- Präsentationen am Stand des "Berliner
Kreises" und von "Bayern Innovativ"
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Zwei FAU-Lehrstühle auf der Hannover-Messe
- Auf der Hannover Messe Industrie 2001
vom 23. bis zum 28. April dieses Jahres präsentieren zwei
Lehrstühle der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Schwerpunkte ihrer Forschung. Als Mitglied des Berliner Kreises
e.V., eines wissenschaftlichen Forums zur Produktentwicklung,
stellt der Lehrstuhl für Konstruktionstechnik von Prof.
Dr. Harald Meerkamm die Zusammenarbeit mit der Firma Oechsler
AG im Wave-Drive-Projekt vor, einem Kooperationsvorhaben zur
Entwicklung eines neuartigen Kunststoffgetriebes. Der Lehrstuhl
für Technische Thermodynamik (LTT) von Prof. Dr.-Ing. Alfred
Leipertz zeigt am Gemeinschaftsstand von "Bayern Innovativ"
zwei Exponate, eines zur laseroptischen Bestimmung von Durchmesser
und Konzentration von Nanopartikeln und ein weiteres zur Visualisierung
der Sprayausbreitung einer Kraftstoffeinspritzdüse.
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- Laserbasierter Partikelsensor für
den Nanobereich
Das vorgestellte Exponat demonstriert
die Funktionsweise eines neu entwickelten Sensors zur Partikelmesstechnik,
das für eine Vielzahl zukunftsträchtiger Aufgabenstellungen
deutliche Vorteile gegenüber konventionellen Messsystemen
bietet. Der breite Anwendungsbereich reicht hierbei von der Rußmessung
an modernen Dieselmotoren bis hin zur Produktcharakterisierung
und Prozesskontrolle bei der industriellen Produktion von Pulvern
in der Nanotechnologie.
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- Herzstück des Messsytems ist ein kompakter
Hochleistungslaser, der winzigste Teilchen (wenige Millionstel
Millimeter) innerhalb weniger Milliardstel Sekunden auf über
4000°C aufheizen kann. Als Folge davon strahlen die Teilchen,
ähnlich einem glühenden Stück Kohle, Wärme
ab, deren Messung und Auswertung umfassende Aussagen über
die bestrahlten Partikel erlaubt. So ist beispielsweise erstmals
eine optische Größenbestimmung winzigster Partikel
möglich, die bislang nur über aufwendige und teuere
Laboruntersuchungen mit Elektronenmikroskopen möglich war.
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- Ein wichtiges Anwendungsfeld wird dabei unter
der Leitung von Prof. Leipertz mit dem mittlerweile patentierten
Verfahren schon seit vielen Jahren bearbeitet. So stellt die
Analyse der Partikel innerhalb von Abgasen von Verbrennungsmotoren
einen wichtigen Schwerpunkt der Arbeiten mit bereits hohem Entwicklungsstand
dar. Über das Spin-off-Unternehmen des Instituts, ESYTEC
Energie- und Systemtechnik GmbH, Erlangen, ist zwischenzeitlich
ein vollautomatisierter Rußsensor für den Einsatz
innerhalb der Automobilbranche kommerzialisiert. Dieses System
bietet gegenüber konventionellen Systemen eine deutlich
verbesserte Empfindlichkeit, Geschwindigkeit und eine vereinfachte
Handhabung. Darüber hinaus liefert die gleichzeitig messbare
Partikelgröße zusätzliche Informationen, die
im Hinblick auf das Gesundheitsgefährdungspotential durch
motorische Rußemission innerhalb zukünftiger Abgasgrenzwerte
und die Effektivität von Rußpartikelfiltern möglicherweise
von entscheidender Bedeutung sein werden.
- Weitere aktuelle Arbeiten betreffen beispielsweise
die Prozesskontrolle innerhalb großtechnischer Produktionsanlagen
von Nanopartikeln, z.B. technologisch wichtigen Pulvern. Das
On-line-Messsystem hilft hier durch eine kontinuierliche Bestimmung
der Partikelgröße, Fehler in der Anlage unmittelbar
zu erkennen und damit den Ausschuss ganzer Produktchargen zu
vermeiden.
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- Neben den stark anwendungsorientierten Aufgabenstellungen
sind mit dem Messverfahren auch grundlegende wissenschaftliche
Fragen zu beantworten. Im Mai diesen Jahres setzt der LTT beispielsweise
erstmals eine speziell angepasste Variante des Sensors innerhalb
eines ESA-Projektes in der Schwerelosigkeit ein, das die Erforschung
der Rußbildung unter Extrembedingungen zum Ziel hat.
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- Spraydiagnostik
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten
des LTT-Erlangen ist die Analyse der Wirkkette der motorischen
Verbrennung mittels laserbasierender Messverfahren. Diese berührungslosen
Techniken ermöglichen einerseits die Analyse der für
die Gemischbildung relevanten Zusammenhänge im Motor, wie
zum Beispiel Strömungsfeld, Sprayausbreitung, Tropfengröße
und -geschwindigkeit, Verteilung von Kraftstoffdampf, und andererseits
die Darstellung von Schadstoffentstehung (z.B. unverbranntem
Kraftstoff, Ruß und NO), Verbrennungstemperaturen bis hin
zur Schadstoffemission. Durch den kombinativen Einsatz dieser
Techniken konnten in den letzten Jahren bedeutende Beiträge
zum Verständnisgewinn innermotorischer Prozesse geleistet
werden, welche sich auch international höchster Anerkennung
erfreuen.
