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TU Berlin

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Nachstehend wird aus jedem Institut der Fakultät V ein Projekt vorgestellt:

BeRT und die Lastenkontrolle von Windenergieanlagen unter turbulenten Anströmbedingungen

Laseroptische Messung an BeRT
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Institut: ISTA – Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik
Projekt: BeRT und die Lastenkontrolle von Windenergieanlagen unter turbulenten Anströmbedingungen

Zur Maximierung des Energieertrages und zur Vermeidung extremer Lasten werden bei modernen Windenergieanlagen die Anstellwinkel der Blätter und die Ausrichtung der Gesamtanlage kontinuierlich dem Wind angepasst. Diese Mechanismen reichen jedoch nicht aus, um bei den zunehmend größer werdenden Rotorblättern die zeitlich und räumlich unstetigen Anströmbedingungen, wie sie durch Böen, Windscherung oder dem Passieren des Turmes verursacht werden, auszugleichen. Diese Turbulenzen führen unter anderem zu dynamischen Strömungsablösungen und letztendlich zur Ermüdung verschiedenster Bauteile, wodurch die Lebensdauer der Anlage reduziert wird und die Kosten der Energiegewinnung steigen. Einen Ansatz, um diesen Herausforderungen zu begegnen, bietet die aktive Strömungskontrolle. Mit ihrer Hilfe können dynamischen Lasten schnell und räumlich gezielt am Blatt ausgeregelt werden.
Das Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik hat eine nationale Forschergruppe initiiert, die Technologien zur aktiven Strömungskontrolle für zukünftige Windenergieanlagen entwickelt. Zur Forschergruppe gehören Vertreter der RWTH Aachen, der TU Darmstadt, der TU Stuttgart und der Universität Oldenburg. Im DFG-geförderten Großprojekt „Lastenkontrolle von Windenergieanlagen bei realistischen, turbulenten Anströmbedingungen“ wird bereits in der zweiten dreijährigen Förderphase gemeinsam geforscht.
Am Fachgebiet des ISTA werden zwei der sechs Teilprojekte bearbeitet: Im ersten wird das frei verfügbare und weltweit genutzte Programm QBlade weiter entwickelt und im zweiten wird die erste deutsche Forschungsturbine mit aktiver Strömungskontrolle in einem Windkanal betrieben. Die von der DFG finanzierte Forschungsturbine, genannt BeRT (Berlin Research wind Turbine), stellt eine einzigartige Möglichkeit dar, kostengünstig die im Gesamtprojekt entwickelten Methoden und Technologien zu erproben.

UseTree – das Berliner Kompetenzzentrum für Usability Maßnahmen

Erfassung der Aufmerksamkeitsverteilung mittels „eyetracking glasses“ (SensoMotoric Instruments) bei der Evaluation eines Tablet-PC
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Institut: IPA – Institut für Psychologie und Arbeitswissenschaft
Projekt: UseTree – das Berliner Kompetenzzentrum für Usability Maßnahmen

UseTree, das Berliner Kompetenzzentrum für Usability Maßnahmen, wird im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie im Rahmen der Förderinitiative „Einfach intuitiv - Usability für den Mittelstand“ aufgebaut und betrieben. Es soll die Wettbewerbsfähigkeit kleinerer und mittlerer Unternehmen (KMU) durch die Umsetzung von Maßnahmen verbessern, die darauf abzielen, die Gebrauchstauglichkeit betrieblicher Anwendungssoftware zu optimieren. Ein besonderer Schwerpunkt wird dabei auf den Bereich mobiler und internetbasierter Applikationen gelegt, da insbesondere sie in den Betrieben die Arbeitsorganisation verändern und am Markt neue Chancen eröffnen werden.
Die am Kompetenzzentrum durchgeführten Forschungsarbeiten dienen der Entwicklung, Implemen­tierung und Evaluierung eines Wissenstransferkonzepts für Anbieter und Käufer betrieblicher Software im genannten Marktsegment. Vor diesem Hintergrund versteht sich „UseTree“ als Schnittstelle zwischen Software-Entwicklern und Software-Anwendern. Dementsprechend bietet es Wissenstransfer und Unterstützung für beide Gruppen in Berlin und Brandenburg an.
Den Kern des Wissenstransferkonzepts bilden Vorgehensmodelle und Methoden zur nachhaltigen Berücksichtigung von Usability-Kriterien in Entwicklungsprozessen ebenso wie in Beschaffungs­prozessen. Die resultierenden Maßnahmen sind in Abhängigkeit von Bedarf und Ressourcen des jeweiligen KMU skalierbar. Dementsprechend ist das Angebotsportfolio des Kompetenzzentrums modular aufgebaut und erlaubt die Selektion und Kombination verschiedenster Vorgehensweisen und Methoden. Dabei deckt es das gesamte Bedarfsspektrum ab und reicht von der Anforderungs­analyse für Käufer und Anbieter bis hin zum Design von Interfaces und Interaktionsformen für Entwickler.
Im Kompetenzzentrum arbeiten die vier Partner Technische Universität Berlin, Universität der Künste Berlin, das Büro für Arbeits- und Organisationspsychologie GmbH sowie die TSB Innovationsagentur Berlin GmbH zusammen. Die Projektleitung obliegt Herrn Prof. Thüring, Fachgebiet Kognitionspsychologie und Kognitive Ergonomie, Institut für Psychologie und Arbeitswissenschaft.

