Studenten- Fachexkursion 2011

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1 Studenten- Fachexkursion 2011 des Fachgebiets Automatisierungs-, Mess- und Regelungstechniktechnik Erster Tag: Mittwoch, Mit typischer studentischer Unausgeschlafenheit (das verübelt uns bei einer Abfahrtszeit von sechs Uhr früh auch hoffentlich niemand) trafen sich alle Exkursionsteilnehmer am Hauptbahnhof Dresden zu einer dreitägigen Fachexkursion mit dem Schwerpunkt Messtechnik. Es sollte sich aber, wenn auch zu diesem Zeitpunkt noch nicht ersichtlich, schnell herausstellen, dass es sich gelohnt hat den Kaffee oder je nach Sichtweise Schlafmangel auf sich zu nehmen. Nach kurzer Fahrt erreichten wir den ersten Stopp der Tour in einem Industriegebiet am Stadtrand von Magdeburg, wo zwei, in einem Haus vereinte, erfolgreiche mittelständische Unternehmen bereits darauf warteten uns alles über ihren Betrieb zu erzählen. In dem modernen Gebäude mit den Schriftzügen SensoTech und FuelCon befinden sich zwei Unternehmen, die sich zusammengetan haben, um sich Betriebsgelände FuelCon SensoTech Infrastruktur und Ressourcen zu teilen, aber dennoch völlig unabhängig voneinander agieren zu können. Den Anfang der Präsentation übernahm die Firma FuelCon, welche sich als Hightech Betrieb der Branche vorstellte und erfolgreich eine Marktlücke mit der Herstellung von Testständen für PEM sowie SOFC Brennstoffzellen füllt. Die Abnehmer dieser Teststände finden sich natürlich in aller Welt. Diese Teststände ermöglicht es Forschungs und Industriebetriebe ihre Erzeugnisse Langzeittests zu unterziehen. Anschließend war dann SensoTech an der Reihe. Dies ist ein Unternehmen, welches mit seinen hochgekapselten und extrem robusten Sensoren Industriebetriebe in die Lage versetzt ihre Anlagen bezüglich einer der wichtigsten Komponenten automatisierter Systeme, den Sensoren, zu modernisieren. Die Sensoren arbeiten auf Ultraschallbasis und errechnen anhand von Laufzeitmessungen und eines zuvor hinterlegten und kalibrierten Rechenmodells die Konzentration eines spezifischen Flüssigkeitsbestandteils. Dabei geht allerhöchstens noch die Temperatur als Messgröße in die Berechnung ein. Die Sensoren können sehr hohe Genauigkeiten erreichen, aber nur mit ausreichend Vorwissen und in einem bestimmten Arbeitsbereich eingesetzt werden, da hier kein chemisches Massenspektrum erstellt wird, sondern lediglich ein einziger physikalischer Parameter verwendet wird. Die Firma hat wohl am meisten Erfahrung mit den Bestandteilen die sich im guten alten Bier finden lassen, denn der Brauereiprozess wurde immer wieder zur Illustration des Vortrages herangezogen. Die Messgeräte sind jedoch vielfältig einsetzbar und können von ihrem Aufbau her die Wünsche einer Vielzahl von Kunden erfüllen. Für mich haben diese beiden Unternehmen meine Wünsche an das Mittagessen sehr gut erfüllt, denn es wurde viel zu viel eingekauft. Mit gerade einmal dreizehn Personen waren wir auch reichlich dünn besetzt. Nach einem kurzen Besuch in der Montagehalle, wo sich auch ein Elektroroller fand, dessen Batterie auf Herz und Nieren untersucht wurde, fuhren

2 wir wieder ab und kamen am Abend in unserer Unterkunft in Wolfsburg an, wo noch Zeit blieb für einen Kurzausflug in die Autostadt. Zweiter Tag: Donnerstag, Der zweite Tag der Rundreise war voll und ganz dem Besuch einer Anstalt gewidmet keine psychiatrische Einrichtung, sondern die PTB physikalisch technische Bundesanstalt. Ein dem Bundeswirtschaftsministerium unterstelltes Institut, welches bis zu 2000 Menschen beschäftigt und sich als Hüterin der physikalischen Einheiten versteht. Hier sitzen viele Personen, die sich einem, auf den ersten Blick, sehr