620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Das Software-System MODES ist ein Programmwerkzeug zur Planung und Optimierung von Energieversorgungsanlagen bezüglich Auslegung und Energiemanagement. Es ermöglicht die integrierte Betrachtung von Wärme- und Elektroenergie unter Einschluss von erneuerbaren Energieträgern. Da für die Eingabeparameter nicht nur feste Werte, sondern auch Unschärfebereiche eingegeben werden können, ist ein stochastische Behandlung der Ergebnisse möglich. Neben der technischen erfolgt ebenfalls die in der Praxis unumgängliche wirtschaftliche Simulation. Damit ist mit Hilfe von MODES eine numerische, mehrkriterielle technische und energiewirtschaftliche Bewertung von Energieversorgungssystemen möglich. Es handelt sich um den Abschlußbericht des entsprechenden Projektes für das Bundesministerium für Bildung und Forschung, Förderkennzeichen 1707499. Vertrauliche Stellen wurden aus dem vorliegenden Text herausgenommen.
An der HTWG Konstanz sind bis zu dem o.g. Projekt keine Aktivitäten auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung von Fahrrädern unternommen worden. Mit Projektbeginn ist die Möglichkeit einen Fahrradrahmen mit Knotenpunkten aus Kunststoffspritzguss herzustellen untersucht und zum Patent angemeldet worden. Ziele: Ziel des Vorhabens war es zu untersuchen, ob im Bereich von Tourenfahrrädern der Preisklasse um die 1000 DM Verkaufspreis ein Rahmen kostengünstiger als durch hart verlöten oder verschweißen von Stahl- bzw. Aluminiumrohren zu realisieren ist. Dabei ist eine 10-15%-ige Einsparung als Zielsetzung angesehen worden. Ergebnisse: Es sind fünf Generationen von Prototypen gebaut worden und in entsprechenden DIN-Versuchen untersucht worden. Derzeit werden Langzeitversuche an 14 Fahrrädern vorgenommen um die Dauerhaltbarkeit der Konstruktion zu überprüfen.
In Ländern mit aridem Klima, z.B. in Dürregebieten, und nicht flächendeckender Energieversorgung stellt der Antrieb von Pumpen zur landwirtschaftlichen Bewässerung und zur Trinkwasserversorgung ein erhebliches Problem dar. Bisherige Bewässerungsanlagen arbeiten größtenteils mit Dieselgeneratoren, welche die Umwelt mit Emissionen belasten und zur Verstärkung des weltweiten Treibhauseffektes führen, oder über photovoltaisch betriebene Anlagen. Letztere sind in der Anschaffung sehr kostenintensiv und aufgrund ihrer Funktionsweise gegenüber Störeinwirkungen sehr anfällig. Gerade in den sogenannten Dritte-Welt-Ländern, in denen in der Regel kein geschultes Fachpersonal für Wartungsarbeiten bereitsteht, ist der Ausfall der Anlagen schon kurz nach der Inbetriebnahme eine häufig berichtete Tatsache. Im Werkstoffprüflabor der HTWG Konstanz wurde ein System zur energieautonomen Wasserförderung entwickelt, bei der zum Antrieb der Pumpen Formgedächtnislegierungen (FGL) verwendet werden [1, 2]. Bei Sonnenschein arbeitet diese geplante Bewässerungsanlage völlig energieautonom: Die Wärmeenergie der Sonne wird durch die FG-Drähte direkt in mechanische Energie umgewandelt und betreibt die Bewässerungspumpen. Die Vorteile dieses einfachen Prinzips liegen in der Bedienerfreundlichkeit, Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit der Anlage wie auch in der Fle-xibilität bezüglich weiterer Anwendungsfälle der modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine in Industrie und Klimatechnik. Der angestrebte Einsatz von derartigen Anlagen würde zu einer entsprechenden Entlastung der immer stärker mit Emissionen belasteten Umwelt führen. Das überaus große Interesse an diesen Forschungsarbeiten sowie an einem Transfer der Bewässerungsanlage in die Industrie zeigte sich auch schon während früherer Teilnahmen an Messen, Tagungen und Konferenzen. Die Konkurrenzfähigkeit dieser sowohl neuartigen als auch sehr einfachen Systemlösung wurde, ausgehend von den damals zur Verfügung stehenden Ergebnissen, in einer bereits durchgeführten Studie nachgewiesen [2]. Im einzelnen sollten in diesem Projekt neben den anstehenden wissenschaftlichen Untersuchungen zwei Versuchsanlagen konstruiert und gefertigt werden. Dadurch sollten die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden, um diese innovative Erfindung zu einem späteren Zeitpunkt zu einer transferfähigen Anlage fertig zu entwickeln. Diese beiden Prototypen bauen auf den bisherigen Arbeiten in diesem Projekt auf, die mit Erfolg gezeigt haben, daß das entwickelte Prinzip sehr gut funktioniert. Ziel dieses Projektes war es also, diese neuartige, innovative Wärmekraftmaschine weiterzuentwickeln, zu optimieren und die nötigen Erkenntnisse zu gewinnen, um diese Anlage nach Abschluß dieses aFuE-Projektes in Zusammenarbeit mit der beteiligten oder neu zu gründenden Firmen zur Serienreife zu bringen. Ein damit eng verbundenes, weiteres Ziel lag in der Entwicklung einer modular einsetzbaren Wärmekraftmaschine, die dann auch für die anderen nachfolgend genannten Anwendungsgebiete verwendet werden kann: • Meerwasserentsalzung • Klimatisierungstechnik • Antrieb der Pumpen bei geothermischer Wärmeeinbringung • Energierückgewinnung aus Wärmequellen (z.B. Geysire in Island) • Energierückgewinnung in industriellen Kühlwasserkreisläufen • Energierückgewinnung in der Verfahrenstechnik • Restwärmenutzung bei konventioneller Energieerzeugung.
