Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz - VDI · Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz im Institut für Kern-chemieder Johannes-Gutenberg Universität Mainz kann durchaus als Leuchtturm in

RHEINGAURegional-MagazinMitgliederzeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure

Rheingau-Bezirksverein • Mainz und Wiesbaden

Der Forschungsreaktor

TRIGA MainzEin Leuchtturm in der

Hochschullandschaft Rhein-Main

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VDI RHEINGAU Regional-MagazinMitgliederzeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure

Rheingau-Bezirksverein • Mainz und Wiesbaden19. Jahrgang • 4. Quartal 2016

Zu dieser Ausgabe

Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz im Institut für Kern-

chemie der Johannes-Gutenberg Universität Mainz kanndurchaus als Leuchtturm in der Hochschul- und Wissen-schaftslandschaft Rhein-Main bezeichnet werden. Seit mehrals 50 Jahren ist er störungsfrei in Betrieb, liefert Neutronenfür viele Experimente, die zur internationalen Spitzenfor-schung gerechnet werden können. Neben dieser wissen-schaftlichen Verwendung wird er auch als Trainingsreaktor fürdie Ausbildung junger Wissenschaftler und Reaktorfachleutegenutzt und trägt so wesentlich dazu bei, dass das Knowhowder Kerntechnik auch in Zukunft in Deutschland erhaltenbleibt. Wie er aufgebaut ist, wie er funktioniert und warum erinhärent (wörtlich übersetzt “innewohnend“) sicher ist, zeigtder Beitrag von Dr. Christopher Geppert und Dr. Klaus Eber-hardt, Betriebsleiter und stellv. Betriebsleiter (Seite 14).

Die Simulationstechnik in all ihren Facetten hat sich inden letzten Jahren zu einem fast überall einzusetzendemWerkzeug der Ingenieurtätigkeit entwickelt. Besonders in derProduktentstehung ist es möglich, bereits in einer frühen Pha-se durch am Computer durchgeführte Simulationen Erkennt-nisse zu gewinnen, die früher erst nach dem Bau des erstenPrototyps einer Maschine oder Anlage ermittelt werden konn-ten. Prof. Herbert Baaser, Technische Hochschule Bingenund Gründer des neuen VDI-Arbeitskreises Simulationstech-nik, gibt in seinem Bericht eine Übersicht über die Möglichkei-ten und stellt an konkreten Beispielen das Vorgehen dar(Seite 19).

Neun Beiträge dieser Ausgabe (von Seite 7 bis 12) be-schäftigen sich mit der „Arbeit mit den Kindern“. So wird unserBemühen, Nachwuchs für die Technik durch das Angebotgeeigneter Spiele und Experimente in einer frühen Lebens-phase zu gewinnen, manchmal genannt. Diese langfristigwirkende Arbeit mit einem Zeithorizont von 15 bis 20 Jahrenwird inzwischen auch außerhalb des VDI anerkannt. Diewachsende Zahl der Sponsoren und die größer gewordeneZahl der Presseberichte über vom VDINi-Club und den VDI-Zukunftspiloten durchgeführte Veranstaltungen sind ein Belegdafür.

Redaktion des VDI-Rheingau-Regionalmagazin

Heinz-Ulrich Vetter

In dieser AusgabeEditorial 3

Verein

MitgliederDer VDI gratuliert 4Neue Mitglieder 4Verstorbene 5Glückwünsche: Professoren Fender und Scheppat 5

Aus den ArbeitskreisenZwei neue Arbeitskreise in Gründung 6

Arbeitskreis Senior-IngenieureExkursion zu ESWE Verkehr 6Exkursion zum Opel Test-Center 7

Arbeitskreis VDIni-Club/VDI-ZukunftspilotenFahrten und Besichtigungen

Deponie Flörsheim-Wicker 7Flughafen Frankfurt 8Schneider Messtechnik, Bad Kreuznach 8ESOC (ESA) Darmstadt 9

Experimente in Kitas und SchulenEv. Kita Hochheim 9Grundschule Saulheim 10Main-Taunus-Schule Hochheim 10

Aktivitäten in den Weilbacher KiesgrubenVolles Programm und Ergänzung der techni-schen Einrichtung 11

Der siebte Experimentiertag für Kinder 12Der Experimentiertag in den Medien 12

Nachrichten/VerschiedenesUmbenennung FH in TH Bingen 13Weitere Auszeichnung für VDI-Preisträgerin 13E-Mail-Adressenänderung 13Impressum 13

ForschungJohannes Gutenberg-Universität Mainz / Titel

Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz 14

Angewandte ForschungTechnische Hochschule Bingen

Simulationstechniken in derProduktentstehung 19

VeranstaltungenVeranstaltungskalender 19

Titelbild: Das Bild zeigt den Reaktorkern im Lichte der Tscheren-

kov-Strahlung während eines Neutronen-Pulses. Foto: Bernhard Ludewig

Tscherenkov-Strahlung in Reaktorkernen

Im Kern eines Reaktors wird die charakteristisch blaue Tscherenkov-

Strahlung hervorgerufen durch Elektronen, die sich im mit Wasser gefüllten

Reaktorbecken schneller bewegen als das Licht in diesem Medium. Derart

hochenergetische Elektronen werden beim radioaktiven Zerfall der in den

Brennelementen eingeschlossenen Spaltprodukte erzeugt. Das bedeutet

also, dass die Intensität der Tscherenkov-Strahlung direkt mit der Spaltrate,

das heißt mit der Reaktorleistung, korreliert. Durch Messung der Tscheren-

kov-Intensität mittels eines lichtempfindlichen Detektors kann man so den

zeitlichen Verlauf und die Halbwertsbreite der Pulse messen.

3

„Wirkungen des VDI“

Editorial

Liebe Mitglieder des VDI Rheingau-Bezirksvereins,

eine Erhebung

der Technischen

Hochschule Ingol-

stadt zum Einfluss

und den Wirkungen

des VDI an Hoch-

schulen hat einige

interessante Infor-

mationen hervorge-

bracht. Vieles von

dem, was kürzlich

in dieser Studie pu-

bliziert wurde, wird bereits seit mehreren Jahren

in den Hochschulen unseres Bezirksgebietes

umgesetzt.

