Hochdrehende Antriebsstränge für Straßenbahnfahrzeuge

Die Verringerung des Energiebedarfs von Schienenfahrzeugen durch fahrzeugseitige Maßnahmen wird durch den Einsatz von effizienteren Komponenten und die Reduktion der Fahrzeug-masse realisiert. Dies ist insbesondere für Niederflurstraßenbahnen interessant, da dort die Masse und der Bauraum stark beschränkt sind. Ein Lösungsansatz dafür ist der Einsatz von hochdrehenden Maschinen. Solche Antriebseinheiten werden bereits entwickelt und Untersuchungen bestätigen, dass diese für den Bahnbereich kleiner, leichter und effizienter sind. Allerdings bedingt der Einsatz einer hochdrehenden Maschine Anpassungen der übrigen Komponenten des Antriebsstrangs, die entgegen den Auslegungszielen wirken. Nur eine holistische Betrachtung erlaubt eine Bewertung des Gesamtfahrzeugs. Diese Dissertation untersucht, wie hochdrehende Antriebsmaschinen in Straßenbahnen inte-griert werden können und welche Effekte dies auf das Fahrzeug hat. Dazu werden die zu Be-ginn formulierten Forschungsfragen beantwortet. Ein Referenzsystem gibt die Randbedingungen für das Fahrzeug vor. Basierend darauf wird eine hochdrehende Antriebsmaschine mit einer passenden Maximaldrehzahl von 20 000 min−1 ausgewählt. Ein Stromrichter mit Silizium-karbid-Halbleitern ermöglicht den Betrieb dieser Asynchronmaschine. Mit einer dafür entwickelten Methode wird untersucht, wie sowohl Asynchronmaschine als auch Stromrichter unterflur eingebaut werden können. Zwei Fahrwerkskonfigurationen mit Radsätzen werden ausgewählt, bei einer wird der Antrieb in Querrichtung mittig eingebaut und bei der anderen in Längsrichtung außen. Aus diesen Komponenten und der Fahrwerkskonfiguration leiten sich die Anforderungen an das Getriebe ab. Die nötige Übersetzung von 29,6 wird durch ein drei-stufiges Getriebe realisiert. Für beide Fahrwerkskonfigurationen können Getriebe entwickelt werden, die die Randbedingungen an den Bauraum erfüllen. Die Auswirkungen auf die Subsys-teme Wagenkasten und Bremse werden untersucht und zwei Fahrzeugkonzepte abgeleitet. Durch die Verlagerung des Stromrichters in das Fahrwerk verändern sich die Massenverteilun-gen jedoch nicht so stark, dass Folgen für die Auslegung des Wagenkastens zu erwarten sind. Eine Anpassung der Auslegung der Bremsen ist auf Grund der auf Fahrzeugebene geringen Massenveränderung ebenfalls nicht notwendig. Die Fahrzeugkonzepte werden zur Bewertung mit dem Referenzfahrzeug im Hinblick auf Mas-se, Volumen, Energiebedarf und Fahrkomfort verglichen. Die Masse des Stromrichters und des hochdrehenden Antriebsstrangs sowie deren Volumen wird deutlich reduziert. Die Auswirkun-gen auf die Masse des Gesamtfahrzeugs sind gering. Der Energiebedarf wird im Vergleich zum Referenzfahrzeug verringert. Diese Reduktion kommt insbesondere durch die Energieeffizienz-steigerung des Stromrichters und der Maschine zustande. Der Fahrkomfort wird durch die Veränderung des Antriebsstrangs nicht spürbar beeinflusst und bleibt in der gleichen Bewertungskategorie

Sub-μ\mu structured Lotus Surfaces Manufacturing

Sub-micro structured surfaces allow modifying the behavior of polymer films or components. Especially in micro fluidics a lotus-like characteristic is requested for many applications. Structure details with a high aspect ratio are necessary to decouple the bottom and the top of the functional layer. Unlike to stochastic methods, patterning with a LIGA-mold insert it is possible to structure surfaces very uniformly or even with controlled variations (e.g. with gradients). In this paper we present the process chain to realize polymer sub-micro structures with minimum lateral feature size of 400 nm and up to 4 micrometers high.Comment: Submitted on behalf of EDA Publishing Association (http://irevues.inist.fr/handle/2042/16838

