"Maschinentechnik"
| Begriff | Maschinentechnik |
| Metakey | Studiengang/Studienrichtung (institution:field_of_study) |
| Typ | Keyword |
| Vokabular | HSLU |
6 Inhalte
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Entwicklung eines Fly Away Rail Guides für eine Sounding Rocket
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- Titel
- Entwicklung eines Fly Away Rail Guides für eine Sounding Rocket
- Autor/in
- Datierung
- 06.06.2019
- Beschreibung
- Fly Away Rail Guide
Diese Arbeit wurde für den Studentenverein ARIS – Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz erstellt.
Um die Leistungsfähigkeit einer von ARIS gebauten Rakete zu optimieren, sollen die Rail Buttons der
Rakete mit einem Fly Away Rail Guide System ersetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Konzept für
ein Fly Away Rail Guide System entworfen, evaluiert und ein Prototyp gebaut werden. In einem ersten
Schritt wird ein Tool erstellt, welches den negativen Einfluss der Rail Buttons bestimmt. Es stellt sich heraus,
dass die Rail Buttons die maximal erreichbare Höhe der Rakete um 40 𝑚 verringern.
In einem nächsten Schritt wird ein rein mechanisches Konzept entworfen. Das Konzept der Konstruktion
basiert auf einer Grundstruktur eine zwei-Mal-zwei-Halbschalen Systems. Damit die Rakete weiterhin im
Launch Rail geführt wird, sind an der Konstruktion Rail Buttons angebracht. Der Fly Away Rail Guide löst
sich von der Rakete durch Druckfedern, welche vor dem Start vorgespannt werden. Es werden die durch die
Konstruktion zusätzlich entstandenen Verluste mit den Verlusten der Rail Buttons verglichen und es stellt
sich heraus, dass durch das Verwenden des Fly Away Rail Guides ein Höhengewinn der Rakete von bis zu
12 𝑚 erzielt werden kann.
Fly Away Rail Guide
This thesis was written for the student association ARIS – Akademische Raumfahrt Initiative Schweiz
For the optimization of the performance of a rocket by ARIS, the rocket’s Rail Buttons should be replaced by
a Fly Away Rail Guide system. The goal of this thesis is to develop and evaluate a concept for a Fly Away
Rail Guide system and built a prototype. In a first step, a tool was created, which could determine the
negative effect of the Rail Buttons. It turned out, that the Rail Buttons lower the rocket’s maximum
achievable height by 40 𝑚. In a next step, a pure mechanical concept was designed. The concept is based on
a basic structure of a two-times-two-half-shell system. For the rocket to still be guided in the Launch Rail,
Rail Buttons were attached to the construction. The Fly Away Rail Guide releases itself from the rocket with
prestressed compression springs. The new power losses due to the construction were compared to the power
losses due to the Rail Buttons. It turns out, that by using this Fly Away Rail Guide system the maximum
achievable height increases by up to 12 𝑚.
- Fly Away Rail Guide
- Urheberrechtshinweis
- Traxel Patrick, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 26.11.2019
- Übergeordnete Sets
- 1
PCM Drop Kalorimeter und Zyklierapparatur
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- Titel
- PCM Drop Kalorimeter und Zyklierapparatur
- Autor/in
- Datierung
- 11.06.2021
- Beschreibung
- Die Ansprüche an Speichermöglichkeiten für Energien, vor allem im thermischen Bereich, werden immer
grösser. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Phasenwechselmaterialien, auch PCM genannt. Diese
Materialien können durch Ausnützung des Phasenübergangs hohe thermische Energie speichern. Das
Kompetenzzentrum der Hochschule Luzern im Bereich thermischer Energiespeicher ist daran interessiert,
neue Materialien zu erforschen. Ziel dabei ist es, ein möglichst kostengünstiges und zyklenstabiles Material
mit hoher Phasenwechselenthalpie zu entwickeln. Die Zyklenstabilität ist dann gewährleistet, wenn ein
Material nach mehreren Erstarrungs- und Schmelzvorgängen immer noch dieselbe Eigenschaft vorweist wie
zu Beginn. Um solche Messungen durchzuführen, ist eine gut ausgestattete Laboreinrichtung notwendig.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erweiterung, Optimierung und Entwicklung zweier bestehender
Laborerinrichtungen. Genauer gesagt, mit der Erweiterung einer Zyklierapparatur mit einem
Wärmestromsensor und der Überarbeitung eines Drop Kalorimeters. Diese beiden Einrichtungen gelten als
wichtige Ergänzung der bestehenden Laboreinrichtung an der HSLU.