Bei der Erhebung ging es unter anderem um

den Einfluss des VDI auf die Studierenden der

Ingenieurwissenschaften. Die mit Umfragen

verbundenen Arbeiten wurden von angehenden

Betriebswirten und Studierenden der Wirt-

schaftswissenschaften durchgeführt, die als neu-

trale Interviewer die tatsächlichen Wirkungen

des VDI besser beurteilen können. Dabei wur-

den die typischen Kommunikationswege genau-

so untersucht wie Praxisbeispiele aus den unter-

schiedlichen VDI-Hochschulgruppen.

Nicht überraschend war zum Beispiel, dass

vom VDI organisierte und finanzierte Exkursio-

nen zu Messen und Firmen sowie die Organisa-

tion von VDI-Karrieretrainings besonders be-

liebt sind. Des Weiteren wünschen sich die an

einer Hochschule zu einer VDI-Gruppe zusam-

mengeschlossenen Studierenden ein eigenes

Budget innerhalb der Bezirksvereine. Dies ist

im Rheingau-Bezirksverein bereits seit Jahr-

zehnten gängige Praxis. Die Studierenden haben

bei uns immer ein offenes Ohr und sind Mit-

glied im sogenannten erweiterten Vorstand, zu

dessen Sitzungen sie eingeladen werden.

Auf der Wunschliste steht auch, dass sich die

Studierenden der VDI-Hochschulgruppen einen

Mentor oder Kontaktdozent unter den Professo-

ren wünschen, den sie in allen Belangen des

VDI ansprechen können. Diesen berechtigten

Wunsch an allen Hochschulen unseres Gebietes

umzusetzen, ist uns trotz immer wieder neuer

Versuche bisher nicht gelungen.

Als Bezirksverein wollen wir nicht nur in die

Hochschulen hineinwirken, sondern wir wollen

auch in den Firmen, besonders bei denen, die

unsere Förder-Mitglieder sind, Gedanken und

Ideen aus der VDI-Welt verbreiten und so zu

dem großen VDI-Netzwerk beitragen.

Wir haben daher vor einigen Wochen zwei

neue Arbeitskreise ins Leben gerufen, bei denen

wir unsere Förderfirmen von Anfang an durch

Briefe, Umfragen und persönliche Kontakte ein-

gebunden haben (Siehe Seite 6). Wir meinen,

dass das so entstehende Netzwerk dadurch eine

breitere Basis erhält und die Belange der Praxis

stärker berücksichtigt werden. Und wir wollen

gemäß unserem Leitspruch „Wir verbinden

Kompetenz, auf beiden Seiten des Rheins sind

wir aktiv“ Fachleute aus der Region zusammen-

bringen.

Es grüßt Sie herzlichst

Ihr

(Dipl.-Ing. Sven Freitag)

Vorsitzender des VDI Rheingau-Bezirksvereins

Verein

4 4/2016 VDI Rheingau-Regional-Magazin

Mitgl ieder

Die Seiten 4 und 5 enthalten personenbezogen Daten, die aus rechtlichen Gründen hier

nicht gezeigt werden können.

Heinz-Ulrich Vetter, Redaktion des VDI Rheingau-Regionalmagazins

Verein

VDI Rheingau-Regional-Magazin 4/2016 5

Verein


Zwei neue Arbeitskreise in GründungAus den Arbeitskreisen

Der VDI Rheingau-Bezirksverein erweitert sein Angebotdurch die Gründung von drei neuen Arbeitskreisen, die

sich mit aktuellen Themen der Informationstechnik beschäf-tigen. Neu an dieser Initiative ist, dass hierbei die Förder-mitglieder des Bezirksvereins von Anfang an mit eingebun-den werden. Dadurch soll das entstehende Netzwerk aufeine breitere Basis gestellt und die Belange der Praxis sol-len stärker als bisher berücksichtigt werden. Das bewährteGrundkonzept wird beibehalten: Gemäß dem Leitspruch„Wir verbinden Kompetenz, auf beiden Seiten des Rheinssind wir aktiv“ sollen die Fachleute aus der Region in einemVDI-Netzwerk zusammengebracht werden.

Arbeitskreis SimulationstechnikenHier geht es um ein modernes Hilfsmittel, das aus der

Ingenieurtätigkeit in allen Branchen nicht mehr wegzuden-ken ist. Eine ausführliche Einführung in das Thema findenSie auf Seite 18 dieses Magazins.

Vorgesehen sind drei bis vier Treffen im Jahr in Bingen,Mainz oder Rüsselsheim. Es sollen Fachinformationen undVorträge rund um die virtuelle Produktentwicklung stattfin-den, aber auch der Austausch von Erfahrungen und Wis-sen sowie das Netzwerken solle eine Rolle spielen. Dasnächste Treffen ist geplant für den 30. 11. 2016 um 19 Uhr.Ort und genaues Thema liegen noch nicht fest.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Herbert Baaser, TH [email protected]

Internet-SicherheitDas Internet als zentrales weltweites Kommunikations-

medium bestimmt weitgehend unseren Alltag, im Privatle-ben und in der Arbeitswelt. Auf der einen Seite steht derunbestreitbare Nutzen, vielleicht auch das Vergnügen, aufder andern Seite lauern große Gefahren durch das Hinter-lassen digitaler Spuren auf den Webseiten. Im VDI Rhein-gau-Regionalmagazin 1/2016 stellt Dieter Carbon, der zu-künftige Leiter dieses Arbeitskreises, die Gefahren undmögliche Abhilfen vor.

Der neue Arbeitskreis möchte interessierten Privatper-sonen, aber auch Vertretern von Firmen, die sich mit die-sen Fragen bisher nicht befasst haben, ein Forum zumWissens- und Erfahrungsaustausch zur Verfügung stellen,in dem diese Probleme von verschiedenen Seiten beleuch-tet werden. Auch konkrete sofort anwendbare Erkenntnissekönnen gewonnen werden, um die persönliche oder firmen-bezogenen IT-Umgebung zu verbessern. Vorgesehen sindvier bis sechs Sitzungen an wechselnden Orten. Entspre-chende Vereinbarungen sind möglich.

