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Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Möglichkeiten, ein Gebäude, in welchem Menschen mit körperlichen und / oder geistigen Einschränkungen betreut untergebracht sind, mit Hilfe eines Gebäudeautomationssystems energieeffizienter zu machen und den Wohnkomfort der Bewohner zu erhöhen.
Es soll verdeutlicht werden, dass sich die Verringerung des Energieverbrauchs und eine gleichzeitige Steigerung des Wohnkomforts nicht gegenseitig ausschließt, sondern beides mit Hilfe intelligenter Regelungen gleichzeitig umsetzbar ist.
Diese Arbeit befasst sich mit der Darstellung und Vorplanung verschiedener technischer Lösungen für die Wärmeversorgung der Friedenskirche Zwickau. Das Hauptanliegen ist die Entwicklung und Bewertung eines Heizkonzepts, mit dem Ziel, den Energieverbrauch zu senken und das Raumklima im Kirchensaal zu verbessern.
Es wird die Möglichkeit untersucht, das Alter von Schäden an metallischen Karosserieteilen des Exterieurs zu bestimmen. Dazu werden Korrosionsprozesse und die Unterwanderung der Korrosionsschutzschichten näher untersucht. Darüber hinaus wird ein Feldversuch an realen Fahrzeugen konzipiert, welcher der verbesserten Einschätzung von Korrosionsraten um Beschädigungen dienen soll und Einflussfaktoren untersucht.
Für viele ältere geheingeschränkte Menschen sind Treppenstufen im privaten Umfeld ein Hinderungsgrund am öffentlichen Leben teilnehmen zu können. Viele dieser wohnen in Mehrfamilienhäuser, in denen z. B. die Größe des Treppenhauses oder auch andere Randbedingungen es nicht möglich machen, Treppenlifte einzubauen. Im Logistikbereich spielen autarke Transportsysteme eine immer größere Rolle. Die Idee besteht darin, ein vergleichbar autarkes System für den Transport von Personen zu entwickeln, welches in der Lage ist, Treppenstufen mit einer kontinuierlichen Bewegung zu überwinden. Die i. d. R. älteren Personen sollen in die Lage versetzt werden, ohne fremde Hilfe die Treppen zu bewältigen.
Ziel dieser Arbeit ist es, ausgehend von einer Literatur- und Patentrecherche in einem ersten Schritt Anforderungen zusammenzutragen (z. B. typische Anordnung von Treppenstufen, erforderliche Beschleunigung, Geschwindigkeit, Traglast etc.). um anhand dieser Grundlage in einem zweiten Schritt mögliche Konzepte auszuarbeiten. Diese Konzepte sollen sowohl den mechanischen Aufbau als auch die Antriebsstruktur mit Energieversorgung (akkubetrieben) berücksichtigen.
Die Technologie des digitalen Zwillings hat ihr Potenzial zur Verbesserung der Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit eine Vielfalt von industriellen und nicht-industriellen Anwendungen unter Beweis gestellt. Dabei wird ein virtuelles Abbild eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems erstellt, das sein Verhalten, seine Leistung und seine Umgebung in Echtzeit in der digitalen Welt genau nachbildet. Diese Technologie kombiniert fortschrittliche Sensoren, Datenanalyse und Modellierungstechniken, um einen digitalen Zwilling zu schaffen, der die Leistung seines physischen Gegenstücks überwachen, vorhersagen und optimieren kann.
In dieser Arbeit wurden drei an einer Demonstrationsmaschinen vorgestellt. Diese Maschinen sind für die Bearbeitung, die Verteilung bzw. die Trennung zuständig und formen eine Produktionslinie. Die virtuellen Modelle von den drei Maschinen wurden aus CAD-Dateien mittels Onshape und MATLAB realisiert. Die virtuellen Modelle wurden dann verwendet, um mit MATLAB SPS-Code für Siemens S7 zu generieren. Der generierte Code wurde dann mittels TIA V16 und PLCSIM getestet, um sicherzustellen, dass das virtuelle Modell die physikalischen Maschine wirklich nachbilden kann.
