"Maschinentechnik"
| Begriff | Maschinentechnik |
| Metakey | Studiengang/Studienrichtung (institution:field_of_study) |
| Typ | Keyword |
| Vokabular | HSLU |
56 Inhalte
- Seite 1 von 5
Horizontale Speicher
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- Titel
- Horizontale Speicher
- Autor/in
- Datierung
- 13.01.2025
- Beschreibung
- Ein horizontal gebohrter Erdwärmespeicher ist eine innovative Technik der thermischen
Energiespeicherung, besonders relevant für Einkaufszentren mit hohem Wärme- und Kältebedarf.
Ziel ist die Effizienzsteigerung durch saisonale Wärmespeicherung und aktive Abwärmenutzung von
Kälteanlagen. Die Arbeit analysiert Anordnungsprinzipien horizontaler Erdwärmesonden in
Simulationen. Eine 2D-Anordnung zeigte im Vergleich zur konzentrischen 3D-Anordnung bessere
Leistungswerte durch höhere Massenströme, mit Wärmeströmen von bis zu 15 kW pro Sonde in
Beladungsphasen. In Entladungsphasen blieben die Werte unter 4 kW. Allerdings bietet die 3DAnordnung
ein höheres Temperaturniveau für die Wärmepumpe. Die Implementierung eines
thermischen Speichers erwies sich wirtschaftlich als nicht tragfähig, jedoch könnten Optimierungen
wie veränderte Systemauslegungen Potenziale aufzeigen.
Horizontal directional drilling is an innovative thermal energy storage technique, particularly suited
for shopping centers with high heating and cooling demands. The goal is to boost efficiency via
seasonal heat storage and waste heat utilization from cooling systems. This study evaluates
various horizontal geothermal probe arrangements in simulations. Improved outlet temperatures
target better COP values for the heat pump. A 2D arrangement showed superior energy intake and
output compared to the 3D arrangement due to higher mass flow, achieving up to 15 kW heat flow
per probe during loading phases but under 4 kW in unloading phases. However, the 3D setup
offered a better temperature profile for the heat pump. Despite these findings, implementing a
thermal storage system proved economically unviable. Optimizations with alternative
configurations and system designs may reveal untapped potential.
- Ein horizontal gebohrter Erdwärmespeicher ist eine innovative Technik der thermischen
- Urheberrechtshinweis
- Emmenegger Julian, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 12.03.2025
- Übergeordnete Sets
- 1
Optimierung und Validierung einer Röntgen-Computertomografie-kompatiblen Druck- und Temperaturstage
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- Titel
- Optimierung und Validierung einer Röntgen-Computertomografie-kompatiblen Druck- und Temperaturstage
- Autor/in
- Datierung
- 07.06.2024
- Beschreibung
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
in der Forschung zu thermischen Energiespeichern. Das Kompetenzzentrum für thermische Energiespeicher (CC TES) der
Hochschule Luzern hat sich auf die Forschung und Entwicklung von thermischen Energiespeichern sowie die Untersuchung
von Phasenwechselmaterialien spezialisiert und ist die Industriepartnerin dieser Arbeit. Um PCMs während des Erstarrens
und Schmelzens zu analysieren, verwendet das CC TES einen Computertomografen (CT). Mit diesem CT ist es möglich,
PCM-Proben in digitalen 3D-Rekonstruktionen darzustellen. Das Hauptproblem bei der Untersuchung der PCMs besteht
darin, dass der Innenraum des CTs eine konstante Temperatur von 20 °C aufweist. Da man aber in den meisten Fällen das
Verhalten eines PCMs bei einer bestimmten Temperatur untersuchen möchte, braucht es eine Temperiervorrichtung. Bisher
wurden diese Messungen jeweils so gemacht, dass die Probe in einem Ofen oder in einem Kühlschrank auf Zieltemperatur
gebracht. Dies ist jedoch keine ideale Lösung, weshalb in vorangehenden Arbeiten Stages (Halterungen für die Proben im
CT) entwickelt wurden, welche die Probe während der Messung stabil auf Temperatur halten sollen. Diese Stages sind
Prototypen und enthalten Konzepte zum Heizen und Kühlen. In dieser Arbeit sollen nun diese Konzepte umgesetzt werden.