Zwei Veranstaltungen sind noch in diesem Jahr vorge-sehen, und zwar am Mittwoch, den 02.November und amMittwoch, den 07 Dezember, jeweils 19 Uhr. Nähere Anga-ben finden Sie im Veranstaltungskalender für das vierteQuartal auf Seite 23.

Kontakt: Dipl.-Ing. Dieter Carbon, [email protected] ESch, huv

Arbeitskreis Senior-Ingenieure

ExkursionenESWE Verkehrsgesellschaft Wiesbaden

D ie ESWE Verkehrsgesellschaft mbH ist der ebensotraditionsreiche wie zukunftsorientierte Betreiber des

Öffentlichen Personennahverkehrs in der LandeshauptstadtWiesbaden. Die Busse sind seit Jahrzehnten eine Selbst-verständlichkeit im Wiesbadener Stadtbild. Viele technolo-gische Innovationen an den Haltestellen und den Fahrzeu-gen, sowie ein ausgeklügelter Fahrplan haben der ESWEVerkehr den Ruf einesfortschrittlichen Unterneh-mens eingebracht.

Die junge rund 250Fahrzeuge umfassendeBusflotte ist insbesondereim Bereich der Abgasre-duzierung und -filterungbeispielgebend und trägtdamit zur Luftverbesse-rung in der Kurstadt Wies-baden bei.

Im Rahmen der jährli-chen Exkursionen infor-mierte sich der Arbeits-kreis Senior-Ingenieure.Die Besichtigung begannmit einer Unternehmens-

präsentation von Herrn Geschäftsführer Gerhard, in der dieeindrucksvolle Entwicklung der Verkehrsgesellschaft von 1Straßenbahnlinie mit 5 innerstädtischen Buslinien im Jahr1929 bis zur heutigen ESWE Fahrbetrieb GmbH vorgestelltwurde.

Das Unternehmen beschäftigt heute ca. 1000 Mitarbei-ter und bedient über 937 Haltestellen verteilt auf 42 Busli-

nien mit einem Strecken-netz von 650 km. Im Ein-satz befinden sich 248Busse, davon 107 Gelenk-busse. Der gesamte Bus-verkehr wird durch dasBetriebssystem gesteuert.Hierzu konnten wir die Ver-kehrsleitzentrale besichti-gen.

Großes Interesse fanddie Vorstellung des Fahr-betriebes sowie der eige-nen Fahrschule, die unseinen guten Einblick in diehoch qualifizierte Ausbil-dung des Fahrpersonalsgab. H.N. Werner

Viel leicht etwas für Sie?Der Arbeitskreis Senior-Ingenieure will gezielt die aus demaktiven Arbeitsleben ausgeschiedenen Ingenieure undihre Partner ansprechen, ihnen geistige Anregungen undEinblicke in technisch interessante, aber auch in ökonomi-sche Entwicklungen geben und mit ihnen gemeinsam In-

dustriebetriebe und andere Institutionen besuchen. Dar-über hinaus sind auch interessante geschichtlich und kul-turell bedeutsame Objekte Ziel der Exkursionen, wozuauch der Besuch hiermit verbundener Naturdenkmälerund Naturlandschaften gehört. Hanns Nicol WernerTel.: 06134-757500, E-Mail: [email protected]

Verein


Opel Test-Center in Dudenhofen

Großes Interesse fandder Besuch des Ar-

beitskreises Senioringeni-eure beim Opel Test-Center in Dudenhofen am9. März 2016.

Dr. Schollmaier (Direc-tor GME Proving Grounds)führte uns mit seinem Vor-trag in den Betrieb einerder weltweit modernstenAutomobil-Teststreckenein.

Das Test-Center be-steht aus mehreren Test-strecken, die nach demErst-Ausbau noch erweitertwurden. Kernstück derAnlage in Rodgau ist einRundkurs mit einem Durch-messer von 1 Meile (ent-sprechend einem Umfangvon 4,8 km).

Getestet werden alle Weiterentwicklungen von PKWsmit Entwicklungsfahrzeugen mit einer Gesamtlaufleistungvon 25.000 bis 40.000 km pro Tag. Besonders untersuchtwird unter anderem die Geräuschentwicklung auf verschie-denen Straßenbelägen. Entwickelt wird nicht nur für den

europäischen Markt son-dern für weltweite Kund-schaft.

Es sind 2 Typen vonTestfahrern im Einsatz:Fahrer für Dauererprobungund Fahrer für Einzelent-wicklungen. Die weitereOptimierung erfolgt heuteim Wesentlichen auf demPC, wobei Simulationspro-gramme eine große Rollespielen.

Zurzeit sind im Test-Center ca. 150 Mitarbeiterbeschäftigt, insgesamt imTestbereich bei Opel 300bis 400.

Da immer mehr Entwick-lungsarbeit von Rüssels-heim nach Dudenhofen ver-lagert werden soll, wird dieAnzahl der Beschäftigten

im Testcenter voraussichtlich auf bis zu 700 steigen.Den eindrucksvollen Abschluss der Besichtigung bildete

die Rundfahrt über das gesamte Testgelände, bei der Dr.Schollmaier uns die Funktionen der einzelnen Teststreckenerläuterte. H.N. Werner

Tests für alle Fälle: Die verschiedenen Streckenteile und unter-schiedliche Straßenbeläge sorgen dafür, dass die Fahrzeuge vor derZulassung unter realistischen Bedingungen erprobt werden, hier aufeinem Schnellfahrabschnitt. Bild: Opel

Arbeitskreis VDIni -Club und VDI-Zukunf tspiloten

Die Jugendarbeit des VDI Rheingau-Bezirksvereins war in den letzten 6 Monate durch besonders viele Aktivitä-ten geprägt. Fahrten zu technischen Einrichtungen und Industriebetrieben, Experimente in Kitas und Schulen,und in den Weilbacher Kiesgruben sowie als Höhepunkt der Experimentiertag bestimmten das Programm.