In dieser Arbeit wurde das Feder-Masse-Dämpfer-System für den Antriebsbatteriepack in Elektrofahrzeugen untersucht, dazu wurden den mathematischen Modellen der erzwungenen Schwingungen von Systemen mit einem Freiheitsgrad mit Dämpfung gebildet. Es gibt zwei Hauptaufgaben.
Erste Aufgabe: numerische Analyse
Bei Kenntnis der Anregung und der Reaktion ist das System zu ermitteln. Mehrere Datensätze sind bekannt: Intrusionsbeschleunigung der Batteriepack, Intrusionsgeschwindigkeit, Verformung der äußeren Batteriepack. Umfassend den inhärenten Schwingungseigenschaften des Systems werden auch die Elastizitäts- und Dämpfungskoeffizienten des einzelnen Feder-Masse-Dämpfer-Systems gelöst. Weitere Untersuchung von in Prallel geschalteten mehren Feder-Masse-Dämpfer-Systemen.
Zweite Aufgabe: Analyse der Simulation
Methode 1:
Die Erregung und das System sind bekannt, werden die Reaktion per Rechner gerechnet.
Die Hauptaufgabe besteht darin, zu überprüfen, ob die dynamische Reaktion des Systems während des Betriebs (z. B. Verformungen, Verschiebungen, Spannungen usw.) den vorgesehenen Sicherheitsanforderungen entspricht.
Zunächst wurde mit Catia V5 ein Modell des Batteriepacks eines Elektrofahrzeugs erstellt und anschließend mit der Finite-Elemente-Software Abaqus eine dynamische Analyse des Batteriepacks durchgeführt.
Es wird simuliert, ob die folgenden Anforderungen für den Batteriepacks bei einem Frontalaufprall erfüllt sind:
- Die Verformung der Zellen liegt innerhalb von 4,5 mm.
- Die Streckgrenze von normalem Stahl DC03 liegt bei 183 MPa und die Festigkeitsgrenze bei 413 MPa. Um die Sicherheit des Batteriepacks zu gewährleisten, darf die Belastung des Batteriepackgehäuses und der Laschen während des Aufpralls die Festigkeitsgrenze nicht überschreiten.
Methode 2:
Der Batteriepack ohne Feder-Masse-Dämpfungssystem und der Batteriepack mit Feder-Masse-Dämpfungssystem werden getrennt simuliert und die Ergebnisse der beiden Analysen werden verglichen, um zu beweisen, dass das entworfene Feder-Masse-Dämpfungssystem aus Sicht der Beanspruchung, Dehnung und Energie schützend für den Batteriepack ist.
Im Jahr 2022 hat die Warema Renkhoff SE entschieden den Energieträger Wasserstoff (H2) als eine Erdgasalternative für die Beheizung der Pulverlacköfen im Rahmen von zwei Abschluss- arbeiten untersuchen zu lassen. Eine andere Arbeit befasste sich mit den unterschiedlichen Möglichkeiten der Versorgung mit H2. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die unterschied- lichen Aspekte für den Einsatz des neuen Energieträgers in der Fertigung betrachtet.
Recherchen zu einem möglichen H2-System zeigten, dass alle Komponenten bereits heute verfügbar sind. Manche, wie z.B. ein 100%-H2 Brenner, befinden sich aber noch im Proto- typenstadium. Zurzeit existieren noch keine Regelwerke für die Installation und Betrieb von H2-Sytemen, die den Stand der Technik abbilden. Die Erarbeitung solcher Regelwerke wurde in 2023 begonnen und wird einige Zeit in Anspruch nehmen.
Um unterschiedliche Konfigurationen von H2-Systemen untereinander und mit dem existie- renden Erdgassystem vergleichen zu können, wurde in dieser Arbeit ein Tool entwickelt. Dieses Bewertungs- und Entscheidungstool erlaubt es das System zu konfigurieren und nach Kosten, Risiken und CO2-Emissionen zu bewerten. Die Bewertung erfolgt nach dem Prinzip einer um- gekehrten Nutzwertanalyse. Im Tool wurde beispielhaft die Pulverbeschichtungsanlage 1 am Standort Marktheidenfeld abgebildet.
