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Mit dem Energiekonzept 2050 strebt die Bundesregierung eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung an. Vor allem im Bauwesen spielt die Einsparung von Energie eine immer größere Rolle, da durch die energetische Sanierung von Gebäuden ein großer Beitrag zur bundesweiten Reduktion der Kohlendioxid-Emissionen geleistet werden kann. Ein neuzeitlicher Aufschwung für die Dämmstoffe begann bereits mit der Ölkrise. Seit dem haben sich die Dämmstoffe stetig weiterentwickelt, so dass auch neue Einsatzgebiete erschlossen werden konnten. Betrachtet man die heutigen Marktanteile der verwendeten Dämmstoffe sowie die eigesetzten Volumina, stellt sich konsequenterweise die Frage, wie mit den hohen Abfallmengen an z.T. mit gesundheitsschädlichen Materialien belasteten EPS und Mineralwolle umgegangen werden soll und welche Herausforderungen für eine sekundäre Nutzung von EPS und Mineralwolle existieren.
Bereits 1972 wurde mit dem Gesetz über die Beseitigung von Abfall (Abfallbeseitigungsgesetz, AbfG) die erste bundeseinheitliche Regelung des Abfallrechts geschaffen. Über die Jahrzehnte wurden weitere Gesetze und Verordnungen, auch auf europäischer Ebene, ergänzt. Hierzu zählen u.a. KrWG, BauPVO, AVV, EBV sowie REACH und POP-Konvention.
Für den Einsatz der Dämmstoffe sind in der Vergangenheit vor allem deren physikalisch-technischen Eigenschaften, wie Wärmeschutz, Energieeinsparung, Brandverhalten, Schallschutz und Feuchteschutz- und
Als Ziel dieser Arbeit möchte der Autor der Frage nachgehen, ob eine PV-Anlage mit stationärem Speichersystem nach dem aktuellen Stand der Technik wirtschaftlich im nördlichen Umland von Berlin betrieben werden kann. Um belastbare Aussagen bei der Betrachtung zu erhalten, sollen neben möglichen Förderungen auch die steuerlichen Aspekte und die relevanten rechtlichen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.
Hierbei liegt der Fokus der vorliegenden Arbeit nicht auf einer technisch optimierten Konzeptionierung eines PV-Generators, sondern auf einem bewussten Aufbau von Komponenten einer Solaranlage und deren Auswirkungen im Rahmen der Simulation zur Ermittlung der sich hieraus ergebenen solaren und finanziellen Erträge. Diese Ergebnisse der Simulation werden die Grundlage für die abschließende wirtschaftliche Betrachtung darstellen.
Die Arbeit gliedert sich in fünf inhaltliche Bereiche, welche aufeinander aufbauen. Im Kapitel 2 soll die historische Entwicklung der Photovoltaik im Allgemeinen und deren physikalischen Grundlagen dargestellt sowie deren Einfluss auf die Photovoltaik erläutert werden. Der historische Abriss soll mit einem Überblick über die preisliche Entwicklung von Photovoltaikanlagen, der Entwicklung der Einspeisevergütung und den jährlichen Zuwachsraten der installierten Anlagenleistungen bis zum aktuellen Zeitpunkt enden.
Im dritten Bereich der Arbeit wird der Stand der Technik beleuchtet. Hierbei sollen kurz die zu unterscheidenden Betriebsarten von Photovoltaikanlagen und deren typischen Einsatzbereiche dargestellt werden. Im Nachgang sollen der allgemeine Aufbau eines Solarmoduls und deren typische Einflussfaktoren auf die Leistung skizziert werden. Abschließen sollen in diesem Kapitel die notwendigen Komponenten für eine PV-Anlage in ihren unterschiedlichen Ausprägungen vorgestellt und näher erläutert werden.
Kapitel 4 wird sich dem konzeptionellen Aufbau der Anlage widmen. Hier werden die standortspezifischen Einflussfaktoren erläutert und ein schematischer Aufbau wie er in der Arbeit zu Grunde gelegt wird erklärt. Im weiteren Verlauf werden die notwendigen Komponenten ausgewählt und plausibilisiert sowie die Simulationssoftware und die hierfür notwendigen Grundannahmen vorgestellt und die Ergebnisse der Simulation erläutert. Hierbei soll an typischen Kennzahlen geprüft werden, ob die simulierte Anlage von Ihrer Effizienz den aktuellen Stand der Technik entspricht.
Im letzten inhaltlichen Abschnitt wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Hierfür soll ein kurzer Überblick über die zur Verfügung stehenden staatlichen Anreizsysteme und deren inhaltliche Ausgestaltung gegeben werden.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von verschiedenen Werkzeugen beim Reiben von Stahlwerkstoffen. Zum Einsatz kommen mit Wendeschneidplatten bestückte, leistengeführte Reibahlen der Firma Kennametal Shared Services GmbH Ebermannstadt, deren Verbesserung hinsichtlich Bohrungsqualität und Standzeit primäres Ziel dieser Arbeit ist. Dabei wird auf zwei verschiedene Werkstückwerkstoffe zurückgegriffen. Zum einen ist dies der Allroundstahl 42CrMo4, und zum anderen der schwer zerspanbare vollaustenitische Stahl X6CrNiMoTi17-12-2, der bei zerspanenden Aufgaben Schwierigkeiten durch seine hohe Klebeneigung bereitet.
Bei den Schneidkörpern kommen unterschiedliche Grundwerkstoffe, Beschichtungen und variierte Mikrogeometrien zum Einsatz. Dabei sollen für jeden dieser Aspekte entsprechende Verbesserungspotentiale erkannt und Empfehlungen abgegeben werden. Dabei steht nicht nur die Verbesserung des Ist-Standes durch die erprobten Schneidkörper im Fokus, sondern auch eine Empfehlung für weiterführende Forschungsaktivitäten.
Um zufällig beeinflusste Ergebnisse zu vermeiden wurden die Schneidplatten vor ihrem Einsatz vermessen und auf Maßhaltigkeit überprüft, die Prozessrandbedingen stabil gehalten und überwacht, und lediglich die Schnittgeschwindigkeit als variable Größe genutzt.
In dieser Diplomarbeit wurde ein Servosystem zum diskreten Fertigen von Membranen im Doppelstanzwerkzeug und zum Übergeben dieser an ein sich kontinuierlich drehendes System entwickelt.
Dabei wurden unterschiedliche Antriebslösungen geprüft und ein für die Anwendung passendes Antriebssystem dimensioniert. Des Weiteren wurden verschiedene Softwarelösungen zur Realisierung der Steuerungsaufgabe erarbeitet und diese miteinander verglichen.
Auf dem Gebiet der quantitativen Dünnschicht-Chromatographie ist die biostep GmbH Hersteller des HPTLC Densitometers CD60. In diesem Densitometer sind drei Lichtquellen eingebaut, eine Deuteriumlampe, eine Wolfram-Halogenlampe und eine Quecksilberdampflampe. Für die Ansteuerung dieser Lampen und aller anderen Funktionen werden folgende 3 Platinen in diesem Gerät verbaut: die Hauptplatine (HP), die Hochvoltplatine (HVP) sowie die Netzteil- und Lampensteuerplatine (NTP). Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll die NTP auf den aktuellen Stand der Technik gebracht werden. Diese ist für die Ansteuerung der Lampen und der Bereitstellung aller Spannungen für das Gerät zuständig. Da der Grundentwurf dieses Systems aus dem Jahr 1987 ist, bestehen die elektronischen Schaltungen vor allen aus viel kombinatorischer Logik und es wurden viele Schaltkreise eingesetzt, welche zwischenzeitlich veraltet sowie schwer beschaffbar sind. Ebenfalls gibt es zunehmend Schwierigkeiten diese zu einem angemessenen Preis zu beziehen. Deswegen ist für den Neuentwurf der Platine vorgesehen aktuelle "digitale" und
Die hier verfasste Diplomarbeit wurde mit dem Ziel erstellt, eine Aktualisierung der Statistischen Prozesskontrolle (engl.: Statistical Process Control - SPC) nach der IATF 16949 (International Automotive Task Force) in der Produktion des Automobilzulieferers Grammer System GmbH in Schmölln zu erbringen und in Zusammenarbeit mit der IT-Abteilung ein Konzept zur Optimierung des Lean Managements zu entwickeln. Dazu werden im theoretischen Teil die Grundlagen der Lean Production in Bezug auf verschiedene Themenbereiche erläutert. Hierzu zählen unter anderem die Entstehung und Erklärung einiger Normen, bis hin zur IATF 16949, mathematische Zusammenhänge in Bezug auf Qualitätsregelkarten, sowie die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine bei Produktionsprozessen. Weitere Punkte der theoretischen Arbeit beschäftigen sich mit der Systematik von Qualitätsregelkreisen, sowie Sicherung, Handhabbarkeit, Übertragung und langfristige Speicherung der Daten. All diese Informationen bilden ein Tool, um Produktionsprozesse überwachen und bewerten zu können und letztlich die Fehlerkosten auf ein Minimum zu reduzieren. Im praktischen Teil der Arbeit werden die bestehenden Qualitätsregelkreise systematisch analysiert, bewertet und externe Lösungen für ein optimiertes SPC-System vorgestellt. Durch vorher geschulte Mitarbeiter wird das entwickelte System über einen bestimmten Zeitraum an einem Pilotprojekt getestet. Abschließend wird von den Verantwortlichen der Fachbereiche entschieden, ob dieses System auf die komplette Produktion realisiert werden soll.
Die vorliegende Diplomarbeit widmet sich den Veränderungen in der Automobilpro-duktion durch den Umstieg auf Elektroantrieb. In der Analyse der historischen Ent-wicklung des Automobilantriebs wird ersichtlich, dass die Elektrofahrzeuge keine neue Entwicklung sind, sondern als grundlegendes Antriebskonzept der Elektromobilität bereits im 19. Jahrhundert bekannt waren. Trotzdem hat sich der Verbrennungsmotor als Antriebskonzept durchgesetzt, soll aber auf Grund von Umwelteinflüssen bzw. Anforderungen zukünftig durch den Elektromotor abgelöst werden. Vor diesem Hintergrund werden die Veränderungen im Produktionsprozess von Elektrofahrzeugen gegenüber dem Produktionsprozess von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor dargestellt.
In dieser Arbeit wird auf die Vermeidung von Kolbenringbrüchen eingegangen. Dafür wurde der Montageprozess an allen Montagelinien im Motorenwerk in Chemnitz analysiert und erfasst. Es wurde die Analysemethode nach Ishikawa herangezogen und später eine Bewertungsmatrix erstellt, um die erfassten Einflüsse zu bewerten und auswerten zu können.
Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Modellierungen einer zweiflutigen Abgasturbine mit Hilfe der Simulationssoftware GT-Power untersucht, um deren strömungs-mechanische und thermodynamische Eigenschaften in der Motorprozesssimulation abzubilden. Aktuell hat sich noch keine Modellierung als vollendet herausgestellt. Eine optimale Trennung der beiden Fluten ist aufgrund der konstruktiven Auslegung nicht möglich, weshalb es bei zweiflutigen Turbinen, die sich durch eine bessere Trennung der Abgaspulse während des Vorauslassstoßes auszeichnen, noch Unzulänglichkeiten gibt. Der verbleibende Restspalt, der sich zwischen Zunge und Turbinenlaufrad ergibt, stellt den sogenannten Überströmquerschnitt dar. Der darüber überströmende Massendurchsatz beeinflusst die Turbinenleistung sowie die Zylinder der benachbarten Flut. Um den überströmenden Massendurchsatz darzustellen, gibt es verschiedenen Modellierungsansätze (Turbine und Blende). Bei der Modellierungsart mit Turbine, ist es notwendig, die vermessenen Überströmkennfelder der zweiflutigen Turbine im Simulationstool GT-Power einzuarbeiten, die der ATL-Hersteller nicht liefert und einer zusätzlichen Turbinenvermessung zugrunde liegen. Zur Bedatung des Überströmkennfeldes wurde innerhalb dieser Arbeit verschiedene Ansätze geprüft, der den überströmenden Massendurchsatz gut darstellt. Weiterhin wurden verschiedene Modellierungsansätze einer zweiflutigen Turbine dargestellt und untersucht sowie hinsichtlich der Druckverläufe von p3 und Ladungswechsel- und Verbrennungskenngrößen bewertet. In dieser Arbeit hat sich der Modellierungsansatz, der das Überströmen mittels einer Blende darstellt, als guter Kompromiss zwischen der Bedatung (Blendendurchmesser und Durchflusskoeffizient) und der Abbildung des Überströmens im Gegensatz zum Modellierungsansatz der FVV herausgestellt.
Hauptuntersuchung von Fahrzeugen ist ein wesentlicher Bestandteil, dem jeder Fahrzeughalter nachkommen muss. Diese wird von ausgebildeten Speziallisten durchgeführt, den Prüfingenieuren. Ein wichtiger Bereich welcher unter anderem mit bei der Hauptuntersuchung geprüft wird, ist die Bremsanlage des Fahrzeuges. In dieser Diplomarbeit wird untersucht, ob die Bremskraft mit höheren Fahrzeugalter und höherer Laufleistung sich signifikant stark verändert. Um das grafisch und rechnerisch darlegen zu können wurden an rund 50 Fahrzeugen Bremskraftmessungen durchgeführt. Dabei wurden Herstellervorgaben mit gemessenen Bremskraftwerten verglichen. Die Herstellervorgaben sowie die gemessen Bremskraftwerte wurden mit Hilfe des HU-Adapters, ein Arbeitsmittel des Prüfingenieurs, ermittelt. Des Weiteren wird erklärt wie der Messprüfstand, in diesem Fall ein Rollenbremsenprüfstand, aufgebaut ist sowie dessen Funktionsweise erklärt.
Mit der stetig steigenden Anzahl an Fahrzeugprojekten und der daraus resultierenden steigenden Anzahl an benötigten Umformwerkzeugen ist es erforderlich, aktuelle Ferti-gungskonzepte zu untersuchen, um bei der Bauteiloptimierung Zeit einzusparen.
Eine Fahrzeugkarosse ist in folgende vier Baugruppen unterteilt: Seiten, Dach, Boden und Türen. Jedes Bauteil unterliegt spezifischen und komplexen Fertigungskonzepten. Die Umformwerkzeuge werden im Werkzeugbau der AUDI AG Ingolstadt konstruiert und gefertigt. Dabei ist zu erkennen, dass Fehler wie beispielsweise Oberflächenfehler immer wieder an den identischen Stellen an einem Bauteil auftreten. Einer dieser Bereiche ist die Heckspitze eines Seitenwandrahmens. Ziel dieser Arbeit ist es, im Auftrag der AUDI AG Ingolstadt Fertigungskonzepte an einem Seitenwandrahmen im Bereich der Heckspitze zu untersuchen und Möglichkeiten zur Optimierung des Fertigungskonzepts aufzuzeigen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird im ersten Schritt zunächst der Entstehungsprozess und deren Einfluss auf das Umformwerkzeug analysiert. Zur Analyse der Fertigungskonzepte werden zudem zwei aktuelle Umformprojekte verwendet. Anschließend werden anhand der Analysen die bestehenden Fertigungskonzepte überarbeitet und in die Umformwerk-zeuge rückgeführt. Zur Überarbeitung der Fertigungskonzepte werden das CAD-Programm CATIA V5® und das FEM-Programm AutoForm® verwendet. Da der Beschnitt im Bereich der Heckspitze eines Seitenwandrahmens entscheidenden Einfluss auf das Bauteil hat, wird zudem die Beschnittermittlung untersucht und mögliche Lösungsverfah-ren zur Erreichung der Beschnitttoleranzen aufgeführt.
In der hier vorliegenden Arbeit wird mit Hilfe von CFD-Simulationen das Strömungsfeld des Ahmed-Körpers und eines DrivAer-Fahrzeugmodells untersucht. Dabei gilt es anhand der Untersuchung des Ahmed-Körpers ein abgesichertes Simulationssetup für Pkw-Außenaerodynamik zu erarbeiten, welches die besten physikalischen Ergebnisse hinsichtlich einer akzeptablen Rechenzeit liefert. Anschließend werden die Ergebnisse mit denen fundierter Experimente und Simulationen, des Ahmed-Körpers, verglichen und das Simulationssetup auf seine Eignung bewertet. Das abgesicherte Simulationssetup wird nachfolgend für die Untersuchung des DrivAer-Fahrzeugmodells angewendet, um sicher zu stellen, dass die erlangten Ergebnisse, bezüglich Beiwerte und Strömungstopologien aussagekräftig sind. Der letzte Schritt ist die Auswertung der Ergebnisse am DrivAer-Modell.
Vergleich und Bewertung von 3D-FE-Vernetzungsprogrammen am Beispiel einer Welle mit Passfedernut
(2018)
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Vergleich und der Bewertung von 3D-FE-Vernetzungsprogrammen am Beispiel einer Welle mit Passfedernut. Nach der Einleitung, wird ein Überblick über die Finite Elemente Methode, deren Ablauf und die Bedingungen für die Netzgenerierung gegeben. Im weiteren Verlauf wird der Komplex der Netzgenerierung betrachtet. Von besonderem Interesse ist dabei die Klassifizierung der Netze, die Methoden der Netzgenerierung, die Algorithmen zur 3D-Vernetzung, die Netzverfeinerung, sowie die Anforderungen an die Netzqualität. Im Folgenden wird das zu vernetzende Modell und die verwendeten Programme zur Vernetzung der Welle mit Passfedernut vorgestellt. Des Weiteren werden die Vernetzungsprogramme miteinander verglichen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird die genutete Welle mit den 3D-FE-Vernetzungsprogrammen diskretisiert. Es werden dabei Hexaeder- und Tetraeder-Netze generiert. Die Netze vom gleichen Elementtyp werden jeweils miteinander verglichen und bewertet. Abschließend wird eine Gesamteinschätzung gegeben, in wie weit es mit den bisher entwickelten 3D-FE-Vernetzungsprogrammen möglich ist, dreidimensionale Netze von ausreichender Netzdichte und Netzqualität automatisch zu generieren.
Durch den vermehrten Einsatz von Elektronik und elektronischen Steuergeräten in Fahrzeugen, muss bei der Auslegung verstärkt die Robustheit (Zuverlässigkeit, Langlebigkeit) berücksichtigt werden. Durch den Einsatz von Elektronik in Kraftfahrzeugen ergeben sich insbesondere hohe Belastungen durch Feuchtigkeit. Deren Untersuchung mit Hilfe geeigneter vereinfachter Simulationshilfsmittel sowie der Vergleich der Simulationsergebnisse mit dem realen Verhalten, ist Bestandteil dieser Arbeit. Es werden vier Baukästen, vorwiegend aus dem Bereich der Getriebesteuerung mit Leiterplattensubstraten (FR4-Material) und unterschiedlichen Gerätekonzepten untersucht. Für die Validierung der Simulation erfolgt zunächst eine Untersuchung der Geräte in einem Feuchte-Temperatur-Versuch mit einem eigens entwickelten Lastprofil bei geregelter Eigenerwärmung. Die Simulation besteht aus zwei Teilschritten, die zu einer zeitlichen und lokalen Darstellung der relativen Feuchtigkeitsverteilung dient. Die Ergebnisse der vereinfachten Simulation sind verglichen mit den Versuchsergebnissen trotz Abweichungen aussagekräftig für Feuchte-Vorhersagen im Innenraum von Steuergeräten neuer Projekte im frühen Entwicklungsstadium oder einer neuen Applikation eines bestehenden Systems.
In dervorliegenden Diplomarbeit wird untersucht, ob ein Glättungsprozess nach dem Beschichten von VHM-Fräsern notwendig ist, mit dem Ziel diesen zu eliminieren. Dazu wird auf dem gegenwärtigen Stand der Technik eingegangen, der sich in Beschichtungsverfahren und Glättungsverfahren für VHM-Fräser unterteilt. Als Untersuchungsgrundlage werden zwei Werkzeugvarianten festgelegt und in experimentellen Versuchen an zwei unterschiedlichen Stahlsorten getestet. Dabei wird auf die auftretenden Bearbeitungskräfte und das Verschleißverhalten der Werkzeuge, sowohl in der Makro- als auch Mikrogeometrie, eingegangen. Die Auswertung der Versuchskomplexe ist ebenso ein Bestandteil der Arbeit. Zusammenfassend wird eine Handlungsempfehlung gegeben und der weitere Handlungsbedarf dargestellt.
Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojektes werden an der Fakultät Automobil- und Maschinenbau der Westsächsischen Hochschule Zwickau die hypotrochoidischen Konturen für formschlüssige Welle-Nabe-Verbindungen untersucht. Sie vereinen die mechanischen Vorteile der genormten Polygon- und Zahnwellenprofile mit Evolventenflanken. Die kontinuierliche Profilkontur wirkt sich positiv auf die Kerbwirkungszahl, Formzahl und den Spannungszustand aus. Aufgrund der variablen Exzentrizität und frei wählbaren Anzahl an Mitnehmern können die Profile für den vorliegenden Anwendungsfall optimiert und an die Fertigungsbedingungen angepasst werden. In der vorliegenden Arbeit wird die statische Tragfähigkeit der Profile anhand ausgewählter Parameter mittels der Finite-Element-Methode untersucht. Die Untersuchungen werden für die statische Torsion, Umlaufbiegung und die kombinierte Belastung durchgeführt. Dabei wird auf elastisch-plastische Materialmodelle zurückgegriffen, welche auf Versuchswerten basieren. In diesem Zusammenhang wird ein Verfahren zur Bestimmung der statischen Tragfähigkeit bei kombinierter Belastung erarbeitet und die eingesetzte Berechnungsmethodik eingehend überprüft. Die Bewertung der Profile erfolgt anhand ausgewählter Beanspruchungsgrößen und dem Fließverhalten der Welle und Nabe. An dieser Stelle werden Tendenzen erkennbar, die Rückschlüsse über das Verhalten der Verbindungen unter verschiedenen Belastungsarten ermöglichen.
In dieser Diplomarbeit wird untersucht inwiefern Aluminium-Leichtmetallfelgen durch Elektronenstrahlschweißen (kurz EB) gefügt werden können. Dazu werden als Recherchen durchgeführt, welche die aktuell eingesetzten Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Fügen), die typischerweise eingesetzten Werkstoffe und Wärmebehandlungen von Aluminium-Leichtmetallfelgen untersuchen um spätere Schweißversuche möglichst realitätsnah zu gestalten. Weiterhin wird recherchiert ob es aktuell Patente zu geteilten sowie ge-schweißten Leichtmetallfelgen gibt. Anschließend werden vergleichende Untersuchungen zum Elektronenstrahlschweißen von Aluminiumguss- und -knetlegierungen durchgeführt. Darauf aufbauend werden Konzepte zu geeigneten Elektronenstrahl-Schweißtechnologien für die 2 verwendeten Werkstoffgruppen (Guss- u. Knetlegierungen) bzw. Herstellungsverfahren von Leichtmetallfelgen erläutert. Diese werden in realen Schweißversuchen abgebildet und untersucht. Dazu dienen Zugversuche, Härtemessungen, Makro- und Mikroschliffe sowie die Durchstrahlungsprüfung. Von besonderem Interesse ist, ob sich Poren durch die vorgeschlagenen Schweißtechnologien des Überschweißens und Mehrbadschweißens reduzieren lassen. Weiterhin untersucht werden u.a. welche technologischen Eigenschaften in Hinsicht auf Festigkeit und Entfestigung damit einhergehen. Während der Schweißversuche werden ebenfalls wichtige Abhängigkeiten zwischen EB Strahlparametern und Nahtgeometrien untersucht. Weiterhin werden Konstruktionsvorschläge zur Ausführung und Positionierung von EB-gerechten Fügestellen unter Berücksichtigung von geometrischer Kombinier- / Konfigurierbarkeit an Leichtmetallfelgen erarbeitet.
