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Korrosion

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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

Denkmalgerechte Sanierung Gasometer Oberhausen

Der Gasometer Oberhausen, 1929 errichtet vom MAN Werk Gustavsburg in „MAN-Bauweise", ist ein Industriedenkmal in Oberhausen und seit 1994 die höchste Ausstellungs- und Veranstaltungshalle Europas. Lindner Lohse Architekten wurde mit der denkmalgerechten Komplettsanierung betraut. Verortet ist der Gasometer in der Neuen Mitte – unmittelbar am Rhein-Herne Kanal.

Harald Lindner, David Auerbach, Dirk Böttger

Kapitel 2. Voruntersuchungen

Im Kap. 2 erfahren Sie, welche Untersuchungen erforderlich sind, um die physiko-chemischen Verhältnisse Ihres Grubenwassers zu verstehen. Dies beginnt bei der Probenahme von Grubenwasser und leitet über zu den wichtigen Parametern, mit denen Sie Ihre Wasserqualität beurteilen können. Es schließt mit einigen Möglichkeiten, Ihre Erkenntnisse aus den Untersuchungen anzuwenden. Bei ausgewählten Parametern gehe ich darauf ein, wo es zu Problemen bei der Messung oder der Interpretation kommen kann. Ziel des Kapitels ist es, Ihnen die grundlegenden Werkzeuge an die Hand zu geben, die Ihnen eine erste Beurteilung Ihres Grubenwassers erlauben und Sie gleichzeitig auf potenzielle Stolpersteine hinzuweisen. Außerdem erfahren Sie, wie Sie sich vor Berglöwen schützen können. Am Ende des Kapitels sollten Sie in der Lage sein, eine korrekte Probenahme von Grubenwasser durchzuführen und anhand weniger Messwerte erste Vorstellungen zu Ihrer Grubenwasserreinigungsanlage zu entwickeln.

Christian Wolkersdorfer

Kapitel 9. Diagenetische Entstehung von Erz-Lagerstätten

Vorbemerkung: Die Darstellung der in diesem Kapitel behandelten diagenetischen sedimentären Erz-Lagerstätten fußt im Wesentlichen auf wenigen ausgewählten Übersichtsreferaten für (1) Pb–Zn-Lagerstätten vom Mississippi–Valley-Typ (Leach und Sangster 1993; Paradis et al. 2007), (2) schichtgebundene sedimentäre Kupfer-Lagerstätten (Brown 1997, 2005; Hitzmann et al. 2010), und (3) sedimentäre Uranerz-Lagerstätten (Finch und Davis 1985). Die Literaturlisten für jeden aufgeführten Lagerstättentyp werden der Übersichtlichkeit halber nicht zu einer einheitlichen Liste zusammengefasst, sondern getrennt am Ende der Einzelabschnitte angefügt.

Reinhard Hesse, Reinhard Gaupp

2. Teiledienst

Der Teiledienst umfasst vielfältige Aufgabenbereiche und Perspektiven. Hier sind vor allem das Ersatzteilmanagement, die Nachserienversorgung, Methoden und Tools, Versorgungsstrategien und die Schnittstelle zum Kundendienst zu nennen. In dem nachfolgenden Kapitel wird näher auf die Begrifflichkeiten, Perspektiven und Prozesse eingegangen sowie deren Zusammenhänge erläutert. Die Bedeutung des Teiledienstes im After Sales Service lässt sich daran erkennen, dass das Ersatzteilgeschäft mit einem Umsatzanteil von 50 bis 60 Prozent vom Serviceumsatz die wichtigste Säule des After Sales Service darstellt. Nichtsdestotrotz erwarten Kunden hohe Ersatzteilverfügbarkeiten, kurze Reaktionszeiten und Lieferzeiten sowie eine ausgezeichnete Qualität. Daher stehen im Teiledienst die optimale Ersatzteilbedarfsplanung zur Optimierung des Lagerbestandes für die jeweiligen Instandhaltungsstrategien, die sichere Lagerung und schnelles Auffinden der Ersatzteile, die schnelle und kostengünstige Ersatzteilbeschaffung, die anforderungsgerechte Bereitstellung von Ersatzteilen zur vollsten Kundenzufriedenheit und die kontinuierliche Kontrolle der Bestände im Aufgabenfokus.

Uwe Dombrowski, Constantin Malorny, Ralf Kolshorn, Thorsten Blöcker

5. Serviceplanung

Die Serviceplanung ist Teil des gesamten Produktentstehungsprozesses und somit bereits in der Produktplanung und der Produktentwicklung, aber auch Entwicklung und Konstruktion integriert. Ziel dieser frühen Einbindung ist es, das Endprodukt direkt an die Anforderungen der späteren After Sales Services zu gestalten. Generell müssen vielfältige Aspekte in und durch die Serviceplanung berücksichtigt werden. So muss strategisch ausgewählt werden, welche Services angeboten werden können und müssen, wie diese ausgestaltet werden und wie Schulung und Dokumentation vorgenommen wird. Darüber hinaus hat die Serviceplanung auch operative Elemente. Das heißt, dass zur Serviceplanung auch die Ausgestaltung der Einsatzpläne der Servicetechniker gehört. Eine weitere wichtige Komponente ist die Einbringung der Aspekte und Anforderungen des After Sales Service in die Produktplanung sowie in die Entwicklung und Konstruktion.

Uwe Dombrowski, Constantin Malorny, Michael Poschmann

29. Werkstoff- und Bauteileigenschaften

Eine funktionsgerechte Werkstoffauswahl basiert auf einer umfassenden rechnerischen und experimentellen Belastungs‐ und Beanspruchungsanalyse des Bauteils (s. Teil III) und einem Vergleich der Beanspruchung mit geeigneten Werkstoffkennwerten.

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner, Christina Berger, Karl-Heinz Kloos

33. Tribologie

Tribologie ist die Wissenschaft und Technik von aufeinander einwirkenden Oberflächen in Relativbewegung (DIN 50323, Teil 1). Diese Definition ist aus der englischen Originalfassung abgeleitet: Tribology – Science and technology of interacting surfaces in relative motion and practices related thereto [1]. Im heutigen Verständnis lässt sich „interacting surfaces in relative motion“ gut mit „Wirkflächen in Relativbewegung“ übersetzen. Die Tribologie umfasst die Teilgebiete Reibung, Verschleiß und Schmierung. Sie steht in enger Beziehung zu den Werkstoffen der beteiligten Körper. deshalb ihre Behandlung in Teil IV.Die Bedeutung der Reibung für die CO2-Emissionen erreichte bislang nicht die politische Diskussion. Der Anteil der Reibungsverluste am globalen Primärenergieverbrauch beträgt 20–23 % [2], wobei das realistische und langfristige Minderungspotential des globalen Primärenergieverbrauchs durch Reibungsverluste bei ∼40 % liegt. Folglich könnten von den in 2017 emittierten ca. 32 500 Millionen Tonnen (Mt) an globalem CO2-Emissionen rechnerische >2.600 Millionen Tonnen CO2 durch Reibungsminderungen eingespart werden.

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Habig, Mathias Woydt

34. Korrosion und Korrosionsschutz

Korrosion der Metalle ist die physikochemische Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung, die zu Veränderungen der Eigenschaften des Metalls führt und die zu erheblichen Beeinträchtigungen der Funktion des Metalls, der Umgebung oder des technischen Systems, von dem diese einen Teil bilden, führen kann [1]. Die Beständigkeit gegen Korrosion ist daher eine Eigenschaft eines Bauteiles oder einer Komponente in einem technischen System. Korrosionsbeständigkeit bezeichnet die Fähigkeit des Werkstoffes unter dem jeweils vorliegenden Bauteildesign, einer Korrosionsbeanspruchung zu widerstehen und so die Funktionsfähigkeit des Bauteiles zu erhalten (Abb. 34.1). Die Korrosionsbeanspruchung ergibt sich aus den Umgebungsbedingungen seitens des Mediums und seitens des jeweiligen konstruktiven Designs. Übersteigt die Korrosionsbeanspruchung eines Werkstoffes einer technischen Komponente dessen Beanspruchbarkeit, d. h. seinen Korrosionswiderstand, dann ist die funktionsgerechte Wechselwirkung dieser drei Faktoren beeinträchtigt und es kann ein Korrosionsschaden eintreten. Ein Korrosionsschaden (Damage) liegt also nicht notwendigerweise bei Korrosion an sich, sondern nur dann vor, wenn die Funktionsfähigkeit einer bestimmten Komponente in einem technischen System beeinträchtigt ist. Darüber hinaus muss ein Korrosionsschaden an einer Komponente nicht notwendigerweise zu einem Versagen (Failure) bzw. Ausfall, d. h. dem totalen Verlust der Funktionsfähigkeit des jeweiligen gesamten technischen Systems führen. Der Begriff Korrosion bezieht sich überwiegend auf metallische Werkstoffe. Aber bei Gläsern und Keramiken wird von Korrosion gesprochen und auch an organischen nichtmetallischen (Polymer‐ und Komposit‑) Werkstoffen gibt es korrosionsartige Erscheinungen. Hierauf wird jedoch in diesem Abschnitt nicht eingegangen.

Prof. Dr.-Ing. Thomas Böllinghaus, Prof. Dr. Michael Rhode, Thora Falkenreck

31. Eigenschaften und Verwendung der Werkstoffe

Als Eisenwerkstoffe werden die für Bauteile und Werkzeuge anwendbaren Metalllegierungen bezeichnet, bei denen der mittlere Gewichtsanteil an Eisen höher als der jedes anderen Legierungselements ist. Sie werden in die Gruppe der Stähle und Gusseisenwerkstoffe aufgegliedert. Beide Gruppen unterscheiden sich vor allem im Kohlenstoffgehalt und weisen teilweise sehr unterschiedliche Eigenschaften auf. Während die Stähle Eisenwerkstoffe darstellen, die sich i. Allg. für die Warmumformung eignen, erfolgt die Formgebung der Gusseisenwerkstoffe durch Urformen (s. Bd. 2, Kap. 39). Abgesehen von einigen Cr‐reichen Stählen liegt der C‐Gehalt der Stähle unter rd. 2 %, der C‐Gehalt der Gusseisenwerkstoffe über 2 %. Während bei Stählen der Kohlenstoff im Eisengitter gelöst oder in chemisch gebundener Form als Karbid vorliegt, tritt er im Gusseisen teilweise als Graphit auf. Stahlguss, dessen Formgebung ebenfalls durch Urformen erfolgt, wird zur Gruppe der Stähle gerechnet.Im stabilen Eisen‐Kohlenstoff‐System tritt Kohlenstoff als Graphit in hexagonaler Gitterstruktur auf. Diese Gleichgewichtsphase stellt sich nur bei extrem langen Glühzeiten ein. Bei den üblichen Wärmebehandlungen der Stähle liegt Kohlenstoff in chemisch gebundener Form als Eisenkarbid Fe3C (Zementit) vor. Für technische Zwecke wird daher in der Regel statt des Systems Eisen‐Kohlenstoff das metastabile System Eisen‐Zementit betrachtet, wenn auch im Bereich des Gusseisens (C > rd: 2 %) eine teilweise Graphitbildung erfolgt, der reale Werkstoffzustand also zwischen dem des stabilen und des metastabilen Systems liegt.

Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner, Christina Berger, Karl-Heinz Kloos

Kapitel 22. Ökodesign

Entwicklung von Produkten mit verbesserter Ökobilanz

Jedes Produkt hat über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg Auswirkungen auf die Umwelt (z.Bs. durch den Verbrauch von Ressourcen und die Entstehung von Abfällen). Es wird zunehmend anerkannt, dass Hersteller und Verbraucher eine gemeinsame Verantwortung tragen, dafür zu sorgen, dass die negativen Umweltauswirkungen, die durch die Herstellung und den Konsum von Produkten und Systemen entstehen, so gering wie möglich sind, oder dass wir sicherstellen können, dass wir positive (oder netto-neutrale) Auswirkungen aus unserer Nutzung der Ressourcen des Planeten ziehen. Ökodesign ist ein Weg, um den Produktentwickler durch einen strukturierten Ansatz zur Verbesserung der Umwelt in jeder Phase des Produktentwicklungsprozesses und unter Berücksichtigung aller Phasen des Produktlebenszyklus zu unterstützen. Dieses Kapitel stellt eine kurze Geschichte und den aktuellen Stand der Praxis des Ökodesigns vor und führt einen strukturierten Ansatz für das Ökodesign ein, der sich auf zwei komplementäre Ansichten konzentriert: top-down, den designgetriebenen Ansatz und bottom-up, den ökologischen Lebenszyklusansatz. Verwandte Praktiken, Strategien, Richtlinien und Werkzeuge werden vorgestellt, um zu veranschaulichen, wie Ökodesign in den Entwicklungsprozess integriert werden kann.

Tim C. McAloone, Daniela C. A. Pigosso

1. Geschweißte Vollwandträger

Geschweißte Vollwandträger (Blechträger) werden aus Blechen und Breitflachstählen sowie Teilen von Walzprofilen zusammengesetzt (s. Abb. 1.1 und 1.2). Gegenüber den Walzträgern haben sie den Vorteil, dass man die Querschnittsabmessungen nach statischen, konstruktiven und räumlichen Erfordernissen frei wählen kann und nicht eng an ein festliegendes Walzprogramm gebunden ist. Auch in ästhetischer Hinsicht lassen sich solche Träger günstig in ein architektonisches Gesamtkonzept einplanen. Sie werden demgemäß verwendet, wennKostenersparnisse erzielt man bei Blechträgern durch geringere Materialpreise für Bleche und Breitflachstähle, durch einen allgemein geringeren Materialeinsatz, insbesondere bei den dünneren Trägerstegen, und durch eine mögliche Abstufung der Gurte oder Trägerhöhe entsprechend dem Schnittkraftverlauf $$M_{\mathrm{y}}$$ M y , $$V_{\mathrm{z}}$$ V z (s. Abb. 1.4 und 1.5). Diesen Kosteneinsparungen sind die Kosten für das Brennen, Schneiden und Verschweißen der Einzelteile gegenüberzustellen. Eine wirtschaftliche Fertigung ist i. d. R. nur durch den Einsatz von Schweißautomaten (mit Mehrfachschweißköpfen) möglich.

Wolfram Lohse, Jörg Laumann, Christian Wolf

Kapitel 14. Grundregeln der Gestaltung

Durch die in Kap. 12 beschriebene Vorgehensweise zur Festlegung der Produktarchitektur werden die Hauptschnittstellen der Produktkomponenten, Baugruppen und Bauteile zueinander definiert. Auch die Beziehung der Komponenten untereinander wird entsprechend festgelegt. Die dabei zu beachtenden Anforderungen an das Produkt selbst sowie des wahrscheinlichen Fertigungsverfahrens liefern bereits eine Reihe von Hinweisen bzw. Vorgaben für die Gestaltung des Produkts. Im Rahmen des Entwurfs- und Ausarbeitungsprozesses als Teilschritte des Produktentwicklungsprozesses, vgl. Kap. 4, werden dann durch die Gestaltung die wesentlichen geometrischen Eigenschaften des Produkts festgelegt, sodass anschließend die Grobgestalt des Produkts vorliegt.

Eckhard Kirchner, Alfred Neudörfer

Kapitel 12. Produktarchitektur

Die Gestaltung der Produktarchitektur fokussiert die Analyse und Synthese der Zusammenhänge zwischen der funktionalen und physischen Produktbeschreibung in unterschiedlichen Entwicklungsphasen unterstützen. Ziel dabei ist es, Produkteigenschaften, wie Gewicht, Anpassbarkeit oder Montageaufwand, gezielt zu beeinflussen. Darüber hinaus ist die Gestaltung der Produktarchitektur die Grundlage für die Beherrschung von Variantenvielfalt, indem modulare Produktstrukturen realisiert werden.

Dieter Krause, Thomas Vietor, David Inkermann, Michael Hanna, Timo Richter, Nadine Wortmann

Kapitel 16. Gestaltungsrichtlinien

Die Grundregeln „eindeutig“, „einfach“ und „sicher“ (Kap. 14) sowie die im Kap. 15 beschriebenen Gestaltungsprinzipien sind aus den generellen Zielsetzungen an jedes zu entwickelnde Produkt abgeleitet und daher immer zu berücksichtigen. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl spezifischer Gestaltungsrichtlinien, die jeweils auf für einen konkreten Entwicklungskontext geltender Zielsetzungen ausgerichtet sind. Dies können etwa die besondere Bedeutung von Leichtbauprinzipien im Flugzeugentwurf, die Korrosionsbeständigkeit in Anwendungen der Medizintechnik oder auch Prinzipien der modularen Produktgestaltung für ein Zulieferunternehmen in der Automobilbranche sein.

Beate Bender, Kilian Gericke, Jörg Heusel, Thomas Bronnhuber, Olaf Helms, Jens Krzywinski, Fritz Klocke, Klaus Dilger, Rainer Müller, Tobias Ehlers, Roland Lachmayer

8. Stahlverbundbauweise im Hochbau

Der Stahlverbundbau ist ca. 60 Jahre alt und hat sich in den letzten drei Jahrzehnten neben den vier klassischen Bauweisen in Holz, Mauerwerk/Steine, Beton/Stahlbeton und in Stahl als jüngster Bauweise im Hochbau fest etabliert. Fast noch stärker gilt dies auch für den Brückenbau, auf den in diesem Kapitel aber nicht näher eingegangen wird. Im Hochbau findet der Verbundbau vorzugsweise Anwendung im Skelettbau (Geschoss- und Industriebau, Parkhausbau), d. h. bei Träger- und Stützenkonstruktionen bzw. Decken. Dabei vereinigt die Bauweise die Vorteile der beiden eingesetzten Materialien Stahl und Beton durch Ausnutzung ihrer spezifischen Werkstoffeigenschaften:Stahl ist ein homogener, ideal-elastisch/plastischer Werkstoff mit zeit- und alterungsunabhängigen Festigkeitseigenschaften, die allerdings bei Einwirkung hoher Temperaturen (z. B. im Brandfall) relativ rasch verloren gehen. Aufgrund der hohen Festigkeiten ist ein geringer Materialeinsatz möglich.

Wolfram Lohse, Jörg Laumann, Christian Wolf

Kapitel 4. Gefährdungen und Risiken an und mit Maschinen

Die heutzutage in Maschinen installierten Leistungen bedeuten für alle, die mit oder an Maschinen arbeiten, potenzielle Gefahren. Sie dürfen sich nicht schädigend auswirken, weder auf Menschen, noch auf die Umwelt. Maschinenhersteller müssen ihre Produkte mit dem Sicherheitsniveau ausstatten, welches die Gesellschaft erwartet.

Alfred Neudörfer

Kapitel 5. Sicherheitstechnik

Europäisches und nationales Recht verpflichten Hersteller technischer Produkte, nur sichere Erzeugnisse in den Verkehr zu bringen. Hersteller müssen vorab alle an ihren Erzeugnissen vorkommenden Gefährdungen ermitteln und die mit ihnen verbundenen Risiken bewerten bzw. beurteilen. Sie müssen ihre Produkte unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Gefährdungsanalyse und Risikobeurteilung entwerfen und so bauen, dass sich Gefahren möglichst nicht schädigend auf spätere Benutzer oder Dritte bzw. auf die Umwelt auswirken können.

Alfred Neudörfer

Kapitel 6. Spezielle Anwendungen der Sicherheitstechnik

Dieses Kapitel zeigt anhand von Praxisbeispielen auf, wie sich Risiken an Fang-, Einzug- und Auflaufstellen und an Absturzstellen mit den Methoden der mittelbaren und unmittelbaren Sicherheitstechnik auf akzeptierte Grenzwerte reduzieren lassen. Des Weiteren werden noch zwei für sicheres Arbeiten an und mit Maschinen wichtige Befehlseinrichtungen (Not-Halt-Einrichtungen und Hauptbefehlseinrichtungen) sowie pfiffige sicherheitstechnische Lösungen vorgestellt.

Alfred Neudörfer

Kapitel 6. Assembly Operation / Montagebetrieb / Impianti di assemblaggio

A malfunction of the equipment that prevents normal operation.