abstrakten und unvorstellbarem Thema widmen. Wer kann sich schon vorstellen was es bedeutet auf das Ampere, das Kilogramm oder die Sekunde aufzupassen? Aber so unverständlich ist das gar nicht, erläuterte uns die Pressestelle. Das Aufgabenfeld der PTB gliedert sich in mehrere Bereiche. Zunächst einmal geht bzw. ging es darum die nationalen Normale, also zum Beispiel die Kopien des Urkilogramms oder des Urmeters, aufzubewahren und für Industrie und Eichämter der Länder zu vervielfältigen. Wozu braucht man da 2000 Mitarbeiter? In Sachen Grundlagenforschung ist die PTB ganz weit vorn mit dabei, wenn es darum geht internationalen Bemühungen zu folgen, die Einheiten auf physikalische Konstanten zurückzuführen. So könnte man das Kilogramm als eine bestimmte Anzahl an Atomen eines Isotops definieren. Eine absolut objektive Größe, die sich nicht mit der Zeit verändert und die jeder mit ausreichend genauer Messtechnik selbst reproduzieren kann. Und genau da liegt der Knackpunkt, es braucht Messtechnik. Der Löwenanteil der Bedeutung der PTB liegt in der Erforschung und Erprobung neuer Messverfahren. Die PTB gliedert sich dabei in verschiedene Institute, von denen wir einige besuchen durften. Los ging es mit dem Fachbereich für Fertigungsmesstechnik Lasermesstechnik, wo wir in einen präzise klimatisierten Raum gelangten in dem eine riesige Apparatur vorzufinden war, die einzig die Aufgabe hatte, einen beliebigen Körper mit einer kleinen berührungsempfindlichen Sonde abzutasten. An der Sonde befand sich ein Spiegel, der von vier Laserinterferometern, die an diesem Institut entwickelt wurden, ständig verfolgt werden. Dieses Messprinzip ermöglicht eine extrem genaue Erfassung der Koordinaten der einzelnen Abtastpunkte. Dies ermöglicht Koordinatenmesstisch es zum Beispiel ein Werkstück einzumessen und so die Produktionsgüte zu bestimmen. Allein durch unsere Anwesenheit und der damit einhergehenden Temperaturerhöhung der Raumluft haben wir anschließende die Messungen für ganze acht Stunden verhindert.

3 Als nächstes kamen wir in einen Bereich der für Elektrotechniker wie uns besonders interessant ist. Es ging um sogenannte Ex Untersuchungen, also um den Explosionsschutz von elektrischen Betriebsmitteln, wie zum Beispiel Motoren. Diese müssen nach ihrer Fertigung in ihrer Temperaturentwicklung sowie ihrer Anfälligkeit für Wasser oder Staub Versuchshalle zur thermischen Untersuchung von Elektromotoren untersucht und anschließend klassifiziert werden. Uns begrüßte eine große Halle mit allerlei elektrischem Gerät, dass dem Anschein nach zum Teil ein halbes Jahrhundert hinter sich hatte, jetzt aber nicht mehr in Betrieb ist. Hier haben wir uns die Temperaturentwicklung eines Motors in einem Blockierversuch angesehen, wobei der Motor festgebremst, also maximal belastet wurde, und in den Betriebszustand versetzt wurde. Die gemessene Temperaturkurve muss ganz bestimmten Bedingungen genügen, damit der Motor in einer explosionsgefährdeten Zone eingesetzt werden kann. Nach dem schmackhaften Mittagessen, das leider aber auch gegen die Mensagewohnheit etwas teuer war, wurden wir in die Strömungsmesstechnik eingeführt. Bei dieser Gelegenheit konnten wir sogar ein Gerät zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und richtung mittels Ultraschallmessung sehen, dass einigen noch aus ihrer Messtechnikprüfung unangenehm in Erinnerung war. Dies bemerkte auch freudig unser Begleiter Herr Dr. Leuterer. Mit den Gedanken zurück bei den Ausführungen wurde uns vermittelt, dass in Sachen Windmesstechnik einiges in Bewegung ist. Anhand eines noch eher kleineren Windkanals werden hier Untersuchungen an Messgeräten durchgeführt. Interessant