Für jedes einzelne Fahrzeug mit Automatikgetriebe ist vor allem die Schaltqualität wichtig. Jedoch sollte ebenso eine Konstanz über der gesamten Getriebeserie herrschen. Abweichungen der Schaltqualitäten zwischen mehreren Getrieben bei verschiedenen Arbeitstemperaturen werden Temperaturdrift genannt. Um diesen so gering wie möglich zu halten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine davon ist die Ditherung der elektrischen Ansteuersignale. Diese Arbeit befasst sich mit den Einstellmöglichkeiten der Ditherung im 9HP50-Getriebe von ZF und deren Auswirkungen auf den Temperaturdrift. Die Ergebnisse einer umfassenden Messreihe werden erläutert sowie ein Ausblick auf mögliches Verbesserungspotenzial gegeben.
In dieser Diplomarbeit kommt eine neuartige Entwurfsmethodik zum Einsatz, die es ermöglicht Landes-/Staatsstraßen sowie kommunale Straßen nach den aktuell gültigen Richtlinien um- und auszubauen und dabei so nah wie möglich an der Bestandstrasse zu bleiben. Hauptsächlich werden die RAL und das M EKLBest zur Bearbeitung herangezogen. Die Erstellung der Planunterlagen erfolgte nach RE und der Textteil ist daran angelehnt.
Erläutert und angewandt wird dieses Verfahren an dem Streckenzug der S 255 von der AS Hartenstein der A 72 bis Lichtenstein OT Heinrichsort. Zudem erfolgt die Bearbeitung weitestgehend nach den Inhalten der Lph. 1 und Lph. 2.
Die virtuelle Befahrung und deren Auswertung wird im zweiten Teil, welcher nicht Bestandteil dieser Arbeit ist untersucht.
Mittels planerischer Grundlage die Vorzugsvariante Variante 03-II bestimmt.
Ziel hierbei ist es, die Entwurfsmethodik anhand eines realen Projektes zu testen, um Probleme zu erkennen und zu beheben. Auch die Recherche hinsichtlich der Radienbereiche und Radienrelationen im In- und Ausland spielt bei dem Testlauf eine Rolle.
Untersuchungen zu servoelektrisch angetriebenen Planetenrollengewindetrieben als Nebenantriebe
(2018)
Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung servoelektrisch angetriebener Planetenrollengewindetriebe
als Nebenachsen in der Pressenautomation. Dazu werden mithilfe
eines Versuchsstandes Testläufe durchgeführt, die unterschiedliche Betriebsarten simulieren.
Die dafür erforderlichen Kurvenverläufe werden mit der firmeninternen Software
VisPress generiert.
Während der Testläufe werden prozessrelevante Daten aufgezeichnet und hinsichtlich ihrer
Zusammenhänge untersucht. Dafür werden die Betriebsparameter variiert und deren Einfluss
auf die Messergebnisse untersucht. Neben der Arbeit mit der vorliegenden Konstruktion
werden überdies Optimierungsmaßnahmen am Versuchsaufbau durchgeführt.
Auf Basis der erfolgten Testreihen wird die Eignung der servoelektrisch angetriebenen
Planetenrollengewindetriebe als Nebenachse in einer Presse bewertet.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist ein Verfahren zu untersuchen, welches die Aufbringung von Batterieseparatoren auf Elektrodenmaterial und deren Auswirkung auf Zelleigenschaften sowie damit verbundene Handlingseigenschaften des Separators beinhaltet. Für ein Gesamtverständnis der zu untersuchenden Materialien sowie Akkukomponenten wird zunächst auf Grundlegende Funktionen, Bauformen und Merkmale von Lithium-Ionen-Zellen eingegangen. Es erfolgt anschließend die Festlegung der Anforderungen für oben genanntes Aufbringverfahren. Es werden verschiedene Batterieseparatoren auf die Verfahrensfähigkeit geprüft. Des Weiteren werden, für die Akkuperformance wichtige Parameter untersucht und ausgewertet. Eine Methode zur Prüfung und zum Vergleich der Separatorhaftungen wird dargestellt und ausgewertet. Abschließend erfolgt die Zusammenfassung und Auswertung aller in den jeweiligen Messverfahren ermittelten Parameter.
Crashversuche sind in der Automobilindustrie fester Bestandteil des Entwicklungsprozesses von Fahrzeugen um Schwachstellen möglichst frühzeitig erkennen und zu beseitigen. Die Berechnung dieser Crashversuche mittels CAE-Simulationssoftware bietet die Möglichkeit einer gezielten und kostenminimierten Versuchsdurchführung. Der in der vorliegenden Arbeit beschriebene Citycrashversuch stellt einen sehr anspruchsvollen Stresstest speziell für Dachlastträger dar. Diese Abhandlung soll die Möglichkeiten impliziter Lösungsverfahren, den Citycrash zu simulieren aufzeigen. Dabei soll neben der Ermittlung möglicher Parametereinstellungen, eine Beurteilung zur möglichen Anwendung in der Praxis und zur Wirtschaftlichkeit getroffen werden. In der vorliegenden Diplomarbeit werden klar die Grenzen des verwendeten Solvers Abaqus/Standard 6.14.2 aufgezeigt. Die Komplexität des Berechnungsmodells in Kombination mit der impliziten Zeitintegration macht das Erlangen verwertbarer Ergebnisse bei der Simulation des Citycrashes kaum möglich. Daher und aufgrund des hohen zeitlichen Aufwands ist eine wirtschaftlich effektive Nutzung mit der untersuchten Software nicht zu empfehlen.
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung zur Nutzung gasmotorischer Drucklufterzeugung in der Industrie. Es wird anhand von zwei Unternehmen aus dem Bereich Kunststoffspritzguss und Textilherstellung das Energieeffizienzpotenzial und die Wirtschaftlichkeit von gasmotorischer Drucklufterzeugung anstelle elektromotorischer Drucklufterzeugung untersucht. Dazu wird zunächst die Technik der elektro- und gasmotorischen Drucklufterzeugung vor- und gegenübergestellt. Im Anschluss wird anhand von energetischen Daten der Unternehmen, die Energie- und CO2-Bilanz mit dem IST-Zustand sowie mit dem Neu-Zustand gebildet. Anhand der Bilanzen wird untersucht ob Einsparungen durch die gasmotorische Drucklufterzeugung erzielt werden können. Zum Abschluss der Arbeit wird untersucht ob die gasmotorische Drucklufterzeugung für das jeweilige Unternehmen wirtschaftlich ist.
Der Produktlebenszyklus moderner Kraftfahrzeuge ist hoch, was nicht zuletzt auf regelmäßige Wartung, Pflege und Inspektion zurückzuführen ist. Halter von Kraftfahrzeugen aller Art müssen sich mit dem Thema Instandhaltung auseinandersetzen, denn der Abnutzungsvorrat, also der Vorrat an Kilometern bzw. Zeit, die ein Fahrzeug sicher und in voller Funktionalität betrieben werden kann, nimmt nach seiner Herstellung konstant ab. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Analyse von Nutzungsgraden von konventio-nell und elektrisch angetriebenen Pkw. Speziell werden die VW Modelle Golf V bis Golf VII sowie e-Golf und der Renault ZOE untersucht und verglichen. Zunächst werden unter Nutzung vorhandener Normen und Literaturquellen die wichtigsten Begriffe zum Thema Instandhaltung definiert. Anschließend folgt die Analyse zum Stand der Technik des Nutzungsvorrats von Pkw sowie statistischer Kennwerte bzgl. Nutzungsgrad und notwendiger Betriebsdaten. Für eine vergleichbare Untersuchung der Instandhaltungsaufwände der verschiedenen Pkw, werden Randbedingungen für deren Bewertung festgelegt. Die einzelnen Instandhaltungskosten der verschieden angetriebenen Fahrzeugmodelle werden in einer umfangreichen Aufstellung gegenübergestellt. Nach graphischer Auswertung der Daten wird in der Ergebnisdiskussion ersichtlich, dass die Instandhaltungskosten der verschiedenen Modelle sowohl innerhalb ihrer Generation, als darüber hinaus, sehr unterschiedlich ausfallen. Abschließend erfolgen eine Zusammenfassung sowie ein Ausblick auf Zukunftstendenzen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der 3D-CFD Simulation von SCR-Systemen. Es werden alternative Berechnungsansätze mit dem Ziel einer Verringerung des benötigten Rechenaufwands für SCR-Simulationen vorgestellt und angewandt. Dies soll die Berechnung größerer Zeitfenster und damit eine bessere Einschätzung der Ablagerungsbildung innerhalb von SCR-Mischstrecken ermöglichen. Zunächst wird auf die grundlegenden Merkmale des Dieselmotors bezüglich des Brennverfahrens und der Abgasnachbehandlung eingegangen. Anschließend werden wichtige Modellierungsaspekte der Reduktionsmittelaufbereitung von SCR-Systemen erläutert. Es folgt eine Beschreibung experimenteller Untersuchungen im Rahmen des FVV-Projekts
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Frage, welches Parksystem in Parkhäusern aus betriebswirtschaftlicher Sichtweise am effektivsten ist. Dabei werden das konventionelle Parkhaus, automatisierte Parksysteme und das Automated Valet Parking analysiert und charakterisiert. Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines lebenszyklusorientierten Bewertungs-modells. Anhand eines Modellbeispiels soll dieses Bewertungsmodell auf die drei genannten Möglichkeiten angewendet werde um dadurch die betriebswirtschaftlich beste Lösung auswendig zu machen. Nach Auswertung der Analyse zeigt sich, dass dem Automated Valet Parking sehr wahrscheinlich die Zukunft darstellt, jedoch nicht das konventionelle Parkhaus ersetzen, sondern eher ergänzen wird. Beide Systeme haben in diesem Modellbeispiel einen großen Vorsprung zu den automatisierten Parksystemen, da deren Anwendungsbereich anders gelegen ist. Schlussendlich hat jedes System seine Daseinsberechtigung, es muss nur an den richtigen Stellen genutzt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde ein optisches Bildverarbeitungssystem zur Fehlerdetektion in der Dachlaserlötnaht gesucht, welches den Anforderungen der Volkswagen Sachsen GmbH entspricht. In der Arbeit wird der Ist-Prozess zur Herstellung der Dachlaserlötnaht analysiert und auf daraus resultierende Nahtfehler genauer eingegangen. Die entstehenden Nahtfehler bilden zusammen mit den gegebenen technischen Bedingungen und Umgebungseinflüssen die Anforderungen, welche an das neue System gestellt werden. Zur objektiven Prüfung von ausgewählten alternativen Bildverarbeitungssystemen kamen zur Durchführung von Praxisuntersuchungen Referenzmuster zum Einsatz, welche die verschiedenen Fehlerbilder aufwiesen. Die Ergebnisse der damit durchgeführten Systemtests wurden ausgewertet, verglichen und dienten als Grundlage für eine zum Abschluss gegebene Handlungsempfehlung.