Ziel ist es, die Stage autonom laufen lassen zu können, sodass nur noch eine Probe eingelegt werden muss und die Parameter
gewählt werden müssen. Es soll ein Computerprogramm entwickelt werden, welches autonom Heiz- und Kühltemperaturen
zyklisch abfährt und im richtigen Zeitpunkt CT-Messungen startet. Die Bedienung dieser Stage soll so gestaltet werden, dass
auch eine Person ohne Vorkenntnisse nach einer kurzen Schulung selbstständig Messungen durchführen kann. In einem ersten
Arbeitsschritt wurde recherchiert, welche Schnittstellen notwendig sind und welche Komponenten zur Realisierung verwendet
werden sollen. Dannach wurden diese Konponenten stand-alone getestet und auf Kompatibilität geprüft. Danach wurde ein
Simulationsprogramm erstellt sowie der komplette Programmablauf geprüft und auf allfällige Fehler getestet. Nachdem alles
klar definiert war, wurde das System schrittweise programmiert und in Betrieb genommen, bis das vollständige autonome
System bereitstand. Insgesamt war die Validierung zum Schluss zufriedenstellend. Somit wurde eine autonome Stage für den
CT an der Hochschule Luzern entwickelt.
Investigating the melting and solidification behavior of phase change materials (PCM) plays a central role in research on
thermal energy storage. The Competence Center for Thermal Energy Storage (CC TES) at Lucerne University of Applied
Sciences and Arts specializes in the research and development of thermal energy storage systems and the investigation of
phase-change materials (PCM), and is the industrial partner for this Thesis. The CC TES uses a computer tomograph
(CT) to analyze PCMs during solidification and melting. With this CT, it is possible to visualize PCM samples in digital 3D
reconstructions. The main problem when analysing PCMs is that the interior of the CT has a constant temperature of 20 °C.
However, since in most cases the behavior of a PCM at a specific temperature needs to be investigated, a temperature control
device is required. Until now, these measurements have been carried out by bringing the sample to the target temperature
in an oven or refrigerator. However, this is not an ideal solution, which is why stages (holders for the samples in the CT)
were developed in previous theses to keep the sample at a stable temperature during the measurement. These stages are
prototypes and contain concepts for heating and cooling. In this Thesis, these concepts are now to be implemented. The
aim is to be able to operate the stage autonomously. A computer program is to be developed which autonomously runs
heating and cooling temperatures cyclically and starts CT measurements at the right time. The operation of this stage
is to be designed in such a way that even a person without prior knowledge can carry out measurements independently
after a short training course. The first step was to search which interfaces are required and which components are to be
used for realization. These components were then tested stand-alone and checked for compatibility. A simulation program
was then created, and the complete program sequence was checked and tested for any errors. Once everything had been
clearly defined, the system was programmed step by step and put into operation until the complete autonomous system was
ready. Overall, the validation was satisfactory. An autonomous stage was thus developed for the CT at Lucerne University
of Applied Sciences and Arts.
- Die Untersuchung des Schmelz- und Erstarrungsverhaltens von Phasenwechselmaterialien (PCMs) spielt eine zentrale Rolle
- Urheberrechtshinweis
- Pliska Valeria, Hochschule Luzern - Departement Technik & Archtektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 11.12.2024
- Übergeordnete Sets
- 1
Thermal Stability of a Bioplastics Reactor on the Moon
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- Titel
- Thermal Stability of a Bioplastics Reactor on the Moon
- Autor/in
- Datierung
- 02.01.2024
- Beschreibung
- ARTEMIS ist ein Programm der NASA und ESA, mit dem Ziel, bemannte Missionen und Experimente
auf dem Mond durchzuführen. Eines der Experimente ist der Bioplastik Reaktor, mit dem untersucht
werden soll, wie Plastik und Carbonfasern während Weltraumexpeditionen hergestellt werden
können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der thermodynamischen Stabilität dieses Systems,
welches eine Temperatur von 27 ± 1.5 °C über einer Missionsdauer von 170 Tagen einhalten muss.
Der Fokus dieser Arbeit liegt darin, die Umgebungsbedingungen auf dem Mond zu untersuchen und
drei thermische Kontroll-Systeme zu entwickeln. Um die Konzepte über die ganze Missionsdauer zu
validieren, wird eine Simulationssoftware verwendet, welches die Systeme thermisch abbildet. Es
wurden drei Ansätze gefunden, die verschiedene Materialien und Methoden verwenden, um die
Anforderung zu erfüllen. Die Konzepte sind thermisch von der Mondoberfläche entkoppelt und führen
die Wärme jeweils über einen Radiator ab. Es wurde der Ansatz verwendet, ein möglichst passives
System zu entwickeln, dass im Anschluss mit Heizelementen reguliert werden kann. Es wurde
ebenfalls festgestellt, dass Mondstaub ein grosser Risikofaktor darstellt, der das System
beeinträchtigt und dringend weiterverfolgt werden muss.
ARTEMIS is a NASA and ESA programme with the aim of carrying out manned missions and
experiments on the moon. One of the experiments is the bioplastic reactor, which is intended to
investigate how plastics and carbon fibres can be produced during space expeditions. This thesis
deals with the thermodynamic stability of the reactor, which must maintain a temperature of 27 ±
1.5°C over a mission duration of 170 days. The focus of this work is to investigate the environmental
conditions on the moon and to develop three thermal control systems. In order to validate the
system over the entire mission duration, simulation software is used to model the system thermally.
