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Korrosion

weitere Buchkapitel

C

C-14 method Radiocarbon-Methode, C-14-Methode (Altersbestimmung) cable Kabel, Leitung, Seil, Drahtseil cable cross section Leitungsquerschnitt cable duct Kabelkanal cable extension reel Kabeltrommel mit Verlängerungskabel cable fire Kabelbrand cable reel Kabeltrommel cable shaft Kabelschacht cable spool Kabeltrommel cable ties Kabelbinder

Torsten Schmiermund

K

Kabel cord, cable Kabelbinder cable ties Kabelbrand cable fire Kabelkanal cable duct, wiring duct, wireway Kabelschach cable shaft

Torsten Schmiermund

13. Künstliche Intelligenz im Flugverkehrsmanagement unbemannter Systeme und deren Anwendungen

„Der Himmel ist frei“ und „über den Wolken, muss die Freiheit wohl grenzenlos sein.“ Diese romantisch verklärte Sicht auf die Fliegerei entstammt den 70er-Jahren und hat nur noch wenig gemein mit der heutigen Luftfahrt. Harter Wettbewerb und damit einhergehender Kostendruck hat aus einer elitären Branche ein auf Effizienz getrimmtes Dienstleistungssegment mit weitgehend kommodisierten Produkten gemacht.Doch damit nicht genug, denn die eigentliche Disruption steht der Luftfahrt noch bevor. Sie wird getrieben durch Digitalisierung und Demokratisierung der Luftraumnutzung. Schon heute befinden sich mehr unbemannte, fernpilotierte Fluggeräte im Einsatz als in der bemannten Luftfahrt. Unmanned aerial vehicles (UAVs) oder Drohnen haben eine technologische Reife erreicht, die sie zu einem Werkzeug für jedermann machen. Diese Flugroboter vollziehen eine täglich wachsende Zahl nützlicher Aufgaben, dabei substituieren sie in Teilen die Einsatzfelder von Helikoptern oder Flugzeugen, da sie zumeist kostengünstiger, leiser und umweltfreundlicher sind. Mit ihren Eigenschaften öffnen sie überdies weitere latente Bedürfnisse in Nutzungsszenarien, für die man bisher schon wegen der hohen Kosten nicht „in die Luft gegangen wäre.“In diesem Beitrag werden Möglichkeiten und Grenzen künstlicher Intelligenzen im Einsatz von unbemannten Fluggeräten aufgezeigt und ihre Rolle als Treiber in der sicheren und fairen Integration in den Luftraum geschärft.Ralph Schepp ordnet dafür den Stand der Technologie und Betriebserfordernisse von UAVs ein und definiert zentrale Handlungsfelder und Grenzen für den Einsatz künstlicher Intelligenzen anhand praktischer Anwendungsfelder.

Ralph Schepp

18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

Kapitel 7. Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen

Chemische Reaktionen können in zwei Kategorien, Substitutionsreaktionen und Redoxreaktionen, unterteilt werden. Im vorhergehenden Kapitel haben wir die Stabilität von Komplexen betrachtet und uns mit dem Ligandenaustausch, also den Substitutionsreaktionen, beschäftigt. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit der zweiten großen Klasse von Reaktionen der Komplexe, den Redoxreaktionen.

Birgit Weber

4. Schutz metallischer Konstruktionen

Guter Schutz vor Korrosion muss bei der Formgebung der Stahlbauteile beginnen (Abb. 4.1). Es sollte so konstruiert werden, dass sich keine Wassersäcke und größere Schmutzablagerungen bilden können. Alle Stahlteile müssen zugänglich sein oder so geschlossen werden, dass kein Luftaustausch stattfinden kann. Bei zusammengesetzten Profilen sind der Profilhöhe entsprechend Mindestabstände einzuhalten.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

3. Werkstoffe

Metalle haben als Werkstoff für die Sanierung von Bauteilen große Bedeutung. Auch die erforderlichen Werkzeuge und Maschinen bestehen überwiegend aus Metallen. Man unterscheidet Eisenwerkstoffe und Nichteisenwerkstoffe (Abb. 3.1). Das Anforderungsprofil des Werkstücks bedingt die physikalischen und chemischen Gebrauchseigenschaften, die zusammen mit den technologischen und Umwelteigenschaften ein wirtschaftliches Optimum ergeben sollten (Abb. 3.2). Werkstoffe für niedrig beanspruchte Werkstücke und Massenteile sind vor allem nach Material- und Verarbeitungskosten, Werkstoffe für hochbeanspruchte Teile nach den Gebrauchseigenschaften auszuwählen.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

2. Fehler und Gefährdungen

Wie eingangs aufgezeigt, wird ein Schwerpunkt der Sanierung metallischer Bauteile auf dem Ersatz und Neuaufbau liegen. Daher besteht die Gefahr, dass ähnliche korrosionsbegünstigende Fehler in Projektierung, Konstruktion und Werkstoffauswahl auftreten können. Wesentliche technische Mängel und Schäden an Korrosionsschutzsystemen mit soweit zurzeit vorhandenen Normen sind in Tab. 2.1 aufgeführt.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

1. Begriff – Ursachen – Vorgänge der Korrosion

Die Metalle sind am Bauwerk verschiedenen Einflüssen ausgesetzt. So wirkt die atmosphärische Luft auf die Metalle ein. Sie enthält Wasserdampf, Sauerstoff, Verbrennungsgase wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Schwefeldioxid sowie verdünnte Säuren und Laugen (Abb. 1.1). Auch Wasser gelangt durch Bodenfeuchtigkeit, Schwitzwasserbildung, Regen, Schnee und Eis an die Metalle. Außerdem können Frisch- und Festmörtel sowie Frisch- und Festbeton die Oberfläche bestimmter Metalle angreifen. Oft werden die Metalle von der Oberfläche aus fortschreitend zerstört, der Prozess der Korrosion findet statt.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

6. Entwicklung von Kunstschlosserarbeiten und Metallberufen

Vor etwa 30 Jahren hat eine starke Rückbesinnung auf alle dieser metallischen Kunstschmiedearbeiten begonnen. Dabei ist man bemüht, viele Teile im Original zu erhalten und zu sanieren. Über moderne Möglichkeiten wurde in den vorangegangen Kapiteln informiert. Aber auch neue Formen sind wieder aktuell.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

5. Sanierungsbeispiele metallischer Konstruktionen

Wie bei jeder Entscheidung für eine Sanierungsmaßnahme gehört neben der Konstruktion auch die Auswahl des Werkstoffs dazu. Das kann aus historischer und denkmalgerechter Sicht das gleiche „alte“ Material oder auch neuzeitliches sein. Neben technischwirtschaftlichen und denkmalpflegerischen Aspekten spielen auch strukturelle (gliedern, profilieren, teilen) und assoziative (Vorstellung, Visionen) Faktoren eine Rolle. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass keiner dieser Gesichtspunkte allein ausschlaggebend sein kann, wenn es um die Entscheidung für einen Werkstoff geht. Sie überlagern und beeinflussen sich in der Praxis.

Dr. Michael Stahr, RA Klaus-Peter Radermacher

11. Achsen, Wellen und Zapfen

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

3. Festigkeitsberechnung

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

9. Bolzen-, Stiftverbindungen und Sicherungselemente

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

7. Nietverbindungen

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

6. Schweißverbindungen

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

5. Kleb- und Lötverbindungen

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

14. Wälzlager

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

18. Elemente zur Führung von Fluiden (Rohrleitungen)

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

8. Schraubenverbindungen

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

4. Tribologie

Herbert Wittel, Christian Spura, Dieter Jannasch

Kapitel 3. Wirkung von Netzwerkbildnern, Netzwerkwandlern und Zwischenoxiden in der Glasschmelze und im Glas

Die chemische Zusammensetzung eines Glases hat einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften der Glasschmelze und auf die Eigenschaften der daraus hergestellten Produkte wie z. B. Glasfasern.

Roman Teschner

Kapitel 18. Glas- und Glasfaserproduktion

Wie schon erwähnt, wird ein C- Glas meistens in vollelektrischen Wannen unter

Roman Teschner

Kapitel 17. Elektrische Glasschmelze

Das C- Glas wird meistens in einer Elektrowanne hergestellt.

Roman Teschner

Kapitel 14. Rohstoffe für C-und E-Glasherstellung

Voraussetzung für den Erfolg im technologischen Prozess der Glasherstellung ist unter anderem die Konstanz der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Glasrohstoffe. Außerdem für die Glasqualität sind der Transport, die Lagerung, das Abwiegen, die Mischung der Rohstoffe und das Einlegen des Gemenges von sehr großer Bedeutung.

Roman Teschner

12. Rennräder

In Großbritannien wurden Maschinen, die von der Laufmaschine oder Draisine inspiriert waren, oft „hobby-horses“ (Steckenpferde) oder „dandy horses“ (Stenzpferde) genannt. Da die Laufmaschine das Reitpferd ersetzen sollte, wurden auch Rennen mit solchen Maschinen 1819 zu privaten Konkurrenzen. Im März desselben Jahres traten zwei Velozipedisten in Essex gegeneinander an, um herauszufinden, wer in einer Stunde am weitesten fahren konnte, wobei der Sieger fast 8 Meilen [13 km] schaffte. Einen Monat später legte ein Velozipedist in Kent aufgrund einer Wette 6 Meilen in etwas mehr als 51 Minuten [11 km/h] zurück. Später im selben Jahr schaffte ein Fahrer in Cornwall 26 Meilen in weniger als 4 Stunden, mit einem Durchschnitt von mehr als 11 Kilometer pro Stunde. Bei Drei-Meilen-Rennen in der Gegend von Ipswich sollen die Schnittgeschwindigkeiten bis zu 12 Meilen pro Stunde (19 km/h) betragen haben. Im Jahr 1819 gab es ein 50-Meilen-Rennen um die Außenbezirke von London.

Hans-Erhard Lessing, Tony Hadland

8. Stahlbeton und Spannbeton

Das Kapitel Stahlbeton und Spannbeton umfasst die Konstruktions- und Bemessungsregeln der Bauweise auf Basis der aktuellen Normen des Eurocode 2. Dabei sind die mit Stand Juni 2021 geltenden Änderungen und Korrekturen der Norm bzw. des deutschen nationalen Anhangs eingearbeitet. Neben allgemeinen Hinweisen zur Schnittgrößenermittlung für diese Baustoff werden die Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit in überwiegend kompakter, teilwei-se auch tabellarischer Form erläutert. Darüber hinaus sind die Bewehrungs- und Konstruktionsregeln auch für spezielle Bauteile zusammengefasst. Abschließend werden die in der Lehre und Praxis vielfach angewendeten Bemessungshilfsmittel und Konstruktionstafeln in grafischer und tabellarischer Form angegeben.

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Vismann

15. Bauen im Bestand

Als Nutzungsdauer von Bauwerken wird der vorgesehene Zeitraum bezeichnet, in dem Bauwerke, eine laufende Instandhaltung vorausgesetzt, ohne wesentliche Instandsetzungsmaßnahmen bestimmungsgemäß nutzbar sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei richtiger Planung, Bemessung und Bauausführung sowie bestimmungsgemäßem Gebrauch alle Anforderungen an das Bauwerk hinsichtlich Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit mit einer ausreichenden Zuverlässigkeit über die geplante Nutzungsdauer erfüllt werden.Gemäß DIN EN 1990 wird für Gebäude und andere gewöhnliche Tragwerke eine Nutzungsdauer von 50 Jahren, für monumentale Gebäude und Brücken von 100 Jahren vorausgesetzt. Den Unsicherheiten aus zeitlichen Veränderungen muss durch eine regelmäßige Bauwerksüberprüfung begegnet werden. Mit DIN 1076 [32] liegt für die Bauwerksprüfung von Ingenieurbauwerken im Zuge von Straßen und Wegen ein seit geraumer Zeit entwickeltes, technisches Regelwerk vor.Für die Bauwerksüberprüfung von Bauwerken des Hochbaus wurden ebenfalls Regelwerke entwickelt. Die Entwicklung dieser Regelwerke hat durch einige Fälle von Tragwerksversagen im In- und Ausland an Bedeutung gewonnen. Von der Bauministerkonferenz der Länder (ARGEBAU) wurde im Jahr 2006 ein Grundlagenpapier mit Hinweisen für die regelmäßige Überprüfung üblicher Bauwerke des Hochbaus erarbeitet [1]. Als Anhang zur Musterbauordnung (MBO) [40] sind diese Hinweise den anerkannten Regeln der Technik zu zuordnen. Die Hinweise der Bauministerkonferenz werden ergänzt und konkretisiert durch die VDI-Richtlinie 6200 [46].

Prof. Dr.-Ing. Uwe Weitkemper

17. Bauphysik

Baustoffe Wärmeenergie wird in Stoffen unterschiedlich gut weitergeleitet. Diese Stoffeigenschaft wird als Wärmeleitfähigkeit λ bezeichnet. Sie hängt von der Temperatur, der Rohdichte und dem Wassergehalt des Stoffes ab. Wärmeleitfähigkeiten sind im Allgemeinen auf eine Temperatur von 10 °C und einen Ausgleichsfeuchtegehalt bezogen.

Prof. Dr.-Ing. Martin Homann

7. Beton

Gemäß Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (2019/1) bildet weiterhin die DIN EN 206-1:2001-07 in Verbindung mit der DIN 1045-2:2008-08 als nationale Anwendungsregel die bauordnungsrechtliche Grundlage für das Bauprodukt Beton. Die DIN EN 206:2017-01 wird derzeit in Deutschland bauordnungsrechtlich nicht eingeführt. In den Abschnitten des Kapitels Beton sind die aus dieser nationalen Anwendungsregel vorgegebenen Änderungen eingebaut.

Dipl.-Ing. Roland Pickhardt

22. Netzmanagement

Gegenstand des Abschnittes „Netzmanagement“ sind Grundlagen der Planung, der statischen Berechnung offen wie geschlossen verlegter Leitungen, der Prüfung und der Inbetriebnahme von öffentlichen und nichtöffentlichen Rohrleitungsnetzen und Anschlussleitungen, Anschlüssen bzw. Grundstücksentwässerungsanlagen außerhalb von Gebäuden.Ebenfalls werden Verfahren und Einsatzbereiche der Instandsetzung bzw. der Schadensbehebung und Sanierung aufgeführt.Die Ausführungen fokussieren sich auf Wasserverteilungssysteme, Gasverteilsysteme, Fernwärmeversorgungssysteme und Entwässerungssysteme. Für andere Mediennetze gelten die Ausführungen entsprechend, wobei fachspezifische Normen (bspw. Produktnormen) sowie entsprechendes Planungs- und Genehmigungsrecht zu berücksichtigen sind.Nicht Gegenstand sind Planung, Bau und Betrieb maschinentechnischer oder elektrotechnischer Anlagen, wie Pumpen oder MSR-Technik. Ergänzende Informationen sind Kap. 14 Geotechnik und Kap. 21 Siedlungswasserwirtschaft zu entnehmen.

Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Kapitel 16. Vorbereitung der Vergabe (Leistungsphase 6)

In diesem Kapitel lerne ich: wie eine funktionale Leistungsbeschreibung formuliert ist. welche Bedeutung das Verb „messen“ durch Präfixe bekommt. Fachvokabular zum Thema Türen. wo ich einen Überblick über alle Gewerke finde.

Felix Friedrich, Sharon Heidenreich

Open Access

Kapitel 5. Zusammenfassung und Ausblick

Durch einen Prototyp wurde die Funktionsfähigkeit des variablen Pitot-Einlasskonzepts nachgewiesen, wodurch Technologie-Reifegrad TRL 3 erreicht ist. Zudem ergibt sich in Abhängigkeit der finalen Konzeptmasse ein Reichweitengewinn für Überschallflugzeuge bis Mach 1,6 von 20 % bis 30 %. Dieser Reichweitengewinn würde in einer signifikanten Verbesserung der ökonomischen und ökologischen Eigenschaften dieses derzeit schnellsten Transportmittels resultieren. Somit könnten variable Pitot-Einlässe durch das erarbeitete Konzept eine Schlüsselrolle bei der Wiedereinführung eines umweltfreundlicheren kommerziellen Überschallflugs einnehmen.

Stefan Kazula

Open Access

Kapitel 3. Methodik der Konzeptstudie

Für die Konzeptentwicklung war ein konstruktionsmethodischer Ansatz zu erarbeiten, der für diese akademische Konzeptstudie geeignet ist, um die gewünschte Sicherheit und Zuverlässigkeit des Konzepts zu erreichen. Hierfür wurden allgemeine Konstruktionsmethodiken, Methoden für die Entwicklung sicherer und zuverlässiger Produkte sowie der luftfahrtspezifische Sicherheitsprozess detailliert betrachtet. Daraus ergab sich ein Konstruktionsansatz, der auf dem Vorgehen nach VDI-Richtlinie 2221 basiert und durch Methoden der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanalyse nach ARP 4761 ergänzt wurde. Auf diesem fünfphasigen Konstruktionsansatz basiert die anschließend durchgeführte Konzeptstudie.

Stefan Kazula

Open Access

Kapitel 4. Durchführung der Konzeptstudie

Die Anwendung des Konstruktionsansatz für die Erarbeitung eines variablen Einlasskonzepts wird vorgestellt. Aus der Umsetzung dieses Ansatzes gehen Anforderungen, Funktionen und über 30 Konzepte für variable Pitot-Einlässe hervor. Nach einer Vorauswahl dieser Konzepte anhand erarbeiteter Bewertungskriterien ergeben sich drei Konzeptgruppen. Diese variieren die Geometrie des Einlasses durch Verschieben starrer Komponenten, Verformen des Oberflächenmaterials oder Grenzschichtbeeinflussung. Basierend auf Sicherheitsanalysen, Integrationsstudien sowie aerodynamischen Untersuchungen zur Ermittlung idealer und umsetzbarer Einlassgeometrien stellte sich die Konzeptgruppe verschiebbarer starrer Komponenten als am besten geeignet heraus. Aus dieser Konzeptgruppe wurde ein Konzept hergeleitet, das die Geometrie des Einlasses durch Verschieben eines Vorderkantenrings sowie von Segmenten der unterteilten Einlasshülle variiert. Das Konzept wurde strukturell dimensioniert, modelliert und in einem Prototyp realisiert. Durch den Prototyp wurde die Funktionsfähigkeit des variablen Pitot-Einlasskonzepts nachgewiesen, wodurch Technologie-Reifegrad TRL 3 erreicht ist. Zudem ergibt sich in Abhängigkeit der finalen Konzeptmasse ein Reichweitengewinn für Überschallflugzeuge bis Mach 1,6 von bis zu 30 %.

Stefan Kazula

6. Latentwärmespeicher

Latentwärmespeicher werden nach einer ersten Entwicklungsphase in den USA der 30er- und 40er-Jahre [1] seit ca. 20 Jahren in Deutschland wieder stärker in den Fokus genommen. Zu Beginn der 90er-Jahre begann die DLR mit der Entwicklung von Verfahren zur besseren Nutzung der Solarenergie mit Latentwärmespeichern. Friedrich Lindner und Peter Tattermusch entwickelten einen Direktkontaktspeicher mit Wärmeträgeröl und Natriumacetat-Trihydrat (NA 58) in der Größenordnung von MWh, der 1995 zur Patentanmeldung führte (EP 0789214 A2). Scheffknecht [2] beschreibt 1988 die Besonderheiten des dynamischen Verhaltens von Latentwärmespeichern und Alfred Schneider entwickelt parallel dazu einen eigenen Speichertyp auf Basis NA 58 mit einem Fassungsvermögen von 750 Litern. Zur Wärmeübertragung nutzte er innen liegende Rippenrohre, Turbulenzpromotoren in den Rohren und speziell ausgeführte Bleche, um Unterkühlungseffekte zu vermeiden. Dieser Speichertyp wurde 1999 ebenfalls patentiert (EP 1098157 A2).

Johannes Goeke

16. Gebäude als thermischer Energiespeicher

Die Speicherfähigkeit von Gebäuden wurde in der Vergangenheit häufig unter dem Aspekt der Havarie der Wärme- oder Kälteerzeugung betrachtet. Parallel konnte die Bauteilaktivierung insbesondere die Betonkernaktivierung vorangetrieben und an zahlreichen Objekten erprobt werden. Damit bleibt der vorherrschende Mechanismus der Energiespeicherung auf einem exergetisch niedrigem Niveau und ist bis auf Ausnahmen auf den Tag-Nacht-Rhythmus beschränkt. Neuere Entwicklungen dagegen versuchen, die Wärmespeicherung in Betonfundamenten von der Versorgung zu entkoppeln und mit höheren Temperaturniveaus höhere exergetische Ausbeuten zu erzielen [35–42, 50–58]. Als Referenzgebäude für eine Vielzahl von energetischen Betrachtungen ist das VDI-Musterhaus der VDI 6009 Bl.1 (Abb. 16.1) geeignet und wird daher in den folgenden Beispielen zur Fallbetrachtung herangezogen.

Johannes Goeke

9. Material und Korrosion

Die Korrosion ist gemäß DIN EN ISO 8044 die Reaktion eines metallischen Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt. Sie führt zu einer Beeinträchtigung der Funktion des betroffenen Bauteiles. Diese Reaktion ist in der Regel elektrochemischen Ursprungs, in einigen Fällen kann sie allerdings auch durch chemische oder metallphysikalische Reaktionen ausgelöst werden.

Johannes Goeke

7. Werkstoffe – Phasenwechselmaterialien

Die Beschreibung des physikalischen und chemischen Verhaltens von Phasenwechselmaterial beginnt mit den allgemeinen Grundlagen der physikalischen Chemie und setzt sich fort in den unterschiedlichsten Materialgruppen, die zahlreiche Autoren beschrieben haben [1–42]. Dazu kommt die Besonderheit der Unterkühlung bei Salzhydraten [43–50]. Der Einsatz, das Verhalten und die Anwendung von verkapseltem PCM und Slurries werden mittlerweile von einigen Autoren beschrieben [51–71]. Im weiteren Verlauf der Kapitel werden die Möglichkeiten einer verbesserten Wärmeübertragung bei Phasenwechselmaterialien in Kap. 8 vorgestellt [1–20]. Weiter werden die Erfordernisse im Hinblick auf Korrosion beim Einsatz von PCM in Kap. 9 diskutiert [1–12]. Danach finden sich unter den Literaturhinweisen in Kap. 11 die Latentwärmespeicher im konstruktiven Aufbau und in der Anwendung [1–25]. Dazu zählen auch die Speicher mit einer gleichrangigen Mischung aus sensiblen und latenten Anteilen, sogenannte Hybridspeicher [16–19]. Es folgen die Publikationen zur Wärmeübertragung in Latentwärmespeichern [20–44]. Ein wichtiges Kapitel zum Verständnis der dynamischen Funktionalität der Latentwärmespeicher. Nicht unerwähnt bleiben sollen die Messverfahren zur Ermittlung der Enthalpie für Phasenwechselmaterialien in Kap. 10 [1–5].

