Der Spezialist - Ausgabe 13

54
Das Magazin für Technik und Management AUSGABE 13 || März 2009 Mathe neu interpretiert Professor Helmut Neunzert über die Potenziale der Mathematik Flugzeuge vom Fließband In Russland hebt der „Superjet 100“ ab Design thinking mit Knete und Pfeifenreinigern Studenten forschen und erfinden mit Praxisbezug Jürgen Weidig und die Rechenmaschine >>

description

Das Magazin für Technik und Management. Hintergrundberichte, Neuigkeiten, Wissenswertes und Gespräche mit interessanten Persönlichkeiten - das erwartet Sie in unserem Magazin "Der Spezialist". Zweimal jährlich beschäftigt sich unsere Zeitschrift mit Themen rund um Technologie und Management. Warum bringt Brunel als internationaler Projektpartner für Technik und Management ein eigenes Magazin heraus? Weil wir, genau wie Sie, in vielfältigen und spannenden Branchen arbeiten, in denen es jede Menge Berichtenswertes gibt. Außerdem sehen wir es als Teil unseres Services an, dass auch Sie von Brunel als Know-how-Manager und Netzwerk profitieren.

Transcript of Der Spezialist - Ausgabe 13

Page 1: Der Spezialist - Ausgabe 13

Das Magazin für Technik und Management

AUSGABE 13 || März 2009

Mathe neu interpret iert

Professor Helmut Neunzert über die Potenziale der Mathematik

Flugzeuge vom Fl ießband

In Russland hebt der „Superjet 100“ ab

Design think ing mit

Knete und Pfe ifenrein igernStudenten forschen und erfi nden

mit Praxisbezug

Jürgen Weid ig

und die Rechenmaschine >>

Page 2: Der Spezialist - Ausgabe 13

„UNSER SPEZIALIST“JÜRGEN WEIDIG

Mathematik, das Schwerpunkt-thema dieser Ausgabe, spielt im Leben von Jürgen Weidig eine große Rolle. Um Innovations- und Entwicklungsprozesse zu initi-ieren, ist für ihn nicht nur der Blick nach vorn wichtig. Auch die Tech-nikgeschichte hat es ihm angetan, denn Innovationen entstünden nicht aus dem Nichts. »Unser Spezialist« ist Diplom-Ingenieur der technischen Informatik und verfügt über einige Jahrzehnte Berufserfahrung. Während dieser Zeit hat er begeistert die rasante Entwicklung in seinem Fachgebiet verfolgt und vorangetrieben. Seit 2001 ist Jürgen Weidig für Brunel im Einsatz, zuletzt als Soft-wareentwickler unter anderem bei Siemens und Harman Becker Automotive Systems in Ulm.

Page 3: Der Spezialist - Ausgabe 13

03der Spez ial ist

ed itor ialAUSGABE 13 || März 2009

DER SPEZ IAL IST

LIEBE LESERIN, LIEBER LESER,

in dieser Ausgabe lernen Sie mit mir ein neues, aber doch vertrautes Gesicht der Brunel GmbH kennen. Als CEO von Brunel International N. V. leite ich seit 2000 unsere weltweiten Geschäfte. Anfang dieses Jahres habe ich zudem die Geschäftsführung der Brunel Deutschland GmbH und damit auch die Rolle des Chefredakteurs des Magazins übernommen. Dieser spannenden Auf-gabe blicke ich mit großer Freude entgegen. Mathematik, das Fokus-Thema dieser Ausgabe, ist mir als ausgebildetem Wirtschaftsprüfer und CEO von Brunel International N. V. natürlich sehr ver-traut und bestimmt mein tägliches Handeln. Zahlen zu interpretieren, sie in unterschiedliche Zusammenhänge zu stellen und auf dieser Basis Vorga-ben zu entwickeln, ist die Voraussetzung für die Steuerung eines Unterneh-mens. Auch für unsere Ingenieure bilden Daten und Rechenwege die Basis ihrer Arbeit. Sie definieren das Ziel jedoch vorab. Uns verbindet, dass Mathema-tik eines unserer wichtigsten Arbeitsmittel ist. Sie hilft dabei, neue Ideen zu entwickeln, sorgt für Kreativität und Innovationen. Das gilt für die Führung eines Unternehmens ebenso wie für die Entwicklung neuer Airbags oder Steuerungssoftwares – beides wäre ohne Mathematik nicht möglich. So hat diese Wissenschaft direkten Einfluss auf die Arbeit von Brunel: Sie ist die Grundlage für technische Neuerungen und damit auch Garant dafür, dass unser Unternehmen selbst in wirtschaftlich schwierigen Zeiten Erfolg hat. Prof. Dr. Helmut Neunzert, mehrfach ausgezeichneter Mathematiker des Fraunhofer ITWM, geht noch einen Schritt weiter. Er erläutert im Gespräch mit dem Spezialisten, dass Mathematik nicht nur für bestimmte Berufsgrup-pen relevant ist, sondern unseren gesamten Alltag beeinflusst.

Viel Spaß beim Lesen!

Drs. J. A. van Barneveld, RA, CEO, Brunel International N. V.,General Manager, Brunel GmbH

Page 4: Der Spezialist - Ausgabe 13

�������

�����

������

����

����

����

����

�������������������������

����������������������������������

���������������������������������

�������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�����������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������������

������������������������������������������������������

�����������

�������������������������������������������������

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������������������������

������������

����������

�������������������

����������

���������������������

�������������������

kurz notiert

04 der Spez ial ist

H ier wird gerechnet

Als Schulfach oft ungeliebt, spielt die Mathematik dennoch in vielen Lebens- und Arbeitsberei-chen ihre Stärken aus. Universell anwendbar und vielfach unverzichtbar wird sie zu Analysen-, Optimierungs-, Steuerungs- und Prognosenzwecken eingesetzt. Hier eine Übersicht.

TABELLE › Dr. Ralf Schrank

Page 5: Der Spezialist - Ausgabe 13

inhalt

05der Spez ial ist

inhaltAUSGABE 13 || März 2009

› seite 14Mathematik ist in der

Schule selten beliebt. Prof. Neunzert hat die schönen

Seiten der Wissenschaft entdeckt.

› seite 30In Komsomolsk werden

mit deutschem Know-how seit kurzem die ersten

russischen Zivilflugzeuge gefertigt.

› seite 46Die School of Design Thin-king bereitet ihre Studen-ten auf die Praxis vor: mit

lebensechten Projekten aus der Praxis.

Der Spez ial ist

Seite 06

Seite 10

Seite 14

Seite 18

Seite 22

Seite 26

Seite 30

Seite 34

Seite 39

Seite 42

Seite 46

im fokus: OHNE MATHEMATIK GEHT (FAST) NICHTSEine Wissenschaft beeinflusst (fast) alle Bereiche der Gesellschaft

technische projekte: VIELSEITIGE MULTITALENTE Flexible Blockheizkraftwerke spielen weltweit ihre Vorteile aus

im gespräch: MATHE NEU INTERPRETIERTProfessor Helmut Neunzert über Potenziale und Ästhetik der Mathematik

aus den branchen: SCHIFFE AN DER STECKDOSEInnovative Trafo- und Steckersysteme sorgen für saubere Luft im Hafen

Forschung & Wissenschaft: THERMOELEKTRIK FÜR MEHR EFFIZIENZMotorabwärme soll bald Strom für die Bordelektronik von Autos liefern

mitarbeiter und karRiere: TÜFTLER UND MOTORSPORTPIONIERRoy Munro Andersons Herz schlägt für schwere englische Maschinen

technische projekte: FLUGZEUGE VOM FLIESSBANDIm russischen Komsomolsk geht der „Superjet 100“ in Serie

history: SCHIFFSHEBEWERK: MIT MUSKELKRAFT HOCH HINAUSJohann Friedrich Mende baute 1789 das erste Senkrechthebewerk

technische projekte: INTELLIGENTE FAHRWERKESoftware und Sensoren sorgen für sichere Flugzeugstarts und -landungen

Querdenken: AUS ZEPPELIN UND HELIKOPTER WIRD QUADZEPPCOPTERWackelfreier Überblick und Nahaufnahmen von unzugänglichen Bereichen

Panorama: DESIGN THINKING MIT KNETE UND PFEIFENREINIGERN Studenten der HPI School of Design Thinking erfinden für die Praxis

Termine

impressum

EX TRA: POSTK ARTEN MIT KNIFFLIGEN AUFGABEN ZUM SELBERLÖSEN ODER VERSCHICKEN (siehe Umschlagklappe)

Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast

Page 6: Der Spezialist - Ausgabe 13

›01

Page 7: Der Spezialist - Ausgabe 13

IM FOKUS

der Spez ial ist 07

Ohne Mathematik geht (fast ) n ichts

Nur um Haaresbreite sind dem Hobby-Mathema-tiker Hans-Michael Elvenich aus Langenfeld bei Köln 100.000 Dollar entgangen. Im September 2008 hatte er auf seinem PC eine Primzahl mit mehr als zehn Millionen Stellen errechnet. Aber die Hoffnung auf das Preisgeld, das die Electronic Frontier Foundation (EFF) für die Ermittlung einer solchen Primzahl ausgelobt hatte, erfüllte sich nicht. Ein Team der mathematischen Fakultät der Universität Kalifornien in Los Angeles (UCLA) war zwei Wochen schneller. Der Ausdruck der UCLA-Rekordzahl mit 12.978.189 Stellen würde einen ganzen Band vom Kaliber der „Buddenbrooks“ fül-len. Die EFF ist eine nichtstaatliche, von privaten Spenden getragene amerikanische Organisation, die sich für den Schutz der Privatsphäre im Inter-net einsetzt. Warum ist ihr eine so unhandliche Zahl so viel wert? Das hohe Preisgeld lässt vermu-ten, dass die abstrakte Mathematik doch intensi-ver in unseren Alltag eingreift, als wir ahnen. Viel intensiver, als all denen lieb ist, für die Mathema-tik nur ein Betätigungsfeld für praxisentrückte Stubenhocker ist.

Primzahlen sind elementare natürliche Zahlen, die sich ohne Rest nur durch 1 und durch sich selbst teilen lassen. Eine entscheidende Rolle spielen sie in der Kryptographie, der Wissen-

schaft von der Verschlüsselung von Informatio-nen. Moderne Verschlüsselungsverfahren (Public-Key-Verfahren) beruhen darauf, dass sich jede Zahl als Produkt von Primzahlen darstellen lässt. Allerdings ist die Ermittlung dieser Primzahlen, die Faktorisierung, sehr viel schwieriger als umge-kehrt ihre Multiplikation. Für sehr große Zahlen gibt es bis heute keine ausreichend schnelle Fak-torisierungsmethode. Das heißt: Je größer die Primzahlen, desto sicherer ist die Verschlüsselung. Das interessiert nicht nur Militärs und Geheim-dienste. Public-Key-Kryptographie gehört längst zu unserem Alltag: etwa die digitale Unterschrift unter einer E-Mail, die den Schreiber eindeutig ausweist. Genau deshalb hatte die EFF das hohe Preisgeld ausgesetzt.

TEX T › Dr. Ralf Schrank

Bereits in den frühen Hochkulturen der Babylonier und Ägypter wurde im Alltag gerechnet. Die abstrakte Mathematik ist jedoch eine Erfindung der alten Griechen. Die „Kunst des Lernens“ beeinflusst heute nahezu alle Aspekte des modernen Lebens.

›02

› 01Kreide auf Schiefertafel: heute im Computerzeital-ter ein geradezu anachro-nistisches Bild.

› 02Mit zunehmender Rechner-leistung wurde auch die Verschlüsselungstechnik immer komplexer. Eine Dechiffrierung ohne Com-puter ist heute unmöglich.

JE HÖHER DIE PRIMZAHL, DESTO SICHERER DIE VERSCHLÜSSELUNG

Page 8: Der Spezialist - Ausgabe 13

IM FOKUS

08 der Spez ial ist

Kryptographie ist ein Beispiel für „angewandte“ Mathematik, die schon mit den ersten Hochkul-turen aufkam. So geben die Aufzeichnungen der Babylonier und Ägypter keine Hinweise darauf, dass sie Mathematik nur aus Spaß an abstrakten Zahlenspielen betrieben hätten. Vielmehr ging es ihnen um die alltägliche Berechnung von Waren-mengen, Zeitspannen, Löhnen, Flächen und Volu-mina. Warum die dazu benutzten Rechenregeln überhaupt funktionierten, interessierte erst die Philosophen des antiken Griechenlands. Sie waren offenbar die Ersten, die Gefallen am rein logischen Beweis, an der Axiomatisierung, fanden. Aus dem Altgriechischen leitet sich denn auch der Name „Mathematik“ her: „Kunst des Lernens“. So kam die abstrakte Mathematik erst auf die Welt, nach-dem die Menschen bereits seit tausenden von Jah-ren angewandte Mathematik betrieben hatten. Mit Hilfe der Axiomatik entwickeln Mathemati-ker abstrakte Modelle – mal angetrieben von prak-tischen Fragestellungen, oft aber auch ohne Bezug zur realen Welt. Infinitesimalrechnung (Leibniz, Newton), komplexe Zahlen (Euler), Mengenlehre (Cantor), Gruppentheorie (Abel) sind einige Mei-lensteine der Mathematik. Heute sind in Industrie, Wirtschaft und Gesell-schaft vor allem zwei mathematische Methoden unentbehrlich geworden: Modelling und Data-Mining. Unter Modelling versteht der Mathemati-ker die Abbildung eines realen Systems mit Algo-rithmen, die die Abhängigkeiten der wesentlichen Systemeigenschaften voneinander berücksichti-

gen. Mit Hilfe dieses Modells lässt sich das Origi-nal an einem Rechner simulieren. Das ist in der Regel sehr viel kostengünstiger, besser reprodu-zierbar und oft auch weit weniger gefährlich als der Versuch am Original selbst. Man denke nur an Crashsimulationen, mit denen man Automobile und Karosserien testen kann, ohne teure Origi-nale zerstören zu müssen. Manchmal ist das reale Experiment auch gar nicht möglich: in der Raum-fahrt, der Medizin, der Soziologie oder der Ökono-mie zum Beispiel.

Das Ziel von Modelling und Simulation ist die Op- timierung von Systemeigenschaften oder Steue-rungstechniken oder aber die Prognose des zu-künftigen Systemverhaltens. Ganz ähnliche Ziele verfolgt auch die zweite weit verbreitete Methode des Data-Minings. Der Begriff deutet an, dass in den ungeheuren Datenbeständen, die wir heute anhäufen, wertvolle Schätze stecken können. Durch das Erkennen von Regeln und Mustern will das Data-Mining diese Schätze heben. Ein Bei-spiel sowohl für das Data-Mining als auch für das Modelling ist die automatische Bildanalyse, die mit dem Schlagwort „maschinelles Sehen“ tref-fend beschrieben und seit Jahren zunehmend in der Industrie eingesetzt wird. Sie dient vor allem der Qualitätssicherung und Automatisierung von Fertigungsabläufen, zum Beispiel zur präzisen

PorträtsDie Mathematik hat viele Väter: Von links nach rechts sind hier Gottfried Wilhelm Leibniz, Isaac Newton, Leonhard Euler, Georg Can-tor, Niels Hendrik Abel und George Boole zu sehen.