CIRP

Wasserversorgung

Die (Trink-) Wasserversorgung in Deutschland steht seit Jahrzehnten auf beispielgebend hohem Niveau der Qualitäts- und Versorgungssicherheit bis zum Zapfhahn, einer hohen Kundenzufriedenheit sowie der nachhaltigen Nutzung der Ressourcen bei hoher wirtschaftlicher Effizienz. Hierzu tragen neben der grundsätzlich komfortablen Wasserbilanz des Landes hohe technische Standards, deren Anwendung in der Praxis sowie ein weitestgehender behördlicher Vollzug der Gesetzeslage sowie eine Reihe freiwilliger Maßnahmen der Branche bei. Hervorzuheben ist der vorsorgende, flächendeckende Gewässerschutz als Basis einer weiteren erfolgreichen Umsetzung bestehender und künftiger Herausforderungen. Im Folgenden werden auf Basis des Standes der Technik alle wichtigen Systemkomponenten der Trinkwasserversorgung einführend beschrieben und damit ein grundsätzliches Verständnis für die wichtigsten Funktionen und Interaktionen gegeben.

Wilhelm Urban, Julian Mosbach

Kapitel 6. Verarbeitungen von SMD-Bauelementen

Die Abkürzung SMD steht für „Surface Mounted Devices“ und bedeutet die Oberflächenmontage von Bauteilen auf Leiterplatten bzw. anderen Trägermaterialien. Eine erhebliche Preisentwicklung nach unten und neue Produktionsverfahren führten seit 1985 zum Durchbruch der SMD-Technik. Diese Technologie hat gegenüber der konventionellen Elektronikproduktion mit bedrahteten Bauteilen entscheidende Vorteile.

Herbert Bernstein

Kapitel 7. Mechanik und mechanische Baugruppen in der Elektronik

Die Mechanik spielt in den elektronischen Aufbauten eine wichtige Rolle. Viele mechanische Bauteile müssen nicht angefertigt werden, da der Fachhandel Standardbauteile im Sortiment hat. Für die Elektronik steht somit ein breites Spektrum an mechanischen Bauteilen zur Verfügung.

Herbert Bernstein

Kapitel 2. Erstellung von einseitigen Leiterplatten

Die Leiterplatte ist eine der wichtigsten Komponenten eines jeden elektronischen Gerätes. Sie verbindet die einzelnen Bauelemente sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander, sie ist es, die mit zahlreichen Bauteilen aus der Mechanik (Schalter), Elektrik und Elektronik erst die eigentliche Schaltung realisiert. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass für eine bestimmte Aufgabenstellung möglichst früh die Anforderungen an die Leiterplatte definieren und Rückwirkungen aus der gewählten Technologie für die Schaltungsentwicklung zu berücksichtigen.

Herbert Bernstein

11. Dampfturbinen

Der Beitrag basiert auf Ausführungen der 19. Auflage von L. Busse, Mannheim.

Prof. Dipl.-Ing. Edwin Krämer

55. Luftfahrzeuge

Sich frei und willkürlich durch den Luftraum zu bewegen, das ist seit jeher ein Menschheitstraum. Das Wort Flugzeug ist erst etwas mehr als ein Jahrhundert alt. Otto Lilienthal nannte als Erster seine Gleitflugapparate Flugzeug. 1891 führte er den ersten gesteuerten Menschenflug von einem aufgeschütteten Fliegeberg in Lichtenfelde bei Berlin durch.Nach der Definition der International Civil Aviation Organisation (ICAO) umfasst die Allgemeine Luftfahrt (General Aviation) alle Zweige, die nicht zum Linienverkehr, zum planmäßigen Gelegenheitsverkehr (Charter) oder zur Militärluftfahrt gehören [1].Mit einem statistischen Mittel der letzten Jahre von fast 90 % des Flugzeugbestandes hat die Allgemeine Luftfahrt weltweit zahlenmäßig den größten Anteil an der zivilen Luftfahrt.Dazugehörende Bereiche sind der Reiseflugverkehr mit Privatflugzeugen, der Geschäftsreiseverkehr, Einsätze in Land- und Forstwirtschaft, die Sportluftfahrt, Versorgungs‑ und Rettungsflüge sowie die Regierungsflüge.Weltweit gibt es rund 400 000 Flugzeuge der Allgemeinen Luftfahrt und über 1,2 Millionen Piloten mit zivilen Motorfluglizenzen. Ihnen stehen etwa 36 000 Flugplätze zur Verfügung.Zu Beginn der Verkehrsluftfahrt steht nicht das Flugzeug sondern das Luftschiff. 1909 wird die DELAG, die Deutsche Luftschiffahrts‐Aktiengesellschaft, als erste Luftverkehrsgesellschaft der Welt, gegründet. Die DELAG betrieb bis Kriegsbeginn 1914 sieben Luftschiffe.

Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Voit-Nitschmann, Thomas Keilig

51. Feuerungen

In der Feuerung eines Dampferzeugers wird die chemisch gebundene Energie des Brennstoffs (Kohle, Öl, Gas, Biomasse, Abfall u. a.) freigesetzt und in fühlbare Enthalpie (Energie) des Rauchgases überführt. Mit diesem heißen Rauchgas (tRG ca. 1000 bis 1200 °C) wird im nachgeschalteten Dampferzeuger Wasser verdampft. Dieser Dampf wird in die Dampfturbine geleitet, dort entspannt und abgekühlt. Dabei wird seine thermische Energie in mechanische Rotationsenergie des Turbinenläufers umgewandelt. An diesen Läufer ist der Generator angeflanscht. In ihm wird dann der Strom erzeugt. Der Dampf wird im nachgeschalteten Kondensator, der über den Kühlturm gekühlt wird, vollständig kondensiert und über die Speisepumpe wieder dem Dampferzeuger zugeführt. Damit ist der Wasser‐Dampf‐Kreislauf geschlossen. Das abgekühlte Rauchgas muss vor seiner Ableitung in die Atmosphäre über die Rauchgasreinigung gereinigt werden, da zum Schutz der Umwelt nur gewisse Emissionswerte zulässig sind. Abb. 51.1, linker Teil zeigt diesen Prozess sehr vereinfacht, im rechten Teil sind deutlich mehr Details dargestellt.

Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner

38. Klimatechnik

Prof. Dr.-Ing. Sylvia Schädlich

49. Wandlung von Primärenergie in Nutzenergie

Zur Gewinnung der Nutzenergie, die entweder als Strom, Wärme oder mechanische Energie abgesetzt wird, sind traditionell Verbrennungsprozesse unter Einsatz von Primärenergie wie Kohle, Öl, Gas und Kernenergie erforderlich. Dabei ist die vielseitigste verwendbare Nutzenergie der Strom. Der Umwandlungswirkungsgrad, welcher derzeit bei der ungekoppelten Stromerzeugung mit bis zu 50 % zu veranschlagen ist, ist direkt mit dem CO2‐Ausstoß verbunden. Daher sind die zukünftigen Verbesserungen in der Kraftwerkstechnik für eine Erhöhung auf über 50 % anzustreben, was durch die Kombination eines Gas‑ mit einem Dampfkraftwerkes (GuD‐Kraftwerk) oder der gekoppelten Nutzung mit der entstehenden thermischen Wärme erreicht werden kann, der Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWK). Der Verbesserung des Wirkungsgrades wirkt der notwendige, erhöhte Aufwand für die Rauchgasreinigung bis hin zur CO2‐Reduzierung entgegen. In den letzten Jahren hat die Bedeutung der erneuerbaren Energien am deutschen Energiemix durch die Energiewende deutlich zugenommen.

Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner, Dr.-Ing. Christian Bratfisch, Hendrik Hasenclever, Kathrin Hoffmann

52. Dampferzeuger

Bei der ursprünglichen Bauart der Dampfkessel waren die Rauchgase von Wasser umgeben (Flammrohr‐Rauchrohrkessel (vgl. Abschn. 52.2.1)). Ihr Wasserinhalt ist zwangsläufig im Verhältnis zur Dampferzeugung groß, d. h. gleich oder größer als die stündlich erzeugte Dampfmenge (Großwasserraumkessel). Der große Wasserinhalt erhöht die Speicherwirkung bei Druckschwankungen, aber auch die Abkühlungsverluste bei Stillstand und die Anfahrzeit. Da sie für höhere Drücke ungeeignet waren, wurden die Wasserrohrkessel entwickelt, bei denen die Rauchgase die wassergefüllten Siederohre umgeben. Hier sind die Wasserinhalte kleiner als die stündliche Dampferzeugung. Zunächst wurden sie als Schrägrohrkessel mit geraden Rohren (zur besseren Reinigung) gebaut, später als Steilrohrkessel mit zwischen zwei Trommeln eingebauten Rohrbündeln, auch hier zunächst mit geraden Rohren, später mit gebogenen Rohrbündeln. Da hier noch ungekühlte Feuerräume vorgebaut wurden, erfolgte die Wärmeübertragung im Rohrbündel vor allem durch Rauchgasberührung. Je mehr jedoch der Feuerraum durch Siederohre gekühlt wurde, desto mehr wurde Wärme durch Strahlung übertragen (Strahlungskessel). Die Siederohre der Wasserrohrkessel werden von einem Wasser‐Dampf‐Gemisch gekühlt, das im Naturumlauf durchströmt (s. Abschn. 52.2.2). Zum Vermeiden dadurch gegebener Einschränkungen der Konstruktion wurden die Zwangumlaufkessel entwickelt, bei denen das Wasser mit einer Umwälzpumpe durch die Rohre gedrückt wird. Bei beiden Bauarten muss das Wasser‐Dampf‐Gemisch in einer Trommel getrennt werden. Diese mit steigendem Druck und höherer Leistung immer teurer werdende Trommel entfällt beim . Wegen des verringerten Wasserinhalts ist dieser Dampferzeuger schneller reaktionsfähig und im Aufbau einfacher. Grundform ist das beheizte , deshalb auch genannt, in das Wasser eingespeist wird und aus dem (überhitzter) Dampf austritt.

Dr.-Ing. Gerd Oeljeklaus

14. Grundlagen

Die Aufgabe der Fördertechnik ist das Fortbewegen (Fördern) von Gütern und Personen über begrenzte Entfernung innerhalb einer örtlich begrenzten und zusammenhängenden Betriebseinheit unter Einsatz von technischen Mitteln, den Fördermitteln. Zu ihnen gehören die Fördermaschinen (s. Abschn. 14.1.2).Der Transport von Gütern und Personen über große Entfernungen ist ein Aufgabengebiet der Verkehrstechnik. Verkehrsmittel sind Lkw, Bahn, Schiff, Flugzeug. Der Transport von Flüssigkeiten und Gasen durch Rohrleitungen ist ein Aufgabengebiet der Verfahrenstechnik.Das Fachgebiet Fördertechnik befasst sich mit der Projektierung und Konstruktion der Fördermittel sowie mit der Planung und Projektierung von Materialflusssystemen [1]. Der Materialfluss entsteht durch die Verkettung aller Vorgänge beim Gewinnen, Be‐ und Verarbeiten sowie bei der Verteilung von Gütern innerhalb festgelegter Bereiche. Materialflusssysteme, behandelt in [2, 3], entstehen in der Regel aus einer sinnvollen Verkettung von Fördermaschinen. Richtlinien zur Planung der Materialflusssysteme enthalten [4, 5].

Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Jan Scholten, Michael Ketting, Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Wehking

18. Aufzüge und Schachtförderanlagen

In den Geltungsbereich der Personenfördertechnik fallen die Aufzüge, die Seilbahnen und Aufstiegshilfen, die Fahrtreppen und Fahrsteige und die Schachtförderanlagen. Bei den Aufzügen wird zwischen Seil‑, Hydraulik‑, Spindel‑, Trommel‑ und Zahnstangenaufzügen unterschieden. Seil- und Hydraulikaufzüge haben einen Anteil von 98 %. Unter Seilbahnen fallen die Seilschwebebahnen im Pendel- und im Umlaufbetrieb mit Tragseil (meist vollverschlossenes Spiralseil) und Zugseil (Rundlitzenseil). Bei Einseilumlaufbahnen sind die Funktionen von Zug- und Tragseil im Förderseil zusammengeführt. Sessellifte können mit fix geklemmten oder kuppelbaren Lastaufnahmemitteln (Geschwindigkeiten $${ > 2\,\mathrm{m/s}}$$ > 2 m / s ) versehen sein. Bei Standseilbahnen, die im Pendel- und Umlaufbetrieb ausgeführt werden, sind die Wägen schienengeführt. Beim Pendelbetrieb wird über eine große Fahrstrecke nur eine Spur benutzt, d. h. in der Mitte der Fahrstrecke ist eine Ausweichstelle vorgesehen. Für Fahrtreppen sind Stufenbreiten (600, 800, 1000 mm) und Steigungen (30°, 35°) festgelegt mit Geschwindigkeiten bis etwa $${ 0{,}7\,\mathrm{m/s}}$$ 0,7 m / s . Bei Fahrsteigen ist die maximale Steigung 12° mit der Geschwindigkeit $$v\le 0{,}75\,\mathrm{m/s}$$ v ≤ 0,75 m / s . Für Steigungen unter 6° kann die Geschwindigkeit $${ 1{,}0\,\mathrm{m/s}}$$ 1,0 m / s erreichen. Schnellere Fahrsteige sind vereinzelt umgesetzt mit Geschwindigkeiten bis etwa $${ 2{,}5\,\mathrm{m/s}}$$ 2,5 m / s mit Lösungsvorschlägen für das sichere Betreten und Aussteigen und die Beschleunigung der Fahrgäste.

Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Wehking

35. Konstruktionselemente von Apparaten und Rohrleitungen

Lothar Mörl, Horst Gelbe

28. Bioverfahrenstechnik

Mit der Expansion der Industriezweige Biotechnologie und Umwelttechnik bildete sich die Bioverfahrenstechnik (Biochemical Engineering) als eigenständige Ingenieurdisziplin aus. Um biologische und biochemische Stoffumwandlungsprozesse aus dem Labor in den industriellen Maßstab übertragen und technisch realisieren zu können, sind für den Bioverfahrenstechniker, zusätzlich zu seinem Wissen über das der klassischen Verfahrenstechnik hinaus, auch biologische und chemische Kenntnisse erforderlich. Die Bioverfahrenstechnik besitzt somit eine Brückenfunktion zwischen Biologie, Chemie und Technik.Die wesentlichen Aufgaben der Bioverfahrenstechnik im engeren Sinne sind demnach: 1. die quantitative Erfassung von biotechnologischen Prozessen, d. h. von stofflichen Umsetzungen durch Biokatalysatoren (Enzyme, Zellen), 2. der Entwurf geeigneter Bioreaktoren und Apparate und 3. die Anwendung von Laborergebnissen und theoretischen Konzepten in der technischen Praxis (Scale up). Die Bioverfahrenstechnik gewinnt besonders im Zusammenhang mit pharmazeutischen Produkten, Grundchemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen, Nahrungsmitteln und Kosmetika sowie in biologischen Verfahren der Umwelttechnik zunehmend an Bedeutung.

Prof. Dr. rer. nat. Rainer Krull, Dietmar Hempel, Thomas Wucherpfennig

39. Urformen

Das ist eine Hauptgruppe der Fertigungsverfahren. Wie Tab. 39.1 zeigt, ist es den anderen Fertigungsverfahren vorgeordnet und schafft Voraussetzungen für deren Anwendung. Nach DIN 8580 wird die Hauptgruppe Urformen innerhalb der Fertigungsverfahren wie folgt definiert: Urformen ist das Fertigen eines festen Körpers aus formlosem Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts. Hierbei treten die Stoffeigenschaften des Werkstücks bestimmbar in Erscheinung. Als werden Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Fasern, Späne, Granulat und ähnliche Stoffe bezeichnet. Bestimmungsgemäß umfasst deshalb das Urformen die Schaffung von Körpern aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand (Überführen verdampften Metalls in geometrisch bestimmte feste Form; Beispiel: Herstellen von Urformwerkzeugen aus Ni-Karbonyl Ni(CO)4) aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand (Beispiel: Gießen von Maschinenteilen) durch elektrolytische Abscheidung (Erzeugen eines geometrisch bestimmten festen Körpers auf galvanischem Wege; Beispiel: Herstellung von Elektrolytkupfer, spezifischer Prägewerkzeuge, insbesondere in der Mikroproduktionstechnik oder z. B. im Kunsthandwerk) aus dem festen, körnigen oder pulvrigen Zustand (Beispiel: Herstellung von Teilen aus Metallpulvern unter hohem Druck, meist mit nachfolgendem Sintern). Die meisten urgeformten Werkstücke werden aus dem flüssigen Zustand heraus erzeugt.Das Urformen ist die Ausgangsstufe im Prozess der Herstellung aller metallischen Einzelteile.

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Bähr

11. Wälzlager

Wälzlager übertragen – wie auch Gleitlager (vgl. Kap. 12) – Kräfte zwischen relativ zueinander bewegten Maschinenteilen und führen sie. Durch Zwischenschaltung von Wälzkörpern wird das Gleiten durch ein Rollen mit kleinem Gleitanteil (Wälzen) ersetzt, Abb. 11.1, mit den Vorteilen: leichter Aufbau eines elastohydrodynamischen Schmierfilms, geringer Bewegungswiderstand auch beim Anlauf aus dem Stillstand, geringer Kühlungs- und Schmierstoffbedarf; Fettschmierung meist ausreichend, radiale, axiale und kombinierte Belastbarkeit mit geringem Aufwand erzielbar, annähernd spielfreier bzw. vorgespannter Betrieb möglich, Wälzlager sind als einbaufertige Normteilbaureihen weltweit verfügbar. Nachteile sind: radialer Raumbedarf der Wälzkörper (weniger bei Nadellagern und Dünnringlagern), hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Umbauteile, Empfindlichkeit gegenüber Stößen, Stillstandserschütterungen, oszillierenden Bewegungen kleiner Amplitude und Stromdurchgang, Ein- und Ausbau oft schwieriger als bei Gleitlagern, da nur in Sonderausführung teilbar, hohe Anforderungen an die Sauberkeit, starke Streuung der Lebensdauer einzelner Lager. Überlebenswahrscheinlichkeit nur für eine hinreichend große Gruppe gleichartiger Lagerungen berechenbar, Schwingungsanregung (Geräusche) durch die bewegten Einzelkontakte, begrenzte Drehzahl u. a. durch Fliehkraft der umlaufenden Wälzkörper.

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll

12. Gleitlagerungen

Gleitlager sollen relativ zueinander bewegte Teile möglichst genau, reibungsarm und verschleißfrei führen und Kräfte zwischen den Reibpartnern übertragen. Je nach Art und Richtung der auftretenden Kräfte werden statisch oder dynamisch belastete Radial‐ und Axialgleitlager unterschieden. Gleitlager werden mit Öl, Fett, Gasen oder Festschmierstoffen, welche auch aus dem Lagerwerkstoff stammen können, geschmiert.Gleitlager sind unempfindlich gegen Stöße und Erschütterungen und wirken schwingungs‐ und geräuschdämpfend. Sie vertragen geringe Verschmutzungen und und können bei dauerhafter Gas‐ bzw. Flüssigkeitsreibung, richtiger Werkstoffwahl und einwandfreier Wartung praktisch eine unbegrenzte Lebensdauer erreichen. Gleitlager können bei sehr hohen und bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten eingesetzt werden. Der Aufbau ist relativ einfach und der Platzbedarf gering. Sie können ungeteilt, aber auch geteilt ausgeführt werden, was den Ein‐ und Ausbau stark vereinfacht. Nachteilig sind bei Gleitlagern ein häufig höheres Anlaufreibmoment gegenüber Wälzlagern und der verschleißbehaftete Betrieb bei niedrigen Drehzahlen (Ausnahme: hydrostatische Gleitlager) und bei öl‐ oder fettgeschmierten Gleitlagern die höhere Reibung gegenüber öl‐ oder fettgeschmierten Wälzlagern.

Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters, Prof. Dr.-Ing. Dirk Bartel

18. Bauelemente hydrostatischer Getriebe

Eine Auswahl von Sinnbildern zur Darstellung von Bauelementen in Schaltplänen gibt Abb. 17.7.

