Bei der Expansion von Dämpfen in Turbinen wird häufig in das Zwei-Phasen-Gebiet hinein expandiert, um hohe Prozesswirkungsgrade zu erreichen, so dass Kondensation einsetzt. Dieser Vorgang ist bereits von Dampfturbinen in fossil gefeuerten Kraftwerken bekannt, tritt aber auch genauso in Anlagen mit alternativen Fluiden wie CO2 oder Methan auf. Die Kondensation und die daraus resultierende tropfenbeladene Strömung führen zu zusätzlichen Verlusten bei der Expansion. Des Weiteren lagern sich Tropfen auf Oberflächen ab und bilden dort Kondensatfilme, aus denen durch Wiedereintrag und Zerstäubung größere Tropfen entstehen, welche die nachfolgenden Laufschaufeln durch Tropfenschlagerosion schädigen. Alle diese Prozesse können bislang nur unzureichend mit numerischen Strömungssimulationen abgebildet werden, da nach wie vor keine experimentellen Daten zur Validierung vorhanden sind. Im Rahmen des Vorhabens wird hierfür ein Dampfturbinenversuchsstand umfangreich mit Sensorik zur Detektion des Einsetzens der Kondensation, der Messung des dabei entstehenden Tropfenspektrums und der Untersuchung des Filmverhaltens auf Oberflächen ausgestattet. Da Druck und Temperatur im Zwei-Phasen-Gebiet gekoppelt sind, ist die Bestimmung des thermodynamischen Zustands am Austritt von Turbinen und damit die Wirkungsgradberechnung nur möglich, wenn zusätzlich der Nässeanteil im Dampf gemessen wird. Aktuell ist kein Messverfahren verfügbar, das eine solche Messung ohne Aufwand und mit hoher Genauigkeit erlaubt, so dass eine Zustandsüberwachung und Wirkungsgradbestimmung bei nass durchströmten Turbinen schwierig ist. Daher werden verschiedene Ansätze auf ihre Eignung zur stationären Messung des Nässeanteils hin untersucht. Die entwickelten Messverfahren werden anschließend für Wirkungsgradmessungen an einer optimierten Beschaufelung eingesetzt. Mit den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen sollen die verwendeten numerischen Verfahren zur Modellierung der Kondensation validiert werden.
Gestiegene Anforderungen an Lagerungen bezüglich (Geräuscharmut, Laufruhe oder Wartungsarmut in medizinischen oder energietechnischen Bereichen lassen sich teilweise nur durch den Einsatz von Magnetlagern erfüllen. Dazu müssen Magnetlager als vollständige Einheit aus Lager, Sensorik, Leistungselektronik und Software entwickelt werden. Nur durch die richtige Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander lassen sich die Vorteile, wie Unwuchtkompensation oder geräuscharmer Lauf, in vollem Umfang nutzen. Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Prototyps für ein solches Lager. In Abstimmung mit dem Industriepartner wurde eine mechanische Konstruktion auf Grundlage der statischen und dynamischen Auslegung durchgeführt. Für Grundlagenuntersuchungen wurde ein Kleinversuchsstand entwickelt und aufgebaut. An dem Versuchsstand können verschiedene Regelstrategien und Einflüsse von materialtechnischen Eigenschaften untersucht werden. Fertigungsungenauigkeiten führten jedoch nicht zu den erwünschten Ergebnissen, so dass der Kleinversuchsstand im Jahr 2014 mit einem neuen Rotor ausgestattet wurde. Im Rahmen des Umbaus wurde der Versuchsstand auf einem stabilen, wesentlich steiferen Fundament montiert und der Antrieb von Zahnriemen auf Zahnritzel umgerüstet. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme konnten experimentelle Untersuchungen im angestrebten Drehzahlbereich bis 350 U/min durchgeführt und mit Ergebnissen von Simulationsrechnungen verglichen werden. Hauptschwerpunk der Untersuchungen war die Validierung dynamischer Simulationsmodelle. Die Verhaltensgültigkeit des Simulationsmodells konnte anhand des Vergleiches mit experimentell ermittelten Signalverläufen nachgewiesen werden. Es zeigten sich vergleichsweise große Abweichungen bei den maximalen radialen Auslenkungen. Die Ursache hierfür können Abweichungen zwischen am realen Versuchsstand vorhandenen und in der Simulation implementierten Übertragungsverhalten einzelner Regelkreiskomponenten sein.