Wasserstoff gilt aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften als besonders schwierig in der Handhabung und gefährlicher als z.B. Erdgas. Die Risikobewertung bildet auch deshalb den Hauptteil des Tools. Die Risikobewertung wurde so gestaltet, dass sie wissenschaftlich fundiert und dennoch einfach anzuwenden ist.
Im fertigen Tool wurden einige Konfigurationen miteinader verglichen. Es zeigt sich, dass das derzeitige Erdgassystem sowohl bei den Kosten als auch bei den Risiken von keinem H2- System erreicht werden kann. Ohne zusätzliche Sicherheitsvorrichtungen bzw. -maßnahmen beim H2-System ist das Risiko bei manchen Risikoszenarien zu hoch. Ein großes Risiko beim H2-System geht aber auch von der fehlenden Erfahrung und Komponenten, welche sich noch in Entwicklung befinden, aus.
Zum Abschluss wurde die Rentabilität eines H2-Systems betrachtet. Dazu wurden die im Tool ermittelten Investitionskosten für ein H2-System verwendet. Für unterschiedliche Erdgas- preise und Amortisationszeiträume wurde der H2 Preis berechnet, ab dem sich die Investition amortisiert. Zum Beispiel müsste der H2 Preis unter 5 €/kg liegen (heute ca. 10 €/kg), damit sich das System beim heutigen Erdgaspreis von 0,15 €/kWh nach 5 Jahren amortisieren kann.
Aus dieser Arbeit können direkte Handlungsempfehlungen für Warema abgeleitet werden. So scheint es aus mehreren Gründen sinnvoll mit der Installation eines H2-Systems noch 2–3 Jahre zu warten. In dieser Zeit werden z.B. die Normen für H2-Installationen fertiggestellt. Wenn ein H2-System installiert wird, sollte man zuerst nur einen Brenner auf H2 umstellen. So fallen die Anfangsinvestitionen deutlich niedriger aus und die Reduktion der CO2-Emissionen ist dennoch beträchtlich (bis zu 50%!). Gleichzeitig kann Erfahrung mit H2 im Unternehmen gesammelt werden.
In dieser Arbeit wird dargestellt, wie durch eine Beeinflussung der Separation von Druckdaten durch ICC-Profile der Verbrauch an Farbmittel (Tinte) im industriellen Inkjetdruck reduziert werden kann.
Mittels geeigneter Software wurden ICC-Profile mit unterschiedlichen Separationseigenschaften erstellt, deren Potenzial zur Farbmittelreduzierung durch dafür erstellte Testformen ermittelt und in Zusammenhang zur farbmetrischen Qualität gesetzt. Dabei konnte in der betrachteten Produktionsumgebung eine Reduzierung der benötigten Farbmenge im zweistelligen Prozentbereich gegenüber der Herstellereinstellung erreicht werden ohne dabei die definierten Qualitätskriterien zu verletzen.
Die Ergebnisse wurden durch Druckversuche mit realen Kundenaufträgen verifiziert und auf einem baugleichen Drucksystem erfolgreich reproduziert.
Auswirkungen auf die Umwelt wurden aufgezeigt, konnten im Rahmen dieser Arbeit aber nicht quantifiziert werden. Hierzu sind nach Ansicht des Autors weitere Untersuchungen notwendig.
In dieser Arbeit wird das Potential der Effizienzsteigerung von modulierenden Luft-Wasser-Wärmepumpen ausgehend von Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht untersucht. Es werden Parameter wie Gebäudetyp, Gebäudenutzung, Gebäudespeicherfähigkeit, unterschiedliche Hydraulikschaltungen, Wärmeübergabesysteme, Gebäudestandort und Außentemperaturverläufe variiert. Die Variationen werden mittels Polysun Simulationssoftware ausgewertet und verglichen.
Für die betrachteten Varianten ergaben sich keine signifikanten Effizienzsteigerungen unter Ausnutzung höhere Tagestemperaturen. Es ist jedoch gelungen eine Vielzahl an Testvarianten zu erstellen und die Abhängigkeiten verschiedener Auslegungsparameter für die Auswahl einer geeigneten Wärmepumpe zu beschreiben.