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- Neben mehreren beheizbaren Einspritzkammern
(bis 50 bar und 550°C) stehen dem LTT-Erlangen mittlerweile
zwei Motorprüfstände und insgesamt vier Transparentmotoren
(2xFEV, MAN, BMW) zur Verfügung. Das Exponat soll einen
Einblick in dieses Tätigkeitsfeld geben und zeigt das Ausbreitungsverhalten
eines Kraftstoffsprays anhand eines Saugrohreinspritzventils,
wie es derzeit in PKW-Ottomotoren zum Einsatz kommt. Dabei wird
der in ein Glasrohr eingespritzte Kraftstoffspray von einem Laser
beleuchtet und das an den einzelnen Tropfen gestreute Licht von
einer CCD-Kamera detektiert. Die vom Laser ausgesandten Lichtpulse
sind sehr kurz, wodurch selbst extrem instationäre Vorgänge
(z.B. Hochdruckeinspritzprozess) quasi "eingefroren"
abgebildet werden können. Prinzipiell ist die Messtechnik
natürlich nicht auf eine rein motorische Anwendungen beschränkt,
sondern durchaus auch für die Diagnose jeglicher Zerstäubungsprozesse
in anderen industriellen Einsatzgebieten (Lack-, Pharma-, Chemische
Industrie, Kosmetik) geeignet. Die aufgenommenen Bilder können
über entsprechende Bildverarbeitungssoftware in charakteristischen
Strahlparametern zusammengefaßt werden und dienen beispielsweise
in Kombination mit anderen Messdaten (Tropfengröße,
Geschwindigkeit) als Grundlage für die Erstellung numerischer
Simulationsmodelle.
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- Wissenschaftliches Know-How für Umsetzung
von Produktideen
Dem 1993 gegründeten Berliner
Kreis e.V. (BK) gehören Wissenschaftler an, die sich mit
der integrativen Konstruktions- und Informationstechnik in Produktentwicklungsprozessen
befassen. Die Vereinigung verfolgt das Ziel, Forschung und Lehre
an die Herausforderungen anzupassen, die zu bestehen sind, wenn
die Attraktivität und Leistungsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes
Deutschland erhalten und weiter ausgebaut werden sollen. Unternehmen,
die Chancen aus neuen Technologien und aus der Forschung frühzeitig
erkennen und für sich erschließen wollen, können
das Know-How nutzen, das die über 400 wissenschaftlichen
Mitarbeiter der Institute des BK zu Entwicklungsmethodiken, Führung
und Prozessgestaltung, Suche nach Lösungsprinzipien, Bereitstellung
von Werkzeugen der Informationsverarbeitung und Gestaltung von
Maschinenelementen zur Verfügung stellen. Ein solcher Wissenstransfer
kann wesentliche Wettbewerbsvorteile bewirken.
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- Ein Beispiel für eine erfolgreiche Kooperation
von Universitäten und Industrie ist die Unterstützung,
die der Erlanger Lehrstuhl für Konstruktionstechnik bei
der Entwicklung des Wave-Drive-Getriebes der Firma Oechsler leistet.
Das Unternehmen hatte das enorme Marktpotential für eine
patentierte Getriebekonstruktion erkannt, die nach dem Wellgetriebeprinzip
arbeitet. Zur Umsetzung und Realisierung dieser Produktidee fehlte
aber das notwendige Wissen über getriebetheoretische und
konstruktionsmethodische Untersuchungen. Dies führte zur
Kooperation mit dem Lehrstuhl für Konstruktionstechnik.
In einem von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderten
Projekt führen Wissenschaftler des Lehrstuhls die theoretischen
und experimentellen Untersuchungen durch, die zur Konstruktion
und Fertigung einer kompletten Getriebebaureihe benötigt
werden. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit konnte die Getriebefunktion
maßgeblich verbessert werden. Heute stehen erste Prototypen
des Getriebes in verschiedenen Baugrößen zur Verfügung.
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- Als kostenloses Angebot an die Industrie
wurde das Berliner Kreis Kompetenz Netzwerk (BKKN) etabliert.
Die Institute sind über ein Datenbanksystem miteinander
vernetzt. Durch eine einfach Suche anhand von Stichworten lassen
sich Themenschwerpunkte identifizieren und der Kontakt zu den
fachlich kompetenten wisssenschaftlichen Mitarbeitern herstellen.
Das BKKN bietet Beschreibungen zu Methoden und Werkzeugen bzw.
Projekten an den einzelnen Instituten. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen
lässt sich direkt aus dem Netz herunterladen.
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- Weitere Informationen:
Prof. Dr. Alfred Leipertz, Dipl-Phys. Frank Beyrau
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik
Am Weichselgarten 8, 91058 Erlangen
Tel.: 09131/85 -29770, Fax: 09131/85- 29901
E-Mail: sek@ltt.uni-erlangen.de
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- Prof. Dr.-Ing Harald Meerkamm, Dipl.-Ing.
Kristin Paetzold
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik
Martensstraße 9, 91058 Erlangen
Tel.: 09131/85 -23220, Fax: 09131/85 -23223
E-Mail: paetzold@mfk.uni-erlangen.de
MediendienstAktuell Nr. 2346 vom
20.4.2001
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