Das Projekt SteelBlade beschäftigt sich mit der Entwicklung und Konstruktion eines Onshore Rotorblattes für Windenergieanlagen, das für den Einsatz des Werkstoffs Stahl optimiert wird. Leichtbau- und Optimierungsmethoden aus der Luft- und Raumfahrt sowie dem Fahrzeugbau sollen den effizienten Einsatz des Werkstoffes sichern. Durch eine gleichzeitige Akustik-Optimierung der Struktur kann die Umweltbelastung durch Schallemissionen für Mensch und Tier kontrolliert und gesenkt werden. Der Fokus bei der Entwicklung des Stahlrotorblattes liegt auf der Konstruktion der inneren Struktur sowie der Auslegung einer Blattaußenhülle, die auf Basis aerodynamischer Gesichtspunkte entwickelt wird. Die Konstruktion des Stahlrotorblattes erfolgt durch konsequente Leichtbaumethodik, um das Gesamtgewicht des Stahlblattes auf dem Niveau des GFK-Blattes zu halten. Um die Anwendbarkeit der Neuentwicklung zu gewährleisten, wird Novicos insbesondere das akustische Verhalten mitbetrachten, insbesondere vor dem Hintergrund des geänderten Körperschalltransfers sowie geringerer Dämpfung des Werkstoffs Stahl. Aufgrund der sehr großen Systeme, sowie der Relevanz des Doppler-Effektes bei rotierenden schallemittierenden Oberflächen, wird der Einfluss der neu entwickelten Blattkonstruktion auf die WEA-Schallemission mithilfe der Boundary-Elemente-Methode (BEM) bestimmt. Im Rahmen dieses Projektes wird Novicos das schnelle BEM-Verfahren der hierarchischen Matrizen mit geschachtelten Clusterbasen an die speziellen Anforderungen der Schallemissionssimulation von Windenergieanlagen anpassen. Dies umfasst Berücksichtigung der Bodeneigenschaften sowie des Doppler-Effekts wie die Ausnutzung von WEA-Oberflächensymmetrien zur Verringerung des Rechenaufwands. Basierend auf den Erweiterungen des schnellen BEM-Lösers wird Novicos die Konstruktionsvarianten des Rotorblattes für die betrachteten WEA-Konzepte analysieren und unter akustischen Gesichtspunkten bewerten.
Im Rahmen der zunehmenden Anstrengungen im Umweltschutz finden bei Maschinen und Anlagen die akustischen Emissionswerte immer staerkere Beachtung. Zum einen fuehren erhoehte Schalleistungen im Arbeitsumfeld zu gesundheitlichen Beschwerden, zum anderen stellen sie ein Mass zur Beurteilung der relativen Guete von Antriebsanlagen dar. Ferner ergibt sich als Nebeneffekt die Moeglichkeit, anhand einer Schallemissionsanalyse im Zeitbereich Maschinenschaeden voraussagen bzw. verhindern zu koennen. Um diese Diagnostik anwenden zu koennen, sind zunaechst Erkenntnisse ueber die Entstehung des Schalls bei unterschiedlichen Parametern notwendig. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen mit praktischen Untersuchungen an einem Verspannpruefstand diese Erkenntnisse an einem Getriebe bei dynamischer Betriebsweise gefunden werden.