Three approaches were found that use different materials and methods that meet the temperature
requirement. The concepts are thermally decoupled from the lunar surface and dissipate the heat via
a radiator. The approach used was to develop a system that is as passive as possible and can then
be regulated with heating elements. It was also established that moon dust is a major risk factor that
impairs the system and urgently needs to be pursued further.
- ARTEMIS ist ein Programm der NASA und ESA, mit dem Ziel, bemannte Missionen und Experimente
- Urheberrechtshinweis
- Staub Niklaus, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 03.04.2024
- Übergeordnete Sets
- 1
Weiterentwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher
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- 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
Analyse VOC-Übertragung
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- Titel
- Analyse VOC-Übertragung
- Autor/in
- Datierung
- 05.01.2024
- Beschreibung
- Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Charakterisierung des Adsorptionsverhaltens dreier Stoffpaarungen
anhand von Adsorptionsisothermen. Dadurch soll ein Beitrag zur Quantifizierung der matrixbedingten
Übertragung von VOCs in Sorptionsrotoren geleistet werden. Dies ist erforderlich, um die Verwendung von
Sorptionsrotoren in kritischen Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Luftreinheit zu ermöglichen.
Die Isothermen sollen im Rahmen einer experimentellen Untersuchung mit dem Sorptionsanalysator
MixSorb L® ermittelt werden. Bei den drei Stoffpaarungen handelt es sich um Isopropanol/AP4-60,
Toluol/H-MOR und Toluol/H-FAU.
Mit der Stoffpaarung IPA/AP4-60 wurden insgesamt sechs Messungen in drei unterschiedlichen
Konzentrationsbereichen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen konnte
eine Adsorptionsisotherme bei einer Temperatur von 30°C ermittelt und anhand von Literaturdaten validiert
werden. Aufgrund dessen konnte eine Einschätzung über die Menge an matrixbedingter Übertragung von
Isopropanol in einem mit AP4-60 beschichteten Sorptionsrotor getroffen werden.
Mit der Stoffpaarung TOL/H-MOR wurden drei Messungen in zwei Konzentrationsbereichen durchgeführt.
Aufgrund von fragwürdiger Plausibilität der Ergebnisse konnte jedoch keine Isotherme zur Charakterisierung
des Adsorptionsverhaltens ermittelt werden. Da aus Zeitgründen keine Messungen mit der Stoffpaarung
TOL/H-FAU durchgeführt wurden, konnte auch mit dieser Stoffpaarung keine Adsorptionsisotherme
ermittelt werden.
This project deals with the characterization of the adsorption behaviour of three substance pairings
using their adsorption isotherms. The goal is to contribute to the quantification of the matrix borne
carry over of VOCs in sorptionwheels. This is necessary to enable the use of sorption wheels in
critical applications with high requirements for air purity. The isotherms should be determined as part
of an experimental investigation using the sorption analyzer MixSorb L®. The three substance
pairings are Isopropanol/AP4-60, Toluene/H-MOR and Toluene/H-FAU.
With the substance pairing IPA/AP4-60 six measurements in three different concentration ranges
were conducted. Using the results of the experimental investigation an adsorption isotherm at a
temperature of 30°C could be determined. Based on the isotherm the amount of matrix born carry
over of isopropanol in a sorption wheel coated with AP4-60 could be approximated.
With the substance pairing TOL/H-MOR three measurements in two different concentration ranges
were conducted. Due to the questionable behaviour of the results, no isotherme to characterize the
adsorption behaviour could be determined. Because of time constraints no measurements were
conducted with the substance pairing TOL/H-FAU and no isotherme could be determined either.
- Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Charakterisierung des Adsorptionsverhaltens dreier Stoffpaarungen
- Urheberrechtshinweis
- Beissel Marc, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 13.03.2024
- Übergeordnete Sets
- 1
CT Temperiervorrichtung
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- Titel
- CT Temperiervorrichtung
- Autor/in
- Datierung
- 09.06.2023
- Beschreibung
- Die Untersuchung der Schmelz -und Erstarrungsverhalten von Phasenwechselmaterialien (Phasechange-
materials, PCM) spielt in der Forschung von thermischen Energiespeichern (TES) eine
bedeutende Rolle. Um ein PCM beim Erstarren und Schmelzen zu untersuchen, verwendet man an
der Hochschule Luzern Technik & Architektur unter anderem einen Röntgen-Computertomographen
(CT). Dank des CT-Instruments hat man die Möglichkeit die PCM-Probe in digitalen 3DRekonstruktion
darzustellen, um damit beispielsweise Lufteinschlüsse oder die Orientierung der
gebildeten Kristalle zu bestimmen.