Johannes Goeke

5. Einsatz von Warmwasserspeichern im Gebäude

Warmwasserspeicher in Gebäuden erfüllen, wie andere Speicher auch, die Funktion Erzeugung und Verbrauch voneinander zu trennen und gegebenenfalls erneuerbare Energiequellen in die Wärmeversorgung mit einzubeziehen. An dieser Stelle sollen die Betriebsarten und die Systemeinbindung in hydraulische Netze vorgestellt werden. Trotz des Ausbaus von erneuerbarer Energie und damit verbundene Wärmeerzeuger gibt es nach wie vor die klassische Version eines Heizkessels und eines Trinkwassererwärmers in kleineren Einheiten. Der Heizkessel sorgt für die Erwärmung des Trinkwassers, ohne den Speicher für die Raumheizung zu nutzen. Diese Betriebsweise wird als monovalent bezeichnet. Sind mehrere Wärmequellen bzw. Betriebsarten in einem Speicher vereint, so ist er mit zwei und mehr Wärmeübertragern ausgestattet. Diese Betriebsweise nennt man bivalent oder in komplexeren Ausführungen sogar multivalent. Abb. 5.1 zeigt verfügbare Speichersysteme für die Trinkwassererwärmung für kleinere Gebäudeeinheiten. Die einzelnen Speichervolumina sind dort den speziellen Wärmerzeugern zugeordnet.

Johannes Goeke

11. Thermische Speicher mit Phasenwechselmaterial

Der Wärmeinhalt von Latentwärmespeichern beruht im Wesentlichen auf vier verschiedenen Konzepten [13, 52]. Diese beruhen auf der indirekten Wärmeübertragung mit Rohren und Rippen sowie der direkten Umströmung von makroverkaseltem PCM. Darüber hinaus kann das PCM Bestandteil des Wärmeträgerfluids sein. Speicherausführungen, in denen das PCM direkt in Kontakt zum Wärmeträgerfluid kommt, sind erprobt worden.

Johannes Goeke

14. Aufbau und Einsatz von Latentwärmespeichern

Die Entwicklung der Latentwärmespeicher mit Phasenwechselmaterialien begann Ende des 20. Jahrhunderts und erlebte einen Boom in der Forschung und Entwicklung (F&E) in zwei großen Schüben. Die F&E-Aktivitäten dauern bis heute an, sind aber von Problemen der Umsetzung in die Praxis begleitet. Auch ist die Umsetzung der Technik von geeigneten Investoren abhängig, die bereit sind fortschrittliche und nachhaltige Techniken in Gebäuden zu etablieren. In Deutschland ist insbesondere das Bayrische Zentrum für angewandte Energieforschung (ZAE) in Bayern hervorzuheben, deren Mitarbeiter seit Jahren besondere Anstrengungen in der Entwicklung von Speichertechnologien unternehmen, um sowohl auf dem Gebiet der Phasenwechselmaterialien als auch bei thermochemischen Speichern Fortschritte zu erzielen [19].

Johannes Goeke

Kapitel 11. Fallstudien

In den vorangegangenen Kapiteln wurden verschiedene Teilbereiche der Stochastik behandelt und bereits in ausgewählten Bereichen mit der Statistik- und Programmumgebung „R“ umgesetzt und berechnet. Somit verfügen Sie über das erforderliche Rüstzeug, um eigene Fragestellungen aus der Praxis mithilfe der Stochastik umsetzen zu können. Anhand der in den Fallstudien angesprochenen Unternehmen, der Blue Danube Corporation (BDC), der Inntal Semiconductor SE sowie der RiskNET Inntal AG (RNI) werden Szenarien beschrieben, die durchaus einen sehr großen Realitätsbezug haben. Alle drei Unternehmen sind fiktive, von den Autoren erfundene Unternehmen. Die beschriebenen Fallbeispiele sind aus der Realität übernommen und wurden an beide Unternehmen angepasst. Vielleicht findet sich der eine oder andere Leser bei den beschriebenen Szenarien wieder. In den Beispielen wird eine Unternehmensplanung unter Einfluss von Risiken, eine risikobehaftete, mehrphasige Projektplanung mit deren Unsicherheiten im Projektfortschritt, die Berücksichtigung von Rohstoffpreisvolatilitäten in der Zukunft, eine Investitionsentscheidung unter Risiko sowie Informationssicherheits- und Cyberrisiken mit quantitativen Methoden beschrieben. Alle Zahlen und Beispiele sind selbstverständlich fiktiv gewählt, die zugrunde liegenden Szenarien aber durchaus real!

Frank Romeike, Manfred Stallinger

Kapitel 8. Messmittel und Lehren für Werkstatt und Produktion

In diesem Kapitel werden Maßverkörperungen für Länge und Winkel beschrieben wie auch Längenaufnehmer und Messuhren praxisorientiert erläutert. In einem Abschnitt werden Arten von Lehren und Prinzipien wie der Taylorsche Grundsatz erklärt, mit dem verständlich wird, wie Lehren ausgelegt werden sollen und welche Aspekte bei deren Anwendung beachtet werden müssen. Ein Schwerpunkt stellen Längenmessgeräte dar. Dazu werden unterschiedliche Funktionsprinzipien, deren Eigenschaften und die bevorzugten Einsatzmöglichkeiten vorgestellt.

Michael Marxer, Carlo Bach, Claus P. Keferstein

Kapitel 4. Koordinatenmesstechnik

Koordinatenmessgeräte sind universelle Messgeräte, mit denen eine Vielzahl von dimensionellen Messaufgaben gelöst werden können. In diesem Kapitel wird der Bogen von der 1-D- bis zur 3-D-Koordinatenmesstechnik gespannt. Basierend auf der Beschreibung der Grundprinzipien der Koordinatenmesstechnik wird das Vorgehen beim Messen beschrieben und wichtige Elemente zur Definition der Messstrategie erläutert. Es wird auf die Gerätetechnik eingegangen und wichtige Komponenten, wie auch Bauarten von Koordinatenmessgeräten, werden erklärt. Im Abschnitt „Taktile Koordinatenmessgeräte“ werden Messkopfsysteme der berührenden Koordinatenmesstechnik erläutert und die Schritte der Messpunkterfassung aufgezeigt. Ein Abschnitt Mikro-Koordinatenmesstechnik gibt eine Einführung über neueste Entwicklungen zur Erfassung kleinster Dimensionen und Merkmale bis in den Sub-Mikrometerbereich. Im Abschnitt „Optische Koordinatenmesstechnik“ werden berührungslose Messkopfsysteme und deren Methoden zur Messpunkterfassung erklärt. Ein Schwerpunkt bildet die Multisensor-Koordinatenmesstechnik. In diesem Abschnitt werden die Möglichkeiten beim Einsatz mehrerer Messkopfsysteme in Kombination auf einer Bewegungsplattform aufgezeigt. Die Computertomographie wird erläutert und ein Abschnitt mit Hinweisen zur Programmierung von Koordinatenmessgeräten zeigt die umfangreichen Möglichkeiten dieser Technologie auf. Ein Abschnitt „Ermittlung der Leistungsfähigkeit und Überwachung“ und Erläuterungen zu Schnittstellen runden dieses Kapitel ab.

Michael Marxer, Carlo Bach, Claus P. Keferstein

Kapitel 9. Adjustage

Härten und Anlassen von Stäben führen zu den gewünschten Festigkeitseigenschaften, nur sind die Stäbe dabei meist etwas krumm geworden. Die Weiterbearbeitung durch spitzenloses Schleifen erfordert „schleifgerade“ Stäbe. Auch der Kunde, ein Präzisionsdrehteilehersteller, fordert sehr gerade Stäbe. Also müssen sie gerichtet werden. Gewalzte Knüppel weisen manchmal an der Oberfläche Anrisse auf. Diese könnten sich bei der Weiterverarbeitung durch Kaltumformen verstärken, sollten also vor dieser Umformung entfernt werden. Zur prozessbegleitenden Qualitätskontrolle sind nach den verschiedenen Bearbeitungsgängen Proben zu entnehmen. Schnittkanten sind zu entgraten und die Produkte zur sicheren Identifizierung zu kennzeichnen. Diese Aufzählung könnte noch erweitert werden. All das, was zwischen und am Ende der Fertigungskette in der Stahl herstellenden und verarbeitenden Industrie geschieht, wird der Adjustage zugeordnet, früher auch Zurichterei genannt (Hiersig, 1995). Der Begriff Adjustieren stammt vom französischen „ajuster“ und bedeutet etwas angleichen, also eben machen bzw. in Ordnung bringen. Dazu sind verschiedene Nachbearbeitungsgänge nötig. Diese richten sich nach dem Produkt (Werkstoff, Lieferzustand und -geometrie) sowie nach den Anforderungen für eine Weiterverarbeitung bzw. für die Anwendung.Üblicherweise umfasst die Adjustage folgende Arbeitsschritte: Trennen zur Erzielung der von den Kunden gewünschten Endmaße (siehe Abschn. 8.4 : Trennen) Bearbeiten der Schnittkanten, der Knüppel- und Stabenden (Entgraten, Fasen, siehe Abschn. 8.3.10 : Bearbeiten von Stabenden) Richten zur Sicherung der Geradheitsanforderungen Oberflächenbehandeln (Reinigen, Beschichten) und Beseitigung von Oberflächenfehlern Entnahme von Proben zur Qualitätskontrolle (Zwischen- und Endkontrollen) Signieren, Farbmarkieren oder Stempeln zur eindeutigen Identifizierung des Produktes Zwischenlagern Fertigmachen (Konfektionieren) Verpacken und Versenden Oft wird in Unternehmen auch die Wärmebehandlung dem Adjustagebereich zugeordnet. Nachfolgend können nur einige dieser Adjustagearbeiten mit Beispielen produktbezogener Anwendungen vorzugsweise für Stahlhalbzeug vorgestellt werden, wie Oberflächenbehandeln, Richten, Fertigmachen, Verpacken und Versand.

Joachim Schlegel

Kapitel 7. Werkstoffprüfung

Wussten Sie, dass die Redensart „Drum prüfe, wer sich ewig bindet“ von Friedrich Schiller (1759–1805) aus dem Lied von der Glocke heute eigentlich für sehr viele Bereiche gilt und sich nicht nur auf das Abenteuer „Ehe“ bezieht?

Joachim Schlegel

Kapitel 8. Verfahren der Fertigungstechnik

Um ein Werkstück, ein Formteil, ein Bauteil – also ein exakt hinsichtlich Form, Abmessung, Maßtoleranzen, Oberflächengüte und mechanisch-technologischer Eigenschaften definiertes Produkt – zu erzeugen, sind verschiedene Verfahren anzuwenden. Die Stahlherstellung, das Urformen (Gießen), das Umformen einschließlich der notwendigen Wärmebehandlungsverfahren und die Prüfungen wurden in den vorherigen Kapiteln behandelt. Diese Verfahren werden allgemein der Fertigungstechnik zugeordnet, ebenso die weiteren Verfahren wie das Fügen, Beschichten und die Spanungstechnik (mechanische Bearbeitung wie Drehen, Fräsen, Hobeln/Stoßen, Bohren, Schälen, Schleifen). Alle diese Verfahren der Fertigungstechnik sind eng mit der Geschichte der Menschheit verbunden. So gab es beispielsweise schon in der Steinzeit vor über 40.000 Jahren Drill- bzw. Feuerbohrer. In der Bronzezeit nach 3000 v. Chr. begann dann die Eisengewinnung und -verarbeitung durch Gießen, Schmieden und Feuerschweißen. Und ab Mitte des 18. Jahrhunderts kamen zunehmend wissenschaftliche Methoden zur Verbesserung der Fertigungstechnik und zur Entwicklung neuer Verfahren zur Anwendung. Heute ist die Fertigungstechnik ein wichtiges Gebiet der Produktionstechnik und des Maschinenbaus, umfasst also Verfahren und Anlagen (Werkzeuge, Bearbeitungsmaschinen usw.) zur Herstellung von Produkten, die für den Endverbraucher bestimmt sind oder die als Halbzeug noch weiter verarbeitet werden müssen (Westkämper & Warnecke, 2010; Fritz, 2015). Nachfolgend soll ein Überblick zu den Verfahren Fügen und Beschichten von Stahl sowie zu den wichtigsten Verfahren der mechanischen Bearbeitung gegeben werden.

Joachim Schlegel

Kapitel 2. Stahl – der Werkstoff

Stähle faszinieren immer wieder mit ihren vielen, oft auch außergewöhnlichen Eigenschaften, mit einem großen Anwendungspotenzial und weltweit zunehmender Erzeugung. Was charakterisiert den Werkstoff Stahl? Wie werden Stähle eingeteilt bzw. unterschieden? Wie sind Stähle zusammengesetzt? Welche Eigenschaften besitzen Stähle und wie können diese beeinflusst werden? Wo werden Stähle hauptsächlich verwendet? Hierzu soll eine Orientierung gegeben werden mit Erläuterungen zu den Grundlagen des Werkstoffes Stahl, zu den Möglichkeiten der Klassifizierung von Stählen sowie auch mit Kurzporträts zu ausgewählten Stahlsorten.

Joachim Schlegel

Kapitel 11. Stahl im Alltag

Stahl hat eine imposante, über dreitausendjährige Geschichte geschrieben und sich als ein besonderer Werkstoff für die Industrie, Architektur, Medizin, Militärtechnik, Haushalt- und Freizeitindustrie, für den Umweltschutz, die Energietechnik und auch für die Kunst bewährt. Stahl ist der Werkstoff, den heute jeder kennt und der jeden im Leben begleitet. Und wenn Produkte aus einem anderen Werkstoff zur Anwendung kommen (z. B. aus Kunststoff, Holz, Keramik, Leichtmetall), so sind diese bei Ihrer Erzeugung meist mit Stahlwerkzeugen bearbeitet worden. Viele Beispiele belegen diese Präsenz des Stahls in unserem Leben. Nach dem Motto „Wussten Sie schon,…?“ soll das Interesse an einigen besonders interessanten Stahlanwendungen mit dem Schwerpunkt Edelstahl geweckt und vielleicht auch ein Aha-Effekt beim Lesen erreicht werden (Reihenfolge ohne Wertung!).

Joachim Schlegel

Kapitel 10. Nebenprodukte und Abfälle

„Wo gehobelt wird, fallen Späne!“ Dieses alte deutsche Sprichwort ist bezeichnend für viele Lebenssituationen. Es verbindet das Positive (Hobeln – tätig sein), also den Prozess zur Schaffung von etwas Neuem, mit dem Negativen (Späne – Abfall), das bei solch einem Prozess unweigerlich mit entsteht. Dieses Entstehen von Negativem hat Gründe und ist teils sogar gesetzmäßig bedingt, entbindet aber niemanden davon, dieses Negative mit wahrzunehmen und gezielt zu minimieren.

Joachim Schlegel

Kapitel 3. Legierungselemente und Stahleigenschaften

Stahl kann sehr weich und ausgezeichnet umformbar, aber auch sehr hart und dafür spröde hergestellt werden. Die Eigenschaften sind sehr komplex und bestimmen die Eignung der Stähle für bestimmte Verwendungszwecke. Deshalb gibt es auch so unzählig viele Stähle. Um nun die Wirkung der ebenso zahlreichen LegierungselementeLegierungselement bzw. deren Kombinationen in den Stählen zu verstehen bzw. sich hierbei zurecht zu finden, soll zunächst ein Überblick über die wichtigsten Eigenschaften gegeben werden. Diese beziehen sich generell auf: den Zustand, die Reaktionen bei der Einwirkung anderer Stoffe, das Verhalten unter mechanischer Beanspruchung, das Verhalten bei der Fertigung (Umformung, mechanische Bearbeitung, Wärmebehandlung, Beschichtung usw.), das Verhalten unter Umwelteinflüssen. Davon ausgehend werden die Eigenschaften grob unterschieden in: physikalische, mechanisch-technische, technologische bzw. fertigungstechnische, chemisch-technische, Umwelteigenschaften.

Joachim Schlegel

Kapitel 2. Baulicher Brandschutz

Der bauliche Brandschutz beinhaltet die brandschutztechnischen Anforderungen an raumabschließende Bauteile wie z. B. Wände oder Decken zur Trennung von Brandabschnitten oder Nutzungseinheiten (NE) sowie Öffnungen in diesen Bauteilen durch Türen, Fenster. Sie sind wichtig, um die Ausbreitung von Feuer und Rauch zu verhindern und die Rettung von Menschen und Tieren zu ermöglichen. Dabei hat die Ausbildung und Sicherung der baulichen Rettungswege, insbesondere der Schutz der Treppenräume vor Feuer und Rauch, oberste Priorität.

Adam Merschbacher

19. Sprinkleranlagen

Australien ist der trockenste Kontinent der Erde. Besonders heiße und trockene Tage, mit Nordwinden, beschwören jedes Jahr für die Wälder des Südens von Australien akute Waldbrandgefahren herauf (Abb. 19.1).

Adam Merschbacher

5. Analyse der Rollkontaktermüdungsrisse in Eisenbahnschienen

Da durch Rollkontaktermüdung in Eisenbahnschienen nicht nur Risse entstehen, sondern auch Brüche mit schwerwiegenden Folgen verursacht werden können, wurde das bislang zur Beseitigung der Riffeln eingesetzte Schienenschleifen als Gegenmaßnahme zur Beseitigung und Unterdrückung der Rollkontaktermüdungsrisse genutzt. Mit der Problematik dieser Defekte befasste sich der Sachverständigenausschuss D 173 des Office de Recherches et d’Essais (ORE) bzw. des European Rail (ERRI) in den 1990er-Jahren. Im Rahmen der Untersuchungen des ERRI [5.3, 5.4] kam es allerdings nicht zu einer befriedigenden Lösung des Rissausbreitungsproblems. Es wurden zwar viele FE-Berechnungen mit zwei- und dreidimensionalen Modellen durchgeführt und eine Vielzahl von Diagrammen für Verläufe von Spannungsintensitätsfaktoren für alle drei Rissöffnungsarten erstellt, jedoch wurden diese Ergebnisse keiner Bewertung unterzogen und keiner praktischen Nutzung zugeführt, so dass keine Aussagen über Wachstumsgeschwindigkeiten oder -richtungen der Rollkontaktermüdungsrisse getroffen werden konnten.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

6. Betriebsgefährdende Betriebsgefährdung Ausbrüche Ausbruch , DurchbrücheDurchbruch und GleislückenGleislücke

Die in Eisenbahnschienen und in ihren Schweißverbindungen auftretenden Fehler können Brüche, Anrisse und sonstige Beschädigungen sein. Trotz der qualitativen Unterschiede bei den genannten Schienenfehlern wurde in der Anleitung für die Behandlung der Schienenbruchmeldebogen von 1939 [6.1] für die Deutsche Reichsbahn festgelegt: „Es sind nicht nur vollständige Brüche zu melden. Auch Anrisse im Kopf, Steg oder Fuß, längs oder quer, sowie Risse zwischen den Laschenlöchern gelten als Bruch und müssen gemeldet werden.“ Durch diese Formulierung wird berücksichtigt, dass in Abhängigkeit von der Zeit und der in ihr auf die Schienen einwirkenden Belastungen sich aus Beschädigungen Risse und aus denen wiederum Brüche entwickeln können.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

1. Die bruchmechanische Behandlung rissartiger Schienenfehler

Um das Verhalten rissartiger Fehler in Eisenbahnschienen analysieren zu können, bietet sich als wissenschaftliche Grundlage die Bruchmechanik an, häufig eingeschränkt auf die linear-elastische Bruchmechanik. Die Grundlagen dieses Wissenschaftsbereiches werden dargelegt. Als Maß der Werkstoffbeanspruchung an der Rissspitze werden Spannungsintensitätsfaktoren angegeben für unterschiedliche Risskonfigurationen in Eisenbahnschienen. Diesen Werten sind die bruchmechanischen Eigenschaften des originalen sowie auch des kaltverformten Schienenwerkstoffs gegenüberzustellen bei Berücksichtigung der unterschiedlichen Rissausbreitungsphänomene. Zu betrachten sind dabei auch die Einflüsse, die sich durch die Übertragung der Versuchsergebnisse auf die Analysen praktischer Versagensfälle ergeben. Die Art der bruchmechanischen Analysen und des Sicherheitsnachweises werden ausführlich behandelt.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

2. Von der Wahrscheinlichkeit der zerstörungsfreien Fehlerauffindung zur bruchmechanischen Rissbewertung bei der Deutschen Reichsbahn

Ausgehend von der Wahrscheinlichkeit der Auffindung der unterschiedlichen Risse in den Eisenbahnschienen der Deutschen Reichsbahn wird die Effektivität der zerstörungsfreien Schienenprüfung betrachtet. Mit unterschiedlichen Analysemethoden bei Berücksichtigung relevanter Einflussgrößen wie Profiltyp, Verspannungstemperatur und geschädigter Profilbereich werden kritische Risse analysiert. Mithilfe probabilistischer Analysen und einer anschließenden Sicherheitsbewertung werden die Größen zulässiger Risse bestimmt. Für die bei der früheren Deutschen Reichsbahn maßgebenden rissartigen Schienenfehler ist ein „Katalog der Schienenfehler“ erarbeitet worden.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

Kapitel 30. Dauerhaftigkeit

exponentiell gestiegenen Komfortansprüchen – sind auch die in den letzten 25 Jahren explodierten Baukosten zu erklären, die inzwischen einen kritischen Denkprozess in Gang gesetzt haben.

José Luis Moro

Kapitel 22. Stahlprodukte

Massenherstellung von Stahl wurde fortan ermöglicht ( 4). Das Siemens-Martin-Herdfrischverfahren wurde ursprünglich zum Einschmelzen von Schrott und Abfall aus Walzwerken entwickelt. Eine sogenannte Regenerativgasfeuerung ermöglicht eine Ofentemperatur von 1700°C. Stahl lässt sich dadurch kontrolliert mit einem bestimmten Kohlenstoff- und Legierungsgehalt erschmelzen.