Modeling of large area hot embossing

Today, hot embossing and injection molding belong to the established plastic molding processes in microengineering. Based on experimental findings, a variety of microstructures have been replicated so far using the processes. However, with increasing requirements regarding the embossing surface and the simultaneous decrease of the structure size down into the nanorange, increasing know-how is needed to adapt hot embossing to industrial standards. To reach this objective, a German-Canadian cooperation project has been launched to study hot embossing theoretically by a process simulation and experimentally. The present publication shall report about the first results of the simulation - the modeling and simulation of large area replication based on an eight inch microstructured mold.Comment: Submitted on behalf of EDA Publishing Association (http://irevues.inist.fr/EDA-Publishing

Steigerung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrades von Straßenbahnantrieben durch den Einsatz hochdrehender Maschinen = Increasing the power density and efficiency of light rail vehicle drives through the use of high-speed machines

Der Einsatz einer hochdrehenden Antriebsmaschine in einem Straßenbahnfahrzeug ermöglicht die Steigerung des Wirkungsgrades und der Leistungsdichte. Aus einem Referenzsystem werden die Anforderungen an den hochdrehenden Motor abgeleitet. Das Referenzsystem bildet ein Bestandsstraßenbahnfahrzeug ab, welches in Zürich eingesetzt wird. Mittels einer systematischen Technologieauswahl werden verschiedene Antriebskonzepte hinsichtlich ihrer Eignung für die Anwendung verglichen. Dabei werden verschiedene Maschinenkonzepte, Konstruktionslösungen sowie Kühlkonzepte betrachtet. Ausgewählt wird eine Asynchronmaschine mit einer Maximaldrehzahl von 20.000 min–1 und einer S1-Dauerleistung von 75 kW. Die Asynchronmaschine ist als Innenläufermaschine mit Flüssigkeitskühlung ausgeführt, basierend auf dem Anforderungskatalog. Anschließend wird ein Vergleich mit dem Referenzantrieb durchgeführt und zum Schluss ein Prototyp gefertigt

Numerical simulation of a thermoviscoelastic frictional problem with application to the hot-embossing process for manufacturing of microcomponents

Peer reviewed: YesNRC publication: Ye

Microfluidic Plastic Devices for Single-use Applications in High-Throughput Screening and DNA-Analysis

Microfluidic devices fabricated by mass production offer an immense potential of applications such as high-throughput drug screening, clinical diagnostics and gene analysis [1]. The low unit production costs of plastic substrates make it possible to produce single-use devices, eliminating the need for cleaning and reuse [2]. Fabrication of microfluidic devices can be applied by microtechnical fabrication processes in combination with plastic molding techniques [3]. Basically, replication in plastics requires a hot embossing or injection molding tool. Various microfabrication technologies for the masterfabrication are established, such as the LIGA technique, mechanical micromachining and the micro electrical discharge machining technique (µEDM). Depending on the specific requirements, the most suitable process can be selected. The availability of these technologies allows to generate robust metal molding tools which exhibit the inverse shapes of the intended microstructures. In close collaboration, Greiner Labortechnik and Forschungszentrum Karlsruhe have fabricated prototype single-use plastic microfluidic devices in a standard microplate format by hot embossing with a mechanical micromachined molding tool and subsequent sealing of the microchannels. The microfluidic lab-on-chip structures are compatible with existing plate and liquid handling robotics. Sub-microliter sample volumes can be applied in the 96-channel multiplexed microstructures. Additionally, the combination of small assay volumes and the possibilities of integrated capillary electrophoretic separation provide a powerful tool for rapid assay development. This presentation will show a low cost production of 96-channel plastic microfluidic devices including various microfabrication technologies to demonstrate the application of microtechnical fabrication processes for high-throughput screening and DNA analysis

Near wake of emergent vegetation patches in shallow flow

Vegetation patches are particularly difficult to quantify in terms of flow resistance due to their complex geometry and topological behaviour under hydrodynamic loading. They not only influence the water level and mean velocities due to the drag they exert, but they also affect the turbulence and hence all transfer processes such as the sediment transport dynamics in the surrounding area. Existing studies dealing with the interaction of flow and vegetation concern mostly measurements of the drag of single plants followed by analyses of the flow through and above homogeneous canopies. However, studies of the flow around single patches are uncommon and are mostly restricted to arrays of cylindrical elements. For leafy plants there is very limited information and understanding of how the flow evolves through and around the plants. This work aims at filling these gaps via complementary physical lab-scale and numerical experiments of the flow through and around an artificial vegetation patch. The experimental work focuses on PIV measurements in the wake of the patches whereas the method of large-eddy simulation is employed to provide additional insights of the flow inside the patch. Here we focus on results based on the PIV measurements