Die Problemstellung dieser Arbeit ist, dass der Innenraum des CTs eine Temperatur von 20°C hat,
und eine PCM-Probe im CT somit immer den Aggregatszustand bei 20°C anstrebt. Dieser Prozess
kann mittels Isolation zwar verlangsamt, jedoch nicht gestoppt werden. Wenn man z.B. das PCM
Natriumacetate-Trihydrate (SAT) mit einem Schmelzpunkt von 58°C untersuchen möchte kann man
es ausserhalb des CTs erwärmen auf über 58°C, bis es geschmolzen ist. Sobald man die
Wärmezufuhr aber stoppt und die SAT-Probe in den CT stellt, wird sich das SAT unweigerlich den
20°C angleichen und wieder erstarren. Um das zu verhindern und der Probe aktiv Wärme zu -oder
abzuführen, wird im Rahmen dieser Arbeit eine CT-Temperiervorrichtung entwickelt, um die
beschriebene Problematik zu lösen.
Im Laufe des Entwicklungsprozesses ist eine der wichtigsten Fragestellungen, wie die
Wärmeerzeugung und Kältebereitstellung realisiert wird. Auf Grund der Vor- und Nachteile der
verschiedenen Möglichkeiten entscheidet man sich für die Verwendung von Peltier-Elementen. Es
werden zwei unterschiedliche Peltier-Elemente Verwendet. Zum einen ein 118 W Peltier-Element mit
einer sehr guten Kühl-performance aber einer maximalen Verwendungstemperatur von 100°C und
zum anderen ein 204 W Peltier-Element, das sich als besser geeignet für Heizprozesse herausstellt.
Das 204 W Peltier-Element hat zudem eine maximale Verwendungstemperatur von 160°C. Aufgrund
der Temperaturbereiche werden, zwei Vorrichtungen hergestellt. Eine Vorrichtung für den
Temperaturbereich von -30 bis 100°C mit den 118 W Peltier-Elementen sowie eine Vorrichtung für
den Heizbetrieb bis 160°C mit den 204 W Peltier-Elementen.
Um die Grenzen und Möglichkeiten der Vorrichtungen sowie die Performance während einer CTUntersuchung
zu evaluieren, werden diverse Tests durchgeführt. Die Testversuche zeigen, dass die
Vorrichtungen funktionieren und es möglich ist PCM-Proben im Bereich von -30 bis 160°C zum
Schmelzen und Erstarren zu bringen. Die maximale Kühlleistung, die bei -30°C
Vorrichtungstemperatur von den beiden Peltier-Elementen erbracht wird, beträgt 36 W. Die
Heizleistung ist bedeutend grösser, da diese aus einem Grossteil der elektrischen Leistung besteht.
Die während den Tests maximal erreichte Heizleistung beträgt ca. 240 W. Die Testversuche haben
ebenfalls gezeigt, dass sich die Kühlleistung verbessert, umso besser die Wärme an der «heissen»
Peltier-Element Seite abgeführt werden kann. Je nach Temperatur, können die Messungen bis zu 2h
dauern. Eine lange Messzeit ist dabei nicht zwingend ein Nachteil. Um möglichst
qualitative/kontrastreiche CT-Rekonstruktionen zu kriegen ist es von Vorteil, wenn der
Phasenwechsel langsam voranschreitet.
Um den Phasenwechsel des PCMs möglichst genau anzusteuern, und dem zufolge untersuchen zu
können, wäre es ideal, wenn die Peltier-Elemente auf die PCM-Temperatur geregelt werden könnten.
Dies Stellt sich im Verlauf der Arbeit als eine der grössten Herausforderungen dar, denn es gibt
innerhalb der Vorrichtung eine zeitliche Temperaturdifferenz zwischen der Vorrichtungstemperatur
nahe der Peltier-Elemente, und der Temperatur des PCMs. Bei der Temperaturregelung der Peltier-
Elemente auf die Temperatur der Vorrichtung nahe der Probe, beginnt die Regelung stark zu Unter
-und Überschwingen. Es ist nicht möglich die Regelung befriedigend einzustellen. Diese Problematik
kann in der vorliegenden Arbeit leider noch nicht gelöst werden und zeigt, wo es unteranderem noch
Verbesserungspotenzial gibt.
The investigation of the melting and solidification behaviour of phase change materials (PCMs) plays
a significant role in the research of thermal energy storage (TES). At the Lucerne University of
Applied Sci-ences and Arts, the X-ray computed tomography (CT) is used, among other methods, to
examine a PCM during its solidification and melting processes. With the CT instrument, it is possible
to represent the PCM sample in a digital 3D reconstruction, allowing for the determination of air
inclusions or the orientation of formed crystals, for example.