José Luis Moro

Kapitel 20. Künstliche Steine

liche Stein kann heute in seinen vielen Anwendungsformen, insbesondere in seinem Einsatz in der Gebäudehülle, als ein hochentwickeltes industrielles Produkt gelten.

José Luis Moro

Kapitel 11. MATERIE

Bauwerke werden aus Stoffen hergestellt, die in der Regel einem mehr oder weniger langen und aufwendigen technischen Umwandlungsprozess unterworfen werden, um die erwünschten Stoffeigenschaften oder die nötige Verarbeitbarkeit bzw. Formgebung zu erzielen, die einen baulichen Einsatz erlauben (1, 2).

José Luis Moro

Kapitel 2. ORDNUNG UND GLIEDERUNG

Bevor auf die Ordnung einer Konstruktion eingegangen werden kann, muss sich der Blick zunächst auf die Gesamtordnung des Bauwerks richten, von welchem die Konstruktion die technisch-materielle Komponente darstellt. Da auch die Konstruktionsarbeit, also die Planung der Konstruktion, im gesamten Planungsprozess des Bauwerks eingebettet ist, steht diese in Abhängigkeit der übergeordneten planerischen oder entwurflichen Festsetzungen. Diese betreffen das allgemeine Gebäudekonzept, insbesondere das strukturelle Ordnungsprinzip, das diesem zugrunde liegt.

José Luis Moro

Kapitel 16. Stahl

Wie bei allen metallischen Stoffen, beruht der Stoffzusammenhalt bei Stahl auf der charakteristischen metallischen Atombindung, bei der die positiv geladenen Atomrümpfe ihre freien Elektronen abgeben, die sich dann in den Zwischenräumen des kristallinen Raumgitters frei bewegen (Elektronengas). Die ungerichtete Atombindung im Elektronengas erzeugt ein extrem dicht gepacktes Raumgitter, eine dichtestmögliche Kugelpackung, und ist die Ursache der hohen Festigkeit von Stahl, die von kaum einem anderen Werkstoff, und gewiss nicht von einem heute allgemein praxistauglichen, überboten wird. Die modellhafte Vorstellung des Elektronengases erklärt ihrerseits beim Stahl.

José Luis Moro

Kapitel 17. Bewehrter Beton

Analog zu anderen Verbundwerkstoffen werden den Verbundpartnern Stahl und Beton jeweils spezifische Aufgaben zugewiesen.

José Luis Moro

Sechster Abschnitt – Technische Gebäudeausrüstung

§ 39 stellt Anforderungen an Fahrschächte von Aufzügen (Absätze 1 bis 3), die Erschließung eines Gebäudes durch Aufzüge (Abs. 4) und an die Größe und spezifische Nutzbarkeit der Fahrkörbe (Abs. 5).

Thomas Meyer, Justus Achelis, Annegret von Alven-Döring, Mathias Hellriegel, Matthias Kohl, Markus Rau

Kapitel 2. Klassisches Modell

Weder bei „dem“ Standardwerk über Wälzlager [1] noch bei den Werken zur Zustandsbeurteilung von Wälzlagern (condition monitoring) [2–6] ist von einem Modell für die Geräuschentstehung in Wälzlagern die Rede. Das implizit enthaltene „klassische Modell“ wird beschrieben. Beim klassischen Model erklärt ein Modulationsansatz wichtige Teile (Seitenbänder) des Wälzlagergeräuschs. Der Modulationsansatz konnte durch Messungen nicht bestätigt werden.

Thomas Grüner

6. Thermodynamische Analyse der Kreisprozesse von Kernkraftwerken

Zur Analyse des Wirkungsgrades von Kernkraftwerken ist es sinnvoll, zunächst den Clausius-Rankine-Prozess zu betrachten.

Hartmut Frey

10. Tendenzen der Weiterentwicklung von Kernreaktoren

Die Entwicklung von Kernreaktoren umfasst verschiedene Generationen, die zeigen, wie sich die Kerntechnik entwickelte. Zur Generation I gehören die ersten experimentellen Reaktoren der 1950er- und 1960er-Jahre. Ab Generation II gelang es etwa Mitte der 1960er-Jahre, die Anlagen wirtschaftlich als Kraftwerke zu betreiben. Viele der heute in Betrieb befindlichen Anlagen gehören zu dieser zweiten Generation von Kernreaktoren; auch die havarierten Kraftwerke in Tschernobyl und Fukushima entstammten ihr. Die meisten der heute in Bau befindlichen Kernreaktoren werden als Anlagen der Generation III oder III+ bezeichnet. Generation III (EPR, siehe Abschn. 8.3.1.3 ) beschreibt verbesserte fortschrittliche Leichtwasserreaktoren; Generation III+ basiert auf einem „evolutionären“ Sicherheitskonzept, das die Erkenntnisse aus den Stör- und Unfällen der letzten Jahrzehnte in die Nachrüstung bestehender Anlagen und den Bau neuer Reaktoren einfließen lässt.

Hartmut Frey

11. Brennstoffkreislauf

Als Kernbrennstoffkreislauf bezeichnet man die Arbeitsschritte und Prozesse, die der Fertigung des Kernbrennstoffs und dessen Behandlung, bzw. Entsorgung nach dem Einsatz im Reaktor, dienen. Dementsprechend gibt es eine Versorgungs- und eine Entsorgungsseite des Brennstoffkreislaufs.

Hartmut Frey

5. Aspekte der Reaktor-Core-Auslegung

Der Aufbau eines jeden Reaktor-Cores ist trotz genau vorgegebener Spezifikation und Typ immer verschieden. Dies erfordert eine Anpassung der numerischen Berechnungen des Designs und eine genaue Definition der Randbedingungen für die Übergabe der Ergebnisse an eine andere Komponente. Die prinzipielle Auslegung des Reaktor-Cores soll an den Grundtypen von Leistungsreaktoren erläutert werden:

Hartmut Frey

4. Kühlmittel

Für das Reaktorcore können als Kühlmittel Wasser und organische Flüssigkeiten mit ähnlichen Eigenschaften wie Polyphenyle eingesetzt werden. Neben Flüssigkeiten finden auch Gase, wie Luft, Helium (He), Stickstoff (N2), Kohlensäure (CO2) u. a.Verwendung. Auch flüssige Metalle wie Natrium, Kalium, Blei, Bismutlegierungen wurden zur Kühlung eingesetzt. In der Auswahl der Kühlflüssigkeit spielt nicht nur die Wärmekapazität, sondern auch die Viskosität als Funktion von der Temperatur eine wichtige Rolle. Die kernphysikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur sind ebenfalls für den Einsatz als Kühlmittel von besonderer Bedeutung.

Hartmut Frey

Kapitel 4. Grundlagen und Modelle der spanenden Bearbeitung von CFK und artverwandter Faserverbundkunststoffe

Die Zerspanung von CFK und artverwandten Faserverbundkunststoffen erfordert aufgrund von deren Orthotropie eine Erweiterung der für isotrope Werkstoffe bekannten Grundlagen und Modelle. Entsprechend werden der Orthogonalschnitt ergänzt sowie die Eingriffsverhältnisse und Kinematik beim Fräsen, Sägen, Bohren und Schleifen im schrägen Schnitt mit schaft- und scheibenförmigen Werkzeugen beschrieben. Die technologischen Grundlagen der FVK-Zerspanung werden getrennt für die Verfahren mit definierter und mit undefinierter Schneide erläutert. Behandelt werden jeweils der Trennmechanismus, die im Trennprozess erzeugten Spanpartikel und Emissionen, die Kräfte, die Energieumsetzung und Temperaturen, die Werkzeugverschleißmechanismen sowie die mit Zerspan- und Schleifverfahren herstellbare Werkstückqualität. Zur Analyse von FVK-Zerspanprozessen werden spezifische Versuchstechniken und Messmethoden vorgestellt.

Wolfgang Hintze

Kapitel 5. Technologien zur Zerspanung von CFK, artverwandter Faserverbundkunststoffe und hybrider Schichtverbunde

Die Anwendung von Zerspantechnologien mit definierter Schneide für CFK und artverwandte Werkstoffe erfordert Kenntnisse der Zerspanbarkeit des zu bearbeitenden Werkstoffs, die Wahl eines geeigneten Schneidstoffs sowie die verfahrensspezifische Auslegung von Prozess und Werkzeug. Die Zerspanbarkeit umfasst die Zerspankraft und Energieumsetzung, den Verschleiß des Werkzeugs bzw. dessen Schneidhaltigkeit, die im Zerspanprozess erzeugten Abtragspartikel und Emissionen sowie die erreichbare Werkstückqualität. Als Systemeigenschaft bezieht sich die Zerspanbarkeit auf das betrachtete Zerspanverfahren sowie typische Bauteilgeometrien und Prozessparameter. Exemplarisch wird der Einfluss der Werkstoffparameter beim Umfangsfräsen von FVK-Schalenbauteilen beschrieben. Zur Zerspanung von Faserverbundkunststoffen sowie Hybridwerkstoffen aus Faserverbundkunststofffen und Leichtmetallen werden Hartmetalle aus Wolframkarbid und Kobalt, die ggf. beschichtet sind, sowie Diamantschneidstoffe eingesetzt, die in ihren Eigenschaften erläutert werden. Für die in der FVK-Zerspanung bedeutsamsten Verfahren Fräsen und Bohren werden wichtige Wirkzusammenhänge zwischen den jeweiligen Eingangsgrößen Werkzeug, Bearbeitungsparameter, Bauteil und Aufspannsituation sowie den Ausgangsgrößen Produktivität, Werkzeugkosten, Prozesssicherheit, Werkstückqualität und Arbeitsschutz dargestellt. Beim Bohren wird aufgrund seiner Bedeutung für die Herstellung von mechanischen Fügeverbindungen von Faserverbundkunststoffen und Leichtmetallen auch auf die Zerspanbarkeit von Aluminium und Titan sowie auf besondere Verfahrensvarianten für hybride Werkstoffe wie das Orbitalbohren und das Spechtbohren eingegangen.

Wolfgang Hintze

Kapitel 3. CFK und artverwandte Faserverbundkunststoffe

CFK als endlos faserverstärkter Kunststoff besitzt für Hochleistungsanwendungen des Leichtbaus eine überragende Bedeutung, während artverwandte Faserverbundkunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe, in den Volumenmärkten vorherrschen. Wesentliche Bestimmungsgrößen faserverstärkter Kunststoffe (FVK) sind die Faserart, die duroplastische oder thermoplastische Matrix, der Faservolumenanteil, die textile Vorverarbeitung der Fasern sowie der Lagenaufbau. Damit lassen sich endlos- bzw. langfaserverstärkte Faserverbundkunststoffe den funktionalen Anforderungen der jeweiligen FVK-Bauteile individuell anpassen. Bei deren Bearbeitung verdient neben den Werkstoffeigenschaften zudem die Steifigkeit der im Allgemeinen dünnwandigen FVK-Bauteile eine besondere Beachtung. Um das Elastizitäts- und Festigkeitsverhalten endlos faserverstärkter Kunststoffe bei der mechanischen Bearbeitung zu beschreiben, wird das räumliche Modell der unidirektionalen Faserverbundschicht herangezogen, die sich durch Orthotropie und transversale Isotropie auszeichnet. Für das Werkstoffversagen einer unidirektionalen Faserverbundschicht im mechanischen Trennprozess sind nach dem Modell von Puck unterschiedliche Beanspruchungsarten, Versagensmodi und Werkstoffparameter maßgeblich, die sich aus dem Zusammenwirken der Normal- und Schubspannungen ergeben. Das äußerst unterschiedliche thermische Verhalten von Fasern und Matrix beeinflusst bei mechanischen und thermischen Trennverfahren den Wirkmechanismus der Werkstofftrennung sowie die erreichbare Bauteilqualität.

Wolfgang Hintze

Kapitel 2. Geologische Prinzipien

In diesem Kapitel werden die wichtigsten geologischen Prinzipien vorgestellt. Zunächst wird die historische Entwicklung geologischer Perspektiven erläutert. Darauf aufbauend werden Themen der allgemeinen, regionalen und historischen Geologie angeschnitten. Für die Ingenieurgeologie von besonderer Bedeutung ist das tektonische Inventar, das im Rahmen der Gebirgsbildung (Orogenese) entsteht und zu dem Falten, Verwerfungen und Klüfte zählen.

Dieter D. Genske

Kapitel 14. Horizonte

In diesem Kapitel wird, aufbauend auf aktuellen Aufgaben, ein Fenster in die Zukunft der Ingenieurgeologie geöffnet. Zunächst wird die Problematik der schwindenden Ressourcen diskutiert und in aller Kürze dargestellt, wie diese nachhaltig und effizient zu nutzen sind. Dabei wird besonders auf die Ressource „Boden“ eingegangen.

Dieter D. Genske

Spannungsermittlung in beschichteten Bremsscheiben mittels FEM-Simulation

Beschichtete Bremsscheiben erlangen im derzeitigen automobilen Umfeld eine immer größere Bedeutung. Neben der Markteinführung der iDisc von Buderus [1] arbeiten OEMs, Zulieferer und Forschungsinstitute an unterschiedlichen technischen Lösungen für beschichtete Bremsscheiben. Zu den Vorteilen gegenüber konventionellen Graugussbremsscheiben zählen insbesondere die Korrosionsbeständigkeit der Reibflächen, die i. d. R. geringere Bremsstaubemission und die wesentlich längere Lebensdauer der Scheibe. Eine große Herausforderung besteht darin, Rissbildungen und daraus resultierende Delamination der Beschichtung bei thermischer und mechanischer Last zu vermeiden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Grundkörper und Beschichtung wird sich bei thermischer Last eine Spannungsverteilung in der Bremsscheibe einstellen. Diese Verteilung zu simulieren und zu bewerten ist Ziel dieses Artikels.Im Ersten Schritt werden die Parameter der Simulationen festgelegt. Dazu zählen die Abmessungen der Bremsscheiben, Schichtdicken, und Materialkombinationen. Anschließend werden verschiedene Lastfälle erstellt und die Simulationen durchgeführt. Im letzten Schritt erfolgt die Auswertung und Interpretation der Ergebnisse.Im Hauptergebnis wird die Spannungsverteilung in der Bremsscheibe unter thermischer Last dargestellt. Dies wird für verschiedene Schichtdicken und Materialien beschrieben. Es soll ebenfalls eine Bewertung vorgenommen werden, in wie fern sich der eingestellte Spannungszustand als kritisch für die Funktion der Bremsscheibe erweist.Für die Simulationen wird die Bremsscheibengeometrie als ideal angenommen. Eine Schwierigkeit besteht darin, die Anbindung von der Beschichtung zum Grundkörper korrekt zu modellieren. Hier werden Vereinfachungen getroffen werden müssen. Des Weiteren unterliegen FEM-Simulationen einer gewissen numerischen Ungenauigkeit.

M. Sc. Falko Wagner, Univ.-Prof.Dr.-Ing. Ralph Mayer

Frequenz- und Modalanalyse laserbeschichteter Bremsscheiben

Zu den am stärksten beanspruchten Teilen eines Fahrzeugs gehören Bremsscheiben. Bei entsprechendem Verschleiß kann eine hohe Umweltbelastung durch Feinstaub entstehen. Ein Trend ist die Minimierung der Korrosions- und Verschleißneigung der Graugussbremsscheibe durch Beschichtungen. Mit dem Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA) können erstmals schnell und wirtschaftlich Verschleiß- und Korrosionsschutzschichten auf Bremsscheiben aufgebracht werden. Durch den Einsatz entsprechender Beschichtungsmaterialien sollen die Bremsstaubemissionen um bis zu 50 % reduziert werden, um den aktuellen Bestrebungen der Regulierung von Non-Exhaust-Emissions zu folgen. Neben Beschichtungen im Metall-Matrix-Verbund mit eingebetteten keramischen Hartstoffen (1.4404 mit WC, TiC) werden mittels EHLA auch hartstofffreie Beschichtungswerkstoffe (1.4404, X445CrMoSiMnV, X15CrNiMo) aufgetragen.Die Betrachtung der gesamten Fahrzeugakustik ist innerhalb des Fahrzeugentstehungsprozesses ein wichtiger Schritt zur Sicherstellung, dass störende Geräusche und Schwingungen den Fahrkomfort nicht beeinträchtigen. Ein Großteil der Schwingungen und Geräusche, die während eines Bremsereignisses auftreten, können, auch mit Blick auf die fortschreitende Elektrifizierung des Antriebes, nicht mehr durch das Motorgeräusch überdeckt werden. Um zu gewährleisten, dass die mit dem neuartigen EHLA-Verfahren beschichteten Bremsscheiben keine den Fahrkomfort einschränkenden Geräusche verursachen, müssen die Bremsscheiben hinsichtlich ihrer Eigenfrequenzen und ihres Dämpfungsverhaltens untersucht und validiert werden.

M.Sc. Hannes Gurk, M.Sc. Matthias Brucki, Univ.-Prof.Dr.-Ing. Ralph Mayer

Kapitel 11. Die Karosserie als Integrator aller Elemente – schön, leicht, geräumig, resilient

Ein Automobil ist zuallererst Design.

Cornel Stan

10. Ausführen

Es wird auf wichtige Aspekte der Ausführung von typischen Arbeiten des Erd-, Fels-, Grund- und Spezialtiefbaus eingegangen. Diese Arbeiten werden mit oft mit Spezialmaschinen durchgeführt, die teilweise auch größere Baustelleneinrichtungen erfordern. Es werden spezielle Techniken erläutert, mit denen Baugrubenwände abgestützt, Grundwasser gehoben oder abgesperrt und der Baugrund verbessert wird.

Konrad Kuntsche, Sascha Richter

13. Aus Schaden wird man klug (?)

Zur Beweiserhebung und zur Klärung strittiger technischer Zusammenhänge werden von den Gerichten Sachverständige beauftragt, die entsprechende Gutachten anfertigen. Es werden die einzelnen Arbeitsschritte zur Erstellung derartiger Gutachten erläutert. Es wird dargelegt, welche Hilfsmittel bei Ortsterminen nützlich sind und worauf man bei der Durchführung achten sollte. Zur Schadensanalyse und zum Abfassen von Gutachten werden einige Hinweise gegeben. Beispiele runden das Thema ab.

Konrad Kuntsche, Sascha Richter

3. Bauteile der Solaranlage

Schon in Abb. 1.3 auf S. 3 war zu sehen, dass eine Solaranlage nicht nur aus den Kollektoren besteht. Neben dem Wärmespeicher als Bindeglied zur konventionellen Anlagentechnik werden Wärmeübertrager, Umwälzpumpen, Rohrleitungen und eine Regelung benötigt. Das folgende Kapitel erläutert die Funktion und Bauarten der wichtigsten Komponenten.

Thomas Schabbach, Pascal Leibbrandt

Einflüsse von Achs- und Bremsdesign auf die Charakteristik des Bremsenknarzens

Bremsenknarzen ist ein niederfrequentes Bremsgeräusch und -schwingphänomen, welches durch nichtlineare Eigenschaften des Reibkontakts der Bremse selbsterregt entsteht. Wiederholte Haft-Gleit (Stick-Slip) Übergänge im Reibkontakt zwischen Bremsbelägen und Scheibe (bzw. Trommel) führen dabei zu intensiven Schwingungen von Achs- und Bremssystem. Diese Schwingungen und der daraus resultierende Luftschall werden als störendes Bremsenknarzen wahrgenommen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Einflüsse der verschiedenen Achs- und Bremsbauteile anhand der auftretenden Schwingmuster während Bremsenknarzen analysiert und diskutiert. Experimentelle Methoden wie Matrixtests, Betriebsschwingungsanalysen oder High-Speed-Videoaufnahmen sowie simulative Methoden wie komplexe Eigenwertanalysen und direkte Zeitintegrationsmethoden kommen dafür zum Einsatz. Die Untersuchungen, durchgeführt an zwei verschiedenen Achssetups, liefern ein umfassendes Bild der Mechanismen während verschiedener Knarzphänomene: Längs- und Rotationsbewegungen der Achse dominieren das Bewegungsverhalten. Abschließend liefert eine Bewertung der Einflüsse der Viertelfahrzeug-Komponenten eine wertvolle Hilfe bei der Bekämpfung von Knarzproblemen. Sowohl in der Modellbildung als auch für das Verständnis und die Durchführung von experimentellen Untersuchungen können die vorgestellten Resultate für eine Verbesserung des Geräuschkomforts und damit auch für die Qualität eines Automobils genutzt werden.

Severin Huemer-Kals, Manuel Pürscher, Peter Fischer

9. Vakuum-Physik

Dieses Kapitel ist der Vakuum Technologie gewidmet, einem Gebiet, das für die Entwicklung der modernen Atom- Kern- und Elementarteilchen-Physik von nicht zu überschätzender Bedeutung war. Nach der Erklärung der wichtigsten Grundbegriffe werden Methoden zur Erzeugung und Messung von Vakua vorgestellt und die Gründe für die Begrenzung bei der Erreichung tiefster Drücke erläutert. Die verschiedenen Pumpentypen werden vorgestellt und die für die Messung der Vakua optimalen Messgeräte erläutert.

Wolfgang Demtröder

14. Cobaltgruppe: Elemente der neunten Nebengruppe

Dieses Kapitel beschreibt die Eigenschaften, Vorkommen, Herstellverfahren und Anwendungen der Elemente der neunten Nebengruppe des Periodensystems (Cobalt, Rhodium, Iridium, Meitnerium) mit ihren wichtigsten Verbindungen. Cobalt wurde 1735 entdeckt, Rhodium und Iridium Anfang des 19. Jahrhunderts. 1982 konnten die ersten Atome des Meitneriums erzeugt werden.Auch bei Rhodium und Iridium ist noch die Auswirkung der Lanthanoidenkontraktion zu beobachten. Die jeweiligen physikalischen Eigenschaften dieser zwei Elemente unterscheiden sich deutlich, kaum aber die chemischen. Die Eigenschaften des Cobalts dagegen weichen von denen der zwei „edlen“ Platinmetalle Rhodium und Iridium deutlich ab, so zeigt Cobalt ein negatives Normalpotenzial sowie niedrigere Dichten, Schmelz- und Siedepunkte. Bei Cobalt ist die Oxidationsstufe +2 die stabilste, bei Rhodium +3 und bei Iridium +4. Kürzlich gelang die Erzeugung von Iridium-VIII- und IX-Verbindungen.Cobaltverbindungen finden schon lange Verwendung in hitzebeständigen Pigmenten sowie zur Bemalung von Porzellan und Keramik. Cobalt erhöht als Bestandteil von Stählen deren Verschleiß- und Hitzefestigkeit. Seine magnetischen Eigenschaften bedingen die Anwendung in Datenträgern.Rhodium findet sich hauptsächlich in Katalysatoren und Schmuckgegenständen. Am Edelmetall Iridium stieg der weltweite Bedarf in den letzten Jahren deutlich, unter anderem bewirkt durch neue Produktionsverfahren der Elektronikindustrie. Es geht in Zündkerzen für in der Luft- und Raumfahrt verwendete Antriebsmotoren, außerdem in einige Katalysatoren für chemische Synthesen.Meitnerium kommt nicht in der Natur vor und ist nur auf künstlichem Wege durch Kernfusion zugänglich.