Für die Zyklierapparatur gilt es mittels thermodynamischer Simulationen eine optimale Positionierung für
einen Wärmstromsensor zu ermitteln. Diese Erkenntnisse werden in einem Versuchsaufbau validiert und
ausgewertet. Nach den erfolgreichen Versuchen wird die Apparatur neu konzeptioniert und mit den Sensoren
sowie anderen konstruktiven Anpassungen erweitert.
Für den Drop Kalorimeter wird der bestehende Aufbau durch ein neues Konzept ersetzt. Dieses besteht aus
einem Dewar Gefäss und einem verbesserten Mechanismus für das Einführen der Probe.
Aus zeitlichen Gründen konnten beide entwickelten Einrichtungen nicht kalibriert werden. Dazu kommt das
die beiden Konzepte nicht mit PCM Messungen getestet und deren Ergebnisse nicht mit der PCM Datenbank
verglichen und validiert werden konnte.
The demands on storage options for energies, especially in the thermal field, are becoming ever greater. One
possibility is the use of Phase Change Materials, also called PCM. These materials can store high thermal
energy by exploiting the phase transition. The competence center of the Lucerne University of Applied
Sciences and Arts in the field of thermal energy storage is interested in researching new materials. The aim is
to develop a material with high phase change enthalpy that is as cost-effective and cycle-stable as possible.
Cycle stability is ensured when a material still exhibits the same property after several solidification and
melting processes as it did at the beginning. For this reason, it is very important to have a well equipped
laboratory facility to perform such measurements.
The present work deals with the extension, optimization and development of two existing laboratory
equipment. More specifically, with the extension of a cycling apparatus with a heat flow sensor and the
revision of a drop calorimeter. These two equipments are considered important additions to the existing
laboratory facilities at HSLU.
For the cycling apparatus, thermodynamic simulations are used to determine an optimal positioning for a heat
flow sensor. These findings will be validated and evaluated in an experimental setup. After the successful
experiments, the apparatus will be redesigned and extended with the sensors as well as other design
adjustments.
For the drop calorimeter, the existing setup will be replaced by a new concept. This consists of a Dewar
vessel and an improved mechanism for sample insertion.
Due to time constraints, both developed setups could not be calibrated. In addition, the two concepts could
not be tested with PCM measurements and their results could not be compared and validated with the PCM
database.
- Die Ansprüche an Speichermöglichkeiten für Energien, vor allem im thermischen Bereich, werden immer
- Urheberrechtshinweis
- Zgraggen Tim, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 16.03.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Redesign eines kostengünstigen und mobilen Mini-Mikroskops
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- Titel
- Redesign eines kostengünstigen und mobilen Mini-Mikroskops
- Autor/in
- Datierung
- 10.06.2022
- Beschreibung
- Die vorliegenden Bachelor-Thesis befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Mini-Mikroskops für das Institut für Medizintechnik der Hochschule Luzern in Horw. Der Prototyp aus einer vorangehenden Arbeit zeichnet sich durch seine hohe Mobilität und die tiefen Gesamtkosten aus. Letzteres wurde durch den Einsatz von Komponenten aus dem Consumer-Bereich und durch zugängliche Technologien wie 3D-Druck und Lasercutting erreicht. Der Prototyp weist jedoch noch konstruktive Mängel auf, welche identifiziert und ausgebessert werden sollen. Zudem soll das überarbeitete Mini-Mikroskop als Open Hardware öffentlich zugänglich gemacht werden.
Nach der Analyse des Prototyps wurden alle Optimierungsmöglichkeiten zusammengetragen, priorisiert und in einer konkreten Anforderungsliste erfasst. Durch zahlreiche Funktionstests konnten schon viele Teillösungen in einer frühen Projektphase validiert werden. Untersucht wurde unter anderem auch der Einsatz von einem Compliant Mechanismus oder einem kombinierten Grob- und Feintrieb, welcher durch einen hochpräzisen Antrieb im James Webb Space Telescope (JWST) inspiriert wurde.