The problem addressed in this work is that the interior of the CT has a temperature of 20°C, and
therefore, the PCM always tends to reach its state at 20°C. While insulation can slow down this
process, it cannot stop it. For instance, if one wants to investigate the PCM sodium acetate trihydrate
(SAT) with a melting point of 58°C, it can be heated outside the CT to a temperature above 58°C
until it is melted. However, once the heat supply is stopped, and the SAT sample is placed in the CT,
it will inevitably adjust to 20°C and solidify again. To prevent this and actively transfer heat to or
from the sample, a CT temperature control device is being developed within the scope of this work to
address the described issue.
During the development process, one of the most important questions is how to realize heat
generation and cooling provision. Considering the advantages and disadvantages of various
possibilities, the decision is made to use Peltier-elements. Two different Peltier-elements are being
used: a 118 W Peltier-element with excellent cooling performance but a maximum operating
temperature of 100°C, and a 204 W Peltier-element that proves to be more suitable for heating
processes. The 204 W Peltier-element also has a maximum operating temperature of 160°C. Due to
these temperature ranges, two devices are constructed: one for the temperature range of -30 to
100°C utilizing the 118 W Peltier-elements, and another for heating operations up to 160°C using the
204 W Peltier-elements. To evaluate the limits, capabilities, and performance of the devices during a CT examination, several
tests are conducted. The test experiments demonstrate that the devices work and make it possible to
melt and solidify PCM samples in the range of -30 to 160°C. The maximum cooling power provided
by both Peltier-elements at a device temperature of -30°C amounts to 36 W. The heating power is
significantly higher as it constitutes a majority of the electrical power. The maximum heating power
achieved during the tests is approximately 240 W. The test experiments also show that the cooling
performance improves when heat can be dissipated more effectively at the "hot" side of the Peltier
element. Depending on the temperature, the measurements can take up to 2 hours. A long
measurement time is not necessarily a disadvantage, as a slow phase change progression is
advantageous for obtaining qualitative and high-contrast CT reconstruc-tions.
In order to precisely control the phase change of the PCMs and investigate them accordingly, it would
be ideal to regulate the Peltier elements to the temperature of the PCM. However, this proves to be
one of the greatest challenges throughout the work because there is a temporal temperature
difference within the device between the temperature near the Peltier-elements and the temperature
of the PCM. When attempting to regulate the Peltier-elements to the temperature of the device near
the sample, the regulation starts to oscillate significantly, leading to undershooting and overshooting.
Satisfactorily adjusting the regulation is not possible. Unfortunately, this issue cannot be resolved in
this present work, highlighting areas for potential improvement.
- Die Untersuchung der Schmelz -und Erstarrungsverhalten von Phasenwechselmaterialien (Phasechange-
- Urheberrechtshinweis
- Waser Cyrill, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 05.12.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Entwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Entwicklung eines Solarkochherdes mit Latentwärmespeicher
- Autor/in
- Datierung
- 08.06.2023
- Beschreibung
- Die “Association pour le Développement de l’Energie Solaire” (ADES) ist eine Nichtregierungsorganisation (NGO),
welche sich für die Erhaltung der Lebensgrundlagen auf Madagaskar einsetzt. Dies da auf Madagaskar bereits 90%
der ursprünglichen Waldflächen abgeholzt wurden. Durch den Einsatz von Solar- und Energiesparkochern senken
sie den Verbrauch von Brennmaterialien wie Holz.
Langfristig wird aber eine Lösung benötigt, welche kein Brennmaterial verbraucht. Deshalb wird in dieser Arbeit
ein Lösungskonzept für ein Solarkochherd mit Latentwärmespeicher entwickelt, mit welchem das Kochen ohne
Brennmaterial möglich ist. Durch die Verwendung eines Latentwärmespeichers kann die tagsüber verfügbare Sonnenenergie
abends zum Kochen genutzt werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird als erster Schritt eine Technologierecherche durchgeführt, um den Stand der
Technik aufzuarbeiten. Auf Basis dieser Technologierecherche wurden verschiedene Lösungskonzepte erarbeitet
und bewertet. Aus diesen wurde das geeignetste Konzept ausgewählt und ein Funktionsmuster aufgebaut. Bei diesem
wird der Latentwärmespeicher des Solarkochherds mit einem Parabolspiegel beladen. Im Latentwärmespeicher
wird D-Mannitol als Speichermaterial genutzt. D-Mannitol ist ein Zuckeralkohol und deshalb für die Verwendung
unbedenklich, da diese keine Gefahrenkennzeichnung aufweisen. Durch Tests mit dem Funktionsmuster wurde festgestellt,
dass das D-Mannitol für die vorgesehene Anwendung jedoch ungeeignet ist. Dies aus dem Grund, da sich
im Speicher-Behälter des Solarkochherds Wasser gebildet hat und die starke Unterkühlung von D-Mannitol eine
Wärmeabgabe auf einem deutlich tieferen Temperaturniveau als der Schmelztemperatur zur Folge hatte. Das Wasser
entstand durch die Degradation von D-Mannitols, wodurch dieses dehydriert. Durch das Wasser bildet sich bei
der Erwärmung Wasserdampf, wodurch sich im Speicher-Behälter des Solarkochherds Druck aufbaut.