Das Projekt SteelBlade beschäftigt sich mit der Entwicklung und Konstruktion eines Onshore Rotorblattes für Windenergieanlagen (WEA), das für den Einsatz des Werkstoffs Stahl optimiert wird. Leichtbau- und Optimierungsmethoden aus der Luft- und Raumfahrt sollen dabei den effizienten Einsatz des Werkstoffes sichern, sodass die Rotorblattkonstruktion in einem für das System Windenergieanlage verträglichen Bereich liegen wird. Durch eine gleichzeitige Akustik-Optimierung der Struktur kann die Umweltbelastung durch Schallemissionen für Mensch und Tier kontrolliert und eventuell sogar weiter gesenkt werden. Der Fokus bei der Entwicklung des Stahlrotorblattes liegt auf der Konstruktion der inneren Struktur sowie der Auslegung einer Blattaußenhülle, die auf Basis aerodynamischer Gesichtspunkte entwickelt wurde. Die Konstruktion des Stahlrotorblattes erfolgt durch den konsequenten Transfer innovativer Leichtbautechniken aus der Luft- und Raumfahrt sowie dem Automobilbau in den Windenergieanlagenbau mit dem Ziel, dass das Gesamtgewicht des Stahlblattes auf dem Niveau des GFK-Blattes liegt. Im Rahmen des Projektes werden zunächst die technische, wirtschaftliche und nachhaltige Machbarkeit konkret nachgewiesen. Dabei werden insbesondere auch Transport-, Standardisierungs- und Nachhaltigkeitspotentiale berücksichtigt. Bei der Auslegung wird neben den strukturellen und dynamischen Eigenschaften des Rotorblattes ebenfalls das strukturdynamische Verhalten der gesamten WEA über den vollen Betriebsbereich ermittelt. Die Gesamtanlagensimulation wird basierend auf einer flexiblen Mehrkörpersimulation (MKS) im Zeitbereich durchgeführt und ermöglicht eine genaue Auflösung der dynamischen, nichtlinearen Lasten im Antriebsstrang, deren Kenntnis für die Lebensdauervorhersage sowie der Ermittlung der Belastungen der einzelnen Komponenten der WEA erforderlich ist. Im Rahmen dieses Projektes wird das dynamische Verhalten der gesamten WEA sowie der Schallemission untersucht.
Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung- und Klimatisierung der Zukunft. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Quelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 3 - Frequenzumrichter mit Aktiver Power Factor Correction (APFC) für Wärmepumpen mit Kältemittel R290 - Inverter4R290 befasst sich mit dem Einsatz von umweltfreundlichem Kältemittel R290 in Wärmepumpen. Dabei ist der Fokus auf der Leistungselektronik. Diese soll so gestaltet werden, dass sie für unterschiedliche Leistungsklassen von Wärmepumpen eingesetzt werden kann. Die Leistungselektronik besteht aus der APFC und einer Wechselrichterstufe. Die Leistungselektronik ist für den einphasigen und dreiphasigen Netzanschluss dimensioniert. Die APFC ist ausgelegt, um zukünftige Netzanforderungen bezüglich der Oberschwingungen im verbrauchten Strom über den kompletten Lastbereich und der Blindleistungsbereitstellung zu erfüllen. Die Wechselrichterstufe soll für einen hohen Wirkungsgrad und die Absenkung der Schallemissionen der Wärmepumpe optimiert werden. Je nach Taktfrequenz und ggf. aktiver Kühlung kann die gesamte Leistungselektronik auch zu Schallemissionen beitragen. Außerdem werden Bauraum und Kühlungsbedarf der Leistungselektronik für den Wärmepumpeneinsatz optimiert.
Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung- und Klimatisierung der Zukunft. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Quelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 3 - Frequenzumrichter mit Aktiver Power Factor Correction (APFC) für Wärmepumpen mit Kältemittel R290 - Inverter4R290 befasst sich mit dem Einsatz von umweltfreundlichem Kältemittel R290 in Wärmepumpen. Dabei ist der Fokus auf der Leistungselektronik. Diese soll so gestaltet werden, dass sie für unterschiedliche Leistungsklassen von Wärmepumpen eingesetzt werden kann. Die Leistungselektronik besteht aus der APFC und einer Wechselrichterstufe. Die Leistungselektronik ist für den einphasigen und dreiphasigen Netzanschluss dimensioniert. Die APFC ist ausgelegt, um zukünftige Netzanforderungen bezüglich der Oberschwingungen im verbrauchten Strom über den kompletten Lastbereich und der Blindleistungsbereitstellung zu erfüllen. Die Wechselrichterstufe soll für einen hohen Wirkungsgrad und die Absenkung der Schallemissionen der Wärmepumpe optimiert werden. Je nach Taktfrequenz und ggf. aktiver Kühlung kann die gesamte Leistungselektronik auch zu Schallemissionen beitragen. Außerdem werden Bauraum und Kühlungsbedarf der Leistungselektronik für den Wärmepumpeneinsatz optimiert.