Am 12. Mai dieses Jahres um 14:15 Uhr startete einkleiner Bus mit einer Gruppe "VDInis" in Begleitung

einiger Eltern vom Bürgerhaus Flörsheim zur Rhein-MainDeponie Flörsheim-Wicker. Um 14:30 Uhr übergab HerrTruss die Gruppe einer "Führerin", die uns zuerst zum"Infopoint" brachte, wo uns eine zweite Dame erwartete

und wir mit schicken orangenen "Warnwesten" die uns alsBesucher kennzeichneten, versorgt wurden.

So ausgestattet ging´s los, zuerst zum "Wertstoffhof".Um einen Platz sind große Container angeordnet, in diekonnte und sollte nach Anmeldung privater Müll oder Son-dermüll getrennt abgegeben werden. Es gab Container fürimprägniertes Holz, Holzplatten, Glas, Emaille-Metall,Elektrogeräte, Kühlschränke, Fernsehgeräte, Computer

Fahrten und Besichtigungen

Deponie Flörsheim-Wicker

Am Infopoint: VDInis und Begleiter informieren sich über einegrößten Deponien im Rhein-Main-Gebiet. Bilder: VDI RHG

Ein Kennzeichen jeder Deponie: Große Erdbewegungsma-schinen bringen große Mengen Müll an die richtigen Stellen.

Verein


und anderes, also für viele Sorten "Sperr- oder Restmüll".Die Kinder staunten über die Vielfalt der geforderten Müll-trennung.

Weiter ging´s zur Biogas-Erzeugung, kein allzu guterGeruch empfing die Besucher. Das gewonnene Gas wird ingroßen "aufblasbaren Zelten" gespeichert und je nach Be-darf der Energie-Nutzung zugeführt. Frappierend war die

Sortierung der von der Abfallverbrennung im FrankfurterRaum zurückzunehmenden und dann zu deponierendenReste .

Nach ca. 1,5 Stunden war der Rundgang zu Ende, die"Besucherwarnwesten" wurden abgebeben, die beiden"führenden" Damen verabschiedeten uns zum Bus, und abging´s nach Flörsheim zurück. Gottfried Gunsam

Flughafen Frankfurt

Am 14. Juli 2016 besuchten wirzum zweiten Mal den Frank-

furter Flughafen.Wir begannen mit einer großen

Vorfeldrundfahrt, bei der uns diewichtigsten Einrichtungen des Flug-hafens erläutert wurden. Dazu ge-hören die Terminals, die Flugzeug-abfertigung, das Start- und Lande-bahnsystem, die Flugzeugwar-tungsbasis der Deutschen Lufthan-sa AG, das Frachtzentrum Nord,die CargoCity Süd und die derzeiti-gen Ausbaumaßnahmen.

Danach folgte eine Besichti-gung der Kfz-Werkstatt im Gebäu-de 100. Dort durften die Kinder inein Feuerwehrfahrzeug steigen unddieses genauer besichtigen, undauch noch ein Enteisungsfahrzeug.Dabei hatten die Kinder Riesen-Spaß. Sie durften auch in diesesFahrzeug klettern, dann dort die

Technik bedienen, mit einemKorb in die Höhe steigen bis zurHöhe eines Flugzeuges und da-bei die Schaltvorgänge unter Auf-sicht auslösen oder beenden.Allen hat es viel Spaß gemacht.

Wir hatten die Auflage, fürjedes Kind eine Betreuungsper-son zu stellen. 9 Kinder warenmitgefahren, 8 Elternteile undunsere VDIni/VDI Zukunftspiloten-Mitarbeiter Sachs, Gunsam, Ma-ckiol, Meyer, Schneider, Schnaithund ich. Das Programm begannum 12:30 Uhr und endete um15:30 Uhr. Die Hin- und Rückfahrterfolgte mit Bus aus Flörsheim

Wolfgang Truss

Auch für Erwachsene interes-sant: VDI Rheingau-Geschäftsfüh-rer Wolfgang Truss besteigt ein Feu-erlöschfahrzeug. Bild: VDI RHG

Dr. Heinrich Schneider Messtechnik GmbHBad Kreuznach

D ie Firma Schneider Messtechnik befasst sich mit be-rührungslosen optischen und anderen Messverfahren.

Das Unternehmen stattete als erstes der Welt optischeGeräte mit Elektronik aus und kann sich trotz erheblicherKonkurrenz eine führende Posi-tion auf dem Marktsektor berüh-rungsloser Fertigungsmesstech-nik behaupten. Zu den Kundengehören insbesondere die Auto-mobil- und Zulieferindustrie, dieMedizintechnik, der Maschinen-und Werkzeugbau sowie dieElektro- und Kunststoffindustrie.

Im Frühjahr 2016 wurde dieFirma Fördermitglied des VDIRheingau-Bezirksvereins, be-sonders, um die Initiativen inder Jugendarbeit zur Weckungdes Interesses an technischenBerufen zu fördern. Zur „Nachtder Ausbildung“ am 20. Mai2016 lud sie die VDI-Zu-kunftspiloten zur Besichtigungdes Betriebes und zur Informati-on über die beruflichen Möglich-keiten ein. Wegen der kurzfristi-gen Einladung war die Delegation des VDI relativ klein.

Nach dem freundlichen Empfang führte Geschäftsfüh-rer Dr. Kleuver die Gruppe persönlich durch die Fertigungs-und Versuchsräume. Er erläuterte die Geräte und derenEntwicklung und wies dabei auf die in letzter Zeit gewach-sene Bedeutung der Software hin, dies schlage sich auchin den höhere Ansprüchen an die Mitarbeiter der Entwick-lungsabteilung nieder, betonte Kleuver. huv

Über einen weiteren Besuch bei der Firma, die sich anAusbildungsfragen sehr interessiert zeigt und auch auf

dem Experimentiertag des VDIni-Clubs am 2. September inFlörsheim vertreten war, berichtet der Leiter des Arbeitskrei-

ses VDIni/VDI-Zukunftspiloten.Am 1.9.2016 fuhr ich mit 21

Schülern und einem Lehrer derSchule am Rosenberg in Hof-heim zu unserer Förderfirmanach Bad Kreuznach. Die betei-ligten Schüler kommen aus einerHauptschule und wollen in die-sem Jahr die Realschulreifeschaffen.