Auf Basis dieser Erkenntnisse wird empfohlen für den Aufbau eines nächsten Solarkochherds mit Latentwärmespeicher
kein Zuckeralkohol zu verwenden, sondern die Salzmischung Solar Salt. Dieses weist eine geringe Unterkühlung
auf, hat aber den Nachteil, dass dieses Material eine Gefahrenkennzeichnung hat, da es sich um Nitrate
handelt.
The ADES is a NGO that works to preserve Madagascar’s livelihoods. This is because already 90% of the original
forest areas in Madagascar has been lost. By using solar and energy-efficient cookers, they reduce the consumption
of combustible materials such as wood.
In the long term, however, a solution is needed that doesn’t consume combustible materials. Therefore, in this
Bachelor thesis a solution concept for a solar cookstove with latent heat storage is developed, with which cooking
without combustible materials is possible. By using a latent heat storage, the available solar energy during the day
can be used for cooking in the evening.
In order to achieve this goal, the first step is to make a technology research in order to work out the state of the
art. On the basis of this technology research, various solution concepts were developed and evaluated. From these,
the most suitable concept was selected and a functional model was built. With this, the latent heat storage of the
solar cookstove ist loaded with a parbolic mirror. In the latent heat storage D-mannitol is used as storage material
for the latent heat storage. D-mannitol is a sugar alcohol and therefore its use is safe, as they don’t have a hazard
labelling. Through tests with the functional model, it was determined that the D-mannitol is unsuitable for the
intended application. Because water formed in the storage tank of the solar cookstove and the high subcooling of
D-mannitol resulted a heat release at a lower temperature level than the melting point. The water was formed
by the degradation of D-mannitol, which dehydrates it. Through the water it forms water vapour, when the solar
cookstove is heated up. This water vapour produce than a high pressure in the storage tank.
Based on these findings, it isn’t recommended to use sugar alcohol for the construction of a next solar cookstove
with latent heat storage. For the next solar cookstove the salt mixture Solar Salt is recommended. This salt mixture
has a low subcooling, but the disadvantage that it has a hazard labelling as it consists of nitrates.
- Die “Association pour le Développement de l’Energie Solaire” (ADES) ist eine Nichtregierungsorganisation (NGO),
- Urheberrechtshinweis
- Estermann Patrick, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 05.12.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Festigkeitsanalyse Abdeckung Kieswagen
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Festigkeitsanalyse Abdeckung Kieswagen
- Autor/in
- Datierung
- 09.06.2023
- Beschreibung
- Beim Transport von Kies und Brechsand mit offenen Güterwagen kann es zu Abwehungen des Ladeguts kommen. Daher wurde in einem vorhergehenden Industrieprojekt eine Abdeckung aus Aluminium entwickelt, welche zum Beladen seitlich weggeklappt werden kann und bei der Fahrt geschlossen wird. In einem weiteren Industrieprojekt ist die Festigkeit des Kieswagens im Originalzustand analysiert worden.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit besteht darin, die Festigkeit der Abdeckung aus Aluminium sowie deren Befestigungen am Wagenkasten aus Stahl nach aktuellen EN-Normen nachzuweisen.
Die Berechnung der vorhandenen Spannungen erfolgt mittels der Finiten Elemente Methode. Die zulässigen Spannungen werden gemäss den aktuellen DVS-Richtlinien für Schienenfahrzeuge ermittelt und mit den vorhandenen Spannungen verglichen. Die Bewertung der Schweissnähte erfolgt anhand des Nennspannungskonzepts.
Für alle neuen Komponenten des modifizierten Kieswagens kann die Festigkeit nach EN 12663-2 nachgewiesen werden. Ausserhalb der neuen Bauteile (Chassis, Aufbau Trichter) kann der Festigkeitsnachweis an einigen Stellen nicht erbracht werden. Insbesondere im Ermüdungslastfall 2.3 (laterale Beschleunigung) sind die Auslastungen in einigen Schweissnähten zu hoch. Bei allen anderen Lastfällen liegt die Auslastung überall unter Eins.