Hermann Sicius

19. Radioaktive Elemente: Actinoide

In diesem Kapitel werden ausführlich die ActinoideActinoiden mit ihren wichtigsten Verbindungen beschrieben. Diese insgesamt vierzehn Elemente sind alle radioaktiv, und nur einige von ihnen wie Thorium oder Uran kommen in der Natur vor. Die meisten Actinoide sind nur auf künstlichem Weg darstellbar. Es werden ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften, ihr Vorkommen, bedeutsame Herstellverfahren, Anwendungen und Patente aufgeführt.

Hermann Sicius

13. Eisengruppe: Elemente der achten Nebengruppe

Die Elemente der achten Nebengruppe (Eisen, Ruthenium, Osmium und Hassium) sind zueinander physikalisch und chemisch relativ ähnlich. Auch bei Ruthenium und Osmium wirkt sich die Lanthanoidenkontraktion noch aus. In ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich die Platinmetalle Ruthenium und Osmium schon relativ deutlich, aber nur wenig in Bezug auf ihre chemischen Eigenschaften. Eisen weicht dagegen hinsichtlich seines unedlen Charakters und seiner niedrigeren Dichten, Schmelz- und Siedepunkte von Ruthenium, Osmium und wohl auch Hassium deutlich ab. Die Elemente dieser Gruppe können maximal acht äußere Valenzelektronen (jeweils zwei s- und sechs d-Elektronen) abgeben, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Bei Eisen ist die Oxidationsstufe +3 die stabilste, bei Ruthenium +4, bei Osmium sowie Hassium +8.Die Entdeckung des Eisens erfolgte schon 3000 v. Chr. in Mesopotamien, wogegen Osmium und Ruthenium in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckt wurden. Die Erstdarstellung von Atomen des Hassiums gelang 1984.

Hermann Sicius

5. Pnictogene: Elemente der fünften Hauptgruppe

Dieses Kapitel präsentiert Ihnen eine kompakte, umfassende Übersicht über die Pnictogene. Diese in chemischer Hinsicht vielseitigen Elemente können in zahlreichen Oxidationsstufen auftreten. Ihr Charakter reicht von nichtmetallisch (Stickstoff, teils auch Phosphor) über halbmetallisch (Arsen, Antimon) bis metallisch (Bismut und Moscovium). Antimon ist schon seit einigen tausend Jahren bekannt, Arsen seit etwa 800, Phosphor seit 350 und Stickstoff sowie Bismut auch schon seit 250 Jahren. Selbst Moscovium ist in seinen Grundzügen seit 15 Jahren beschrieben. Eine offenbar „alte“ Elementenfamilie also? Keineswegs! Ständig erhalten Forscher und Anwender neue Ergebnisse, es gibt derart viele Anwendungen, so dass wir hier nur das Wichtigste berichten können.

Hermann Sicius

18. Seltenerdmetalle: Lanthanoide und dritte Nebengruppe

In diesem Kapitel werden ausführlich die Elemente der dritten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie die der LanthanoideLanthanoideVerwendungn („SeltenerdmetalleSeltenerdmetalleVerwendung“) mitsamt ihrer wichtigsten Verbindungen beschrieben. Diese insgesamt achtzehn Elemente sind Bestandteil vieler Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs und in technologischer Hinsicht für die Zukunft unverzichtbar. Wir führen ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften, ihr Vorkommen, bedeutsame Herstellverfahren, Anwendungen und Patente auf.

Hermann Sicius

2. Erdalkalimetalle: Elemente der zweiten Hauptgruppe

Alle Elemente dieser Gruppe, von Beryllium bis Barium, wurden vor rund 200 Jahren entdeckt, und Radium auch bereits Ende des 19. Jahrhunderts. Magnesium, Calcium und auch Barium kommen sehr häufig in der Erdkruste vor; dagegen sind Beryllium und Strontium wesentlich seltener. Radium ist eines der Zerfallsprodukte natürlich vorkommenden Urans und in Uranerzen daher immer, wenn auch nur in geringsten Spuren, enthalten.Die Elemente dieser Gruppe sind zwar sämtlich Metalle, zeigen aber deutliche Abstufungen ihrer Eigenschaften. Die „echten“ Erdalkalimetalle Calcium, Strontium, Barium und Radium zeigen die typische hohe Reaktionsfähigkeit gegenüber Wasser, Säuren und Nichtmetallen, wogegen diese bei Magnesium nur noch abgeschwächt und bei Beryllium in wesentlich geringerem Ausmaß zu sehen sind.

Hermann Sicius

10. Vanadiumgruppe: Elemente der fünften Nebengruppe

Dieses Kapitel beschreibt die chemischen und physikalischen Eigenschaften, Vorkommen, Herstellverfahren, Anwendungen und Patente der Elemente der fünften Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit ihren wichtigsten Verbindungen. Vanadium ist Bestandteil einer Reihe widerstandsfähiger und harter Stähle, wogegen man aus den harten und chemisch relativ inerten Metallen Niob und Tantal hochschmelzende Legierungen für besondere Anwendungen herstellt. Isotope des Dubniums kommen in der Natur nicht vor und können ausschließlich auf künstlichem Weg erzeugt werden.

Hermann Sicius

15. Nickelgruppe: Elemente der zehnten Nebengruppe

Dieses Kapitel beschreibt die Vorkommen, Herstellverfahren, Eigenschaften und Anwendungen der Elemente der zehnten Nebengruppe des Periodensystems (Nickel, Palladium, Platin und Darmstadtium) und ihre wichtigen Verbindungen. Nickel wurde 1751 entdeckt, Palladium 1803, und Platin dagegen war zumindest in legierter Form schon in Altägypten bekannt. 1994 konnten die ersten Atome des Darmstadtiums erzeugt werden.Auch beim Elementenpaar Palladium und Platin erkennt man noch die Auswirkung der Lanthanoidenkontraktion. Die jeweiligen physikalischen Eigenschaften dieser zwei Elemente unterscheiden sich schon deutlich, nicht aber die chemischen. Die Eigenschaften des Nickels weichen aber von denen der zwei „edlen“ Platinmetalle Palladium und Platin deutlich ab, so zeigt Nickel ein negatives Normalpotenzial sowie niedrigere Dichten, Schmelz- und Siedepunkte. Bei Nickel ist die Oxidationsstufe +2 die stabilste, Palladium und Platin treten jeweils mit der Oxidationsstufe +2 und +4 auf.Palladium und Platin setzt man vielfach in Katalysatoren, auch in solchen zur Reinigung von Autoabgasen, ein. Nickel ist wesentlicher Bestandteil korrosionsfester Stähle.

Hermann Sicius

12. Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe

Dieses Kapitel beschreibt die chemischen und physikalischen Eigenschaften, Vorkommen, Herstellverfahren, Anwendungen und Patente der Elemente der siebten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit ihren wichtigsten Verbindungen. Reines Mangan nutzt man technisch zwar kaum, aber sehr große Mengen werden mit Stahl zu Ferromangan legiert, das wesentlich härter und korrosionsbeständiger als Stahl ist. Mangan-IV-oxid geht in großem Umfang in Alkali-Mangan-Batterien.Technetium entsteht in Kernreaktoren in Mengen einiger t/a durch Spaltung des Uranisotops 23592U. Den größten Teil des gewonnenen Technetiums verwendet man als Radiotherapeutikum. Dessen wichtigstes Isotop ist 99m43Tc, dessen kurze Halbwertszeit, weiche γ-Strahlung und die Fähigkeit, sich an im menschlichen Körper vorhandene Moleküle anzulagern, es als Tracer für die Szintigrafie prädestinieren. Ammonium- oder Kaliumpertechnetat sind wirksame Rostschutzmittel für Stahl.Rhenium ist oft in Legierungen mit Nickel zu finden, die gegen Ermüdungsbrüche widerstandsfähig sind. Außerdem ist es in Katalysatoren enthalten.Bohrium kommt nicht in der Natur vor; alle seine Isotope sind radioaktiv und müssen künstlich erzeugt werden. Bei der offiziell erstmaligen Herstellung des Elements 1981 wurden fünf Atome des Isotops 262107Bh erhalten.

Hermann Sicius

3. Erdmetalle: Elemente der dritten Hauptgruppe

Alle Elemente der dritten Hauptgruppe (Borgruppe oder Erdmetalle), mit Ausnahme des vor etwa zehn Jahren erstmals erzeugten Nihoniuims, wurden erst im 19. Jahrhundert entdeckt. Obwohl Aluminium das am häufigsten vorkommende Metall ist, blieb es in elementarer Form lange verborgen. Gallium, Indium und Thallium sind dagegen sehr selten.Die Elemente dieser Gruppe ändern ihren Charakter teils stark von Halbmetall (Bor) über das allgegenwärtige, metallische Aluminium hin zu tiefschmelzenden Schwermetallen (Gallium, Indium und Thallium) und zu einem möglicherweise leichtflüchtigen und gelegentlich anionisch auftretenden Metall (Nihonium).

Hermann Sicius

17. Zinkgruppe: Elemente der zweiten Nebengruppe

Die Eigenschaften der Elemente der zweiten Nebengruppe (Zink, Cadmium, Quecksilber, Copernicium) sind relativ ähnlich. Cadmium steht in seinen Eigenschaften zwischen Zink und Quecksilber. Zink und Cadmium haben negative Normalpotenziale und sind damit unedle Metalle, wogegen Quecksilber ein Halbedelmetall ist. Die Elemente dieser Gruppe geben meist ein oder zwei äußere Valenzelektronen ab, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Bei Zink und Cadmium sind die Oxidationsstufen +2 am stabilsten, bei Quecksilber +1 und +2. Für das höchste Element dieser Nebengruppe, das Copernicium, konnten bisher kaum chemische Untersuchungen durchgeführt werden. Es ist zu erwarten, dass es sich chemisch ähnlich wie Quecksilber verhält.Zink als Element kennt man seit dem 17. Jahrhundert, Cadmium seit 1817, wogegen Quecksilber schon in der Antike bekannt war. Die erstmalige Darstellung von Atomen des Coperniciums gelang 1996.

Hermann Sicius

9. Titangruppe: Elemente der vierten Nebengruppe

In diesem Kapitel werden die Elemente der vierten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit ihren wichtigsten Verbindungen beschrieben. Vor allem ist Titan Bestandteil vieler Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs und in technologischer Hinsicht für die Zukunft unverzichtbar, aber auch Zirconium und Hafnium gehen in viele Anwendungen. Es werden ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften, ihr Vorkommen, bedeutsame Herstellverfahren, Anwendungen und Patente aufgeführt.

Hermann Sicius

4. Kohlenstoffgruppe: Elemente der vierten Hauptgruppe

Die Elemente der Kohlenstoffgruppe, also die der vierten Hauptgruppe, haben stark voneinander abweichende Eigenschaften. Die Atome dieser Elemente nehmen entweder vier Elektronen auf oder geben meist zwei oder vier ab, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen.Kohle und damit Graphit ist seit vorgeschichtlicher Zeit bekannt, und Diamant als zweite wichtige Modifikation des Kohlenstoffs ist bereits in chinesischen Quellen aus dem 3. Jahrtausend vor Christus erwähnt. Seit der Bronzezeit kennen die Menschen Blei, Zinn auch schon seit 6000 Jahren. Dass Sand Silicium zugrunde liegt, wissen wir aber erst seit etwa 200 Jahren, und Germanium wurde ebenfalls erst 1886 beschrieben. Atome des Fleroviums konnten 1999, also noch im letzten Jahrtausend, dargestellt werden. Wir haben also eine lange bekannte Familie von Elementen vor uns.Das Nichtmetall Kohlenstoff ist in seiner Modifikation Graphit ein hochschmelzender Feststoff, ebenso die Halbmetalle Silicium und -mit Abstrichen- Germanium. Zinn und Blei, die metallischen Vertreter dieser Gruppe, weisen dagegen tiefe Schmelzpunkte auf. Flerovium ist möglicherweise sogar ein leicht flüchtiges Halbedelmetall.

Hermann Sicius

11. Chromgruppe: Elemente der sechsten Nebengruppe

Dieses Kapitel beschreibt die chemischen und physikalischen Eigenschaften, Vorkommen, Herstellverfahren, Anwendungen und Patente der Elemente der sechsten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit ihren wichtigsten Verbindungen. Chrom findet man als Legierungsbestandteil in harten und widerstandsfähigen Stählen, Verbindungen des Chrom-VI jedoch in der galvanischen und lederverarbeitenden Industrie. Molybdän und Wolfram gehen in harte und hochschmelzende Legierungen, ihre Nitride und Carbide sind aber vor allem für die Elektronikindustrie wichtig. Isotope des Seaborgiums kommen in der Natur nicht vor und können ausschließlich auf künstlichem Weg erzeugt werden.

Hermann Sicius

16. Kupfergruppe: Elemente der ersten Nebengruppe

Dieses Kapitel stellt Vorkommen, Gewinnung, Eigenschaften, Anwendungen und Verbindungen der Elemente der ersten Nebengruppe (Kupfer, Silber, Gold, Roentgenium), deren physikalische und chemische Eigenschaften relativ ähnlich sind, ausführlich vor. Kupfer, Silber und Gold sind alle bereits seit Jahrtausenden bekannt. 1994 wurde das erste Atom des Roentgeniums erzeugt.Beim Elementenpaar Silber und Gold ist die Lanthanoidenkontraktion nur noch schwach erkennbar. Die jeweiligen physikalischen Eigenschaften von Kupfer, Silber und Gold sind bis auf die vom Kupfer zum Gold zunehmende Dichte relativ ähnlich, dafür nimmt, wie bei den Elementen der vierten bis zehnten Nebengruppe, die Reaktivität vom Kopfelement (hier: Kupfer) zum schwersten Gruppenmitglied (hier: Gold) hin ab. Auch Kupfer ist aber schon ein Halbedelmetall. Bei Kupfer sind die Oxidationsstufen +1 und +2 am stabilsten, bei Silber +1 und bei Gold +1 und +3.

Hermann Sicius

7. Hinweise zu Stufen der Kostenermittlungen

Klaus D. Siemon, Raphael Speckhals, Anna Siemon

3. Handlungsfelder des Produktionsmanagements

In diesem Kapitel erfolgt die Beschreibung der vielschichtigen Handlungsfelder eines ganzheitlichen Produktionsmanagements. Die Basis hierfür sind die Beschreibungen des strategischen Rahmens des Produktionsmanagements, der in Kap. 2 gegeben wird. Basierend darauf folgen nun die Beschreibungen zu dem Technologiemanagement, dem Ganzheitlichen Produktionssystem, dem Ganzheitlichen Produktentstehungssystem, der Führung in Ganzheitlichen Produktionssystemen, der Produktionsplanung und -steuerung, dem Logistikmanagement, dem Supply Chain Management, den Knocked-Down-Verfahren, dem Industriellen Qualitätsmanagement, dem Instandhaltungsmanagement, dem Facility Management, der Ressourceneffizienten Fabrik sowie dem Human Resource Management. Jedes dieser genannten Handlungsfelder wird zunächst theoretisch beschrieben und anschließend durch einen thematischen Praxisbeitrag ergänzt. Damit sollen anwendungsorientierte Einblicke in die praktische Umsetzung des ganzheitlichen Produktionsmanagements gegeben werden.

S. Anders, H. Biedermann, Y. Dix, U. Dombrowski, K. Franz, A. Gemeiner, U. Gerkens, T. Hoffmann, P. Huke, C. Intra, H. Knake, P. Krenkel, M. Meeser, T. Mielke, H. Nottbohm, F. Nyhuis, D. Opritescu, K. Patzelt, T. Rennemann, T. Richter, J. Wullbrandt, T. Zahn

Kapitel 22. Einbruchmeldeanlagen (EMA)

Während heute genau festgelegt ist, was eine Einbruchmeldeanlage sichern soll, hat man sich in früheren Zeiten gerne der Aufmerksamkeit von Tieren bedient, meist mit dem gleichen Effekt wie bei einer hochprofessionellen EMA (EinbruchMeldeAnlage).

Adam Merschbacher

Kapitel 1. Technologien

Der Übergang zu einer regenerativen Energieversorgung entspringt keineswegs einer ökologisch-romantischen Vorstellung, sondern ist von sachlichen Notwendigkeiten geprägt. Interessanterweise gehen technische und soziale Aspekte dabei Hand in Hand: Das Ausbeuten endlicher Vorräte an Energieträgern führt zwangsläufig zur Anreicherung von Abgasen in der Atmosphäre und nichtflüchtigen Abfallstoffen im Meer. Beide Vorgänge finden langsam und schleichend statt, sodass sie nach menschlichem Empfinden kaum wahrzunehmen sind. Auch die Folgen für Klima und Landnutzung, Nahrungsketten und Gesundheit sind nur auf langen Zeitskalen zu beobachten. Doch gerade das schleichende Fortschreiten birgt die Gefahr, dass die an sich bekannten Bedrohungen gegenüber der Tagespolitik und kurzatmigen Schlagzeilen ins Hintertreffen geraten. Am Beispiel der Energieklippe (Abschn. 2.2.4) wird deutlich, wie ein allmählicher Prozess abrupt in eine Katastrophe münden kann – technisch wie sozial:

Christian Synwoldt

Kapitel 11. Verbrennung

Wärme wird überwiegend durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Steinkohle, Braunkohle, Mineralölprodukte und Erdgas erzeugt; daneben haben für wärmetechnische Prozesse auch die Kernspaltung sowie die Nutzung von Biomassen und von Solarenergie Bedeutung. In diesem Abschnitt steht die Berechnung von Verbrennungsvorgängen von fossilen Energieträgern und von Biomassen im Mittelpunkt.

Martin Dehli

2. Passive Bauelemente

Elektronische Schaltungen enthalten neben den aktiven Bauteilen, meist Transistoren, auch passive Bauteile. Das sind Widerstände (R), Kondensatoren (C), Induktivitäten (L) und Dioden (D). Alle Teile gibt es in großer Vielfalt in einem großen Werte- und Leistungsbereich.Die verschiedenen Ausführungsformen werden vorgestellt, Aufbau und die jeweils besonderen Eigenschaften werden beschrieben. Die ständige Tendenz zur Miniaturisierung wird ebenso berücksichtigt wie Sonderbauformen und besondere Werkstoffe, die bestimmte Eigenschaften erst ermöglichen. Spezielle Keramiksorten führen zu preisgünstigen Teilen für vielfältige Anwendungen. Normreihen für die Werte sorgen für eine gleichmäßige Abdeckung des Bedarfs.Die erwünschte oder unerwünschte Temperaturabhängigkeit der Werte wird ebenso beschrieben wie die Zuverlässigkeit und Ausfallursachen der Teile. Aufgrund der ständig steigenden Anzahl der Bauelemente und der dadurch sinkenden Zuverlässigkeit aller Schaltungen, ist eine hohe Zuverlässigkeit wichtig. Diese Aussagen gelten im Prinzip auch für aktive Teile und integrierte Schaltungen.

Prof. Dr. rer. pol. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Ekbert Hering, Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. Rolf Martin, Dr. Julian Endres

3. Aktive Bauelemente

Transistoren und Dioden sind die wichtigsten Halbleiterbauteile aus denen elektronische Schaltungen, integrierte analoge und digitale Schaltungen, aufgebaut sind.Aufbau, Wirkungsweise und Eigenschaften werden beschrieben. Dazu zählen die bipolaren Transistoren die Feldeffekttransistoren (FET) und die MOSFET. Letztere haben im Leistungsbereich eine zunehmende Bedeutung. Der größte Teil widmet sich der Schaltungstechnik. Der Leser lernt die für den Anwendungsfall geeigneten Transistoren und die günstigste Schaltung auszuwählen und zu dimensionieren.Auch wenn die Bedeutung diskret aufgebauter Schaltungen zugunsten der integrierten Schaltungen abnimmt, erklären sie die Arbeitsweise mit Vor- und Nachteilen. Für viele Sonderfälle kann eine Schaltung speziell entwickelt und ausgelegt werden. Hinweise zur praktischen Entwicklungsarbeit runden das Wissen ab.Quarze und Quarzoszillatoren sind genaue und preisgünstige Schwingungserzeuger. Neben der Wirkungsweise werden typische Eigenschaften, Fehlermöglichkeiten und Temperaturverhalten erläutert. Die Verfahren zur Entwicklung von Präzisionsoszillatoren für höchste Anforderungen werden dargestellt.

Dr. Julian Endres, Harald Rudolph

Kapitel 2. Thermomanagement in Kraftfahrzeugen

Das Thermo- oder Wärmemanagement in einem modernen Kraftfahrzeug bietet Optimierungspotenziale für den energieeffizienten Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Je nach Betriebszustand des Fahrzeugs müssen zeitgleich an unterschiedlichen Teilsystemen des Fahrzeugs Wärmeströme zu- oder abgeführt werden.

Sven Twenhövel

Kapitel 8. Unternehmensstrategische Herausforderungen

Unternehmen sind strategisch immer gefordert. Der Wettbewerb auf allen Märkten (für Produkte, Dienstleistungen, Arbeit bzw. Talente, Kapital, Technologien, Zwischenprodukte) sorgt dafür, dass Unternehmen nie ”ausruhen“ können. Gute Ideen—das heisst diejenigen, die sich auf den Märkten als gut erweisen—führen zu hohen Einkommen und erfreuen die an einem Unternehmen beteiligten Gruppen.