Wir wurden begrüßt und be-treut vom Geschäftsführer Dr.Kleuver. Er zeigte uns per PowerPoint die Entstehungsgeschichteder Firma vom Anfang bis zumheutigen Tag. Dann erklärte erden Schülern die Geräte WMM,Messprojektoren, Messsoftwareund die Laser-Pistole „PreciseLaser Target PLT 2“.

Einige der Schüler durften mitPistolen dieses Systems schie-

ßen, wie es die Modernen Fünfkämpfer bei den Olympi-schen Spielen in Rio auch taten. Die Fa. Schneider hatdieses System einer ungefährlichen präzisen Schusswaffedort aufgestellt und betreut. Gegen Ende wurden alle Schü-ler nach ihrem Berufswunsch befragt und dann ging dertolle Besuch zu Ende. Wir traten die Rückfahrt um 11:30Uhr wieder an.

Wolfgang Truss

VDI-Besucher und Gastgeber Dr. Kleuver (links)

Foto: Schneider Messtechnik

Verein


ESOC (ESA) in Darmstadt

Am 6.9.2016 fuhren Frieder Schnaith und ich mit 16Mitgliedern unserer Jugendorganisationen zur ESOC

(ESA) nach Darmstadt. Die beteilig-ten Kinder sind alle sehr interessier-te technikbegeisterte Jugendmitglie-der im VDIni-Club oder bei den VDI-Zukunftspiloten.

Wir wurden begrüßt von einerälteren Mitarbeiterin der ESA undvon ihr durch das Gelände geführt.Sie beantwortete alle unsere Fragenmit Geduld und Humor. Als ersteszeigte sie uns einen Film über dieEntstehungsgeschichte der ESAvom Anfang bis zum heutigen Tage.Dann erklärte sie unseren VDI-Jugendlichen die Aufgaben und die Arbeitsweise der ESAund zeigte uns den Operationsraum, die Arbeitsgruppe der

Raumsonde Rosetta. Wir sahen die Gruppen für die Erdbe-obachtungsmission, Navigationsmission, Telekommunikati-

onsmission und die Technologiemis-sion. Wichtig ist, dass kein Mitarbei-ter einer anderen Gruppe in die Räu-me dieser Gruppen kommt.

Wir erhielten Einblicke in die be-mannte Raumfahrt und den Flugbe-trieb und erfuhren, welche deut-schen Astronauten schon im Weltall-waren. Die ESA hat einen Etat von4,433 Mrd. €. Wir durften keine Foto-apparate und Handys mit ins Gelän-de nehmen, aber die Besichtigungwar toll. Nach eineinhalb Stundenintensiver Führung fuhren wir wieder

mit dem Bus nach Flörsheim zum Ausgangspunkt unsererBesichtigungsfahrt. Wolfgang Truss

ESA European Space Agency: Europä-ische WeltraumorganisationESOC European Space Operation Center:Europäisches Raumflug-Kontrollzentrum

Gokarts inModellbaugröße

Vier Wochen lang drehte sich allesum das Thema Auto.

Nachdem sich die Vorschul-gruppe „Schlaue Füchse“ der

Ev. KiTa Hochheim bereits imApril an den Bau einer großenSeifenkiste gewagt hat, konnte siesich nun an eigenen kleinen Go-kartmodellen zum Zusammenbau-en versuchen.

Zur technischen und tatkräfti-gen Unterstützung dieses „Auto-projektes“ konnte der VDI BV-Rheingau (Verein Deutscher Inge-nieure) gewonnen werden. Mit vielGeduld und hohem Engagementhaben Herr Truss und HerrSchneider den 14 Vorschulkinderndas Thema „Autos“ vier Wochenlang nähergebracht. Auch dieBausätze wurden vom VDI ausge-sucht, beschafft und beigestellt.

Folgende Themen und Fragenkonnten geklärt werden: Seit wanngibt es Autos? Was war vor denAutos, wie sind Menschen voneiner Stadt in die andere gekom-men, wie haben sie Lasten trans-portiert? Wie sahen Straßen da-mals aus? Wer hat den erstenMotor erfunden? Wie funktioniertein Ottomotor? Wie schnell sinddie ersten Autos gefahren und wohaben sie ihr Benzin herbekom-men? Aus welchen Einzelteilenbesteht ein Auto? Und vieles an-dere mehr.

Anschaulich wurden die Pro-jekttage mit Material, das die Kin-der in die Hand nehmen und aus-probieren konnten. So hat Herr Schneider zum Beispiel einModell von einem 4Takt-Motor mitgebracht sowie ein Mo-

dell von einem Getriebe. Die Kin-der durften eine echte Zündkerzebegutachten und mit einer Mag-netzündung den Funken über-springen lassen, sowie darüberstaunen, wie groß und schwer einKolben ist.

Nach so viel anstrengenderTheorie durften sich die Kinderdann mit Schleifpapier, Holzleimund Schraubenzieher an den Baueines eigenen Gokarts machen,an dem sie die Funktionsweiseeiner Lenkung gut begreifen konn-ten. Zum Schluss wurden die klei-nen “Flinken Füchse“ noch indivi-duell angemalt und ausprobiert –tolle Flitzer, die die Kinder als An-denken mit nach Hause nehmendurften (siehe Foto).

Die „Schlauen Füchse“ konntennoch eine Werksführung im Opel-werk Rüsselsheim Ende Juni erle-ben, die ebenfalls der VDIni Cluborganisiert hatte. So wurde dasAutoprojekt zu einem krönendenAbschluss gebracht.

Die Gruppe der Kinder mit Be-treuer wurden im Adam Opel-Haus empfangen und gleich miteinem Kopfhörer ausgestattet, sodass die Kommunikation auch imhohen Geräuschpegel der Produk-tion nicht abriss. Zuerst wurde dieOldtimerwerkstatt mit der Präsen-tation von Nähmaschine, Fahrrad,Motorrad und natürlich Autos allerJahrgänge gezeigt. Der Doktorwa-gen, Laubfrosch, Weltmeister-schafts Sieger Ascona, Mantaaber auch das Raketenauto wur-den von den Kindern erkundet.