Untersuchung und Auswertung von Einflussparametern beim Scherschneiden mit definierten Werkstoffen
(2018)
Das Scherschneiden ist das am häufigsten genutzte Trennverfahren in der Blechbearbeitung. Die Ausprägung der verfahrensspezifischen Schnittfläche ist abhängig vom Blechwerkstoff und verschiedenen Prozessparametern. Bei der Bearbeitung von höherfesten und höherlegierten Stählen oder Nichteisenmetallen kann nur begrenzt auf die theoretischen Parameterdefinitionen zurückgegriffen werden, da sie nicht zum gewünschten Ziel führen oder nicht ausreichend beschrieben sind. Ziel dieser Diplomarbeit ist es die Einflussparameter beim Scherschneiden an definierten Werkstoffen zu untersuchen und auszuwerten. Auf Grundlage recherchierter Erkenntnisse erfolgt die Entscheidung zu einer experimentellen Untersuchung. Dazu wird nach der Bestimmung des Schneidverfahrens und der Teilegeometrie ein Versuchswerkzeug in Abhängigkeit der zu untersuchenden Werkstoffe und von den gewählten Schneidparametern konstruiert und gefertigt. Anschließend wird die Parametervariation festgelegt und die Versuche werden durchgeführt. Danach erfolgt die Aufnahme und Auswertung der entstanden Schnittflächen. Als Resultat werden Richtwerte für die Prozessparameter zum Scherschneiden der definierten Werkstoffe ausgewiesen. Als Folge ergeben sich Handlungsempfehlungen, welche erläutert und zusammengefasst werden.
Eines der am häufigsten angewandten Fertigungsverfahren ist das Scherschneiden. Steigende Anforderungen hinsichtlich der Hubzahlen und Standmengen sowie die ge-forderte Verarbeitung höherfesterer Materialien bedingen weiterer Optimierung verschie-dener Elemente des Werkzeugs.
Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen Einfluss der Schneidgeschwindigkeit beim Scherschneiden definierter Werkstoffe auf den Verschleiß der Aktivelemente und die Prozess-sicherheit zu untersuchen und auszuwerten. Hierfür erfolgt eine Recherche auf deren Basis experimentelle Untersuchungen geplant und durchgeführt werden. Dafür wird für das einhubige Scherschneiden mit geschlossener Schnittlinie ein vielgestaltiges Bauteil entworfen, für dessen Fertigung anschließend ein Versuchswerkzeug mit Aktivelementen mit verschiedenen Werkstoffen und Beschichtungen konstruiert und gefertigt wird. Der Neu-Zustand der Aktivelemente wird erfasst, anschließend werden mit definierten Parametern seriennahe Versuche durchgeführt. Hierbei wird die Prozesssicherheit überwacht. Nach Ende der Versuche wird der Ist-Zustand der Aktivelemente erneut er-fasst und hinsichtlich Verschleiß ausgewertet.
Als Resultat ergeben sich Tendenzen, welche zu Schlussfolgerungen und damit letztendlich zu Handlungsempfehlungen führen.
Einleitung Motivation Eine kontinuierlich verfügbare Energiegrundversorgung ist sehr wichtig für die Menschen und die Entwicklung auf der ganzen Welt. Durch die wachsende Weltbevölkerung hat sich der Energiebedarf in den letzten 40 Jahren mehr als verdoppelt. Um 45 Prozent wird die weltweite Energienachfrage bis 2030 steigen, wenn sich die heutigen Trends unverändert fortsetzen [Schlesinger, 2009]. Dieser wachsende Energiebedarf verursacht das Problem der Knappheit der Ressourcen wie Erdöl, Erdgas und Kohle, sowie den Klimawandel. Derzeit und auf lange Sicht muss auf erneuerbare Energien gesetzt werden, zur Ablösung der fossilen Energieträger und zur Reduzierung der CO2-Emission. Die erneuerbaren Energien werden 2017 voraussichtlich über 36% des Bruttostromverbrauchs in Deutschland abdecken [BDEW, 2017]. In den vergangenen Jahren entwickelte sich die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland, wie Bild 1 zeigt, nach oben. Photovoltaik ist ein sehr wichtiger Teil davon. Bild 1: Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland (BDEW, 2017) Die Solarenergie auf der Erdoberfläche beträgt etwa 1,074∙1014 GWh/a, was dem 35.000-Fachen des weltweiten Energiebedarfs entspricht, der eine unerschöpfliche Energiequelle darstellt. Die Installationskosten für Photovoltaikanlagen verringern sich und die Einspeisevergütungssätze für den erzeugten Strom von der PV-Anlage sind stark gesunken. Dadurch werden die Voraussetzungen für die Errichtung und den Betrieb von PV-Anlagen verändert. Die PV-Anlagen rechnen sich heute vor allem über einen hohen Eigenverbrauchsanteil des erzeugten Stroms. Allerdings stellt der Strom nur einen Teil des Endenergieverbrauches in Deutschland dar, wie Bild 2 zeigt. Rund 35 Prozent des deutschen Energieverbrauchs entfällt auf die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser in Gebäuden. Etwa 40 Prozent aller CO2-Emissionen entstehen in diesem Bereich [BWP, 2017]. Deshalb muss auch berücksichtigt werden, wie der Wärmebedarf auf regenerative Energien umgestellt werden kann. Bild 2: Energieverbrauch nach Anwendungsbereichen in Deutschland 2015 (BDEW, 2016) Die Nutzung des Stroms von der PV-Anlage zur Deckung des Wärmebedarfs von Gebäuden ist eine vielversprechende Alternative. Der produzierte Strom der PV-Anlage wird immer mehr zur Deckung des Wärmebedarfs im Gebäude genutzt, um den PV-Eigenverbrauch und somit die Anlagenrentabilität zu erhöhen. Dies führt zum Power-to-Heat Konzept: Stromerzeugungspotenziale, die auf dem Strommarkt wirtschaftlich oder technisch nicht sinnvoll genutzt werden können, werden mittels elektrischer Heizeinrichtungen in Wärme umgewandelt [IWO, 2015]. Die Kombination von PV-Anlage und Wärmepumpe ist eine großartige Möglichkeit, es zu verwirklichen. Außer zur Steigerung des Photovoltaik-Eigenverbrauch durch Wärmepumpe, gegenüber einem fossilen Energieträger ist der Heizungstausch mit Wärmepumpe auch eine Möglichkeit, den CO2-Austoß und die Wärmeverluste zu reduzieren. Zielsetzung Diese Diplomarbeit basiert auf einem konkreten Projekt. Es ist geplant, auf dem Dach des Gebäudes eine PV-Anlage zu installieren und den Wärmeverlust zu verringern. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Power-to-Heat-Konzept für das Gebäude zu untersuchen und zu bewerten, um das Energiesystem des Gebäudes effizienter, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu machen. Zuerst wird die Übersicht des Gebäudes beschrieben, inkl. der Baukonstruktion, des derzeitigen Heizungssystems und Lüftungssystems. Anschließend wird der Energiebedarf, nämlich Warmbedarf und Strombedarf, in diesem Gebäude berechnet. Danach wird die PV-Anlage ausgelegt, inkl. des Modulplans und der technischen Planung. Dann wird anhand mehrerer Varianten untersucht, inwieweit sich der Eigenverbrauchsanteil der PV-Anlage in Verbindung mit unterschiedlichen Ansätzen für Eigennutzung des Stroms, elektrischen Speichern, Wärmepumpe und thermischen Speicher steigern lässt. Die Untersuchungen beinhalten auch die Dimensionierung der Wärmepumpe sowie des Pufferspeichers. Der Energieertrag der PV-Anlage wird mit verschiedenen Ansätzen durch PV-Sol simuliert. Danach wird die wirtschaftliche Bewertung sowie die ökologische Bewertung für jede Variante vorgenommen. Zum Abschluss wird eine Zusammenfassung gemacht. 2 Hauptteil Beschreibung des Projektbeispiels Baukonstruktion Das in dieser Arbeit als Beispiel verwendete Projekt ist das Gebäude der Baptistengemeinde Nürnberg und befindet sich in der Sperberstraße 166 in Nürnberg. Dieses Gebäude wurde 2001 gebaut und ist eine zusammengesetzte Struktur aus Kirche und Wohnungen. In dieser Arbeit wird das Gebäude in zwei Teile, Bauteil A und Bauteil B, getrennt, um es besser zu beschreiben. Die Verbindung zwischen den beiden Bauteilen ist ein Foyer, wie Bild 3 zeigt. Im Bauteil A gibt es Büro, Aktivitätsräume, Gruppenräume und 4 Wohnungen, sowie Kellerräume. Bauteil B hat hauptsächlich einen Versammlungsraum und einige Nebenräume. Das Gebäude hat insgesamt 3 Geschosse, nämlich Untergeschoss, Erdgeschoss und Obergeschoss. Bild 3: Luftbild des Gebäudes Der Grundriss jedes Geschosses wird in Anlage 1 bis 3 angezeigt. Anhand des des Grundrisses und dem Schnittplan eines jeden Geschosses kann man die Abmessungen jedes Raums bekommen. Die Daten jedes Geschosses werden in Tabelle 1 gezeigt. Geschoß-höhe [m] Bauteil Nutzfläche [m2] Raumhöhe [m] Nutzung UG 2,82 A 344 2,55 Haustechnik, Lagerräume, Mieterkeller EG 4,05 A 574 3,87 MZ-Räume, Teestube, Wirtschaftsbereich Foyer 100 3,87 EG+OG 10,00 B 390 8,8 Gemeindesaal OG 3,53 A 778 3,25 Wohnen, Tagesräume Tabelle 1: Daten jedes Geschosses Aus dem Dokument der Ausschreibung für den Rohbau kann man die konstruktiven Materialien des Gebäudes ermitteln, wie in Tabelle 2 gezeigt. Fassaden Mauerwerk + Thermohaut Wände Mauerwerk, Stahlbeton Decken Stahlbeton Fußboden Stahlbeton Tabelle 2: Materialien der Gebäudehülle Heizungs- und Lüftungssystem Die Wärmeversorgung des Gebäudes erfolgt derzeit durch eine zentrale Gasheizung. Der Wärmeerzeuger ist ein Gasheizkessel. Der Typ des Gaskessels ist Buderus Logano GE 315 und die Nennwärmeleistung ist 180 kW. Aktuell besteht die Problematik dass der Heizungstechnikraum, wo der Heizkessel liegt, sehr warm wird. Diese Wärme ist verschwenderisch und man hat das Ziel, diesen Wärmeverlust zu reduzieren. Es gibt zwei Heizungsvarianten, Heizkörper und Fußbodenheizung, in diesem Gebäude. Die Heizkörper für alle Bereiche werden als Plattenheizkörper, geeignet