07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik

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    Techno-ökonomische Auslegung von Stromspeichern für Fabriken
    (Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Zimmermann, Fabian; Sauer, Alexander (Prof. Dr.-Ing.)
    Für Industrieunternehmen gewinnt der Einsatz von Stromspeichern zunehmend an Bedeutung, da die Kosten für eine sichere und qualitativ hochwertige Energieversorgung kontinuierlich steigen. Insbesondere durch die volatile Erzeugung erneuerbarer Energien und daraus resultierenden schwankenden Strompreisen ergibt sich ein wirtschaftliches Potenzial für die Integration von Stromspeichern. Die vorliegende Arbeit beantwortet aus diesem Grund die Frage, wie Stromspeicher für Fabriken techno-ökonomisch ausgelegt werden können. Ziel ist es, einen Stromspeicher sowohl für die Einsatzoption Netzentgeltreduktion durch Spitzenlastreduktion und atypische Netznutzung als auch für multifunktionale Einsatzoptionen auszulegen und über die Lebensdauer ökonomisch zu bewerten. Durch die multifunktionalen Einsatzoptionen werden mehrere Einsatzoptionen mit einem Stromspeicher bedient, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. In dieser Arbeit werden die Einsatzoptionen Netzentgeltreduktion, Eigenverbrauchsoptimierung und Arbitrage-Handel in unterschiedlichen Möglichkeiten kombiniert. Hierzu werden die Stromspeichertechnologien Blei-Batterie, Natrium-Batterie, Lithium-Batterie und Redox-Flow-Batterie untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt auf dem elektrischen Energieversorgungssystem der Fabrik inklusive erneuerbarer Energien. Die Ergebnisse zeigen jeweils eine Konfiguration für die Blei-Batterie, die Natrium-Batterie, die Lithium-Batterie und die Redox-Flow-Batterie sowie einen Fahrplan des jeweiligen Stromspeichers. Im Rahmen von zwei untersuchten Fallbeispielen aus der Praxis konnte für beide jeweils ein wirtschaftlicher Stromspeicher ausgelegt werden. Es zeigte sich, dass die Investition in einen Stromspeicher zur Netzentgeltreduktion für Unternehmen wirtschaftlich sein und die Energiekosten langfristig und dauerhaft reduziert werden können.
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    Technology selection for inline topography measurement with rover-borne laser spectrometers
    (2024) Ryan, Conor; Haist, Tobias; Laskin, Gennadii; Schröder, Susanne; Reichelt, Stephan
    This work studies enhancing the capabilities of compact laser spectroscopes integrated into space-exploration rovers by adding 3D topography measurement techniques. Laser spectroscopy enables the in situ analysis of sample composition, aiding in the understanding of the geological history of extraterrestrial bodies. To complement spectroscopic data, the inclusion of 3D imaging is proposed to provide unprecedented contextual information. The morphological information aids material characterization and hence the constraining of rock and mineral histories. Assigning height information to lateral pixels creates topographies, which offer a more complete spatial dataset than contextual 2D imaging. To aid the integration of 3D measurement into future proposals for rover-based laser spectrometers, the relevant scientific, rover, and sample constraints are outlined. The candidate 3D technologies are discussed, and estimates of performance, weight, and power consumptions guide the down-selection process in three application examples. Technology choice is discussed from different perspectives. Inline microscopic fringe-projection profilometry, incoherent digital holography, and multiwavelength digital holography are found to be promising candidates for further development.
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    Reliability as a key driver for a sustainable design of adaptive load-bearing structures
    (2022) Efinger, Dshamil; Ostertag, Andreas; Dazer, Martin; Borschewski, David; Albrecht, Stefan; Bertsche, Bernd
    The consumption of construction materials and the pollution caused by their production can be reduced by the use of reliable adaptive load-bearing structures. Adaptive load-bearing structures are able to adapt to different load cases by specifically manipulating internal stresses using actuators installed in the structure. One main aspect of quality is reliability. A verification of reliability, and thus the safety of conventional structures, was a design issue. When it comes to adaptive load-bearing structures, the material savings reduce the stiffness of the structure, whereby integrated actuators with sensors and a control take over the stiffening. This article explains why the conventional design process is not sufficient for adaptive load-bearing structures and proposes a method for demonstrating improved reliability and environmental sustainability. For this purpose, an exemplary adaptive load-bearing structure is introduced. A linear elastic model, simulating tension in the elements of the adaptive load-bearing structure, supports the analysis. By means of a representative local load-spectrum, the operating life is estimated based on Woehler curves given by the Eurocode for the critical notches. Environmental sustainability is increased by including reliability and sustainability in design. For an exemplary high-rise adaptive load-bearing structure, this increase is more than 50%.
