Aufheizen eines Werkstücks in einem Glühofen (PDF)

Studienarbeit aus dem Jahr 2018 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Wirtschaftsingenieurwesen, Note: 1,0, AKAD University, ehem. AKAD Fachhochschule Stuttgart, Sprache: Deutsch, Abstract: In der sogenannten klassischen Physik werden die Teilbereiche Mechanik, Akustik, Optik und Wärmelehre unterschieden. In diesen Teilbereichen sind oftmals Beobachtungen bereits mit menschlichen Sinnen möglich. Die klassische Physik wurde ab dem 17. bis zum 19. Jahrhundert von Isaac Newton stark geprägt. Im 20. Jahrhundert wurde die sogenannte moderne Physik durch die Arbeiten von Albert Einstein (Relativitätstheorie), Erwin Schrödinger und Werne Heisenberg (Quantentheorie) begründet. Mit ihren wissenschaftlichen Arbeiten haben sowohl Newton als auch Einstein die jeweils vorherrschenden Weltbilder massgeblich beeinflusst (vgl. Grotz, 2018, S. 1).
Die Wärmelehre, genauer die thermodynamischen Systeme bilden den Rahmen dieses Assignments. Ziel dieser Arbeit ist es, das Aufheizen eines Werkstücks in einem Glühofen zu simulieren. Im Rahmen dieser Simulation wird auf die Ergebnisse und Prämissen von Scherf aus seinem Buch "Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme" zurückgegriffen. Hierbei erfolgt keine eigene Herleitung, vielmehr wird sie von Scherf direkt übernommen. Es gilt die Differenzialgleichungen aufzustellen sowie das zugehörige Blockschaltbild in MATLAB-Simulink® abzubilden. Mittels dieses Blockschaltbildes gilt es dann, zwei der sechs fest definierten Parameterwerte innerhalb realistischer Wertebereiche zu variieren und für die verschiedenen Wertekombinationen Simulationen durchzuführen, diese grafisch darzustellen sowie jeweils die Temperaturveränderung im Werk-stück mit der Zeit zu untersuchen. Anhand dieser Ergebnisse lassen sich Schlussfolgerungen für das möglichst schnelle bzw. für das möglichst langsame Aufheizen ziehen, welche es abschliessend zu diskutieren gilt.
Nach dem einleitenden Kapitel 1 folgt in Kapitel 2 eine Annäherung an das Thema Thermodynamik sowie die thermodynamischen Systeme. Im dritten Kapitel werden die Differenzialgleichungen für den Aufheizvorgang sowie das Blockschaltbild dargestellt. Zum Ende des dritten Kapitels erfolgt die eigentliche Simulation mit der Variation der beiden ausgewählten Parameter. Im abschliessenden vierten Kapitel werden die Ergebnisse der Simulation dargestellt und bewertet.