Christian Rutzer, Rolf Weder

Neue Ansätze zur Rückführung von Oberflächenmesswerten auf das Verhalten von zwei Zylinderlaufbahnen am Realhubtribometer

Optimierungen des Tribosystems Kolbengruppe/Zylinderlaufbahn werden durch weiter verfeinerte Fertigungsverfahren der Gleitreibpartner sowie neue Schmierstoffe in Aussicht gestellt. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Paarung Kolbenring/Zylinderlaufbahn. Für die Prototypenentwicklung verspricht zudem eine neue, anwendungsnahe Prüfmöglichkeit eine rasche Beurteilung von modifizierten Kontaktpartnern zur energetischen Wirksamkeit. Damit ist es möglich bereits vor motorischer Validierung eine Vielzahl von Einflussfaktoren zu betrachten. Herausforderung der kosteneffizienten Überprüfung der Industrialisierbarkeit ist es, Funktionseigenschaften auf fertigungstechnisch kontrollierbare Messmerkmale zurückzuführen und somit Hindernisse der seriellen Verwertung frühzeitig zu identifizieren und möglichst vor weiterer Validierung zu überwinden. Im Rahmen dieses Beitrages wird ein schnelllaufendes, oszillierendes Tribometer zur kurbelwellenwinkelaufgelösten Untersuchung verwendet und mit umfassender Oberflächenanalytik kombiniert. Dabei werden Grenzen herkömmlicher Beurteilung von Laufflächen nach gängigen Normen (ISO4287, ISO13565, VDA2009, ISO 25178) aufgezeigt und durch skalenübergreifende topologische Analyse der Oberflächengestalt sinnvoll ergänzt. Damit erschließt sich eine neue Möglichkeit zur Auflösung aktueller Konflikte aus "vielversprechenden“ Modelltests und motorischen Untersuchungen aus der Prototypenfertigung gegenüber kosteneffizienter serieller Fertigungstechnik am Beispiel der Zylinderlaufbahn.

Michael Bussas, Björn Michelberger, Benjamin Kröger

Bearings for eApplications - Wälzlagerlösungen für elektrifizierte Antriebssysteme

The use of a converter in variable-speed drives leads to parasitic effects like additional losses or electrical bearing currents. Damages due to fluting or WEC formation or a bad electromagnetic compatibility of the drive can be the result of too high currents. Various remedies are presented which lead to a reduction of the bearing currents. A good protection against circular currents is the use of insulating layers or a rolling bearing with ceramic rolling elements. In the case of high production volumes, a bearing with special plastic overmolded ring can be a more economical solution.However, insulation is not a good protection against EDM currents and can even increase the risk of these currents in drives with gearboxes. Effective countermeasures are brushes or carbon fiber rings. To avoid additional components the integration in the bearing is of interest. Therefore, Schaeffler developed a so-called shunt bearing that combines an electrically conductive element with a high-speed ball bearing to save space. Another integrated remedy is the use of a conductive grease. However, in e-mobility such greases are faced to high demands. Extensive testing of such grease candidates together with a rolling bearing manufacturer is advisable, also due to the lack of long-term experience.The creation of a design process against bearing-current-related damages is a basic prerequisite for an assessment of the necessity and effectiveness of remedies. The presented validation concept explains the steps required for this.

Jörg Loos, Sebastian Giehl, Manfred Tietz

Folgeschäden durch False-Brinelling in Radlagern durch geeignete Schmierfette vermeiden

False-Brinelling-Schäden, welche bspw. während des Transportes bei widrigen Umgebungsbedingungen in Radlagern entstehen, können zu einer erhöhten Geräuschemission und zur Lebensdauerreduzierung der Radlager führen. Um die Qualität, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Fahrzeuglagerungen zu erhöhen, sollten solche Schäden vermieden oder auf ein unschädliches Maß reduziert werden. Im Folgenden wird eine Prüfmethode vorgestellt, mit welcher die Eignung von Schmierfetten unter praxisnahen False-Brinelling-Bedingungen geprüft werden kann. Außerdem werden Versuchsergebnisse ausgewählten Schmierfetteigenschaften gegenübergestellt, so dass Empfehlungen für die Schmierfettauswahl und Schmierfettentwicklung gegeben werden können. Für ein tieferes Verständnis über die dominierenden Verschleißmechanismen beim False-Brinelling werden ein transientes 3D-FE-Simulationsmodell sowie ein exemplarisches Ergebnis vorgestellt, mit welchem sich die kontaktmechanischen Vorgänge in den Berührungsstellen zwischen der Kugel und den Laufbahnen erklären lassen.

Christian Schadow, Serhii Tetora, Dirk Bartel

5. Fahrwerk

Automobile sind Fahrzeuge, deren Bewegung auf einer vorgegebenen Oberfläche, in der Regel einer Fahrbahn, vom Fahrer in Längs- und Querrichtung sowie um die Hochachse (Gierachse) in bestimmten, vom Straßenverlauf oder physikalisch vorgegebenen Grenzen, frei bestimmt werden kann, wobei die Quer- und Gierbewegung eng miteinander gekoppelt sind. Hierbei können sich Eingriffe fahrdynamischer Regel- und Assistenzsysteme den Eingaben des Fahrers überlagern mit dem Ziel, das Verhalten des Fahrzeugs günstig zu beeinflussen bzw. den Fahrer zu unterstützen.In senkrechter Richtung zur Fahrbahnmuss das Automobil hingegen dem Straßenverlauf ohne aktiven Eingriff des Fahrers folgen (Berg- u. Talfahrt). Kurzwellige Fahrbahnunebenheiten sollten jedoch nur soweit auf das Fahrzeug übertragen werden, wie es die Fahrsicherheit, der Fahrerwunsch nach Fahrbahnkontakt und das subjektive Fahrkomfortempfinden erfordern.Das quer-, längs- und vertikaldynamische Verhalten eines Automobils wird durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt. In vielen Bereichen liegen nicht-lineare Zusammenhänge und komplexe Kopplungen der Zustandsgrößen vor. Daher stellt das Fahrwerk und in erweitertem Sinne die Fahrdynamik ein hoch interessantes Themengebiet dar, insbesondere wenn neben dem Fahrer in seiner Funktion als Zustandsbeobachter, Regler, Aktuator und subjektiver Beurteiler, auch Regelsysteme und Assistenzsysteme aktiv in fahrdynamische Funktionen eingreifen.

Dr.-Ing. Axel Pauly, Dipl.-Ing. Steffen Gruber, Dr.-Ing. Jan Sendler, Dipl.-Phys. Heiner Volk, Dipl.-Ing. Ludwig Seethaler, Dipl.-Ing. Michael Sattler, Dr.-Ing. Markus Viertlböck, Dr.-Ing. Erich Sagan, Dipl.-Ing. Martin Schwarz, Dipl.-Ing. Thomas Unterstraßer

6. Antriebe

In den über 100 Jahren des Gebrauchs von Kraftfahrzeugen hat sich der Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler und einer Anfahr-/Schaltkupplung als bevorzugtes Antriebskonzept durchgesetzt und behauptet. Im Spannungsfeld zwischen immer strikteren Emissionsgrenzwerten und steigenden Anforderungen bezüglich des Treibhausgasausstoßes findet aktuell allerdings wieder eine Diversifizierung des Antriebsstranges statt. Moderne Hubkolbenmotor-Technik für Otto- und Dieselmotoren prägen neben der Elektromobilität, den Hybridfahrzeugen und den Brennstoffzellenvarianten die absehbare Zukunft. Verbrennungsmotoren bilden für viele Fahrzeugmodelle noch längerfristig die Basis der Antriebsenergie, beinhalten sie doch noch immer, auch mittels alternativer Kraftstoffe, deutliche Entwicklungspotenziale. Abgasnachbehandlung, Aufladung und Optimierung der Nebenaggregate sind weitere wichtige Themen. Die Getriebevarianten werden immer zahlreicher, wie die Beispiele Doppelkupplungsgetriebe oder Allradantriebskonzepte zeigen. Für den Übergang in die fernere Zukunft zeichnet sich ein Wettkampf zwischen Elektroantrieben mit Energiespeichern und der Brennstoffzellentechnologie ab.

Dr.-Ing. Henning Baumgarten, Dr.-Ing. Marius Böhmer, Dipl.-Ing. Michael Hinz, Dr.-Ing. Martin Nijs, Prof. Dr.-Ing. Stefan Pischinger, Dipl.-Ing. Mike Souren, Dr. Matthias Thewes, Bernd Lindemann, Thomas Flecke, Axel König, Dr. Joschka Schaub, Dr. Markus Schönen, Dr.-Ing. Dominik Lückmann, Dr. Dennis Bönnen, Dipl.-Ing. Emmanuel Jean, Markus Huber, Dr. Klaas Kunze, Prof. Jakob Andert, Dr. Andreas Krings, René Scheer, Konstantin Etzold, Marc Klawitter, Dr. Michael Stapelbroek, Dr. rer.-nat. Jörg Kaiser, M.Sc. Mehdi Hosseininasab, M. Sc. Alexander Sauer, Prof. Rick W. De Doncker, Jochen Henn, Dipl.-Ing. (FH) Peter Antony, Christoph Schildhauer, Dr. Andreas Haag, Dr. Christian H. Mohrdieck, Dr.-Ing. (FH) Uwe Sontheimer, Dr.-Ing. Gerhard Gumpoltsberger, Dr. Jürgen Greiner, Dr. sc. techn. Alexander Bartha, Peter Frey, Dr.-Ing. Robert Plank, Berthold Krautkrämer, Reinhart Malik, Dr. Peter Solfrank, Ing. Hermann Pecnik, Dipl.-Ing. Heribert Lanzer, Georg Eichner, Gerhard Kurz, Dr.-Ing. Bastian Lehrheuer, Benedikt Heuser, Prof. Dr. Helmut Eichlseder

4. Karosserie

In der Anfangszeit des Automobils wurde die Karosserie – dem Beispiel des Kutschenbaus folgend – auf einem Rahmengestell befestigt. Diese Bauweise findet man heute nur noch bei Lastkraftwagen und großen Off-Road-Fahrzeugen. Im Bereich der Personenwagen hat sich die selbsttragende Karosserie durchgesetzt. Sie wurde 1935 von Opel erstmalig mit dem Modell Olympia in der Großserie eingeführt. Die Innovation bestand darin, dass die Karosserie für sich komplett vorgefertigt wurde. Anschließend wurden die restlichen Komponenten wie Motor, Kupplung, Getriebe, Vorder- und Hinterachse sowie der Auspuffanlage direkt an der Karosserie befestigt und zum Fahrzeug komplettiert. Damit ist die selbstragende Karosserie der wichtigste Aggregateträger, die zudem noch vielen Anforderungen gerecht werden muss.Sie reichen von konsequentem Leichtbau über wirksamen Insassen- und Fußgängerschutz bis hinzu attraktivem Aussehen.

Dipl.-Ing. Lothar Teske, Dipl.-Ing. Helmut Goßmann, Dipl.-Ing. Heinrich Timm, Dr. Armin Plath, Walter Pecho, Martin Derks, Sebastian Veith, Marc Reinstettel, Christian Rauber, Dr. Klaus Werner Thomer

2. Anforderungen, Zielkonflikte, Grundlagen

Um Sicherheit und Umweltverträglichkeit von Straßen- bzw. Kraftfahrzeugen zu gewährleisten, werden an die Gestaltung der Fahrzeuge technische Anforderungen gestellt. Es gibt Anforderungen durch den Gesetzgeber, die erfüllt werden müssen, um ein Fahrzeug in den Verkehr bringen zu dürfen. Darüber hinaus bestehen herstellerinterne Anforderungen an das Produkt, die über das vom Gesetzgeber geforderte Maß hinausgehen, um den Kundenwünschen und der Firmenphilosophie zu genügen. Und als dritter Punkt stellen auch Verbraucherschutzorganisationen Kriterien auf, anhand derer sie die Eigenschaften der auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge bewerten und die Fahrzeuge eingruppieren, was dann der Kundeninformation dient. Auch diese Anforderungen gehen über die des Gesetzgebers hinaus.

Andre Seeck, Dr. Jost Christian Gail, Dipl.-Ing. Bernd Lorenz, Dipl.-Ing. Marek Zöller, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Seiffert, Egbert Fritzsche, Dr.-Ing. Heinz Mankau, Dr.-Ing. Carsten Repmann, Dr. Andreas Eilemann, Dipl.-Ing. Matthias Jung, Dr. Eberhardt Pantow, Dr. Achim Wiebelt, Josef Honeder

7. Digitalisierung /Elektrik/Elektronik/Software

Steigende Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Umweltschutz und Komfort führten in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Funktionen im Fahrzeug. Wesentliche Treiber dafür waren die gestiegenen Komfortansprüche, die Vernetzung der Fahrzeuge aber auch ganz wesentlich verschärfte Abgas- und Sicherheitsbestimmungen. So kamen in den letzten Jahren komplexe Infotainment- und Assistenzsysteme hinzu, die nur durch ein Zusammenwirken vieler Steuergeräte realisiert werden konnten. Deren intuitive Bedienung sowie Personalisierung der Funktionen erforderte eine systemübergreifende Mensch-Maschine-Schnittstelle. Durch die massiv gestiegene Anzahl an elektrischen Verbrauchern nahm auch der Energiebedarf deutlich zu, so dass über elektronische Energiemanagementsysteme ein optimierter Energiehaushalt sichergestellt werden musste.

Dipl.-Ing. Simon Fürst, Dr.-Ing. Thomas Scharnhorst, Prof. Dr. rer. nat. Ludwig Brabetz, Dipl.-Ing. Markus Beck, Roman Lahmeyer, Dr. Olaf Krieger, Dipl.-Ing. Günther Kasties, Dr. Wolfgang Pfaff, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, Dr. Heinz-Bernhard Abel, Dr. Heinrich-Jochen Blume, Dipl.-Ing. Gerhard Heyen, Dr.-Ing. Guido Schneider

Kapitel 2. Grundlagen zum baulichen Wärmeschutz in Verbindung mit WPCs

Kapitel 2 stellt zunächst die wesentlichen Auswahlkriterien für Baumaterialien und Produkte gemäß Bauproduktenverordnung 305:2011 vor. Demnach sollen Bauteile künftig auch vermehrt Sekundärrohstoffe beinhalten, um sie nachhaltiger zu gestalten. Dass WPC nicht nur diesen Aspekt erfüllt, sondern auch bauphysikalisch interessante Eigenschaften besitzt, zeigen die dann folgenden Abschnitte. Darin werden zunächst die Grundlagen des baulichen Wärmeschutzes erklärt und für ein WPC-Fassadenprofil die wesentlichen Kennwerte exemplarisch ermittelt und die Ergebnisse diskutiert. Zusätzlich wird für einen Außenwandaufbau mit innenliegender WPC-Wandverkleidung die Temperaturverlaufskurve nach dem Glaser-Verfahren rechnerisch demonstriert. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf WPC-Profile als Fensterrahmen und deren Wärmedämmpotential gerichtet. Aber auch neue Forschungsergebnisse zur Integration von Phasenwechselmaterialien in WPC-Hohlprofilen zur Reduktion der Klimalasten am Bauwerk werden vorgestellt. Schließlich wird das Thema Wärmespeicherung im WPC-Material am Beispiel der Fassade erörtert und die Vorzüge der darin enthaltenen Holzfasern herausgestellt. Letztlich rundet das Kapitel mit Wiederholungsfragen und Berechnungsaufgaben inklusive Musterlösungen ab.

Daniel Friedrich

Können wir das nicht reparieren? – Entwicklung eines Klassifikationsrahmens für den Einsatz von Additive Repair im Maschinen- und Anlagenbau

Die weltweite Produktion von Gütern ist eng getaktet, sodass mit Maschinenstillständen die Gefahr von Rückstau in Produktionsprozessen einhergeht. Mit After-Sales-Services streben Unternehmen die Vermeidung dieser Stillstände an. Dabei erfordert die räumliche Distanz zwischen Hersteller und Kunde insbesondere im exportstarken Maschinen- und Anlagenbau eine Anpassung dieser Services, um zeitnah auf Stillstände reagieren zu können. Eine der Stellschrauben im After-Sales-Geschäft ist die Ersatzteilversorgung, da mit beschädigten Komponenten bei Stillständen Folgekosten einhergehen und Kunden der Ersatzteilversorgung eine hohe Bedeutung beimessen.Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren zur Reparatur von Bauteilen vor Ort verspricht gegenüber dem klassischen Ersatzteilmanagement Zeit- und Kostenvorteile. Obwohl Additive Repair & Refurbishment (AR&R) bereits bei hochpreisigen Investitionsgütern eingesetzt wird, ist die Anwendung in anderen Teilen des Maschinen- und Anlagenbaus noch mit Fragen verbunden, die im Rahmen dieses Beitrages expliziert werden. Hierzu werden Entscheidungskriterien für den Einsatz von AR&R entwickelt, die sowohl wirtschaftliche als auch technische Bauteilmerkmale berücksichtigt.

Jonas Brinker, Andre Bertke, Nicola Ganter, Oliver Thomas, Roland Lachmayer

17. Unterirdische Enteisenung und Brunnenalterung (Niederrheinische Bucht)

Ist Grundwasser eisen- und/oder manganhaltig, ist zur Nutzung des Wassers als Trinkwasser eine Enteisenung bzw.

Frank Wisotzky, Nils Cremer, Stephan Lenk

Kapitel 7. Keramische Werkstoffe

Als keramische Werkstoffe bezeichnet man üblicherweise aus nichtmetallischen, anorganischen Komponenten aufgebaute Stoffe, die technische Anwendung finden. Neben den schon lange bekannten keramischen Erzeugnissen, wie z.B. Steinzeug, Ton und Porzellan, sind in jüngster Zeit keramische Werkstoffe auf der Basis bestimmter Oxide, Carbide, Nitride und Boride entwickelt und modifiziert worden, die wegen ihrer besonderen Eigenschaften als sogenannte Hochleistungskeramiken oder High-Tech-Ceramics herkömmliche Werkstoffe in einigen Sparten verdrängen sowie ganz neue Werkstoffbereiche erschließen.

Horst Briehl

Kapitel 5. Korrosionsschutz

Bei den Methoden und Maßnahmen zur Vermeidung von Korrosionsschäden am Werkstoff unterscheidet man im Allgemeinen zwischen passivem und aktivem Korrosionsschutz.

Horst Briehl

Kapitel 8. Gläser

Ganz allgemein lässt sich der Werkstoff Glas definieren als ein amorpher Festkörper, der aus einer Schmelze durch Abkühlung oder Abschreckung ohne merkliche Kristallisation erstarrt ist.

Horst Briehl

Kapitel 6. Kunststoffe

Unter der Bezeichnung Kunststoffe versteht man im Allgemeinen halb- oder vollsynthetisch hergestellte makromolekulare Werkstoffe.

Horst Briehl

Kapitel 3. Metallische Werkstoffe

Von den zurzeit 118 bekannten Elementen des Periodensystems sind etwa 85% Metalle oder Halbmetalle, wobei einige (z.B. Arsen, Antimon und Selen) sowohl in metallischen als auch in nichtmetallischen Modifikationen vorkommen.

Horst Briehl

Kapitel 4. Korrosion von Metallen

Unter Korrosion (lat.: corrodere = zernagen, zerfressen) versteht man ganz allgemein das Auftreten von qualitätsmindernden Veränderungen bei Werkstoffen durch Reaktionen mit ihrer Umgebung, die bis zur vollständigen Zerstörung der Werkstoffe und damit zum totalen Ausfall entsprechend konstruierter Geräte, Apparate, Anlagen etc. führen können.

Horst Briehl

Kapitel 2. Werkstoffspezifische Chemie und Anwendungen einiger nichtmetallischer Elemente

Wasserstoff ist das kosmisch häufigste Element. Etwa 92% der Materie des Weltalls bestehen aus Wasserstoff. In der Erdatmosphäre ist das Gas nur in Spuren vorhanden, allerdings steigt mit zunehmender Entfernung von der Erde die H2-Konzentration allmählich etwas an.

Horst Briehl

Kapitel 1. Einleitung

Beim Titel „Chemie der Werkstoffe“ kann man sich als Chemiker zunächst einmal Gedanken darüber machen, was eigentlich ein Werkstoff ist. Der Duden erklärt den Werkstoff als eine „Substanz, [Roh]material, aus dem etwas hergestellt werden soll“. Das deutsche Wörterbuch Wahrig- Burfeind definiert den Begriff Werkstoff als „fester Rohstoff, z.B. Holz, Metall, Leder, Stein, aus dem sich Gegenstände aller Art formen lassen.“

Horst Briehl

10. Digitalisierungspotenziale der Instandhaltung 4.0 – Von der Aufbereitung binärer Daten zum Einsatz transparenter künstlicher Intelligenz

Ein Kernbereich der von digitalen Informationen entscheidend profitieren kann ist die Instandhaltung von Maschinen. Sie dient der Gewährleistung eines reibungslosen Fertigungsablaufs. Mithilfe von Verfahren der Datenanalyse sollen hierfür künftig Maschinenzustandsdaten ausgewertet werden. Fraglich bleibt die aktuelle Beschaffenheit von Fertigungsanlagen im deutschen, produzierenden Mittelstand. Wie eine Umfrage zeigt, stammen Zustandsdaten noch immer überwiegend von Lichtschranken, Positionierungstastern und Motorspannungen. Binäre Datenwerte erschweren datenbasierte Auswertungsverfahren jedoch. Der Beitrag nimmt sich der Problemstellung an. Gemeinsam mit Partnern aus der Industrie wurde ein schrittweiser Entwicklungsansatz erarbeitet, wie trotz dieser Datenrestriktion eine umfassende Unterstützung möglich wird. Die Umsetzung basiert auf Techniken aus den Bereichen Process Mining und erklärbare künstliche Intelligenz. Ein Demonstrator evaluiert die Praxistauglichkeit.

Jonas Wanner, Lukas-Valentin Herm, Christian Janiesch

Open Access

Kapitel 1. Einleitung

Zu Beginn dieses Kapitels ist ein kurzer Abriss der Historie des Recyclings und der Entwicklung der Circular Economy (CE) gegeben. Recycling – das zentrale Thema dieser Forschungsarbeit – ist keineswegs ein neues Phänomen, sondern vielmehr beinahe so alt wie die Menschheit. Heute ist Recycling insbesondere als wesentliche Strategie der CE bekannt und daher als wesentlicher Teil der Nachhaltigkeits- sowie Umwelt- und Ressourcenschutzdebatte stark propagiert und politisch forciert. Allerdings weist die CE – wie sie derzeit angestrebt wird – noch einige Inkonsistenzen auf, die sich auch auf die Zielausrichtung des Recyclings auswirken und nun in der Wissenschaft vermehrt diskutiert werden.