Das Resultat ist ein Mini-Mikroskop mit verbesserter Benutzerfreundlichkeit und vielen Zusatzfunktio-nen. Auch die ohnehin schon gute Bildqualität konnte durch eine optimierte Streuscheibe gesteigert werden. Die Gesamtkosten aller eingesetzter Bauteile belaufen sich auf rund 182 CHF. Zudem wurde der Zusammenbau des Produktes durch eine Montageanleitung vereinfacht.
This bachelor thesis deals with the further development of a mini-microscope for the Institute of Medical Engineering at the Lucerne University of Applied Sciences and Arts in Horw. The prototype from a pre-vious project is characterized by its high mobility and low overall costs. The latter was achieved by using components from the consumer sector and the use of accessible technologies such as 3D printing and laser cutting. However, the prototype still has design flaws, which need to be identified and rectified. In addi-tion, the revised mini-microscope should be publicly released as open hardware. After analyzing the prototype, all optimization options were compiled, prioritized, and transformed into a requirements list with concrete specifications. Through numerous functional tests, many partial solutions could already be validated in an early project phase. Among others, the use of a compliant mechanism or a combined coarse and fine drive, which was inspired by a high-precision actuator in the James Webb Space Telescope (JWST), was investigated.
The result is a mini-microscope with improved usability and many additional features. The already good image quality has also been enhanced by an optimized diffusing disk. The total cost of all the compo-nents used is around CHF 182. In addition, the assembly of the product has been simplified by the addi-tion of assembly instructions.
- Die vorliegenden Bachelor-Thesis befasst sich mit der Weiterentwicklung eines Mini-Mikroskops für das Institut für Medizintechnik der Hochschule Luzern in Horw. Der Prototyp aus einer vorangehenden Arbeit zeichnet sich durch seine hohe Mobilität und die tiefen Gesamtkosten aus. Letzteres wurde durch den Einsatz von Komponenten aus dem Consumer-Bereich und durch zugängliche Technologien wie 3D-Druck und Lasercutting erreicht. Der Prototyp weist jedoch noch konstruktive Mängel auf, welche identifiziert und ausgebessert werden sollen. Zudem soll das überarbeitete Mini-Mikroskop als Open Hardware öffentlich zugänglich gemacht werden.
- Urheberrechtshinweis
- Wandeler Jan, Hochschule Luzern Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 25.10.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Identifikation der wesentlichen Diffusor-Design-Parameter und deren Einfluss auf das Betriebsverhalten eines Radialverdichters
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- Titel
- Identifikation der wesentlichen Diffusor-Design-Parameter und deren Einfluss auf das Betriebsverhalten eines Radialverdichters
- Autor/in
- Datierung
- 10.06.2022
- Beschreibung
- Diffusoren erweisen sich als wichtige Komponenten in der Strömungsmechanik. Auch in
Turbomaschinen - wie Radialverdichtern oder Gasturbinen - spielen diese eine wichtige Rolle, da sie
einerseits den Gesamtwirkungsgrad verbessern und andererseits das Druckverhältnis erhöhen.
Jedoch ist die Auslegung von Diffusoren in Turbomaschinen stets mit Schwierigkeiten verbunden. Die
vorliegende Arbeit zeigt den Einfluss der wesentlichen Diffusor-Design-Parameter auf das
Betriebsverhalten auf. Weiter wird eine numerisch optimierte Diffusorgeometrie (erzeugt durch eine
gradienten-basierte Adjoint Methode) grob vereinfacht und nummerisch untersucht. Dabei wurde der
Reynolds-Average-Navier-Stoke Ansatz, sowie ein Ω-RSM Turbulenzmodell verwendet und wurde mit
einem von der Hochschule Luzern entwickelten druckbasierten Solver durchgeführt.