Der Datensatz enthält die Infrastrukturdaten zum PrioBike-Projekt.
Grüne Welle
Der bisherige Fokus auf die Priorisierung des motorisierten Individualverkehrs wird aufgebrochen und um den nichtmotorisierten Individualverkehr erweitert. Mit der Hinterlegung verkehrsmittelscharfer Progressionsgeschwindigkeiten und Verkehrsmengen erfolgt eine multimodale Koordinierung der LSA-Steuerung entlang bestimmter Strecken. Eigens für den Radverkehr wurde an ausgewählten Streckenabschnitten eine Koordinierung aufeinander folgenden Ampeln/Ampelphasen geschaltet (auch Grüne Welle genannt). Hierbei wird der Fokus auf stark frequentierte Radfahrrouten gelegt, sodass diese Verbindungsrouten komfortabler und möglichst ohne Stopps durchfahren werden können. Für jede Grüne Welle gelten zum Teil unterschiedliche Geschwindigkeiten und zeitliche Gültigkeiten die in den Attributen des jeweiligen Streckenabschnitts hinterlegt sind.
Geschwindigkeitsempfehlung
Geschwindigkeitssäule Dammtor
Anhand der Geschwindigkeit der Radfahrenden und der Zeit, die vergeht bis die Ampelanlage auf "Grün" schaltet, ermittelt die Säule eine individuelle Geschwindigkeitsempfehlung für jeden Radfahrenden. Das System berechnet die individuelle Ankunftszeit an der Ampelanlage, vergleicht dies mit der aktuellen Ampelphase und spiegelt die Information an die Säule zurück. Anhand von vier Symbolen informiert die Säule Radfahrenden, ob die nächste grüne Ampel rechtzeitig erreicht werden kann oder nicht. Der Anzeiger soll das Fahrradfahren spürbar komfortabler und flüssiger gestalten sowie helfen, Wartezeiten an roten Ampeln zu vermeiden.
Visualisierung der Geschwindigkeitsempfehlungen:
- Grüner Haken: Geschwindigkeit halten
- Gelber Pfeil nach oben/unten: Geschwindigkeit steigern/reduzieren (senken)
- Rotes Kreuz: Ampel wird bei Rot erreicht
Geschwindigkeitsempfehlung Lauflichter
Grün-leuchtende Bodenleuchten zur Geschwindigkeitsempfehlung: Auf dem Pergolenradweg geben 18 Lauflichter Radfahrenden optisch eine Geschwindigkeitsempfehlung, damit sie möglichst bequem und kraftsparend die Grünphase der nächsten Ampel über die Saarlandstraße erreichen können. Durch die in einer Reihe eingelassenen Bodenleuchten entsteht der Eindruck eines durchgehenden grünen Lichtbandes, das sich mit der üblichen Durchschnittsgeschwindigkeit von Radfahrenden (hier 20 km/h) auf die Lichtsignalanlage zu bewegt. Befinden sich Radfahrende innerhalb des leuchtenden „Grünbandes“ (zwischen der ersten und letzten grün-strahlenden Bodenleuchte) und folgen diesem mit entsprechender Geschwindigkeit, erreichen sie die Ampel bei Grün. Das grüne Leuchtband visualisiert somit die Grünphase für Radfahrende.
Sicherheitshinweis für Radfahrende
Um die Verkehrssicherheit, vor allem für vulnerable Verkehrsteilnehmer:innen (vulnerable road users – VRU) wie Radfahrer:innen oder Fußgänger:innen, zu erhöhen werden die VRUs im Knotenbereich durch Sensorik (z.B. Radare, Lidare oder Kameras) erfasst und als anonyme Objekte an die vernetzten Verkehrsteilnehmer:innen übermittelt. Diese können mit den zusätzlichen Informationen ihr Fahrverhalten anpassen, um Kollisionen zu vermeiden.
Um nicht-vernetzten Radfahrenden einen Schutz vor abbiegendem Kfz und Lkw zu bieten, wurde diese Kreuzung mit Radarsensorik ausgerüstet. Die Sensorik detektiert Radfahrende sowie Kfz/Schwerlastverkehr und sendet bei erkannter, bevorstehender Kollision ein Signal an Bodeneinbaulichter die sofort aufleuchten und den Fokus auf die erkannte Gefahr lenken.