für Niedertemperatur, ausgeführt. Bild 4 zeigt das Schema des Heizungssystems. Bild 4: Schema des Heizungssystems In dem Schema kann man sehen, dass es fünf Heizkreise in diesem Gebäude gibt, einmal für Heizkörper in der Kirche, einmal für Fußbodenheizungen in der Kirche und einmal für Heizkörper in den Wohnungen. Außerdem werden ein Warmwasserspeicher und ein Wärmetauscher für das Taufbecken mit dem Heizkreisverteiler verbunden. Im Auslegungsfall beträgt die Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur des Heizkörpers 80/55 °C und die der Fußbodenheizung 45/25 °C. Das Bild 5 zeigt das Anlagenschema der Lüftung. Dadurch kann man sehen, dass es die Fortlüftungsanlagen in WC, Bäder, Küche in EG und Bücherstube gibt. Dies muss bei der Heizlastberechnung berücksichtigt werden. Es wurden keine Wärmerückgewinnung und Lufteinlassgeräte installiert. Deshalb benötigt das Lüftungssystem keine Wärme aus dem Heizungssystem. Bild 5: Schema des Lüftungssystems Monitoring-Portal des Gebäudes Es gibt ein Monitoring-Portal der Firma SCH.E.I.D.L mit dem Namen SCH.E.I.D.L Energy Controller für das Gebäude. Die Lufttemperatur der Räume sowie der thermische und elektrische Energieverbrauch werden von Sensoren im Gebäude in das Monitoring-Portal aufgezeichnet. Dadurch kann man den Energieverbrauch in diesem Gebäude überwachen. Außerdem kann in allen unregelmäßig genutzten Räumen, die Betriebszeit der Heizung über Internet in den Räumen gesteuert werden. Das ist eine Optimierungsmethode für das Heizungssystem des Gebäudes, um den Energieverbrauch zu verringern. Energiebedarfsberechnung Elektrischer Energiebedarf Der Eigennutzungsstrom in diesem Gebäude, der teilweise durch die PV-Anlage abgedeckt werden soll, besteht aus Gemeindestrom und Allgemeinstrom. Die Daten des Stromverbrauchs und der Stromleistung können von dem Monitoring-Portal exportiert werden. Die Stromleistung wird stündlich aufgezeichnet. Weil das Monitoringsystem im April 2017 installiert wurde, müssen die Daten im ganzen Jahr von den aufgezeichneten Daten geschätzt werden. Nach der Bearbeitung der Daten wird der Stromlastgang 2017 in Bild 6 gezeigt. Bild 6: Stromlastgang 2017 Der Gesamtstromverbrauch im ganzen Jahr wurde dadurch berechnet und beträgt 11.167 kWh. Thermischer Energiebedarf Aufgrund des Heizungssystems besteht der thermische Energiebedarf des Gebäudes aus 3 Teilen, nämlich Heizwärmebedarf, Warmwasserwärmebedarf und Wärmebedarf für das Taufbecken. Heizwärmebedarf Nach DIN 4710 gehört der Standort Nürnberg zur Klimazone 13. Die Norm-Außentemperatur ist -16 °C und das Jahresmittel der Außentemperatur ist 7,9 °C. Die Norm-Innentemperaturen der beheizten Räume sind wie Tabelle 3 gezeigt. Norm-Innentemperatur Räume 15 °C Flur, Treppenhaus 20 °C Andere beheizte Räume 24 °C Umkleideraum, Bäder Tabelle 3: Norm-Innentemperatur Die Heizlastberechnung ist nach dem vereinfachten Berechnungsverfahren in DIN EN 12831 vorzunehmen. Der gesamte Norm-Wärmeverlust Φ_i eines beheizten Raumes (i), wird wie folgt berechnet: Φ_i=Φ_(T,i)+Φ_(V,i) (1) Dabei ist Φ_(T,i) Norm-Transmissionswärmeverlust eines beheizten Raumes (i) in W Φ_(V,i) Norm-Lüftungswärmeverlust eines beheizten Raumes (i) in W Transmissionswärmeverlust Der Norm-Transmissionswärmeverlust Φ_(T,i) eines beheizten Raumes (i) wird wie folgt berechnet: Φ_(T,i)=∑▒〖f_k⋅A_k⋅U_k⋅(θ_(int,i)-θ_e)〗 (2) Dabei ist f_k Temperaturkorrekturfaktor für ein Bauelement (k) A_k Fläche des Bauelementes (k) in m2 U_k Wärmedurchgangskoeffizient des Bauelements in W/m2∙K θ_(int,i) Norm-Innentemperatur des beheizten Raumes (i) in °C θ_e Norm-Außentemperatur in °C Die Werte des Temperaturkorrekturfaktors f_k und des Wärmedurchgangskoeffizienten U_k werden in Anhang A zu Norm DIN EN 12831 Beiblatt 2 ausgewählt. Lüftungswärmeverlust Der Norm-Lüftungswärmeverlust Φ_(V,i) eines beheizten Raumes (i) wird wie folgt berechnet: Φ_(V,i)=0,34⋅V ̇_(min,i)⋅(θ_(int,i)-θ_e) (3) V ̇_(min,i)=n_min⋅V_i (4) Dabei ist V ̇_(min,i) hygienisch erforderlicher Mindest-Luftvolumenstrom eines beheizten Raumes (i) in m3/h n_min Mindest-Außenluftwechselzahl je Stunde in h-1 V_i Raumvolumen des beheizten Raumes (i) in m3 Die Heizlast Φ_HL eines Gebäudes wird wie folgt berechnet: Φ_HL=∑▒Φ_(T,i) +∑▒Φ_(V,i) +∑▒Φ_(RH,i) (5) Φ_(RH,i)=A_i⋅f_RH (6) Dabei ist Φ_(RH,i) Aufheizleistung für unterbrochenen Heizbetrieb in W A_i Fläche des beheizten Raumes in m2 f_RH Aufheizfaktor Die Berechnungsergebnisse der Gesamtheizlast werden wie in Tabelle 4 gezeigt. Heizkreis Heizlast [kW] Heizkreis 1 (Heizkörper in Kirche) 56,63 Heizkreis 2 (Heizkörper in Wohnungen) 14,76 Heizkreis 3 (Fußbodenheizung) 83,55 Gesamt 154,94 Tabelle 4: Heizlast des Gebäudes Die konkreten Berechnungsergebnisse der Heizlast jedes Raums werden in Anlage 4 dargestellt. In Tabelle 5 sind Anhaltswerte für die Heizgrenztemperatur genannt. Baustandard Heizgrenze Bestandsgebäude 15 °C Niedrigenergiehäuser 12 °C Passivhäuser 10 °C Tabelle 5: Heizgrenztemperatur (IWU, 2017) Als Heizgrenztemperatur für das Gebäude werden 15 °C angesetzt. Unter Anwendung des Wetterdatensatzes aus dem Testreferenzjahr 2010, Region 13 sind die Wärmebedarfe für Raumheizung zu berechnen. Die Tage, an der die Temperatur kleiner als 15°C, betragen 6645, wie Bild 7 zeigt. Bild 7: Außentemperatur TRY 2010 Region 13 In diesem Gebäude werden die Gruppenräume durchschnittlich 3 Tage pro Woche benutzt. In dieser Arbeit werden Freitag, Samstag und Sonntag als Betriebstage für die Kirche genommen. Die Betriebszeit an diesen 3 Tagen ist täglich 6 Uhr bis 22 Uhr. Außerhalb der Betriebszeit soll die Innentemperatur 15 °C sein. Die Soll-Innentemperatur für die Wohnungen ist immer 20 °C. Die Jahresganglinie der Heizwärmeleistung mit der Berücksichtigung der Betriebszeit wird in Bild 8 gezeigt: Bild 8: Jahresganglinie der Heizwärmeleistung Dadurch kann man die Änderung der Heizwärmeleistung im ganzen Jahr sehen. Bild 9: Jahresdauerlinie des Heizwärmebedarfs jedes Heizkreises Die Vollbenutzungsstunden der Wohnungen werden auf 2000 Stunden pro Jahr angenommen. Für die Kirche werden 1100 Stunden angenommen. Der Jahresheizwärmebedarf jedes Heizkreises wird in Tabelle 6 gezeigt. Heizkreis Jahresheizwärmebedarf in kWh/a Heizkreis 1 62.300 Heizkreis 2 29.520 Heizkreis 3 92.000 Gesamt 183.820 Tabelle 6: Jahresheizwärmebedarf Warmwasserwärmebedarf Im aktuellen Heizsystem gibt es einen Heizkreis mit einem Warmwasserspeicher, um das Warmwasser für das Gebäude bereitzustellen. Die Temperatur des Warmwassers wird auf 60 °C ausgelegt. Der Typ des Warmwasserspeichers ist Nau Duocell 500. Aus dem Datenblatt des Warmwasserspeichers kann man herauslesen, dass die Durchlaufleistung 38 kW und die Leistungskennzahl 13 beträgt. Als Bedarfskennzahl wird 13 angenommen. Die Zentralheizung muss auch den Warmwasserwärmebedarf bedienen. Der Kesselzuschlag wegen Warmwasserbedarf ist im Bild 10 abzulesen. Bild 10: Kesselzuschlag der Trinkwassererwärmung (Projektierung von Warmwasserheizungen, 2006) Gemäß Bild 10 werden für den Kesselzuschlag auf 17 kW angenommen, da die Heizlast für Warmwassererwärmung 17 kW beträgt. Der Jahreswärmebedarf des Warmwassers beträgt 148.920 kWh. Wärmebedarf des Taufbeckens Das Taufbecken wird vor der Zeremonie mit 35 °C warmen Wasser gefüllt. Die Warmwasserversorgung erfolgt über einen Plattenwärmetauscher mit 30kW und einen zentralen-Mischthermostat. Das Taubecken wird etwa 10-mal pro Jahr genutzt. Die Entnahmemenge des Taufbeckens wird auf 200 l geschätzt. Die Wärmemenge des Taufbeckens Q_T ist nach der folgenden Gleichung zu ermitteln. Q_T=m_E∙c∙∆t (7) Dabei ist m_E Entnahmemenge in kg c spezifische Wärmekapazität des Wassers in kJ/(kg∙K) ∆t Temperaturerhöhung in K Der Jahreswärmebedarf des Taufbeckens beträgt 58 kWh. PV-Anlage Belegung Modulplan Die PV-Anlage soll auf dem Dach des Bauteils B installiert werden. Zuerst wird der Modulplan für die PV-Anlage erstellt. Das Dach ist Flachdach. Die nutzbare Fläche des Daches ist ca. 400 m2. Überschlägig kann man die Größe der Anlagenleistung damit wie folgt berechnen: Anlagengröße [kWp]=Nettodachfläche[m^2 ]/10[m^2/kWp] (8) Damit ergibt sich die überschlägige Anlagengröße 40 kWp. Unter Berücksichtigung des Stromverbrauchs wird die Größe der PV-Anlage auf 30 kWp festgelegt. Bei der Anlagenplanung sollen die Sperrflächen, wie Dachfenster, Entlüftungsanlage, freigelassen werden. Der Abstand von dem Rand des Daches soll rundum ca. 1m betragen. Auch die Verschattung, die durch ein Kreuz auf der Südostseite des Dachs verursacht wird, soll berücksichtigt werden. Der Modulplan wird wie in Bild 11 gezeigt. Bild 11: Modulplan der PV-Anlage Die Modulanzahl beträgt 110. Der Typ des Moduls ist Talesun TP660P270 die maximale Nennleistung eines Moduls ist 270 W. Die Gesamtleistung der PV-Anlage ist somit 29,7 kWp. Die Gestelle werden als als Ost-West Hütchen Variante mit einem Neigungswinklen von 10° geplant. Die PV-Anlage mit Ost-West Aufständerung hat einen Vorteil, dass Solarstrom früher am Morgen und später am Abend zur Verfügung steht. Die Ausrichtungen der zu installierenden PV-Anlage ist 89° Ost und 269° West. Technische Planung Die Stromerzeugung und die Verschaltung der PV-Anlage werden über PV-Sol simuliert, welches