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Nach heutigem Stand der Technik kommen für die Dekontamination von Störstellen wie z.B. Ecken und Innenkanten, weitestgehend Technik aus dem konventionellen Sanierungsbereich zum Einsatz. Maschinen wie Nadelpistolen und Stockgeräte belasten das Arbeitspersonal mit starken Vibrationen und hohen Rückstellkräften. Daher sind entsprechend lange Pausenzeiten erforderlich, wodurch die ohnehin schon geringe Abtragleistung weiter gesenkt wird. Neben dem zusätzlichen Mehraufwand kann die Technik, aufgrund fehlender Absaugungseinrichtungen, unter Umständen zu einer Kontaminationsverschleppung führen. Hierbei werden in bereits dekontaminierten Bereichen kontaminierte Partikel verteilt, wodurch die erzielten Bearbeitungsfortschritte teilweise rückgängig gemacht werden.
Aufgrund der Vielzahl von Nachteilen, die bei den bisher eingesetzten Geräten auftreten, wurde das Forschungsprojekt EKONT-1 zur „Entwicklung eines innovativen, teilautomatisierten Gerätes für eine trocken-mechanische Ecken-, Kanten- und Störstellendekontamination in kerntechnischen Anlagen“ angestoßen und durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes konnten viele neue Erkenntnisse gewonnen und mehrere funktionsfähige Prototypen entwickelt, gebaut und sowohl im Labor als auch im praktischen Einsatz getestet werden. Da im Laufe der Versuche noch einige Verbesserungspotenziale aufgetreten sind, wurde zum 01.07.23 das Folge Projekt EKONT-2 gestartet, was sich mit der Weiterentwicklung der existierenden Prototypen beschäftigt.
Unter bestimmten Kontaktbedingungen zwischen Rad und Schiene können selbsterregte Schwingungen angeregt werden, die zu gegenphasigen Drehbewegungen der Radscheiben und hohen Torsionsmomenten in der Radsatzwelle führen. Zur Bestimmung des maximalen Torsionsmoments sind bislang aufwendige Testfahrten erforderlich, da keine Verfahren bekannt waren, die eine konservative Berechnung des Torsionsmoments ermöglichen [1]. In den vergangenen Jahren wurden die drei folgenden Berechnungsmethoden vertieft untersucht, um das maximale, dynamische Torsionsmoment zu berechnen:
- Simulationen von komplexen Mehrkörpersystemen (MKS)
- Differentialgleichungssysteme mit numerischer Berechnung
- Analytische Berechnung durch Reduktion auf ein Minimalmodell
In dieser Publikation sollen diese Berechnungsmethoden näher vorgestellt werden und durch eine Gegenüberstellung der jeweils berechneten und gemessenen Ergebnisse deren Möglichkeiten aber auch Limitationen aufgezeigt werden.
Ziel des Forschungsprojekts "Ekont" ist es, ein handgeführtes Gerät zum Betonabtrag an Innenkanten und Störstellen in Kernkraftwerken (KKW) zu entwickeln. Um die Reaktionskräfte zu reduzieren wird hierbei der neuartige Ansatz eines gegenläufigen Fräsprozesses untersucht. Ergebnis ist eine Getriebelösung, bei der eine mittlere Frässcheibe mit annähernd derselben Umfangsgeschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung von weiteren Frässcheiben rotiert.
Entwicklung eines Prozesses für die Software-Funktionsvorentwicklung am Fahrzeug mittels Matlab/Simulink, um einen Machbarkeitsnachweis neuer Funktionen vor Beginn der Software-Serienentwicklung sicherzustellen. Der Prozess beinhaltet die Anforderungserhebung, die Systementwicklung in den Bereichen Hydraulik und Elektrik, die Software-Funktionsentwicklung in Matlab/Simulink sowie die Funktionsprüfung am Fahrzeug.
Die Forschungs- und Weiterbildungsaktivtäten konzentrierten sich auf die Anwendung von Virtual Reality in der Lehre. Hier interessierte vor allem, wo im Maschinenbau diese Technologie sinnvoll eingesetzt werden kann. Hierzu wurden die verschiedenen Bereiche im Maschinenbau untersucht.