In dem hier beantragten Forschungsprojekt sollen gemeinsam neue adaptive Strategien entwickelt werden, um den Betrieb der bestehenden Windenergieanlagen auf aktuelle und zukünftige Herausforderungen anzupassen. Die Schwerpunkte liegen zum einen auf der Integration des aktuellen Energiepreises, einer Lidar-basierten Windvorhersage und eines Lastmonitorings in der Betriebsführung. Zum anderen sollen durch datenbasierte Regelung eine Lebenszeitverlängerung, eine Erhöhung des Energieertrages, eine Reduktion der Schallemissionen und eine Stützung des elektrischen Netzes erreicht werden. Die entwickelten Betriebsstrategien werden dann auf einer 2 MW und auf zwei 6 MW Forschungsanlagen erprobt. sowento wird Methoden und Algorithmen zur Lidar-basierten Lebensdauerverlängerung entwickeln und testen. Die Lidar-Regelungsplattform für die MM92 wird sowento erstellen und den Projektpartnern zur Verfügung stellen. Auf ihr werden alle Methoden und Strategien des Projekts getestet. Außerdem wird sowento moderne Lidardatenverarbeitungsmethoden entwickeln, die für die adaptiven Regelungsstrategien benötigt werden. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Lidar-basierte Lastverifikation sein. Hierfür werden Methoden entwickelt und mit den Messungen an der MM92 validiert.
Die Verbundpartner erarbeiten gemeinsam ein Konzept, um Baumaschinen für den Spezialtiefbau CO2-emissionsfrei betreiben zu können. Hierfür ist die Entwicklung eines Antriebssystems bestehend aus Wasserstoff-Brennstoffzelle, Peripherie-Komponenten ('balance of plant'), elektronischer Steuerung, Pufferbatterie und Tanksystem sowie die Einbindung in das elektronische und mechanische System des Großdrehbohrgeräts geplant. Als Basis dient ein elektro-hydraulisches Spezialtiefbaugerät der BAUER Maschinen GmbH, das aktuell entweder mit Strom aus dem Netz oder aus Akkus gespeist wird. Das Brennstoffzellensystem sowie die zusätzlich notwendigen Komponenten wie H2-Speicher und Kühlungseinheit werden möglichst universell einsetzbar als Plug-In-Modul konzipiert. Innerhalb des Projekts werden Betriebsstrategien von Brennstoffzelle und Pufferbatterie im Hinblick auf technische und wirtschaftliche Anforderungen untersucht. Darüber hinaus stehen Simulation und Entwicklung des Kühlkonzepts inklusive Auswahl passender Komponenten im Fokus. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist das gezielte Beeinflussen der Schallemissionen, die beim Betrieb von Baumaschinen eine Belastung für Geräteführer und Umwelt darstellen. Gestützt durch Aeroakustik-Simulationen und dem Ableiten von schallreduzierenden Maßnahmen ist es das Ziel, die Emissionen im Vergleich zu einem konventionellen, dieselbetriebenen Gerät erheblich zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Wasserstoffbereitstellung und -Speicherung sowohl generell für eine Baustelle als auch konkret auf der Baumaschine sein. Nach dem Aufbau der Gesamt-Steuerung werden die Module zur Validierung des Gesamtkonzepts als Anbau-Aggregat auf einem BAUER Gerät installiert und im Praxiseinsatz erprobt.