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    Netzbelastungen und Netzdienstleistungen durch Elektrofahrzeuge : Metastudie
    (Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement, 2019) Göhler, Georg; Schmaus, Claudio; Klingler, Anna-Lena
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    BANULA : a novel DLT-based approach for EV charging with high level of user comfort and role-specific data transparency for all parties involved
    (2024) Stetter, Daniel; Höpfer, Tobias; Schmid, Marc; Sturz, Ines; Falkenberger, Simon; Knoll, Nadja
    The core goal of the BANULA research project is to combine customer-oriented and grid-compatible charging of electric vehicles. It addresses the current challenges of the e-mobility ecosystem from the perspective of grid operators and charging infrastructure users and creates added value for every mass market role involved. In the project, the idea of a virtual balancing group based on blockchain technology is implemented. Thereby, it enables extended data acquisition, a real-time data exchange between grid and market participants, proper balancing and grid node-specific load flow determination and, thus, load management.
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    Transformationsmodell für nachhaltige Stadtsysteme : Entwicklung und Erprobung eines systemischen Technologiemanagementansatzes für Städte
    (Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2019) Radecki, Alanus von; Spath, Dieter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c.)
    In der vorliegenden Dissertation wird ein neues Transformationsmodell für eine nachhaltige Entwicklung von Städten entwickelt und erprobt - das „Morgenstadt-Modell“. Dabei wird zunächst auf Basis der Analyse von sechs globalen Vorreiterstädten ein Modell erstellt, welches die Nachhaltigkeitsperformanz von Städten misst und als Ausgangspunkt für die Entwicklung städtischer Nachhaltigkeitsstrategien dient. Dieses Modell wird anschließend anhand der tschechischen Hauptstadt Prag erprobt und hinsichtlich seiner Tauglichkeit bewertet.
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    Look-ahead cyclic pitch control using LIDAR
    (2010) Schlipf, David; Schuler, Simone; Grau, Patrick; Allgöwer, Frank; Kühn, Martin
    LIDAR (Light detection and ranging) systems are able to provide preview information of wind disturbances at various distances in front of wind turbines. This information can be used to improve the control of wind turbines. This paper compares a predictive feedforward control structure combined with common PI controllers to a baseline controller and to an H∞ approach showing the advantage of look-ahead control to reduce wind turbine loads. The control design is verified by simulations with a turbulent wind field and a full nonlinear model of the wind turbine.
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    Auslegung von Kugelgewindetrieben bei oszillierenden Bewegungen und dynamischer Belastung
    (Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2017) Münzing, Thomas; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)
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    Systematic classification of adaptive façades : preparing a database
    (2023) Voigt, Michael P.; Roth, Daniel; Kreimeyer, Matthias
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    Entwicklung einer Methode zur systemdynamischen Modellierung im urbanen Raum
    (Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2024) Hertwig, Michael M.; Riedel, Oliver (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)
    Das produzierende Gewerbe sorgte für einen Wohlstandszuwachs, doch die zunehmende Tertiarisierung reduzierte die Attraktivität der Fabrik. Zunehmend sind Fabriken in unmittelbarer Nähe zu Wohnarealen Konflikten ausgesetzt, was eine Neugestaltung der urbanen Produktion erforderlich macht. Eine urbane Produktion ist sowohl ökologisch positiv, sozial stärkend als auch ökonomisch erfolgreich. Dafür erfolgt eine Einordnung des Begriffs sowie relevanter Rahmenbedingungen. Die unterschiedlichen Zieldimensionen erschweren den Unternehmen, Maßnahmen hinsichtlich ihrer langfristigen Wirkung zu bewerten und monetäre Auswirkungen abzuschätzen. Mit dem beschriebenen Modell soll es möglich sein, die Wirkung von Maßnahmen mit längerem Betrachtungshorizont zu untersuchen, um ausgehend von Kennwerten der aktuellen Situation eine Entwicklungsperspektive aufzuzeigen. Als optimale Modellierungsmethode wurde die Systemdynamik identifiziert. Unter Verwendung vorhandener Modelle wurden wiederverwendbare Bestandteile geeignet adaptiert. Mit Anwendungsfällen konnte das vorliegende Modell als Basis für die Unternehmensweiterentwicklung genutzt werden, indem Maßnahmen bewertet werden.