Des Weiteren sollte die Frage beantwortet werden, wie man die Technologie sinnvoll einsetzen kann. Hierzu wurden die Arbeitsplätze der Modellfabrik herangezogen. Die Modellfabrik bot die Möglichkeit sowohl in der industrienahen Umgebung das reale Training durchzuführen als auch das VR-Training durchzuführen.
Neben den Hauptaktivitäten im Bereich Virtual Reality erlaubte mir das Forschungssemester auch, in andere Felder der Digitalisierung und Industrie 4.0 tiefer einzusteigen. Hier sei explizit die konkrete Anbindung der Montagelinien in der Modellfabrik an das Digitalisieurngs-Tool von Forcam zu erwähnen. Die digitale Anbindung der Montagelinie ist mit interessanten Problemstellungen verbunden, auf die hier nicht weiter eingegangen werden soll, die aber zu einem deutlich tieferen Verständnis von konkreten Umsetzungsproblemen der Industrie geführt haben.
MiniKueWeE-Abwärmenutzung
(2023)
Das Thema Energiewende ist derzeit so aktuell wie nie. Neben dem Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energien gewinnt auch die Energieeffizienz auf allen Ebenen immer mehr an Bedeutung. Dies gilt besonders für viele Teile des Gebäudebereichs, wo heute eine beachtliche Energiemenge, nicht nur für die Wärmeerzeugung, sondern auch zur Raumkühlung benötigt wird (Umweltbundesamt 2020). In Anbetracht der Klimaveränderungen wird der Kühlbedarf in den nächsten Jahrzehnten zudem noch weiter ansteigen. Aus diesem Grund gibt es einen großen Bedarf an innovativen Lösungen, welche eine effiziente Raumkühlung unter möglichst geringem Energieeinsatz gewährleisten. Die vorliegende Projektarbeit untersucht einen Teilbereich einer solchen Lösung. Genaueres zum Hintergrund, den technischen Randbedingungen sowie den Zielen des Projekts, wird in den folgenden Abschnitten erläutert.
Botswana serves as a role model for other African countries due to its rapid development in recent decades. Since the country is sparsely populated and a large part of the rural population depends on agriculture, especially livestock, this sector forms the backbone of the national economy. The digitization of this sector offers promising opportunities for economic growth and driving Botswana's evolution to a digital economy, while real value is being created for smallholder farmers. To support this process, an ITU research project made the key recommendation for the development of a digital crowdfarming tool and marketplace to create a digital ecosystem for smallholder agriculture. Within the research project, infrastructural challenges such as the creation of rural electricity supply and internet access, as well as the smallholders' need for remote monitoring, management, and better connectivity, were identified.
Based on the findings of the ITU research report, this bachelor's thesis aims to identify potential innovations for the digital development of smallholder agriculture in Botswana and to conceptualize proposals to address the identified challenges and needs of smallholder farmers. To achieve this, solutions were developed through literature research, technology analysis and expert involvement. These included the design of a decentralized mini-grid for power supply, proposals to create internet access, and the graphic visualization of a conceptual app. The latter addresses smallholder farmers' needs for remote monitoring, market access, knowledge enhancement, and connection to colleagues, buyers, and investors.
The proposed solutions and developed concepts provide impulses for further research and can serve as a basis for an extended evaluation through further involvement of experts and stakeholders.
Global agriculture will face major challenges in the future. In addition to the increasing demand for food due to constant population growth, the consequences of climate change will make it even more difficult to operate agriculture and supply people with food. In addition to further productivity increases in traditional agriculture, new concepts for sustainable and scalable food production are needed. Vertical farming offers a promising approach.
The aim of this project is to demonstrate how vertical farming can be used to ensure sustainable food production and how this concept can be applied in the pioneering Maun Science Park project in Botswana. In doing so, the Maun Science Park will address future challenges such as demographics, governance and climate change and become a best practice model for Botswana, the whole of Africa and the world. The country of Botswana grew to become one of the most prosperous countries in Africa in recent decades due to strong economic growth from mining. However, the population faces great challenges in the future; in addition to great social inequality, climate change threatens the country's overall supply.
With the help of a literature review and qualitative and quantitative interviews with stakeholders from Maun (Botswana), the potentials and challenges for vertical farming in Botswana could be identified and future measures for a possible realization could be derived. Basically, some challenges in Botswana are addressed by the technology, for example, Vertical Farming offers high food security through year-round production of food through the closed ecosystem and creates independence from current and future climatic conditions, poor conditions for traditional agriculture (e.g. infertile soils) and foreign imports. However, the main structural problems of agriculture in Botswana, such as the lack of infrastructure, know-how and policy support, are not addressed.