QUALITÄTSSICHERUNG DURCH MASCHINEL-LES SEHEN

Page 9: Der Spezialist - Ausgabe 13

IM FOKUS

09der Spez ial ist

Prüfung der Maße oder Oberfl ächenbeschaffen-heit von Werkstücken auch im schnellen Fließ-bandbetrieb. Ein Bild besteht aus einer Vielzahl von Bild-punkten („Pixeln“). Eine rechnerische Analyse der im Bild enthaltenen Informationen ist erst mög-lich, wenn man die Pixel segmentiert, also zu größeren Gruppen zusammenfasst. Weit verbrei-tet ist das so genannte Schwellwertverfahren, bei dem ein bestimmtes Merkmal des Pixels, etwa sein Grauwert, mit einem Schwellwert vergli-chen wird, um das Pixel einem Segment zuzuord-nen – oder eben nicht. Das Ergebnis dieses Verfah-rens ist ein Binärbild, dessen Pixel nur die Farbe Schwarz oder Weiß haben. Für solche Bilder gibt es schnelle Algorithmen zur Musteranalyse. Ein Beispiel, das längst Stand der Technik ist: Für ein Werkstück mit mehreren Bohrlöchern identifi -ziert ein Computerprogramm im Binärbild die 2-D-Position und den Durchmesser jedes schwar-zen Kreises, wählt den richtigen aus und errech-net für diesen dann die Steuerbefehle, mit denen eine CNC-Maschine (Computerized Numerical Control) zielgenau etwa ein Gewinde in das Loch schneidet. Komplexer sind etwa die Echtzeit-Analyse einer realen Verkehrssituation und die Errechnung von Steuerbefehlen zum automatischen Lenken eines Fahrzeugs. Nicht nur, weil mehr Muster erkannt und interpretiert werden müssen, sondern auch, weil der Programmierer beim „sehenden Fahrzeug“ die unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen

berücksichtigen muss (Tag, Nacht, Nebel ...), damit die Algorithmen fehlerfrei arbeiten. Bei industri-ellen Anwendungen dagegen bestimmt der Pro-grammierer diese Bedingungen, wie die Beleuch-tung, die Kameraposition oder die Geschwindig-keit des Werkstücks.

Das maschinelle Sehen in Echtzeit erfordert enor-me Rechnerleistungen. Das Gleiche gilt für Algo-rithmen die stochastische, also zufällige Ereig-nis se, mit einbeziehen müssen, etwa bei der Er-stellung von Klima- oder Wirtschaftsmodellen. Weder das maschinelle Sehen noch Wettervorher-sagen wären ohne High Performance Computing möglich. Der nächste Schritt ist bereits angedacht: Grid Computing – die Weiterentwicklung des In-ternets. Mit dem „Global Grid“, in dem man welt-weit Rechner, Datenspeicher und digitale Biblio-theken vernetzen will, werden die Mathematiker die reale Welt noch präziser simulieren, segmen-tieren und analysieren können. Der Aufwand ist groß – aber Mathematik ist ein Wirtschaftsfaktor ersten Ranges. Selbst für Hobby-Mathematiker kann sie sich lohnen: Dem Entdecker der ersten Primzahl mit mindestens einer Milliarde Stellen winkt ein EFF-Preisgeld von 250.000 Dollar.

›03

› 03Im Dienste der Sicherheit: Virtuelle Crash-Tests sparen Zeit und Kosten. Dabei spielt die exakte Berech-nung von Kräften eine bedeutende Rolle und gibt Konstrukteuren und Testern Aufschluss über das Unfall-verhalten der Fahrzeuge.

MATHEMATISCHE MODELLE SAGEN ENTWICK-LUNG VON KLIMA UND WIRTSCHAFT VORAUS

Page 10: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

10 der Spez ial ist

TEX T › Bastian Korte

Wenn von Kraftwerken die Rede ist, denken wir in der Regel an große Anlagen wie Kohle- oder Kern-kraftwerke. Diese lösen zuweilen kritische Äuße-rungen aus, ein Beispiel sind die alljährlichen Pro-teste in Gorleben. Tatsächlich sind Kraftwerke aber wesentlich vielschichtiger, sowohl was die Größenordnung als auch was die technische Kom-position betrifft. Überdies haben sie entscheiden-den Einfluss auf das Funktionieren einer Volks-wirtschaft – Kraftwerke sind nach wie vor einer der wichtigsten Energielieferanten. Vor diesem Hintergrund und angesichts der verstärkten Res-sourcenknappheit bleibt der Kraftwerksbau wei-terhin relevant. Solche Bauprojekte wären ohne die ordnende Hand eines erfahrenen Projektlei-ters nicht zu bewerkstelligen. Günter Schreiber von der Brunel Niederlas-sung Bremen betreut seit März 2008 den Bau eines Heizwerks und eines Blockheizkraftwerks (BHKW) für den weltweit tätigen Bodenbelagsher-steller Armstrong DLW AG in Delmenhorst. „Im Heizwerk wird Dampf erzeugt, der sowohl für die Produktionsanlagen der Armstrong DLW als auch zur Raumbeheizung genutzt wird“, so Schreiber. Zudem arbeitet diese Anlage, auch Großwasser-raumkessel genannt, wirtschaftlich in Bezug auf das Verhältnis vom Brennstoffeinsatz zur Wär-meerzielung. Das BHKW, die kleinere und modular aufge-baute Variante eines konventionellen Heizkraft-werkes, liefert elektrischen Strom sowie Wärme-

energie in Form von Dampf und erhitztem Wasser nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung.

Diese Methode erlaubt die Auskoppelung von Nutzwärme aus einer Anlage, die Energie aus einem Brennstoff in mechanische oder elektrische Energie umwandelt. Den Strom gibt beim BHKW ein Generator ab, der hinter einen Diesel- oder Gasmotor geschaltet ist. Die Wärmeenergie, die in den Kühl- und Schmierölkreisläufen der Moto-ren entsteht, wird zur Erzeugung von Warmwas-ser genutzt, während die Wärmeenergie aus den Abgasen des Verbrennungsprozesses zur Dampf-erzeugung verwendet wird. Die Übertragungs-medien können durch ihre ortsnahe Verwertung

vielse it ige Mult italente

Kraftwerkstechnik ist vielschichtig, die Größenordnung und technische Komposition unter-scheiden sich zum Teil erheblich. Die Brunel Mitarbeiter Günter Schreiber und Peter Busch planen, steuern und überwachen weltweit unterschiedlichste Neubauprojekte.

PORTRÄT

Günter Schreiber (50) besuchte bereits während seines Studiums der thermischen Verfahrens-technik erste Vorlesungen zur Kraftwerkstechnik. Durch seine Tätigkeit im Anlagenbau, insbesondere im Bereich Planung, Bau und Inbetriebnahme von Rauchgasreinigungsanla-gen, kam er mit Kraft-werken in Berührung und blieb dabei. Bei Brunel ist Schreiber seit März 2008.

› 04Moderne Blockheizkraft-werke liefern Fernwärme und Elektrizität. So können ganze Stadtteile oder auch einzelne Häuser und Produktionsstätten mit kostengünstiger Energie versorgt werden, die unter größtmöglicher Brenn-stoffausnutzung gewon-nen wurde.

EFFIZIENZ DURCH WIRKUNGSGRADE VON NAHEZU 90 PROZENT

Page 11: Der Spezialist - Ausgabe 13

›04

Page 12: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

12 der Spez ial ist

für Arbeitsprozesse wie das Trocknen, Erhitzen oder Schmelzen genutzt werden, was die Anlage für produzierende Unternehmen wie Armstrong lukrativ macht: Der Wirkungsgrad eines BHKWs liegt je nach Auslastung des Motors und dessen Effektivität bei rund 90 Prozent. Dies verdeutlicht ihren ökonomischen Vorteil. „Kleinere Blockheiz-kraftwerke mit bis zu fünf Kilowatt (kW) ermög-lichen die Versorgung eines Einfamilienhauses, ein Unternehmen aber benötigt meist mehr als 10.000 kW zur Bewältigung seiner Produktions-schritte“, erläutert der Spezialist. Das notwendige Fachwissen für seine Aufgabe eignete sich Günter Schreiber sowohl im Studium als auch durch langjährige Berufserfahrung an. So verfügt der Ingenieur in den relevanten Bereichen des Kraftwerkbaus, wie der Verfahrens-, Anlagen-, Feuerungs- sowie Elektro- und MSR-Technik (Mes-sen, Steuern, Regeln), über entsprechende Kompe-tenzen. Er begleitet sämtliche Arbeitsschritte vom Auftrag bis zur Fertigstellung eines Kraftwerks

und ist verantwortlich für die Planung, Steuerung und Überwachung des gesamten Prozesses. Dies beinhaltet auch die Berücksichtigung der vom Kunden vorgegebenen Parameter, wie beispiels-weise der geplante Nutzungszweck des Kraft-werks, die Art des Brennstoffes oder die zu erzeu-gende Strom- und Dampfmenge.

Als Projektleiter ist er, ob im Kunden- oder im Fachgespräch, Ansprechpartner für alle am Pro-jekt Beteiligten. Das heißt auch, dass er andere Experten involvieren muss, um den Bau voranzu-bringen. Doch nicht nur deutschlandweit sind technisch versierte Projektleiter unverzichtbar. Peter Busch, Mitarbeiter der Brunel Niederlassung in Kiel, fun-giert im internationalen Kraftwerksbau als „Infor-mationsknotenpunkt vom Vertragsabschluss bis

›05

› 05Das Herzstück des BHKWs bildet der Dieselmotor. Als Kraftstoffe für Block-heizkraftwerke kommen vorwiegend fossile oder regenerative Kohlen-wasserstoffe wie Heizöl, Pflanzenöl, Biodiesel für Dieselmotoren zum Einsatz, daneben auch Holzhackschnitzel und Holzpellets als nach-wachsende Rohstoffe in Stirlingmotoren und Dampfkraftanlagen mit externer Verbrennung.

PROJEKTLEITER SIND INFORMATIONS-KNOTENPUNKTE

Page 13: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

13der Spez ial ist

zur Inbetriebnahme einer Anlage“. Als Projekt-leiter koordiniert er den Bau einer energietechni-schen Versorgungsstruktur von Deutschland aus und steht in ständigem Kontakt mit dem Auf-bauteam vor Ort. Aufgrund des Zeitunterschieds zum Zielland erreichen ihn oftmals viele qualita-tiv unterschiedliche Anfragen auf einmal. Dann ist Prioritätensetzung gefragt. „Ich halte prak-tisch die Fäden in der Hand. Alles, was organisa-torisch, logistisch, finanziell und technisch an Fra-gestellungen und Problemen aufläuft, muss so rei-bungslos wie möglich und je nach Dringlichkeit entweder von mir selbst bearbeitet beziehungs-weise mit dem Engineering- oder After-Sales-Team abgestimmt werden“, fasst Busch zusam-men. Eine logistische Herausforderung stellt bei-spielsweise die Organisation des Transports von Kolbenmotoren dar, wie sie auch zum Antrieb von großen Schiffen genutzt werden. „Diese sind ver-gleichsweise leicht zu transportieren und können schnell und maßgeschneidert vor Ort montiert werden. Daher werden in infrastrukturarmen Regionen Kolbenmotoren als Antriebseinheiten für Kraftwerke genutzt. Denn sie weisen zudem eine hohe Frequenzgenauigkeit und Betriebszu-verlässigkeit in Bezug auf das Spannungsniveau auf“, erläutert der studierte Maschinenbauer.

Die massiveren Antriebsturbinen aus Gas- und Dampfkraftwerken seien für derartige Aufgaben nicht geeignet. Peter Busch ist zudem anhand von Bildern für die Feststellung von entstandenen Transport-schäden und deren Weitergabe an die Lieferan-ten zuständig. Ebenso ist er für die vorausschau-ende Budgetierung von Projektabschnitten, die Planung von Auslandsaufenthalten der Mitarbei-ter sowie die Bereitstellung und Zusendung feh-lender Bauteile verantwortlich. Den beidseitigen Überblick hierbei gewährleistet eine umfangrei-che technische Dokumentation.

Der Generalist vergleicht seine Aufgabe mit einem riesigen Puzzle, das in tausenden von Kilometern Entfernung zusammengesetzt werden muss. „In der Regel befindet sich dort während der Bau-phase ein kleiner Kreis von Spezialisten des Kun-denunternehmens, der als Auge, Ohr und verlän-gerter Arm agiert“, erklärt er. Darüber hinaus ist das Projektteam auf kompetente und verlässliche Partner im Aufbauland angewiesen, die mit not-wendiger Hardware wie Kränen, Notstromaggre-gaten oder Containerwohnungen zur Verfügung stehen. Beide Projektleiter, Schreiber und Busch, nen-nen neben technischem Know-how und allgemei-nem Organisationstalent auch weiche Faktoren wie Flexibilität, Menschenkenntnis, Kommunika-tions- und Teamfähigkeit als elementarste Eigen-schaften ihres Berufs. „Das ganze Projekt steht und fällt mit dem Team“, so Schreiber, „Einzel-kämpfer kommen nicht voran.“

PORTRÄT

Peter Busch (49) studierte nach der Ausbildung zum

Boots- und Schiffbauer an der FH Flensburg Maschi-nenbau mit Schwerpunkt

Energietechnik. Nach seinem Abschluss war er

für die Windkraftindustrie und im konstruktiven

Stahlbau tätig. Im Jahr 2008 kam er zu Brunel.

DER GENERALIST STEUERT DIE SPEZIALISTEN IN TAUSENDEN KILOMETERN ENTFERNUNG

Page 14: Der Spezialist - Ausgabe 13

IM GESPRÄCH

der Spez ial ist14

Mathe neu interpret iert

Mathematische Modelle spielen in der Wirtschaft eine immer größere Rolle, viele Unterneh-men setzen bei der praktischen Problemlösung auf Mathe-Experten wie Professor Dr. Helmut Neunzert. Im Interview erklärt er, warum Mathematik in der Schule oft extreme Gefühle aus-löst und wie talentierter Nachwuchs gefördert werden kann.

INTERVIEW › Stine Behrens

Der Spezialist: Bei Mathematik denken viele Menschen an ein eher ungeliebtes und trockenes Schulfach. Woher, glauben Sie, hat Mathematik ihren drögen Ruf?

Prof. Dr. Helmut Neunzert: Umfragen zeigen, dass Mathematik gleichzeitig das meistgeliebte und meistgehasste Schulfach ist. Es erstaunt wohl nicht, dass die Gruppe, die Mathematik nicht mag, häufig schlechte Leistungen hat. Diese Abnei-gung hat aber auch damit zu tun, dass Mathema-tik manchmal als eine lebensfeindliche, furchtbar formale Manipulation von Formeln gelehrt wird. Mathematik selber ist überhaupt nicht dröge, aber sie wird manchmal dröge serviert. Formeln und Gleichungen sind wie das Salz beim Kochen – Sie brauchen Salz, aber Sie können natürlich auch das leckerste Essen versalzen. Ich glaube, dass das „Essen“ in der Schule oft versalzen wird.

Der Spezialist: Wie lässt sich dieses Bild ändern? Welche Strategien sind Ihrer Meinung nach geeig-net?

Prof. Dr. Neunzert: Man muss gute Studenten für das Lehramt gewinnen und sie dann gut ausbil-den. Das ist nicht immer der Fall. Leider werden nicht nur die Schüler, die begeistert an Mathema-tik sind, Lehrer, sondern auch solche, die diesen Beruf aufgrund der Nebenaspekte wie der Verein-barkeit mit der Familie wählen. Zudem muss man

der Schulmathematik ihre „Bedeutung“ wieder-geben. Weniger formale Logik, dafür mehr mathe-matisches Modellieren. Darunter verstehe ich das Übersetzen von Situationen der realen Welt in Mathematik. So lernt man schon in der Schule, echte Probleme mittels Mathematik zu lösen. Sol-che Probleme finden Sie schon im Bäckerladen um die Ecke, Sie müssen nur etwas Mut und Fantasie haben. Beispielsweise kann man den Energiever-brauch beim Backen oder die Konsistenz von Bröt-chen simulieren und Möglichkeiten zur Optimie-rung aufzeigen. Und so festgelegt sind die Lehr-pläne nicht, dass da nicht hin und wieder etwas wirklich Praxisnahes Platz findet. Es wird aber auch schon besser.