Es zeigt sich, dass die Auslastung der kritischen Stellen durch den geplanten Aufbau kaum beeinflusst wird. Die Spannungen in den kritischen Stellen unterscheiden sich zwischen Original-Struktur und modifizierter Struktur um höchstens 5%.
Als weiteres Vorgehen wird empfohlen, mit dem Bundesamt für Verkehr abzuklären, welche Nachweise für eine Betriebsbewilligung erforderlich sind.
When transporting gravel and crushed sand with open freight wagons, the load can drift away. Therefore, in a previous industrial project, a cover made of aluminium was developed, which can be folded away to the side for loading and is closed during the journey. In another industrial project, the strength of the gravel truck in its original state was analysed.
The goal of this bachelor thesis is to prove the strength of the aluminium cover and its fastenings to the steel wagon body according to current EN standards.
The calculation of the existing stresses is carried out using the finite element method. The permissible stresses are determined according to the current DVS guidelines for rail vehicles and compared with the existing stresses. The evaluation of the weld seams is carried out using the nominal stress concept.
For all new components of the modified gravel truck, the strength can be verified according to EN 12663-2. Outside of the new components (chassis, superstructure hopper), the strength verification cannot be provided in some places. Especially in fatigue load case 2.3 (lateral acceleration), the loads in some weld seams are too high. In all other load cases, the utilisation is below one everywhere.
The utilisation of the critical points is hardly influenced by the planned structure. The stresses in the critical points differ between the original structure and the modified structure by no more than 5%.
As a further procedure, it is recommended to clarify with the Federal Office of Transport which verifications are required for an operating licence.
- Beim Transport von Kies und Brechsand mit offenen Güterwagen kann es zu Abwehungen des Ladeguts kommen. Daher wurde in einem vorhergehenden Industrieprojekt eine Abdeckung aus Aluminium entwickelt, welche zum Beladen seitlich weggeklappt werden kann und bei der Fahrt geschlossen wird. In einem weiteren Industrieprojekt ist die Festigkeit des Kieswagens im Originalzustand analysiert worden.
- Urheberrechtshinweis
- Eichenberger Max, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 22.11.2023
- 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
Feuchtigkeitscontroller zur Bestimmung von Kriechdehnung von Dämmmaterial
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- Titel
- Feuchtigkeitscontroller zur Bestimmung von Kriechdehnung von Dämmmaterial
- Autor/in
- Datierung
- 04.01.2023
- Beschreibung
- Für ein Forschungsprojekt zusammen mit der Swisspor AG wird ein System entwickelt, das es erlaubt,
grossräumige saisonale thermische Energiespeicher (STES) kostengünstig zu bauen. Dafür wird das gedämmte
Abdichtungssystem (GEAS) eingesetzt, welches dafür sorgt dass aus dem genutzten Raum kein Wasser austreten
kann und gleichzeitig thermisch gedämmt ist. Die vorliegende Bachelor-Thesis befasst sich mit dem Verhalten des
Dämmmaterials aus Polyisocyanuraten (PIR) unter mechanischer und thermischer Belastung und der daraus
resultierenden Kriechdehnung. Der Schwerpunkt liegt auf der Regelung der Luftfeuchtigkeit in einem Setup,
welches die Belastungen Simulieren kann und bis zum Zeitpunkt vor dieser Arbeit die Luftfeuchtigkeit nur
gemessen und nicht beeinflusst hat. Damit wurden bereits mehrere Versuche durchgeführt, die ergaben, dass
das Dämmmaterial durch erhöhte Luftfeuchtigkeit aufquillt. Nach einer Literaturrecherche zum Stand der Technik
in der Luftbefeuchtung und -trocknung wird mittels Experimenten ein Konzept für den Umbau des Prüfstands
entwickelt, damit die Luftfeuchtigkeit reguliert werden kann. Anschliessend wird der Prüfstand umgebaut und es
werden erste Experimente mit stabilisierter Luftfeuchtigkeit im Testkanal durchgeführt und ausgewertet. Die
Auswertung von drei erfolgreichen Experimenten ergeben einen direkten Zusammenhang zwischen
Luftfeuchtigkeit und Ausdehnung des Dämmmaterials. Zum Ende dieser Arbeit ist jedoch nicht klar ob der
Zusammenhang linear ist oder nicht. Auf Basis der erstellten Python-Skripts können in Zukunft weitere
Experimente durchgeführt und ausgewertet werden.