ist dabei der Blockage Effekt, der durch die Geometrie eines Messgerätes in einem Strömungsfeld hervorgerufen wird und dabei die Strömung selbst so beeinflusst, dass die Messung ungenau wird, also ein sehr unerwünschter Feedback Effekt. Um diesem Verhalten entgegenzutreten werden empirische Korrekturfaktoren ermittelt, wobei ein LIDAR System (auf Laser und dem Dopplereffekt basierend) das Strömungsfeld kontaktfrei ausmessen kann. Der absolut interessanteste Teil der Rundreise durch die PTB stellte der Fachbereich für Zeit und Frequenz dar, der vier der weltweit zwölf genauesten Uhren (sogenannte Primäruhren) beherbergt. Diese Uhren arbeiten eigentlich nach einem relativ einfachen Prinzip: Sie bestehen im Wesentlichen aus einem Schwingquarz, wie er auch in einem handelsüblichen Reisewecker zu finden ist. Dieser Quarz schwingt bei einer bestimmten Frequenz, die sich elektronisch in die Zeigerbewegung umwandeln lässt. Jedoch ist so ein Quarz ungenau, er unterliegt zum Beispiel einer Drift, was bedeutet, dass sich diese Frequenz mit der Zeit stetig verschiebt und irgendwann zu weit von der ursprünglichen Schwingfrequenz entfernt ist, als dass sie für wissenschaftliche Zwecke noch ernst zu nehmen ist. Nun hat ein bestimmtes Cäsiumisotop die Eigenschaft, bei einer ganz bestimmten Frequenz mit der es von einem Mikrowellenstrahl angeregt wird eine elektromagnetische Welle auszusenden. Diese Frequenz bleibt bei einer konstanten Temperatur ebenfalls konstant und kann dazu genutzt werden die Frequenz des Schwingquarzes immer wieder nach zu justieren. So entsteht eine Uhr, die in einigen Milliarden Jahren nicht eine Sekunde falsch geht. Man fragt sich wozu

4 diese Uhren benötigt werden für die Grundlagenforschung, aber auch für handfeste Anwendungen, wie zum Beispiel dem GPS. Die Arbeitsgruppe geodätische Länge, die zugleich unsere letzte Anlaufstelle an diesem Tag war, beschäftigt sich mit der genauen Messung von Längen im Kilometerbereich. Was für die Nanotechnik ein alter Hut ist, ist in der Geodäsie noch Neuland, denn in dieser Größenordnung ist eine Längenauflösung im Mikrometerbereich heutzutage noch nicht zu haben. Hieran arbeitet diese Arbeitsgruppe mit sehr speziell anzuschauenden Versuchsaufbauten. Dritter Tag: Freitag, Der letzte Tag unserer Exkursion begann mit einer Fahrt Versuchsaufbau geodätische Längenmessung von Wolfsburg zurück nach Magdeburg, wo wir zunächst eine universitätsnahe Institution namens ifak, dem Institut für Kommunikation und Automation oder schlicht Denkfabrik besuchten, die sich im ehemaligen Hafengebiet der Stadt befindet. Hier erhielten wir vom Institutsleiter eine ausführliche Einführung in die Tätigkeit dieser Technologieschmiede. Leider reichte anschließend die Zeit nicht mehr, das Technikum eine Art Kreativwerkstatt, in der die Denkfabrik ihre wissenschaftlichen Zugpferde präsentiert, ausführlich zu besichtigen. Einige interessante Projekte konnten wir jedoch in Augenschein nehmen. An einem für mich persönlich sehr interessanten Versuchsstand war einige Sicherheitstechnik für Produktionsanlagen aufgebaut, die zeigte, wie es möglich ist den Mensch in modernen Industrieanlagen zu Schützen und ihm ein Zusammenarbeiten mit der Maschine zu ermöglichen. Außerdem arbeitet die Denkfabrik intensiv an Prinzipien zur kabellosen Energieübertragung, die es zum Beispiel ermöglicht eine Steckdose ohne Kabel auf einem Konferenztisch oder ein Verseilanlage mit berührungsloser Energieübertragung Gerät zum Seilen ohne Schleifkontakte zu betreiben. Einer der Doktoranden beschäftige sich auch mit kapazitiven Sensoren zur Erfassung der Flüssigkeitspegel und des Strömungsverhalten in einem Rohr. Unweit