Dierk Feldmann, Prof. Dr.-Ing. Stephan Bartelmei

1. Grundlagen technischer Systeme und des methodischen Vorgehens

Jedes technische System erfüllt eine Funktion. Diese lässt sich durch die Transformation definierter Eingangsgrößen in definierte Ausgangsgrößen beschreiben. Beispiele für technische Systeme sind Anlagen, Apparate, Maschinen, Geräte, Baugruppen oder Einzelteile. Technische Systeme können auch integrierte Dienstleistungen enthalten, sie werden dann als Produkt‐Service‐Systeme oder Hybride Leistungsbündel bezeichnet.Die Systembetrachtung zielt ab auf die Analyse und Synthese technischer Produkte. Ausgehend vom komplexen Gesamtsystem werden Teilfunktionen bzw. Teilsysteme in der gewünschten Detaillierungstiefe heruntergebrochen. Auf diesem Weg lässt sich die Gesamtaufgabe in Teilaufgaben zerlegen und parallel oder sequentiell bearbeiten. Die Teillösungen werden dann unter Berücksichtigung ihrer Wechselwirkungen wieder zur Gesamtlösung zusammengefügt. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine schrittweise Lösung des vorliegenden Problems sowie die Integration unterschiedlicher fachlicher Disziplinen für die Lösungsfindung.Ein System ist dadurch gekennzeichnet, dass es von seiner Umgebung abgegrenzt ist, wobei die Verbindungen zur Umgebung – die Eingangs‐ und Ausgangsgrößen – von der Systemgrenze geschnitten werden. Ein System lässt sich nach unterschiedlichen Kriterien in Teilsysteme untergliedern. Die umsatzorientierte Gliederung stellt den Fluss von Energie, Stoff und Signal zwischen den Eingangs‐ und Ausgangsgrößen des Systems dar.

Prof. Dr.-Ing. Beate Bender, Jörg Feldhusen, Dieter Krause, Gregor Beckmann, Prof. Dr.-Ing. Kristin Paetzold, Dr.-Ing. Albert Hövel

8. Bauteilverbindungen

Kapitel basiert auf: H. Wohlfahrt†, K. Thomas† und M. Kaßner†.Beim Verbindungsschweißen werden die Teile durch Schweißnähte am Schweißstoß zum Schweißteil zusammengefügt. Mehrere Schweißteile ergeben die Schweißgruppe und mehrere Schweißgruppen die Schweißkonstruktion. Durch Auftragschweißen können verschlissene Flächen von Werkstücken neu aufgetragen, Oberflächen weniger verschleißfester Werkstoffe mit Schichten aus Verschleißwerkstoffen gepanzert (Schweißpanzern), korrosiv unbeständige Trägerwerkstoffe mit korrosionsbeständigen Werkstoffen „plattiert“ (Schweißplattieren) oder zwischen nichtartgleichen Werkstoffen kann durch den Auftragwerkstoff eine beanspruchungsgerechte Bindung erzielt werden (Puffern). Neben Metallen lassen sich auch viele Kunststoffe durch Schweißen miteinander verbinden.

Helmut Wohlfahrt, Thomas Widder, Manfred Kaßner, Karl Thomas, Prof. Dr.-Ing. Klaus Dilger, Prof. Dr.-Ing. Heinz Mertens, Robert Liebich

9. Federnde Verbindungen (Federn)

Eine Feder ist ein Konstruktionselement mit der Fähigkeit Arbeit auf einem verhältnismäßig großen Weg aufzunehmen und diese ganz oder teilweise als Formänderungsenergie zu speichern. Wird die Feder entlastet, so wird die gespeicherte Energie ganz oder teilweise wieder abgegeben. Eine Feder kann damit durch ihre energiespeichernden und -verzehrenden Eigenschaften (durch Speicher- und Dämpfungsvermögen) beschrieben werden. Hieraus können folgende Aufgaben abgeleitet werden: Aufrechterhalten einer nahezu konstanten Kraft bei kleinen Wegänderungen durch Bewegung, Setzen und Verschleiß, z. B. Kontaktfedern, Ringspannscheiben zur Schraubensicherung, Andrückfedern in Rutschkupplungen, Vermeiden hoher Kräfte bei kleinen Relativverschiebungen zwischen Bauteilen durch Wärmedehnungen, Setzen oder andere eingeprägte Verformungen, z. B. Kompensatoren in Rohr- und Stromleitungen, Dehnfugenausgleich in Plattenkonstruktionen, Laschen oder Membranen in Kupplungen, Belastungsausgleich oder räumlich gleichmäßiges Verteilen von Kräften, z. B. für Federung von Fahrzeugen, für Federkernmatratzen, Spielfreies Führen von Maschinenteilen, z. B. mit parallelen Blattfedern, mit Gummigelenken, Speichern von Energie, z. B. Uhrenfedern oder Federmotoren für Spielzeuge, Rückführen eines Bauteils in seine Ausgangslage nach einer Auslenkung, z. B. Ventilfedern, Rückstellfedern in hydraulischen Ventilen und Messgeräten – auch für Rückschlagventile,

Prof. Dr.-Ing. Heinz Mertens, Robert Liebich, Prof. Dr.-Ing. Peter Gust

10. Sicherheit und Zuverlässigkeit

Der Ausfall von Fahrzeugsystemen kann zu einer Verärgerung des Fahrers führen (das Fahrzeug springt nicht an), die Folgen können aber noch wesentlich weiter reichen. Wenn das Fahrzeug z. B. aufgrund eines Fehlers in der Elektronik ungewollt beschleunigt, hilft oft nur noch eine schnelle Reaktion des Fahrers, um einen schweren Unfall zu verhindern. Beispiele sicherheitskritischer Systeme sind Steer‐by‐Wire, also die elektronisch vermittelte Lenkung und Brake‐by‐Wire, die elektronisch vermittelte Bremse. Teile dieser zusammenfassend X‐by‐wire genannten Techniken sind bereits in heutigen Fahrzeugen integriert, z. B. in Form elektromotorischer Lenkhilfen.Ein geradezu historisches Beispiel bot ein mit Kraftstoff beladener Tanklastzug mit einer damals neuen elektropneumatischen Getriebesteuerung. Am 7. Juli 1987 versagten bei dem Fahrzeug auf einer abschüssigen Straße die Bremsen. Der Fahrer wollte die Motorbremse nutzen, weil das Steuergerät jedoch feststellte, dass der angewählte Gang nicht zur Drehzahl passte, ließ sich der gewünschte Gang nicht einlegen. Das Fahrzeug wurde zunehmend schneller und prallte im Ortskern in ein Gebäude. Der Kraftstoff lief aus, es kam zu Bränden und Explosionen. Nicht nur die historische Altstadt Herborns wurde zerstört, es gab auch Tote und Verletzte. Spätestens mit der Norm ISO 26262 ist funktionale Sicherheit eine Kernanforderung der Elektronikentwicklung für Fahrzeuge.

Prof. Dr.-Ing. Kai Borgeest

7. Hardware

So unterschiedlich die Anwendungen verschiedener Steuergeräte auch sind, der grundsätzliche Aufbau ähnelt sich doch sehr stark. Jedes Steuergerät besitzt einen Rechnerkern, wobei es allerdings erhebliche Unterschiede in der Leistungsfähigkeit gibt. Steuergeräte, die wie in den 70er Jahren komplexe Funktionen ausschließlich in analoger Schaltungstechnik realisierten, haben heute keine Bedeutung mehr. Die Aufgabe eines Steuergerätes ist die Verarbeitung von Sensorsignalen und eine der Betriebssituation angepasste Betätigung von Stellgliedern (Aktoren), z. B. über Regelalgorithmen. Zu diesem Zweck sind Schnittstellenschaltungen in das Steuergerät zu integrieren, die auf die jeweiligen Sensoren und Aktoren angepasst sind. Aus wirtschaftlichen Gründen sollte hier auch bei unterschiedlichen Sensoren und Aktoren eine weitgehende Vereinheitlichung erreicht werden (Baukasten‐Prinzip), es wird jedoch immer sehr spezielle Aktoren und Sensoren geben, die auch spezielle Schaltungen benötigen. Wie schon im vorigen Kapitel gezeigt, besitzt ein Steuergerät auch Kommunikationsschnittstellen, z. B. CAN‐Transceiver, zu anderen Steuergeräten und auch zu externen Geräten, die in der Entwicklung und im Service eingesetzt werden. Darüber hinaus benötigt jedes Steuergerät eine interne Infrastruktur zur Versorgung mit Spannungen und mit digitalen Taktsignalen. In den folgenden Abschnitten werden diese Funktionsblöcke ausführlicher beschrieben. Besondere Bedeutung haben im Fahrzeug die elektromagnetische Verträglichkeit, die klimatischen Anforderungen und die Vibrationsbeständigkeit.

Prof. Dr.-Ing. Kai Borgeest

Kapitel 7. Einflüsse auf die Herstellkosten und Maßnahmen zur Kostensenkung

Da sich die Herstellkosten (Bild 7.1-1) entsprechend der Kostenrechnung aus der Summe der Material- und der Fertigungskosten (Teilefertigung und Montage) bestimmen, können die Maßnahmen entsprechend Bild 7.1-2 in drei Gruppen eingeteilt werden, die jeweils gleichartig angegangen werden können.Darüber hinaus gibt es entsprechend den Produkt- und Prozessmerkmalen eine Vielzahl weiterer Einflüsse, die nachfolgend in vielen Beispielen besprochen werden. Die Beispiele sollen Anregungen zum eigenen Vorgehen liefern. Dies muss natürlich an die jeweils vorliegende Aufgabe angepasst werden.

Klaus Ehrlenspiel, Alfons Kiewert, Udo Lindemann, Markus Mörtl

L

Florian Langenscheidt, Peter May

11. Verbrennung

Verbrennungsprozesse als Wandlung chemisch gebundener Energie konventioneller fossiler aber auch regenerativer Brennstoffe sind noch immer von großer industrieller Bedeutung. Die angesprochene Wandlung findet dabei vorzugsweise in Prozesswärme zur weiteren Verwertung in Wärmekraftprozessen oder direkt in elektrische Energie und Wärme in Brennstoffzellen, häufig als kalte Verbrennung bezeichnet, statt. Allen Verfahren gemein ist die Zielsetzung einer möglichst wirtschaftlichen Verwertung der eingesetzten chemisch gebundenen Energie. Im Rahmen der folgenden Darstellungen wird ausgehend von den stöchiometrischen Beschreibungen gasförmiger, flüssiger und fester Brennstoffe bis hin zum Energieumsatz der zumeist zugrundeliegenden Oxidationsreaktionen ein fundierter Einblick gegeben.

Klaus Langeheinecke, André Kaufmann, Kay Langeheinecke, Gerd Thieleke

Kapitel 7. Batterien und Akkumulatoren

Eine Batterie (Primärelement) wandelt chemische Energie irreversibel in elektrische Energie und Wärme um und ist nicht wiederaufladbar. Ein Akkumulator (Sekundärelement, engl. secondary battery) ist wiederaufladbar, wobei der Ladevorgang das galvanische Element erzeugt. In der internationalen Fachliteratur steht „battery“ oftmals auch für wiederaufladbare Systeme.

Peter Kurzweil

Kapitel 9. Flussbatterien

Eine Flussbatterie, engl. Redox Flow Battery, ist ein galvanischer Speicher mit löslichen Reagentien, die aus Vorratstanks an einer Membran zusammengeführt werden. Metallionen mit mehreren Oxidationsstufen in wässriger Lösung gehen reversible Redoxreaktionen ein.

Peter Kurzweil

Kapitel 16. Elektrochemische Technik

Die Raum-Zeit-Ausbeute ist die pro Zeiteinheit und Reaktorvolumen produzierte Masse des Zielprodukts. Vorteilhaft sind: (1) hohe Stromdichte, große Elektrodenoberfläche (▷Tab. 16.1), kleine Partikel in Feststoffschichten, (2) kleiner Elektrolytwiderstand, enger Elektrodenabstand, (3) guter Stofftransport, hohe Strömungsgeschwindigkeit mit Turbulenz, bewegliche Elektroden.

Peter Kurzweil

Kapitel 12. Halbleiter und Fotoelektrochemie

Thermische Emission (Glühemission). Freisatz von Elektronen beim Erhitzen von Festkörpern nach der Richardson-Gleichung (auch: Richardson-Dushman-Gleichung).

Peter Kurzweil

Kapitel 5. Elektroanalytik und Sensorik

Elektroanalytische Methoden sind automatisierbar und erkennen Titrationsendpunkte auch in gefärbter Lösung. Die elektrometrischen Methoden messen das Elektrodenpotential E (Potentiometrie), den Strom I (Amperometrie), die elektrische Ladung Q (Coulometrie) oder den Widerstand R (Konduktometrie). Stationäre Methoden arbeiten mit konstanten, instationäre Methoden (transiente Methoden) mit zeitlich veränderlichen Strömen und Spannungen.

Peter Kurzweil

Kapitel 8. Brennstoffzellen

Eine Brennstoffzelle ist keine thermische Maschine, sondern eine Batterie. Der Brennstoff, meist Wasserstoff, verbrennt nicht mit Feuererscheinung und Wärmefreisetzung, sondern wird still mit Luftsauerstoff elektrochemisch oxidiert. Brennstoffzellen wandeln die im Brennstoff gespeicherte chemische Energie direkt in Elektrizität um — ohne Umweg über Wärme! Innere Energie wird nicht als Wärme auf ein Arbeitsmedium wie Wasser oder Dampf übertragen.

Peter Kurzweil

Kapitel 6. Korrosion und Korrosionsschutz

Korrosion zerstört Materialien durch chemische und elektrochemische Reaktionen. Kein Werkstoff widersteht auf Dauer allen Chemikalien und Umwelteinflüssen.

Peter Kurzweil

Kapitel 3. Elektrische Komponenten des E-Kfz

Dieses Kapitel ist den elektrotechnischen Grundlagen der elektrischen Komponenten im E-Kfz gewidmet. Zentrale Elemente eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs sind die Traktionsbatterie und der Antrieb. Mit der Batterie sind mehrere Umrichter verbunden, über welche die Verbraucher mit elektrischer Energie unterschiedlicher Spannung versorgt und gesteuert werden. Im Elektrofahrzeug existieren zwei bzw. drei verschiedene Bordnetzspannungen. Dies ist notwendig, da die Verbraucher große Unterschiede in ihrer Leistungsaufnahme aufweisen. Nach der Beschreibung des Antriebsdesigns werden in diesem Kapitel unterschiedliche Ladetechniken besprochen. Eine wichtige Rolle spielt in Bordnetzen des E-Kfz die Leistungselektronik. Deswegen wird im Weiteren in wichtige Komponenten und Schaltungen der Leistungselektronik eingeführt und diese erläutert. Dem folgt die Beschreibung von elektrischen Maschinen, die als Antrieb im E-Kfz zum Einsatz kommen. Vor- und Nachteile unterschiedlicher Batteriesysteme, sowie auch der Energiespeicher werden diskutiert. Im letzten Teil dieses Kapitels werden die Grundlagen der Brennstoffzellentechnik dargelegt, die auch innerhalb von E-Kfz angewendet werden.

Przemyslaw Komarnicki, Jens Haubrock, Zbigniew A. Styczynski

2. Grundwissen zur Entwicklung mechanischer Systeme

Die effiziente Anwendung von Verfahren der Strukturoptimierung erfordert die Kenntnis des eigenen Handlungsrahmens im Produktentwicklungsprozess. Um diesen abzuschätzen, sind Grundkenntnisse der Konstruktionsprinzipen, der Verfahren der Strukturanalyse und des Produktentwicklungsprozesses selbst notwendig. Werden die Rahmenbedingungen nicht berücksichtigt, lässt sich ein Optimierungsergebnis nicht in ein Produkt umsetzen. Dieses Kapitel umreißt das notwendige Basiswissen zur Abschätzung des eigenen Handlungsrahmens.

Axel Schumacher

3. Biologische Basisinformationen

Ein Kapitel „Biologische Grundlagen“, wie es vielleicht erwartet werden würde, kann es im Rahmen dieses Buches nicht geben. Die Biologie ist ein viel zu großes und zu weit verzweigtes Gebiet, als das alle biologischen Grundlagen hier zusammengefasst werden könnten. Hinzu kommt, dass für das Verständnis vieler biologischer und insbesondere mikrobiologischer Abläufe, Prozesse und Systeme häufig auch fundierte Chemiekenntnisse benötigt werden.

Welf Wawers

Kapitel 2. Lean Warehouse

Oder: Die vergessenen Potenziale im Unternehmen

‚Lean Production‘ ist in den 90er Jahren zu einem Begriff geworden in der westlichen Fachwelt. Dabei wird der Ausdruck Produktion häufig gleichgesetzt mit Fertigung und Montage. Dass nahezu jede Produktion jedoch auch Lagerprozesse beinhaltet, wird dabei nicht selten vergessen oder übergangen. Offensichtlich vermuten die Verantwortlichen also die weitaus größeren Potenziale in der eigentlichen Produktentstehung. Und doch haben es Lager in sich. Dies zeigt sich schon bei einem kurzen Blick auf typische Unternehmenskennzahlen. Circa 50 % der Vermögenswerte ruhen bei einem durchschnittlichen Unternehmen des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus im Lager. Das bedeutet, dass die Hälfte des Vermögens nicht produktiv genutzt wird. Genau aus diesem Grund wird Lagerhaltung als eine der sieben Verschwendungsarten (= Muda) bezeichnet. Das Ziel sollte also klar sein: Das ideale Lager ist kein Lager. Nur leider machen viele unternehmensexterne und -interne Einflüsse die vollständige Abschaffung von Lagerstufen unmöglich. Ohne Lager funktioniert es in der Praxis also häufig nicht. Es stellt sich jedoch die Frage, wie viel Lager ist wirklich erforderlich und wie werden die verbleibenden Lagerprozesse (lean) organisiert?

Klaus-Jürgen Meier

Kapitel 4. Surface Properties / Oberflächeneigenschaften / Caratteristiche delle superfici

CIRP

Kapitel 1. Beton

Beton und Mörtel sind bis heute die meist verwendeten Stoffe im Bauwesen und folglich für den Bauingenieur von besonderer Bedeutung.

Eduardus Koenders, Kira Weise, Oliver Vogt

Kapitel 3. Holz

Der nachwachsende Rohstoff Holz wird seit Jahrtausenden zur Errichtung von Bauwerken eingesetzt und konkurriert heutzutage mit den Werkstoffen Stahl, Aluminium und Beton. Die Gründe für den Einsatz von Holz im Bauwesen sind vielfältig. Zum einen besitzt Holz günstige technische Eigenschaften, wie bspw. eine unter Berücksichtigung der Rohdichte relativ hohe Festigkeit. Gleichzeitig ist der Werkstoff leicht zu verarbeiten (Sägen, Bohren, Fräsen).

Eduardus Koenders, Kira Weise, Oliver Vogt

Kapitel 2. Betonstahl und Korrosion

Eisenwerkstoffe sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sowie der guten Form- und Bearbeitbarkeit im Bauwesen von besonderer Bedeutung. Durch die Beimischung weiterer Stoffe (Legieren) können die Eigenschaften des Werkstoffes an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Erz als Rohstoff der Eisenwerkstoffe bezeichnet ein aus der Erdkruste abgebautes Mineralgemenge, welches einer mechanischen sowie chemischen Weiterverarbeitung unterzogen werden kann.

