elektrofahrzeugen, welche mit OnBord-Ladevorrichtungen ausgestattet sind (Range Extender-Konzepte). Diese haben neben der Verlängerung der Reichweite konventioneller E-Fahrzeuge den Charme, durch Auslagern des Energieträgers, z.B. Wasserstoff in Tanks, die Stillstandszeiten beim Betankungsvorgang drastisch zu verkürzen. Im Rahmen einer energieeffizienten Gesamtnutzung werden an unserem Institut Konzepte erforscht, um die bei der Energiewandlung anfallende Abwärme effektiv für das Gesamtsystem Fahrzeug nutzbar zu machen. Gegenüber stationär betriebenen Anlagen liegt das Problem bei der mobilen Anwendung in deren Größe und der Betriebssicherheit der Komponenten.

Ansatz zur gleichzeitigen Simulation von Kühl- und Kältesystemen im elektrischen Fahrzeug

Für elektrische Fahrzeuge stellt neben der Traktion und Klimatisierung das Wärmemanagement den größten Anteil am Energiebedarf dar. Um diesen Energieanteil zu minimieren ist eine systematische und gesamtheitliche Betrachtung der thermischen Energieströme nötig. In dieser Arbeit soll mit der Modelica-Simulationsumgebung Dymola die Kopplung von thermischen Teilmodellen zu einem Gesamtmodell untersucht werden. Für den flexiblen Austausch von Teilmodellen und die Berücksichtigung instationärer Betriebszustände des Gesamtsystems sollen bekannte Ansätze (z.B. Austausch von Modell-Klassen, FMU und Co-Simulation) analysiert, aufgebaut und getestet werden. Von diesen Ansätzen soll ein Ansatz für eine konkrete Demonstration anhand einer beispielhaften Kopplung zwischen Kühl- und Kältesystemen ausgewählt werden.

Total Cost of Ownership alternativer Nutzfahrzeugkonzepte

Für einen zukünftigen Ingenieur (m/w) ist es heutzutage entscheidend, sich nicht nur ausgiebig mit technischen Aspekten zu beschäftigen, sondern auch die ökonomischen Auswirkungen der operativen Nutzung einer speziellen Technik zu erfassen. Hierzu bietet die TCO-Analyse ein breites Spektrum an wirtschaftswissenschaftlichen Fragenstellungen. Sie erstellen ein Modell, basierend auf der Methodik der TCO-Analyse, hinsichtlich alternativer Antriebskonzepte innerhalb der schweren Nutzfahrzeugklassen (N2, N3). Aufbauend auf einem bereits existierenden Modell beschäftigen Sie sich mit der Weiterentwicklung und Verifizierung. Dabei beschäftigen Sie sich insbesondere mit der Identifizierung geeigneter Einsatzprofile, der Ermittlung von Wartungs- und Reparaturkosten alternativer Antriebskonzepte sowie des Monitorings der techno-ökonomischen Entwicklung von Schlüsselkomponenten des Antriebsstrangs. Darüber hinaus sollen Szenarien vor dem Hintergrund zukünftiger gesetzlicher Rahmenbedingungen abgeleitet und bewertet werden. Dabei gilt es die ausschlaggebenden Faktoren zu ermitteln. Optional kann eine Integration notwendiger Infrastrukturkosten erfolgen.

Designvarianten der Integration von Phase Change Material in fahrzeuggerechte Thermoelektrischen Generatoren

In aktuellen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird ca. 1/3 der chemischen Kraftstoffenergie in Form von Abgasabwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Um einen möglichst großen Teil dieser Verlustenergie nutzbar zu machen, werden am Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt Thermoelektrische Generatoren (TEG) entwickelt, mit deren Hilfe die Abwärme in elektrische Nutzenergie gewandelt werden kann. Der Abgaswärmestrom konventioneller verbrennungsmotorisch betriebener Kraftfahrzeuge zeigt im realen Fahrbetrieb ein hoch transientes Verhalten, was die Auslegung und den Betrieb von TEG maßgeblich beeinflusst. Eine attraktive Möglichkeit das Wärmeangebot zu vergleichmäßigen besteht in dem Einsatz latenter Wärmespeichermaterialien.

Konzeptidee für ein innovatives Leichtbaufahrwerk

Neuartige Leichtbaukonzepte im Fahrwerksbereich durch Werkstoffsubstitution und Multimaterial Design

Das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist unter anderem für die Konzeption und Entwicklung der Fahrwerkskomponenten (Rad, radführende Komponenten, Federung, Dämpfung, Achsen etc.) verantwortlich. Bei der Entwicklung der Fahrwerkskomponenten soll durch Konzept-, Funktions- und Werkstoffleichtbau eine Reduktion der Masse um > 30% gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden. Im Rahmen des interdisziplinären Forschungsprojektes DLR@UniST wird am Standort Stuttgart ein innovatives Leichtbaufahrwerk für zukünftige Elektrofahrzeuge entwickelt. Ziel ist es, die Synergieeffekte auszunutzen, die durch die Integration von vier radindividuellen Antrieben in ein Leichtbaufahrwerk unter Berücksichtigung einer intelligenten Fahrstrategie entstehen.