ein dynamisches Simulationsprogramm zur Berechnung des Ertrags der PV-Anlage und Optimierung der Modulverschaltung, sowie zur Auslegung und Optimierung von PV-Anlagen mit Speicherung in Batteriesystemen ist. Die notwendigen Daten der PV-Anlagen werden in PV-Sol eingegeben. Die verwendeten Strahlungsdaten basieren auf den Klimadaten des Standorts von 1981 bis 2010. Die Jahressumme der Globalstrahlung in Nürnberg ist 1080 kWh/m2. Der Typ des gewählten Wechselrichters ist Huawei SUN2000-12kTL. Die Informationen der Verschaltung werden in Anlage 5 gezeigt. Der Dimensionierungsfaktor des Wechselrichters beträgt 112,5%. Die Simulationsergebnisse der PV-Anlage von PV-Sol werden in Tabelle 7 gezeigt. PV-Generatorenergie (AC-Netz) 27.054 kWh/a Spez. Jahresertrag 910,92 kWh/kWp Anlagennutzungsgrad 87,7 % Tabelle 7: Simulationsergebnisse der PV-Anlage Der Wert des spez. Jahresertrags liegt in einem vernünftigen Bereich, da dieser für Ost-West Systeme in Deutschland zwischen 850 kWh/kWp und 950 kWh/kWp liegt. Aus dem Bild 12 kann man die Solarstromerzeugung in verschiedenen Monaten eines Jahres sehen. Bild 12: Ertragsprognose der PV-Anlage Varianten der Ansätze In diesem Teil der Arbeit wird darauf abgezielt, die verschiedenen Ansätze für den Anschluss an der PV-Anlage zu suchen, um den erzeugten PV-Strom besser zu nutzen. Eigennutzungsstrom Zuerst wird der Eigennutzungsstrom als Verbrauch der PV-Anlage aufgenommen. In 2.2.1 wurde der Stromlastgang und der Strombedarf des Gebäudes berechnet. In PV Sol kann man die Anlagenart als netzgekoppelte PV-Anlage mit elektrischen Verbrauchern wählen und den Stromlastgang aufladen. Das Bild 13 zeigt das Verschaltungsschema des PV-Systems mit Verbrauchern. Bild 13: Verschaltungsschema der netzgekoppelten PV-Anlage mit elektrischen Verbrauchern Die Simulationsergebnisse werden in Tabelle 8, Bild 14 und 15 gezeigt. PV-Anlage PV-Generatorenergie (AC-Netz) 27.069 kWh/a Eigenverbrauch 4.450 kWh/a Netzeinspeisung 22.618 kWh/a Eigenverbrauchsanteil 16,4 % Verbraucher Verbraucher 11.167 kWh/a Stand-By Verbrauch 36 kWh/a Gesamtverbrauch 11.203 kWh/a gedeckt durch PV 4.450 kWh gedeckt durch Netz 6.752 kWh Solarer Deckungsanteil 39,7 % Tabelle 8: Simulationsergebnisse der PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom Bild 14: Nutzung der PV-Energie für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom Bild 15: Deckung des Verbrauchs für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom Aus den Simulationsergebnissen kann man entnehmen, dass in diesem Fall nur ein kleiner Teil des Strombedarfs durch PV-Energie gedeckt wird da der Großteil der PV-Energie ins Netz eingespeist wird. Elektrischer Speicher Aufgrund der Reduzierung der Einspeisevergütung sind PV-Anlagen mit einem hohen Eigenverbrauchsanteil stets wirtschaftlicher. Die Kombination von PV-Anlage mit Batteriespeichern ermöglicht es, einen größeren Anteil des erzeugten Stroms vor Ort zu nutzen. Für das Gebäude werden die Räume in Kirche hauptsächlich für ein paar Tage in der Woche benutzt, deshalb ist es notwendig, einen Batteriespeicher mit der PV-Anlage zu kombinieren. Bei der Simulation ist die PV-Anlage an die elektrischen Verbraucher und an einen Stromspeicher angeschlossen, der neben der Batterie auch den Wechselrichter beinhaltet. Bild 16: Verschaltungsschema des PV-Systems mit Verbrauchern und Batteriesystem Als Batterie-Wechselrichtersystem wird auf SMA Sunny Boy Storage mit LG Chem RESU 10H zurückgegriffen. Die nutzbare Batteriekapazität von LG RESU 10H ist 9,3 kWh. Die Simulationsergebnisse werden in Tabelle 9, Bild 17 und 18 zeigt. PV-Anlage PV-Generatorenergie (AC-Netz) 27.069 kWh/a Direkter Eigenverbrauch 4.448 kWh/a Netzeinspeisung 19.827 kWh/a Batterieladung 2.794 kWh/a Eigenverbrauchsanteil 26,8 % Verbraucher Gesamtverbrauch 11.203 kWh/a gedeckt durch PV 4.448 kWh/a gedeckt durch Netz 4.169 kWh/a gedeckt durch Batterie netto 2.592 kWh/a Autarkiegrad 62,8 % Tabelle 9: Simulationsergebnisse der PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Batteriesystem Bild 17: Nutzung der PV-Energie für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Batteriesystem Bild 18: Deckung des Verbrauchs für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Batteriesystem Aus den Ergebnissen kann man herauslesen, dass sich der Eigenverbrauchsanteil des Systems erhöht. Analog dazu steigt er Autarkiegrad des Gebäudes von 39,7% auf 62,8%. Power-to-Heat Konzept Aus dem obigen Inhalt kann man erkennen, dass es immer noch einen Anteil des erzeugten Stroms gibt, der nicht eigenverbrauch wird. Dafür wird ein Power-to-Heat Konzept gesucht, um das Energiekonzept des Gebäudes zu verbessern und mehr PV-Strom zu benutzen. Es wird die Kombination von einer Wärmepumpe mit PV-Anlage geplant, um die elektrische Antriebsenergie zum Teil durch die PV-Anlage zu decken. Der Strom wird durch eine elektrische Wärmepumpe in Wärme umgewandelt und gleichzeitig wird zusätzliche Energie aus der Umwelt gewonnen. Es ist sinnvoll für das Gebäude eine Wärmepumpe einzusetzen, weil es Fußbodenheizungen im Erdgeschoss gibt. In diesem Teil werden drei Varianten der Energiekonzepte diskutiert. Variante A Der alte Gaskessel in diesem Gebäude hat eine Lebenserwartung von 25-30, wenn dieser normal arbeitet. Deshalb wird der alte Gaskessel zurzeit weiterverwendet. Das neue Energiekonzept sieht vor, dass der Wärmebedarf des Gebäudes durch eine Wärmepumpe und den alten Gaskessel zusammen gedeckt wird. Dadurch hat der Gaskessel weniger Nutzzeiten, was die Lebensdauer verlängert. Eine Methode von Gaskessel auf die Wärmepumpe umzustellen ist es, dass die Wärmepumpe sich mit dem bestehenden Wärmeerzeuger bivalent kombinieren lässt. Die Betriebsart wird auf den bivalent-parallelen Betrieb umgestellt. Bei geringerem Wärmebedarf arbeitet nur die Wärmepumpe. Ab dem Zuschaltpunkt wird der Wärmebedarf gleichzeitig durch die Wärmepumpe und den alten Gaskessel abgedeckt. Der Gaskessel deckt den Teil bei Spitzenlast ab. Für die Wärmepumpe mit dem höheren Deckungsanteil wird der Energiebedarf von Gas verringert und mehr PV-Strom benutzt. Der Deckungsanteil von Wärmepumpe wird auf 85% ausgelegt. Der Zuschaltpunkt ist auf eine Außentemperatur von 6,5 °C festgesetzt. Die erforderliche Wärmeleistung und der Deckungsanteil von jedem Wärmeerzeuger werden in Tabelle 10 gezeigt. Gaskessel Sole/Wasser-Wärmepumpe Wärmeleistung 180 kW 65 kW Deckungsanteil 15 % 85 % Wärmebedarf 49.920 kWh 282.878 kWh Tabelle 10: Wärmeleistung und Wärmebedarf für Wärmeerzeugern von Energiekonzept Variante A Bild 19 zeigt die Jahresdauerlinie der Wärmeleistung mit Deckungsanteil von Wärmeerzeugern. Bild 19: Jahresdauerlinie von Power-to-Heat-Konzept Variante A Als Wärmepumpentyp wird eine Sole-Wasser-Wärmepumpe ausgewählt In dieser Variante kann die Wärmepumpe auch bei sehr niedriger Außentemperatur in Betrieb sein. Das Gebäude besitzt einen Gartenanteil. Deshalb ist es möglich die Erdsonden oder Erdkollektoren zu installieren. Im Vergleich zu einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe effizienter im Winter. Unter Berücksichtigung der Sperrzeiten wegen dem Energieversorger wird die Wärmeleistung der Wärmepumpe durch 65×24/(24-3) errechnet, nämlich 74 kW. Die Wärmepumpe wird vom Hersteller Viessmann gewählt. Das Datenblatt der gewählten Typen Vitocal 350-G BWS 351.B42 mit 42,3 kW und BWS 351.B33 mit 32,7 kW wird in Tabelle 11 gezeigt. Tabelle 11: Datenblatt der Sole/Wasser-Wärmepumpe (Viessmann, 2017) Die Wärmepumpe des Typs lässt sich im zweistufigen Betrieb mit einer weiteren Wärmepumpe des gleichen Typs betreiben. Die zwei Wärmepumpen leisten dann 75 kW. Die Wärmepumpe Vitocal 350-G hat den Vorteil, dass sie bereits für den Betrieb mit selbst erzeugtem Strom aus einer PV-Anlage vorbereitet ist. Aufgrund der Sperrzeit und der Überdimensionierung der Wärmepumpe wird ein Pufferspeicher in Form eines thermischen Speichers eingesetzt. Ein Pufferspeicher kann die Wärme speichern und arbeitet gleichzeitig auch als einer hydraulischen Trennung zwischen Wärmepumpe und dem verbundenen Heizungssystem. Durch den Pufferspeicher kann die Lebensdauer der Wärmepumpe verlängert werden und kann man in jedem Raum die Raumtemperatur durch Einzelregler regeln. Für die Dimensionierung des Pufferspeichers wird als Richtwert 60 l/ kW der Heizleistung genommen. V_PS=60 l/kW×Q ̇_c=60×48=2880 l (9) Der Pufferspeicher wird vom Hersteller TWL des Typs P 3000 mit Speicherinhalt 3000 l gewählt. Die max. Speicherkapazität des Pufferspeichers wird durch die folgende Formel berechnet. Q_PS=V_ps∙ρ∙c_p∙(ϑ_(Vor,WP)-ϑ_(R,Verbr.) )=151 kWh (10) Die Beladezeit t_E und Entladezeit t_A werden durch folgenden Formeln berechnet. t_E=m_ps/(m ̇_C-m ̇_V ) (11) t_A=m_ps/m ̇_V (12) Dabei ist m ̇_C Massenstrom Wärmepumpe in kg/h m ̇_V Massenstrom Wärmeverbraucher in kg/h Die Beladezeit und Entladezeit bei verschiedenen Außentemperatur werden in Tabelle 12 gezeigt. Tabelle 12: Beladezeit und Entladezeit des Pufferspeichers mit 3000 l Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe ist der Maßstab für die Effizienz der Wärmepumpe. Sie berechnet sich nach der folgenden Formel: JAZ=Q_WP/W_EL (11) Dabei ist Q_WP Jährliche abgegebene Wärme in