Die Verbundpartner erarbeiten gemeinsam ein Konzept, um Baumaschinen für den Spezialtiefbau CO2-emissionsfrei betreiben zu können. Hierfür ist die Entwicklung eines Antriebssystems bestehend aus Wasserstoff-Brennstoffzelle, Peripherie-Komponenten ('balance of plant'), elektronischer Steuerung, Pufferbatterie und Tanksystem sowie die Einbindung in das elektronische und mechanische System des Großdrehbohrgeräts geplant. Als Basis dient ein elektro-hydraulisches Spezialtiefbaugerät der BAUER Maschinen GmbH, das aktuell entweder mit Strom aus dem Netz oder aus Akkus gespeist wird. Das Brennstoffzellensystem sowie die zusätzlich notwendigen Komponenten wie H2-Speicher und Kühlungseinheit werden möglichst universell einsetzbar als Plug-In-Modul konzipiert. Innerhalb des Projekts werden Betriebsstrategien von Brennstoffzelle und Pufferbatterie im Hinblick auf technische und wirtschaftliche Anforderungen untersucht. Darüber hinaus stehen Simulation und Entwicklung des Kühlkonzepts inklusive Auswahl passender Komponenten im Fokus. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist das gezielte Beeinflussen der Schallemissionen, die beim Betrieb von Baumaschinen eine Belastung für Geräteführer und Umwelt darstellen. Gestützt durch Aeroakustik-Simulationen und dem Ableiten von schallreduzierenden Maßnahmen ist es das Ziel, die Emissionen im Vergleich zu einem konventionellen, dieselbetriebenen Gerät erheblich zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Wasserstoffbereitstellung und -Speicherung sowohl generell für eine Baustelle als auch konkret auf der Baumaschine sein. Nach dem Aufbau der Gesamt-Steuerung werden die Module zur Validierung des Gesamtkonzepts als Anbau-Aggregat auf einem BAUER Gerät installiert und im Praxiseinsatz erprobt.
Die Verbundpartner erarbeiten gemeinsam ein Konzept, um Baumaschinen für den Spezialtiefbau CO2-emissionsfrei betreiben zu können. Hierfür ist die Entwicklung eines Antriebssystems bestehend aus Wasserstoff-Brennstoffzelle, Peripherie-Komponenten ('balance of plant'), elektronischer Steuerung, Pufferbatterie und Tanksystem sowie die Einbindung in das elektronische und mechanische System des Großdrehbohrgeräts geplant. Als Basis dient ein elektro-hydraulisches Spezialtiefbaugerät der BAUER Maschinen GmbH, das aktuell entweder mit Strom aus dem Netz oder aus Akkus gespeist wird. Das Brennstoffzellensystem sowie die zusätzlich notwendigen Komponenten wie H2-Speicher und Kühlungseinheit werden universell einsetzbar als Plug-In-Modul konzipiert. Innerhalb des Projekts werden Betriebsstrategien von Brennstoffzelle und Pufferbatterie im Hinblick auf technische und wirtschaftliche Anforderungen untersucht. Darüber hinaus stehen Simulation und Entwicklung des Kühlkonzepts inklusive der Auswahl passender Komponenten im Fokus. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist das gezielte Beeinflussen der Schallemissionen, die beim Betrieb von Baumaschinen eine Belastung für Geräteführer und Umwelt darstellen. Gestützt durch Aeroakustik-Simulationen und davon abgeleiteten schallreduzierenden Maßnahmen ist es das Ziel, die Emissionen im Vergleich zu einem konventionellen, dieselbetriebenen Gerät erheblich zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Wasserstoffbereitstellung und -Speicherung sowohl generell für eine Baustelle als auch konkret auf der Baumaschine sein. Nach dem Aufbau der Gesamt-Steuerung werden die Module zur Validierung des Gesamtkonzepts als Anbau-Aggregat auf einem BAUER Gerät installiert und im Praxiseinsatz erprobt.
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