In der automobilen Kompaktklasse werden trockenlaufende Stufenlosgetriebe bisher nicht eingesetzt. Dies ist vor allem auf die nicht zufriedenstellende Übertragbarkeit von Leistung im Zusammenhang mit einem ausreichenden Stellbereich (Getriebespreizung) der Umschlingungsmittel zurückzuführen. Neben Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Verbundkeilriemen, die für diesen Zweck eingesetzt werden, müssen vor allem jedoch konstruktive Lösungen für eine Leistungssteigerung gefunden werden. Es soll das Konzept eines Doppelriemen- (Twinbelt-) Getriebes untersucht werden. Durch die Verwendung zweier Riemen statt eines einzelnen kann nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Leistung erwartet werden, was die Einsatzmöglichkeiten für das Getriebe wesentlich erweitert. Als problematisch ist vor allem die Bauraumfrage des zusätzlichen Riementriebs, sowie der erhöhte Aufwand in der Getriebesteuerung zu sehen. Außerdem müssen für eine rentable Fertigung des Getriebes die notwendigen zusätzlichen Bauteile auf ein Minimum reduziert werden. Neben der theoretischen und konstruktiven Auslegung der zu entwickelnden Komponenten des Twinbelt-Getriebes und der Bauraumuntersuchung für die Anwendung in der automobilen Kompaktklasse ist auch die Entwicklung eines Komponenten-Prüfstandes durchzuführen. Der Prüfstand soll die Untersuchung der Funktionalität dieser neuen Getriebebauform, aber auch die Versuche in bezug auf die notwendigen Verstell- und Anpresssysteme, sowie das Betriebsverhalten der eingesetzten Riemen ermöglichen.
Statische Berechnungen werden heute vorwiegend unter Verwendung von Standardsoftware erstellt. Im wesentlichen kommen dabei Programmsysteme zum Einsatz, die für spezielle Aufgaben konzipiert sind. Beispielweise gibt es zur Berechnung von Decken, Stützen und Dachkonstruktionen im Hochbau entsprechende Stabwerks- und Finite-Element-Programme. Bei der Tragwerksplanung sind jedoch auch Berechnungen durchzuführen, für die fertige Programme nicht zur Verfügung stehen. Diese werden meistens“ von Hand“ , d.h. mit Papier, Bleistift und Taschenrechner durchgeführt. Hierbei kann es sich um spezielle statische Nachweise, z. B. für besondere Bauteile wie Dübelverankerungen, Fundamentanschlüsse für Stützen, ausgeklinkte Träger u.ä. handeln. Aber auch einfache Kontrollen von Computerberechnungen und Vordimensionierungen komplizierter Systeme erfolgen heute noch in der Regel „von Hand“. Zur Durchführung solcher Berechnungen auf dem Computer fehlen heute zwar nicht mehr die allgemeinen Werkzeuge, wohl aber geeignete Software-Hilfsmittel, wie sie bei der Handrechnung etwa die einschlägigen Tabellenbücher darstellen. Diese sind aber wesentlich für eine Engineering-Desktop Anwendung auf dem Computer. Diese zeichnet sich durch eine durchgängige Verwendung des Rechners auch bei nicht standardisierten Berechnungsaufgaben im Bauingenieurwesen aus. Ziel des Projekts war die Entwicklung von Softwarebausteinen für integrierte Engineering-Desktop-Anwendungen für die Tragwerksplanung. Die Funktionalität des Softwarebaukastens lässt sich aus dem statischen ”Wissen” eines Handbuchs wie z.B. [1] ableiten. Die Softwarebausteine sind so aufgebaut, dass sie von verschiedenster Officesoftware, wie MS-Excel und Mathcad genutzt werden können. Mit diesen Bausteinen soll eine deutlich höhere Flexibilität bei der Führung statischer Nachweise erreicht werden als dies bei der derzeitigen Standardsoftware für vorgegebene Nachweisabläufe der Fall ist. Mit Hilfe der entwickelten Softwarebausteine wurde eine Implementierung in Mathcad und Excel vorgenommen.