Es wurde gezeigt, dass die Wahl der wesentlichen Diffusor-Design-Parameter einen Kompromiss
zwischen Betriebsbereichsgewinn und Druckerhöhung/Wirkungsgradgewinn darstellt. Nebst den
mathematischen Abhängigkeiten der Parameter des Diffusorkanals (Öffnungswinkel, Diffusorlänge
und Flächenverhältnis) haben sich weitere Zusammenhänge gezeigt. So ist beispielsweise der
Diffusoreintrittsradius, die Eintrittsweite, der Anstellwinkel und die Schaufelzahl voneinander
abhängig und müssen stets aufeinander abgestimmt sein. Zudem wurde gezeigt, dass sich die
Theorie ebener Kanaldiffusoren nicht direkt an Turbomaschinen anwenden lässt und somit
ausschliesslich zur groben Auslegung verwendet werden darf.
Weiter wurde gezeigt, dass die Vereinfachung eines nummerisch optimierten Keildiffusors einerseits
höhere Druckverhältnisse und Wirkungsgrade erreicht anderseits aber zu früher eintretenden
instabilen Verhalten führt (pumpengrenznaher Bereich). Trotz der sehenswerten
Wirkungsgradsteigerung und Druckerhöhung der vereinfachten Geometrie (V2) - im mittleren und
stopfgrenznahen Kennbereich (knapp 1.5 % höher, verglichen mit der Originalgeometrie) - und der
starken Korrelation mit dem Betriebsverhalten der nummerisch optimierten Geometrie, scheint eine
dreidimensionale Modifikation der Keilgeometrie als unverzichtbar.
Diffusers are important technical components in fluid mechanical applications. They also play an
important role in turbomachinery, such as centrifugal compressors or gas turbines. On one hand they
improve the overall efficiency and on the other hand they increase the pressure ratio. However, the
design of diffusers in turbomachinery is still challenging. The present work shows the influence of
each diffuser design parameter on the operating behaviour. Furthermore, a numerically optimised
diffuser geometry (generated by using the adjoint method) is simplified by the extraction of key
features and numerically investigated. The Reynolds-Average-Navier-Stoke approach, as well as an
Ω -RSM turbulence model, were used and was executed on an in-house coupled pressure based
solver.
It was shown that the choice of the essential diffuser design parameters represents a trade-off
between operating range and pressure/efficiency increase at design conditions. In addition to the
mathematical dependencies of the diffuser channel parameters (opening angle, diffuser length and
area ratio), other interrelationships have been shown. Especially, the diffuser inlet radius, the inlet
width, the angle of attack as well as the number of diffuser blades are mathematically dependent on
each other and should always be balanced. In addition, it was shown that the theory of straight
channel diffusers cannot be applied directly to turbomachinery and may only be used for a first
estimation.
Furthermore, it was shown that the applied simplifications of the numerically optimised wedge
diffuser achieve on the one hand higher pressure ratios and efficiencies but on the other hand lead to
an unstable behaviour near the surge condition. The conclusion is therefore, that a 3-dimensional
modification of the guide vanes is necessary, despite the remarkable increase in efficiency and
pressure through the simplification (V2) (almost 1.5 % higher for desing and near choke conditions
compared to the used testcase) and the strong correlation with the behaviour of the numerically
optimised geometry.
- Diffusoren erweisen sich als wichtige Komponenten in der Strömungsmechanik. Auch in
- Urheberrechtshinweis
- Schmidiger Jerome, Hochschule Luzern Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 30.11.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods
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- Titel
- Aerodynamische Optimierung der Aussenhülle eines Hyperloop-Pods
- Autor/in
- Datierung
- 01.01.2023
- Beschreibung
- Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erfassung und Analyse von strömungsmechanischen
Grössen, welche die Widerstandscharakteristik eines Hyperloop-Pod in Abhängigkeit der Einsatz- und
Betriebsparameter aus aerodynamischer Sicht beeinflussen können. Basierend auf einer bestehenden
Pod-Geometrie werden die Zusammenhänge zwischen der Pod-Hülle, dem Umgebungsdruck, der
Fahrgeschwidigkeit und den Dimensionen der Transportröhre mittels CFD-Simulationen ermittelt. Die
gewonnenen Informationen fliessen in Zusammenarbeit mit dem Verein Swissloop, welcher einer
studentischen Initiative der ETH Zürich entsprang, in die Konstruktion einer neuen Pod-Hülle ein.