Philipp Schäfer

85. Grundlagen des Arbeitsstudiums

Nach REFA (Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und Unternehmensentwicklung e.V.) besteht das Arbeitsstudium in der Anwendung von Methoden und Erfahrungen zur Untersuchung und Gestaltung von Arbeitssystemen mit dem Ziel, unter Beachtung der Leistungsfähigkeit und der Bedürfnisse des arbeitenden Menschen, die Wirtschaftlichkeit des Betriebes zu verbessern. Dabei wirken in Arbeitssystemen Menschen und Betriebsmittel zusammen, um Arbeitsaufgaben zu erfüllen.

Klaus-Dieter Arndt

56. Verbrennungsmotoren

Verbrennungsmotoren sind Energieumwandlungsmaschinen. Sie wandeln die chemische Energie, die in Kraft- oder Brennstoffen enthalten ist, in mechanische Energie um. Aus thermodynamischen Gründen kann die im Kraftstoff enthaltene Energie (Heizwert) nicht vollständig in mechanische Energie umgewandelt werden. Deswegen haben Verbrennungsmotoren genauso wie beispielsweise Kraftwerke immer einen Wirkungsgrad, der deutlich kleiner als 100% ist. Das bedeutet, dass ein Teil der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Form von Abwärme und Abgasenergie an die Umgebung abgegeben werden muss.

Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

16. Nichteisenmetalle

Geringere Vorkommen an z. T. armen Erzen und dadurch aufwändige Verhüttung führen gegenüber Stahl zu höheren Preisen für NE-Metalle. Ihr Einsatz ist notwendig, wenn besondere Eigenschaften gefordert werden, die Stähle nicht erbringen.

Wolfgang Weißbach

45. Grundlagen der Fördertechnik und der Intralogistik

Die Gebiete ″Fördertechnik″ und ″Intralogistik″ werden definiert und abgegrenzt. Bezüglich der Fördertechnik werden die Anwendungsgebiete und die wichtigen Begriffe und Methoden erklärt (z.B. Komponenten-Anlagen -Systeme). Die Methoden der Baukastensystematik, der Standardisierung und der Baureihenbildung werden erläutert.Ausführlich behandelt werden die Bauelemente der Fördertechnik und deren Dimensionierung (z.B. Drahtseile und Seiltriebe, Ketten und Kettentrommeln), und Lastaufnahmeeinrichtungen (z.B. Lasthaken, Schüttgutgreifer und deren Berechnung, und Container aller Art).Zur Intralogistik wird für Maschinenbauer eine Einführung gegeben. Die über die Fördertechnik hinausgehenden Ziele (z.B. Material und Informationen und Energie″ in time″ bereitzustellen), und die Mittel dazu, (z.B. Organisation, Digitalisierung, Vernetzung) werden beschrieben. Wichtige logistische Fachausdrücke (z.B. Supply Chain, Simulation, cyberphysische Systeme, Digitaler Schatten) werden verständlich erklärt.

Dr.-Ing. Johannes Sebulke

19. Korrosion, Verschleiß und Schutzmaßnahmen

Die Beanspruchung der Oberfläche durch Korrosion und Verschleiß führen zu Materialverlust, der Störungen der Bauteilfunktion verursacht und zu hohen Kosten und Folgekosten durch Ausfall führen kann. Abhilfe wird durch Werkstoffwahl oder Oberflächenschutzschichten erreicht.

Wolfgang Weißbach

15. Eisenwerkstoffe

Stahl ist schmiedbares Eisen, das deswegen unlegiert einen C-Gehalt von 1,7% nicht übersteigen darf und geringste Gehalte an P, S, O, und N besitzen muss. Für die Erzeugung haben sich zwei Erzeugungslinien durchgesetzt.Das Endprodukt ist ein Rohstahl. Er enthält Nichtmetalle, die bei der Erzeugung durch Erze, Koks und Zuschlagstoffe in Roheisen und Stahl gelangen, unterschiedliche Wirkung auf die Eigenschaften haben und im Gehalt begrenzt werden müssen. Stahlnormen enthalten Grenzwerte dieser Stoffe.

Wolfgang Weißbach

25. Verbrennung

Die Zusammensetzung von Brennstoffen, deren Hauptbestandteile häufig Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff sind, wird grundsätzlich erläutert. Für die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe werden chemische Reaktionsgleichungen benannt und hieraus Berechnungsgleichungen angegeben, die auf das Normvolumen des Brenngases bezogen werden: Berechnungsgleichungen für den normvolumenbezogenen Sauerstoffbedarf, den normvolumenbezogenen Luftbedarf, die normvolumenbezogene feuchte Verbrennungsgasmenge und die normvolumenbezogene trockene Verbrennungsgasmenge. Für die Verbrennung fester und flüssiger Brennstoffe werden chemische Reaktionsgleichungen benannt und hieraus Berechnungsgleichungen angegeben, die auf die Masse des Brennstoffs bezogen werden: Berechnungsgleichungen für den massebezogenen Sauerstoffbedarf, den massebezogenen Luftbedarf, die massebezogene feuchte Verbrennungsgasmenge und die massebezogene trockene Verbrennungsgasmenge. Für die Ermittlung der Zusammensetzung des Verbrennungsgases bei vollständiger sowie bei unvollständiger Verbrennung werden als graphische Hilfsmittel das Bunte-Dreieck und das Ostwald-Dreieck vorgestellt; weiter werden exakte Gleichungen sowie Näherungsgleichungen für die Bestimmung des Luftverhältnisses λ für gasförmige Brennstoffe sowie für feste und flüssige Brennstoffe angegeben. Auch werden Hinweise auf technische Gesichtspunkte der Verbrennung wie z. B. den Taupunkt von Verbrennungsgasen sowie den Schornsteinzug gegeben. Daneben werden die Begriffe Brennwert und Heizwert erläutert sowie Gleichungen für deren Berechnung genannt.

Prof. Dr.-Ing. Martin Dehli

70. Grundlagen der Steuerungstechnik

Die Steuerungstechnik ist neben der Regelungstechnik das Hauptgebiet der Automatisierungstechnik. Steuerungen werden gewählt, wenn der zu automatisierende Prozess oder die zu automatisierende Anlage nur erfassbaren Störungen unterliegen. In diesem Kapitel erfolgt die Einordnung der Steuerungsaufgaben in die Ebenen der Automatisierungspyramide sowie deren Unterteilung nach unterschiedlichen Klassifizierungsarten. Allen gemein ist es, dass der gesteuerte Prozess ohne Eingriff des Menschen arbeiten soll. Dafür sind die Gewinnung von Informationen aus dem zu steuernden System, deren Verarbeitung und eine Reaktion in dem System erforderlich. Die Reaktion wird wiederum mittels Informationen ausgelöst. Es ist somit erforderlich zu wissen, wie Informationen dargestellt werden können und welche Funktionen zu deren Verarbeitung zur Verfügung stehen. Diese werden ebenfalls in diesem Kapitel vorgestellt, vorrangig für binäre Signale. Es erfolgt sowohl die Darstellung grundlegender Funktionen für die Programmierung als auch deren elektrische und fluidische Schaltungen.

Prof. Dr.-Ing. Petra Linke

8. Chemie

Chemie ist die Lehre von den Stoffen und Stoffänderungen. Durch chemische Reaktionen (Synthese) entstehen aus Ausgangsstoffen (Edukte) andere Stoffe (Produkte) mit neuen Eigenschaften.Chemische Elemente (Grundstoffe) bestehen aus gleichartigen Atomen und sind durch chemische Reaktionen nicht weiter zerlegbar; z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Eisen.Das Kapitel beleuchtet den Aufbau der Materie auf Basis des Periodensystems, die Verknüpfung von Werkstoffeigenschaften und chemischer Bindung; Typen chemischer Reaktionen; Wesen, Eigenschaften und Berechnung von Säuren, Basen und Fällungsreaktionen; die elektrochemischen Grundlagen zum Verständnis von Batterien und Elektrolyseuren, abschließend ein Einblick in die Vielfalt und Nomenklatur organisch-chemischer Verbindungen.

Prof. Dr. Peter Kurzweil

23. Qualitätsmanagementwerkzeuge im Lean Management

Qualitätsbewusstes sowie schlankes Denken und Handeln sind für alle Unternehmen zentrale Punkte zur langfristigen Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit, des Unternehmenserfolges und der Sicherung von Arbeitsplätzen (Helmold 2020). Voraussetzung hierzu ist die Kenntnis von Qualitätsmethoden und Qualitätswerkzeugen innerhalb der Lean-Management-Philosophie sowie ihre ständige Anwendung im Sinne der kontinuierlichen Verbesserung. Die folgenden Unterkapitel stellen eine Sammlung von Werkzeugen und Methoden des Lean Managements dar, deren Anwendung sich langjährig in der Praxis bewährt hat (Porsche 2001). Die Anordnung der Qualitäts-methoden und Qualitätswerkzeuge entlang des Produktlebenszyklus und die Zuordnung zu den verschiedenen Phasen des Problemlösungsprozesses mit Zielen und Checklisten sollen dem Leser helfen, die für seine Probleme geeigneten Methoden und Werkzeuge schnell zu finden und wirksam anzuwenden (Porsche 2001; Helmold 2020).

Marc Helmold

Kapitel 8. Toleranzen des Rotors mit nachgiebigem Verhalten

Der Begriff nachgiebiges Verhalten (flexible behaviour) wird von dem maßgeblichen ISOGremium nun wieder als Überbegriff aufgefasst und wurde bei der Umstrukturierung aller Auswuchtnormen als Teile von ISO 21940 auch in diesem Sinn verwendet.1Unter dem Begriff nachgiebiges Verhalten sind heute folgende Rotorverhalten angeordnet, s.Tab. 4.3: 1. wellenelastisches Verhalten, 2. körperelastisches Verhalten, 3. Setzungsverhalten. Beim Auswuchten von Rotoren mit nachgiebigem Verhalten wird das Ziel verfolgt,akzeptable Werte für alle von der Unwucht des Rotors erzeugten Effekte zu erreichen, den Schwingungen, den Kräften, den Durchbiegungen.

Hatto Schneider

9. Statik verträgt sich nicht mit Hektik

„Statik verträgt sich nicht mit Hektik!“

Moritz Menge

Systemvergleich CO2-freier Nutzfahrzeugantriebe

Wasserstoff gewinnt in der derzeitigen Diskussion um neue Energieträger für den Nutzfahrzeugbereich an Bedeutung. Meist wird hierbei die Nutzung einer Brennstoffzelle impliziert, wobei auch die Möglichkeit der Nutzung eines Wasserstoff-Verbrennungsmotors besteht. Eine CO2-Emissionsreduzierung ist mit beiden Antriebskonzepten möglich. Im vorliegenden Beitrag werden verschiedene Alternativen zum konventionellen, mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Verbrennungsmotor verglichen: BEV, PEM-BZ und HICE. Der Vergleich erfolgt anhand einer Datenauswertung in Form einer Wellto- Wheel-Analyse im Hinblick auf die effektiven CO2-Emissionen. Der Vergleich zeigt, dass für eine wirksame CO2-Minderung in jedem Fall die Nutzung regenerativer Energieträger als Primärenergiequelle erforderlich ist. Des Weiteren wird deutlich, dass Wasserstoff-basierte Konzepte hinsichtlich der ganzheitlichen CO2-Bilanz gegenüber dem BEV bei Verwendung rein regenerativer Primärenergieträger für die Fahrenergie eine Konkurrenzfähigkeit aufweisen. Weitere bewertete Kriterien sind die vom Antriebskonzept abhängige Zuladung des Nutzfahrzeuges (hier: schwere Nutzfahrzeuge, SNF) sowie die Kosten der verglichenen Fahrzeuge über den gesamten Lebenszyklus (TCOAnalyse). Anhand der erforderlichen Reduktion der Zuladung wird deutlich, dass ein BEV aus heutiger Sicht keine Alternative für Langstreckenanwendungen sein kann. Bei der TCO-Analyse ist ersichtlich, dass die Polymerelektrolytmembran- Brennstoffzelle nachteilig im Vergleich zum H2-Verbrennungsmotor ist. Zusätzlich dazu wird auf aktuelle Herausforderungen in der Entwicklung nutzfahrzeugtauglicher Brennstoffzellen und Wasserstoff-Verbrennungsmotoren eingegangen und abschließend ein Konzept für einen Wasserstoff-Verbrennungsmotor für den Einsatz im Nutzfahrzeug vorgestellt.

Kevin Klepatz, Swantje Konradt, Robin Tempelhagen, Hermann Rottengruber

Kapitel 9. Qualitätsmanagement (QM)

Die Produkte werden komplexer (Autos haben zehntausende Teile, der Airbus A 380 drei Millionen), die Sicherheitsanforderungen höher, die Zyklen kürzer. Die Bedeutung von QualitätsmanagementQualitätsbegriff nimmt deshalb zu. Leicht werden scheinbare Kleinigkeiten übersehen mit gravierenden Folgen.

Johannes Kals

Kapitel 11. Produktion, Fertigung, Ersatzteil- und Instandhaltungsmanagement

DasFertigung \i folgende KapitelProduktion \i zeigt die kostentheoretischen Grundlagen und Begriffe für die Produktion und Fertigung. Die Begriffe werden jeweils anhand von Praxisbeispielen näher erklärt.

Helmut Wannenwetsch

Kapitel 17. Werkzeuge im Lieferantenmanagement zur Identifizierung von Verschwendung

Ishikawa-Diagramme (auch Fischgräten-Diagramme, Fischgräten-Diagramme, Ursache-Wirkungs-Diagramme oder Fishikawa genannt) sind von Kaoru Ishikawa (Japanisch: 石川 馨 Ishi-kawa Kaoru, 1915–1989) erstellte Kausaldiagramme, die die Ursache-Wirkung zeigen Situation eines bestimmten Ereignisses. Häufige Verwendungen des Ishikawa-Diagramms sind Bereiche wie Design, Lieferung, Produktion und Verhinderung von Qualitätsfehlern, um potenzielle Faktoren zu identifizieren, die einen Gesamteffekt verursachen.

Marc Helmold

13. Maßstabsvergrößerung (Scale-up) chemischer Reaktoren

MaßstabsvergrößerungMaßstabsvergrößerung bzw. Scale-upScale-up eines chemischen Reaktors erfolgt im Prozess der Übertragung eines verfahrenstechnischen Konzeptes auf eine Produktionsanlage, das zuvor im Labor- bzw. Technikumsmaßstab erfolgreich getestet wurde. Somit ist die Maßstabsvergrößerung chemischer Reaktoren ein integraler Bestandteil jeder Verfahrensentwicklung. In diesem Kapitel wird die Methodik der Maßstabsvergrößerung bei neu zu entwickelnden Verfahren vorgestellt. Dabei wird gezeigt, dass die Reaktorentwicklung je nach angestrebter Produktionsmenge in der praktischen Vorgehensweise deutlich divergiert. Man unterscheidet daher im Hinblick auf die Methodik bei der Reaktorentwicklung zwischen dem Bereich der Bulkchemie, mit Beispielen für kontinuierlich betriebene Festbett- und Wirbelschichtreaktoren für heterogene Gasphasenreaktionen, sowie dem Bereich der Feinchemie mit absatzweise betriebenen Rührkesselreaktoren für Flüssigphasenreaktionen.

Leslaw Mleczko, Thomas Westermann

30. Reaktoren für spezielle technisch-chemische Prozesse: Elektrochemische Reaktoren

Elektrochemische Reaktoren sind Reaktionsapparate, in denen eine Wandlung zwischen chemischer und elektrischer Energie stattfindet. Sie werden häufig und in vielfältiger Gestalt in der Chemischen Industrie, zur Metallgewinnung und in der Energietechnik eingesetzt. Im vorliegenden Beitrag werden die für elektrochemische Reaktoren spezifischen Aspekte vorgestellt und die Konsequenzen für Auslegung und Betrieb diskutiert. Der aktuelle Stand der Entwicklungen wird anhand der technisch bedeutsamen Beispiele Chlor-Alkali-Elektrolyse, PEM-Brennstoffzelle und Redox-Flow-Batterie verdeutlicht.

Gregor D. Wehinger, Ulrich Kunz, Thomas Turek

14. Grundlagen der nachhaltigen Verfahrensentwicklung

Die Entwicklung nachhaltiger Verfahren ist stets eine sehr komplexe Aufgabe, bei der eine Vielzahl unterschiedlicher Aspekte berücksichtigt werden müssen. Das ideale Verfahren ist sowohl ressourcenschonend, abfallarm, effektiv, gesellschaftlich akzeptiert als auch in Übereinstimmung mit gesetzlichen Regelungen und – insbesondere – wirtschaftlich. Um diesem Ziel möglichst nahe zu kommen, muss die Entwicklungsarbeit einem bestimmten Schema folgen. Im folgenden Kapitel werden daher die grundlegenden Etappen der Verfahrensentwicklung an einem Beispiel, dem MagnetoRec-Prozess, nachvollzogen. Dabei handelt es sich um ein neues Recyclingverfahren, das in den vergangenen Jahren entwickelt wurde, um Seltene Erden aus Permanentmagneten zurückzugewinnen. Damit dieses Verfahren unter den schwierigen Bedingungen des Seltenerdmarktes bestehen kann, wurde im MagnetoRec-Prozess eine neue unkonventionelle Methode eingeführt: Die Feststoffchlorierung. Hinter diesem Begriff verbirgt sich eine trockene Aufschlussmethode, die ohne Mineralsäuren auskommt und keine sauren Abwässer erzeugt. Im Vergleich zum Stand der Technik kommen Verfahren, die auf diese neue Methode zurückgreifen, mit weniger Chemikalien aus, generieren geringere Kosten und erzeugen weniger Abfall. Die Kehrseite unkonventioneller Methoden besteht jedoch im bedeutend höheren finanziellen und technischen Risiko, die eine Umsetzung in die industrielle Produktion erschweren. Durch das Wissen um das „Paradoxon der Verfahrensentwicklung“ und das konsequente Gegensteuern lässt sich am MagnetoRec-Prozess anschaulich zeigen, wie unnötige Arbeiten auf dem Weg zu einem nachhaltigeren Verfahren vermieden und Risiken effektiv verringert werden können.

Tom Lorenz, Martin Bertau

22. Reaktoren für Fluid-Feststoff-Reaktionen: Pulsationsreaktoren

Pulsationsreaktoren dienen zur kontinuierlichen Herstellung feinteiliger Pulver. Ein durch die IBU-tec advanced materials AG geschütztes Verfahren basiert auf der pulsierenden Verbrennung und ermöglicht die thermoschock-artige Behandlung von Lösungen, Suspensionen und Feststoffen. Eine gezielte periodisch instationäre Verbrennung führt zu einem pulsierenden Heißgasstrom. Von diesem werden die Materialien transportiert und gleichzeitig thermisch behandelt. Die Aufgabe in den heißen Gasstrom wie auch die Pulsation führen zu einzigartigen Wärme- und Stoffübergangsvorgängen, wodurch Materialien mit spezifischen Eigenschaften hergestellt werden können.

Claudia Hoffmann, Matthias Ommer

Kapitel 2. Stand der Technik im PKW-Segment

Die Antriebe der derzeit am Markt verfügbaren erdgasbetriebenen PKW stellen, anders als im Nutzfahrzeugsegment, herstellerübergreifend zumeist Ableitungen aus dem bestehenden Benzin-Motorenportfolio dar. Aufgrund der regional unterschiedlich ausgeprägten räumlichen Dichte des öffentlichen CNG-Tankstellennetzes werden die Antriebe außerdem überwiegend in einer bivalenten Ausführung (wahlweiser Betrieb mit CNG oder Benzin – „Bi-Fuel“) angeboten, um die Fahrzeuge auch in Regionen mit schlechter CNG-Verfügbarkeit zuverlässig betanken und betreiben zu können. Die nachfolgende Abbildung 2.1 zeigt dazu das Package eines modernen bivalenten Erdgasantriebs am Beispiel des aktuellen Audi A4 Avant 40 g-tron (Modellpflege ab 10/2018).

Julian Christoph Eder

Kapitel 2. Grundlagen der Wassereinspritzung in Ottomotoren

Das Ziel jedes Gemischbildungsverfahrens ist, mittels einer schnellen Verdampfung und möglichst gleichmäßigen Durchmischung des Kraftstoffes mit der Luft eine für das jeweilige Brennverfahren optimale Verteilung zu erzeugen [13, S. 61]. Für die Wassereinspritzung gilt dasselbe, sodass die Erkenntnisse der Kraftstoffeinspritzung zunächst als Annahmen für die Einspritzung von Wasser übernommen werden können. So werden zum Beispiel die verschiedenen Herangehensweisen bei der Saugrohreinspritzung oder der Direkteinspritzung von Kraftstoff, sowohl mit dem Ziel eines homogenen Gemisches als auch der Schichtladung, analysiert und methodisch auf die Einspritzung von Wasser angewendet.

Maike Sophie Gern

4. Hybride Hohlstrukturen für Wellen und Streben

Hohlprofile stellen ideale Strukturen für Leichtbaukonstruktionen mit hohen Widerständen gegen Biege-, Torsions- und Druckbelastung bei geringer Masse dar. Darüber hinaus kann das Leichtbaupotential aufgrund der klar definierten Kraftflüsse innerhalb der Profilstruktur durch die Ausnutzung der Anisotropie von Verbundwerkstoffen zusätzlich erhöht werden. Große Herausforderungen bestehen bei der Gestaltung von Krafteinleitungsbereichen und funktionalen Bereichen, wie etwa tribologisch beanspruchten Oberflächen. Dementsprechend werden diese im Sinne des Multi-Material-Designs meist als metallische Anschluss-, Befestigungs- oder Funktionselemente ausgeführt. In Erweiterung zu klassischen Verbindungstechnologien wie Kleben, Verpressen und Nieten bieten Konturverbindungen ein vielversprechendes Potential für FVK/Metall-Hohlstrukturen, welche intrinsisch gefügt werden können. In diesem Kapitel werden für das Schleuder- und das Schlauchblas-Integral-Verfahren die theoretischen und technologischen Grundlagen zur ressourceneffizienten Fertigung dieser Strukturen dargestellt und deren Verfahrensgrenzen ermittelt. Dabei liegt der Fokus neben der Prozessgestaltung auf der Herstellung, Auslegung und experimentellen Untersuchung des multiskalenstrukturierten Fügebereiches zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit. Anhand von Demonstratorstrukturen wird das realisierbare Bauteilspektrum aufgezeigt.