PORTRÄT

Von 1974 bis 2004 arbei-tete Helmut Neunzert als Professor an der TU in Kaiserslautern. Dort war er 1995 Mitbegründer des heutigen Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik. Prof. Dr. Neunzert wurden zahlreiche Preise und Ehrendoktorwürden verliehen, darunter die Ehrendoktorate in Linz und Göteborg sowie die Mitgliedschaft in der Royal Society of Edinburgh.

›06

Page 15: Der Spezialist - Ausgabe 13

der Spez ial ist 15

Der Spezialist: In Ihrem Buch „Oh Gott, Mathema-tik !?“ beschreiben Sie Mathematik als Repräsen-tanten von Kultur. Wie kommen Sie darauf?

Prof. Dr. Neunzert: Mit Kultur meine ich ganz naiv Dinge wie Literatur, Musik und bildende Kunst und glaube, dass Mathematik auch dazugehört. Weil Mathematik genauso kreativ ist, neue Struk-turen schafft und auch ästhetische Elemente hat.

Es gibt so etwas wie schöne Gleichungen oder schöne Beweise, also mathematische Herleitun-gen. Die Mathematik hat zudem klassische Pro-bleme, die immer noch nicht gelöst sind. Und des-halb ist sie für jeden, der sich damit auseinander-setzt, aufregend und begeisternd. Darüber hinaus sind fast alle technischen Pro-dukte eines Landes von Mathematik beeinflusst – vom Flugzeug über das moderne Auto-Design bis

› 06Alles eine Frage der Didak-tik: Mathematik muss bei entsprechender Vermitt-lung kein „Angstfach“ in der Schule sein.

Page 16: Der Spezialist - Ausgabe 13

16

IM GESPRÄCH

der Spez ial ist

zur Computertomografie. Überall steckt also Ma-thematik drin, womit die Mathematik zu einem Repräsentanten dieser Kultur oder Zivilisation wird: Sie spiegelt deren technischen Standard wider und ist beeinflusst von den Alltagsproble-men der jeweiligen Kultur.

Der Spezialist: Wie viel Mathematik steckt denn in unserem alltäglichen Leben?

Prof. Dr. Neunzert: Wenn wir unter Alltag das verstehen, was wir täglich nutzen, wie Nahrung, technische Geräte oder Kleidung, dann enthalten diese Dinge wahrhaftig alle Mathematik. Wenn Sie natürlich mit Alltag auch Hoffnungen, Wün-sche oder Liebe meinen, dann steckt da nicht so viel Mathematik drin, denn das kann man nicht logisch ordnen.

Ein Beispiel dafür, dass Mathematik auch in un-serer Nahrung steckt, ist das Magnum-Eis. Es wird mit heißer Schokolade überzogen, wobei das Eis natürlich schmilzt. Um zu simulieren, wie sich die Schokolade auf dem Eis ausbreiten muss, damit es nicht zu sehr zerfließt, werden mathematische Modelle entwickelt. So ist es möglich vorherzu-sagen, bei welcher Temperatur und mit welcher Geschwindigkeit die Schokolade fließen muss. Damit der Überzug schön knackig ist, muss zu-dem ein Zwischenraum zwischen Eis und Schoko-lade entstehen, der allerdings auch nicht zu groß sein darf, denn sonst bricht der Überzug in sich zusammen. Auch das wird am Computer simu-liert.

Der Spezialist: Sie waren 1995 Mitbegründer des heutigen Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern. Was macht das Institut?

Prof. Dr. Neunzert: Kurz gesagt tragen wir mit Mathematik zur Problemlösung von Unterneh-men bei. Das umfasst sowohl technische Pro-bleme als auch Arbeitsabläufe. Dabei sind wir in allen Branchen aktiv. Es gibt zwar zunehmend ähnliche Institute, in Deutschland ist unsere Ein-richtung mit 150 Mitarbeitern aber die größte die-ser Art. Am Anfang mussten wir die Mathematik ver-markten, denn viele Unternehmen reagierten erst ungläubig, wenn ein Mathematiker kam und ihre Probleme lösen wollte. Wir können jedoch viele Probleme in Mathematik übersetzen, indem wir mathematische Modelle entwickeln und Lösungs-möglichkeiten simulieren. Nehmen wir beispiels-weise die Entwicklung von Filtern. Wir können Filtermaterial simulieren, indem wir es mit einer mathematischen Gleichung beschreiben. So kön-nen wir nachrechnen, wie das Gewebe beschaffen sein muss, damit Luft oder Flüssigkeit hindurch-geht, Staub oder Ruß aber an den Fasern festklebt. Im Rechner kann ich das Gewebe schnell ändern, die Größen der Poren variieren oder mit Beschich-tungen experimentieren und auf diese Weise den besten Filter finden.

Der Spezialist: Wie wichtig und wie weit voran-geschritten ist die interdisziplinäre Zusammenar-beit im Bereich der Mathematik?

› 07Handgeschriebene For-meln und Berechnungen haben nicht nur einen konkreten Nutzen, sondern auch einen besonderen ästhetischen Reiz.

›07

SELBST IM MAGNUM-EIS AM STIEL STECKT MATHEMATIK

Page 17: Der Spezialist - Ausgabe 13

IM GESPRÄCH

17der Spez ial ist

Prof. Dr. Neunzert: Sie ist sehr wichtig. Ich glau-be, dass die Trennung der Disziplinen sich weit-gehend abgenutzt hat. Insbesondere dann, wenn man mit der Wissenschaft Probleme der rea-len Welt lösen will. Heutzutage arbeiten Wissen-schaftler verschiedener Disziplinen zusammen. Denn die Mathematik ist in jedem Fach, von der Ökonomie über die Soziologie bis hin zur Medizin, enthalten. Der Mathematikanteil ist dort zuwei-len so groß, dass die Fachwissenschaftler diesen nicht mehr überblicken und daher zunehmend Problemlösungsteams unter Einbeziehung von Mathematikern gebildet werden. Im Fall unseres Instituts bestehen diese Teams aus Spezialisten der Kundenfirma und unseren Mathematikern und Informatikern.

Der Spezialist: Inwieweit kann Deutschland als Mathematik-Nation bezeichnet werden?

Prof. Dr. Neunzert: Deutschlands Rolle in der Welt der Mathematik war von 1920 bis 1930 größer als

heute. Aber viele hervorragende Mathematiker sind der Nazi-Herrschaft zum Opfer gefallen oder emigriert. Von diesem Rückschlag haben wir uns nur langsam erholt. Trotzdem gehört Deutschland heute zu den fünf führenden Mathe-Nationen, in manchen Spezialgebieten, wie der angewandten Mathematik, auch zu den Top Three. Will man ernsthaft vergleichen, dann muss man die EU als ein Land betrachten. Die EU hat mit den USA und bis vor kurzem mit Russland das klare Füh-rungstrio dargestellt. Russland war bis 1990 eine „Super-Power“ der Mathematik, hat aber durch den Abgang vieler Spitzenleute nach Amerika an Boden verloren. Grundsätzlich muss man aber sagen, dass Mathematik sehr international ist. Mathematische Begabungen gibt es in allen Län-dern. Die entscheidende Aufgabe eines Landes ist, diese Begabungsreserven zu entwickeln. Und zwar so, dass sie wirklich eine Innovationskraft für die Wirtschaft werden.

› 08In der modernen Medizin geht heute ohne Mathe-matik nichts mehr. Die Technik des Computer-tomografen basiert auf einem Algorithmus, der aus einer Vielzahl von Einzelaufnahmen ein dreidimensionales Bild erzeugt.

BUCHTIPP

„Oh Gott, Mathematik !?“Prof. Dr. Helmut Neunzert, Prof. Dr. Bernd Rosenberger

Die Autoren zeigen, dass Mathematik nicht nur trocken, sondern kreativ sein kann und voller neuer Ideen steckt. Die Leser erfahren anhand anschau-licher Beispiele, warum Mathematik Bestandteil der Kultur eines Landes sein kann.

›08

Page 18: Der Spezialist - Ausgabe 13

AUS DEN BRANCHEN

der Spez ial ist18

Schiffe an der Steckdose

TEX T › Roland Bösker

Schiffe erzeugen den an Bord benötigten Strom mittels mit Schiffstreibstoff betriebener Genera-toren selbst. Schiffstreibstoff gleicht eher zähem Teer als Autodiesel. In diesem Schweröl sind Schadstoffe wie Schwefel in besonders hoher Kon- zentration angereichert. Um die Luftverschmut-zung in den Häfen zu reduzieren, favorisiert die Politik daher die Versorgung von Schiffen wäh-rend der Hafenliegezeiten mit Landstrom; Ener-gie also, die in Kraftwerken an Land erzeugt wird. 2002 hat die EU eine Strategie zum Auf-bau umweltfreundlicher Versorgungskapazitä-ten von ihren Mitgliedsländern gefordert, auch deutsche Politiker stehen dem positiv gegenüber. So begrüßte die schleswig-holsteinische Landes-regierung im Sommer 2008 die Inbetriebnahme der ersten sogenannten Landstromversorgung Deutschlands in Lübeck-Travemünde. Zwischen sechs und neuneinhalb Megawatt Leistung kön-nen pro Steckersystem mit dieser Technik schiffs-seitig genutzt werden. Angesichts tendenziell steigender Ölpreise und Qualitätsanforderungen an den Treibstoff bietet die Landstromtechno-logie Einsparpotenziale sowohl hinsichtlich des Schadstoffausstoßes als auch hinsichtlich der Kos-ten für den Reeder. Eine Herausforderung bei der Entwicklung dieser Anlagen bestand darin, eine Technologie zu entwerfen, die die unterschiedlichen Strom-frequenzen in den Bordnetzen der Schiffe berück-sichtigt. Rund zwei Drittel aller Schiffe arbeiten

mit 60-Hertz-Bordstrom, an Land produzieren Kraftwerke meist Strom mit 50 Hertz (Hz). Mit SIHARBOR/SIPLINK hat Siemens ein System kon-struiert, das es ermöglicht, sowohl Schiffe mit 50-Hz- als auch mit 60-Hz-Bordnetzen von Land aus zu versorgen. SIHARBOR steht für das Grund-konzept zum Anschluss von Landnetzen an das jeweilige Bordnetz. Siemens Multifunctional Powerlink (SIPLINK) ist der Name des Moduls, mithilfe dessen die Frequenz für die jeweiligen Anschlüsse an den Liegeplätzen der Terminals von 50 Hz auf 60 Hz umgewandelt werden kann.

Das SIPLINK-Modul wird also bildlich zwischen der landseitigen Stromquelle und dem Stromver-braucher, dem Schiff, positioniert. Im Kern besteht es aus zwei Transformatoren mit einem zwischen-geschalteten Stromrichterelement. Die elektri-sche Energie durchfließt zunächst den ersten Transformator und erreicht dann das Stromrich-terelement. Dieses dient der Umwandlung des landseitigen Wechselstroms in Gleichstrom mit-tels eines Gleichrichters. Nun fließt der gleichge-richtete Strom in einen Zwischenkreis. In diesem wird die Stromfrequenz mit einem Pulswechsel-richter an die Frequenz des Schiffsnetzes ange-passt, aus Strom mit 50 Hz wird elektrische Ener- gie mit 60 Hz. Ein zweiter Transformator ist die-

Vielen Hafenstädten stinkt es gewaltig: Vor Anker liegende Schiffe verbrennen Schiffsdiesel zur Stromerzeugung. Dass es auch anders geht, zeigt der Hafen Lübeck-Travemünde, wo viele Schiffe jetzt von Land aus mit Elektrizität versorgt werden. Das senkt die Kosten und entlastet die Umwelt.

› 09Feinstaub ade: Mit zuneh-mender Landstromver-sorgung soll die Luft in den Häfen besser werden. Abgase aus den Schiffs-dieseln sind vor allem in Stadthäfen ein Problem.

AUS WECHSELSTROM WIRD GLEICHSTROM, AUS 50 HZ WERDEN 60 HZ

Page 19: Der Spezialist - Ausgabe 13

›09

Page 20: Der Spezialist - Ausgabe 13

AUS DEN BRANCHEN

der Spez ial ist20

sem Aufbau nachgeschaltet. Die beiden Trafos dienen dabei als galvanische Entkopplung zwi-schen dem Land- und dem Bordnetz sowie den Modulen. Eine solche Entkopplung, auch galvani-sche Trennung genannt, verhindert, dass zwi-schen den einzelnen Elementen Ladungsträ-ger fließen, lässt aber die Übertragung elektri-scher Leistung mittels eines Feldes zu. Dies dient der Sicherheit: Schlägt beispielsweise ein Blitz in das Landnetz ein, hilft die galvanische Trennung zu verhindern, dass das Bordnetz beschädigt oder zerstört wird. Digitale Steuerungstechnik ermög-licht es, alle Prozesse sowohl von Land als auch vom Schiff aus zu überwachen. Mittels Landstromversorgung kann die Luft-verschmutzung im Hafen wesentlich reduziert werden. Gemeinsam mit dem Verband Deutscher Reeder beklagt der Zentralverband der Deutschen Seehäfen jedoch, dass es bislang keinen Standard für die Verbindungen zwischen Schiff und Land-netz gebe. Es fehle daher an Investitionssicher-heit für die Reeder. Einige hätten bereits Schiffe mit Landstromanschlüssen ausgerüstet, könnten

diese aber nicht überall nutzen. Sie passten nicht zu den unterschiedlichen Steckern der Landstrom-anlagen, die in einigen Häfen auf der Welt bereits installiert sind. Jürgen Moser, bei Siemens im Be-reich Energieversorgung für Marketing zustän-dig, sieht das Problem gelassen: „Die Steckerpro-blematik wird gerne vorgeschoben.“ Normungs-organisationen wie die International Electrotech- nical Commission arbeiteten bereits an entspre-chenden Standards. Insgesamt seien bisher drei Steckersysteme in Gebrauch. Das Auswechseln sowohl an Bord als auch an Land sei jederzeit mög-lich, die Kostenbelastung „vernachlässigbar“.

Die Verbände bezweifeln, dass das Konzept Land-stromversorgung in allen Hafentypen umsetzbar ist. Beispielsweise könne in Containerhäfen der Abfertigungsbetrieb aufgrund in Kaimauernähe aufgestellter, etwa containergroßer SIPLINK-Ele-mente gestört werden. Zudem seien die Mauern

› 10Lange Leitung: Der Tiden-

hub wird durch flexible Kabelzuführsysteme

ausgeglichen.