For a research project together with Swisspor AG, a system is being developed that will allow large-scale seasonal
thermal energy storage (STES) at low building cost. For this purpose, the insulated sealing system (GEAS) is used,
which ensures that no water is able to escape from the storage system and is at the same time thermally
insulated. The presented bachelor thesis deals with the behavior of the insulating material made of
polyisocyanurates (PIR) under mechanical and thermal stress and the resulting creep strain. The focus is on the
control of the humidity in a setup that can simulate the loads and up to the time before this thesis only measured
the humidity and did not influence it. Several tests have already been carried out with this test stand, which
showed that the insulation material swells due to increased humidity. After a literature research on the state of
the art in air humidification and drying, by means of experiments a concept for the modification of the test rig is
developed, so that the air humidity can be regulated. Subsequently, the test rig will be modified and first
experiments with stabilized humidity in the test channel will be carried out and evaluated.
The evaluation of three successful experiments shows a direct correlation between air humidity and expansion of
the insulation material. At the end of this work, however, it is not clear whether the correlation is linear or not.
Based on the created Python scripts, further experiments can be performed and evaluated in the future.
- Für ein Forschungsprojekt zusammen mit der Swisspor AG wird ein System entwickelt, das es erlaubt,
- Urheberrechtshinweis
- Fuchs Marco, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 19.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Festlegung und Programmierung einer Ablaufsteuerung für eine hydraulisch gesteuerte Bandsägen-Schleifmaschine
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- Titel
- Festlegung und Programmierung einer Ablaufsteuerung für eine hydraulisch gesteuerte Bandsägen-Schleifmaschine
- Autor/in
- Datierung
- 03.06.2022
- Beschreibung
- In dieser Arbeit wird eine alternative Steuerung für eine Bandsägen-Schleifmaschine evaluiert. Zuvor
definierte Anforderungen an die Steuerung und eine systematische Bewertung unterstützen diesen Prozess.
Die Programmabläufe und das HMI sind zuvor grafisch entworfen und festgehalten worden. Die Logik der
Steuerung wird in der Entwicklungsumgebung der gewählten Steuerung programmiert und die Visualisierung
für das HMI aufgebaut. Abschliessend wird die Hardware beim Industriepartner aufgebaut und die Steuerung
an einer internen Vorführmaschine des Industriepartners in Betrieb genommen. Anhand von Tests durch
unterschiedliche Personen kann die Funktion der Programmierung validiert und unter Umständen korrigiert
werden.
An alternative electric control for an bandsaw grinding machine will be evaluated in this thesis. Previously
defined requirements to the control unit and a systematic selection support this process. The program
sequences and the HMI were graphically drafted and recorded beforehand. The logic of the PLC will be
programmed in the programming environment of the chosed control unit and the visualization fot the HMI
will be build up. Finally, the hardware will be assembled at the industrial partners company and the electic
control will be put into operation on an internal demonstration machine. The function of the logic can be
validated and possibly corrected by the aid of tests from different persons.
- In dieser Arbeit wird eine alternative Steuerung für eine Bandsägen-Schleifmaschine evaluiert. Zuvor
- Urheberrechtshinweis
- Banz Luca André, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 06.12.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Festlegung und Programmierung einer Ablaufsteuerung für eine hydraulisch gesteuerte Bandsägen-Schleifmaschine
Name that can easily go onto 2 lines
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- Titel
- Festlegung und Programmierung einer Ablaufsteuerung für eine hydraulisch gesteuerte Bandsägen-Schleifmaschine
- Autor/in
- Datierung
- 03.06.2022
- Beschreibung
- In dieser Arbeit wird eine alternative Steuerung für eine Bandsägen-Schleifmaschine evaluiert. Zuvor
definierte Anforderungen an die Steuerung und eine systematische Bewertung unterstützen diesen Prozess.
Die Programmabläufe und das HMI sind zuvor grafisch entworfen und festgehalten worden. Die Logik der
Steuerung wird in der Entwicklungsumgebung der gewählten Steuerung programmiert und die Visualisierung
für das HMI aufgebaut. Abschliessend wird die Hardware beim Industriepartner aufgebaut und die Steuerung
an einer internen Vorführmaschine des Industriepartners in Betrieb genommen. Anhand von Tests durch
unterschiedliche Personen kann die Funktion der Programmierung validiert und unter Umständen korrigiert
werden.
An alternative electric control for an bandsaw grinding machine will be evaluated in this thesis. Previously
defined requirements to the control unit and a systematic selection support this process. The program
sequences and the HMI were graphically drafted and recorded beforehand. The logic of the PLC will be
programmed in the programming environment of the chosed control unit and the visualization fot the HMI
will be build up. Finally, the hardware will be assembled at the industrial partners company and the electic
control will be put into operation on an internal demonstration machine. The function of the logic can be
validated and possibly corrected by the aid of tests from different persons.
- In dieser Arbeit wird eine alternative Steuerung für eine Bandsägen-Schleifmaschine evaluiert. Zuvor
- Urheberrechtshinweis
- Banz Luca André, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 06.12.2022
- Übergeordnete Sets
- 1