Maik Gude, Daniel Barfuß, Sven Coutandin, Jürgen Fleischer, Raik Grützner, Franz Hirsch, Markus Kästner, Michael Müller-Pabel, Roland Müller, Jonas Nieschlag, Paul Ruhland, Veit Würfel

5. Bauteilnahe Beanspruchungen und Gestaltungsrichtlinien

Bei intrinsischen Hybridverbunden verschwimmen aufgrund der Inhomogenität Werkstoff- und Bauteileigenschaften. In diesem Kapitel werden daher Maßnahmen der hybridgerechten Bauteilgestaltung diskutiert, mit denen auf hybridspezifische Herausforderungen, die sich unter bauteilnahen Beanspruchungen ergeben, reagiert werden kann. So führt die Kombination artfremder Werkstoffe zu einem Korrosionspotenzial, welchem durch geeignete Präventionsmaßnahmen, wie einem speziellen Grenzflächendesign begegnet werden muss. Letzteres ist auch ein Faktor, welcher die Leistungsfähigkeit eines Hybridverbundes maßgeblich bestimmt, da die Lastübertragung an der Grenzfläche durch entsprechende Vorbehandlungen, geometrische Gestaltung oder eine faserschonende Verbindung der Konstituenten effektiv gestaltet werden kann. Auch Eigenspannungen, die sich bei einer in-situ-Hybridisierung entwickeln können, können die Leistungsfähigkeit eines Hybridwerkstoffes beeinträchtigen, wenn kein eigenspannungsgerechtes Design des Hybridaufbaus bzw. der Prozessführung erfolgt. Aufgrund der vielen denkbaren Konfigurationen ist es nicht mehr einfach möglich, repräsentative Materialeigenschaften mit Hilfe von Normproben zu bestimmen, um daraus Kennwerte für die Bauteilauslegung zu gewinnen oder Gestaltungsrichtlinien abzuleiten, weshalb spezifische Validierungsmöglichkeiten zum Einsatz kommen müssen.

Kay Weidenmann, Mathias Bobbert, Christian Dammann, Fabian Günther, Raik Grützner, Alexander Herwig, Franz Hirsch, Robert Kießling, Peter Lenz, Markus Muth, Robert Prussak, Sascha Sander, Jonathan Serna Gonzalez, Zheng Wang, Carolin Zinn

7. Zusammenfassung und Ausblick

Aufgrund der intrinsischen Hybridisierung kann durch den Verzicht auf nachgeschaltete Fügeprozesse Produktionszeit eingespart werden. In einigen Fällen geht dieser Vorteil mit einem komplexeren Werkzeugdesign im Vergleich zu einer extrinsischen Lösung einher. In diesem Kapitel werden deshalb die allgemeinen Vor- und Nachteile der intrinsischen Hybridisierung sowie die Erkenntnisse des DFG-Schwerpunktprogramms 1712 zusammengefasst. Dabei wird neben Gestaltungshinweisen für die Herstellung von intrinsischen Hybridverbunden auch auf die verschiedenen Fügemechanismen eingegangen. Abschließend wird ein kurzer Ausblick auf zukünftige Forschungsfragen im Bereich der Hybridverbunde gegeben.

Jürgen Fleischer, Sven Coutandin, Jonas Nieschlag

3. Hybridprofile für Trag- und Crashstrukturen

In der Automobilindustrie ist die Anwendung von monolithischen Profilstrukturen etabliert. Jedoch bietet der Einsatz von Hybridprofilen, die aus einem faserverstärkten Polymer (FVK) und einer duktilen Metalllegierung bestehen, eine im Vergleich vorteilhafte Kombination aus mechanischen Eigenschaften und resultierendem Bauteilgewicht. Um eine effiziente Fertigung und damit den industriellen Einsatz von Metall-FVK-Hybridprofilen anzustreben, werden in diesem Kapitel zwei intrinsische Fertigungsprozesse vorgestellt. Dabei ermöglichen die Prozesse einerseits die Verarbeitung einer thermoplastischen und andererseits einer duroplastischen Kunststoffmatrix. Neben der Entwicklung und Validierung dieser Produktionsprozesse werden, mit dem Ziel einen bestmöglichen Korrosionsschutz bei einer zugleich hohen Haftfestigkeit zu realisieren, Konzepte zur Gestaltung der Grenzschicht der artverschiedenen Werkstoffe betrachtet. Des Weiteren werden Methoden zur Simulation und zur mechanischen Prüfung der gefertigten Hybridprofile aufgezeigt. Zusätzlich soll dabei auch auf die Messung und die gezielte Modifikation von Eigenspannungen, die sich infolge der Verarbeitung der verschiedenen Materialien einstellen, eingegangen werden.

Welf-G Drossel, Mathias Bobbert, Marcus Böhme, Christian Dammann, Axel Dittes, Mina Gießmann, Christian Hühne, Jörn Ihlemann, Robert Kießling, Thomas Lampke, Peter Lenz, Rolf Mahnken, Gerson Meschut, Roland Müller, Matthias Nier, Robert Prussak, Matthias Riemer, Sascha Sander, Mirko Schaper, Ingolf Scharf, Mario Scholze, Stephan-Daniel Schwöbel, Semen Sharafiev, Michael Sinapius, Daniel Stefaniak, Thomas Tröster, Martin F. -X. Wagner, Zheng Wang, Carolin Zinn

2. Schalenförmige Hybridverbunde und Inserts

Schalenförmige Bauteile zeichnen sich durch ein sehr großes Verhältnis von Breite oder Länge zur Wanddicke aus. Durch die geringe Wandstärke kommt der Einleitung von Lasten in derartige Strukturen eine besondere Bedeutung zu. Hierfür werden häufig spezielle Lasteinleitungselemente (Inserts) in die Struktur eingebracht, die als Anbindungspunkte dienen. Die Kombination von metallischem Lasteinleitungselement und CFK-Struktur wird anhand drei verschiedener Teilprojekte untersucht. Im Projekt „Multilayer-Inserts – Intrinsische Hybridverbunde zur Krafteinleitung in dünnwandige Hochleistungs-CFK-Strukturen“ wurde ein Lasteinleitungselement für automatisiert gefertigte Faserverbundstrukturen entwickelt. Das Projekt „Grundlagenuntersuchungen intrinsisch gefertigter FVK/Metall-Verbunde – vom eingebetteten Insert zur lasttragenden Hybridstruktur“ untersucht die faserschonende, intrinsische Herstellung von FVK/Metall-Verbunden im RTM-Prozess anhand verschiedener Hybridisierungsansätze. Im Projekt „Einfluss, Detektion und Vorhersage von Defekten in großserientauglichen Hybridverbunden für Metall/CFK-Leichtbautragstrukturen“ wurde ein neuartiges Anbindungskonzept für Metall-CFK-Hybridstrukturen mit thermoplastischer Zwischenkomponente entwickelt. Im Rahmen dieses Kapitels werden die Ergebnisse der Teilprojekte detailliert vorgestellt und erörtert.

Frank Henning, Alexander Bernath, Lucas Bretz, Berend Denkena, Jürgen Fleischer, Lukas Groß, Fabian Günther, Benjamin Häfner, Hans-Georg Herrmann, Alexander Herwig, Peter Horst, Hendrik Jost, Vanessa Kretzschmar, Gisela Lanza, Dieter Meiners, Markus Muth, Markus Pohl, Sven Roth, Carsten Schmidt, Michael Schwarz, Jonathan Serna Gonzalez, Julian Seuffert, Markus Stommel, Jannik Summa, Kay Weidenmann, Jannik Weykenat

6. Produktionstechnologien und Anwendungsbeispiele

Das Kapitel Produktionstechnologien und Anwendungsbeispiele liefert anhand einer Potentialanalyse eine Übersicht über die Wirtschaftlichkeit der erforschten Fertigungsverfahren mit intrinsischer Hybridisierung im Vergleich mit konventionellen Fertigungsmethoden für Hybridstrukturen. Für die Betrachteten Verfahren werden die Qualitätssicherungsmethoden des Schwerpunktprogramms zusammengefasst dargestellt. Sie lassen sich während der Bauteilfertigung und im Anschluss an die Hybridisierung einsetzen, um im Speziellen die mit der Hybridisierung in Verbindung stehenden Fehler erkennen und vermeiden zu können. Ergänzt wird dies um Methoden zur Schadensüberwachung von Hybridstrukturen im Einsatzzyklus. Abschließend werden die erarbeiteten intrinsischen Hybridstrukturkonzepte anhand von beispielhaften Demonstratoren vorgestelltund so das Potenzial für mögliche Anwendungen aufgezeigt. Dabei werden die Hybridisierungen genutzt, um faserverbundgerechte punktuelle oder flächige Lasteinleitungen zu etablieren und eine Verstärkung von crashrelevanten Strukturen zu erzielen. Anwendungen werden für die Branchen Automobil, Flugzeug, Bahn, Schiff, Windkraftanlagen, Bauwesen und den allgemeinen Maschinenbau gezeigt.

Carsten Schmidt, Alexander Bernath, Lucas Bretz, Fabian Günther, Peter Lenz, Markus Muth, Jonas Nieschlag, Robert Prussak, Matthias Riemer, Sven Roth, Julian Seuffert, Zheng Wang, Jannik Weykenat, Veit Würfel

1. Einführung in intrinsische Hybridverbunde

Der Einsatz von Leichtbautragstrukturen bietet heutzutage die Möglichkeit eine signifikante Gewichtsreduzierung zu realisieren. Die optimale Gesamtstruktur besteht dabei aus einer hybriden Werkstoffkombination, dem sogenannten Multi-Material-Design. Der Ansatz der Hybridisierung von Strukturkomponenten rückt somit immer stärker in den Vordergrund und kann grundsätzlich nach zwei unterschiedlichen Methoden erfolgen. Zum einen können zwei Bauteile aus FVK und Metall durch nachgeschaltete Fügeprozesse, wie beispielsweise Nieten, Schrauben oder Kleben, gefügt werden. Nachteil dieses Ansatzes ist neben dem Aufwand für den Fügeprozess die zusätzliche Masse, durch die das Leichtbaupotential nicht vollkommen ausgeschöpft werden kann. Zum anderen besteht die Möglichkeit der Herstellung des Hybridverbunds in einem einstufigen Prozess, wobei die Verbindung der verschiedenen Materialien im Ur- oder Umformprozess ohne einen nachfolgenden Fügeschritt erfolgt. Das entstehende Bauteil wird als intrinsisches Hybrid bezeichnet. In diesem Kapitel wird auf die neuen Gestaltungsmöglichkeiten, aber auch auf die entstehenden Herausforderungen bei der Prüfung, Simulation und Herstellung von intrinsischen Hybridverbunden eingegangen.

Jürgen Fleischer, Sven Coutandin, Jonas Nieschlag

Chapter 9. Gebäudeplanung und Technische Gebäudeausrüstung

Nachdem in den letzten Kapiteln vorwiegend die Planung des Produktions- und Logistiksystems thematisiert wurde, geht Kapitel 9 auf die zugehörige Infrastruktur der Fabrik ein. Dazu zählt zum einen die Planung des Gebäudes, die neben den Personal- und Betriebskosten sowie den Betriebsmitteln einen weiteren Kostenfaktor darstellt. Bisher wurde das Gebäude lediglich als das Objekt betrachtet, das Nutz- und Arbeitsflächen bereitstellt und die Hüllfunktion übernimmt. Dabei kann eine Gebäudekonzeption wesentliche Bereiche der Produktion und damit des Unternehmens positiv sowie negativ beeinflussen. Zum anderen geht Kapitel 9 auf die Planung der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) ein, wie z. B. die raumlufttechnischen Anlagen und Heizungsanlagen. Außerdem wird die Erhöhung der Energieeffizienz einer Fabrik betrachtet, die aktuell immer mehr an Relevanz wird und neben der Versorgung des Produktionsprozesses mit den erforderlichen Medien ein weiteres wesentliches Ziel in der Auslegung der TGA in der Fabrikplanung ist.

Martin Trautz, Ralf Herkrath, Marten F. Brunk, Matthias Dannapfel, Sven Koch

Kapitel 4. Produktionsprozessplanung

Die ProduktionsprozessplanungProzessplanung beschäftigt sich mit der Frage, wie die Anforderungen eines Produktes an seine Erstellung produktionsprozesstechnisch umgesetzt werden können. Bei der Planung des Produktionsprozesses ist die Abfolge der notwendigen Teilverrichtungen zeitlich und räumlich aufeinander abzustimmen. Daher beschäftigt sich Kap. 4 zunächst mit der Festlegung der Ziele, nach denen die Gestaltung erfolgen soll. Diese Ziele lassen sich auf vier Merkmale herunterbrechen, die sich zum Teil gegensätzlich verhalten, sodass vorab eine strategische Ausrichtung erfolgen sollte. Dabei ist die Analyse der Produktionsaufgabe der erste Schritt und definiert die Anforderungen an die Produkterstellung. Auf dieser Basis werden dann die Prozesse in der Fertigung und Montage geplant. Eine abschließende Bewertung reflektiert die Zielerreichung und den Nutzen der betrachteten Zielgrößen.

Peter Burggräf, Günther Schuh, Matthias Dannapfel, Sascha Fuchs, Andreas Roderburg, Ralf Schlosser, Stefan Tönissen

Kapitel 7. Ökologische Folgen

Es werden Umweltwirkungen des Verkehrs auf Ökosystemkomponenten und deren Berücksichtigung im Rahmen von Prüfungsinstrumenten und Folgenbewältigung beschrieben. Das Kapitel betrachtet generell die Maßstabsebene der Stadtlandschaft und geht von einer engen Verflechtung zwischen dem Straßenverkehr in den Innenstädten und der Verkehrserschließung im Umland mit dort stattfindenden ökologischen Belastungen aus. Die ökologischen Wirkungen des motorisierten Straßenverkehrs und dessen Infrastruktur werden systematisch hinsichtlich Wasserbilanz, Nähr- und Schadstoffflüsse sowie deren Wirkungen auf Tierarten und Biotope thematisiert. Um die Folgenbewältigung im Planungsprozess zu illustrieren, werden Umweltverträglichkeitsprüfung sowie FFH-Prüfung erläutert und die Eingriffsregelung mittels landschaftspflegerischem Begleitplan und Ökokontoverfahren diskutiert. Der Ausblick kommentiert Aussagen des Bundesverkehrswegeplans 2030 hinsichtlich künftiger Belastungen der Ökosysteme und zitiert Lösungsansätze bei der Suche nach effektiven Minderungsmaßnahmen.

Hans-Georg Schwarz-von Raumer

Medienarchäologie und Film

Medienarchäologie hat sich als Methode einer unorthodox operierenden Mediengeschichte etabliert. Angesiedelt zwischen einer Archäologie des Wissens und einer Genealogie in Foucaults (und Nietzsches) Sinn beschäftigt sie sich vor allem mit den wechselvollen, brüchigen Geschichten von Materialien, Apparaten und medialen Ensembles, den vielfachen Anfängen und losen Enden der Mediengeschichte ebenso wie mit deren notorischen Wiederaufnahmen. Damit betreibt Medienarchäologie zugleich Mediengeschichte im Plural. Sie entfaltet singuläre Gegen-Geschichten und verfolgt damit eine ‚An-Archäologie‘ in Siegfried Zielinskis Sinn. In der Film- und Kinowissenschaft hat sie sowohl Beiträge zur verzweigten Epistemologie des Bewegungsbildes als auch materialreiche Studien zu lokalen historischen Kinokulturen und zur Dispositivforschung hervorgebracht. Neuerdings finden auch medienökologische Konzepte Eingang in die Medienarchäologie.

Petra Löffler

5. Die Beanspruchung der Eisenbahnschienen

Um die Integrität der Eisenbahnschienen gewährleisten zu können, müssen einerseits die Beanspruchungen analysiert werden, denen die Schienen im Betrieb ausgesetzt sind, die der Beanspruchbarkeit des Schienenmaterials gegenüberzustellen sind. Dazu gehören neben den einwirkenden Kräften auch die Schienentemperaturen bei Berücksichtigung der jeweiligen Beanspruchungsbedingungen. Werden üblicherweise die Haltbarkeitsbetrachtungen auf den mittleren Teil der Schienen begrenzt, so dürfen andere Bereiche wie die Laschenverbindungen, die Schweißverbindungen, freie Schienenenden am Schienenquerbruch und die Krafteinwirkungsbereiche zwischen Rad und Schiene sowie zwischen der Schiene und ihrer Lagerung nicht außer Acht gelassen werden.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

4. Betrachtungen zur Haltbarkeit der Eisenbahnschienen

Die Erfahrung, dass mit Rädern versehene Fahrzeuge auf festem Untergrund mit geringerem Aufwand bewegt werden können als auf unbefestigtem Boden, wurde schon im Altertum gemacht. Vor Jahrhunderten wurde dieses Wissen im Bergbau des Harzes und anderer Regionen umgesetzt, indem der Transport des Erzes in Fahrzeugen erfolgte, die auf zwei in Fahrtrichtung verlegten hölzernen Längsschienen bewegt wurden (Abb. 4.1). Nachdem in der zweiten Hälfte des 16. Jahrhunderts in England die Bestimmung aufgehoben wurde, nach der in den königlichen Werken Ausländer nicht beschäftigt werden dürfen, brachten unter der Regentschaft der jungen englischen Königin Elisabeth die aus dem Harz angeworbenen deutschen Bergleute diese Technik nach England in die dortigen Berg- und Hüttenwerke (Abb. 4.2). Die hölzernen Langschienen, die in England sowohl unter als auch über Tage angewendet wurden, hatten nur eine begrenzte Lebensdauer von etwa sechs Jahren. Der Holzbedarf war dementsprechend nicht unbeträchtlich. 1767, im Rahmen einer Absatzflaute, kam Richard Reynolds, Besitzer der Eisenhütte von Coalbrookdale, auf die Idee, das in dieser Zeit schwer absetzbare Gusseisen auf Vorrat zu produzieren in Form gusseiserner Platten (mit den Abmessungen 5′×4 ½″×1 ¼″), zur zwischenzeitlichen Nutzung, mit seitlichen Führungsstegen und drei Löchern versehen, auf den Holzschienen zu befestigen, um so dem Verschleiß der hölzernen Schienen zu begegnen und erst bei besserer Konjunktur und steigendem Eisenpreis das Gusseisen dann zu verkaufen. Der technische Erfolg dieser Maßnahme war aber so offensichtlich, dass später auf den hölzernen Schienenbalken die Gusseisenplatten beibehalten wurden. Mit Einführung des einseitigen Spurkranzes an den Fahrzeugrädern 1789, einer Erfindung des Engländers Ralph Allen aus den 1730er-Jahren, setzte die Entwicklung der Schienenformen mit ausgeprägtem Kopf und Steg ein, die letztlich zu den modernen Schienenprofilen führte [4.2].

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

3. Erfahrungen zum Auftreten von Schienenfehlern

Betrachtet werden das Auftreten spezifischer Schienenfehler mit ihren möglichen Folgen, ihre Entwicklung im Hinblick auf die geometrische Gestalt und Größe der Risse bei Berücksichtigung des Ortes des betrachteten Risses, der Betriebsbelastung durch die Fahrzeuge und der jahreszeitlich veränderlichen Schienentemperaturen.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

2. Klassifikation der SchienenfehlerKlassifikation der Schienenfehler

Aus den Darlegungen des Kap. 1 geht hervor, dass die den Eisenbahnbetrieb behindernden oder sogar gefährdenden Defekte, die insgesamt als Schienenfehler bezeichnet werden, sehr unterschiedlicher Natur sein können. Es handelt sich um Brüche, um Risse, um Verschleißerscheinungen, um bleibende Verformungen und andere Schädigungen. In den Statistiken der Bahnverwaltungen werden diese unterschiedlichen Arten der Schienenfehler gleichermaßen erfasst. Wenn auch in Schienen Brüche auftreten, die nahezu ohne vorher erkennbaren Fehler im Werkstoff waren, so kann doch im Allgemeinen ein Anriss in der Schiene oder in der Schweißung als Vorstadium des Bruchs angesehen werden. Die Auffassung, dass jeder erkannte Anriss oberbautechnisch als Bruch zu betrachten ist [2.1], geht aber zweifellos zu weit und wird der Praxis der Oberbauerhaltung bei vielen Bahnverwaltungen nicht gerecht.

Karl-Otto Edel, Grigori Budnitzki, Thomas Schnitzer

Charles Kuonen-Hängebrücke

Die im Jahr 2017 durch die swissrope & Lauber AG bei Randa erbaute Charles Kuonen-Brücke misst die stolze Länge von 494 Metern und hält damit den Weltrekord als längste Fußgänger Hängebrücke der Welt. Sie wurde als Ersatz für die im Jahr 2010 eröffnete und nach nur 2 Monaten durch einen Steinschlag zerstörte Europaweg-Brücke gebaut. Die Brücke verbindet den Europaweg von Grächen nach Zermatt und erspart einen Umweg um das Steinschlaggebiet in Randa von etwa 3 Stunden.

Philipp Hirschi

Brücke über die Simme in Garstatt

Die Brücke über die Simme in Garstatt ist auf den ersten Blick eines der unscheinbareren Werke des Schweizer Ingenieurs Robert Maillart. Mit der geringen Bauhöhe und dem filigran wirkenden Tragwerk, welches als Dreigelenkbogen mit teilweise aufgelösten Kastenträgern konstruiert ist, zeugt jedoch auch dieses Bauwerk von der Genialität seines Erbauers. Die Brücke wurde nach 70 Jahren Nutzung in ihrer ursprünglichen Form bei einer Sanierung 2010 auf die heutigen Anforderungen angepasst, ohne dass dabei grundlegende Änderungen am Tragwerk vorgenommen wurden.

Michael Schori

Poyabrücke

Freiburg im Üechtland ist eine Zähringerstadt, die durch die topografische Lage auf eine große Brückentradition zurückgreifen kann. Insbesondere ihre Tradition der Hängebrücken ist beeindruckend. Die nördlich der Stadt situierte Poyabrücke, die als die längste Schrägseilbrücke der Schweiz gilt, erweitert das Repertoire der Ingenieurskünste. Die neue Brücke leitet den Transitverkehr von der Altstadt mit ihrem denkmalgeschützten Kern und von der Zähringerbrücke weg. Dadurch wird das ganze Gebiet für Bewohner und Touristen attraktiver. Kontext und Aufgabenstellung waren nicht leicht, jedoch fanden die Ingenieure mit der Poyabrücke eine moderne und in das Stadtbild eingebettete Lösung, die damals wie heute vollkommen zu überzeugen vermag.