Eduardus Koenders, Kira Weise, Oliver Vogt

Kapitel 3. Eigenschaften von Kunststoffen in Bauteilen

Kap. 3 Band 1 ist, neben Kap. 1 Band 2, das umfangreichste Kapitel dieser 3 Bände. Es beginnt mit dem chemischen, gefolgt vom physikalischen Aufbau der Kunststoffe. Die Bindungsarten leiten das Kapitel ein. Der Zusammenhang zwischen Bindekräften und der mechanischen Festigkeit von Polyethylen schließt die Einführung ab. Die chemische Struktur von Kunststoffen wird ingenieurmäßig erläutert bis hin zum Einbau von Fremdatomen (Copolymerisation) und innere/äußere Weichmachung. Die physikalischen Ordnungszustände (amorph, teilkristallin) sowie die anwendungstechnischen Auswirkungen (Schwindung, Dichte) werden beschrieben. Vernetzte Zustände schließen an.Abschn. 3.2 befasst sich mit der Charakterisierung von Zustandsbereichen in Kunststoffen. Es folgen die Abschn. 3.3 „Mechanische Eigenschaften“, 3.4 „Weitere physikalische Eigenschaften“ und 3.5 „Chemische Eigenschaften“. Abschn. 3.6 dürfte für den Leser wertvoll sein, weil hier Kurzcharakterisierungen von 33 Polymeren abgedruckt sind. Abschn. 3.7 behandelt Zusatzstoffe für Kunststoffe. Abschn. 3.9 behandelt die thermoplastischen Elastomere TPE), gefolgt von den Elastomeren in Abschn. 3.10. Abschn. 3.11 widmet sich den Polysiloxanen. Polymere und Faserverbunde aus natürlichen und synthetischen Rohstoffen (Abschn. 3.15) sowie Duroplaste (Abschn. 3.13) schließen Kap. 3 ab. Kap. 3 wurde umfangreich überarbeitet.

Peter Eyerer

9. Nutzung tiefer geothermischer Systeme

Neben der Sonnenenergie und der aus der Massenanziehung und Bewegung von Himmelskörpern resultierenden Energie zählt auch die im Erdinneren gespeicherte Wärme zu den regenerativen Energiequellen. Diese geothermische Energie kann mit Hilfe offener und geschlossener Systeme nutzbar gemacht werden.

Dr.-Ing. Sebastian Janczik, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr. Ben Norden, M.Sc. Lucas Sens

8. Nutzung von Umgebungswärme

Unter dem Begriff „Umgebungswärme“ wird der Energieinhalt der Umgebungsluft, des oberflächennahen Erdreichs, von Grundwässern (Aquiferen) oder auch von fließenden oder stehenden Oberflächengewässern verstanden. Diese in unserer unmittelbaren Umgebung enthaltene thermische Energie ist im Sinne der Energietechnik und nach menschlichen Maßstäben erneuerbar und damit unerschöpflich; d.h. es ist regenerative, klimaneutrale Energie. Aufgrund des typischerweise geringen Temperaturniveaus ist aber diese thermische Energie nicht unmittelbar zur Deckung der Wärmenachfrage für den Menschen nutzbar; zur technisch sinnvollen Nutzbarmachung wird deshalb i. Allg. eine weitere Systemkomponente, eine sogenannte Wärmepumpe, benötigt.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, M.Sc. Lucas Sens, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher, Prof. Dr.-Ing. Felix Ziegler

6. Stromerzeugung aus Windenergie

Windkraftanlagen (WKA) machen die in den strömenden Luftmassen enthaltene Bewegungsenergie technisch nutzbar. Die dieser Wandlung der kinetischen in mechanische Energie zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge werden im Folgenden dargestellt. Nicht behandelt werden die Grundlagen der Windenergienutzung, wie sie z.B. bei Segelbooten oder Drachen realisiert wird.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Dr.-Ing. Burcu Özdirik, Dr.-Ing. Britta Reimers, Prof. Dr.-Ing. Michael Schlüter, Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz, M.Sc. Lucas Sens

5. Photovoltaische Stromerzeugung

Neben der solarthermischen Wärmegewinnung ist die photovoltaische Stromerzeugung eine weitere Form der direkten Nutzung solarer Strahlungsenergie. Im Unterschied zur Solarthermie wird aber hier die Energie der solaren Strahlung direkt in elektrische Energie gewandelt. Im Folgenden werden zunächst wesentliche physikalische Grundlagen dieser Energiewandlungsoption dargestellt und diskutiert. Anschließend wird auf die entsprechende Technik sowohl der Solar- oder Photovoltaikzellen und -module als auch die gesamter Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme eingegangen. Ausgehend davon werden ausgewählte Systeme aus ökonomischer und ökologischer Sicht analysiert und zusätzlich die vorhandenen Potenziale und die derzeitige Nutzung diskutiert.

Dipl.-Ing. Roland Bründlinger, M.Sc. Daniel Christ, Dipl.-Ing. Hubert Fechner, Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Prof. Dr.-Ing. Jörg Müller, Mag. Dr. Gerhard Peharz, Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz, M.Sc. Lucas Sens

4. Solarthermische Wärmenutzung

Ein Teil der von der Sonne eingestrahlten Strahlungsenergie kann mit Hilfe von Absorbern in Wärme umgewandelt werden. Zusammen mit anderen notwendigen Komponenten bilden diese Absorber die thermische Solaranlage. Thermische Solaranlagen sind damit also Anlagen, die Solarstrahlung in Wärme wandeln und sie dadurch für eine Vielzahl unterschiedlichster Anwendungen nutzbar machen (z. B. Schwimmbadwassererwärmung, Trinkwarmwasserbereitung, Raumwärmenachfragedeckung, Prozesswärmebereitstellung, Verfügbarmachung von Antriebswärme für solare Kühlung). Im Folgenden werden die dafür wesentlichen physikalischen Grundlagen der Energiewandlung dargestellt.

Prof. Dr.-Ing. Martin Kaltschmitt, Prof. Dr. Agis Papadopoulos, M.Sc. Lucas Sens, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Wolfgang Streicher

16. Wärmenetze

Wärmenetze dienen der leitungsgebundenen Verteilung von thermischer Energie. Sie verbinden Wärmequellen mit Wärmeabnehmern. Diese Wärmeverteilung erfolgt vorrangig mit dem Ziel der Deckung der Nachfrage nach Raumwärme und für industrielle Anwendungen. Im Vergleich zu individuellen, dezentralen Lösungen ergeben sich für Wärmenetze immer dann Vorteile, wenn hohe Wärmenachfragedichten vorliegen und/oder lokal/regional „überschüssige“ Wärme vorhanden ist; darunter ist beispielsweise Abwärme aus Kraft-Wärme-Kopplungs-Prozessen (KWK-Prozessen) zu verstehen, die am Standort der Konversionsanlage nicht energiewirtschaftlich genutzt werden kann und deshalb als „Abfall“ oder ggf. als „Nebenprodukt“ anzusehen ist. Hohe Wärmenachfragedichten, die eine Nutzung dieser Abwärme ökonomisch vielversprechend erscheinen lassen, finden sich beispielsweise in stark besiedelten Siedlungsgebieten und in Industriegebieten; deshalb sind in den großen europäischen Städten bzw. in den entsprechenden Metropolregionen in der Regel derartige Wärmenetze vorhanden [16.1].

Prof. Dr.-Ing. Ingo Weidlich

28. Transport und Warenkredit

Umgang mit spezifischen Risiken bei Handelsgeschäften

Dieser Beitrag stellt Methoden für den Umgang mit Risiken des Warenhandels vor. Im Anschluss an die Erfassung und Analyse der Risikolandschaft von Handelsgeschäften wird der Leser über wesentliche Aspekte der Gütertransport- und der Warenkreditversicherung informiert, denn am Ende der Kette von Riskmanagement-Maßnahmen stellt sich die Frage nach Art und Umfang eines möglichen Risikotransfers auf Versicherungsgesellschaften. Im Fokus der Betrachtungen steht der Wertbeitrag, den Versicherungen im Rahmen des Risikomanagements für Unternehmen leisten können. Der letzte Abschnitt behandelt die Vermeidung bzw. Minderung von Forderungsausfall- und Transportschäden und schließt mit Handlungsempfehlungen ab.

Reiner Siebert, Lukas Spohr

27. Naturgefahren

Naturgefahren treten schon seit Anbeginn unserer Zeit auf und verwirklichen sich auf vielseitige Art und Weise. Trotz weitentwickelter Technologien, wie Frühwarnsysteme oder besondere Bauweisen, stellen Naturgefahren nach wie vor eine große Gefahr dar und können zur Bedrohung für Menschen, Umwelt, Sach- und Vermögenswerte führen. In vielen Fällen treten Naturgefahren unvorhergesehen oder mit kurzen Vorwarnzeiten auf, daher kann das Schadenausmaß aufgrund der Vielzahl von Betroffenen in exponierten Gebieten sowie von Wertekonzentrationen im industriellen Bereich sehr hoch ausfallen. Neben Präventionsmaßnahmen ist eine Absicherung von Naturgefahren durch den Einkauf von Versicherungsschutz sowohl für Industrieunternehmen als auch für Privatpersonen zur Risikoabsicherung im Versicherungsfall bzw. zum Erhalt eines Schadenausgleichs sinnvoll. Selbst ein dokumentierter und vorab getesteter Notfallplan kann die Auswirkungen von Naturereignissen nur vermindern, jedoch können diese nicht vollständig vermeiden werden. Mehrere Faktoren, wie zum Beispiel der Klimawandel, tragen dazu bei, dass die Schadenserwartungen aufgrund der Intensität und Häufigkeit wetterbedingter Naturgefahren verstärkt werden. Deshalb, aber auch wegen zunehmender Industrieverdichtung, muss in Zukunft vermehrt mit höheren Frequenzen und größeren Schäden gerechnet werden. Vorsorgemaßnahmen müssen aufrechterhalten und an die sich ändernden Gegebenheiten angepasst werden.

Malwine Tewes, Andrea Scholtes

2. Grundlagen

Die Geschichte des Betons ist mit der Entwicklung des Schalungsbaus eng verwoben.

Sascha Hickert

Kapitel 3. Synthese von Makromolekülen, Polyreaktionen

In diesem Kapitel werden die prinzipiellen Synthesemöglichkeiten für Makromoleküle vorgestellt. Unter Polyreaktionen zur Bildung von Makromolekülen versteht man chemische Reaktionen, bei denen Monomere und auch oligomere Verbindungen zu linearen, verzweigten oder vernetzten Makromolekülen reagieren. Die strukturellen, thermodynamischen und kinetischen Voraussetzungen für diese Reaktionen werden hier erklärt. Die Synthesemöglichkeiten für wichtige Polymergruppen durch Ketten- und Stufenwachstumsreaktionen werden erläutert. Die wichtigsten chemischen Reaktionen an bereits vorhandenen Makromolekülen, die zur Optimierung von Polymereigenschaften durchgeführt werden, und auch solche, die bei Alterungsprozessen ablaufen können, sind Gegenstand eines weiteren Abschnittes. Neben der Darstellung der Synthese von Polymeren aus petrochemischen Rohstoffen widmet sich ein Abschnitt des Kapitels den wichtigen Biopolymeren und Biokunststoffen. Polymere mit anorganischen Gruppen und technische Verfahren für Polyreaktionen werden in weiteren Abschnitten behandelt.

C. Kummerlöwe, H.-J. Endres, M. Susoff

Kapitel 7. Temperaturmesspraxis mit Thermoelementen

Dieses Kapitel enthält eine Übersicht zu Standardbeschaltungen und zur standardgemäßen Messtechnik. Die Messfehlerbetrachtungen sind kurz und pragmatisch gehalten angesichts der umfangreichen vorliegenden Literatur und Vorschriften. In die Betrachtungen fließen die der Thermoelektrik zuordenbaren Effekte und verschiedenen Sondereinflüsse, inklusive möglicher Korrekturvarianten, ein. Bei den Fühlerbeschreibungen findet auch der Praktiker überraschende Fühlerlösungen, wie z.B. thermoelektrische Dichtungen. Ein Unterkapitel widmet sich den sicherheitsrelevanten Fühlern. Es werden hier explizit die explosionsgeschützten, die Sicherheitstemperatur begrenzenden, die funktional sicheren und zünddurchschlagsicheren Thermoelemente betrachtet.

Klaus Irrgang

Kapitel 8. Werkstoffe und Bauteile für Thermoelemente

Das Kapitel 8 betrachtet überblicksmäßig die klassischen und nicht standardgemäßen Werkstoffe, die einerseits für Schutzrohre und andererseits für Thermopaare Verwendung finden. Einen Schwerpunkt bilden dabei die refraktären Materialien. Da nicht nur die Einsatztemperaturgrenzen sich nach oben verschieben, sondern auch die mechanischen Belastungen (z.B. 500..800 K/s Temperaturwechsel), wurden eine Reihe von mechanischen Kennwerten bei 1000 °C recherchiert bzw. angegeben.

Klaus Irrgang

2. Bauteile der Fördermittel

Ein Triebwerk in der Fördertechnik ist immer eine Kette einzelner Triebwerkselemente (Mechanismen). So sind auch die Seiltriebe, die im Kranbau in Hub- und Ausleger-Einziehwerken eingesetzt werden, als Mechanismenketten zu verstehen. Jeder Einzelmechanismus liefert in der Energiebilanz einer solchen Mechanismenkette seinen Wirkungsgrad als den Quotienten aus effektiver und indizierter Arbeit. Aber auch Kettentriebe finden sich in Förderanlagen. Eine Kette setzt sich aus gelenkig aneinander gereihten Gliedern zusammen und überträgt in der Regel nur Zugkräfte.Fahrwerkselemente, hier zum Beispiel Laufräder, Schienen und Bremsen, übertragen Stützkräfte über die Schiene in das Fundament und sind für Antrieb und das Verzögern des Fördermittels sowie das Halten von Lasten verantwortlich. Bremsen erfüllen also Sicherheitsfunktionen. Jede Förderanlage hat mindestens ein Bauteil, welches der Lastaufnahme dient, das Lastaufnahmemittel (LAM). Dies sind z.B. Lasthaken in Hebezeugen, Becher in Becherförderern und Greifer in Schüttgutkranen. Nach DIN 15002 werden LAM in solche für Stückgüter, für Schüttgüter und in Anschlagmittel unterteilt. Als Bauteile für Stetigförderer finden sich Tragrollen und andere Tragmittel, die die Bänder, die als Trag- und Zugmittel zum Einsatz kommen, aufnehmen. Antriebs- und Umlenktrommeln dienen dem Antrieb und der Umlenkung des Bandes.

Prof. Dr. Rudolf Griemert, Peter Römisch

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 ergänzend die Nutzung von Biomasse und von Solarenergie Bedeutung. In diesem Abschnitt steht die Berechnung von Verbrennungsvorgängen von fossilen Energieträgern und von Biomasse im Mittelpunkt.

Martin Dehli, Ernst Doering, Herbert Schedwill

16. Produktbedingte Sekundäreffekte

Die im Folgenden beschriebenen Sekundäreffekte der Produkteigenschaften sind Phänomene, die bei Förder-, Dosier- und Zerkleinerungsvorgängen entstehen unter der Einwirkung der Förderelemente, der Förderart und anderer Maschinenteile sowie deren Merkmale.

Winfrid Rauch

18. Alternativen zu stationären Schubböden

Dieses Kapitel beschreibt qualitativ die alternativen Technologien, die im Bereich der Pufferlager und Dosiertechnik eingesetzt werden, um Schubböden zu ersetzen. Ausnahmefälle und spezielle Anwendungen können hier nicht berücksichtigt werden. Ziel dieser Darstellung ist das strukturelle Vergleichen der verschiedenen Fördereinrichtungen für Schüttgutlager, die in der Agrarwirtschaft oder in ähnlichen Anwendungen der Papier-, Holz- und Abfallwirtschaft eingesetzt werden.

Winfrid Rauch

4. Auswahl von Norm- und Zukaufteilen

Entwicklungen müssen heute immer mehr unter Kosten- und Zeitaspekten betrachtet werden. Sie sollen möglichst effizient zu dem angestrebten Ziel führen. Eine hohe Effizienz entsteht, z. B. durch die Nutzung von bereits Vorhandenem. Sei es durch die Übernahme von Baugruppen und/oder Bauteilen von Vorgängerprodukten oder durch den Einsatz von zugekauften Teilen oder Baugruppen.

Paul Naefe, Jörg Luderich

Kapitel 5. Konstruktionselemente Maschinenbau/Fördertechnik

FördertechnischeKonstruktionselement|( Maschinen und Anlagen, und damit auch materialflusstechnische und logistische Systeme, setzen sich aus zwei maschinenbaulichen Hauptkomponenten zusammen – einerseits sind hier die klassischen Maschinenelemente zu nennen, andererseits die nachfolgend beschriebenen spezifischen Basiselemente der Fördertechnik.

Karl-Heinz Wehking, Christian Häfner

2. Kupplungsbauformen, typische Eigenschaften und Torsion im Wellenstrang

Kap. 2 ist anfangs der detaillieren Beschreibung von Kupplungsbauformen und deren Funktionalität und Eigenschaften gewidmet. Diese Eigenschaften sind für die hier betrachteten Fehler wichtig hinsichtlich Verlagerungen, Biegung und Torsion an der Koppelstelle von zwei Maschinen.In einem Teilkapitel wird zunächst die Torsion als besondere Eigenschaft im Maschinenstrang und als besondere Messaufgabe dargestellt. Für diese sind übliche Schwingungsmesssysteme und -methodiken, wie von der Gehäusemessung gewohnt, nicht anwendbar. Neben der Darstellung von geeigneten Messprinzipien wird ein einfaches praktisches Messprinzip an einem Maschinenmodell abschließend vorgestellt. Die Torsionsanregungen sind ein wesentlicher Teil der Auswirkungen von Ausricht- und Kupplungsfehlern.

Dipl.-Ing. Dieter Franke

Kapitel 3. Feuchteschutz

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker

Kapitel 19. Stromversorgungen

Zur Energieversorgung wird ein Drehstromnetz (3 ~ AC-Netz) mit Neutralleiter (N) eingesetzt. Dadurch steht neben den Leiterspannungen (Spannungen zwischen den Außenleitern L1, L2 und L3) von 400 V auch eine Spannung von 230 V (Spannung zwischen Außenleiter L1, L2, L3 und Neutralleiter N) zur Verfügung. Die Frequenz beträgt 50 Hz. Darüberhinaus kann die Versorgung mit Gleichspannung (DC-Netz) erfolgen. Die unterschiedlichen Netzformen für eine AC- und DC-Versorgung werden mit ihren Vor- und Nachteilen vorgestellt. Das HGÜ-Prinzip sowie die Netz-Einspeisung über Solarwechselrichter und der Einsatz von Energiespeichern werden besprochen.

Joachim Specovius

Anomie als Strukturdefekt der Demokratie? Einsichten aus der Theorie demokratischer Antinomien mit einem Ausblick auf das Verhältnis zur Religion

Der Beitrag zeigt entlang der Antinomien der Demokratie, wie demokratisch zustande kommendes Recht legitimitätstheoretisch unsicher und normativ angreifbar bleibt. Der Begriff der Anomie ist dabei geeignet, die Entkoppelung geltender Gesetze und demokratischer Prozeduren als übergreifenden Strukturdefekt der modernen Volksherrschaft zu identifizieren, ein Defekt, der in mehrfacher Hinsicht selbstzerstörerisch wirkt. Ins Visier gerät dadurch neuerlich die Spannung zwischen (säkularer) Demokratie und Religion, die der ideengeschichtlichen Applikation des Anomie-Konzepts bei Durkheim vorausging.

Oliver Hidalgo

5. Nachweis von Luftverunreinigungen

Mit modernsten Techniken können sehr genaue Stoffanalysen durchgeführt werden. Diese nützen jedoch nichts, wenn sich bereits bei der Probenahme ein Fehler einschleicht, der sich schließlich durch sämtliche Analyseschritte zieht und damit das Endergebnis von vornherein verfälscht. Zuverlässige Aussagen über die Qualität, Beschaffenheit oder Zusammensetzung eines bestimmten Materials können nur durch die konsequente Einführung eines Systems zur Qualitätssicherung gemacht werden, die alle Arbeitsschritte einer Analyse umfasst. In der Praxis kann es durch ungenaue oder falsche Analysenresultate zu entscheidenden Fehleinschätzungen kommen. Die Qualitätssicherung muss deshalb bei der Probenahme anfangen und bis zur Dokumentation der Analysenergebnisse reichen. Die Aufgabe des Analytikers besteht demnach nicht nur in der Ausführung der Analyse, sondern auch in der sorgfältigen Planung und in der Auswahl der am besten geeigneten Untersuchungsmethode. Die Durchführung der Probenahme, Konservierung und Lagerung sowie die Interpretation und Dokumentation der Analysenergebnisse gehören ebenfalls zum Verfahrensablauf einer analytischen Methode (Abb. 5.1).