Einen Blick in das Presswerkwar möglich und so konnten die riesigen Pressen, die gro-ße Bleche bearbeiten aus entsprechender Distanz bestaunt

Experimente in Kitas und Schulen

Ev. Kita Hochheim

Gokart-Modelle: Selbstbauen macht allen Freude

Fotos: A. Schubowitz

Verein


werden. Natürlich durften auch die Roboter nicht fehlen, dieim Karosserie-Zusammenbau fleißig ihre genaue Arbeitbeim Zusammenschweißen der Pressteile taten.

Von dem hochliegenden Besucherweg aus war dieEndmontage des Autos „hautnah“ zu beobachten und manwunderte sich über die Vielfalt der Teile, die bereit standenund fachgerecht an das Auto gefügt wurden. Miterlebt wur-

de auch die „Hochzeit“ bei welcher die Achs- und Antriebs-aggregate mit der Karosserie zusammengefügt und mitvielen Schrauben automatisch fixiert werden.

Nach der zweistündigen Tour ging es mit dem Bus wie-der zurück zum Adam Opel Haus, dort verabschiedete mansich von Opel und auch von den VDIni-Begleitern. AngelaSchubowitz, Ev. KiTa Hochheim; Manfred Schneider, VDI

Grundschule Saulheim

D ie Grundschule Saulheim war eine der freundlichstenSchulen in Rheinland-Pfalz. Wir hielten dort Unterricht

über Brückenbautechnik in 3 Klassen mit 215 Schülerinnenund Schülern, die als praktische Übung ein Brückenmodellbauen sollten.

Es wurde jeweils eine Brücke aus Papier und Seilenerstellt (Rialto-Brücke). Dabei wurden den Kindern erläu-tert, welche unterschiedlichen Brückentypen es gibt.

Außerdem wurde die jeweilige Konstruktion der Brü-cken am Bildschirm dargestellt und erklärt, wie diese ge-baut werden. So erfuhren die Kinder die wichtigsten Unter-schiede der in der Welt gebauten Brücken. Den Unterrichthielten die VDIni-Team-Mitglieder Thomas Kubisch undWolfgang Truss. Wolfgang Truss

Brückenbauprojekt

Die Rialto-Brücke: Aus Fachwerkelementen bestehende Rund-bogenbrücke, benannt nach dem Vorbild in Venedig. Foto: VDI RHG

Main-Taunus-Schule HofheimSolartechnik und Schaltungen

Ein Schüler des Physikleistungskurses berichtet über Expe-rimente, die er mit den VDI-Zukunftspiloten durchgeführt hat.

B ipolartransistoren? Kollektorstrom? Vierquadranten-kennlinienfeld? Wie bitte?“ So in etwa sah unsere erste

Reaktion aus, als wir im Rahmen des Zukunftspilotenpro-gramms des VD-Rheingau unsere Projektarbeit begannen.

Genau genommen ging es am ersten Tag aber umSolarstationen, denen wir in der Weilbacher Kiesgrube auf

das „Panel“ fühl-ten… Die Arbeitbestand zwargrößtenteils darin,Ziffern so lautvom Messgerätabzulesen, dasssie jeder in seineTabelle und spä-ter ins Diagrammeintragen konnte,aber trotzdem istdie Abhängigkeitder Leistung vom

Einfallswinkel des Lichts oder der Fläche der Zelle durch-aus interessant, auch wenn man sich keine Selbstbau-Solaranlage aufs Dach schrauben möchte.

Fakt ist, dass das, neben der ganzen Quantenphysik,die der Lehrplan vorschreibt, einer der ersten praktischenVersuche war, die dieses Halbjahr durchgeführt werdenkonnten.

Doch während wir bei den Solarversuchen noch rechtwenig mit der Schaltung anfangen konnten, waren wir es,

die an den folgenden Tagen ins kalte Wasser geschubstwurden und selbst Schaltungen stecken sollten.

Der mit Steckbrettern, Transistoren und Dioden(zumindest größtenteils) völlig überforderte Physik LK solltenun also das Stromsteuerungskennlinienfeld mit Hilfe vonIB und IC untersuchen… Na, herzlichen Glückwunsch…

Doch von ersten funktionierenden Schaltungen euphori-siert, ließ der Drang gar nicht mehr nach und so kamennicht nur Kennlinien, son-dern auch eine Umwand-lungsschaltung von Wech-selspannung mit 10 V zuGleichspannung mit 5 V zu-stande.

Wenn das Messgerätdann tatsächlich, nach ge-fühlt 250 Drähten, Wider-ständen und Kondensatoren,den richtigen Wert zeigt…Glücksgefühle, die im Lebeneines Physik LK-lers nurselten erreicht werden.

Und auch wenn sicher-lich nicht jeder Gang desStroms zu 100% nachvollzo-gen werden konnte, danken wir dem VDI für das(ehrenamtliche!) Engagement, das uns Schülern die Praxis,nach all den Jahren mit Atomen, Elektronen und Quanten,wieder ein bisschen näher gebracht hat und uns zeigte,dass in einem 10x4cm Steckbrett mehr Spannung steckt,als in so mancher Geschichtsstunde.

Yannick Auth für den Physik LK Q4 von Herrn Laudan

Messungen an einem Solarmodul

Steckschaltungen

VDI Rheingau-BezirksvereinVDIni-Club

Kapellenstraße 27, 65439 FlörsheimTel.: 06145-6869 * Fax: 06145-53602

E-Mail: [email protected]

VDI Rheingau-BezirksvereinZukunftspiloten

Kapellenstraße 27, 65439 FlörsheimTel.: 06145-6869 * Fax: 06145-53602

E-Mail: [email protected]

Verein


Aktivitäten in den Weilbacher Kiesgruben

Im Sommer 2015 wurden von den VDIni- und VDI-Zukunftspiloten-Helfern zwei Blockhäuser im Regional-

Park „Weilbacher Kiesgruben“ mit aktiver Unterstützungvon einigen Schülern bei den Bauarbeiten aufgebaut. Indiesen VDI-Häusern sollen Kinder und Jugendliche Gele-genheit haben, technische Experimente durchzuführen.Finanziell unterstützt wurde dieses Projekt von der gemein-nützigen Stiftung Taunussparkasse. (Siehe VDI Rheingau-Regionalmagazin 2/2016).

