Forschung

Prof. Adam - Entwicklung eines mobilen automatisierten Aerosolmesssystems

Entwicklung eines mobilen, automatisierten Messsystems für die zeitgleiche Analytik von Partikel- und Gasphase aus Aerosolen für fortgeschrittene Umweltanalytik

Abb.: Fließschema der automatisierten Aerosol-Analytik, Bildquelle: Thomas Adam

Projektbeschreibung: Luftschadstoffe bestehen aus einer Vielzahl gasförmiger und fester bzw. flüssiger Verbindungen, den sogenannten Aerosolen. Wünschenswert wäre eine umfassende Analytik, mit der sowohl schädliche Gasverbindungen als auch partikuläre Bestandteile und die daran adsorbierten Substanzen differenziert betrachtet werden können. Dem steht jedoch ein immenser finanzieller und arbeitsintensiver Aufwand gegenüber, weshalb nur sogenannte Leitsubstanzen gemessen werden, welche als Indikatoren für die Schadstoffbelastung in der Luft herangezogen werden.

Um dies zu lösen wird im Projekt ein Messgerät für die vollautomatisierte organisch-chemische Charakterisierung von Aerosolen entwickelt. Das System ist in der Lage kontinuierlich (24 h) im Feld sowohl die Gas- als auch die Partikelphase zu beproben und mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) zu analysieren. Polare Substanzen werden in einem Derivatisierungsschritt für die Analytik zugänglich gemacht um möglichst viele relevanten Verbindungen im Aerosol zu erfassen. Ziel ist eine umfassende Untersuchung der Luftqualität bei hohem Automatisierungsgrad. Zur Umsetzung ist für die UniBwM eine WiMi-Stelle (PostDoc) bewilligt.

Projektpartner:

Photonion GmbH

Scientific Instruments Manufacturers (SIM) GmbH

Förderer: BMWi-ZIM

Laufzeit: 2,5 Jahre

Verantwortlich:

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Adam
Institut für Chemie & Umwelttechnik
Email: thomas.adam@unibw.de
Tel.: 089 6004 4649

Prof. Adam, Prof. Hupfer - Ultrafine Particles from Transportation

Ulthras - Ultrafine Particles from Transportation – Health Assessment of Sources

Projektbeschreibung: Luftverschmutzung gehört weltweit zu den fünf größten Sterberisikofaktoren und ist verantwortlich für ca. 5 Mio vorzeitige Todesfälle bzw. 147 Mio verlorene Lebensjahre pro Jahr. Dies ist bedingt durch Erkrankungen wie z.B. Lungenkrebs, COPD, Schlaganfall, Asthma oder Herzinfarkt, welche durch Luftschadstoffe ausgelöst werden können. Verbrennungspartikel aus Verkehrsabgasen gelten dabei als einer der Hauptverursacher [1]. Im Fokus der Forschungen stehen hier zunehmend Ultrafeinpartikel (UFP), dh sehr kleine Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 100 Nanometern. UFP können beim Einatmen besonders tief in die Atemwegsorgane und sogar bis in den Blutkreislauf vordringen.

Ziel von Ulthras ist es die Auswirkungen verkehrsbedingter UFP auf die menschliche Gesundheit zu erforschen und eine Risikobewertung der verschiedenen Verursacher zu erstellen. Darüber hinaus soll die Bedeutung der chemisch-physikalischen Eigenschaften von UFP auf atmosphärische Alterungsprozesse untersucht werden. Im Fokus stehen UFP aus Verbrennungsabgasen von Pkw, Lkw, Schiff und Flugantrieben, aber auch aus verkehrsbedingten Nichtverbrennungsemissionen, wie z.B. durch Bremsen und Schienenoberleitungen.

Die Aufgaben der UniBwM im Projekt ist die realitätsnahe Generierung und Messung von UFP bei Flugantrieben und Kfz-Bremsanlagen, die Durchführung chemisch-physikalischer Analysen, die Verwertung der erzielten Erbnisse sowie die Vertretung des Konsortiums vor politischen Entscheidungsträgern.