SUSTRAIL - The sustainable freight railway: Designing the freight vehicle – track system for higher delivered tonnage with improved availability at reduced cost

Das LeiLa–Drehgestell als Ideengeber für SUSTRAIL
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Institut: ILS – Institut für Land- und Seeverkehr
Projekt: SUSTRAIL - The sustainable freight railway: Designing the freight vehicle – track system for higher delivered tonnage with improved availability at reduced cost

Die Anteile der einzelnen Verkehrsträger am Verkehrsaufkommen insgesamt sind deutlich zum Nachteil der Schiene verschoben. Der Schienengüterverkehr steht hierbei in einem großen Konkurrenzkampf gegenüber dem Straßengüterverkehr. Die EU ist bestrebt hier mit gezielter Förderung  gegenzusteuern und den Schienengüterverkehr profitabler, attraktiver und so umweltfreundlich wie möglich zu gestalten. Eines dieser EU-geförderten Projekte ist SUSTRAIL.

Um den Schienengüterverkehr gegenüber dem Straßengüterverkehr leistungsfähiger und konkurrenzfähiger zu gestalten, wird in SUSTRAIL an gezielten Verbesserungen in der Infrastruktur und beim Fahrzeug selbst gearbeitet. 31 europäische Partner sind am Projekt beteiligt und entwickeln u. a. ein verbessertes Drehgestell. Berücksichtigt werden hierbei die Aspekte Lärmminderung, Energy - Harvesting, Condition - Monitoring, Laufverhalten, Streckenschädigung, mögliche Transportwaren und Transportgeschwindigkeit. Das Institut für Land- und Seeverkehr ist über das Fachgebiet Schienenfahrzeuge an der Entwicklung des neuen Drehgestells beteiligt. Hierbei stehen die  Thematiken „geräuscharme Bremsausrüstung“ und „Energy - Harvesting“ im Fokus der Untersuchungen.
Der Projektplan von SUSTRAIL sieht vor, dass zuerst bestehende Strecken in Osteuropa analysiert und ein Benchmark erstellt werden. Anhand des Benchmarkes wird der Anforderungskatalog für den neuen Güterwagen und die Infrastruktur bestimmt. Dieser Katalog definiert seinerseits die Randbedingungen, unter denen das neue Drehgestell und die Infrastruktur entwickelt werden. Zusätzlich wird ein Wirtschaftlichkeitsmodell erstellt. Am Ende des Projektes steht die Entwicklung eines Demonstrators.

LAPAZ - Luft-Arbeits-Plattform für die Allgemeine Zivilluftfahrt

Arbeitsflugzeug STEMME S 15
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Institut: ILR -Institut für Luft- und Raumfahrt
Projekt: LAPAZ - Luft-Arbeits-Plattform für die Allgemeine Zivilluftfahrt