› 10

SEHR GROSSE SCHIFFE HABEN DENSELBEN ENERGIEBEDARF WIE EINE KLEINSTADT

Page 21: Der Spezialist - Ausgabe 13

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������

AUS DEN BRANCHEN

21der Spez ial ist

aufgrund der unmittelbar an der Wasserkante ste-henden Kräne bereits bis an die Grenzen des Mög-lichen belastet. Moser sieht dieses Problem nicht: „SIPLINK muss nicht direkt am Kai aufgebaut wer-den, es wird einzig und allein ein Kabel als Verbin-dung zum Schiff benötigt.“ Steckdosen könnten auch unter „abdeckbaren Vertiefungen“ unterge-bracht werden, wie es beispielsweise in Los Ange-les der Fall sei. Für wechselnde Wasserstände bei Ebbe und Flut gebe es bereits passende Kabelzu-führsysteme. In Lübeck reiche allein das auf dem Boden liegende Kabel aus, um Wasserschwankun-gen auszugleichen. Bei starken Schwankungen seien flexible Kabelzuführungen beispielsweise mit Kabeltrommeln möglich. Prinzipiell kann man sämtliche Schiffstypen mit Landstrom versorgen, sofern die benötigte Strommenge zur Verfügung steht. Sehr große

Schiffe verbrauchen allerdings so viel elektrische Energie wie ganze Kleinstädte. Für entsprechen-de Mengen Strom würden neue Kraftwerke in den oft heute schon an Platz- und Kapazitätsgren-zen stoßenden Häfen benötigt. Laut Siemens wer-den diese bei Hafenneubauten gleich eingeplant, ältere Häfen müssten gegebenenfalls mit neuen Hochspannungsleitungen versorgt werden. Ree-der und Hafenbetreiber sehen jedoch vor allem hinsichtlich der Errichtung neuer Kraftwerke Ak-zeptanzprobleme in der Bevölkerung. Zudem füh-ren sie an, dass auch effizientere Motoren und Abgasfilter sowie sauberere Treibstoffe, für die es bereits internationale Übereinkommen gebe, die Umweltbelastungen verringern, sowohl im Fahr-betrieb als auch im Hafen.

Page 22: Der Spezialist - Ausgabe 13

› 11

Page 23: Der Spezialist - Ausgabe 13

Forschung & Wissenschaft

der Spez ial ist 23

Thermoelektr ik für mehr Eff iz ienzEnergieeffizient sind die Verbrennungsmotoren im Auto nicht. Das soll sich bald ändern. Meh-rere Forschergruppen verfolgen vielversprechende Ansätze, aus der ungenutzten Abwärme Strom für den Betrieb der elektrischen Helfer wie ABS und ESP zu gewinnen.

TEX T › Christian Patzelt

Am 1. März 2007 trat die Feinstaubverordnung der Bundesre-gierung in Kraft. Seitdem richten die Kommunen in Ballungs-räumen deutschlandweit Umweltzonen zur Reduzierung der Feinstaubbelastung ein. Grüne, gelbe und rote Aufkleber in den Windschutzscheiben kennzeichnen die Kraftwagen nach ihrer Einordnung in verschiedene Schadstoffgruppen. Mit diesen Feinstaubplaketten wird nicht nur sichtbar, welches Auto eine Fahrberechtigung in den eingerichteten Umweltzonen hat. Die Aufkleber verdeutlichen vor allem auch, dass die Umweltbelas-tung durch Autoabgase ein wichtiges Thema geworden ist.

Abgase von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren können bislang zwar nicht vermieden werden, aber die Abwärme der Motoren könnte zukünftig sinnvoll genutzt werden – und zwar mithilfe eines thermoelektrischen Generators, kurz TEG. Das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Freiburg und das Institut für Fahrzeugkonzepte am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart arbei-ten derzeit unabhängig voneinander an einem solchen Gene-rator. Das DLR entwickelt diesen gemeinsam mit dem Auto-mobilhersteller BMW. Der TEG wandelt die bisher ungenutzte Abwärme, die im Verbrennungsprozess entsteht, in elektri-sche Energie um. Ziel der Wissenschaftler ist es, eine Energie-versorgung für die Bordelektronik zu entwickeln, die die Licht-maschine entlastet. Denn die ist bislang beispielsweise für den Betrieb des Antiblockiersystems (ABS), des elektronischen Sta-bilitätsprogramms (ESP) oder der Klimaautomatik zuständig. Die Lichtmaschine wird vom laufenden Motor als Nebenag-

gregat oder von einem Rad des Fahr-zeuges angetrieben und verbraucht somit unmittelbar Kraftstoff. Die Nutzung der Abwärme zur Ener-giegewinnung senkt entsprechend den Kraftstoffverbrauch und damit den CO2-Ausstoß eines PKW. „Auto-hersteller erwarten von dem TEG eine Spritersparnis von rund fünf bis maximal sieben Prozent“, sagt Dr. Harald Böttner, Abteilungslei-ter Thermoelektrische Systeme am Fraunhofer IPM. Der Grund für die Entwicklungsarbeit der beiden Ins-titute ist die aktuell verschwenderi-sche Energiebilanz von Fahrzeugen: Zwei Drittel des Kraftstoffes ver-puffen ungenutzt als Wärme. Etwa 30 Prozent gehen über den Motor-block verloren und mindestens wei-tere 30 Prozent als Abgase. „Dem Wärmemanagement kommt daher immer mehr Bedeutung zu“, erklärt Dr. Johannes Liebl, Leiter Energie-management bei BMW. Die Umwandlung von Wärme-energie in elektrische Energie wird in der Physik als Thermoelektrik be-schrieben. Am Auspuff lässt sich die Wärme technisch am besten nutzen, weil im Abgasrohr bis zu 700 Grad

› 11Das Augenmerk der Ent-wickler richtet sich auch auf die Auspuffanlage. Hier und direkt am Motorblock entsteht die meiste bisher ungenutzte Abwärme.

Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast

THERMOELEKTRIK SOLL UNGENUTZTE WÄRME IN STROM UMWANDELN UND NUTZBAR MACHEN

Page 24: Der Spezialist - Ausgabe 13

Forschung & Wissenschaft

24 der Spez ial ist

Celsius auftreten. „Der Temperatur-gradient zwischen Abgasrohr und ei-ner Kühlflüssigkeitsleitung beträgt mehrere hundert Grad Celsius“, erklärt Dr. Böttner vom Fraunho-fer IPM. Und genau diesen Unter-schied nutzt der TEG, der aus einzel-nen Schenkeln von Halbleitermate-rialien besteht. Halbleiter können hinsichtlich ihrer elektrischen Leit-fähigkeit sowohl Leiter als auch Nichtleiter sein. Weil er mit einer Länge von 30 Zentimetern und einer Breite von 10 Zentimetern einen rela-tiv großen Bauraum braucht, eignet sich der TEG vor allem bei großen Autos. Damit durch ihn die Abgas-werte nicht beeinflusst werden, wird das Gerät hinter dem Katalysator am Abgasstrang angebracht. „Die Quer-schnitte der Abgasrohre werden dabei so angepasst, dass die Cha-rakteristik des Verbrennungsmotors

nicht beeinträchtigt wird“, erklärt Dr. Liebl. Der nötige Durch-fluss der Abgase muss gewährleistet bleiben. Und so funktioniert die Umwandlung von Wärme in Strom: Bei einem Temperaturgefälle zwischen zwei Enden eines elektrischen Leiters oder Halbleiters entsteht eine elek-trische Spannung. Als Ladungsträger dienen Elektronen. Diese wandern zwischen der heißen und der kalten Seite hin und her. Denn die Elektronen an der heißen Seite nehmen einen Zustand höherer Bewegungsenergie an und verteilen sich, auch auf der kalten Seite. Um das dadurch entstehende Ungleichgewicht aufzulösen, fließt ein Teil der Elektronen wieder zurück zur heißen Seite. Im TEG entsteht der Strom durch das Wandern der Elektronen zwischen den Halbleitern. Getrieben werden sie dabei durch den Wärmefluss zwischen der Hitze des Abgasrohres und der Kälte an der Kühlleitung.

Das DLR plant, zusätzlich schwere Atome wie Indium und Neodym als Wellenbrecher in den TEG einzubauen. So soll der Wärmestrom, nicht jedoch die Bewegung der Elektronen behindert werden. Denn für einen hohen Wirkungsgrad im

› 12

› 12Zukünftig könnten

Autofahrer, ähnlich wie hier abgebildet, über eine

Anzeige im Armaturenbrett die Stromerzeugung durch

den TEG verfolgen.

ERFAHRUNGEN AUS DER WELTRAUMTECHNIK AUF DAS AUTOMOBIL ÜBERTRAGEN

Page 25: Der Spezialist - Ausgabe 13

����������������������������

���������

�����

���������

�����������

��������������������

��������������������������������

Forschung & Wissenschaft

der Spez ial ist 25

TEG muss die thermische Leitfähigkeit klein, die elektrische aber groß sein. Da der TEG auch bei extremen Temperatur-schwankungen, beispielsweise durch die jahreszeitlich be-dingte Kälte oder das Aufheizen des Motors, konstant funk-tionieren muss, setzt das DLR auf seine Erfahrungen aus der Raumfahrt. Dort werden mithilfe der Thermoelektrik Sonden auf Erkundungsmissionen mit Energie versorgt. Hier wird das Temperaturgefälle zwischen einer radioaktiven Hitzequelle und der Kälte des Alls genutzt. Die Wärme von zerfallenden Radioisotopen wird dabei in Strom verwandelt. Das Fraunhofer IPM, das die Thermoelektronik zu einem seiner Kompetenzfel-der zählt, setzt im Gegensatz zum DLR unter anderem auf nano-skalige Materialien verschiedener Ausprägung, darunter Nano-komposite. Hier werden nanoskalige Partikel in eine thermo-elektrische Matrix eingebaut, wodurch sich die elektrische Leit-fähigkeit erhöhen und die thermische Leitfähigkeit gleichzeitig verringern lässt. Die parallel zum Temperaturgefälle verlaufen-den Lagen sollen es den Elektronen erleichtern, wie auf einer

Rutschbahn dem Hitzeabfall zu fol-gen. Das Institut für Fahrzeugkonzep-te des DLR hat zusammen mit BMW einen Prototypen entwickelt und er-folgreich in einem Fahrzeug getes-tet. Mit diesem Prototyp konnte eine elektrische Leistung von 200 Watt erzeugt werden. Das Ziel der Wissen-schaftler und Ingenieure liegt bei einer Leistung von 1.000 Watt. Für die Stromversorgung eines Mittel-klassewagens werden durchschnitt-lich 800 Watt benötigt. Gegenwär-tig sind die verfügbaren Halbleiter-materialien jedoch noch nicht in ausreichender Menge am Markt ver-fügbar. Die Wissenschaftler der DLR und des Fraunhofer IPM rechnen mit einer Markteinführung der ther-moelektrischen Generatoren in der Automobilindustrie innerhalb der nächsten zehn Jahre, BMW sogar schon in etwa fünf Jahren. Dieser lange Weg soll sich dennoch loh-nen: Rund 50 Millionen zugelassene Kraftfahrzeuge gibt es in Deutsch-land. Würde man diese während ihrer durchschnittlichen Laufleis-tung von 200 Stunden pro Jahr mit einer Leistung von nur einem Kilo-watt aus thermoelektrischen Gene-ratoren speisen, so ließen sich ins-gesamt rund zehn Terawattstunden, also eine Milliarde Kilowattstunden, Energie pro Jahr sparen.

› 13

› 13Der thermoelektrische Generator nutzt den Tem-peraturunterschied zwi-schen einem sehr heißen Bereich und einem sehr kalten. Elektronen wan-dern zwischen Halbleitern hin und her und erzeugen so Energie.

Page 26: Der Spezialist - Ausgabe 13

MITARBEITER UND KARRIERE

der Spez ial ist26

Tüftler und Motorsport-p ionier

„A genuinely hellish bike“ nannte Hunter S. Thompson seine „Vincent Black Shadow“, „… ein wahrhaft höllisches Motorrad. Im zweiten Gang macht sie etwa 105 km/h (…), im dritten ist zwi-schen 150 und 160 km/h Schluss. (…) Der vierte Gang bringt dich auf irgendwas bei 190 km/h – und dann schaltest du in den fünften.“ (Hun-ter S. Thompson in seinem wohl bekanntesten Werk „Fear and Loathing in Las Vegas“.) Nicht nur Thompson gerät über die legendäre Höllen-maschine ins Schwärmen; die edlen Motorrä-der aus Stevenage, einer Kleinstadt auf halbem Weg zwischen London und Cambridge, finden nun schon seit beinahe 80 Jahren ihre Liebhaber unter Motorsportenthusiasten. Einer von ihnen ist Roy Munro Anderson aus Hamilton in Schott-land. Als er 1967, kurz nach dem Abschluss seines Ingenieurstudiums, die Gelegenheit bekam, einen restaurierungsbedürftigen Vincent-Motor zu er-werben, war ein Schicksalsbund geschlossen.

Roy M. Anderson, seit fünf Jahren als Spezialist für Prozesssteuerung bei Brunel in Hannover tätig, ist in einem traditionell motorsportverrückten Land aufgewachsen. Zu einer Zeit, da man Reparatu-ren an Auto oder Motorrad noch eigenhändig und ohne Spezialwerkzeug und Laptop durchführen konnte, begann er schon früh, aus der Beschäfti-gung mit Pleuelstangen, Zündkerzen und Radla-

gern Freude zu schöpfen. Seinen ersten Motorrol-ler, eine Lambretta, hatte Anderson mit 16. Wäh-rend des Studiums besaß er mehrere Motorräder, schließlich sogar eine Norton „Dominator“ mit stolzen 600 Kubikzentimetern. Dann kam die Vin-cent. Oder besser: der Vincent-Motor, und damit sein bis dahin anspruchsvollstes Projekt. Aus dem Norton-Rahmen und besagtem Motor baute er eine leistungsstarke Touringmaschine auf. Diese Art von Hybridmodellen, also aus zwei Motor-rädern kombinierte Maschinen, wurden „Nor-vin“ (Norton + Vincent) genannt und waren eine günstigere und ungefährlichere Alternative zur kompletten Vincent. Die Original-Vincents hat-ten nämlich einen Nachteil: Statt mit modernen hydraulischen Lenkungsdämpfern waren sie noch mit Reibungsdämpfern ausgestattet. So konnte schon ein relativ kleines Schlagloch der Grund für einen jener berüchtigten „Tank-Slapper“ werden, für das plötzliche Umschlagen des Vorderrades – mit oft fatalen Folgen. Die Norvins entschärften zwar das „Tank-Slapper“-Problem, blieben jedoch eine Kompromisslösung. Denn damalige Moto-ren hatten selten mehr als 500 Kubikzentimeter und waren damit viel kleiner als die Kraftpakete aus der Schmiede von Phil Vincent mit ihren 1.000 Kubikzentimetern. Dadurch saßen diese meist zu hoch in den Fremdrahmen, worunter das Hand-ling der Maschinen litt. Erst der speziell für Vincent-Motoren entwi-ckelte Rahmen von Fritz Egli, einem berühmten

TEX T › Jan Meyer-Veden

Roy Munro Andersons Herz schlägt für englische Motorräder. Der Brunel Ingenieur hat über Jahrzehnte selber Teile wie Zylinderköpfe, Nocken- und Kurbelwellen für seine Maschinen kon-struiert und zusammen mit seinem Fahrer viele Erfolge gefeiert.

PORTRÄT

Roy Munro Anderson, Jahr-gang 1945, aus Hamilton (Schottland) graduierte 1966 an der University of Glasgow in „Pure Science“ mit den Hauptfächern Mathematik und Physik. Seitdem ist er als Ingenieur für Automatisierung und Prozesssteuerung tätig, seit 2003 arbeitet er für Brunel. Mit seiner Frau, die er 1987 kennenlernte, lebt Roy Anderson in Sommer-land, Schleswig-Holstein.

WEITERENTWICKLUNGEN FÜR DEN ERFOLG

Page 27: Der Spezialist - Ausgabe 13
Page 28: Der Spezialist - Ausgabe 13

MITARBEITER UND KARRIERE

der Spez ial ist28

Schweizer Rennfahrer und Motorradkonstrukteur der Sechziger- und Siebzigerjahre, löste das Pro-blem. Allerdings hatte ein solch hochspezialisier-tes Produkt seinen Preis. Es ergab sich jedoch, dass Andersons damaliger Arbeitgeber ITT seine Ent-wicklungsabteilung von Glasgow nach London verlegte. Den veränderungswilligen Mitarbeitern wurde der Biss in den sauren Apfel, nämlich der Umzug nach England, mit allerlei Zugeständnis-sen schmackhaft gemacht. Aus den Verhandlun-gen ging Anderson als stolzer Hausbesitzer her-vor. Darüber hinaus verbesserte sich seine finan-zielle Situation so erheblich, dass er im Jahre 1971 sein erstes Fahrwerk aus der Werkstatt von Fritz Egli erwerben konnte.