Projektpartner:

Norwegian Institute of Publich Health, Norwegen (Koordinator)

University of Eastern Finland, Finnland

University of Fribourg, Schweiz

Finnisch Instiute for Health and Welfare, Finnland

Universität Rostock

Helmholtz Zentrum München

Förderer: EU Kommission H2020

Laufzeit: 4 Jahre

Literatur:

State of Global Air/2019. Health Effect Institute and Institute of Health Metrics and Evaluations. www.stateofglobalair.org

Verantwortlich:

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Adam
Institut für Chemie & Umwelttechnik
Tel.: 089 6004 4649
E-Mail: thomas.adam@unibw.de

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Hupfer
Institut für Aeronautical Engineering
Tel.: 089 6004 7206
E-Mail: andreas.hupfer@unibw.de

Prof. Dickhut - dtec.bw SeRANIS Seamless Radio Access Networks for Internet of Space

Projektbeschreibung: Der große Vorteil von Faser-Kunststoff-Verbunden ist, dass verschiedene Funktionen in strukturelle Bauteile aus Faser-Kunststoff-Verbunden integriert werden können. Ziele der Teilprojekte in Labor 3.1„Moderne Satellitenstrukturen“ und Labor 3.2 „Resilienz“ des Projektes SeRANIS ist es, Funktionsschichten in strukturelle Satellitenkomponenten zu integrieren, um die Leistung der Bauteile zu erhöhen bzw. um Gewicht einzusparen. Im Fokus stehen zwei Aufgabenstellungen:

1) Integration einer Funktionsschicht in Faser-Kunststoff-Verbundbauteile, welche die Weltraumstrahlung so weit abmindert, dass nicht speziell abgeschirmte Elektronikkomponenten im Satelliten verbaut werden können.

2) Um die Energieversorgung in Satelliten zu gewährleisten ist ein Tank für verschiedenste Medien im Satelliten vorzusehen. Die meisten Tanks sind metallisch oder haben einen metallischen Liner, um Treibstoffe über mehrere Jahre speichern zu können. Ziel ist es eine Barriereschicht in einen reinen Faser-Kunststoff-Verbund-Tank zu integrieren, um den Treibstoff über die Missionsdauer ohne Diffusion des energietragenden Mediums speichern zu können und gegenüber den herkömmlichen Tanks Gewicht einzusparen.

Projektpartner: diverse Partner aus Forschung und Industrie

Förderer: BMVg

Laufzeit: 4 Jahre

Weblink: https://dtecbw.de/home/forschung/unibw-m/projekt-seranis/projekt-seranis

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Tobias Dickhut
Professur für Verbundwerkstoffe und Technische Mechanik, MB 8.4
Email: tobias.dickhut@unibw.de
Tel.: 089 6004 7213
& weitere Kolleg*innen der UniBwM

Prof. Dickhut - Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbund für elektrifizierte Flugzeugkonzepte

CryoFuselage - Entwicklung und Qualifikation von kryogenen Niederdruck-Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbund mit Funktionsintegration in tragende Rumpfstrukturen und Sensoreinbettung zur Prozess-, Schadens- und Füllstandsüberwachung für elektrifizierte bemannte und unbemannte Flugzeugkonzepte

Projektbeschreibung:

Das Verbundvorhaben CryoFuselage in Kooperation mit der Universität Bayreuth hat das Entwicklungsziel kryogene Niederdruck-Wasserstofftanks aus Faser-Kunststoff-Verbunden zu entwickeln und mittels einer Funktionsintegration in tragenden Rumpfstrukturen von elektrifizierten bemannten und unbemannten Flugzeugkonzepten zu integrieren. Im Rahmen der Qualitätssicherung und Flugsicherheit sollen die Tanks darüber hinaus durch die Einbettung von Sensoren die Prozess-, Schadens- und Füllstandsüberwachung für diese elektrifizierten Flugzeugkonzepte ermöglichen. Die Motivation ist die effiziente Gestaltung der Speicherung von Wasserstoff und funktionale Nutzung eines Wasserstofftanks integriert in die Struktur des Luftfahrzeugs.