Bei der Auslegung des Verteilergetriebes leistungsverzweigter Hybridantriebe müssen die Übersetzungen sorgfältig hinsichtlich des Wirkungsgrades ausgewählt werden. Die ungünstige Leistungsübertragung im seriellen, elektrischen Zweig sowie die Blindleistung sind zu minimieren. Die Formelzusammenhänge werden in diesem Aufsatz, der im Rahmen eines Freistellungssemesters entstanden ist, hergeleitet.
In diesem Aufsatz, der im Rahmen eines Freistellungssemesters entstanden ist, werden technische, umwelttechnische, ethische und rechtliche Themen zum Autonomen Fahren im Hinblick auf die Umsetzung in der Lehre betrachtet. Curricula zum Autonomen Fahren der Kettering University und Udacity werden vorgestellt.
Die vorgestellte analytische Berechnungsmethode führt, unter Berücksichtigung desKraftschlusses, der Radsatzdimensionierungund der Dämpfungseigenschaft des Antriebssystems, zu einem konservativ berechnetendynamischen Torsionsmoment.Die ermittelten Abweichungen zeigenleicht gröβere Werte gegenüber der Messungund über einen breiten Parameterbereichtendenziell gröβere Werte gegenüber der Simulation. Demnach stellt die Methodeeinen pragmatischen Ansatz dar, dasmaximale, dynamische Torsionsmomentfür die Auslegung von Radsatzwelle ausreichendkonservativ zu berechnen.
Auslegung von Radsatzwellen unter Berücksichtigung des maximalen, dynamischen Torsionsmoments
(2021)
Der vorgestellte Bericht verdeutlicht denEinfluss des dynamischen Torsionsmomentsinfolge von selbsterregten Radsatz-Torsionsschwingungen auf den Festigkeitsnachweisvon Radsatzwellen. Durch dieanalytische Berechnung des maximalen,dynamischen Torsionsmoments werdenkausale Zusammenhänge erkennbar, diebei der Dimensionierung von Radsätzenhilfreich sind. So führt eine Vergröβerungdes Radsatzwellendurchmessers aufgrundder zunehmenden Torsionssteifigkeitzwar zu höheren Momenten, bewirktaber gleichzeitig eine deutlich niedrigereVergleichsspannung. Durch gröβereDurchmesser der Radsatzwelle ist, infolgegeringerer Fugendrücke, allerdings auchmit einer Schwächung der Pressverbändezu rechnen. In jedem Fall sind im Hinblickauf den Festigkeitsnachweis kleine Radradienvorteilhaft. Sollten Radradius undRadsatzwellendurchmesser nicht optimiertwerden können, kann zur weiteren Absicherungdes Festigkeitsnachweises derWerkstoff EA4T verwendet werden.
Im Rahmen des KONTEC Kongresses 2021 in Dresden wurden sowohl ein Poster als auch ein Paper des Forschungsprojekts EKont veröffentlicht. Neben der Schilderung des Versuchsaufbaus werden neuartige Schneidprozesse und Abtragsprinzipien vorgestellt. Im Anschluss daran werden vier Prototypen (gleichsinniger Stufenfräser, gegenläufiger Stufenfräser, mittig gegenläufiger Stufenfräser - Getriebe und oszillierender Werkzeugaufsatz) beschrieben.
Botswana, a new construction project – the Maun Science Park - is to be built with a focus on sustainability and to create a new living space for the rapidly growing population in Africa. The project will be a blueprint for future projects in Africain terms of progress, technology and sustainability. This thesis will deal with its financial framework and will serve as a basis for the development of ways and means of financing such projects.
Die Projektaufgabe bestand darin, den aktuellen Laborversuch zu modernisieren, indem die Kommunikation zwischen dem Versuchsaufbau und Laborrechner nicht wie bisher über Wandlerkarten stattfindet, sondern über EtherCAT und TwinCAT 3.