Von nun an widmete Anderson, damals noch unverheiratet, jede freie Sekunde dem Aufbau der eigenen Egli-Vincent.

Mit ihr fährt Anderson erste Rennen. Allerdings, „aus Mangel an Zeit und Talent“, nur sporadisch und ohne professionellen Anspruch. Das Motor-rad entwickelt er jedoch gemeinsam mit seinem besten Freund Ian Hamilton kontinuierlich wei-ter. Hamilton erweist sich zudem als exzellenter Rennfahrer. Die beiden bilden ein Erfolgsteam. Doch nach wie vor ist der Motorsport für Ander-son nicht mehr als ein „normales Hobby“, wie er sagt. Das sollte sich bald ändern. Nach drei Jahren im Irak, im Auftrag einer britischen Computer-firma, hatte Anderson einen bescheidenen Wohl-stand angehäuft; genug jedenfalls, um von nun an Nägel mit Köpfen, sprich: die Egli-Vincent auch für größere Rennen konkurrenzfähig zu machen. Mit zahlreichen Veränderungen an Motor und Fahrwerk, vornehmlich zum Zwecke der Gewichts-optimierung, aber auch mit selbstkonstruierten Teilen wie Zylinderköpfen, Nocken- und Kurbel-wellen, kitzelten Anderson und Hamilton Pferde-stärke um Pferdestärke aus der Maschine heraus. In Dave Railton, den Hamilton aus der Rennszene

› 14

› 141948 stellte Rollie Free auf

einer Vincent-HRD Black Lightning den Geschwin-

digkeitsrekord von 241,905 km/h auf. In ungewöhn-

licher Fahrposition und Badekleidung.

EINE PFERDESTÄRKE NACH DER ANDEREN WIRD AUS DEM MOTOR HERAUSGEKITZELT

Page 29: Der Spezialist - Ausgabe 13

MITARBEITER UND KARRIERE

der Spez ial ist 29

kannte, stieß zudem ein professioneller Fahrer zum Team. Etwa zu dieser Zeit gab es die ersten Battle-of-the-Twins-Rennen (BoT) für die Zweizylinder-klasse. Sowohl hier als auch in den Rennen der BEARs-Serie (für britische, europäische und ame-rikanische Maschinen) fuhr Railton nun erste Erfolge ein. Im Jahr 1987 sprang sogar ein erster Platz bei einem BEARs-Rennen in Thruxton her-aus. Doch damit nicht genug, eine weit größere Herausforderung wartete: das legendäre Oval des „Daytona International Speedway“ in Florida, Wallfahrtsort für Motorsportfans aus aller Welt und dank der relativ kurvenarmen Streckenfüh-rung eine ausgezeichnete Bühne für die Egli-Vin-cent, die auf den langen Geraden ihre Schnellig-keit ausspielen konnte. Gleich der erste Einsatz bei einem BoT-Rennen auf dem Speedway brachte einen 19 Platz. Ein mehr als respektables Ergebnis, bedenkt man, dass das Fahrgestell der Egli-Vin-cent zu diesem Zeitpunkt schon über 15, der Motor gar über 30 Jahre auf dem Buckel hatte. Die Kon-

kurrenz bestand zudem fast ausschließlich aus Werksmaschinen, Motorrädern also, die von den Herstellern selbst mit einem uneinholbaren Vor-sprung in puncto Know-how und Ressourcen auf-gebaut wurden. 1987 kam Roy Anderson berufsbedingt nach Deutschland. Sein Motorrad wurde noch bis An-fang der Neunzigerjahre für Rennen eingesetzt und bis Mitte der Neunziger von Ian Hamilton weiterentwickelt, bis es eine Leistung von 105 PS aus 1.200 Kubikzentimetern brachte. Den bishe-rigen Karriereschlusspunkt der altehrwürdigen Maschine bildete der Sieg bei einem Rennen des Vincent-Owners-Club in England. Rund 15 Jahre ist es nun her, dass auch Roy M. Anderson sich vom aktiven Motorsport zurückgezogen hat. Doch an den Ruhestand verschwendet er kaum einen Gedanken: „Jetzt möchte ich mich, so lange, wie es mir noch möglich ist, meinem zweiten Hobby widmen“, sagt er stattdessen. Was dieses zweite Hobby sei? „Mein Beruf.“

› 15

› 15Technik, die begeistert: Der Vincent-HRD-Motor lässt auch heute noch das Herz vieler Motorsportenthu-siasten höher schlagen. 2008 wurde eine Vincent-HRD Black Lightning für den Rekordpreis von 221.500 £ versteigert.

Page 30: Der Spezialist - Ausgabe 13

› 16

Page 31: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

der Spez ial ist 31

Flugzeuge vom Fl ießband

TEX T › André Tucic

Rainer Weber kennt Komsomolsk fast so gut wie seine Westentasche: Dreimal war der 38-jährige Mitarbeiter von Brötje Automation im vergange-nen Jahr für mehrere Wochen in der rund 280.000 Einwohner großen russischen Stadt. Dort betreu-te er die Installation und Inbetriebnahme zwei- er Montagelinien zum Bau von Zivilflugzeugen. Diese sind vergleichbar mit Fertigungsstraßen im Automobilsektor, nur werden in diesem Fall keine Auto-, sondern Flugzeug-Einzelteile vermessen, positioniert und montiert.

Künftig wird in Komsomolsk der „Superjet 100“ gebaut, das erste neu gebaute Passagierflugzeug Russlands seit der Auflösung der Sowjetunion. Der Prototyp der Maschine wurde im September 2007 vom damaligen Präsidenten Wladimir Putin der Öffentlichkeit voller Stolz als „Perle der hiesi-gen Zivilluftfahrt“ vorgestellt. Nun wird das Flug-zeug in Komsomolsk in hoher Stückzahl gefertigt. Die Stadt in der Region Chabarowsk im Föderati-onskreis Russisch-Fernost liegt am linken Ufer des Amur. „Dort herrscht ein kontinentales Klima“, berichtet Weber, „der Januar ist mit einer Durch-schnittstemperatur von minus 29 Grad Celsius der kälteste Monat. Hier zu leben und zu arbei-ten ist nicht leicht.“ Zwar beträgt die Temperatur in den Produktionshallen selbst im Winter etwa

15 Grad Celsius, doch beispielsweise auf dem Weg zur Kantine müssen Rainer Weber und seine Kol-legen durch die eisige Kälte. Weber, Diplom-Ingenieur im Bereich der Elek-trotechnik und Projektleiter für Automatisie-rungstechnik, war als Teamleiter für die Inbe-triebnahme der Montagelinien verantwortlich. Unterstützt wurde er unter anderem vom 29-jährigen Kommunikations- und Datentechniker Andreas Werner, der seit Sommer 2008 bei Brunel in Bremen beschäftigt ist. Er arbeitete als Program-mierer in der Softwareentwicklung und war bis zu der Inbetriebnahme und zur Kundenschulung vor Ort in das Projekt involviert. Die Software bil-det die Basis von Anlagen zur automatisierten Fertigung von Flugzeugen – sie regelt das Zusam-menspiel der einzelnen Komponenten. Im Kern sind dies: ein Leitsystem, eine lasergestützte Ver-messung, eine NC-gesteuerte Positionierung der Flugzeugbauteile sowie dreiachsige Positionier-türme. Diese werden mit Koordinaten – also zuvor ermittelten Messdaten – gespeist und positionie-ren die zu bearbeitenden Flugzeugteile auf der Montagelinie. Dieser Vorgang geschieht vollends automatisiert nach dem NC-Verfahren. NC steht für „Numeric Controlled“, also für eine computer-gesteuerte Einheit. Sie bildet die Grundlage für die korrekte Positionierung der Bauteile, damit sie millimetergenau montiert werden können. Das Resultat ist ein automatisierter Prozess, der Zeit und Kosten spart sowie gleichzeitig eine Garantie

Im russischen Komsomolsk entstand in nur vier Jahren eine Fertigungsstraße für das erste Passagierflugzeug in russischen Zeiten. Mit Hilfe von Brötje Automation soll der Superjet 100 in großer Stückzahl gefertigt werden. Brunel Spezialist Andreas Werner war bei der Software-entwicklung und Kundenschulung beteiligt.

WLADIMIR PUTIN ÜBER DEN SUPERJET: „PERLE DER HIESIGEN ZIVILLUFTFAHRT“

PORTRÄT

Rainer Weber, Diplom-Ingenieur im Bereich Elek-

trotechnik, ist Projektleiter für Automatisierungstech-nik bei Brötje Automation.

› 16Einsatzbesprechung:

Andreas Werner (r.) im Gespräch mit Teamleiter Patrick Ommen nach der erfolgreichen Inbetrieb-

nahme der Montagelinie für den Superjet 100.

Audio-Version unter: www.brunel.de/podcast

Page 32: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

der Spez ial ist32

für präzises Arbeiten darstellt. Die Grundlage für diese softwaregesteuerte Positionierung ist die Laservermessung, deren Integration beim Kom-somolsk-Projekt eine besondere Herausforderung darstellte. Denn zum ersten Mal hat Brötje eine komplexe Radartechnik eingesetzt. Ein Novum, mithilfe dessen die Vermessungsprozesse noch-mals präzisiert werden. Dies geschieht mittels ei- nes Laserstrahls, der an einem Tooling Ball – einer kleinen mit Spiegeln bestückten Kugel – reflek-tiert wird. Daraus ergibt sich eine Entfernung zwi-schen dem Standort des Laserinstruments und dem jeweils zu bearbeitenden Flugzeugteil samt eines horizontalen und vertikalen Winkels. Auf-grund dieser Angaben wird dann die Positionie-rung der zu montierenden Teile vorgenommen. Allein für die Vermessung wird pro Montagelinie ein Industrierechner, der sämtlichen Witterungs-bedingungen, Staub und Vibration standhalten kann, benötigt. Ein weiterer lenkt die Positionie-rung und ein dritter fungiert als Zentralrechner, der die anderen beiden steuert und navigiert.

Aber der Reihe nach: Am Anfang des Projektes standen die Entwicklung der kompletten Soft-ware für die Montagelinien in Komsomolsk und die Fertigung der Werkstücke und Maschinen am Brötje-Hauptsitz im niedersächsischen Wiefel-stede. Nach Abnahme des Kunden wurden sie per Zug und LKW nach Russland transportiert und von Brötje-Mechanikern montiert.

Vor Ort folgten die Installation der Elektrik und schließlich die Inbetriebnahme der Produktions-anlage. Jeder dieser Schritte dauerte pro Monta-gelinie rund vier Monate. Auf der kleineren, 700 Quadratmeter umfassenden Montagelinie wer-den der Flugzeugrumpf und die beiden Flügel gefertigt. Auf der mit 1.000 Quadratmetern grö-ßeren Montagelinie wird dann das gesamte Flug-zeug final bearbeitet. Die Fertigung geschieht mithilfe der Positioniertürme, von denen sich auf

KNOW-HOW-VERMITTLUNG UND INBETRIEB-NAHME GEHEN HAND IN HAND

› 17

› 17Halbrumpf-Montagelinien,

Endmontagesysteme, Nietanlagen und andere

CNC-Automationsein-richtungen entstehen auf

individuelle Kundenbedürf-nisse zugeschnitten bei

Brötje Automation.

Page 33: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

der Spez ial ist 33

› 18

Januar 2009 die voraussichtlich letzte Reise nach Komsomolsk an. Vier Jahre nach der Beauftra-gung begleitete und kontrollierte er den Beginn der Produktion. Ungeachtet der widrigen Wetterverhältnisse zeigten sich beide, Werner und Weber, begeistert von ihren Aufenthalten in Russland. „Die Hilfsbe-reitschaft der Russen ist toll – im Werk wie auch im täglichen Leben“, erzählt Weber. Bei der Kom-munikation stand dem Team ein Dolmetscher zur Seite. „Nur in Restaurants oder Supermärk-ten mussten wir uns mitunter mit Händen und Füßen verständigen. Aber auch das hat geklappt.“ Ebenso erfolgreich war auch die Inbetriebnahme der beiden Montagelinien, die die Produktion des „Superjet 100“ sicherstellen. Nun steht der „neuen Perle der russischen Zivilluftfahrt“ nichts mehr im Wege.

den beiden Montagelinien insgesamt acht Stück befinden. Der Brunel Spezialist Andreas Werner arbei-tete zusammen mit dem Brötje-Team auch an der elektrischen Inbetriebnahme der Produktionsan-lage. Der Techniker prüfte und protokollierte alle Funktionen, um die Leistungsfähigkeit der gesam-ten Anlage beurteilen zu können. Zudem führte er im November 2008 Schulungen für die Mitarbei-ter des russischen Kunden durch. „Unsere Aufgabe bestand nicht nur darin, die Anlage in Betrieb zu nehmen, sondern auch darin, das Know-how rund um diese spezielle Anlage zu vermitteln. So kann der Kunde die Produktion sicherstellen und War-tungen selbstständig durchführen“, berichtet Werner. Denn er und seine Kollegen von Brötje waren nur anfangs zur Produktionsunterstützung vor Ort. Seit die Anlage läuft, haben mindestens zwei russische Mitarbeiter pro Montagelinie die Bedienung übernommen. Während Andreas Wer-ner Ende des vergangenen Jahres das letzte Mal nach Russland flog, stand für Rainer Weber Ende

INFO

Brötje Automation, ein Unternehmen der Claas-Gruppe, ist führend in der Entwicklung und Kon-struktion von CNC-Auto-mationseinrichtungen sowie Montagezentren für die Luftfahrtindustrie.Gegründet 1976 in Rastede hat es seit 1991 seinen Sitz in Wiefelstede. Dort beschäftigt Brötje über 300 Mitarbeiter. Eine weitere Niederlassung befindet sich in Omaha im US-Bundesstaat Nebraska.

› 18Flugzeuge entstehen nicht an der Werkbank: Um wirt-schaftlich und schnell zu produzieren, setzen Flug-zeughersteller weltweit auf die Automationsan-lagen und Montagelinien von Brötje Automation.

Page 34: Der Spezialist - Ausgabe 13

TEX T › Marco Heinen

HISTORY

der Spez ial ist34

Schiffshebewerk : Mit muskelkraft hoch hinaus

› 19Das von J. F. Mende gebaute Modell für ein Hebewerk an der Unstrut (Ende 1787/Anfang 1788) könnte als Vorlage für das „Kahnhebehaus Rothen-furth“ gedient haben.

Der Bau des weltweit ersten Senkrecht-Hebe-werks für Schiffe vor über 200 Jahren war eng mit der Entwicklung des Bergbaus in der Region um Freiberg in Sachsen verbunden. Nach rund einem Jahr Bauzeit ging die zwischen den Orten Rothen-furth und Halsbrücke gelegene Anlage 1789 in Betrieb. Sie ermöglichte es, Schiffe von der Frei-berger Mulde in den höher und versetzt gelege-nen Kurprinzer Bergwerkskanal umzusetzen. Be-laden wurden die Schiffe mit Silbererz aus der staatlichen Grube „Churprinz Friedrich August Erbstolln“, von wo aus sie teils über Kanäle, teils flussaufwärts auf der Mulde zur Hütte bei Hals-brücke bewegt wurden. Zwar gab es in anderen Ländern durchaus schon Schleusen und auch Hebewerke anderer Bauweisen. Doch bei diesen wurden die Schiffe auf einer geneigten Ebene auf das andere Kanalniveau transportiert.