Projektpartner:

Universität Bayreuth

Professor Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel

Lehrstuhl f. polymere Werkstoffe

Förderer:

Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (BayLu25)

Laufzeit: 01.01.2021 – 31.06.2023

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Tobias Dickhut
Professur für Verbundwerkstoffe und Technische Mechanik, MB 8.4
Email: tobias.dickhut@unibw.de
Tel.: 089 6004 7213

Prof. Kuttner - Erprobung der Bauteilsicherheit im Zeitraffertempo

Beschreibung:

Wenn außerplanmäßig Schäden an einem Bauteil, einem Fahrzeuges oder einer Maschine auftreten, kostet dies Zeit und Geld. Für den Hersteller bedeutet jedes Versagen eine Rückrufaktion mit gewaltigem finanziellen Aufwand und einem Imageschaden. Aus diesem Grund hat sich die ingenieurwissenschaftliche Disziplin der Betriebsfestigkeit zur Aufgabe erklärt, das Versagen von Komponenten und Systemen unter Betriebslasten zu erforschen und Verfahren für die rechnerische Vorhersage und experimentelle Verifikation der Sicherheit zu entwickeln.

Die Professur bietet ein durchgängiges Methodenspektrum in Mess- und Versuchstechnik an:

• Messtechnik zur Messung von Betriebslasten und -beanspruchungen (DMS- Installation, Kraft-, Momenten- und Beschleunigungsmessungen, Mehrkanal-Datenlogger)
• Durchführung von Fahrzeugmessungen auf der Teststrecke der Universität
• Ableitung von Bemessungskollektiven für Berechnung und Versuch (einschließlich statistischer Verfahren der Extremwertstatistik, Versuchszeitverkürzung)
• Schädigungsrechnung zur Lebensdauerabschätzung

• Prüfstände zur Bauteilerprobung (Universal-Spannfeld bis 63 kN Kraft, 4-Poster-Prüfstand als Straßensimulator, Umlaufbiegungsprüfstand, elektrodynamischer Shaker, Fallturm, Schlittenanlage)
• Bau und Adaption von anwendungsspezifischen Sonderprüfständen

Mit diesem Instrumentarium lassen sich die Nutzungsdauer von Bauteilen, Fahrzeugen und Systemen unter Betriebsbelastungen abschätzen und deren Schwachstellen identifizieren. Die genutzten Verfahren sind als Stand der Technik anerkannt und kommen in zahlreichen gemeinsamen Projekten des Labors mit der Industrie zum Einsatz. Durch die moderne Ausstattung, Jahrzehnte der Erfahrung und die hohe Flexibilität ist das Labor in der Lage, maßgeschneiderte Problemlösungen für die bauteilorientierte Prüfstandserprobung anzubieten. Damit leistet die Professur einen aktiven Beitrag in Lehre und Forschung der Fakultät für Maschinenbau.

Link: https://www.unibw.de/mb/institute/we3/we32/labor/labor-start

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Thomas Kuttner
Professur für Technische Mechanik, WE3.2
Institut für Fahrzeugtechnik & Mechanik
Email: thomas.kuttner@unibw.de
Tel.: (089) 6004 3176 oder (0172) 300 77 46

Prof. Lecheler - dtec.bw DEFINE Digitale fehlertolerante Infrastruktur für die Steuerung elektrischer Netze

Projektbeschreibung:

Das Projekt dtec.bw DEFINE widmet sich dem Aufbau fehlertoleranter Systeme für eine sichere und nachhaltige Energieversorgung der Zukunft. Der interdisziplinäre Ansatz umfasst sowohl die Forschungsfelder sichere IT-Systeme und Regelungsstrukturen als auch leistungselektronische Hardware in Gleichstromtechnik und bauliche Strukturen. Seitens UniBw M sind die universitären Fakultäten Elektro- und Informationstechnik (Projektleitung Prof. Brückner), Informatik, Bauingenieurswesen und die HAW-Fakultät Maschinenbau beteiligt. Bei MB werden im Labor für Thermodynamik neuartige aufwandsarme Kühlkonzepte für die Gleichstrom-Hochleistungselektronik entwickelt und erprobt. Dies beinhaltet die Wärmeaufnahme am Elektronikmodul als auch die Wärmeabgabe bzw. Wärmenutzung der Station an die Umgebung. Hierfür ist eine WiMi-Stelle bewilligt, die voraussichtlich ab 1. Mai 2021 besetzt wird.