Methodische Entwicklung und Bewertung innovativer Fahrwerkskonzepte

Entwurf eines Resonanzkonverters zur bürstenlosen Erregung von Traktionsantrieben

Eingebunden in ein junges, hochmotiviertes Team sind Sie beteiligt an der Entwicklung innovativer elektrischer Antriebe für Straßen- und Schienenfahrzeuge. Am Institut für Fahrzeugkonzepte wird der Einsatz fremderregter Drehfeldmaschinen als Traktionsantrieb erforscht. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll zu diesem Zweck ein Resonanzkonverter entwickelt, simuliert und aufgebaut werden um geeignete Schaltungskonzepte und Betriebsstrategien vergleichen und bewerten zu können.

Neuartiges Wickelverfahren zur Erstellung eines modularen und bauraumadaptiven FVK-CNG-Hochdruckspeichers

Im Zuge des steigenden Umweltbewusstseins und der steigenden finanziellen Belastung für die Verbraucher, nimmt das Interesse an alternativbetriebenen Kraftfahrzeugen weiter zu. Dank eines geringeren CO2-Ausstoßes und geringeren Kosten, pro gefahrenen Kilometer, steigt das Interesse der Automobilindustrie an der Nutzung von Erdgas. Dieses wird aktuell als CNG (Compressed Natural Gas) in zylindrischen Hochdrucktanks gespeichert. Zur effizienten Nutzung des vorhandenen Bauraums im Fahrzeug und der damit eingehenden Reichweitenerhöhung sind neuartige Bauweisen der Hochdrucktanks notwendig.

Neuartiges Verbindungskonzept zur Erstellung eines modularen und bauraumadaptiven FVK-CNG-Hochdruckspeichers

Am Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt wird durch systematisch und methodisch angewandten Leichtbau eine innovative Bauweise eines Hochdrucktanks, der „DLR-Wabentank" entwickelt.Faserverbundwerkstoffe (FVW) bieten wegen Ihrer hohen spezifischen Zugfestigkeit, Steifigkeit und Energieabsorption bei gleichzeitig geringem Gewicht ein großes Leichtbaupotential im Fahrzeugbau. Aufgrund der genannten Vorteile haben FVW in den Branchen Luft- und Raumfahrt, bei hochwertigen Automobilen, Motorsport und im Leistungssport Einzug gehalten.

Konzeption und Konstruktion von Übergangs- und Stirnbereichen bei Schienenfahrzeugen

Das DLR beschäftigt sich im Rahmen des Projektes „Next Generation Train“ mit der Entwicklung innovativer Leichtbauweisen für Schienenfahrzeuge. Der Übergangs- und Stirnbereich von Wagenkästen ist aufgrund der vielfältigen Anforderungen komplex. Im Rahmen einer Masterarbeit in sollen innovative Konzepte und Leichtbauweisen für Wagenkastenübergänge mit einem Partner aus der Industrie entwickelt und konstruiert werden

Untersuchung und Bewertung einer reversiblen Brennstoffzelle für den Einsatz in Fahrzeugen

Im Forschungsfeld Fahrzeug-Energiekonzepte werden mit Technologiepartnern sowohl Komponenten für energieeffiziente Fahrzeuge entwickelt und getestet als auch Fahrzeugarchitekturen und Betriebsstrategien untersucht. Als Energiewandler werden beispielsweise Komponenten für Hybridantriebe und Brennstoffzellensysteme betrachtet. Start-Stopp und Bremsenergierückgewinnung sind in der Automobilindustrie bereits schon Serienreif eingebaut. Range Extender, Elektrofahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeug sind die nächste Stufe der Antriebstechnologie, in dieser Arbeit soll ein neuartiger Ansatz untersucht werden, die Ruckgewinnung von Wasserstoff aus der Rekuperationsenergie.

Grobauslegungswerkzeug für Traktionsantriebe

Eingebunden in ein junges, hochmotiviertes Team sind Sie beteiligt an der Entwicklung innovativer Antriebe für Straßen- und Schienenfahrzeuge. Für die Konstruktion neuer Fahrzeuge wird bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkts des Projekts eine Aussage über die elektrische Maschine des Antriebssystems benötigt. Das von Ihnen zu erstellende Software-Tool soll dem Konstrukteur nach Vorgabe der wesentlichen Eckdaten, wie Bauraum, Drehzahl- und Drehmomentverlauf, elektrische Anschlusswerte, Kühlung usw. eine technisch realisierbare Maschine vorschlagen, die anschließend durch Variation einzelner Parameter noch weiter optimiert werden kann.