Optimierte Ampelschaltung für den Radverkehr
Die knotenpunktspezifische LSA-Steuerung ermöglicht es Radfahrenden kraftsparender ans Ziel zu kommen, da für Radfahrende in der Grundstellung ein Dauergrün sowie eine variable Freigabezeit je nach Bedarf zur Verfügung gestellt wird. Somit muss seltener am Knoten gebremst werden. Je nach Tag und Tageszeit werden daher verschiedene „Dauergrün-Programme“ geschaltet. Die Steuerung erfolgt verkehrsabhängig und ist mit einer sogenannten Busvorrangschaltung ausgestattet (d.h. der Bus hat oberste Priorität und Vorrang). Das Dauergrün für den Fuß- und Radverkehr besteht solange, bis eine MIV-Anforderung eintritt. Diese liegt dann vor, sobald ein Kfz in den Erfassungsbereich der Ampel einfährt und durch die dortige Wärmebildkamera detektiert wird. Ist dies der Fall, behält der Fuß-/Radverkehr noch eine Freigabezeit. Besonderheiten der einzelnen Standorte sind in den Attributtabellen der jeweiligen Standorte zu finden.
Die Motoren von Binnenschiffen gelten allgemein als ineffizient und dreckig - ihr Schadstoffausstoß gilt immer noch als zu hoch. Aber ist diese pauschale Aussage richtig? Die Ladungsmenge auf einem einzelnen Binnenschiff übertrifft diejenige von LKW und Bahn um ein Vielfaches, wodurch der Transport im Allgemeinen sehr effizient ist. Trotzdem ist der Schadstoffausstoß verhältnismäßig hoch, weshalb die Europäische Union die Grenzwerte für ausgestoßene Schadstoffe auch für die Binnenschifffahrt verschärfen wird.
Im Rahmen des europäischen Forschungs- und Innovationsprogramms HORIZON2020 beteiligt sich die BAW am Vorhaben PROMINENT (promoting innovation in the inland waterways transport sector; http://www.prominent-iwt.eu/). Das Vorhaben hat zum Ziel, den Treibstoffbedarf und die Luftschadstoffemissionen der Binnenschiffe durch technische Maßnahmen und energieeffiziente Navigation zu reduzieren. Mit der Entwicklung eines Assistenzsystems erhält ein Schiffsführer Hinweise, wie er seinen Zielhafen treibstoffsparend und termingerecht erreichen kann. Dafür werden neben Motor- und Verbrauchsdaten von Schiffen auch Informationen zur Wassertiefe, Strömungsgeschwindigkeit und Wasserspiegellage für den zu befahrenden Flussabschnitt benötigt. Da präzise Peildaten und mehrdimensionale numerische Modelle nicht flächendeckend für alle Wasserstraßen innerhalb der EU verfügbar sind, rüstet die BAW Binnenschiffe mit Messgeräten zur Erfassung von Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten aus. Dabei werden gleichermaßen die Machbarkeit und der Aufwand für die Installation und den Betrieb der Sensorik bewertet.
Die Reederei Deymann Management GmbH und Co. KG mit Sitz in Haren (Ems) unterstützt das Vorhaben, indem sie die Installation der Sensoren auf dem Großmotorgüterschiff (GMS) MONIKA DEYMANN gestattet. Das Schiff wurde im Juli 2016 in den Dienst gestellt. Die BAW hat in der Bauphase den Einbau und die Verkabelung der geplanten Sensoren mit der Reederei sowie der ausführenden Werft abgestimmt und durchgeführt. Das 135 m lange und 14,2 m breite GMS verkehrt derzeit im Liniendienst zwischen Antwerpen und Mainz. Es fährt in der Regel mit drei Lagen Containern, woraus ein mittlerer Tiefgang zwischen 1,8 m und 2,5 m resultiert. Für einen Umlauf Antwerpen - Mainz - Antwerpen werden sieben bis acht Tage benötigt, sodass das Schiff den Mittelrhein rund zweimal pro Woche passiert.
Eine besondere Herausforderung ist es, von einem Binnenschiff aus die Strömungsgeschwindigkeiten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen, da die Strömung im nahen Umfeld des Schiffes durch das Rückströmungsfeld gestört wird. Dessen Größe und Ausdehnung hängt insbesondere vom Gewässerquerschnitt und der Schiffsgeschwindigkeit gegenüber Wasser ab. Bei geringen Wassertiefen kann daher die Geschwindigkeit nicht vertikal unter einem Binnenschiff gemessen werden, wie es bei Messschiffen sonst üblich ist. (Text gekürzt)