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

2. Immissionsschutzrecht

Zweck dieses Gesetzes ist es, Menschen, Tiere und Pflanzen, den Boden, das Wasser, die Atmosphäre sowie Kultur- und sonstige Sachgüter vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu schützen und dem Entstehen schädlicher Umwelteinwirkungen vorzubeugen. Soweit es sich um genehmigungsbedürftige Anlagen handelt, dient dieses Gesetz auch

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

4. Auswirkungen von Luftverunreinigungen

Der Mensch setzt durch die verschiedensten Prozesse eine Vielzahl von Spurenstoffen frei, wodurch er die natürlichen Emissionen und deren Konzentrationslevel verändert. Die emittierten Verbindungen und/oder ihre chemischen Umwandlungsprodukte können eine Reihe von Schadstoffwirkungen entfalten. Sie sind alle in vielfältiger Weise in die globalen Stoffkreisläufe der Atmosphäre, des Wassers (Hydrosphäre), des Bodens (Lithosphäre) und der belebten Welt (Biosphäre) eingebunden.

Gabi Förtsch, Heinz Meinholz

Kapitel 6. Funktionsweise und Herausforderungen des Abgasrückführsystems

Insbesondere Abgasrückführventil und Abgasrückführkühler sind Bauteile, die besonders von Belagsbildungsprozessen betroffen und deren Betriebssicherheit und Funktion durch Belagsbildungsprozesse bis hin zum Totalausfall beeinträchtigt sein können.

Thomas Koch, Christian Beidl, Hermann Rottengruber

Kapitel 2. Auditierung der betrieblichen Wasserverhältnisse

Die systematische Aufnahme der Wasserverhältnisse in einem Betrieb beginnt mit der Auditierung der Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe; gelangen sie in Abwasser, sind sie Abwasserinhaltsstoffe. Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe sind Begriffe, die sowohl in der Ökonomie als Bilanzposten als auch im technischen Bereich Verwendung finden.

Rolf Stiefel

Baubetrieb und Bauverfahrenstechnik

Um die von der Unternehmensleitung gesteckten Ziele auf den Baustellen in die Tat umzusetzen, bedarf es einer entsprechenden Organisation dieser vorübergehenden Fertigungsstätten. Die Organisation setzt sich aus der Aufbauorganisation und der Ablauforganisation zusammen.

Christoph Motzko, Eberhard Petzschmann, Holger Kesting, Manfred Helmus, Peter Böttcher, Marco E. Einhaus, Hendrikje Rahming, Olaf Leitzbach, Dietrich Stein, Robert Stein, Jörg Fenner

15. Tribologie in der Produktionstechnik

Produktion ist die Gesamtheit wirtschaftlicher, technologischer und organisatorischer Maßnahmen, die unmittelbar mit der Be- und Verarbeitung von Stoffen zusammenhängen. In der Produktionstechnik nehmen Werkzeugmaschinen eine Schlüsselstellung ein, da sie die Grundlage für die Herstellung aller anderen Maschinen sowie derer Komponenten darstellen. Es werden die tribologischen Systeme in Werkzeugmaschinen, insbesondere Führungen und Lager, betrachtet und Möglichkeiten der Optimierung von Werkzeugmaschinen analysiert. Tribologische Innovationen in der Produktionstechnik werden mit Beispielen, wie Mikrowerkzeuge, Hochgeschwindigkeitsfräsen, Mikrostrukturierung medizintechnischer Stents, vorgestellt. Abschließend werden die Verfügbarkeit und Instandhaltung von Produktionsanlagen betrachtet.

Eckart Uhlmann

2. Technik und Tribologie

Die Tribologie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet zur Optimierung mechanischer Technologien durch Verminderung reibungs- und verschleißbedingter Energie- und Stoffverluste. Nach einer Darstellung der heutigen Dimensionen der Technik wird eine Übersicht über Aufgaben und Bedeutung der Tribologie in Wissenschaft, Technik und Wirtschaft gegeben.

Horst Czichos

17. Vakuumtribologie

Vakuumbedingungen stellen an die Tribologie besondere Anforderungen. Normalerweise haben unter atmosphärischen Bedingungen tribologisch beanspruchter Bauteile bei der Festkörperreibung im „Trockenlauf“ die Möglichkeit, durch chemische Reaktionen mit dem gasförmigen Umgebungsmedium reibungs- und verschleißmindernde Deckschichten zu bilden. Dies ist im Vakuum jedoch nicht möglich. Beispielsweise steigt die in Luftatmosphäre zeitstabile Gleitreibungszahl f ≈ 0.5 im Vakuum innerhalb weniger Minuten auf einen zehnfach höheren Wert. Da konventionelle Tribomaterialien für Vakuumbedingungen nicht geeignet sind, wurden neue Werkstoffe, Prüftechniken und Technologien entwickelt. Nach einer kurzen Übersicht über Tribosysteme für Vakuumbedingungen werden tribologische Problemlösungen, die Vakuumtribometrie und geeignete Werkstoffe für die Erfordernisse der Vakuumtechnik dargestellt.

Thomas Gradt

12. Tribologie von Konstruktionselementen

Die Funktion tribologischer Maschinenelemente besteht in der Aufnahme, Übertragung und Anwendung von Bewegungen und Kräften mittels tribologisch beanspruchter Wirkflächenpaare in Maschinen, Geräten und technischen Anlagen. Die tribologischen Beanspruchungen haben eine „duale Rolle“: sie sind einerseits für die Funktion erforderlich, sind aber andererseits stets mit Reibung verbunden und können zu Verschleiß führen. Es wird das tribologische Verhalten von ausgewählten Konstruktionselementen vorgestellt: Gleitlager, Wälzlager, Zahnradpaarungen, axiale Gleitringdichtungen, Kolbenring/Zylinderlaufbahn, Nocken/Nockenfolger. Dabei werden neben den werkstofftechnischen Aspekten im besonderen Maße schmierungstechnische und konstruktive Gesichtspunkte berücksichtigt.

Karl-Heinz Habig

8. Tribokorrosion

Unter Korrosion versteht man allgemein die (elektrochemische) Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt.Tribokorrosion kann in einem korrosiven Medium grundsätzlich bei jeder tribologischen Beanspruchung einer Materialoberfläche durch Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers auftreten. Für die Tribokorrosion bei tribologischer Gleitbeanspruchung werden Prinzipien der elektrochemischen Messtechnik und Verschleißerscheinungsformen dargestellt.

Horst Czichos, Jean-Pierre Celis

6. Verschleiß

Verschleiß ist der fortschreitende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers (Grundkörper), hervorgerufen durch tribologische Beanspruchungen, d. h. Kontakt und Relativbewegung eines festen, flüssigen oder gasförmigen Gegenkörpers. Verschleiß ist wie die Reibung keine Materialeigenschaft, sondern entsteht durch Wechselwirkungsprozesse kontaktierender Körper oder Stoffe und muss stets auf die Material-Paarung, d. h. allgemein auf das betreffende tribologische System, bezogen werden. Beschrieben werden die technischen Verschleißarten: Gleitverschleiß, Wälzverschleiß, Stoßverschleiß, Schwingungsverschleiß, Furchungsverschleiß, Strahlverschleiß, Erosion und die elementaren physikalisch-chemischen Verschleißmechanismen: Oberflächenzerrüttung, Abrasion, Adhäsion, Tribochemische Reaktionen. Abschließend werden die Zusammenhänge von Verschleiß und Zuverlässigkeit dargestellt und Möglichkeiten zur Verschleißminderung betrachtet.

Horst Czichos

7. Schmierung

Schmierung dient der Verminderung von Reibung und Verschleiß durch Einbringen eines Schmierstoffs zwischen die Kontaktpartner tribologischer Systeme. Die Reibung in geschmierten tribologischen Systemen ist abhängig von der Geometrie und Oberflächenrauheit der Kontaktpartner, ihrer Relativgeschwindigkeit und Belastungskraft sowie der chemischen Zusammensetzung und Viskosität des Schmierstoffs. Dargestellt werden die Hydrodynamische Schmierungstheorie, die Elastohydrodynamische Schmierung und die Grenzreibung, die als ein Sonderfall der Festkörperreibung anzusehen ist, bei der die tribologisch beanspruchten Oberflächen mit einer Adsorptionsschicht aus Schmierstoffmolekülen bedeckt sind.

Karl-Heinz Habig, Gunter Knoll

10. Tribotechnische Werkstoffe

Die Auswahl von Werkstoffen für tribotechnische Anwendungen richtet sich neben den Gebrauchseigenschaften ganz wesentlich nach den wichtigsten Fertigungseigenschaften sowie nach der mittel- und ggf. langfristigen Verfügbarkeit. Die Darstellung tribotechnischer Werkstoffe orientiert sich an der üblichen Aufteilung von Werkstoffen und deren tribologischem Verhalten unter unterschiedlichen Beanspruchungen. Nach einer Übersicht über den Einsatz von Tribomaterialien im Maschinen- und Anlagenbau wird das tribologische Verhalten folgender Werkstoffe dargestellt: Stähle, Gusswerkstoffe, Hartlegierungen und Hartverbundwerkstoffe, Nickel-, Kobalt-, Kupfer-, Aluminium- und Titanlegierungen, Hartmetalle, Ingenieurkeramische Werkstoffe, Oberflächenschutzschichten, Polymere Werkstoffe.

Karl-Heinz Habig, Alfons Fischer

Kapitel 2. Terrassen, Balkone, Loggien

Terrasse lateinische Begriff „Terra“ für Boden. Die Terrasse ein ebenerdiger „Freisitz“, d. h. eine befestigte Plattform auf Bodenniveau, die an ein Gebäude anschließt.

Joachim Schulz

Kapitel 12. Außenanlagen

Bei Regenfällen oder schmelzendem Schnee verschließen sich die Kapillaren im Erdreich, sodass überschüssiges Wasser in Gefällerichtung abläuft. Im aufgeführten Beispiel wurde ein Wasserschaden in den Erdgeschosswohnungen einer Wohnsiedlung mit Außenanlagen beanstandet.

Joachim Schulz

Fahrplan zu einer OME-Spezifikation (Roadmap to an OME specification)

Oxymethylenether (OME) ist ein synthetischer Dieselkraftstoff. Der Kraftstoff verbrennt rußfrei und hat eine hohe Cetanzahl. OME verfügt somit über vorteilhafte Verbrennungseigenschaften. In dieser Arbeit wird der Aufbau und der aktuelle Stand der OME-Spezifikation vorgestellt. Die Bedeutung der Parameter ‘Cetanzahl’, ‘Flammpunkt’, ‘Gefrierpunkt’ und ‘Oxidationsstabilität’ für OME als Kraftstoff werden erläutert. Diese Parameter lassen sich in der Produktion durch destillative Abtrennung und Recycling der kurzkettigen OME1-2 und der langkettigen OME-Komponenten OME5-6 auf einfache Weise einhalten.

Thomas Wilharm, Hendrik Stein, Innokentij Bogatykh

2. Dynamik, Fortschritt und Kompetenz

Der Wettbewerb zwischen Unternehmen und die Fähigkeit zur Innovation spielen sich im Raum zwischen Markt, Ressourcen und Timing ab. Hier entfaltet sich die Dynamik, in der Kernkompetenzen wachsen und fallen, Bedürfnisse gefunden und befriedigt oder Gelegenheiten genutzt oder verpasst werden. Gerade heute ist das Wissen über das Umfeld ausschlaggebend für eine erfolgreiche Innovation.

Burkard Wördenweber, Marco Eggert, André Größer

Kapitel 7. Anker und Bodennägel

Im Bauwesen ist der Begriff Anker sehr weit gedehnt. Nicht nur aus historischer Sicht, sondern besonders aus der Sicht der Anwendungsmöglichkeiten gibt es eine Unzahl von Ankern. Daher ist es notwendig hier eine Einteilung vorzunehmen, an der man die verschiedenen Anker erkennen kann, bevor man mit dem Begriff Anker bei Böschungen und Baugruben zu arbeiten beginnt.

Bernhard Wietek

Kapitel 3. Sicherung von Geländesprüngen

Natürliche Böschungen haben bei ihrer Entstehung eine maximale Neigung eingenommen. Der Zustand in dem sie entstanden sind war im Grenzgleichgewicht (Sicherheit η = 1,0). Später können sich durch äußere Umstände die Materialkennwerte verändert, bzw kann sich auch sich derWasserhaushalt im Untergrund (Böschung) zum Vorteil verändert haben. Deshalb haben natürliche Böschungen eine Sicherheit größer als 1,0. Wir wissen aber vor einer Untersuchung der Böschungssituation und des betroffenen Untergrundes nichts über die vorhandene Sicherheit.

Bernhard Wietek

Kapitel 5. Verbauungen

Diese werden hauptsächlich für die Sicherung von Baugruben, sowie Uferverbauungen und vertikalen Geländesprüngen verwendet.

Bernhard Wietek

Kapitel 2. Böschungen

Böschungen als geneigte Erdoberflächen kommen überall vor. Sie werden vom Menschen mehr oder weniger bearbeitet und so der Zustand verändert. Damit sollte man auch die Auswirkungen dieser Veränderungen betrachten und sich eine Gewissheit über die Sicherheit der Böschungen verschaffen.

Bernhard Wietek

Kapitel 6. Energiespeicher

Dieses Kapitel vermittelt die Grundlagen elektrochemischer Speicher. Die derzeit wichtigsten Varianten Blei-Akkumulator, Nickel-Metallhydridbatterie und Lithium-Ionen-Batterie werden im Detail vorgestellt. Gerade bei der Li-Ionen-Batterie gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien für Anode, Kathode und Elektrolyt, woraus zum Teil recht unterschiedliche Betriebseigenschaften resultieren. Eigene Abschnitte widmen sich den verschiedenen Ladeverfahren, dem Ladungsausgleich (Balancing) zwischen den verschiedenen parallelgeschalteten Zellen, den Zellbauformen sowie dem Aufbau von Batteriespeichersystemen (Stack, Batteriemanagement). Eine möglichst genaue Modellierung des Betriebsverhaltens von Lithium-Ionen-Akkus ist erforderlich, um das schnelle Laden so zu kontrollieren, dass keine irreversiblen Schäden auftreten. Geeignete Modelle werden vorgestellt. In den letzten Abschnitten des Kapitels werden die verschiedenen Verfahren zur Speicherung von Wasserstoff besprochen.

Martin Doppelbauer

2. Rechtliche Grundlagen zur Dokumentation

Die Dokumentation ist aus rechtlicher Sicht mehrfach bedeutungsvoll.

Klaus H. Weber, Frank Mattukat, Manfred Schüßler

5. Erstellen und Nutzen der Dokumentation während der Projektabwicklung

Ausgehend vom Lebenszyklus der Anlage und Dokumentation (s. Abschn. 1.5) werden in diesem Kapitel die Lebensphasen der Gesamtdokumentation im Engineering und während der Anlagenrealisierung inkl. Inbetriebnahme betrachtet.

Klaus H. Weber, Frank Mattukat, Manfred Schüßler

Kapitel 3. Einflüsse auf die Schwingfestigkeit und deren Abschätzung

Der Betriebsfestigkeitsnachweis für Bauteile kann unter Verwendung einer experimentell ermittelten Bauteilwöhlerlinie oder einer abgeschätzten synthetischen Wöhlerlinie erfolgen. Im ersten Fall werden Bauteile möglichst im Einbauzustand und unter Einsatzbedingungen geprüft, so dass alle relevanten Einflüsse auf die Schwingfestigkeit enthalten sind. Bei der Abschätzung von Bauteilwöhlerlinien wird meist die statische Festigkeit des Werkstoffs, beispielsweise die Zugfestigkeit, als Ausgangspunkt verwendet.

Sebastian Götz, Klaus-Georg Eulitz

Kapitel 1. Einleitung

Der Festigkeitsnachweis von Konstruktionen und Bauteilen gehört zu den Grundaufgaben des Ingenieurs. Er muss nachweisen, ob ein Bauteil allen im Lebenszyklus auftretenden Belastungen mit ausreichender Sicherheit versagensfrei standhält. Dem gegenüber steht die ökonomische Forderung nach geringen Kosten bei der Herstellung und insbesondere im Automobilbau nach leichten Konstruktionen.

Sebastian Götz, Klaus-Georg Eulitz

Kapitel 19. Lösungen – Redoxprozesse und Elektrochemie

Rudi Hutterer

Kapitel 7. Redoxprozesse und Elektrochemie

Rudi Hutterer

Kapitel 14. Lösungen – Multiple-Choice-Aufgaben (Mehrfachauswahl)

Rudi Hutterer

Gewöhnlicher Stahl aus Pittsburgh

Viele wissenschaftliche Fortschritte gelangen, weil man eigentlich bessere Werkzeuge und Waffen herstellen wollte. Die Metallurgie macht da keine Ausnahme. Kupfer und Eisen wurden veredelt, um zu Waffen und Werkzeugen geschmiedet zu werden, und später mit Zinn bzw. Kohlenstoff vermischt, um Bronze und Stahl herzustellen, denn diese Legierungen waren für die Metallbearbeitung noch geeigneter.

Rebecca C. Thompson

Kapitel 3. Beton

Der heute im Bauwesen eingesetzte Beton besteht aus Zement, Zuschlag (Gesteinskörnung) und Wasser sowie oftmals auch Betonzusätzen.

Bernhard Wietek

Kapitel 6. FB-Eigenschaften

Der Baustoff Faserbeton besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien, dem Beton und der Faser. Zusammen sind sie ein Verbundbaustoff, dessen Eigenschaften sich aus den beiden Grundmaterialien zusammensetzt.

Bernhard Wietek

Kapitel 4. Fasern

Es werden hier nur Fasern aufgezeigt, die mit Verarbeitung von Beton angewendet werden. Ausgehend von künstlichen Fasern wie Kunststoff-, Stahl und Glasfasern werden auch die heute jedoch seltener angewendeten Naturfasern wie Pflanzen- und Tierfasern aufgezeigt.

Bernhard Wietek

Kapitel 7. FB-Bemessung

Mit Hilfe der statischen Berechnung werden die Kräfte und Momente in einem System (Bauwerk oder Bauteil) ermittelt, das in die Natur umgesetzt werden soll. Es ist also die Anforderung der Belastung aus der Statik bekannt, es muss jetzt nur noch der richtige Werkstoff und dessen Dimension gefunden werden, der diesen Anforderungen entspricht. Diese Umsetzung der Kräfte und Momente in Materialien und deren Abmessungen nennt man Bemessung.

Bernhard Wietek

Kapitel 7. Redoxreaktionen – Grundlagen der Elektrochemie

Sehr viele Prozesse der Baupraxis wie die metallische Korrosion, das Ausbleichen von Fassaden oder die Alterung von Kunststoffen sind auf Oxidations- bzw. Reduktionsreaktionen zurückzuführen. Die Begriffe Oxidation und Reduktion sind im Laufe der historischen Entwicklung der Chemie mehrfach erweitert und auf einer höheren Erkenntnisebene neu definiert worden. Ursprünglich wurde unter einer Oxidation die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff (Oxygenium), also eine Sauerstoffaufnahme verstanden.

Roland Benedix

Kapitel 9. Chemie nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe

Die äußerste Schicht unserer Erde ist aus einer Vielzahl unterschiedlicher Gesteine aufgebaut, die sich über lange geologische Zeiträume hinweg gebildet haben. Von der Art der bei der Bildung der Gesteine ablaufenden physikalischen oder chemischen Vorgänge hängen Struktur und Aufbau und damit die Gebrauchseigenschaften eines Gesteins wie Härte, Druckfestigkeit, Porosität und Wasseraufnahmevermögen ab.

Roland Benedix

Kapitel 10. Chemie organischer Stoffe im Bauwesen

Im Bauwesen spielen Kohlenstoffverbindungen sowohl als Hilfsstoffe (Lösungs- und Verdünnungsmittel, Füllstoffe, Zusatzmittel) als auch direkt als Baustoffe (Bitumenhaltige Bindemittel, Kunststoffe, Holz) eine wichtige Rolle. Für ein besseres Verständnis ihres chemischen Aufbaus, ihres Verhaltens und ihrer Eigenschaften sollen in diesem Kapitel zunächst einige grundlegende organische Stoffklassen besprochen werden.