Ivan De Simone

Kapitel 3. Einflussfaktoren auf die Zustandsbeurteilung

Die Verantwortung für Bauwerksprüfungen nach DIN 1076 liegt bei den Straßenbaubehörden von Bund und Ländern (siehe Abschnitt 2.2.1). Diese entscheiden anhand der Haushaltsbudgets und des Bauwerksbestandes über die Vorhaltung von eigenen Prüfteams oder die Fremdvergabe von Prüfleistungen. Während eigene Prüfteams ganzjährig aus Haushaltsmitteln finanziert werden müssen, belasten Fremdvergaben nur auftrags- und objektspezifisch das Haushaltsbudget.

Cornell Weller

Kapitel 2. Grundlagen der Zustandsbeurteilung von Ingenieurbauwerken

In der Arbeit wird untersucht, welche Faktoren eine „objektive“ Zustandsbeurteilung von Ingenieurbauwerken beeinflussen. Neben der Analyse von Prüfprozessen und den Anforderungen an das Prüfpersonal wird maßgeblich das Bewertungsverfahren untersucht (siehe Abschnitt 3.4). Als Ergebnis von Bauwerksprüfungen wird eine Zustandsnote für das gesamte Bauwerk ermittelt, die dem Betrachter den aktuellen Bauwerkszustand symbolisiert.

Cornell Weller

34. Modernisierung

Bei Fahrtreppenmodernisierungen werden die einzelnen Komponenten bis auf das Gerüst demontiert und durch neue Bauteile ersetzt. Bei Fahrtreppen im Innenbereich ist die Wahrscheinlichkeit eines Schadens des Gerüstes beispielsweise durch Korrosion gering. Deshalb ist die Demontage des Gerüstes verzichtbar.

Dieter Unger

6. Antriebe

Die Aufzugsantriebe kann man gemäß untenstehender Abb. 6.1 in drei Hauptkategorien einteilen. Unter den sonstigen Antrieben sind andere Antriebsarten wie Ketten- Spindel- oder Zahnstangenantriebe beinhaltet. Diese sind zusammengefasst, da diese nach Meinung des Autors im Vergleich in geringerer Anzahl vorhanden sind.

Dieter Unger

12. Tragmittel

Die Tragmittel einer Aufzugsanlage dienen zum vertikalen Transport des Fahrkorbs. Der Verlauf und die Länge des Tragmittels im Schacht sind abhängig von der Art der Aufhängung und von der Förderhöhe.

Dieter Unger

28. Fahrtreppenkomponenten

In Kap. 28 werden die einzelnen Fahrtreppenkomponenten behandelt. Die einzelnen Komponenten einer Fahrtreppe ergeben ebenso wie bei den Aufzugsanlagen eine funktionierende Fahrtreppe. Im Groben besteht eine Fahrtreppe aus der Umkehrstation im unteren Bereich, auch als untere Landestelle genannt, die Antriebsstation im oberen Bereich, auch als obere Landestelle genannt, dem Gerüst mit dem Stufenbandsystem, der Balustrade sowie der Steuerung. Die Abb. 28.1 zeigt einen Ausschnitt der Antriebsstation .

Dieter Unger

12. Das ISFH – Solartechnologie in Norddeutschland

Wie kommt eines der bekanntesten Solarenergieforschungsinstitute Deutschlands – das Institut für Solarenergie-Forschung Hameln – in das kleine Dorf Emmerthal bei Hameln? Ganz einfach – per Ausschreibung. Die Gemeinde Emmerthal wurde unter 28 Bewerberinnen ausgewählt, als das ISFH in Hannover einen neuen Standort suchte. Doch zufällig war das nicht, Emmerthal bot mehrere Vorteile: Die Gemeinde war der Sonnenenergie gegenüber aufgeschlossen, sie verfügt über einen für solare Außenexperimente günstigen Standort am Südhang des Ohrbergs und sie bot eine finanzielle Beteiligung am Bau des Instituts an. Es sollte wohl eine Art Gegenpol zum Atomkraftwerk Grohnde an der Weser bilden, das im Ortsteil Grohnde-Emmerthal heute in Sichtweite vom ISFH liegt. Während der Bauphase kam es ab 1977 zu heftigen Protesten gegen das Projekt. Aktivisten errichteten im Juni 1977 am Baugelände ein so genanntes Anti-Atom-Dorf, das bald von der Polizei geräumt wurde. Das Kraftwerk wurde 1984 in Betrieb genommen. Immerhin brachte das Kraftwerk in Emmerthal insofern auch Gutes, als die Gemeinde nun über so viel Gewerbesteuereinnahmen verfügte, dass sie die Ansiedlung eines Instituts zur Solarenergieforschung finanziell fördern konnte [1].

Gerd Stadermann

3. Kirchen

Das was wir heute unter Kirche als Kirchenbau verstehen ist ein kunst- und planvoll gestaltetes Gebäude zur Feier des christlichen Gottesdienstes. Die religiösen Handlungen, die in einem Kirchenbau stattfinden, werden nach einer bestimmten Ordnung, Liturgie genannt, vorgenommen. Die Liturgie bestimmt auch die Gestaltung des Kirchenraumes. Das Christentum hat den Namen Kirche aus dem antiken Griechenland für die Versammlung ekklesia auch für den Versammlungsort gebraucht, so dass wir auch heute mit dem Wort Kirche beides meinen, die Institution und das Haus.

Sylwester Kabat

Chapter 7. Städtische Emissionen

Die zunehmende Technisierung hat insbesondere in den industriegeprägten Gesellschaften zu einem hohen Lebensstandard geführt. Dadurch sind gleichzeitig sowohl die Menschen als auch die Umwelt erheblichen Emissionen und Immissionen ausgesetzt. Die Belastung der Luft durch unterschiedliche Fremdstoffe und Erhöhung der Konzentrationen der Luftbestandteile, steigende Lärmbelastung, zunehmende künstliche Beleuchtung urbaner Räume sowie rasant wachsende elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder sind die wesentlichen städtischen Emissionen, die das Umfeld des Menschen, der Tiere und Pflanzen beeinträchtigen. Die zunehmenden anthropogenen Emissionen verändern die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Zusätzlich beeinträchtigen die abgegebenen Luftbeimengungen die klimatischen Prozesse sowie die Luftqualität und damit die Lebensbedingungen der Lebewesen.

Schew-Ram Mehra

Kapitel 2. Grundlagen

Nach [4] ist ein thermodynamisches System definiert durch eine geschlossene Hülle, welche das zu untersuchende Objekt vollständig umgibt und gegen die Umgebung abgrenzt. Die gedachte Hülle wird als Systemgrenze bezeichnet, während das Innere das System abbildet. Außerhalb der Systemgrenze liegt die Umgebung. Während ein offenes System materiedurchlässig ist, gilt dies für ein geschlossenes System nicht.

Manuel Eugen Faiß

5. Speichertechnologien und -systeme

Das Spektrum der Speicheranwendungen ist sehr breit gefächert. Es hängt von der Platzierung der EES im Smart Grid (z. B. Übertragung oder Verteilung) oder den Aufgaben, die sie erfüllen müssen (z. B. Stromqualität oder Spitzenlastreduktion), ab. Für jede dieser Anwendungen eignen sich unterschiedliche Speichertechnologien. Diese werden in diesem Kapitel vorgestellt und, basierend auf zahlreichen Schemata, deren Funktionsweise erläutert. Darüber hinaus werden diese EES auch durch die wichtigsten technischen und wirtschaftlichen Parameter charakterisiert.

Przemyslaw Komarnicki, Pio Lombardi, Zbigniew A. Styczynski

Kapitel 6. Schadensanalyse

Die Schadensanalyse ist die „Königsdisziplin der Ingenieurswissenschaften“ [141].

Frank Bauer

Kapitel 3. Grundgedanke der Systembetrachtung

Der Grundgedanke der tribologischen Systembetrachtung besteht aus einem umfassenden Analyseansatz aller Eingangs- und Ausgangsgrößen und deren Wechselwirkungen im System. „Für die Schaffung der begrifflichen Voraussetzungen und für die Anwendung der Systemanalyse in der Tribologie sind vorrangig die Arbeiten von Salomon, Czichos und Fleischer zu nennen.“ [27] Zu Beginn muss die Funktion und der Nutzen des tribologischen Systems (Kurzform: Tribosystem) ermittelt oder festgelegt werden.

Frank Bauer

Kapitel 8. Schäden am System Radial-Wellendichtung

In diesem Kapitel werden die Schäden am System Radial-Wellendichtung vorgestellt. Vor Versuch ist es wichtig den Vorschaden an den Elementen Dichtkante und Gegenlauffläche klar zu analysieren und zu erkennen. Nach Versuch müssen die tribologischen Primärschäden an Dichtkante und Gegenlauffläche analysiert und bewertet und mit der vorgestellten Dokumentationsmethode zusammengefasst werden. Das Kapitel schließt mit der Gesamtbetrachtung des Systems.

Frank Bauer

Kapitel 7. Schadensanalyse

Die Schadensanalyse ist die „Königsdisziplin der Ingenieurswissenschaften“ [147].

Frank Bauer

Kapitel 3. Dichtungstechnik als Spezialgebiet der Tribologie

Die Dichtungstechnik ist ein Spezialgebiet der Tribologie.

Frank Bauer

Kapitel 4. Technologien für Digitalisierungslösungen

In diesem Kapitel werden Technologien und innovative Lösungsansätze vorgestellt, die heute oder in absehbarer Zeit für Digitalisierungsprojekte in der Automobilindustrie zur Verfügung stehen. Diese betreffen die Informations-Technologie wie z. B. Cloud-Angebote, mobile Anwendungen, Big Data und Cognitive Computing, aber auch die Produktionstechnik mit Robotik, Drohnen, Nanotechnologie und 3D-Druck, kleine elektronische am Körper tragbare Geräte bis hin zu spielerischen Formen der Projektarbeit, der sogenannten Gamification. Das Kapitel erläutert die wesentlichen Entwicklungen mit dem Ziel, die praxisrelevanten Einsatzmöglichkeiten und Nutzenpotenziale dieser Lösungen zu verstehen, um ihre Relevanz, Einsatzmöglichkeiten und Nutzenpotenziale für aktuelle und kurzfristig anstehende Projekte für die digitale Transformation einschätzen zu können.

Uwe Winkelhake

Kapitel 9. Regelung elastischer und reibungsbehafteter Systeme

Bei der Optimierung der Drehzahlregelung (siehe z. B. Kap. 2.1.2 auf Seite 330) wurde bisher immer nur die elektrische Maschine allein betrachtet. In der Praxis sind auch die Einflüsse einer elastischen Kopplung zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine von Interesse, die in diesem Kapitel diskutiert werden. Die Arbeitsmaschine wird durch das Trägheitsmoment $$\theta $$ θ A approximiert, technologische Fragestellungen sind nicht berücksichtigt (hierzu Kap. 10.1 auf Seite 1367). Sollte eine ideale starre Verbindung vorliegen, so kann das Massenträgheitsmoment $$\theta $$ θ A (Arbeitsmaschine) zum Massenträgheitsmoment $$\theta $$ θ M der Antriebsmaschine (Motor) hinzugerechnet werden.

Dierk Schröder, Joachim Böcker

8. Anhang

In den Anhängen werden folgende Themen dargestellt: Übersicht und Bearbeitungsstand der europäischen Normen für Krane und weitere Regln der Technik Sicherheitsrelevante Steuerungen gemäß EN ISO 13849-1 Grundsätze für die Prüfung von Kranen DGUV G 309-001 (früher BGG 905 + ZH 1/27) Wesentliche Änderung/Wesentliche Veränderung Grundsätze für die Ermächtigung von Sachverständigen für die Prüfung von Kranen durch die Berufsgenossenschaft DGUV G 309-005 (früher BGG 924 + ZH 1/518) und Verfahrens-grundsätze für die Zertifizierung von Prüfsachverständigen für die Prüfung von Kranen und Hebezeugen (VG 001) Heben von Personen mit Kranen Lastaufnahmemittel EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG neue Bestimmungen für Krane

Jürgen Koop

3. Prüfungen

Im Kapitel „Prüfungen“ werden die Bestimmungen der §§ 25 und 26 der Unfallverhütungsvorschrift „Krane“ DGUV Vorschrift 52 mit den neuen gültigen Bestimmungen des § 14 und Anhang 3 der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) verglichen und bewertet. Im Weiteren werden die Prüfumfänge und -inhalte für Prüfungen vor der ersten Inbetriebnahme, nach prüfpflichtigen/wesentlichen Änderungen und für Wiederkehrende Prüfungen vorgestellt.

Jürgen Koop

3. § 3 Kreislaufwirtschafts- und Abfallrecht

Der Blick auf Abfall hat sich verändert: was früher auf der Müllkippe deponiert wurde, soll heute möglichst lange im Wirtschaftskreislauf gehalten werden. Abfälle, die in Deponien eingelagert wurden, sollen wiedergenutzt werden. Abfall wird zunehmend als Ressource betrachtet. Ursache dafür sind die Probleme und Kosten, die mit der modernen, auf Wachstum ausgerichteten Wirtschaftsweise verbunden sind: Raubbau an der Natur, Kosten für die Entsorgung und eine Mentalität, allzu oft das neueste Produkt zu erwerben, bestimmen das Problemfeld.

Ulrich Smeddinck

8. § 8 Umweltstrafrecht

Strafrecht sollte immer die ultima ratio sein. Das gilt im allgemeinen Strafrecht, das gilt aber ebenso im Umweltstrafrecht. Andererseits sollte kein Zweifel daran bestehen, dass Umweltstraftaten keine Kavaliersdelikte sind, dass eine Gewässerverunreinigung oder eine umweltgefährdende Abfallbeseitigung genauso strafwürdig sein können wie ein Diebstahl oder ein Betrug. Darum ist es auch falsch, wenn von einigen Autoren die Abschaffung des Umweltstrafrechts gefordert wird, weil es sich angeblich nur um Bagatellkriminalität handele. Bei Bagatellstraftaten stehen Staatsanwaltschaft (StA) und Gericht geeignete Instrumente zur Verfügung, indem nach Opportunitätsgrundsätzen (§§ 153, 153a Strafprozessordnung (StPO)) entschieden wird. Es gibt jedoch genügend gravierende Delikte – teilweise auch den Bereich der Wirtschaftskriminalität berührend – die mit spürbaren Strafen geahndet werden müssen. Reines „Verwaltungsunrecht“ kann als sogenannte Ordnungswidrigkeit mit Bußgeld sanktioniert werden.

Hans-Jürgen Sack

Kapitel 10. Schwingungen und Geräusche

Themen in Kapitel 10: Instationäre Strömungsvorgänge am Laufradaustritt, Druckpulsationen und Flüssigkeitsschall, Bauteilbeanspruchung durch instationäre Strömungsvorgänge, Abstrahlung von Luftschall und Körperschall, Rotordynamik, Lagergehäuseschwingungen, Hydraulische Schwingungsanregung, Richtlinien für die Konstruktion schwingungsarmer Pumpen, Schwingungsdiagnose, Hydraulische und akustische Anregung von Rohrleitungsschwingungen, Torsionsschwingungen, Schwingungen von Vertikalpumpen, Fallbeispiele und Richtlinien.

Johann Friedrich Gülich

Kapitel 11. Verhalten der Kreiselpumpen in Anlagen

Themen in Kapitel 11: Anlagenkennlinien und Arbeitspunkt; Einzelbetrieb, Parallel- und Reihenschaltung; Drossel-, Drehzahl-, Bypass-, Vordrallregelung; Statische und dynamische Stabilität; Anfahren und Abschalten; Ausfall des Antriebes, Druckstoß; Zulässiger Betriebsbereich und Erwärmung des Fluids durch Verluste; Thermometrische Wirkungsgradmessung; der Pumpenzulauf: Zulaufleitungen, Transientes Absinken des Zulaufdrucks, Einlaufbauwerke und Zulauf aus Behältern mit freiem Fluidspiegel; Topfpumpen; Druck- und Heberleitungen.

Johann Friedrich Gülich

Kapitel 6. Saugverhalten und Kavitation

Bei Verwendung des Begriffs „Kavitation“ ist zwischen der „Kavitationsströmung“ – d. h. dem Auftreten lokaler Gebiete mit Zweiphasenströmung – und „Kavitationserosion“ bzw. Kavitationsschäden zu unterscheiden. Behandelte Themen: Blasendynamik, Kavitation in Laufrad und Leitrad, erforderlicher NPSH-Wert, Kavitationskriterien für NPSHR-Werte, Modellgesetze für Kavitationsströmungen, Messung des erforderlichen NPSHR-Wertes, Einfluss der Fluideigenschaften, thermodynamische Einflüsse, nichtkondensierbare Gase, Nuclei, Kavitationsbedingte Schwingungen und Geräusche, Kavitationsschallmessungen zur Quantifizierung der hydrodynamischen Kavitationsintensität, Kavitationserosion, Kavitationswiderstand, Vorausberechnung von Kavitationsschäden aufgrund der Blasenfeldlänge, und des Flüssigkeitsschalls, Körperschallmessungen zur Kavitationsdiagnose, Farberosionsversuche zur Bestimmung des Implosionsortes, Erosionsschwellwert und Materialverhalten bei verschiedenen hydrodynamischen Kavitationsintensitäten, Wahl des Zulaufdruckes in der Anlage (NPSHA), Kavitationsschäden: Analyse und Abhilfe, Kavitationsformen und typische Arten von Kavitationsschäden in Laufrädern, Leiträdern und Spiralgehäusen.

Johann Friedrich Gülich

Kapitel 14. Werkstoffwahl für hohe Geschwindigkeiten

Themen: 1. Ermüdungsbrüche an Laufrädern oder Leiträdern: Zulässige Förderhöhe pro Stufe, Laufradbrüche – Analyse und Vorausberechnung. 2. Korrosion: Korrosionsmechanismen, Korrosion in Trinkwasser, Kühlwasser, Abwasser, Korrosion in Meerwasser und Lagerstättenwasser, Erosionskorrosion in vollentsalztem Wasser (Berechnung der Abtragsraten). 3. Materialwahl und zulässige Geschwindigkeiten: Definition häufig vorkommender Fördermedien, Metallische Pumpenwerkstoffe für Laufräder, Leiträder, Gehäuse, Spaltringwerkstoffe, Werkstoffe für mediumsberührte Wellen, Werkstoffe für Speisewasser- und Kondensatpumpen sowie REA-Pumpen, Verbundwerkstoffe. 4. Hydroabrasiver Verschleiß: Einflussparameter, Quantitative Verschleißabschätzung, Materialverhalten und Feststoffeinfluss, Erosionsformen als Spiegelbild der Strömung.

Johann Friedrich Gülich

Kapitel 15. Zur Auswahl und Qualität von Kreiselpumpen

Eine sorgfältig erstellte Pumpenspezifikation, die alle relevanten Bedingungen in der Anlage analysiert, ist Voraussetzung für die korrekte Bestimmung von Pumpentyp und Baugröße. Eine Liste technischer Qualitätskriterien erlaubt es, eine Pumpenauswahl oder ein Angebot bezüglich strömungstechnischer Kriterien zu evaluieren. Die hydraulischen Komponenten müssen, je nach Erfordernissen des Einsatzgebietes, innerhalb empfohlener geometrischer Toleranzen liegen, die in Tafel 15.2 angegeben werden. Es wurde verschiedentlich versucht, den Begriff «Hochleistungspumpen» zur Definition von Qulaitätserfordernisses zu verwenden. Möglichkeiten hierzu werden in Kap. 15.4 diskutiert.

Johann Friedrich Gülich

Kapitel 16. Versuche an Kreiselpumpen

Versuche an Pumpen werden durchgeführt, um Leistung und Funktionsfähigkeit zu überprüfen, um die Ursachen von Betriebsstörungen herauszufinden, und um hydraulische Komponenten zu entwickeln. Hierzu dienen offene und geschlossene Versuchskreisläufe, deren Konfiguration einen großen Einfluss auf die Versuchskosten und die Zuverlässigkeit der Messungen ausübt. Der erste Teil von Kap. 16 widmet sich diesem Gegenstand. Weitere Themen: 1. Instrumentierung für die Messung von Drücken, Volumenströmen, Drehmoment und Leistung. 2. Versuchsvorbereitung und -durchführung. 3. Versuchsauswertung und Genauigkeit. 4. Mögliche Probleme bei Versuchen und Abhilfe.

Johann Friedrich Gülich

Die Sanierung des Sonnensegels im Westfalenpark Dortmund: eine frei geformte Dachschale aus Holz

Das von Behnisch und Partner geplante, im Jahr 1969 für die Bundesgartenschau »Euroflor« fertiggestellte Sonnensegel im Dortmunder Westfalenpark war als Demonstrationsobjekt für fortschrittlichen Holzbau konzipiert. Ursprünglich als temporärer Pavillon ausgelegt, mussten nach vier Jahrzehnten Standzeit die frei bewitterten Nadelholz-Stützen mit einer lastabtragenden Stahlverstärkung versehen werden und 2013 kam es dann schließlich zur vollständigen Sperrung des Objekts, da aufgrund der stark geschädigten Substanz eine ausreichende Standsicherheit nicht mehr gegeben war. Nachdem in Auswertung mehrerer Gutachten bereits schon der Abriss des denkmalgeschützten Holzflächentragwerks diskutiert wurde, stellte die von der Wüstenrot Stiftung initiierte und von Knippers Helbig erarbeitete Machbarkeitsstudie (2017) eine grundlegende, denkmalpflegerisch vertretbare Instandsetzung in Aussicht.

Thorsten Helbig, Florian Gauss, Li Jian-Min, Adam Seidel

Fassadensanierung am ehemaligen Amerikanischen Generalkonsulat in Düsseldorf

Das ehemalige Generalkonsulat der Vereinigten Staaten von Amerika an der Cecilienallee 5 in Düsseldorf-Golzheim wurde 1953 nach Plänen von Skidmore Owings & Merrill (SOM) im International Style der 1950er Jahre erbaut. Das Gebäude löst sich von der traditionellen Baukunst bzw. organischen Architektur der Nachkriegszeit. Architekturgeschichtlich ist der Bau dem Internationalen Stil zuzuordnen und gehört neben dem Dreischeibenhaus zu den architektonisch bedeutenden Beispielen der Nachkriegsmoderne in Düsseldorf.

Jürgen Einck
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