Noch heute sind Mauerreste des „Kahnhebehau-ses Rothenfurth“, das auch als „Kahnhebehaus Halsbrücke“ bezeichnet wird, als technisches Denkmal erhalten. Schiffe von bis zu 8,5 Metern Länge, 1,6 Metern Breite und bis zu drei Ton-nen Gewicht konnten über 6,8 bis 8 Meter senk-recht in die Höhe gehoben und seitwärts über ein Landstück verschoben werden. Betrieben wurde die Konstruktion von zwei bis vier Männern. Sie

bewegten mit ihrer Muskelkraft bis zu vier Ton-nen, inklusive des Gewichts der Hebevorrich-tung. Eine Zeichnung von 1806 zeigt das Hebe-werk als ein schmales, längliches, hohes Gebäude. Eine senkrechte Wand im Innern, der so genannte Fangedamm, hielt auf der einen Seite das Wasser der Zufahrt des oberen Kanals zurück und stellte auf dem tieferen Niveau die Begrenzung für die untere Zufahrt dar. Unter dem Dach verlief über die gesamte Länge des Gebäudes eine Holzbahn mit hölzernen Zahnstangen, auf der der Wagen mit einer Winde mittels einer Kurbelvorrichtung bewegt werden konnte. Einer Beschreibung der Funktionsweise aus dem 19. Jahrhundert zufolge wurde der Kahn mit Hilfe von zwei Seilen und Flaschenzügen gehoben. So konnte er in die Höhe

Das erste Senkrecht-Schiffshebewerk wurde von Johann Friedrich Mende 1789 in Sachsen gebaut. Seither hat sich die Technik weiterentwickelt. Zurzeit entsteht in China am Drei-Schluchten-Staudamm das mit Abstand größte Senkrecht-Hebewerk der Welt.

MIT MUSKELKRAFT WURDEN BIS ZU VIER TONNEN BEWEGT

› 19

Page 35: Der Spezialist - Ausgabe 13

HISTORY

der Spez ial ist 35

gezogen und über den Fangedamm hinweg in den jeweils anderen Zufahrtsbereich bewegt werden, wo er dann langsam wieder abgesenkt wurde. Erbauer dieses Schiffshebewerks war Johann Friedrich Mende, der am 3. Oktober 1743 in Lebusa in der Niederlausitz geboren wurde. Er war einer der ersten Studenten der 1765 gegründeten Frei-berger Bergakademie. Ein erfinderischer Geist und großes Geschick im Modellbau wurden ihm nachgesagt, zudem war er mit dem Ingenieur-wesen seiner Zeit vertraut. Schon 1767 erlangte der damals 23-Jährige den Titel eines Kunstmeis-ters, was neben den Kenntnissen im Bergbau auch Kenntnisse der Zimmermannskunst und des Was-

serbaus voraussetzte. Es folgte eine Studienreise in den Harz, wo sich Mende mit den dort übli-chen Techniken im praktischen Bergbau vertraut machte. Anfang 1770 wurde er als Erster in das Amt eines Kunstmeisters bei allen sächsischen Bergämtern bestellt und hatte damit die Auf-sicht über alle Bergwerksmaschinen der Region. Ab 1788 führte er den Titel eines Maschinendi-rektors. Ausgangspunkt für den Bau des Kahnhebe-hauses war der im August 1788 vom Kurfürsten Friedrich August III. an das Freiberger Oberberg-amt und an Mende erteilte Auftrag zur Erwei-terung eines bereits vorhandenen Systems aus

› 20

› 20Halsbrücke an der Mulde hat eine besondere Sehenswürdigkeit zu bie-ten: Die Reste des weltweit ersten Senkrechthebe-werks für Schiffe.

Page 36: Der Spezialist - Ausgabe 13

› 21

Page 37: Der Spezialist - Ausgabe 13

HISTORY

37der Spez ial ist

Kunstgräben. Vom Transport der Erze auf dem Wasserwege zur rund fünf Kilometer talauf-wärts gelegenen Hütte versprach man sich vor allem geringere Kosten im Vergleich zu den bis dahin zum Transport der Ware an Land eingesetz-ten Pferdefuhrwerken. Dass der Kurfürst explizit auch Hebevorrichtungen wünschte, erklärt sich dadurch, dass Mende ihm bereits zwei Monate zuvor ein Hebewerk-Modell vorgeführt hatte. Die-ses hatte er, so wird vermutet, als Teil eines ganz anderen Großprojektes entworfen, nämlich für die in den 1790er Jahren realisierte Schiffbarma-chung des Flusses Unstrut im heutigen Sachsen-Anhalt. Der Entwurf wurde in dieser Form zwar nicht gebaut, doch es gibt Indizien, dass er als Vor-bild für das „Kahnhebehaus Rothenfurth“ gedient haben könnte. Das Modell ist erhalten und steht im LWL-Industriemuseum „Altes Schiffshebewerk Henrichenburg“ in Waltrop in Westfalen. Knapp 80 Jahre leistete das aus heutiger Sicht wegweisende technische Bauwerk wertvolle Dienste. Historisch ungeklärt ist die Frage, warum das „Kahnhebehaus Rothenfurth“ 1868 außer Betrieb gesetzt wurde. „Ob betriebswirtschaftli-che Gründe oder sich verändernde Transportwege den Ausschlag für die Stilllegung gaben, darüber lässt sich nur spekulieren“, erläutert Dr. Eckhard Schinkel vom LWL-Industriemuseum in Dort-mund. Als Fachmann für Binnenschifffahrt und Wasserstraßen hat er sich unter anderem mit der Geschichte und Entwicklung von Schiffshebewer-ken beschäftigt und mehrere Bücher zum Thema publiziert.

Bekannt sind dagegen die Gründe, warum das Kahnhebehaus trotz seines innovativen Cha-rakters nicht als Vorbild für andere Ingenieure diente: Zum einen fürchtete der sächsische Kur-fürst Industriespionage und hatte daher kein Interesse daran, dass das Bauwerk über die Lan-

desgrenzen hinaus bekannt wurde. Zum anderen wurden vergleichbare Entwicklungen in anderen Ländern wie England, Frankreich und den Nie-derlanden weitgehend unabhängig voneinander vorangetrieben und realisiert. Die dortigen Senk-recht-Hebewerke waren allerdings allesamt spä-teren Ursprungs. Seit dem 19. Jahrhundert wurden weitere Schiffshebewerke unterschiedlicher Funktions-weise entwickelt, unter anderem abhängig von den jeweiligen geologischen Voraussetzungen der zu überwindenden Hindernisse. Unterschiede gibt es auch in der Frage, ob ein Schiff in einem wassergefüllten Trog befördert oder „trocken“ aus dem Wasser gehoben wird. Darüber hinaus wer-den verschiedene Antriebsformen und Formen des Gewichtsausgleichs genutzt. Das gegenwärtig größte Senkrecht-Schiffshebewerk der Welt befin-det sich am Canal du Centre in der Provinz Hai-naut im Süden Belgiens. Der Canal du Centre ver-bindet als Verkehrsader der belgischen Schwer-industrie den östlich im Maasbecken gelegenen Kanal Charleroi–Brüssel mit dem Kanal Nimy–Blaton–Péronnes. Zwischen 1888 und 1917 wur-den hier an unterschiedlichen Stellen vier hydrau-lisch betriebene Hebewerke (in Houdeng-Goeg-nies, Houdeng-Aimeries, Bracquegnies und Thieu) mit einer Hubhöhe von 15 bis 17 Metern gebaut und in Betrieb genommen. Doch die Dimensi-onen des Canal du Centre und der Hebewerke waren wegen der immer größeren Schiffe schon bald nicht mehr ausreichend, weshalb die knapp 19 Kilometer lange Wasserstraße seit Anfang der Sechzigerjahre teilweise neu gebaut wurde. Teil dieser Maßnahme war die Errichtung des Dop-pel-Gegengewichtshebewerks im neuen Stück des Kanals in Strépy-Thieu, das 2002 fertiggestellt wurde. Die alten Hebewerke zählen seit 1998 zum UNESCO-Weltkulturerbe und werden bis auf eines noch heute für den Verkehr mit kleineren Schiffen betrieben. Mit 73,15 Metern Hubhöhe, einer Gesamthöhe von 117 Metern und 130 Metern Länge ist das Senk-

INDUSTRIESPIONAGE: VOM INNOVATIVEN HEBEWERK SOLLTE KEINER WISSEN

PORTRÄT

Dr. Eckhard Schinkel vom Landschaftsverband-West-falen-Lippe(LWL)-Industrie-museum ist Experte für Binnenschifffahrt und Wasserstraßen.

› 21Im belgischen Strépy-Thieu am Canal du Centre befin-det sich das zurzeit größte Schiffshebewerk der Welt.

Page 38: Der Spezialist - Ausgabe 13

HISTORY

der Spez ial ist38

recht-Hebewerk von Strépy-Thieu gegenwärtig das größte seiner Art weltweit. Die Anlage verfügt über zwei Hebevorrichtungen mit Trögen von 3,75 Metern Wassertiefe, die unabhängig vonein-ander mittels Gegengewichten bewegt werden können.

Gebaut wurde sie vor allem für so genannte Euro-paschiffe mit bis zu 1.350 Tonnen Gewicht, wobei jede Hebevorrichtung für Gewichte von bis zu 2.000 Tonnen ausgelegt ist. Tröge und Gewichte sind mit Drahtseilen verbunden, die über Um-lenkrollen geführt werden, so dass beim Heben und Senken nur Reibungswiderstände überwun-den werden müssen. Zusätzliche Energie, die für das Anfahren und Bremsen benötigt wird, liefern vier Elektromotoren mit je 500 Kilowatt Leistung. Die verkehrstechnische Bedeutung von Senk-recht-Hebewerken lässt sich am Beispiel des 1934

fertiggestellten Hebewerks von Niederfinow in Brandenburg ablesen, das 37,14 Meter Höhen-unterschied zwischen dem Oderbruch und der Barnimer Höhe überwindet. Direkt neben der denkmalgeschützten Anlage soll bis 2013 ein Neubau entstehen, um den gewachsenen Bedürf-nissen der Binnenschifffahrt Rechnung zu tragen. Auch in China wird am Drei-Schluchten-Stau-damm ein Senkrecht-Hebewerk gebaut, das von seinen Dimensionen her alles bisher Dagewesene in den Schatten stellen wird. Die Beispiele bele-gen, dass die Technik nach wie vor aktuell ist – auch wenn sie nicht mehr viel mit dem zu tun hat, was Johann Friedrich Mende einst in Sachsen baute.

DIE DIMENSIONEN DER HEBEWERKE WACHSEN AUCH HEUTE NOCH

› 22

› 22Diese Aufnahme zeigt die Seilscheiben im Schiffs-hebewerk Niederfinow am Oder-Havel-Kanal um das Jahr 1934. Über die Stahlräder laufen armdicke Drahtseile, die Trog und Gegengewicht verbinden.

Page 39: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

39der Spez ial ist

Intell igente Fahrwerke

Ihr eigentliches Element ist die Luft. Aber bei Start und Landung müssen sich Flugzeuge auch am Boden bewähren. Statistisch betrachtet steigt alle zwei Sekunden irgendwo auf der Welt ein Flugzeug gen Himmel. Und ebenfalls alle zwei Sekunden setzt an anderer Stelle der Erde eine Maschine zur Landung an. Tag und Nacht, an 365 Tagen im Jahr. Maßgeblich daran beteiligt sind hochkomplexe Fahrwerkssysteme, deren Zuverlässigkeit durch intelligente elektronische Systeme gesichert wird. Einer der weltweit führenden Ausrüster für die Luftfahrtindustrie ist die Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. Das Unterneh-men mit Sitz in Lindenberg im Allgäu entwickelt und fertigt moderne Fahrwerkssysteme.

„Jeder Flug erfordert genauso wie jeder einzelne Start- oder Lan-devorgang ein perfektes Zusammenspiel von Mensch und Tech-nik“, erklärt Markus Reiß, der seit rund eineinhalb Jahren als Systemingenieur für Brunel in Lindenberg im Einsatz ist. In sei-nem aktuellen Projekt ist er dort mit dem elektronischen Fahr-werkssystem für ein Regionalflugzeug eines renommierten internationalen Kunden befasst. Das System wurde von 1999 bis 2004 bei Liebherr entwickelt. Inzwischen wird es erfolgreich seriengefertigt und weltweit bei über 500 Flugzeugen einge-setzt. Ein Fahrwerk wird nach dem Abheben eines Flugzeugs zunächst ein- und dann vor der Landung wieder ausgefahren. Um dabei einen reibungslosen Ablauf und ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, werden sämtliche Prozesse zur Fahrwerksbetätigung fortwährend von intelligenten, elektroni-schen computergestützten Systemen gesteuert und überwacht.

Diese sind in der Lage, durch ent-sprechende Programmierungen auf Basis unterschiedlichster Anwen-dungsszenarien die jeweils opti-male Entscheidung in Hinblick auf eine bestimmte Situation zu tref-

Die Anforderungen an moderne Fahrwerkssysteme sind extrem hoch, sowohl von mechani-scher als auch von elektronischer Seite. Liebherr-Aerospace in Lindenberg entwickelt Lösun-gen, die das perfekte Zusammenspiel von Mensch und Technik aktiv unterstützen.

TECHNOLOGIEN FÜR EIN HÖCHSTMASS AN SICHERHEIT

› 23

› 23Fünf Jahre Entwicklungs-zeit: Dieses Hauptfahrwerk für ein Regionalflugzeug wurde bei Liebherr-Aerospace in Lindenberg entwickelt.

TEX T › Robert Uhde

Page 40: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

der Spez ial ist40

fen. Damit können sie flexibel und zuverlässig reagieren. „So ist es zum Beispiel wichtig, dass das Flugzeug bei hoher Geschwin-digkeit vor dem Abheben und nach der Landung keinen größe-ren Lenkausschlag des Fahrwerks zulässt“, erklärt Markus Reiß. „Ein geringer Ausschlag ist dagegen wichtig für einen sicheren Lande- oder Startvorgang.“ Denn während ein hoher Ausschlag zum Blockieren des Fahrwerks führen würde, sorgt der geringe Ausschlag für eine weiche Landung beziehungsweise ein sanf-tes Abheben. Entscheidend für die Arbeit der intelligenten Systeme sind die so genannten Controller. Diese umfangreichen elektroni-schen Steuerungseinheiten regeln im Verbund untereinan-der die verschiedenen Anwendungen zur Fahrwerksbetäti-gung, wie beispielsweise die Lenkung oder das Bremssystem. „Da das Fahrwerkssystem bereits in Serie gefertigt wird, liegt

der besondere Reiz bei meinem Pro-jekt in der Umsetzung von nachträg-lichen Kundenwünschen wie zum Beispiel der Reduzierung des Lenk-ausschlages bei einer bestimmten Geschwindigkeit“, beschreibt Mar-kus Reiß seine Tätigkeit. Dazu wer-den die Controller entsprechend mo-difiziert. Bei der Realisierung dieser Kundenanforderungen ist er sowohl für die notwendigen Systemtests als auch für das Erstellen und Prüfen sämtlicher technischer Dokumente zur Qualifizierung der Fahrwerke verantwortlich. Darunter fallen ins-

› 24Brunel Spezialist Markus Reiß an seinem Arbeits-platz bei Liebherr-Aero-space, wo er die speziellen Kundenwünsche für Lenkung und Bremssystem des Fahrwerks umsetzt.