Diese Häuser werden seit ihrem Aufbau und Fertigstel-lung der technischen Einrichtungen von Schulklassen, Kin-dergärten und bei Veranstaltungen gemeinsam mit dembenachbarten Naturschutzhaus genutzt.

Im März 2016 begann die Nutzung mit der Durchfüh-rung einer Solarwerkstatt, in der Schüler der HofheimerGesamtschule am Rosenberg selbstständig durch Solar-strom angetriebene Propeller bauen mussten. Das weitereProgramm sah bis September monatlich eine Experimen-tierveranstaltung vor, die nacheinander Wassertechnik,Bionik, Astronomie, Solartechnik und Windenergie zumThema hatte. Nach Angaben des Leiters der Jugendclubsdes VDI-Rheingau, Dipl.-Ing. Wolfgang Truss, besuchtenjede Veranstaltung ca. 30 Kinder und Jugendliche, die mitgroßer Freude bei der Sache waren.

Zur Ergänzung und zur Durchführung neuer Experimen-te wurden im Augst 2016 ein Windgenerator und eine Son-nenuhr neu aufgestellt..Der Windgenerator

Das Projekt wurde technisch und kostenseitig exaktvorbereitet. Denn die Kosten mussten im vorgegebenenRahmen bleiben, die Standfestigkeit des „Hochbaues“ ga-rantiert werden und das Aussehen „standesgemäß“ sein.

Der Generator mit einer Maximalleistung von 500 Wattund das Steuergerät wurden gekauft. Nun hatte man dienötigen Angaben, um den Unterbau auszulegen. Die gefor-derte Nabenhöhe beträgt 4 m. Es bot sich, an eine Holz-

konstruktion mit vier Pfosten auf vier Pfahlfundamente zustellen, um eine Basis von 1,5 m x 1,5 m zu erhalten. Dievier Pfosten laufen nach oben zusammen und sind mit ei-ner speziell angefertigten Kopfplatte aus Edelstahl ver-schraubt. Diese Platte trägt dann den eigentlichen Mast mitdem darauf um eine senkrechte Achse drehbar gelagertenRotor-Generator. Die Konstrukteure mussten auch daraufachten, dass alle Einzelteile mit PKW transportierbar undohne Einsatz von Kränen montierbar waren.

Der Generator gibt Drehstrom ab, der im Steuergerätauf 12 Volt Gleichstrom gewandelt wird. Das Steuergerätist im Blockhaus in einem Schaltkasten untergebracht, derauch die Anzeigegeräte, Schalter, Sicherungen und An-schlussbuchsen trägt. Das ganze Equipment wird durcheine Batterie ergänzt, die für die Speicherung zuständig ist.Der Aufbau der Anlage erfolgte im August 2016 durch dasbewährte VDIni/VDI-Zukunftspiloten-Helfer-Team.

Die SonnenuhrEbenfalls im August 2016 wurde eine „Äquatoriale

Sonnenuhr“ auf dem Kopf eines Pfahlfundaments fest mon-tiert. Der Standort ist östlich des zweiten Blockhauses (50°03‘ 06“ Nord; 8° 26‘ 38“ Ost).

Die genaue geographische Lage ist wichtig, denn dieSonnenuhr ist genau auf diesen Standort einjustiert. DieseSonnenuhr zeigt die „Wahre Ortszeit“ (WOZ) an. Vergleichtman diese Zeit mit der Armbanduhr (MEZ, MESZ), wirdman eine große Differenz feststellen. Die WOZ ist die ur-sprüngliche Zeit der Sonnenuhr und wird auch Sonnenzeitgenannt. Diese gibt uns den natürlichen Lauf unseres Ta-gesgestirns an unserem Längengrad wieder. Es ist 12:00WOZ, wenn die Sonne ihren täglichen Höchststand genauim Süden erreicht hat. Eine richtig berechnete und genauausgerichtete Sonnenuhr zeigt die WOZ stets präzise an,ohne Batterien, ohne Aufziehwerk. Manfred Schneider

Für Kinder und Erwachsene eine Attraktion: Ein VDI-Blockhaus und der neue Windgenerator. Typ iSTA Breeze i-500mit Laderegler, 12 V, 500 Watt. Nabenhöhe 4 Meter, Rotor-Durchmesser 1,03 Meter. Rotorblätter aus GFK (Glasfaser ver-stärkter Kunststoff). Bilder: M. Schneider

Ein Präzisionsinstrument: Die 1,4 Meter hohe Sonnenuhr istin der Lage, die wahre Ortszeit zu messen. Im Hintergrund derAussichtsturm des Regionalparks mit einer Besucherplattform in27 Metern Höhe.

Volles Programm und Ergänzung der technischen Einrichtung

Verein


Der 7. Experimentiertag: Ein großer Erfolg

Auch der siebte Experimentiertag für Kinder im Altervon 4 bis 12 Jahren, der am 02. September 2016 inder Flörsheimer Stadthalle stattfand, zog erneut

über 1000 Kinder aus den Schulen und Kindergärten derUmgebung an, die die Gelegenheit nutzten, an den über 20Ständen und Experimentiertischen selbst Versuche undSpiele aus Natur und Technik durchzuführen. Veranstalterwaren der VDI-Rheingau und der VDIni-Club Flörsheim, diein Zusammenarbeit mit der Stadt Flörsheim seit 2010 inununterbrochener Folge dieses in der Region einmaligeEreignis ausrichten.

Namhafte Hersteller von technischen Lehrmitteln, Insti-tute, Schulen und Hochschulen aus der Nachbarschaft undeine Industriefirma hatten in der Halle Messestände aufge-baut, wo sie für Kinder geeignete Experimente zeigten oderwo die Kinder aufgefordert wurden, selbst etwas zu bauen

oder auszuprobieren. Und die Kleinen (und Größeren)machten reichlich Gebrauch davon!