Roland Benedix

Kapitel 8. Chemie der Baumetalle

Neben der großen Gruppe nichtmetallischer Baustoffe (Kap. 9) gehören vor allem die Metalle und ihre Legierungen mit ihren ganz spezifischen chemischen und technologischen Eigenschaften zu den wichtigsten Bau- und Werkstoffen. Inhalt des vorliegenden Kapitels sollen die physikalisch-chemischen Besonderheiten metallischer Werkstoffe, ihr Verhalten gegenüber atmosphärischen Einflüssen (Korrosion) sowie gegenüber anorganisch-nichtmetallischen Baustoffen wie Gips, Kalk und Beton sein.

Roland Benedix

Kapitel 5. Luft und Luftinhaltsstoffe

Bauwerke sind den ständigen Einflüssen der Atmosphäre mit den in ihr natürlich enthaltenen Gasen Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, den Edelgasen, wechselnden Mengen an Wasserdampf, aber auch mit den in ihr enthaltenen Luftschadstoffen wie Schwefeldioxid, Stickoxiden, Ozon sowie Staubpartikeln unterschiedlichster Herkunft ausgesetzt. Schlagworte wie Saurer Regen, Sommersmog, Treibhausgase und Neuartige Waldschäden gehören dank der Berichterstattung durch die Medien zu unserem Alltag. Häufig besteht jedoch gerade bei Begriffen, mit denen wir ununterbrochen konfrontiert werden, der größte Erklärungsbedarf.

Roland Benedix

Kapitel 13. Hightech im Bauwesen: Anwendung der Nanotechnologie in Architektur und Bauwesen

Die Nanotechnologie gilt weltweit als die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Für zahlreiche Industriebranchen wie den Automobilbau, die chemische und pharmazeutische Industrie, die Informationstechnik sowie die optische Industrie hängt die künftige Wettbewerbsfähigkeit ihrer Produkte sehr wesentlich von der Erschließung moderner Technologien zur kontrollierten Erzeugung und Nutzung nanoskaliger Strukturen ab. Doch Nanotechnologien bieten nicht nur den Hightech-Branchen, sondern auch den konventionellen Industriezweigen wie dem Bausektor erhebliche Entwicklungs- und Geschäftspotentiale.

Roland Benedix

Kapitel 4. Die chemische Reaktion

Chemische Reaktionen sind Stoffumwandlungsprozesse. Um den Ablauf chemischer Reaktionen genauer zu verstehen, müssen Fragen nach den Mengenverhältnissen zwischen reagierenden und entstehenden Stoffen, nach der Energiebilanz und der Geschwindigkeit der Reaktion sowie nach deren Verlauf beantwortet werden. Zunächst einige Bemerkungen zur Stöchiometrie chemischer Reaktionen.

Roland Benedix

Kapitel 6. Wasser und wässrige Lösungen

Das Wasser der Erde besitzt ein Gesamtvolumen von ca. 1,4 Milliarden km3. Der überwiegende Teil (97,23%!) davon ist Salzwasser. Die restlichen 2,77% Süßwasser liegen zu etwa drei Viertel in Form von Polar- und Gletschereis vor [UC 2].

Roland Benedix

11. Stahl-Recycling

Stahl-Recycling ist in der Kreislaufwirtschaft Weltmeister im Schließen von Stoffkreisläufen.

Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

Kapitel 3. Gestalten, Design, Fügen, Auslegung, Berechnungsansätze, Simulation, EDV-unterstützte Konstruktion und Kosten von Kunststoffbauteilen

Das Kap. 3 wurde um Fügen und Verbinden (Schweißen, Schnappen, Schrauben) erweitert und ansonsten überarbeitet. Es fasst das Konstruieren und Gestalten mit Kunststoffen zusammen, das erweitert wurde. Unverändert ist die Bauteilauslegung (einschließlich der Berechnungsansätze) und Simulation. Die Verantwortlichkeiten bei der Formteilentwicklung am Beispiel Automobilindustrie gibt Einblicke bis hin zu Schnittstellen. Zahnräder und Kunststoffrohre als Anwendungsbeispiel und Bauteilkosten schließen Kap. 3 mit einer Kostenrechnung ab. Umfangreich fügten wir auch im Kap. 3 viele Anwendungsbeispiele und neuere Literatur hinzu.

Martin Keuerleber, Peter Eyerer

Kapitel 1. Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen

Kap. 1 „Verarbeitung von Kunststoffen zu Bauteilen“ wurde von Helmut Schüle federführend überarbeitet und deutlich erweitert. Es beginnt mit den Polymerpulvern, der Aufbereitung und Zusatzstoffen unter dem Gesichtspunkt der Verarbeitung. Standard-Spritzgießen einschließlich Werkzeuge und Konstruktionsregeln folgen. Des Weiteren werden verschiedene Sonder-Spritzgießverfahren einschließlich der Maschinentechnik und deren Trends behandelt. Extrudieren schließt sich in analoger Abfolge an, gefolgt von Kalandrieren, Schäumen und einem Kapitel über Polyurethane. Neu hinzugefügt hat Rüdiger Bräuning das Kapitel zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen. Die verstreuten Teilthemen der ersten Auflage sind hier zusammengefasst und um die Reparatur von Faserverbundwerkstoffen (Heike Sommer) erweitert worden. Ähnlich Kap. 3 „Werkstoffe“ folgt die Verarbeitung von thermoplastischen Elastomeren und Elastomeren. Das Beispiel Reifen wird vertieft. Es folgen Verarbeitungseinflüsse auf Bauteileigenschaften. Verarbeitungsfehler, Thermoformen, Rapid Prototyping und Spritzguss-Simulation beenden Kap. 1.

Helmut Schüle, Peter Eyerer

Kapitel 8. Betrieb

Kap. 8 setzt sich mit den Kernelementen unternehmerischer Wertschöpfung auseinander. Dabei macht es keinen Unterschied, ob der Betrieb Produkte entwickelt und herstellt oder ausschließlich Dienstleistungen erbringt.

Martin Hinsch

Kapitel 7. Marine Bioökonomie

Die marine Bioökonomie verwendet nachwachsende Rohstoffe marinen Ursprungs. Dabei werden einzellige, mehrzellige als auch Mikroorganismen aus dem Meer bzw. daraus hergestellte Zellkulturen oder Biomoleküle genutzt. Die Produktion der benötigten Biomasse kann je nach verwendeter Ressource z. B. in Aquakulturkreislaufanlagen oder in Bioreaktoren erfolgen. Sowohl bei der Rohstoffvermehrung als auch bei der Generierung verschiedener Produkte kommen häufig biotechnologische Verfahren zum Einsatz. Diese Produkte werden in unterschiedlichen Märkten angeboten, z. B. in der Medizin, im Lebensmittelbereich, als Konsumgüter oder im Bereich des Umweltschutzes. Besondere Aufmerksamkeit kommt dabei den marinen Algen zu, da diese überschüssigen Nährstoffe im Wasser als auch CO2 binden und für die Produktion verschiedener Produkte genutzt werden können. Durch die Verbesserung der gesellschaftlichen Rahmenbedingungen ist es möglich, die vielen bereits vorhandenen Ansätze für marine bioökonomische Produktionsverfahren noch weiter auszubauen.

Charli Kruse

Kapitel 9. Enhanced-Geothermal-Systems (EGS), Hot-Dry-Rock Systeme (HDR), Deep-Heat-Mining (DHM)

Mit dem Enhanced-Geothermal-SystemEnhanced Geothermal System (EGS) (EGS) soll der tiefere Untergrund als Wärmequelle zur Stromerzeugung und Wärmegewinnung genutzt werden. Synonyme sind Hot-Dry-RockHot-Dry-Rock (HDR) (HDR) oder Deep-Heat-Mining (DHM). Der Begriff HDR stammt aus der Anfangsphase dieser Technologie-Entwicklung, in der man noch von „trockenen“ Verhältnissen in großer Tiefe im kristallinen Grundgebirge, also im Wesentlichen in Graniten und Gneisen, ausging.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Chapter 8. Hydrothermale Nutzung, Geothermische Dublette

Bei den hydrothermalen Systemen wird zwischen Systemen mit niedriger und hoher Enthalpie (Wärmeinhalt) unterschieden. Beim ersten System erfolgt eine Nutzung des im Untergrund vorhandenen warmen oder heißen Wassers entweder direkt oder über Wärmetauscher zur Speisung von Nah- oder Fernwärmenetzen, zur industriellen bzw. landwirtschaftlichen Nutzung oder für balneologische Zwecke. Bei Temperaturen über 120 °C ist eine wirtschaftlich vertretbare Stromproduktion möglich. Das thermale, warme oder heiße Wasser entstammt Grundwasserleitern (Aquifere). Beim zweiten System sind die Temperaturen so hoch, dass eine direkte Nutzung von Dampf oder einem Zweiphasenfluid zur Stromerzeugung möglich ist.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 7. Geothermische Brunnenanlagen

In Bereichen, in denen gut durchlässige Grundwasserleiter vorliegen und in denen das Grundwasser bis knapp unter der Erdoberfläche ansteht und in entsprechender Güte zur Verfügung steht, bietet es sich an, eine geothermische BrunnenanlageBrunnenanlage. geothermische zur oberflächennahen energetischen Nutzung der Erdwärme als Entzugsquelle zum Betrieb einer Wärmepumpe zu installieren. Brunnenanlagen können zum Heizen und/oder zum Kühlen verwendet werden. Synonyme Begriffe sind ZweibrunnensystemeZweibrunnensystem, Wasser-Wasser-WärmepumpenanlagenWasser-Wasser-Wärmepumpenanlage oder GrundwasserwärmepumpeGrundwasserwärmepumpe. In jedem Fall handelt es sich um eine unmittelbare Nutzung von oberflächennahem Grundwasser zur Energiegewinnung.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 13. Geophysikalische Untersuchungen

Geophysikalische UntersuchungsverfahrenUntersuchungsverfahren, geophysikalisches erlauben einen indirekten Einblick in den Untergrund. Es wird zwischen Verfahren von der Erdoberfläche aus und Verfahren vom Bohrloch aus unterschieden. Bei den geophysikalischen Bohrlochuntersuchungen wird zwischen Verfahren, die in der ausgebauten oder in der noch nicht ausgebauten Bohrung aussagekräftig sind, differenziert.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 2. Geschichte geothermischer Energienutzung

Geothermische Energie, Wärme aus dem „Schoß der Mutter Erde“, ist eine dem Menschen schon seit vielen 1000 Jahren bekannte Energiequelle. Die Thermalwässer und heißen Quellen wurden nicht nur für praktische Zwecke, wie zum Baden, für Trinkkuren, zur Gewinnung von Gasen oder Mineralsalzen durch Eindampfen, um Essen zuzubereiten oder für Heizzwecke genutzt, sondern sie hatten weltweit zuerst insbesondere eine religiöse oder mythische Bedeutung. Sie waren Sitz von Göttern, verkörperten Götter oder hatten göttliche Kräfte.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 15. Hydrochemische Untersuchungen

Thermales Tiefenwasser spiegelt die Herkunft, die Zirkulationsdauer und die Wechselwirkungen mit dem Umgebungsgestein wider. Die meisten Tiefenwässer weisen eine erhöhte Mineralisation und Gasgehalte auf. Um Aussagen zu den Eigenschaften des geförderten ThermalwassersThermalwasser und den möglichen Auswirkungen zu treffen, ist die genaue Kenntnis der Inhaltsstoffe eine grundlegende Voraussetzung für den erfolgreichen Langzeitbetrieb der geothermischen Anlage.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Kapitel 11. Potentielle Umweltauswirkungen bei der Tiefen Geothermie

Die Umwandlung in Strom oder Nutzwärme ist frei von CO2- und Rauchgasemissionen wie Rußpartikeln, Schwefel- und Stickoxiden. Der Betrieb von Geothermieanlagen ist prinzipiell sehr umweltverträglich. Im Normalbetrieb, wie auch bei Störfällen sind schädliche Umwelteinflüsse von technischer Seite durch die Verwendung von hochwertigen Baumaterialien und einer sehr ausgereiften Technik mit zahlreichen Sicherungseinrichtungen nahezu ausgeschlossen.

Ingrid Stober, Kurt Bucher

Chapter 10. Geothermische Nutzungen in Hochenthalpie-Gebieten

Der Großteil der geothermischen Stromproduktion wird heutzutage aus Hochenthalpie-Gebieten, die bereits in geringen Tiefen hohe Temperaturen aufweisen, durch Dry-Steam- oder Flash-Steam-Systeme gewonnen. Diese Systeme nutzen das druckentlastete und dadurch dampfförmige, heiße Thermalfluid als Arbeitsmittel, um eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben. Zusätzliche Technologien wie ORC- oder Kalina-Anlagen sind also nicht notwendig

Ingrid Stober, Kurt Bucher

2. Analyse der technischen Zuverlässigkeit

Der Produkterfolg wird vom Preis und vom Anwendungsnutzen bestimmt. Der Anwendungsnutzen, den eine bezogene Komponente beim industriellen Kunden erzeugt, hängt maßgeblich von der Zuverlässigkeit (Reliability) dieses Bauteils ab. Unter der Zuverlässigkeit verstehen wir die Wahrscheinlichkeit, mit der eine Komponente während einer definierten Zeitdauer unter gegebenen Funktions- und Umgebungsbedingungen nicht ausfällt. Vor allem für Industriebetriebe, die Maschinen und Anlagen mit hohem Wert oder Vorprodukte in großen Stückzahlen verwenden, ist der ungestörte Materialfluss und damit die Zuverlässigkeit von hoher Bedeutung.Ausfälle einzelner Komponenten können ggf. ganze Fertigungssysteme beeinträchtigen (siehe Bd. I, Abschn. 2.9: Systemfunktionen). Es ist deshalb notwendig, sich mit der Zuverlässigkeit von Komponenten zu beschäftigen. Wahrscheinlichkeitsverteilungen geben an, wie die Lebensdauer einer Komponente bis zum ersten Ausfall verteilt ist. Sind die Lebensdauerverteilungen erst einmal bekannt, dann lassen sich technische Konstruktionen und Fertigungsabläufe, Instandhaltungsstrategien sowie betriebliche Produktions- und Investitionsentscheidungen unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit optimieren.

Thomas Bonart, Jürgen Bär

Kapitel 11. Möglichkeiten der Integration von Reststoffen in industrielle Anlagen mit relevanten C1-Gasströmen

In Kapitel 11 werden die Rohstoffquellen beleuchtet, die sich durch Gasifizierung in nutzbare C1-Gase (Synthesegas, konzentrierte/reine CO2-Ströme, Methan) überführen lassen. Hierzu gehören landwirtschaftliche, Siedlungs- und Industrieabfälle. Geeignete Gasifizierungsmethoden werden vorgestellt, und das volumenmäßige Potenzial der entstehenden C1-Gasströme wird diskutiert.

Thomas Bayer, Michael Binder, Johannes Booz, Stefan Burmester

Kapitel 2. Aufgaben des Anlagenmanagements

Zur Erfüllung der in Abschn. 1.6 aufgeführten Ziele, die im Anlagenmanagement zu erreichen sind, können die unterschiedlichen Aufgaben definiert werden. In diesem Zusammenhang sind die Entwicklung der Strategie und die zu deren Umsetzung notwendigen Ressourcen von wesentlicher Bedeutung. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Aufgaben ausführlich dargestellt.

Prof. Dr. Gerd Balzer, Christian Schorn

Kapitel 3. Steuerungsfunktionen

Anlagenmanagement bedeutet Strategieentwicklung aufsetzend auf gesicherten Erkenntnissen, die in Normen und Regeln von Experten allgemeingültig formuliert und vorgegeben werden. Aber weitergehend ist auch die Aufgabe der Umsetzung dieser Strategien im Rahmen eines Beauftragungsprozesses und Rollenmodells gegeben (siehe auch Kap. 4) und jede Umsetzung muss entsprechend gesteuert werden. Daher benötigt das Anlagenmanagement entsprechende Steuerungsfunktionen, mit der die Umsetzung der Strategien angestoßen und der Erfolg gemessen werden kann, sowie bei Bedarf entsprechende Strategiekorrekturen implementiert werden.

Prof. Dr. Gerd Balzer, Christian Schorn

Kapitel 7. Zustandsfeststellung

Im Folgenden werden ausführliche Listen zur Zustandsbeurteilung von Betriebsmitteln und Anlagen aufgeführt, wie sie vor einiger Zeit gesammelt worden sind. Diese Listen sind als Beispiel anzusehen und können aufgrund der eigenen Erfahrungen erweitert oder auch gekürzt werden. Neben den einzelnen Bewertungskriterien sind bei Bedarf zusätzlich Erläuterungen aufgeführt, wenn sie als notwendig angesehen werden.

Prof. Dr. Gerd Balzer, Christian Schorn

3. Wertstromdesign

Das Wertstromdesign dient der Neugestaltung der Produktion hin zu einem effizienten und kundenorientierten Wertstrom. Eine zielorientierte und erfahrungsbasierte Anwendung eines bewährten Sets von acht Gestaltungsrichtlinien überführt den Wertstrom systematisch in einen optimierten Soll-Zustand. Ergebnis ist die übersichtliche Darstellung des angestrebten Soll-Zustandes einer schlanken Produktion. Maßgeblich bei der Dimensionierung ist die Ausrichtung am Kundentakt. Dabei erfolgt die Festlegung der Produktionstechnologie mit dem Ziel einer hohen Prozessintegration durch Fließfertigung oder Komplettbearbeitung. Wichtiger Aspekt ist entgegen technologiezentrierter ‚Industrie 4.0‘-Ansätze die Festlegung eines geeigneten Automatisierungsgrades. Der Materialfluss wird mit FIFO-Verkopplungen und Kanban-Regelungen nach dem bewährten Pull-Prinzip gestaltet. Mit Definition des Schrittmachers werden Kundenentkopplungspunkt und Produktionstyp festgelegt. Für die Planung und Steuerung erfolgen Produktionsnivellierung durch Festlegung einheitlicher Freigabeeinheiten sowie Ausgleich des Produktionsmix mit einfachen Reihenfolgeregeln. Dazu dienen Heijunka-Prinzip oder Kampagnenbildung. Schließlich sind gegebenenfalls kapazitative und restriktive Engpässe in der Steuerungslogik zu berücksichtigen. Im Wertstrommanagement werden Verantwortlichkeiten und Aufgaben für den Fabrikbetrieb definiert.

Klaus Erlach

9. Beanspruchungen und Festigkeitsberechnungen

Bei der Planung und dem Bau einer Anlage müssen neben den technischen, betrieblichen und wirtschaftlichen Forderungen auch eine Vielzahl von rechtlichen Vorschriften, die insbesondere Sicherheitsanforderungen betreffen, beachtet werden. Meist sind verschiedene Lösungen möglich. Die Dimensionierung und Gestaltung von Elementen des Apparate- und Maschinenbaues ist Gegenstand eigenständiger Fachdisziplinen mit einer umfangreichen Fachliteratur. Viele Elemente sind standardisiert (z. B. durch EN-, DIN- und ISO-Normen) und die Rechenverfahren zu ihrer Dimensionierung in technischen Regelwerken festgelegt. Für den Apparatebau geltende technische Regelwerke werden in Kap. 9 vorgestellt und detailliert erläutert. Es werden Grundlagen zur Festigkeitsberechnung von Druckbehältern vermittelt, die zur Auslegung einzelner Apparateelemente (Behältermantel, Behälterabschlüsse, Behälterausschnitte) auf Basis des AD 2000 Regelwerkes und der DIN EN 13445 bzw. DIN EN 13480 angewendet werden. Dabei werden nicht nur Druckbehälter aus Stählen, sondern auch die Besonderheiten beim Einsatz von Kunststoffen betrachtet. Das Kap. 9 behandelt zudem die Beanspruchung von Zentrifugentrommeln, die in verfahrenstechnischen Anlagen zur Abtrennung von Feststoffen oder emulgierten Flüssigkeiten vielfach zum Einsatz kommen sowie die Beanspruchung von Apparaten durch Windlasten, die bei hohen Bauwerken eine wichtige Rolle spielen kann.