kWh/a W_EL Jährliche aufgenommene elektrische Energie in kWh/a Als Jahresarbeitszahl der Sole-Wasser-Wärmepumpe wird 4 angenommen. Der jährliche Stromverbrauch wird dadurch errechnet und ist beträgt 70.000 kWh. Die Simulationsergebnisse des PV-Systems durch PV-Sol werden in der folgenden Tabelle und Bildern gezeigt. PV-Anlage PV-Generatorenergie (AC-Netz) 27.069 kWh/a Eigenverbrauch 13.728 kWh/a Netzeinspeisung 13.340 kWh/a Eigenverbrauchsanteil 50,7 % Verbraucher Verbraucher 81.167 kWh/a Stand-By Verbrauch 36 kWh/a Gesamtverbrauch 81.203 kWh/a gedeckt durch PV 13.728 kWh gedeckt durch Netz 67.474 kWh Solarer Deckungsanteil 16,9 % Tabelle 13: Simulationsergebnisse der PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Sole/Wasser-WP Bild 20: Nutzung der PV-Energie für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Sole/Wasser-WP Bild 21: Deckung des Verbrauchs für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom und Sole/Wasser-WP An den Ergebnissen kann man erkennen, dass sich der Eigenverbrauchsanteil weiter erhöht. Besonders im Winter wird der Großteil des PV-Stroms direkt eigenverbraucht. Jedoch verringert sich durch die Integration der Wärmepumpe der Autarkiegrad wegen dem größeren Stromverbrauch gleichzeitig. Variante B Um den Autarkiegrad der oberen Variante zu steigern, wird eine Batterie mit einer Kapazität 9,3 kWh eingesetzt. In diesem Fall wird die Sperrzeit nicht berücksichtigt und kein Pufferspeicher eingesetzt. Die Wärmepumpen werden auf zwei Geräte mit Typ BWS 351.B33 umgestellt und leisten 65,4 kW. Die Simulationsergebnisse werden in der folgenden Tabelle und Bilder gezeigt. PV-Anlage PV-Generatorenergie (AC-Netz) 27.069 kWh/a Direkter Eigenverbrauch 13.705 kWh/a Netzeinspeisung 10.713 kWh/a Batterieladung 2.651 kWh/a Eigenverbrauchsanteil 60,4 % Verbraucher Gesamtverbrauch 81.203 kWh/a gedeckt durch PV 13.705 kWh/a gedeckt durch Netz 65.027 kWh/a gedeckt durch Batterie netto 2.490 kWh/a Autarkiegrad 19,9 % Tabelle 14: Simulationsergebnisse der PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom, Sole/Wasser-WP und Batteriesystem Bild 22: Nutzung der PV-Energie für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom, Sole/Wasser-WP und Batteriesystem Bild 23: Deckung des Verbrauchs für PV-Anlage mit Eigennutzungsstrom, Sole/Wasser-WP und Batteriesystem Der Eigenverbrauchsanteil und der Autarkiegrad erhöhen sich in unterschiedlichem Maße. Aber der Vorteil der Batterie ist nicht sehr offensichtlich. Ob die Installation mit Batterie besser ist, wird im Kapitel 2.5 mit wirtschaftlicher Analyse weiter erläutert. Variante C Es ist die Problematik zu berücksichtigen, dass die PV-Anlage wenig Strom im Winter erzeugen kann. Im Gegensatz dazu benötigt das Heizungssystem an den kalten Tagen mehr Energie. Dies führt zu dem Umstand, dass bei tiefen Temperaturen der Wärmebedarf nur durch den Gaskessel gedeckt wird. Diese Betriebsart heißt bivalent-alternativer Betrieb. Die Wärmequelle der Wärmepumpe wird auf Luft-Wasser ausgelegt. Diese Methode wird auch für die Situation, dass die Installation des Erdwärmetauschers nicht möglich ist, übernommen. Die Wärmepumpe kann die Restwärme der Luft benutzen, bevorzugt die aus dem Keller, dadurch kann man den Heizungsraum, der derzeit sehr warm ist, mit der kalten Abluft kühlen. Die Luftwärmepumpe arbeitet nicht so effizient wie Sole/Wasser-Wärmepumpen, allerdings wird diese Situation sich verbessern, wenn die Luft/Wasser-Wärmepumpe an den kalten Tagen abgestellt wird. Im Sommer und in der Übergangszeit kann die Luftwärmepumpe die Luftwärme in Heizwärme effizienter umwandeln. Der Jahresdeckungsanteil von Wärmepumpe der Betriebsart ist häufig relativ gering als anderen bivalenten Betriesarten. Der Bivalenzpunkt wird auf eine Außentemperatur von 2 °C ausgelegt, dadurch sind die beiden Werte von dem Autarkiegrad und dem Deckungsanteil der Wärmpumpe nicht gering. Die erforderliche Wärmeleistung und der Deckungsanteil von jedem Wärmeerzeuger werden in Tabelle 15 und Bild 24 gezeigt. Gaskessel Luft/Wasser-Wärmepumpe Wärmeleistung 180 kW 86 kW Deckungsanteil 42 % 58 % Wärmebedarf 139.775 kWh 193.023 kWh Tabelle 15: Wärmeleistung und Wärmebedarf für Wärmeerzeugern von Energiekonzept Variante C Bild 24: Jahresdauerlinie von Energiekonzept Variante C Unter Berücksichtigung der Sperrzeit soll die Wärmeleistung der Wärmepumpe 98 kW erreichen. Die Wärmepumpe wird auch vom Hersteller Viessmann gewählt. Der Typ ist Vitocal 300-A AWO 302.A60 mit 26,4
Untersuchung des Spannungs- und Dehnungsverhaltens von Stoßdämpferrohren bei dynamischer Belastung
(2018)
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Stoßdämpferkraftermittlung mittels Dehnungsmessstreifen. Es werden drei unterschiedliche Dämpfertypen mit Messstreifen appliziert. Dazu wurde jeweils eine Berechnungssimulation durchgeführt, um das dynamische Verformungsverhalten des Dämpfers zu bestimmen. Mit diesen Ergebnissen wurde ein Plan erstellt, an welchen Positionen das Bauteil zu bekleben ist. Die Dämpfer wurden über ihre gesamte Länge mit Dehnungsmessstreifen appliziert um die Simulationsergebnisse zu überprüfen. Nach der Durchführung von drei unterschiedlichen dynamischen Dämpferanregungen je Stoßdämpfer wurden die Ergebnisse ausgewertet und zu einer Applikationsvorschrift zusammengefasst.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse und Bewertung des Reifenprüflabors der Goodyear Dunlop Tires Germany GmbH im Werk Riesa hinsichtlich einer Erfüllung der ISO 17025:2018. Dabei wurde zuerst herausgearbeitet, welche Anforderungen an Qualitätsmanagementsysteme gestellt werden und wie sich diese in den geltenden Normen der ISO 9000 Familie und der IATF 16949 darstellen. Weiterführend wurden das bestehende Managementsystem des Reifenwerks sowie die internen und externen Anforderungen an dieses beleuchtet. Hinsichtlich der Zertifizierung nach der geltenden Norm für Prüf- und Kalibrierlaboratorien ISO 17025 wurde das Reifenprüflabor mit Hilfe einer entwickelten Checkliste analysiert. Die Ergebnisse aus dieser Untersuchung wurden ausgewertet und hinsichtlich ihres Erfüllungsgrades bewertet. Dabei hat sich herausgestellt, dass das nach IATF 16949 zertifizierte Managementsystem viele Übereinstimmungen mit der Labornorm aufweist. Aber es sind sieben Abweichungen und drei Nebenabweichungen identifiziert worden. Im Hinblick auf ein zukünftiges Audit wurden Vorschläge formuliert und Ansätze aufgezeigt, wie Normkonformität erreicht werden kann.
Untersuchung des Einflusses von verschiedenen AGR-Raten auf die NOx- Emissionen bei Dieselmotoren
(2018)
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Möglichkeit der Beeinflussung der Stickstoffoxid-Emissionen (NOx) durch die Manipulation der Abgasrückführungsrate (AGR- Rate). Die Versuchsfahrzeuge eines Herstellers sind typgenehmigt und werden entsprechend den einzuhaltenden NOx-Grenzwerten sowie dem Schwellenwert der On- Board- Diagnose (OBD) der jeweiligen Emissionsklasse untersucht. Hierzu werden Versuchsreihen über ein Portable Emission Measurement System (PEMS) im Realverkehr als auch Prüfstandsversuche des Neuen-Europäischen-Fahrzyklus (NEFZ) durchgeführt. Ebenso wird die derzeitig im Rahmen einer Hauptuntersuchung (HU) zur Verfügung stehende Messtechnik einbezogen. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend ausgewertet und dienen der Erweiterung der Datenstände hinsichtlich der Erstellung eines Prüfverfahrens im Umfang der HU mit dem Ziel diese nachträgliche, unrechtmäßige, Beeinflussung emissionsrelevanter Bauteile zu bewerten.
Auf Grund gestiegener Umweltauflagen ist die Blechwarmumformung Stand der Technik. Für die Erwärmung von Blechen im Karosseriebau werden heute meist Rollenherdöfen eingesetzt. Diese haben einen hohen Platzbedarf und einen schlechten Wirkungsgrad, weshalb nach anderen Erwärmmethoden gesucht wird. Mögliche Alternativen stellen Induktionserwärmung, Widerstandserwärmung und Kontakterwärmung dar, welche in der Literaturrecherche betrachtet werden. Außerdem werden mögliche Wärmebehandlungs-routen für niedrig legierten Stahl sowie aushärtbare Aluminiumlegierungen dargestellt. Um das Potential der Kontakterwärmung zu quantifizieren wurden Versuche mit den im Karosseriebau üblichen Materialien 22MnB5 unbeschichtet sowie mit AlSi-Beschichtung, AA6016, AA7021 und AA7075 durchgeführt. Der entwickelte Versuchsplan umfasst Untersuchungen von Aufheizzeit und entstehenden mechanischen Kennwerten nach verschiedenen Wärmebehandlungsrouten ebenso, wie Referenzmessungen in einem Kammerofen. Um eine große Probenanzahl für die Auswertung bereitstellen zu können, wurde der Einfluss des Ausstanzens von Zugproben vor der Wärmebehandlung untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Probengewinnung auf diese Art möglich ist. Jedoch liefern erodierte Proben genauere Ergebnisse. Außerdem wurde deutlich, dass die Aufheizzeit der Bleche in der Kontakterwärmungsanlage um ein Vielfaches geringer ist als im Kammerofen und mit mehrstufigen Zyklen die Anforderungen an die Taktzeit der Industrie erfüllt werden können. Untersuchungen von Wärmebehandlungsrouten in der Kontakterwärmungsanlage konnten aufgrund eines Anlagendefekts nicht durchgeführt werden.