Das Ziel des Forschungsvorhabens LAPAZ ist die Entwicklung und Demonstration eines hochpräzisen und hochintegeren Flugregelungssystems für ein Luftarbeitsflugzeug. Das Regelungssystem ermöglicht den automatischen Flug vom Start bis zur Landung und soll ermöglichen, dass ein Flugzeug auch unbemannt betrieben werden kann (optionally piloted vehicle, OPV). Es hat volle Autorität über die Flugsteuerung, ist modular aufgebaut, fehlertolerant und skalierbar, so dass es an neuartige Aufgaben leicht angepasst werden kann. Eine weitere Herausforderung ist es, ein solches sicherheitskritisches System zu marktgerechten Kosten entwickeln, zulassen und herstellen zu können.
Bislang beschränken sich solche komplexen Flugregelungssysteme auf kommerzielle Verkehrsflugzeuge. LAPAZ möchte diese zukünftig auch für kleinere Flugzeugklassen nutzbar machen und damit Missionen erlauben, die jenseits der Möglichkeiten von rein manuell geführten Flugzeugen liegen. Das Regelungssystem soll in Luftarbeitsflugzeugen, z.B. zur Geoexploration oder für Überwachungsaufgaben eingesetzt werden. Entwickelt wird es für den Motorsegler STEMME S15. Piloten sollen bei langen Missionen, bei denen vorgegebene Flugprofile hochpräzise und reproduzierbar automatisch abzufliegen sind, dauerhaft entlastet werden, was ebenfalls eine Steigerung von Effizienz, Sicherheit und Komfort - auch in Boden- oder Hindernisnähe – zur Folge haben wird.
Beim LAPAZ Projekt handelt es sich um eine Kooperation der STEMME AG, des Fachgebiets für Flugmechanik, Flugregelung und Aeroelastizität, FMRA (Prof. Robert Luckner) am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Berlin sowie des Instituts für Luftfahrtsysteme, ILS, (Prof. Reinhard Reichel) der Universität Stuttgart, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird.

Experimentelle Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von Gasfolienlagern und dessen konstruktiver Beeinflussbarkeit

Versuchsaufbau zur Parameteridentifikation von Gas-Foil-Bearings
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Institut: IKMM - Institut für Konstruktion, Mikro- und Medizintechnik
Projekt: Experimentelle Untersuchungen des dynamischen Verhaltens von Gasfolienlagern und dessen konstruktiver Beeinflussbarkeit

Beim Bau von kleinen und leichten Turbomaschinen (Turboladern, Kleingasturbinen) können als alternative Lagerform auch Gaslager eingesetzt werden. Insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen und hohen Prozesstemperaturen eignet sich diese spezielle Gleitlagerform. Der Entfall eines konventionellen Schmierölsystems spart Gewicht, Wartung und Kosten und vermeidet eine Kontamination von Prozessmedien. Eine gesonderte Form stellen die Gas-Foil-Bearings (GFB) dar. GFBs bieten wegen ihrer elastischen Struktur gegenüber konventionellen Gaslagern einige Vorteile. Die elastische Struktur erzeugt zusätzlich Reibung und Dämpfung, verbessert damit die Stabilitätseigenschaften und erhöht die Tragfähigkeit. Ein wesentliches Ziel der Optimierung der dynamischen Lagereigenschaften von GFBs ist die Minimierung der im Betrieb auftretenden großen, subharmonischen Schwingungen. Bei Übereinstimmung  der subharmonischen Whirl-Frequenzen mit einer Systemeigenfrequenz kann es zu einem plötzlichen Anstieg der subharmonischen Amplituden kommen, die oft zu Schäden führen. Konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung existieren bereits. Zur Auslegung von Rotoren mit GFBs dienen Simulationsmodelle, deren experimentelle Validierung bisher fehlt. Im laufenden DFG Projekt wird eine systematische, experimentelle Ermittlung der für die Abschätzung der Whirl-Frequenz erforderlichen Lagerparameter unterschiedlicher GFB-Arten durchgeführt. Damit erfolgt die Validierung eines numerischen Simulationsmodells mit dem dann weitere rotordynamische Untersuchungen, numerische Stabilitätsanalysen, und Optimierungen durchgeführt werden. Ein rotordynamischer Prüfstand, mit dem insbesondere das nichtlineare Schwingungsverhalten eines Rotors in GFB-Lagern untersucht werden kann liefert Grenzdrehzahlen bei der subharmonische Schwingungen einsetzen als auch Erkenntnisse über die Wirksamkeit konstruktiver Maßnahmen. Damit steht zukünftig eine qualitativ hochwertige Datenlage für die Auslegung und Erforschung von verschiedenen Typen von GFBs zur Verfügung.