Siegfried Ripperger, Kai Nikolaus

8. Werkstoffe und Werkstoffauswahl

Dem Anlagen- und Apparatebau stehen eine Vielzahl von Werkstoffen zur Verfügung, die in die Hauptgruppen Metalle, Nichtmetalle und Verbundwerkstoffe eingeteilt werden können. In Kap. 8 werden gängige Werkstoffe vorgestellt und Auswahlkriterien in Bezug auf deren Eigenschaften wie Festigkeit, Verarbeitbarkeit sowie chemische und thermische Beständigkeit diskutiert. Dabei werden insbesondere Stähle und Kunststoffe ausführlich behandelt.

Siegfried Ripperger, Kai Nikolaus

6. Technisches Recht zur Apparate- und Anlagentechnik

Bereits bei der Planung verfahrenstechnischer Anlagen und beim Inverkehrbringen technischer Produkte sind eine Vielzahl gesetzlicher Bestimmungen und umfangreiche technische Regelwerke zu beachten. Diese betreffen u. a. die Arbeitssicherheit, den Umweltschutz und die Unbedenklichkeit der Produkte. Viele technische Anlagen bedürfen in Deutschland einer Anzeige oder Anmeldung durch den Betreiber bei einer dafür zuständigen Behörde. Es sind Mindeststandards einzuhalten, die wiederum eine Voraussetzung für eine Bau- bzw. Betriebsgenehmigung sind. Die Erfüllung der Anforderungen wird im Genehmigungsverfahren geprüft. Der Betriebsgenehmigung geht eine Antragstellung voraus, die zahlreiche wiederkehrende Prüfungen bzw. Abnahmen zur Folge haben kann. Die Grundlage hierfür bildet in Deutschland das Technische Recht. In Kap. 6 werden die Strukturen des Technischen Rechts ausführlich erläutert, das mehr und mehr durch geltende Regelungen innerhalb der EU bestimmt wird. Es werden die wichtigsten europäischen Richtlinien, die den Anlagenbau betreffen, vorgestellt und insbesondere die Druckgeräterichtlinie im Detail erklärt.

Siegfried Ripperger, Kai Nikolaus

1. Einführung

In Kap. 1 werden Grundbegriffe der Verfahrenstechnik sowie des Apparate- und Anlagenbaus eingeführt. Die Apparate- und Anlagentechnik beschäftigt sich innerhalb der Verfahrenstechnik mit der technisch-wirtschaftlichen Umsetzung und dem Betrieb verfahrenstechnischer Prozesse in Form von Apparaten, Maschinen und Anlagen. Das schließt die Planung und Entwicklung sowie den Bau solcher Anlagen mit ein. Da dabei zum Teil erhebliche finanzielle Mittel eingesetzt und in den später betriebenen Anlagen oftmals große Stoff- und Energieströme umgewandelt werden, sind auch die mit der Umsetzung verbundenen umweltrelevanten sowie betriebs- und volkswirtschaftlichen Aspekte zu beachten. Das Kap. 1 beinhaltet eine Einführung in die Entwicklung und Planung verfahrenstechnischer Anlagen und schließt mit einer Literaturübersicht von etablierten deutschsprachigen Fachbüchern zur Thematik.

Siegfried Ripperger, Kai Nikolaus

Kapitel 4. Leitungen

Der Transport elektrischer Energie erfolgt über Leitungen oder Kabel. Bei Leitungen unterscheidet man zwischen Freileitungen, die i. Allg. aus nicht isolierten Leitern aufgebaut sind, und isolierten Leitungen, die z. B. in der Hausinstallation auf, in oder unter Putz verlegt werden. Kabel liegen dagegen im Erdreich oder in Kabelschächten. Um den Aufbau von Leitungen zu verstehen, wird die Leitung zunächst durch ihre einzelnen Modellelemente Widerstand, Induktivität und Kapazität beschrieben. Auch deren Kopplungen werden aufgezeigt, sodass ein Ersatzschaltbild aufgestellt werden kann. Im weiteren Verlauf wird auf den Bau und die Besonderheiten von Freileitungen und Kabeln eingegangen. Das Verständnis dieser Sachverhalte ist von Bedeutung, wenn man sich mit dem großflächigen Netzausbau in Deutschland – bedingt durch die Energiewende – auseinandersetzen will. Abschließend wird das Thema Beeinflussung erläutert, wobei die verschiedenen Arten der Beeinflussungen von Leitungen untereinander (ohmsch, induktiv, kapazitiv), als auch die Auswirkung von Feldern und Strömen auf den Menschen behandelt wird.

Richard Marenbach, Johann Jäger, Dieter Nelles

Kapitel 11. Ausgewählte Lehr- und Forschungsprojekte an internationalen Designhochschulen

Von den über 40 Alumni in dieser Dokumentation (ohne HfG-Dozenten) waren 28 Dozenten, d. h. HochschullehrerHochschullehrer und InstitutsleiterInstitutsleiter, Honorar-ProfessorenHonorar-Professor und Professur-VertreterProfessur-Vertreter sowie LehrbeauftragteLehrbeauftragter, an 23 Schulen von AhmedabadAhmedabad, Indien bis UlmUlm (Liste). Mehrere Kollegen waren an zwei Designschulen aktiv.

Hartmut Seeger

11. Einfluss von Wassertropfen oder Partikeln in der Verdichterluft

Wassertropfen in der Ansaugluft von Verdichtern können unterschiedliche Ursachen haben. Einerseits kann eine wasserbeladene Strömung aufgrund von Wetterbedingungen, wie Regen und Schnee entstehen. Unterkühlte Wassertröpfchen können unter Reiseflugbedingungen zu plötzlicher Vereisung führen. Durch Vulkanausbrüche können aber auch Partikel bis in hohe Flughöhen gelangen, die die Verdichterbeschaufelung schädigen können. Andererseits wird zur Leistungserhöhung einer Gasturbine bzw. zur Reduktion der Verdichterarbeit bei Industriekompressoren Wasser in den Einlauf eingedüst. Die Wassereindüsung kann aber auch durch Verdichterwaschen erfolgen oder aber unter bestimmten Temperaturen durch Auskondensieren der Luftfeuchte. Die dabei entstehenden Wassertröpfchen können unter bestimmten Umgebungsbedingungen, die bei 60 % relativer Luftfeuchte durchaus bei Temperaturen um 15 °C liegen, zu Eisablagerungen an der Verdichterbeschaufelung führen.

Franz Joos

Einsatz additiv gefertigter Partikeldämpfer – eine Übersicht

Dämpfungsmechanismen spielen in dynamischen Systemen eine entscheidende Rolle, um das Schwingungsverhalten zu beeinflussen. In der Mehrzahl der Anwendungsfälle sind Schwingungen unerwünscht und müssen reduziert werden. Beispielsweise können Schwingungen im Fahrzeug zur Verminderung des Fahrkomforts oder bei anderen Anwendungen zu Resonanzkatastrophen führen. Aus der Mechanik bekannte Strategien zur Schwingungsreduzierung sind Isolierung, Dämpfung und Tilgung. Bei partikelgedämpften Systemen wird, infolge von Partikelreibung und Partikelkollisionen, kinetische Energie in Reibung umgewandelt und dem System Energie entzogen. Das Selektive Laserstrahlschmelzen ermöglicht es gezielt unverschmolzenes Pulver ins Bauteilinnere einzulagern. So können partikelgedämpfte Strukturen gefertigt werden, die eine erhöhte Bauteildämpfung aufweisen.Dieser Beitrag beschreibt den Stand der Technik zu Partikeldämpfern. Es wird auf die verschiedenen Designparameter eingegangen und aufgezeigt welchen Einfluss diese auf die Bauteildämpfung haben. Darauf aufbauend wird das Selektive Laserstrahlschmelzen vorgestellt und der Stand der Forschung zum Einsatz und Auslegung von laserstrahlgeschmolzenen Partikeldämpfern beschrieben. Weiterführend werden Fertigungsrestriktionen behandelt, welche bei der Herstellung berücksichtigt werden müssen.

Tobias Ehlers, Roland Lachmayer

Konstruktive Randbedingungen bei Anwendung des WAAM-Verfahrens

Das Wire and Arc Manufacturing (WAAM) verspricht eine hohe Produktivität bei im Vergleich zu anderen Verfahren geringeren Kosten aber gleichzeitig geringerer Genauigkeit der hergestellten Bauteile. Aufgrund des spezifischen Verfahrensablaufs ist die erfolgreiche Herstellung von Funktionsbauteilen geknüpft an Prozess und Geometrie.Die Anforderung einer Nachbearbeitung für Funktionsflächen ist genauso eine Randbedingung wie der werkstofforientierte Prozess und die Berücksichtigung von nicht nur im Sinne der Bauteilbelastung optimierten Strukturen.Eine ausgewogene Berücksichtigung all dieser Aspekte ermöglicht es, dass ein WAAM-Bauteil hinsichtlich Geometrie, Funktion, seiner Gebrauchseigenschaften sowie der Herstellkosten und Fertigungsdauer eine optimale Kombination darstellt. Im Rahmen des Beitrages werden die WAAM-spezifischen Randbedingungen sowie Anforderungen und Vorschläge zur Handhabung bei Gestaltung und Fertigungsplanung an praktischen Beispielen dargestellt. Der Beitrag soll einen Überblick über die Fähigkeiten des WAAM-Verfahrens geben.

Christian Schmid

Kapitel 5. Betriebspraxis

Das Kapitel Betriebspraxis umspannt viele Aspekte der Trocknung. Es beginnt mit einer Wirtschaftlichkeitsanalyse der solaren Trocknung von Klärschlamm. Weitergehend wird die Regelung von Trocknungsprozessen bei Schnittholztrocknern, Hopfendarren und Gemüsehordentrocknern veranschaulicht. Zusätzlich wird ein Wasserdampfkondensator aus regelungstechnischer Sicht behandelt. Schließlich endet das Kapitel bei Trocknungshallen mit natürlicher Be- und Entlüftung sowie der Korrosionsgefahr bei Trocknungsanlagen.

Albert Heindl

Kapitel 4. Trockner in den verschiedenen Industriebereichen

Kap. 4 bringt eine Vielzahl von Beispielen für den Einsatz von Horden- und Flächentrocknern zur Trocknung von Lebensmitteln, pharmazeutischen Stoffen, Holz, Klärschlamm, Arznei- und Gewürzpflanzen, Kürbiskernen, Baumsamen, Futtermitteln sowie Hopfen. Dabei werden konstruktive Hinweise und Daten für Auslegungen für die Trocknungsanlagen gegeben. Praxisbezüge veranschaulichen die Randbedingungen für den praktischen Einsatz und geben wertvolle Hinweise für den Betrieb.

Albert Heindl

Kapitel 7. Trocknung und Qualität

Für die Qualität von Trockengütern gelten unterschiedliche Kriterien wie Erhalt von Farbe und Inhaltsstoffen, Geschmack, hohes und schnelles Wasseraufnahmevermögen, Formerhalt oder möglichst geringe Konzentration an unerwünschten Ablagerungen an der Gutoberfläche. Neben der Einhaltung von maximal zulässigen Guttemperaturen sind vor allem die produktangepasste Aufbereitung, eine homogene Produktaufgabe und eine hohe Gleichmäßigkeit der Trocknung von entscheidender Bedeutung für die Trockengutqualität. Auch die Nachbereitung des getrockneten Gutes durch Zerkleinern und Sichten hat einen großen Einfluss auf die Endqualität. Konkret werden der Qualitätsaspekt bei der Trocknung von Schnittholz, Hopfendolden, Arznei- und Gewürzpflanzen, Hagebutten, Klärschlamm sowie von Obst und Gemüse behandelt und praktische Hinweise zum Qualitätserhalt gegeben.

Albert Heindl

Kapitel 2. Grundlagen der Trocknung

Kap. 2 befasst sich intensiv mit den thermodynamischen Grundlagen und deren Anwendung auf die Trocknung. Anschaulich wird dargestellt, wie die Wasserverdampfung von Trocknern berechnet werden kann und welchen Einfluss einzelne Parameter der Konvektions-, Vakuum- oder Mikrowellentrocknung auf die Trocknungszeit und den Durchsatz ausüben. Für Konvektionstrockner werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Luftführung und deren Darstellung im Mollier-h-x-Diagramm aufgezeigt. Fragen, wie die Gleichmäßigkeit der Trocknung definiert und welche Maßnahmen zur Verbesserung ergriffen werden können, werden beantwortet. Auf die konstruktive Gestaltung von Trocknerkomponenten wird eingegangen. Durch eine Vielzahl von Berechnungsbeispielen und Praxisbezügen wird dem Leser die Übertragung der Theorie in die industrielle Trocknungstechnik nahegebracht.

Albert Heindl

Kapitel 3. Komponenten und Aufbau von Horden- und Flächentrocknern

Kap. 3 befasst sich mit wichtigen Bauelementen von Horden- und Flächentrocknern und deren Auslegung. Insbesondere wird bei Warmlufttrocknern auf Ventilatoren und Heizregistern, bei Vakuumtrocknern auf Kondensatoren und bei Mikrowellentrocknern auf die Einbringung der Mikrowellenenergie eingegangen. Auch die Gestaltung der Trockner wird besprochen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Nutzung von Abwärme für die Trocknung. Viele Einzelheiten beispielsweise zur Trocknung von Schnittholz und Malz werden zur Verfügung gestellt. Auch wird die Möglichkeit der Abfallholznutzung durch Verbrennung und Vergasung zur Schnittholztrocknung vorgestellt.

Albert Heindl

Kapitel 4. Fahrzeug- und Komponentenprüfstände

Neben Motorenprüfständen gibt es andere Prüfstände für ähnliche Aufgaben, die in einigen Anwendungen mit Motorenprüfständen konkurrieren. Antriebsstrangprüfstände erweitern den Triebstrang über den Motor hinaus und oft sogar ohne diesen. Erweitert man den Antriebsstrang weiter, kann man gleich ein ganzes Fahrzeug untersuchen, derartige Prüfstände heißen Fahrzeugprüfstände und werden meist als Rollenprüfstände ausgeführt. Eine wichtige Rolle in der Motorenerprobung spielen auch Straßenfahrten. Schließlich sind oft Motorkomponenten zu erproben, dies ist auch ohne den Motor auf oft hochspezialisierten Komponentenprüfständen möglich.

Kai Borgeest

Kapitel 3. Aufbau von Motorenprüfständen

Aus dem Aufbau und der Funktionsweise des Motors nach Kap. 2 folgt der Aufbau des Motorenprüfstandes. Die Edukte, also Kraftstoff und Luft, müssen dem Motor unter definierten Bedingungen zugeführt und deren Menge gemessen werden, die Prozesse der Gemischbildung und Verbrennung müssen gesteuert und gemessen werden und die Produkte (mechanische Arbeit, Verlustwärme und Abgase) müssen ebenfalls beherrscht und gemessen werden. Weiterhin müssen definierte Betriebsbedingungen herrschen. Die Hilfskreisläufe des Motors (Kühlmittel, Öl) müssen dazu herausgeführt werden, um reproduzierbare Temperaturen und Drücke einzustellen und um Messungen an diesen Medien durchzuführen. Einige wichtige und gut abgrenzbare Teilsysteme werden in den folgenden Kapiteln detailliert behandelt, einige Teilsysteme sind in diesem Kapitel am besten aufgehoben.Um den Prüfstand herum sind Kontrollräume, Vorbereitungsräume, Kraftstofflager, Gaslager und andere Räume einzurichten. Die Anlage erfordert eine umfangreiche technische Gebäudeausstattung, die über den Bedarf anderer Laborgebäude hinausgehen kann. Aus mechanischer Sicht sind die beiden wichtigsten Geräte im Prüfstand der Prüfling selbst und die Belastungseinheit, die realistische Betriebsbedingungen des Motors unter Last erzeugen kann und oft durch eine elektrische Maschine realisiert wird.

Kai Borgeest

Kapitel 6. Belastungsmaschinen

Sofern bei einem Fahrzeug nicht der Gang herausgenommen oder die Kupplung getrennt ist, wird der Motor im Fahrbetrieb mit einem Gegenmoment belastet. Einige Untersuchungen am Motor lassen sich am Prüfstand auch unbelastet durchführen, meist ist eine dem Fahrbetrieb ähnliche Belastung erforderlich. Zunächst einmal betrachten wir die im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte am Fahrzeug und Momente am Motor, dann werden wir die Maschinen betrachten, die am Prüfstand diese Belastung erzeugen. Im 19. Jahrhundert entwickelte W. Froude Wasserbremsen (Abschn. 6.1), um Schiffsantriebe definiert zu belasten. Diese Bremsen konnten sich später auf Prüfständen durchsetzen. Da Wasserbremsen vergleichsweise träge sind, wurden später Wirbelstrombremsen (Abschn. 6.2) eingeführt, ohne die Wasserbremsen, die sich durch ihre hohe Leistungsdichte auszeichnen, vollständig zu verdrängen. Mit dem Fortschritt der Leistungselektronik wurden gut regelbare, hochdynamische elektrische Maschinen (Abschn. 6.3) erschwinglich, die nicht nur als Bremse, sondern auch als Antrieb benutzt werden können. Heute sind elektrische Maschinen bei Pkw-Prüfständen am stärksten verbreitet. Auf Prüfständen, welche die Vorteile elektrischer Maschinen nicht ausnutzen, werden immer noch Wirbelstrombremsen und Wasserbremsen als kostengünstigere Alternative installiert. Auf Prüfständen für Großmotoren dominieren Wasserbremsen, da hier deren noch unübertroffene Leistungsdichte zum Tragen kommt und keine hohen Anforderungen an die Dynamik gestellt werden. Als weitere Alternative ist auf Prüfständen für Kleinstmotoren die Hysteresebremse verbreitet (Abschn. 6.4). In Einzelfällen werden zwei unterschiedliche Belastungsmaschinen zu einer Tandembremse kombiniert (Abschn. 6.5). Neben diesen Typen gibt es noch einige ausgefallene Prinzipien von geringer praktischer Relevanz.

Kai Borgeest

Kapitel 4. Hochtemperaturreaktoren

Ein Druckwasserreaktor erzeugt Sattdampf in seinen Dampferzeugern mit weniger als 300 °C. Die Hüllrohre des Brennelements sind aus Zircaloy, das zwar erst bei ca. 1850 °C schmilzt, aber schon bei weit niedrigeren Temperaturen, bereits oberhalb von 450 °C, in Wasser korrodiert. Reaktoren, die überkritischen Dampf erzeugen, haben deshalb Hüllrohre aus Edelstahl, der erst oberhalb 650 °C korrodiert; sie ermöglichen Dampftemperaturen von etwa 500 °C. Wenn wir mit der Temperatur noch wesentlich höher hinaus wollen, hilft nur noch Keramik.

Thomas Schulenberg

Kapitel 6. Natriumgekühlte schnelle Reaktoren

Nach diesem Ausflug in die Radiochemie können wir uns in den folgenden Kapiteln anschauen, wie die schnellen Reaktoren gebaut werden können, die für ein wirklich nachhaltiges Konzept benötigt werden.

Thomas Schulenberg

Kapitel 7. Bleigekühlte schnelle Reaktoren

Die zwei gravierendsten Probleme des natriumgekühlten schnellen Reaktors lassen sich einfach dadurch beheben, dass man ein anderes Kühlmittel nimmt. Hier bietet sich flüssiges Blei an. Es zeigt weder mit Wasser noch mit Luft irgendwelche heftige chemische Reaktionen.

Thomas Schulenberg

Kapitel 8. Gasgekühlte schnelle Reaktoren

Es gibt noch andere Optionen, einen schnellen Reaktor zu kühlen. So wie man einen thermischen Reaktor mit Gas kühlen kann, wäre es ja auch denkbar, einen schnellen Reaktor auf diese Weise zu kühlen. Gase, die dafür in Frage kämen, sind z. B. Helium, CO2 oder Wasserdampf. Ein paar Beispiele möchte ich in diesem Kapitel kurz vorstellen.