› 24

Page 41: Der Spezialist - Ausgabe 13

technische projekte

der Spez ial ist 41

besondere Versuchsberichte sowie technische Beschreibungen. Die Dokumentation dient zum einen der internen Kommuni-kation und der Abstimmung mit der Entwicklungsabteilung von Liebherr. Darüber hinaus liefert sie Kunden und Behörden die notwendigen Informationen, mit denen sie die einzelnen Anwendungen in ihrer Komplexität nachvollziehen und über-prüfen können.

Markus Reiß arbeitet direkt an der Schnittstelle zwischen den Bereichen Entwicklung, Elektronik, Projektmanagement, Qua-litätsmanagement und Reparatur. In Bezug auf technische Fra-gen hat er gleichzeitig Kontakt zum Kunden sowie zu Zulie-ferern. Die Koordination der verschiedenen Aufgaben stellt nicht nur eine organisatorische Herausforderung dar, sondern bedeutet gleichzeitig eine große Verantwortung. Schließlich arbeitet er an sicherheitsrelevanten Systemen, an die höchste System- und Softwareanforderungen gestellt werden. Zwar beschäftigt er sich dabei mit unterschiedlichsten technischen Themen, von der Systemarchitektur über die Soft- und Hard-ware bis hin zur Sensorik der Fahrwerke. „Trotz der verschiede-

nen Aufgaben würde ich mich aber letztlich eher als Spezialisten denn als Generalisten betrachten“, so der Systemingenieur. Neben dem hohen technischen Anspruch musste Reiß sich einer weiteren Herausforde-rung stellen: Die gesamte Kommu-nikation und Dokumentation des Projekts läuft auf Englisch ab. „Die grundlegenden Kenntnisse waren natürlich schon durch Schule und Studium vorhanden. Die spezifi-schen Sprachkenntnisse und Fach-begriffe kamen dann aber erst in der täglichen Arbeit hinzu“, so Reiß. Genauso wie die notwendigen Soft Skills: „Teamfähigkeit wird hier bei jedem Projekt großgeschrieben. Als Einzelkämpfer wäre man hier auf verlorenem Posten.“

› 25

› 25Start und Landung sind die sensibelsten Phasen eines jeden Fluges. Damit alles glattläuft, muss das Fahr-werk präzise funktionieren und unterliegt deshalb höchsten Sicherheitsanfor-derungen.

SYSTEMINGENIEURE SIND ABSOLUTE SPEZIALISTEN TROTZ VIELFÄLTIGER AUFGABEN

Page 42: Der Spezialist - Ausgabe 13

› 26

Page 43: Der Spezialist - Ausgabe 13

QUERDENKEN

43der Spez ial ist

Aus Zeppel in und Hel ikopter wird QuadZeppCopter

als semesterübergreifende Projektarbeit für den Studiengang Elektronik- und Informationstech-nik aus. Im März 2008 nahm er mit vier Elektro-nikstudenten die Arbeit auf, im September 2009 soll das Fluggerät endgültig fertig gestellt sein. Die Grundlage für den QuadZeppCopter bil-deten also Bartels Ideen, die Details des mecha-nischen Aufbaus sowie des Designs der elektro-nischen Schaltungen, Sensoren und Software wurden im Team ausgearbeitet und umgesetzt. Bereits sechs Monate nach dem ersten Treffen der Projektgruppe startete der QuadZeppCopter schon zu seinem erfolgreich absolvierten Jung-fernflug. Und das, obwohl die vier mit Helium gefüllten Zeppeline, die aufgrund ihrer Form auch Toroide oder Donuts genannt werden, noch nicht mit an Bord waren. Deren Bau ist ein komplizier-tes Unterfangen, weshalb Bartel und seine Stu-denten auf das Know-how externer Fachleute angewiesen sind. „Seit Beginn des Projektes bin ich auf der Suche nach einem Partnerunterneh-men, das uns mit passenden Materialien und Fertigungstechnologien unterstützt“, so Prof. Bar-tel. „Die Folientechnologie der Toroide hat sich als die schwierigste Aufgabe des gesamten Pro-jektes herauskristallisiert.“ Neben hohen Mate-rialkosten sei das Schweißen und weitere Verar-beiten der Folien äußerst komplex. Nach diversen Gesprächen mit entsprechenden Firmen hofft er, im Laufe des Frühjahrs 2009 eine Lösung zu fin-den. Die reifenförmigen Zeppeline werden dann

TEX T › André Tucic

Noch sind die letzten technischen Herausforderungen nicht gelöst, doch Studenten und Pro-fessoren der Hochschule Aalen sind optimistisch, den QuadZeppCopter, eine Kombination aus Zeppelin und Helikopter, bis Herbst zur Serienreife zu entwickeln.

Um archäologische Fundstätten oder Großbau-stellen per Foto- oder Videokamera zu vermes-sen, werden bis dato Mini-Helikopter, Kräne oder Flugzeuge eingesetzt. Derzeit entwickeln Elektro-nikstudenten der Hochschule Aalen ein Flugge-rät, das das Potenzial hat, diese bodennahe Luft-fotografie zu verändern: den QuadZeppCopter, eine Kombination aus Helikopter und Zeppelin. „Die gängigen Arten der Vermessung sind oft mit immensem Energie- und Kostenaufwand verbun-den“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Manfred Bartel, Erfin-der des QuadZeppCopters. Sein Fluggerät soll eine günstigere, sichere und in Hinblick auf das Bild-material qualitativ bessere Alternative darstel-len. Das Besondere: Jeweils vier Rotoren und Zep-peline sorgen dafür, dass der QuadZeppCopter nahezu bewegungslos in der Luft verharren kann.

Seit 1995 ist Prof. Manfred Bartel an der Fakultät Elektronik und Informatik in Aalen tätig. Inspi-riert von Edward G. Vanderlip, der in den Sechzi-gerjahren einen rotorbetriebenen Helikopter für den Personenverkehr mit einem Zeppelin kom-binierte, entwickelte er Anfang 2007 die Idee für den QuadZeppCopter. Nachdem er sich versichert hatte, dass seine Weiterentwicklung von Vander-lips Fluggerät patentfrei ist, schrieb Bartel die Ent-wicklung und Konstruktion des QuadZeppCopters

DER JUNGFERNFLUG IST BEREITS ERFOLG-REICH ABSOLVIERT

PORTRÄT

Prof. Dr.-Ing. Manfred Bartel, Professor an der Fakultät Elektronik und Informatik der Hochschule Aalen ist geistiger Vater des QuadZeppCopters.

› 26Die Baustellenüber-wachung ist nur eines der vielen möglichen Anwendungsgebiete des QuadZeppCopters. Er spürt auch Schäden an schwer zugänglichen Stellen auf oder liefert Archäologen den Überblick.

Page 44: Der Spezialist - Ausgabe 13

querdenken

44 der Spez ial ist44

jeweils einen Rotor inklusive des dazugehörigen Motors umschließen. So sind die Luftschrauben besser vor äußeren Einflüssen geschützt und ein optimaler Luftstrom ist garantiert.

Bereits voll funktionsfähig sind die elektronischen Komponenten des QuadZeppCopters. Diese befin-den sich auf der zentralen Fläche zwischen den vier im Rechteck angeordneten Rotoren und Toro-iden unter der so genannten Dome. Diese Kup-pel aus Karbonfaserkunststoff, einem besonders leichten und wetterbeständigen Material, dient als Witterungsschutz für die gesamte Elektronik, die beiden Kameras und die fünf Akkumulato-ren. „Im Kern besteht die Elektronik aus vier Units, die von einem Akkumulator mit Energie versorgt werden und die gesamten steuerungstechnischen und kommunikativen Aufgaben lösen“, erläutert Prof. Bartel. So stellt die Motor Control Unit sicher, dass die vier Motoren, die von jeweils einem der

vier weiteren Akkumulatoren angetrieben wer-den, unabhängig voneinander funktionieren. Die Steuerungszentrale des QuadZeppCopters nennt sich Flight Control Unit. Diese ist teilweise doppelt angelegt, so dass bei einem Ausfall ein Zweitsys-tem aktiviert wird und die Absturzwahrschein-lichkeit dadurch gen Null tendiert. Die drahtlose Kommunikation zur Bodensta-tion verantwortet die Radio Control Unit. Der QuadZeppCopter kann vom Boden aus per Funk manuell gesteuert werden oder mithilfe eines GPS-Signals autonom fliegen. „Es ist also mög-lich, einen Auftrag vorab zu definieren“, so Prof. Bartel. „Das umfasst sowohl das Abfliegen einer bestimmten Strecke als auch das Fotografieren oder Filmen gewisser Areale.“ Spezielle Micro-Electro-Mechanical-System(MEMS)-Sensoren sor-gen dafür, dass der QuadZeppCopter selbststän-dig seinen Weg findet und sich stabil in der Luft hält. Sie sind in der Lage, stetig Daten zu messen und daraus die Flugposition und Geschwindigkeit zu berechnen. Bei beiden Steuerungsvarianten werden die Flugbewegungen über eine ebenfalls

› 27

DIE STEUERUNG ERFOLGT MANUELL ODER PER GPS-SIGNAL AUTONOM

› 27Der QuadZeppCopter liefert wackelfreie Bilder für die unterschiedlichsten Anwendungen. Er kann manuell gesteuert werden, wie hier im Bild, oder feste Zielpunkte oder Routen abfliegen.

Page 45: Der Spezialist - Ausgabe 13

QUERDENKEN

4545der Spez ial ist

unter der Kuppel befindliche und in Flugrichtung zeigende On-Board-Kamera verfolgt und kon-trolliert. „Für seine eigentliche Aufgabe, nämlich präzise Foto- oder Videoaufnahmen durchzufüh-ren, wird der QuadZeppCopter mit einer weiteren hochwertigen Kamera bestückt“, so Bartel. Beide Kameras sind mit der vierten Unit, der Camera Control Unit, verknüpft, die die Aufnahmen sowie die Übertragung der Bilder an die Bodenstation regelt.

Neben den Sicherheitsaspekten lag das Haupt-augenmerk bei der Entwicklung des QuadZepp-Copters auf seinem stabilen Flugverhalten. Eine im wahrsten Sinne des Wortes tragende Rolle spie-len dabei die vier Toroide. Durch die Heliumkam-mern kann das mit 1,5 Kilogramm ohnehin schon geringe Gewicht des QuadZeppCopters kompen-siert werden. Und weniger Gewicht entlastet so-wohl die Motoren als auch die Akkumulatoren. „Daher konnten wir elektrische Brushless-Direct-Current(BLDC)-Motoren verwenden“, erklärt Prof. Bartel. „Diese benötigen weniger Leistung und verursachen zudem kaum Vibration.“ Sein Flie-gengewicht verdankt das Fluggerät den in Leicht-bauweise gefertigten mechanischen Komponen-ten, die etwa aus kohlenstoffverstärktem Kunst-stoff gefertigt sind. Zum Vergleich: Die bislang in der Luftfotografie eingesetzten Mini-Helikop-ter wiegen rund 5 Kilogramm. „Diese Masse kann nur ein leistungsstarker, aber eben auch stark vib-rierender Kolbenmotor zum Fliegen bringen“, so Prof. Bartel. Erste Interessenten für das neue Fluggerät gibt es bereits: „Wir haben Kontakt zu einer Firma aus Weimar, die Unternehmen dabei unterstützt, Kos-tenvoranschläge für Gebäude-Restaurationen zu erstellen, indem sie das zu restaurierende Objekt überfliegt und fotografiert und damit das Aus-maß des Auftrages erfasst“, so Prof. Bartel. Diese

Anfrage schürte nicht nur den Optimismus der Projektgruppe, sie gab dem Team auch ein kon-kretes Argument an die Hand, regionale Unter-nehmen als Kooperationspartner zu gewinnen. War es zu Beginn der Entwicklung noch schwer, Geldgeber zu akquirieren, nennt Bartel den Quad-ZeppCopter mittlerweile ein „Gesamtprojekt der Region“. So beteiligen sich lokal ansässige Fir-men als Zulieferer – sowohl von Know-how als auch von Material. C. F. Maier stellt Komponenten aus Kunststoff und Leichtmetall zur Verfügung, Zeppelin NT berät bei der Zeppelinkonstruktion, Praxair liefert Helium und Varta die Akkumulato-ren. Daher ist Manfred Bartel frohen Mutes, dass seine Erfindung bald fertig gestellt werden kann: „Meine Studenten und ich setzen alles daran, dass der QuadZeppCopter gebaut und vermarktet wird.“

45

DER QUADZEPPCOPTER IST MITTLERWEILE EIN GESAMTPROJEKT DER REGION

› 28

› 28Das Entwicklungsteam des QuadZeppCopters (v. l.): Christian Banzhaf, Sebas-tian Maier, Josef Hahn-Dambacher, Stefan Saulig, Pascal Klipstein.

Page 46: Der Spezialist - Ausgabe 13

PANORAMA

46 der Spez ial ist

Des ign Think ing mit Knete und Pfe ifenrein igern

TEX T › Marco Heinen

Es summt wie in einem Bienenkorb in dem gro-ßen Raum mit den mobilen roten Sofas, Tafeln und bunten Sitzwürfeln aus Schaumstoff. Junge Leute diskutieren an fahrbaren Arbeitstischen, auf denen Scheren, Zettel, Fotos und meist auch ein Laptop ein kreatives Durcheinander bilden. Auf bunten Notizzetteln stehen Stichworte wie „Orientierung war gut“ oder „Einführungsreden überflüssig“. Die 42 Studierenden des zweiten Jahrgangs der HPI School of Design Thinking in Potsdam werten die Ergebnisse ihrer Campus-Umfrage aus und lösen damit eine ihrer ersten Aufgaben in diesem Semester. Sie besteht da-rin, Kommilitonen am Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik (HPI) den Einstieg in das Studium zu erleichtern, indem sie den Semester-beginn dort genau unter die Lupe nehmen. Dafür unterhalten sie sich eingehend mit den Neulin-gen und erarbeiten Verbesserungsvorschläge. Es ist eine praktische Übung, um sich mit der Vor-gehensweise des „Design Thinking“ vertraut zu machen, das an der HPI School of Design Thinking in einer einjährigen, kostenlosen Zusatzausbil-dung gelehrt wird. Es handelt sich dabei um eine Methode, gezielt innovative Ideen für alle Lebens-bereiche zu entwickeln. Als Lehrkräfte fungieren acht Professoren von Berliner und Brandenburger Universitäten, vom Betriebssystem-Spezialisten bis zur Humanbio-login, sowie acht wissenschaftliche Mitarbeiter. Die Studenten des neuen Jahrgangs befinden sich

in der Endphase ihres Hauptstudiums und kom-men – ähnlich wie im Vorjahr – aus 32 Fachberei-chen. Darunter sind angehende Absolventen etwa der Luft- und Raumfahrttechnik, der Amerikanis-tik, der Philosophie oder der Innenarchitektur. Entsprechend vielfältig sind auch die Bereiche, aus denen die Aufgaben und Projekte stammen. „Ich hoffe, dass wir durch den interdisziplinären Ansatz wichtige Fähigkeiten vermittelt bekom-men, um komplexe Softwaresysteme noch bes-ser zu machen“, formuliert beispielsweise Stefan Hampel, der sein Hauptstudium am HPI absol-viert, seine Erwartungen an die Ausbildung. Für diese gibt es übrigens keine Noten und Zeugnisse, sondern am Ende ein Zertifikat. Voraussetzungen sind gute Studienleistungen, Teamfähigkeit sowie Kenntnisse, die über im Hauptstudium erlernte Kernkompetenzen hinausgehen. 120 Bewerber wurden für den zweiten Studienjahrgang gezählt, 60 von ihnen wurden eingeladen und nach einem mehrtägigen „Bootcamp“ wurden noch einmal 18 nach Hause geschickt.