In dieser Arbeit wird untersucht, wie sich psychische Belastungen bzw. Störungen in Folge physischer und hormoneller Umstellungsprozesse sowie Veränderungen im alltäglichen Leben, bei Schwangeren und Müttern von Neugeborenen, auf die Fahreignung und Verkehrstüchtigkeit auswirken. Hierzu werden zunächst die Begriffe Schwangerschafts- sowie Stilldemenz kritisch bewertet und durch den Vergleich zur Demenz im medizinischen Sinne aufgezeigt, dass diese Begriffe falsch und nicht vertretbar sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich um Beeinträchtigungen der Leistungsfähigkeit durch präpartale bzw. postpartale psychische Belastungen/Störungen mit demenzähnlichen Symptomen, wie Konzentrationsschwierigkeiten, beeinträchtigter Reaktionsfähigkeit, Gedächtnisproblemen sowie Schwierigkeiten in der Orientierung u.a. Um die Beeinflussung der Verkehrstüchtigkeit durch die genannten psychischen Beeinflussungen zu untersuchen, wird in dieser Arbeit eine schwangere Probandin hinsichtlich neuropsychologischer Belastungen und deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit untersucht. Dazu wird ein Versuchsablauf, bestehend aus zwei Teilen durchgeführt. Teil eins, die neuropsychologische Untersuchung und Diagnose möglicher präpartaler Belastungen/Störungen durch die Auswertung der Symptom-Checkliste-90. Teil zwei ist die Überprüfung der Leistungsfähigkeit durch den Corporal Plus Test. Hierbei werden Aussagen zu Reaktionsfähigkeit, Konzentration, Aufmerksamkeit, Orientierung und Aufmerksamkeitsbelastbarkeit getroffen. Zur besseren Bewertung der Testergebnisse werden identische Untersuchungen an einer nichtschwangeren Vergleichsperson durchgeführt und ausgewertet. Bei der schwangeren Probandin wird im Verlauf dieser Arbeit der beschriebene Versuchsablauf insgesamt dreimal durchgeführt. Bei der Durchführung der Untersuchungen wird darauf geachtet möglichst identische Randbedingungen zu schaffen, um eine zusätzliche Beeinflussung der Testergebnisse auszuschließen. Nach der Auswertung aller Testergebnisse wird davon ausgegangen, dass bei der schwangeren Probandin messbare Beeinflussungen der Leistungsfähigkeit, insbesondere in den Bereichen Reaktion, Konzentration und Orientierung, in Folge präpartaler Belastungen vorliegen. Somit kann von einer Beeinflussung der Verkehrstüchtigkeit ausgegangen werden. Da es sich um die Untersuchung von nur einer Probandin handelt und somit keine statistisch vertretbare Aussage getroffen wird, kann diese Arbeit als Grundlagenforschung auf diesem Gebiet angesehen werden. Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse nach der Auswertung aller Testergebnisse und dem Vergleich mit den Ergebnissen der nicht schwangeren Vergleichsperson, werden in dieser Arbeit geeignete Fahrerassistenzsysteme zur Unterstützung aufgezeigt und bewertet. Zudem werden Aussagen über die Verfügbarkeit optionaler Assistenzsystemen in modernen Personenkraftwagen getroffen. Abschließend werden verschiedene Möglichkeiten hinsichtlich der Prävention von Betroffenen dargestellt und deren positive Auswirkungen auf den Umgang mit präpartalen sowie postpartalen psychischen Belastungen/Störungen sowie deren Folgen auf das Bewältigen alltäglicher Aufgaben, wie im vorliegenden Fall, dem sichern Führen von Kraftfahrzeugen aufgezeigt.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modifizierung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen für zukünftige Interieuranwendungen. Dabei soll das thermoplastische Matrixmaterial direkt während des Strickens eingearbeitet werden, so dass die Ausformung des späteren Bauteils (z.B. als Sitzschale im Fahrzeugbereich) ohne zusätzliches Matrixmaterial realisiert werden kann. Eine weitere Forderung besteht darin, die visuellen und haptischen Eigenschaften des Flachgestricks und damit den textilen Charakter so weit wie möglich zu erhalten. Für die weitere Anwendung wird eine Patent- und Literaturrecherche vorausgesetzt und in dieser Arbeit durchgeführt. Weiterhin werden Definitionen der spezifischen Anwendungen im Interieurbereich gestellt und anhand der Durchführung von textilphysikalischen Prüfungen dargelegt.
Durch zu hohen Durchgangsverkehr ist der Stadtteil Mitte-Nord von Zwickau sehr stark durch Lärm und Luftverunreinigungen beansprucht. Diesen Belastungen ist auch die Max-Pechstein-Straße ausgesetzt. Unter Einsatz von makroskopischer Simulation und Literaturvergleichen wurden Verkehrsberuhigungsmaßnahmen und Umstrukturierungen im Untersuchungsgebiet planerisch durchgeführt. Die drei daraus entstandenen Varianten wurden auf Auswirkungen auf die Umwelt untersucht. Dabei war festzustellen, dass die Verlagerung der Verkehrsstärken essentiell für die Auswertung ist. Aus den Varianten wurde eine Vorzugsvariante herausgebildet. Zur Feststellung weiterer Simulationsmöglichkeiten von Verkehrsberuhigungen und deren Auswirkungen wurde ein Katalog von Programmen erläutert.
Ziel dieser Arbeit ist die theoretische und messtechnische Analyse einer Parallelschaltung von 48 Volt Lithium-Ionen-Batterien in komplexen Einbausituationen und Bewertung von Integrationslösungen für das Batteriemanagement.
Durch diese Ergebnisse kann eine Aussage getroffen werden, ob und unter welchen Randbedingungen zwei Lithium-Ionen-Batterien parallel im Fahrzeug verschaltet werden können. Abhängig, vom Fahrzeugmodell und Ausstattung ergeben sich aufgrund verschiedener elektrischer Verbraucher, unterschiedliche Anforderungen an die nutzbare Kapazität der Batterie. Um diese Kapazitätsstufen der Energiespeicher optimal abzudecken, müssten unterschiedliche 48 Volt Batterien entwickelt werden.
Durch Parallelschaltung von 48 Volt Lithium-Ionen-Batterien des gleichen Typs, könnten mit nur einer Batterievariante alle Energieanforderungen optimal erfüllt werden. Abhängig von der geforderten Kapazität wird eine einzelne Batterie bzw. werden zwei miteinander verschaltete 48 Volt Batterien eingesetzt.
Ein weiterer Vorteil neben der Variantenreduktion ist die Flexibilität beim Einbauort. Der Bauraum für die Energiespeicher im Fahrzeug ist stark begrenzt. Es ist einfacher den benötigten Energieinhalt auf zwei Energiespeicher aufzuteilen und im Fahrzeug zu integrieren, als eine einzelne große Batterie zu verbauen.
In dieser Arbeit wird untersucht, ob und wie zwei Batterien in ein Fahrzeug integriert und verschaltet werden können.
Die Arbeit befasst sich mit der weiteren Untersuchung der im Vorfeld stattgefundenen Abhandlung zum Thema Auswahl und Auslegung eines energieeffizienten Umwälzsystems zur Grubenwassernutzung. Die Grundlagen aus dieser Studie wurden benutzt, um einen verbesserten Versuchsaufbau zu realisieren und die richtungsweisende Idee von veränderlichen Parametern am System Air-Lift weiter beziehungsweise genauer zu untersuchen. Dabei wurde ein Versuchsaufbau realisiert, durch den unter Zuhilfenahme von Druckluft Fluid gefördert wird. Die dahingehenden experimentell ermittelten Ergebnisse wurden mit Hilfe einer Computational Fluid Dynamics (CFD)-Modellierung ausgewertet.
Gegenstand dieser Diplomarbeit ist die technische, wirtschaftliche, energetische und ökologische Bewertung der bestehenden Ring-Jet-Stufe als Bestandteil der nassen Rauchgasreinigung (betriebsintern auch vierte Reinigungsstufe der nassen Rauchgasreinigung) in der Sonderabfallverbrennungsanlage Biebesheim. Neben der Ring-Jet-Stufenbewertung sollen in einem zweiten Schritt anlagenspezifische Optimierungsmaßnahmen entwickelt werden. Für die Bewertung der eingebauten Ring-Jet-Stufe wurden entsprechende Anlagenversuche, Analysen und Berechnungen durchgeführt. Die Versuchsfahrten und Messkampagnen zeigen, dass die Ring-Jet-Düsenfunktionen im täglichen Anlagenbetrieb außerhalb ihres optimalen Arbeitsbereiches (Einsatzbereiches) liegen. Dennoch ist ein Komplettentfall der gesamten Ring-Jet-Stufe aus dem bestehenden Rauchgasreinigungssystem aus Gründen der Betriebs- und Anlagensicherheit nicht möglich. Durch entsprechende Optimierungsmaßnahmen im Bereich der vierten Reinigungsstufe kann die Effektivität der Schadstoff-, Partikel- und Aerosolabscheidung gesteigert sowie die betriebswirtschaftlichen Kosten für die Leistungsaufnahme von Saugzug I- und der Ring-Jet-Pumpen gesenkt werden können.
Aufgrund steigender kundenseitiger Ansprüche an den Schienenpersonennahverkehr und dem Streben nach besserer Wettbewerbsfähigkeit gegenüber anderen Verkehrsmitteln hat sich die DB Netz als Ziel gesetzt durch verbesserte Reisezeiten und Anschlussmöglichkeiten den Kundenkomfort zu erhöhen. In dieser Arbeit werden Möglichkeiten untersucht die Fahrzeit auf der Eisenbahnstrecke Riesa-Chemnitz zu verringern. Durch eine Ist-Analyse konnten sowohl betriebliche, als auch technische Potentiale untersucht und die Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit bewertet werden. Das Ergebnis sind zwei voneinander unabhängige Vorzugsvarianten, welche kombiniert eine relevante Fahrzeitverkürzung hervorbringen.
Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, zu analysieren ob eine Möglichkeit besteht die Druckluftbremse von Nutzfahrzeugen und Bussen ab einem zulässigen Gesamtgewicht von 6 t, elektrisch zu realisieren. Zu diesem Zweck werden relevante Grundlagen sowie rechtliche Rahmenbedingungen aufgezeigt und erläutert. Im weiteren Verlauf werden existierende elektrische Bremsen und Bremssysteme in ihrer Funktionsweise und Umsetzbarkeit auf Grundlage einer Nutzwertanalyse bewertet. Diese werden im Anschluss mit weiteren Konzepten und Strategien von Nutzfahrzeugbremsen vervollständigt, untersucht und analysiert. Dabei wird auf die technischen und rechtlichen Grundlagen von Druckluftbremsen sowie die Kräfte, Momente und Leistungen referenziert. Anhand des daraus resultierenden Ergebnisses wird eine kritische Abschätzung sowie Empfehlung zukünftiger Bremssysteme herausgearbeitet und ausgesprochen.
Diese Arbeit befasst sich mit den regulatorischen Rahmenbedingungen, die derzeitig für den Betrieb von Batteriespeichern vorherrscht. In diesem Zusammenhang werden Betriebsführungen entwickelt und Lösungen aufgezeigt, diese auch umzusetzen. Mit Hilfe einer Softwarelösung zur Herstellung von Kommunikationskanälen zwischen Speicher, Leitstelle und anderen etwaigen Teilnehmern, wird gezeigt, dass es möglich ist, mit Zuhilfenahme von Prognosen und Verbrauchsabschätzungen, Batteriespeicher zu netzdienlichen Komponenten zu verknüpfen.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der MAG-Schweißung zwischen den Rohbauteilen Längsträger hinten und dem SGR Winkel im Karosseriebau. Ziel dabei ist es, die Qualität der Schweißnähte unter der Berücksichtigung von bereits getätigten Maß-nahmen der Fa. Volkswagen Sachsen GmbH zu verbessern, um somit die Direktläuferquote der Fahrzeuge zu erhöhen. Hierfür ist eine Ist-Analyse durchzuführen, um die Anzahl der Fehler und die Arten der Nahtunregelmäßigkeiten an den zu schweißenden Bauteilen herauszufiltern. Ausgehend vom Stand der Wissenschaft und Technik werden Einflüsse auf die Nahteigenschaften beschrieben und untersucht, um somit eine geeignete Prozessbewertung vornehmen zu können. Daraufhin sollen konkrete Lösungsmöglichkeiten erstellt werden, um die Nacharbeit der betroffenen Schweißnähte zu senken. Abschließend wird eine ausgewählte Lösung explizit empfohlen.