Thomas Schulenberg

Kapitel 9. Salzschmelzenreaktoren

Der sechste Reaktortyp im Generation-IV-Programm ist etwas völlig anderes. Der Brennstoff Uran oder Plutonium liegt hier nicht als festes Pellet oder Partikel vor, sondern flüssig. Uran, Thorium, aber auch Transurane bilden mit Fluor Salze, die schon bei mäßigen Temperaturen schmelzen. Gemischt mit anderen Fluoriden kann so eine Salzschmelze dann gleichzeitig Brennstoff und Kühlmittel sein. Für die Forschung ist dieser Reaktortyp derzeit die spannendste Option. Bisher haben vor allem Physiker und Chemiker Vorarbeiten geleistet und es bleibt noch viel Konstruktionsarbeit übrig, bis daraus ein richtiges Kraftwerk entsteht. Ich kann Ihnen aber gern erläutern, wie weit wir bis heute gekommen sind.

Thomas Schulenberg

Kapitel 14. Indizierung

Als IndizierungIndizierung wird die zeitlich hochaufgelöste, kurbelwinkelbasierte Messung des Druckes im Zylinder bzw. in der Brennkammer und in der Ansaug- und Abgasanlage bezeichnet. In den letzten Jahren wurden weitere Größen, wie z. B. Zünd- und Einspritzsignale, Drücke im Einspritzsystem und das an der Kurbelwelle anliegende DrehmomentDrehmoment, in die Indiziermessungen einbezogen. Die Messwerte werden dabei messtechnisch bis zu Genauigkeiten von 0,025°KW (Kurbelwinkel) erfasst, im PKW-Motorenbereich sind 0,1°KW üblich.

Dr. Dirk Goßlau

Kapitel 7. Analyse von Power to - X -Anwendungen mit grünem Wasserstoff

Unter Power-to-X-Prozessen werden energetische Umwandlungsprozesse von elektrischer Energie aus volatilen erneuerbaren Energiequellen in unterschiedliche Ausgangsprodukte, wie H2, synthetische Gase und synthetische flüssige Treibstoffe mithilfe von Elektrolyse verstanden. Diese Ausgangsprodukte dienen als Energiespeicher volatiler Energiequellen und können je nach Nachfrage beliebig in den drei Energiesektoren Wärme, Strom und Mobilität verteilt werden. Diese Möglichkeit, die Energie aus volatilen Quellen zu speichern und beliebig in den Energiesektoren einzusetzen, wird zukünftig für den Energietransformationsprozess und für die Sektorenkopplung (integrated energy) eine wichtige Rolle spielen (Christopher J. 2018; DENA 2018b, 2018a; Foit et al. 2017; Perner J. 2018; Schmidt et al. 2017; Tichler 2014; van Leeuwen 2018; Zapf 2017).

Robert Staiger, Adrian Tanțǎu

Kapitel 8. Lebensräume und Lebensgemeinschaften

In den Kapiteln 5 „Geographie und Klima“ und 6 „Vegetationslandschaften und Flora des Mittelmeerraumes“ wurden die Landlebensräume des mediterranen Raumes und ihre klimatischen und ökologischen Besonderheiten vorgestellt. Nachfolgend werden wir uns den Lebensräumen der Unterwasserwelt und des Übergangsbereichs zwischen Land und Meer, der Küste (Litoral, einschließlich der lagunären Lebensräume und der Vogelwelt) widmen. Wie schon das Land topographisch vielfältig und stark strukturiert ist, so setzt sich die enge Verzahnung unterschiedlicher Teillebensräume unter Wasser fort.

Robert Hofrichter, Jan Gohla, Roland Melzer, Stephan Pfannschmidt, Michael Wilke, Martin Heß, Peter Sackl

Kapitel 12. Umweltsituation: Gefährdung und Schutz des Mittelmeeres

Wie stark sind das Mittelmeer und die Meere allgemein wirklich gefährdet? Welche zuverlässigen Zahlen können ein Bedrohungsszenario belegen? Was sind die Ursachen dieser Negativentwicklungen, ihre treibenden Kräfte? Sind sie unaufhaltsam oder könnten wir daran noch etwas ändern? Leben wir tatsächlich bereits in der sechsten großen Aussterbewelle der Erdgeschichte (big six) und verlieren Biodiversität in einem besorgniserregenden Ausmaß – diesmal verursacht durch das Walten unserer eigenen Spezies und nicht durch kosmische Katastrophen? Kann der Wassermangel zu einem Krieg ums Wasser führen? Kann eine einfache ökologische Gleichung, wie auf S. 961 dargestellt, eine realistische Zukunftsperspektive liefern? Handelt es sich bei der Plastikflut in den Meeren und der Natur allgemein bloß um ein ästhetisches Problem, oder steckt viel mehr dahinter?

Christian Voll, Gerald Blaich, Robert Hofrichter, Jan Gohla, Matthias-C. Müller, Jacek Engel, Sandra Bračun, Walter Buchinger, Walter Rottensteiner, Wolfgang Pekny, Helmut Wipplinger, Dominic Wipplinger, Stefan Haardt, Roland R. Melzer, Martin Pfannkuchen

Kapitel 6. Elektrolyse

Anhand von Lokalelementen wird erklärt, dass in bestimmten Systemen Redox-Reaktionen spontan auftreten. Ein Erkenntnisgewinn wird erhalten, wenn im Experiment der Ort der Oxidation von dem der Reduktion räumlich getrennt wird. Speziell im untersuchten Evans-Element kann durch diese räumliche Trennung das Rosten von Eisen quantitativ durch den in einem äußeren Leiter auftretenden elektrischen Strom erfasst werden. Auch die bekannte elektrochemische Spannungsreihe wird in einer Anordnung untersucht, in der Oxidation und Reduktion räumlich getrennt sind. Das Verhalten von Elektroden wird durch diese Spannungsreihe sowie durch die von Nernst gefundene Gleichung beschrieben. Experimentell wird dies mittels eines einfachen Aufbaus sowie unter Verwendung eines Potentiostaten untersucht.

Joachim Dohmann

Kapitel 8. Elektrochemische Verfahren

Zahlreiche technische Verfahren basieren auf elektrochemischen Verfahren. Als Beispiel für metallurgische Prozesse wird die Raffination von Kupfer oder der Herstellung von Natrium mittels Schmelzflusselektrolyse aufgegriffen. Hier steht im Vordergrund, den Zusammenhang zwischen der aufgewendeten elektrischen Energie zur Metallausbeute herzustellen. Hierzu wird das Verfahren der galvanischen Beschichtung am Beispiel der Nickel-Galvanik quantitativ vorgestellt. Bei der Ätzung von Elektronikplatinen steht der diffusive Stofftransport im Vordergrund. Mit Blick auf zukünftige Anwendungen im Zusammenhang mit dem Ausbau erneuerbarer Energien fand die Wasserelektrolyse Eingang in dieses Kapitel. Der Chloralkali-Elektrolyse ist ein eigener Abschnitt dieses Kapitels gewidmet, zum einen, da es sich um ein breit angewendetes Verfahren der Technischen Chemie handelt, zum anderen, weil dies zum Anlass genommen wird, die Funktion ionensensitiver Membranen zu erläutern.

Joachim Dohmann

Kapitel 13. Elektrisch betriebene PkwElektrisch betriebene Pkw

Verschiedene Antriebskonzepte elektrisch betriebener Pkw werden zusammengestellt. Angaben zur maximalen Reichweite und der installierten Batteriekapazität werden nach Pressemitteilungen und der Literatur ausgewertet. Es besteht näherungsweise ein linearer Zusammenhang. Die spezifische Reichweite beträgt etwa 6,6 km/kWh und der spezifische Verbrauch ca. 15 kWh/100 km ohne Klimatisierung und sonstige Verbraucher. Es wird der Einfluss der Klimatisierung auf die Reichweite abgeschätzt. Diese wird im Sommer- und insbesondere im Winterbetrieb erheblich reduziert. Der Mehrverbrauch beträgt in Deutschland im Jahresmittel ca. 3,8 kWh/100 km. Der scheinbar niedrige Verbrauch von Plug-in-Hybriden wird mit Beispielen belegt. Die instationäre Aufheizung des Fahrgastraums von BEV ist mit PTC-WT effizienter als bei Pkw mit Verbrennungsmotoren. Von Hochvolt-Wärmeübertragern werden Anordnungen, Heiztechnologien und Regelungen beschrieben. Diskutiert werden eine bedarfsgerechte Lüftung mit Heizungen in BEV und Besonderheiten bei der Auslegung einer HVAC (Heating Ventilation Air ConditioningHeating Ventilation Air Conditioning (HVAC) ). In Tabellen werden einige passive und aktive Maßnahmen für den Sommer- und Winterbetrieb genannt, mit welchen die Reichweitenreduktion minimiert werden kann. Optimale Ergebnisse können nur durch Kombination verschiedener Maßnahmen erreicht werden.

Holger Großmann, Christof Böttcher

10. KomforterhöhungKomforterhöhung und Energieersparnis

Potenziale zur Komforterhöhung und Energieersparnis lassen sich physikalisch ableiten. Diese sind den Ingenieuren der Pkw-Klimatisierung meistens bekannt. Die eigentliche Schwierigkeit ist die Umsetzung der Maßnahmen, da der Pkw maßgeblich durch das Design und die Kosten geprägt wird. Wegen der aktuellen Vorgaben des CO2-Ausstoßes durch die Europäische Union werden wirksame und kostengünstige Lösungen gesucht und bei Eignung verwirklicht. Mit der konsequenten Regelung des Klimagerätes und des Kältemittelkreises kann ein breites Potenzial erschlossen werden (Thermomanagement). Eine günstigere Anordnung der Luftansaugung oder eine nach physikalischen Gesichtspunkten ausgewählte Geometrie der Verglasung tangieren jedoch das Erscheinungsbild des Pkw und treffen kaum den jeweiligen Zeitgeschmack. Über Verbesserungen, z. B. einem zusätzlichen Wärmeübertrager im Kältekreis (Innerer Wärmeübertrager), wird berichtet.

Holger Großmann

Kapitel 8. Wärmeübertrager

Es werden theoretische Betriebscharakteristika von Wärmeübertragern (WT) aus der Literatur zusammengestellt. Damit wird der Zusammenhang zu vereinfachten Formeln, die in der Praxis üblich sind, und zu verwendeten Begriffen, z. B. ETD (Eintritts-Temperatur-Differenz), k′ und $$ \dot{Q}_{100}$$ , hergestellt. Die theoretischen Gleichungen bilden die Grundlage für Interpolationen und Analysen eines WT. Es werden gemessene Wärmestromkennfelder und Druckverlustlinien von einem Heizungswärmeübertrager (HWT) und einem Verdampfer gezeigt. Diese Kennfelder werden so, wie in der Praxis üblich, dargestellt. Beschrieben werden ferner Interpolationen von Wärmestromkennfeldern, die Abhängigkeit des Wärmestromkennfelds und der Druckdifferenz eines HWT von den Stoffgrößen auf der Flüssigkeitsseite sowie die luftseitige Wärmebilanz eines Verdampfers. Die Analysen und Beschreibungen werden mit Beispielen ergänzt.

Holger Großmann

Kapitel 2. Folgen nuklearer Tätigkeiten

Die Entwicklung, der Bau und der Test von Kernwaffen und Reaktoren, aber auch der Umgang mit Strahlenquellen und spaltbarem Material blieben nicht ohne Probleme. Reaktorunfälle und die unsachgemäße Entsorgung von radioaktivem Abfall haben katastrophale Folgen für Mensch und Umwelt. Kontaminationen führten teilweise zu erheblichen gesundheitlichen Folgen für die Bevölkerung in den betroffenen Regionen, aber auch weit darüber hinaus. Leider ist die Datenlage bezüglich der Auswirkungen auf Mensch und Umwelt in den betroffenen Gebieten immer noch lückenhaft. Das schrecklichste Ereignis war die Bombardierung der zwei japanischen Städte HiroshimaHiroshima und NagasakiNagasaki im August 1945, womit die USAUSA die Kapitulation Japans erzwingen wollten. Die zwei schwersten UnfälleUnfälle in Kernanlagen mit weitgehender Zerstörung der Reaktoren und massiven Auswirkungen auf Mensch und Umwelt waren jene von TschernobylTschernobyl in der Ukraine am 26. April 1986 und von Fukushima in JapanFukushima am 11. März 2011.

Hansruedi Völkle

Kapitel 4. Epilog zu Polymer Engineering

Die vorliegenden drei Bände Polymer Engineering (2. Auflage) wurden in der Zeit von 1969 bis 2020 erarbeitet. Mit diesen lexikonvergleichbaren Büchern versuchen die Herausgeber sowie hochqualifizierte, praxiserfahrene Ingenieure, Chemiker/Physiker und Betriebswirte den aus unserem Leben – heute als auch zukünftig- nicht mehr wegzudenkenden Werkstoff Kunststoff (Polymer) und Faserverbunde umfassend zu beschreiben. Neben der Werkstoffkunde bzw. -chemie Band 1, der Konstruktion samt Simulation Band 2 und der Materialprüfung und Umwelt Band 3 werden Verarbeitungsverfahren, Werkzeug- und Oberflächentechniken, aber auch Hightech-Fertigungsstrategien von Praxisleuten aufbereitet (Band 2).Im Epilog machen sich die Herausgeber Gedanken zur globalen Verwendung und Nicht-Verwertung von Plastik.Polymer Engineering ist die Umwandung des Rohstoffes Erdöl zum Kunststoff-Halbzeug (heute noch zu 97% petrobasiert und max. 3% biobasiert; wobei Erdöl auch bio ist, nur der CO2-Verbrauch vor Millionen Jahren nützt uns heute nichts mehr) zu Produkten. Enorme Vorteile und gewichtige Nachteile, übrigens wie bei allen anderen Werkstoffen auch, beschäftigen unsVorteile: leicht, isolierend, kostengünstig, oft medienstabil, vielfältigst anwendbar, Werkstoff nach Maß.Nachteil:vielfältigst anwendbar (Massenware), kostengünstig, (geringe Wertschätzung), medienstabil (schwer abbaubar), Werkstoff nach Maß (Sortenreinheit kaum zu realisieren).Am Beispiel der Tragetaschen aus Weich-PVC und Baumwolle werden Dilemmata sichtbar.

Peter Eyerer, Helmut Schüle, Peter Elsner

Kapitel 1. Prüfung von Kunststoffen und Bauteilen

Im Kap. 1 „Prüfung von Kunststoffen und Bauteilen“ gab es einige Veränderungen gegenüber der ersten Auflage: Neben neuerer Literatur und einigen Anwendungsbeispielen wurde vor allem das Kapitel Rheologische Prüfverfahren aufgenommen. Ausgewählte Vertiefungen, bevorzugt an zerstörenden Prüfverfahren und deren Anwendungen werden an Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren erläutert. Das neue Teilkapitel 1.4 befasst sich mit der Produktqualifikation (Umweltsimulation) an Bauteilen und Komponenten.

Peter Eyerer

Kapitel 8. Abstandshalter und Unterstützungen im Geflecht

Wie im vorherigen Absatz dargestellt, gehören die Unterstützungen und die Abstandshalter im Geflecht zu den konstruktiven Elementen. Ihre Bedeutung ist vor allem im Zusammenhang mit der Bestimmung der Maßketten im Geflecht zu nennen. Soweit die richtigen Abstandshalter und Unterstützungen genutzt werden, wird auch das Außenmaß des Geflechts eingehalten, und damit die Betondeckung im oder am Geflecht.

Hansgerd Kämpfe

Kapitel 10. Mikroorganismen an unterschiedlichen Standorten: Lebensbedingungen und Anpassungsstrategien

Die natürlichen Habitate von Mikroorganismen sind außerordentlich vielfältig. Jedes Biotop erlaubt das Wachstum von Mikroorganismen, selbst wenn extreme physikalische oder chemische Bedingungen vorherrschen. Die Lebensbereiche umfassen zum Beispiel das freie Wasser der Ozeane oder von Seen.

Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 13. Schäden an anorganischen Materialien durch mikrobielle Aktivitäten, Biokorrosion

Das technisch bedeutsamste Metall Eisen (Fe0) korrodiert ohne Schutzanstrich oder ohne Legierung mit anderen, teureren Metallen im wässrigen Milieu als Folge chemischer, aber auch biologischer Abläufe.

Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 7. Der mikrobielle Stickstoffkreislauf

Zahlreiche wichtige Redoxreaktionen von Stickstoff werden in der Natur fast ausschließlich von Mikroorganismen ausgeführt, weshalb die mikrobielle Beteiligung am Stickstoffkreislauf von großer Bedeutung ist. Stickstoff existiert in verschiedenen Oxidationsstufen, sie reichen von −3 im Ammonium bis zu +5 im Nitrat. Bei mikrobiellen Umsetzungen werden alle Oxidationsstufen durchlaufen.

Walter Reineke, Michael Schlömann

Kapitel 18. Biotechnologie und Umweltschutz

Die Belange einer umweltgemäßen Schädlingsbekämpfung führen in zunehmendem Maße zur Suche nach Mikroorganismen, die als Antagonisten gegen sogenannte Schadinsekten eingesetzt werden können oder deren Stoffwechselprodukte sich als neue Wirkstoffe eignen.

Walter Reineke, Michael Schlömann

Bewertung von Innovationsprojekten in VUCA Welt

Die digitale Transformation verändert grundlegend die Rahmenbedingungen und Parameter für forschende Unternehmen der chemischen Industrie. Zum einen eröffnen digitale Technologien neue Geschäftsmodelle und Innovationsmöglichkeiten. Zum anderen stellt der Übergang in ein zunehmend komplexer werdendes Umfeld – der „VUCA Welt“ – (zu Deutsch: volatil, unsicher, komplex und mehrdeutig) neue Herausforderungen an die wirtschaftliche Bewertung und Auswahl von Innovationsideen. Der vorliegende Beitrag stellt am Beispiel der BASF dar, wie Innovationsprojekte vor dem Hintergrund der skizzierten Herausforderungen angemessen bewertet werden können. Zunächst werden in Abschnitt zwei klassisch eingesetzte Bewertungsverfahren wie der Net Present Value (NPV) oder der Expected Commercial Value (ECV) vorgestellt. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor der BASF ist das systematische Lernen aus vorangegangenen Projekten. Wie dies erfolgen kann wird in Abschnitt drei aufgezeigt. In Abschnitt vier werden innovative Bewertungsverfahren vorgestellt, die ergänzend zu den vorhandenen Verfahren eingesetzt werden können und den bewertungstechnischen Herausforderungen der VUCA Welt in besonderer Weise Rechnung tragen.

Sabine Landwehr-Zloch, Marcus Vossen

Kapitel 2. Bautechnische Unterlagen

Kapitel 2 gibt Hinweise zu Art und Beschaffenheit der bautechnischen Unterlagen.

Bau-Überwachungsvereins (BÜV e. V.)

3. Rohrleitungsplanung

Die Druckverlustberechnung von Flüssigkeiten und Gasen wird erläutert und die Kavitations-gefahr durch Absenken des statischen Druck bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Es wird ferner gezeigt, was man bei der Armaturenauswahl und der Armaturen-Automatisierung zu beachten hat, wie man Wärmeverluste ermittelt und Begleitheizungen dimensioniert, wie die Schallgeschwindigkeit den Gasdurchsatz an Engstellen limitiert, wie man Pumpenvorlagen, Wehre und Ausdehnungsbehälter dimensioniert, was bei der Dimensionierung von Kondensatleitungen zu beachten ist, wie Druckstösse entstehen und wie man sie vermeiden kann.

Manfred Nitsche

11. Absorptions- und Desorptionskolonnen

Das Potenzial für den Stoffübergang beim Absorbieren oder Strippen ist durch die Abweichung vom Phasengleichgewicht bestimmt.Für die Auslegung benötigt man das physikalische oder chemische Gleichgewicht. Es wird erläutert, wie man die Zahl der benötigten theoretischen Stufen und die erforderliche Waschmittel- oder Strippgasmenge bestimmt.

Manfred Nitsche
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