Das Studium unterliegt Regeln, die der Kreativi-tät zwar keine Grenzen setzen, sie aber in geord-nete Bahnen lenken sollen. So stehen überall im Gebäude Stoppuhren, damit zum Beispiel Prä-sentationen nicht ausufern. Es gibt zwar ledig-

Studenten unterschiedlicher Fachrichtungen entwickeln an der HPI School of Design Thinking in Potsdam gemeinsam innovative Produkte. Praxisnähe ist durch Projektpartner aus der Wirt-schaft und konkrete Problemstellungen garantiert, erste Produkte werden bereits umgesetzt.

› 29Auf die Plätze, fertig, los: Per Stoppuhr wird in der Erfinderuni die Kreativi-tät in geregelte Bahnen gelenkt.

IN EINER DEFINIERTEN KULTUR DES AUSTAU-SCHES ENTSTEHT KREATIVITÄT

Page 47: Der Spezialist - Ausgabe 13

47der Spez ial ist

lich zwei Präsenztage, doch „der Studiengang kos-tet viel Energie, denn man ist von morgens bis abends hoch konzentriert“, schildert Tilmann Lindberg, Ph. D.-Student am HPI und im ersten Studienjahr wissenschaftlicher Mitarbeiter an der HPI School of Design Thinking, den Studien-alltag. Die Methode des „Design Thinking“ beruht auf der Überzeugung, dass Innovationen vor allem

dann entstehen können, wenn Experten verschie-denster Fachrichtungen zusammenkommen und in einer definierten Kultur des Austauschs die Schnittstellen ihrer Meinungen und Sichtweisen erforschen. Design wird dabei nicht im engeren Sinne als Formgebung verstanden, sondern als erfinderisches Entwickeln, bei dem Funktion, Nut-zerfreundlichkeit und äußeres Design von vorn-

› 29

Page 48: Der Spezialist - Ausgabe 13

48 der Spez ial ist

PANORAMA

herein als eine Einheit betrachtet werden. Des-halb werden Ideen umgehend visualisiert und aus Knetmasse, Pfeifenreinigern, Pappe und anderen Hilfsmitteln zu einem ersten Konzeptprototypen modelliert. Denn so kann schneller erkannt wer-den, ob eine Idee weiterverfolgt werden kann oder verworfen werden muss.

Das „Design Thinking“ wurde vor rund 20 Jah-ren von dem Amerikaner David Kelley konzipiert, dem Gründer der Designagentur IDEO und Pro-fessor an der Universität Stanford in Palo Alto, Kalifornien. Dort gibt es seit 2005 ein Institute of Design. Finanziert werden die Schulen in Palo Alto und Potsdam durch den SAP-Mitbegründer Profes-sor Hasso Plattner. Der hatte vor einigen Jahren bei einer SAP-Veranstaltung laut darüber nach-gedacht, wie die Produkte des Hauses bedarfsge-rechter gestaltet werden können, und dabei einen Zeitschriftenartikel über David Kelleys Konzept

in die Höhe gehalten. Durch Zufall erfuhr Kelley davon und nahm Kontakt zu Plattner auf, um mit ihm über ein mögliches Sponsoring seiner Arbeit an der Universität Stanford zu sprechen. Bald darauf hob der Mäzen in Kalifornien das „Hasso Plattner Institute of Design“ aus der Taufe. 2006 setzte Plattner sich dann die Gründung einer Dependance in Potsdam zum Ziel. Dort hatte er über eine Stiftung bereits das an die Universi-tät angegliederte HPI auf den Weg gebracht. Er wandte sich an Professor Ulrich Weinberg, einen Spezialisten auf dem Gebiet der dreidimensio-nalen Computeranimation. Plattner kannte ihn bereits aus dessen Tätigkeit als Vize-Präsident der Filmhochschule für Film und Fernsehen. „Ich ahnte da noch nicht, dass ich einmal die HPI School of Design Thinking leiten würde“, erzählt er. Als Plattner ihm das Angebot unterbreitete, hatte er schon einen Flug nach Peking gebucht, wo er eigentlich ein Forschungssemester absolvieren wollte. Aber Weinberg entschied sich für die HPI School of Design Thinking. Im Mai vergangenen Jahres flog er dann nach Palo Alto, sah sich alles

› 30

DAVID KELLEY FAND IN SAP-MITBEGRÜNDER HASSO PLATTNER EINEN FÖRDERER

› 30Unterschiedliche Kreativ-techniken von farbigen Klebezetteln bis zu Knet- masse visualisieren die Ideen, sorgen für Inspira-tion und fördern die Kommunikation unter den Teammitgliedern.

Page 49: Der Spezialist - Ausgabe 13

PANORAMA

49der Spez ial ist

an, führte Interviews, machte Fotos und entwarf ein Konzept für die Schule in Potsdam. Unternehmen, aber auch Regierungs- und Nichtregierungsorganisationen wurden frühzei-tig auf die „Innovationsschule“ aufmerksam und brachten sich als Projektpartner ein. Durch die Kooperationen können die Studierenden in ihrem zwölfwöchigen Abschlussprojekt mit realen Pro-blemstellungen konfrontiert werden. Da der Er-folg und die Nachfrage groß sind, wird daran gedacht, sechswöchige Projektpartnerschaften schon zum Ende des ersten Semesters einzurich-ten und bei wirtschaftlich potenten Partnern künftig auch einen finanziellen Obolus einzu-fordern.

Im vergangenen Jahr arbeitete die HPI School of Design Thinking unter anderem mit Vattenfall und Siemens zusammen. Anliegen der Unterneh-men war es, einen Anreiz für energiebewusstes Verhalten im Haushalt zu schaffen. Heraus kam ein mobiler Verbrauchsmesser, der die Energie-bilanz etwa für das Wohn-, Schlaf- oder Kinder-zimmer angibt. Der Verbrauch wird über Sen-soren nicht als Ganzes im Stromzähler gemes-sen, sondern kurz dahinter, wo die Leitungen in die einzelnen Wohnräume abgehen. Da die Ver-brauchswerte bei dem Gerät nicht in abstrakten Einheiten angegeben werden, sondern in den Far-ben Rot, Gelb und Grün, wird auf Anhieb klar, wo Einsparpotenziale zu suchen sind. Bei Vatten-fall und Siemens zeigte man sich begeistert und auch ein Wagniskapitalgeber hat schon Interesse signalisiert. Überzeugt der Businessplan, könn-ten die beteiligten Studierenden bald erfolgrei- che Jungunternehmer werden. Ebenso vielversprechend ist das im ersten Stu-dienjahr entstandene Konzept für ein IT-gestütz-tes System zur Verbesserung der Abläufe bei der industriellen Produktion von Fernsehserien. Part-

› 31

ner des Projekts war der Branchenriese Grundy UFA. Die Studierenden entwarfen eine intuitiv bedienbare Software, die das komplexe Zusam-menspiel der am Prozess beteiligten Akteure, vom Drehbuchautor bis zum Regisseur, optimiert. Im Prinzip funktioniert die Software wie ein elek-tronisches Karteikartensystem, bei dem zu ein-zelnen Szenen sowohl inhaltliche als auch orga-nisatorische Informationen notiert werden, auf die dann von den verschiedenen Personen zuge-griffen werden kann. Das Konzept wird schneller umgesetzt als gedacht: Studierende des Projekts arbeiten mittlerweile an der Implementierung der Software bei Grundy UFA.

ERFOLGVERSPRECHENDE ERFINDUNGEN WERDEN SCHNELL REALISIERT

› 31Revolutionär an dem „Design Thinking“-Ansatz ist, dass sowohl die drei bis vier Studenten pro Lerngruppe als auch ihre Professoren und Dozenten jeweils aus unterschiedli-chen Disziplinen kommen.

Page 50: Der Spezialist - Ausgabe 13

TERMINE

der Spez ial ist50

termine

Meilensteine

Der englische Astronom Friedrich Wilhelm Herschel (1738–1822) entdeckt den Planeten Uranus. Der Planet Uranus ist vier Mal größer als die Erde und der siebte Planet des Sonnensystems.

Die USA starteten von Cape Kennedy aus den ersten kommerziellen Nach-richtensatelliten. Eigentlich war er für einen Betrieb von nur 18 Monaten konzipiert, blieb dann aber vier Jahre in Betrieb.

Die französischen Brüder Auguste und Louis Lumière meldeten ein deut-sches Patent für einen Projektionsapparat für Filmstreifen an und legen damit den Grundstein für die Herausbildung einer internationalen Film-industrie.

13. März 1781

6. April 1965

11. april 1895

AUSGABE 13 || März 2009

März b is Mai 2009

3. – 5. März 2009

3. – 8. März 2009

20. – 24. april 2009

Messen und veranstaltungen

EMBEDDED WORLD, NÜRNBERGDie embedded world ist die weltweit größte Fachmesse für Embedded-Technologien. Nutzen Sie die Gelegenheit und vereinbaren Sie mit unse- ren Branchen-Experten Francisco Matensanz und Peter Klause (Brunel Communications) einen Gesprächstermin: 05121 / 17 60-900 oder [email protected]

CEBIT 2009, HANNOVERBesuchen Sie uns auf unserem Messestand in Halle 6 am Stand C43. Inte-ressenten können in Verbindung mit einem Gesprächstermin unter [email protected] Eintrittskarten (kostenfrei) für die Messe anfragen.

HANNOVER MESSE, HANNOVERÜberzeugen Sie sich von unserem Branchen-Know-how an unserem Messe-stand in Halle 6 und/oder vereinbaren Sie Gesprächstermine mit den Bru-nel Spezialisten unter: 0511 / 62 62 88-3 oder 0421 / 1 69 41-0.

› 3.–8. MärzPartnerland der CeBIT 2009

ist Kalifornien. Daneben stehen die Themen Web-

ciety und Green IT im Mittelpunkt der Leitmesse

für die Informations- und Kommunikationsindustrie.

›3. –5. März Auto, Handy, Fernseher, Flugzeug – hier und in

vielen anderen Bereichen werden Embedded-Tech-

nologien eingesetzt. Besu-chen Sie uns in Halle 11 auf

dem Stand 215.

Page 51: Der Spezialist - Ausgabe 13

AUSGABE 13 || März 2009

REDAKTIONSANSCHRIFT

Brunel GmbH, Redaktion „Der Spezialist“Airport City, Hermann-Köhl-Str. 1, 28199 [email protected] 0421 / 1 69 41-14

HERAUSGEBER

Brunel GmbH

VERANTWORTLICHER REDAKTEUR (V. I. S. D. P.)

Drs. J. A. van Barneveld, RA, CEO, Brunel International N. V., General Manager Brunel GmbH

REDAKTION

DIALOG Public Relations, BremenGfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen

GESTALTUNG

GfG / Gruppe für Gestaltung GmbH, Bremen

FOTOGRAFIE (COPYRIGHTS)

Sofern nicht abweichend, alle Angaben als Bildnummern: GfG / Gruppe für Gestaltung (Titel, U 2, 16, S. 31), Brunel GmbH (S. 3), dpa Picture-Alliance (01, S. 8–9, 05, 08, 22), Fotolia (02, 07, 11), Strandperle (03, 26), Günter Schreiber (S. 10),Panthermedia (04, 06, 27), Peter Busch (S. 13), Helmut Neunzert (S. 15), Siemens AG (09, 10), BMW AG (12), Henrik Matzen (S. 27–28, 15), Motorcycle Hall of Fame Museum (14), Brötje Automation GmbH (S. 5, 17–18), LWL-Industrie-museum, Dortmund / M. Holtappels (19), Wikipedia (20), Eckhard Schinkel (21, S. 37), Liebherr-International Deutsch-land GmbH (23, 24), Embraer (25), Manfred Bartel (S. 43, 28), School of Design Thinking (S. 5, 28–31)

DRUCK

Druckerei Girzig + Gottschalk GmbH, Bremen

ERSCHEINUNGSWEISE

3 Ausgaben / Jahr, Auflage 24.000 Stück

impressum

Brunel GmbH | Projektpartner für Technik und Management

specialists | projects | management

Brunel GmbH Hermann-Köhl-Str. 1 Tel.: 0421 / 1 69 41-14 Airport City 28199 Bremen [email protected]

S E N S I B L E S S Y S T E M ?

E I N FA C H E L Ö S U N G !

K O M PL E X E S K O N Z E P T ?

Wir unterstützen Sie.Die Natur ist ein großartiger Lehrmeister. Sie zeigt uns ein-fache und effektive Wege. Wir wissen das! Unsere erfahrenen Ingenieure, Techniker und Entwickler erbringen für Ihr Unter-nehmen genau die Leistung, die Sie benötigen – unkompliziert und effizient. www.brunel.de

Page 52: Der Spezialist - Ausgabe 13

�������������������������������������

��������������������� ��

��

�������������������������������������

���

���

���

���

LE SERSERVICE

Ihre Adresse hat sich geändert? Sie interessieren sich für Hintergründe und weitere Informationen zu ein-zelnen Artikeln des Spezialisten? Oder Sie möchten uns auf ein interessantes Thema für eine der nächsten Ausgaben aufmerksam machen? Dann senden Sie uns bitte eine E-Mail an: [email protected].

Wir freuen uns auf Ihr Feedback und Ihre Anregungen!Ihr Redaktionsteam „Der Spezialist“

MATHE-AUFGABE 1

Aus parabolischen Werkstücken der Höhe H und der Breite B sollen Rechtecke mit möglichst großer Fläche F = a • b ausgeschnitten werden. Man berechne a und b. (In der Zeichnung sind drei denkbare Rechtecke angedeutet.)

MATHE-AUFGABE 2

Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt (Rasterweite 1 Meter) des Geländes der Gartenschau Kaiserslautern. Die Fläche muss an trockenen Tagen künstlich bewässert werden. Zur Bewässerung können drei verschiedene Modelle von Versenkregnern eingesetzt werden. Diese können jeweils einen Kreissektor beregnen. Dabei kann der Kreisradius R je nach Modell zwischen 2 und 4 Metern, 5 und 8 Metern bzw. 6 und 11 Metern frei gewählt werden. Der Sektorwinkel α ist bei jedem Regner stufenlos einstellbar.

Wie kann die gezeigte Fläche am effek-tivsten bewässert werden? Das heißt, es soll nur eine geringe Anzahl an Reg-nern zum Einsatz kommen und wenig Fläche unbewässert bleiben (idealer-weise keine!) bzw. doppelt bewässert werden (Gefahr von Pfützenbildung!). Darüber hinaus sollen die angrenzen-den Wege sowie die bebauten Flächen nicht beregnet werden.

von Dr. Ralf Schrank

mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer ITWM / FB Mathe der TU KL

Page 53: Der Spezialist - Ausgabe 13

ÜBER ZEUGT?

JA , „Der Spezialist“ hat Sie überzeugt? Sie möchten ihn empfehlen? Oder in Zukunft selbst das kosten-freie Magazin erhalten? Bitte tragen Sie Ihre Kontaktdaten unter www.der-spezialist.de ein.

Absender:

www.brune

l.de

Absender:

Lösung gefunden? Dann bringen Sie doch Ihre Freunde mit dieser mathematischen Herausforderung ins Grü-beln! Briefmarke aufkleben und los! Die Lösung finden Sie auf: www.der-spezialist.de

www.brune

l.de

Lösung gefunden? Dann bringen Sie doch Ihre Freunde mit dieser mathematischen Herausforderung ins Grü-beln! Briefmarke aufkleben und los! Die Lösung finden Sie auf: www.der-spezialist.de

Page 54: Der Spezialist - Ausgabe 13

Brunel GmbH | Airport City | Hermann-Köhl-Str. 1 | 28199 Bremen

6016_02.2009