Projektpartner:

HSU Hamburg

TU Chemnitz

Infineon Technologies

Siemens Energy

Electronicon

Förderer: BMVg

Laufzeit: 4 Jahre

Weblink: https://dtecbw.de/home/forschung/unibw-m/projekt-define/projekt-define

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Stefan Lecheler
Professur für Technische Thermodynamik
Institut für Energie- & Antriebstechnik
Email: stefan.lecheler@unibw.de
Tel.: 089 6004 2357

& weitere Kolleg*innen der UniBwM

Prof. Meyer - Profile für Windkraftanlagen

Beschreibung:

Die Strömungsqualität des Windkanals der Fakultät für Maschinenbau wurde zunächst für die Vermessung von Tragflügelprofilen optimiert, die Messtechnik modernisiert und Methoden zur interferenzarmen Bestimmung von Profileigenschaften angepasst, s. Abb.1, [1].

Die untersuchten Flügelprofile für Windkraftanlagen sollen Windkraftanlagen sicherer machen, indem die Hochauftriebseigenschaften durch geeignete aerodynamische Maßnahmen angepasst werden. Dazu werden an existierenden Profilen Maßnahmen untersucht, welche die auftretenden Kräfte an den Rotoren in Sturm- und Böensituationen aerodynamisch begrenzen und somit Lang- sowie Kurzzeitschäden möglichst vermeiden.

Bislang wurden bionische Profilformen (Tuberkelprofile vom Buckelwal), Turbulatoren (LEVoG’s) vom DLR (Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt) sowie scharfe Vorderkanten untersucht, s. Abb.1.

Abb.3 zeigt das theoretisch gewünschte Verhalten der Profile, nämlich eine Begrenzung des Auftriebs kurz über dem Auslegungspunkt

Die praktischen Ergebnisse für die Tuberkel- und LEVoG-Variationen sind in [2] beschrieben. Abb. 4 zeigt Ergebnisse für verschiedene scharfe Vorderkanten (s. Abb.2c).

Literatur:

[1] Meyer, O., Terreblanche, T., Klein, M.: Optimized Experimental Environment for Wing Profile Investigations in the Low Speed Wind Tunnel, Proceedings of the 5th International Conference on Experimental Fluid Mechanics, Munich, Germany, 2018, pp 728-733.

[2] Meyer, O., Terreblanche, T., Klein, M.: Wing Profile Investigations in the Low Speed Wind Tunnel of the UniBwM, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2018, Conference Proceedings

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Oliver Meyer
Professur für Strömungsmechanik, WE 4.2
Email: oliver.meyer@unibw.de
Tel.: 089 6004 3010

Prof. Späth - Berechnung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen

Berechnung der Schwingfestigkeit von Schweißverbindungen mit verschiedenen Methoden und deren Validierung durch Tests und 3D-Scans

Projektbeschreibung: Vergleichende Untersuchung verschiedener Methoden zur Betriebsfestigkeitsberechnung von Schweißverbindungen (z.B. Nennspannungsmethode, Peak Stress Methode, nach Meneghetti, Kerbspannungskonzept o.Ä.). Die vergleichenden Untersuchungen erfolgen nicht nur auf der Simulationsseite (FEM), sondern beinhalten auch validierende Ermüdungsversuche an typischen Proben mit dem vorhandenen Hochfrequenzpulsator (maximale Prüflast 550 kN). Die Proben werden durch den Industriepartner gestellt. Die genannten Proben werden darüber hinaus durch 3D-Scan-Verfahren hochgenau vermessen und abgebildet. Anhand dieser erfassten Realgeometrien werden FEM-Modelle erstellt (Vernetzungsgröße bis hinunter zu ca. 30 bis 40 µm). Damit erfolgen FEM-Berechnungen, die die Spannungsverläufe im Detail abbilden können (siehe Bild für Beispiel). Mittels eines Röntgendiffraktometers (Beschaffung fest eingeplant) können die Eigenspannungstensoren der Proben gemessen und den Spannungsergebnissen der FEM-Berechnung überlagert werden. Damit sind für die Proben erstmals die „wirklichen“ lokalen Spannungen bekannt. Eine Promotion durch einen Gastwissenschaftler ist im Rahmen des Projekts geplant.

Förderer: Liebherr-France SAS, Colmar

Laufzeit: 3 Jahre

Verantwortlich:

Prof. Dr.-Ing. Ralf Späth
Institut für Konstruktions- und Produktionstechnik
Email: ralf.spaeth@unibw.de
Tel.: 089 6004 3330