Die Installation von TwinCAT 3 mit den zugehörigen Erweiterungen und erforderlichen Programmen stellt sich als sehr umfangreich und schwierig dar, was die Installationsanleitungen zeigen. Außerdem gab es sehr viele Fehlerquellen, die nicht auf Anhieb ersichtlich waren, wie das Aktualisieren der aktuellen MATLAB Version. Ist die Installation abgeschlossen kann die Kommunikation zwischen MATLAB und TwinCAT relativ einfach umgesetzt werden.
In der Projektarbeit wurde anfangs dann die Kommunikation mit mehreren Tests überprüft und Optimierungen vorgenommen. So wurde zum Beispiel die Wegbegrenzung angepasst. Schwierigkeiten zeigten sich bei der Bedienung über MATLAB oder beim Abstürzen von MATLAB, da beim Stoppen oder Abstürzen von MATLAB, der zuletzt gesendete Wert immer noch an TwinCAT 3 anliegt und somit der Aktor weiter verfahren würde. Diese sehr gefährliche Situation wäre ein gravierender Nachteil, gegenüber der alten Kommunikation mit einer Wandlerkarte. Um einen sicheren Stopp zu garantieren, wird über ein neues TcCOM Objekt der Matlab-Status mit einem Togglebit überprüft, ändert sich der Wert des Bits nicht mehr, stoppt die Anlage sicher.
Um einen Vergleich mit dem bisherigen Masterversuch erhalten zu können, wurde die Strecke mit der neuen Kommunikation untersucht und ein passender Regler dafür auszulegt.
Die Auswertung der Impulsantwort sowie der „Spectrum-Analyse“ zeigten beim Vergleich mit den Schnittstellen gleiche Ergebnisse, somit sind die Versuche bei dem Laborversuch ohne Einschränkungen durchführbar. Die Auslegung des Reglers zeigte entgegen den Prognosen der Beckhoff-Experten sehr gute Ergebnisse und die Kommunikation über die Schnittstelle zeigte keine Probleme.
Einschränkungen zeigten sich jedoch bei der einzustellenden Abtastzeit, da eine Abtastzeit unter 2ms nicht möglich ist. Zwar kann man eine geringere Abtastzeit einstellen, jedoch zeigt sich bei der Auswertung, dass die Schnittstelle mit Abtastzeiten unter 2ms Probleme aufweist. Die Rechendauer wird deutlich größer und die größere Anzahl an Messpunkte kann nicht richtig verarbeitet werden. Ein Regler kann damit nicht implementiert werden.
Die Projektarbeit konnte somit erfolgreich angeschlossen werden und bis auf die aufwendige Installation sind die Erweiterungen von Beckhoff sehr zuverlässig und gut zu bedienen. Die ersten Voruntersuchen waren positiv, somit kann auch an weiteren Laborrechnern eine Umstellung der Schnittstelle in Betracht gezogen werden.
Lean Digitalization
(2020)
Ceramics are often used in high-temperature applications. Therefore, thermomechanical and heat resistance of ceramic and refractory materials are important. The material behaviour is described by thermal stress resistance. Established material tests to determine thermal shock behaviour are complex. The potential of application-related material testing in combination with simulations is described below.
A new thermal shock application-oriented testing method for ceramic components and refractories
(2019)
Ceramics and refractories are often used in high-temperature applications like industrial furnaces. Therefore, thermomechanical and heat resistance of ceramic and refractory materials are important. The material behaviour is described by thermal stress resistance. Established material tests to determine thermal shock behaviour are complex and do not yield key figures. The potential of application-related material testing in combination with simulations with transfer from ceramics to refractories is described below. The combination of model-based simulation with applied material testing offers numerous advantages. On the one hand, the design of the test setup is supported by the simulation, which results in a goal and application-oriented test setup. On the other hand, the iterative approach allows the model verification with the help of the applied material testing. The simulation shows that the transfer from ceramics to refractory material is possible and results according to literature. The design reliability of the components is thereby improved, since initially different loads can be simulated in the model in combination with a variety of materials and geometries, and thereby substitute complex and expensive preliminary tests. As a result, verified models offer a great savings potential in terms of time to market, development expenses and use of raw materials. Very important is, that the method is suitable for technical ceramics and refractory materials.