Unter der Berücksichtigung des Pflichtenheftes aus dem Swissloop-Projekt, soll diese mittels 3-D CFD
weiter optimiert werden.
Die Parameterstudie kommt zum Schluss, dass die Widerstandscharakteristik eines Pods massgeblich
von dessen Querschnittsfläche im Verhältnis zur Querschnittsflläche der leeren Transportröhre
beeinflusst wird. Je nach Fahrtgeschwindigkeiten entstehen bei der Umströmung des Pod
Überschallgeschwindigkeiten, welche weitere widerstandserhöhenden Phänomene mit sich bringen.
Für eine Hyperloop-Anwendeung verschärft sich diese Problematik aufgrund von abgesenkten
Umgebungsdrücken weiter.
Für den Pod von Swissloop konnte eine wesentliche Reduktion von erforderlicher Antriebsleistung
und maximaler Querschnittsfläche erreicht werden. Die Reduktion der Widerstandscharakteristik ist
damit gelungen, lässt jedoch bei konstant hohem Widerstandsbeiwert noch Raum für
Verbesserungen.
The objective of the present work is to collect and analyze fluid mechanical quantities that can
influence the drag characteristics of a Hyperloop Pod depending on the deployment and operational
parameters from an aerodynamic point of view. Based on an existing pod geometry, the relationships
between the pod envelope, the ambient pressure, the speed and the dimensions of the transport
tube are determined using CFD simulations. The information gained will be used to design a new pod
envelope in collaboration with the Swissloop association, which originated from a student initiative at
ETHZ. Taking into account the specifications from the Swissloop project, the envelope is to be further
optimized using 3-D CFD.
The parameter study concludes that the drag characteristics of a pod are significantly influenced by
its cross-sectional area in relation to the cross-sectional area of the empty transport tube. Depending
on the travel speeds, supersonic velocities are generated as the pod flows around it, which introduce
further drag-increasing phenomena. For a hyperloop application, this problem is further exacerbated
due to lowered ambient pressures.
For the Swissloop pod, a significant reduction in required propulsion power and maximum crosssectional
area was achieved. The reduction of the resistance characteristic has thus been successful,
but still leaves room for improvement with a constant high drag coefficient.
- Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erfassung und Analyse von strömungsmechanischen
- Urheberrechtshinweis
- Meier Nico, Hochschule Luzern -+ Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 23.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Weiterentwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Weiterentwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher
- Autor/in
- Datierung
- 03.01.2024
- Beschreibung
- ADES ist eine nichtstaatliche Organisation, welche sich für den Erhalt des Waldes und der
Lebensgrundlage der Bevölkerung in Madagaskar einsetzt. Dies macht sie durch Einführen von Solarund
Energiesparkochern, Aufforstungsprojekten sowie Bildungs- und Sensibilisierungsmassnahmen.
Um gänzlich von Holz als Brennmaterial unabhängig zu werden, wird nach einer Lösung gesucht,
welche die Sonnenenergie über den Tag aufnimmt, speichert und am Abend zur Essenszeit während
des Kochens wieder abgibt. Um dieses Ziel zu erreichen, wird im Rahmen dieser
Arbeit das existierende Konzept für einen Solarkochherd mit Latentwärmespeicher optimiert und
weiterentwickelt. Durch die abschliessenden Versuche am Funktionsmuster konnte bestätigt werden,
dass nach zwei Stunden Speicherung noch Reis für mindestens sechs Personen gekocht werden
kann.
ADES is a non-governmental organisation that works to preserve the forest and the livelihoods of the
population in Madagascar. It does this by introducing solar and energy-saving cookers, reforestation
projects and educational and awareness-raising measures. In order to become completely
independent of wood as a fuel, a solution is being sought that absorbs solar energy throughout the
day, stores it and releases it again in the evening at mealtime during cooking.
In order to achieve this goal, the existing concept for a solar cooker with latent heat storage is being
optimised and further developed. The final tests on the functional model confirmed that after two
hours of storage there is still enough rice for at least six people.
hours of storage, rice for at least six people can still be cooked.
- ADES ist eine nichtstaatliche Organisation, welche sich für den Erhalt des Waldes und der
- Urheberrechtshinweis
- Krummenacher Colin, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 03.04.2024
- Übergeordnete Sets
- 1