von SensoTech und FuelCon besuchten wir anschließend Enercon, den führenden Windkraftanlagenhersteller Deutschlands. Hier investierten wir viel Zeit um die Werkhallen zu besichtigen und beinahe den gesamten Fertigungsprozess moderner Windkraftanlagen nachzuvollziehen. Besonders beeindruckend war natürlich die mit 7,5 Megawatt derzeit leistungsfähigste und auch größte Onshore Windkraftanlage, deren erstes Exemplar sich direkt neben den Werkhallen munter im Wind drehte. Die Führung begann mit der Herstellung der Rotorblätter, die bei der großen Anlage erstmals in zwei Teilen produziert und bei der Montage vor Ort erst zusammengesetzt werden. Bemerkenswert war hier, dass neben dem klas

5 sischen Verbundwerkstoff auch simples Holz in Bereichen, die keine statische, wohl aber aerodynamische Bedeutung haben, zum Einsatz kommt. Da die Produktion bei Enercon sowohl horizontal, als auch vertikal stark integriert ist, muss das Unternehmen nur sehr wenige Komponenten zukaufen. Selbst die Leistungswechselrichter, die im Fuße des Windrades verbaut werden, stellt der Betrieb selbst her. Anstelle der Herstellung der Gleichrichter konnten wir die Generatorenwerkstatt besichtigen, in der immer noch auf Handarbeit gesetzt wird. Kleine Teams von jeweils drei Mitarbeiter/ innen stellen hier im Dreischichtbetrieb die Stator und Rotorwicklungen aus endlosen Kupferkabeln her. Sollten Sie einmal die Gelegenheit haben dieses Werk zu besichtigen, lassen Sie es sich nicht entgehen. Aber auch für angehende Ingenieure hat die Firma etwas zu bieten: Enercon sucht derzeit über eintausend Mitarbeiter in allen Bereichen. Den letzten Halt legten wir an einem beeindruckenden Verkehrsprojekt, der Kreuzung von Mittellandkanal, welcher in einer riesigen Trogbrücke geführt wird, und der Elbe ein. Bevor diese Brücke im Jahre 2003 fertiggestellt wurde, übernahm das Schiffshebewerk Rothensee die Aufgabe die Schiffe aus dem höhergelegenen Mittellandkanal in die Elbe herabzulassen. An diesem Hebewerk erhielten wir eine Führung von einem sympathischen Ehrenamtlichen, der uns die technologischen Einzelheiten der Anlage näherbrachte. So ist das Hebewerk wenn auch für heutige Verhältnisse zu klein ein sehr energiesparendes Bauwerk. Die gesamte Gewichtskraft des Troges, die übrigens immer konstant bleibt, wird von Schwimmern, die in tiefen Schächten unterhalb des Wasserspiegels Wasser verdrängen, kompensiert. Die vertikale Bewegung wird von vier an den Ecken angebauten Spindeln übernommen, die mit ihrer Rotation den gesamten Trog samt Schiffen anheben können, aber dabei kaum Energie aufwenden müssen. Die Ersatzspindeln, die man aufgrund der Abnutzung für einen späteren Wechsel eingelagert hatte, sind nie zum Einsatz gekommen, da die seit Inbetriebnahme verbauten Spindeln keine Abnutzungserscheinungen aufweisen. Anschließend konnten wir noch einen Schleusenvorgang in direkter Nachbarschaft befindlichen Sparschleuse begutachten, die zwar größer, aber energetisch gesehen wesentlich ineffizienter ist, als das Hebewerk. Auch hat sie einen wesentlich höheren Wasserbedarf. Das Schiffshebewerk wurde 2006 stillgelegt und kämpft derzeit noch um seinen Erhalt. Bitte unterstützen Sie das Hebewerk mit einem Besuch. Als Schlusswort möchte ich noch einem jeden Studenten empfehlen eine Exkursion mit dem VDE mit zu machen, es lohnt sich, auch wenn man früh aufstehen muss. Nicht zuletzt schließlich noch ein herzliches Dankeschön von allen Teilnehmern an unseren Begleiter Herrn Dr. Leuterer sowie an den VDE Bezirksverein Dresden für die großzügige finanzielle Unterstützung der Exkursion. Lukas Baron Fotos: Christian Lange

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