Der Einsatz von Keramiken erfolgt oft bei hohen Temperaturen oder großen Temperaturgradienten. Deshalb ist die thermo-mechanische Beständigkeit von keramischen und feuerfesten Werkstoffen wichtig für die Materialauswahl und das Bauteildesign. Das Werkstoffverhalten wird durch die Thermoschock- bzw. Temperaturwechselbeständigkeit beschrieben. Etablierte Werkstoffprüfungen zu ihrer Ermittlung sind komplex und aufwendig. Das Potenzial von anwendungsnaher Werkstoffprüfung in Kombination mit modellbildender Simulation wird beschrieben.
Leichtbauwerkstoffe bewegen sich im Spannungsfeld neuer Werkstoffkombinationen, Herstellungs- und Fügetechnologien sowie von Lebensdauer und Nachhaltigkeit. Besondere Aufmerksamkeit sollte daher hybriden CFK-Metallverbunden gelten. Gefördert von der Internationalen Bodensee Hochschule IBH untersucht etwa das Werkstoffprüflabor der Hochschule Konstanz (HTWG) in einem internationalen Forschungsprojekt die Festigkeit von Sandwich-Verbunden aus Aluminium und CFK.
Die Entstehung von Radsatz-Torsionsschwingungen kann aufgrund der zunehmenden Ausnut- zung des Kraftschlusses im Rad-Schiene-Kontakt nicht vollends verhindert werden. Während analytische Untersuchungen zeigen, dass bei der Überschreitung eines bestimmten Dämp- fungswerts die Entstehung von Radsatz-Torsionsschwingungen vollständig vermieden wird, zeigen Simulationen, dass die Schwingungsamplitude des dynamischen Torsionsmoments in- folge des betragsmäβig sinkenden Kraftschlussgradienten und einer gewissen Antriebsstrang- dämpfung bei höheren Gleitgeschwindigkeiten begrenzt ist. Im Gegensatz zur analytischen Formel (17) ist damit ein maximales, dynamisches Torsionsmoment berechenbar.
Durch eine ganzheitliche Betrachtung des Gesamtsystems, bestehend aus dem Kraftschluss zwischen Rad und Schiene, dem Radsatz inkl. Lagerung, sowie Antriebsstrang können ver- schiedene Einflussfaktoren untersucht werden, die eine Radsatz-Torsionsschwingung beein- flussen. Die damit verbundenen Berechnungsmodelle sind aufgrund der Anzahl von Massen und Freiheitsgraden nicht mehr analytisch lösbar. Durch den Einsatz von Mehrkörperdynamik-Software können die Einflussfaktoren identifiziert und deren Einfluss auf die Torsionsneigung des Systems und das dynamische Torsionsmoment quantifiziert werden.
If the process contains a delay (dead time), the Nyquist criterion is well suited to derive a PI or PID tuning rule because the delay is taken into account without approximation. The tuning of the speed of the closed loop enters naturally by the crossover frequency. The goal of robustness and performance is translated into the phase margin.
This paper analyses international cooperation in alternative energy production research and development. Therefore, patents of the technological domain, registered at the European Patent Office from 1997 until 2016, are analysed. International cooperation is considered when patents involve co-assignment or co-inventorship comprising two or more different countries. Generally, international R&D cooperation tends to be increasing over time in alternative energy production. In total, 2234 co-patents from 87 countries are identified. Through social network analysis the cooperative relationships between countries are examined. The most significant states of the network are the United States of America and Germany. Innovative clusters and strong partnerships are identified. Alternative energy technologies that involve international cooperation most extensively are harnessing energy from manmade waste, solar energy and bio-fuels. The paper clarifies which countries are cooperating with each other for what purpose. The findings can be used for establishing R&D strategies in the domain of alternative energy production.
Im Rahmen der Lehrveranstaltung "Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld" im Masterstudiengang Umwelt- und Verfahrenstechnik der Hochschulen Konstanz und Ravensburg-Weingarten fand im Dezember 2016 eine studentische Fachkonferenz statt. Die Studierenden entwickelten in Einzelarbeit oder als Zweierteam
Konferenzbeiträge zu folgenden Themen:
- Spannendes aus dem Bereich der Energieerzeugung und der Grauen Energie
- Aspekte der Kreislaufwirtschaft
- Ökosysteme - ihre Belastung und Erhalt
- Spezifische Wirtschaftszweige und Nachhaltigkeit
Die Ergebnisse der studentischen Fachkonferenz zur „Nachhaltigkeit im
industriellen Umfeld“ werden in der vorliegenden Publikation präsentiert.