Virtuelle Produktentstehung in nachhaltigen Wertschöpfungsnetzen

Vision des Assistenz-Systems (Design Decision Support Assistant)
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Institut: IWF – Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Projekt: SFB 1026 – TP B1 Virtuelle Produktentstehung in nachhaltigen Wertschöpfungsnetzen

Um die globale Verfügbarkeit nachhaltiger Produkte sicherzustellen, ist es notwendig die Produkte vorausschauend unter Einbezug aller Lebensphasen zu entwickeln. Unzählige Informationen zu Prozessen müssen dafür eingeholt und deren Einflüsse abgeschätzt werden. Das macht die Produktentwicklung noch komplexer, als sie es ohnehin schon ist. Innerhalb des Projektes wird ein Assistenz-System entwickelt, das den Entwickler beim Abwiegen seiner nachhaltigen Design-Entscheidungen unterstützt und die dafür notwendigen Informationen zusammenführt. Mit neuen methodischen Herangehensweisen können beispielsweise Produkte durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen umweltverträglicher gestaltet, deren Sozialverträglichkeit im Gebrauch durch frühe Ergonomie-Betrachtungen erhöht und durch ihre modulare Bauweise schneller an Lebensumstände weltweit angepasst werden.
Eng vernetzt forscht das Projekt B1 „Virtuelle Produktentstehung in nachhaltigen Wertschöpfungsnetzen“ als einziges Teilprojekt innerhalb des SFB 1026 an der Produktentstehung nachhaltiger Produkte. Mit dem Sonderforschungsbereich SFB 1026 „Sustainable Manufacturing – Globale Wertschöpfung nachhaltig gestalten“ werden ressourcenschonende Technologien und Managementprozesse im Kontext nachhaltiger Wertschöpfung entwickelt. Bei nachhaltiger Produktionstechnik geht es um mehr als die reine Technologie. Die produktionstechnischen Lösungen sind eingebettet in die Projektbereiche Strategiebildung und Wissensvermittlung. Die Mitarbeiter des Sonderforschungsbereichs nutzen ihr Expertenwissen aus den Feldern Ökonomie, Umwelttechnik, Sozialwissenschaften, Mathematik, Produktionstechnik, Informationstechnik und Öffentlichkeitsarbeit, um sich den anspruchsvollen Zielen des SFB in konkreten Projekten anzunähern.
Ziel des Sonderforschungsbereichs 1026 ist es zu demonstrieren, wie sich nachhaltige Produktion, eingebettet in die globale Wertschöpfung, als richtungweisend bewährt. Demnach sollen mineralische und fossile Rohstoffe in ökologischer Hinsicht wiederaufbereitet werden. So können beispielsweise wiederaufbereitete Metalle erneuten Produkt- und Materialzyklen zugeführt werden. Gleichermaßen sollen mineralische und fossile Rohstoffe weitestgehend durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden, um somit ihre Verfügbarkeit für nachkommende Generationen sicherzustellen. Wirtschaftlich betrachtet kann der Wohlstand in den verschiedenen Lebenswelten verbessert werden, indem die Verfügbarkeit bzw. Dienstleistung mit dem Produkt verknüpft angeboten wird.

Geräusche und Schwingungen in Bremssystemen

Visualisierung von Schwingungszuständen an einer Scheibenbremse
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Institut: IFM – Institut für Mechanik
Projekt: Geräusche und Schwingungen in Bremssystemen 

Bei nahezu allen Reibungsbremsen treten Geräusch- und Schwingungsprobleme auf. Ursache für diese Geräusche sind selbsterregte Schwingungen, bei denen die Reibungskräfte Energie aus der Rotation des Rades, der Bremsscheibe oder der Bremstrommel in Strukturschwingungen des Bremssystems einleiten. Häufig stellt die Strukturschwingung selbst zwar kein Problem dar, jedoch die mit den Schwingungen einhergehende Geräuschentwicklung.
Bremsgeräusche, z.B. das häufig auftretende hochfrequente Bremsenquietschen bei Kfz-Scheibenbremsen, sind in der Regel nicht Ausdruck einer verschlechterten Bremswirkung. Sie werden aber von vielen Kunden als Mangel angesehen und führen daher für die Industrie zu hohen Kosten einerseits im Entwicklungsprozess und zum anderen bei den Gewährleistungen.
Herr Prof. von Wagner, Fachgebiet "Mechatronische Maschinendynamik", befasst sich mit Themen der Modellbildung des Erregermechanismus und seiner experimentellen Untersuchung, der Modellierung des dynamischen Belagverhaltens, der Berücksichtigung von Nichtlinearitäten und der mathematischen Methoden bei den Stabilitätsuntersuchungen.
Ziel ist es, ein besseres Verständnis des Phänomens zu erlangen sowie seine korrekte Abbildung in Rechenmodellen, die Entwicklung schneller experimenteller Verfahren zur Geräuschcharakterisierung und damit letztendlich kürzere Entwicklungsprozesse zu erreichen. Hierfür wird mit namhaften deutschen Autoherstellern, Zulieferern und wissenschaftlichen Partnern innerhalb und außerhalb der TU Berlin zusammen gearbeitet.

 

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