TU Berlin

Numerische MathematikWerner-von-Siemens Centre

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Werner-Von-Siemens Centre for Industry and Science

Im Rahmen des Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science entwickeln wir Digitale Zwillinge für verschiedene Anwendungen. 

Unserer Schwerpunkt liegt dabei auf der mathematischen Modellierung der kompletten Prozessketten. Für jede Komponente entwickeln wir verschiedene mathematische Beschreibungen, die je nach Anforderungen (Detailierungsgrad vs. Simulationsgeschwindigkeit) ausgewählt werden können. Auf diese Weise entsteht für jede Komponente eine Modellhierarchie. Die Interaktion der Komponenten untereinander wird durch ein Netzwerk realisiert. Um sicherzustellen, dass durch die Kopplung der Komponenten kein ungewünschtes Verhalten wie beispielsweise Instabilitäten entstehen, werden alle Modelle als port-Hamiltonische Systeme realisiert.

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Finanzierung

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Unsere Projekte werden kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

Elektrische Antriebe

Im Mittelpunkt des elektrischen Antriebs steht der Elektromotor als Wandler von elektrischer in mechanische Energie. Der elektrische Antrieb findet sich in industriellen Anwendungen verschiedenster Branchen (Metall, Industrie, Bergbau, Energie, Marine/Schiffsbau, Öl & Gas).

Vorteile: Umweltfreundlichkeit, gute Transportierbarkeit der notwendigen Energie auch über große Entfernungen, guter Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie sowie hohe Verfügbarkeit.

Die Realisierung dieser Kundenanforderungen und die Lieferzeiten im internationalen Wettbewerb sind wachsende Herausforderungen für klassische Produktionsstandorte.

Ziele: Schaffung eines anforderungsgerechten Designs der elektrischen Maschine der Zukunft mit höheren Wirkungsgraden und höheren Leistungsdichten entlang der Wertschöpfungskette.

Hochtemperaturanwendungen

Mit Blick auf den Klimawandel ist im Forschungsprojekt Hochtemperaturanwendungen ein starker Fokus auf der Dekarbonisierung. Hierbei können sowohl die additiven Fertigungsverfahren als auch additiv gefertigte Bauteile einen großen Beitrag leisten, um die zentrale Energieversorgung nachhaltiger zu gestalten.

Beim Gasturbinenkraftwerk treibt ein heißer Gasstrahl mit Temperaturen von weit über 1000 Grad Celsius die Schaufelräder auf der Turbinenwelle – so wird die Energie erzeugt. Die Turbinenschaufeln und alle anderen Bauteile, die mit dem heißen Gas in Berührung kommen, müssen gut vor der extremen Hitze geschützt werden, z.B. durch direkte Kühlung des Bauteils. Mittels Additiver Fertigung lassen sich innovative Kühlkonzepte umsetzen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren technisch nicht realisierbar sind.

Ziele: Entwicklung neuer additiver Fertigungsprozesse für Hochtemperaturbauteile in großen Gasturbinen.

Maintenance, Repair & Overhaul

Einige Komponenten in Gasturbinen-Kraftwerken, z.B. die Turbinenschaufeln, sind einem stetigen Verschleiß durch Korrosion, Oxidation und Abrasion ausgesetzt. Sie werden regelmäßig ausgebaut, instand gesetzt und danach mit gleichen Laufzeiten wieder betrieben oder (nach bestimmten Intervallen) verschrottet. Durch die Wartung und den Austausch der Komponenten entstehen in Verbindung mit dem wartungsbedingten Ausfall der Gasturbine große Kosten für den Kunden.

Die Wartungs‐ und Instandhaltungskosten und das Servicekonzept sind für die Investitionsentscheidung und die Wahl des Anbieters ausschlaggebend. Produkt‐ und Prozessinnovationen (z.B. durch additive Fertigung) beim Service für die Gasturbinenschaufeln könnten die Betriebsintervalle verlängern und so die Wartungskosten senken.

Ziele: Upgrade anstatt klassischer Reparatur! Entwicklung neuer Prozesse für kostengünstige Reparaturen und Upgrades von Gasturbinenschaufeln mit innovativen Ideen und Spitzentechnologie.

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