Gemeinsam wollen die Anbieter und Helfer dazu beitra-gen, dass Kinder frühzeitig mit der Technik in Kontakt kom-men und sich später für einen technischen Beruf entschei-den. Eine Maßnahme, die geeignet ist, um den heuteschon spürbaren Fachkräftemangel in technischen Berei-chen in Zukunft nicht noch größer werden zu lassen.

Der Landrat des Main-Taunus-Kreises, Michael Cyriax,der Bürgermeister der Stadt Flörsheim, Michael Antenbrinkund der Erste Stadtrat, Sven Heß, übernahmen gemeinsammit Wolfgang Truss, Geschäftsführer des VDI Rheingau dieBegrüßung. In ihren Ansprachen freuten sie sich über diegroße Beteiligung und dankten vor allem den ehrenamtlichenMitgliedern des VDI für das langjährige Engagement in derKinder- und Jugendarbeit der Region. huv

Eifer und Freude auf allen Seiten: Thinh Dinh Van, Mitglied im Team des VDIni-Clubs, freute sich über den Eifer seiner „Gäste“am Experimentiertisch, der den ganzen Tag über umlagert war. Bild: .D.Van, VDI

Der Experimentiertag in den Medien

Um die Zielsetzungen und Hintergründe der ungewöhn-lichen und bis 2010 in dieser Region unbekannten

Veranstaltung einer breiten Öffentlichkeit bekanntzuma-chen, werden zu jedem Experimentiertag die Medien deswestlichen Rhein-Main-Gebietes eingeladen. Dazu gehö-ren die in Flörsheim und Umgebung erscheinenden, Ta-geszeitungen, die privaten und öffentlich-rechtlichen Rund-funkanstalten, ein privater Fernsehsender und die Hessen-schau.

Die Einladungen erfolgen vier Wochen vorher durcheine Kurz-Information, der das Plakat der Veranstaltungbeigefügt wird. Eine Woche vor dem Tag wird eine aktuelle

Pressemitteilung versandt, in der die Namen der erwarte-ten Ehrengäste, einige Hinweise auf die Anbieter, An-sprechpartner beim VDI und die Hintergründe der Veran-staltung erwähnt werden.

In diesem Jahr berichteten wieder die zwei lokalen Zei-tungen mit einem typischen Bild über das Ereignis, zusätz-lich erstmals die Frankfurter Allgemeine, Ausgabe Rhein-Main. Der Vertreter der Hessenschau (Hessischer Rund-funk) filmte am Vormittag, wo die Zahl der Besucher beson-ders groß war, mehrere Experimentiertische und eifrig mit-machende Kinder. Leider wurde der Beitrag aus unbekann-ten Gründen nicht gesendet. huv

Main-Spitze 3. 9.2016 Flörsheimer Zeitung 7.9. 2016 FAZ Rhein-Main 3.9. 2016

Nachrichten/Verschiedenes


Impre s s u mDas VDI RHEINGAU Regional-Magazin erscheint viermal im Jahr, jeweils zu Anfang eines Quartals. Es wird denMitgliedern kostenlos zugesandt. Außerdem finden Sie es im pdf-Format im Internet unter www.vdi.de/bv-rheingau.Interessenten können das Magazin für 10 € im Jahresabonnement erwerben. Namentlich gekennzeichnete Beiträgestellen nicht in jedem Fall die Meinung der Redaktion oder des Herausgebers dar. Für unverlangt eingesandte Ma-nuskripte und Dateien übernehmen wir keine Gewähr. Hinweis: Die Ausgabe 3/2016 für das 3. Quartal 2016 ist nichterschienen.

Herausgeber: VDI Rheingau-Bezirksverein e. V., Geschäftsstelle:Kapellenstraße 27, 65439 Flörsheim Tel. 06145-6869Vorsitzender: Sven Freitag

Redaktion: Heinz-Ulrich Vetter (huv), Kriesweg 10, 55413 WeilerTelefon: 06721-36979 E-Mail: [email protected]

Layout, Text- und Bildbearbeitung: Vereinszeitungen Vetter, Kriesweg 10, 55413 Weiler

Druck / Auflage Druckwerkstätte Leindecker, Bingen / 2800

Redaktionsschluss dieser Ausgabe: 3. September 2016. Die nächste Ausgabe für das erste Quartal 2017erscheint Ende Anfang Januar 2017. Redaktionsschluss ist der 3. Dezember 2016.

E-Mail-Adressen - Adressenänderungen

Liebe Mitglieder des VDI Rheingau-Bezirksvereins!

Die Geschäftsstelle des Rheingau-Bezirksvereins bemühtsich, die zahlreich eintreffenden Informationen, zum Bei-spiel Einladungen zu Veranstaltungen und anderes, mög-lichst schnell an die infrage kommenden Empfänger wei-terzuleiten. Als schnellste und für den Verein kostengüns-tigste Methode hat sich auch beim VDI der E-Mail-Verkehrerwiesen. Dieser kann aber nur reibungslos funktionieren,wenn die E-Mail-Adressen bekannt sind und wenn die Än-derungen der E-Mail-Adressen angegeben werden.

Der einfachste Weg zur Adressenänderung geht über dieInternetseite des VDI www.vdi.de ,dann Menüpunkt „MeinVDI“.

Ersatzweise ist auch der Weg über unsere Geschäftsstellemöglich, am besten per E-Mail. H.U. Vetter

[email protected]

Geschäftsstelle, Kapellenstraße 2765439 Flörsheim, Tel.: 06145-6869

Fax: 06145-53602

Aus der FH wird dieTechnische Hochschule Bingen

Aus der Fachhochschule Bingen ist am 1. Juni 2016, dieTechnische Hochschule Bingen (TH Bingen) gewor-

den. Die Hochschullandschaft hat sich in den vergangenenJahren, vor allem durch die Bologna-Reform, grundlegendgerändert – und mit ihr die FH Bingen. Da war es an derZeit, einen neuen Namen zu finden, der diesen Entwicklun-gen Rechnung trägt. Als TH wird nun die Tradition der In-genieurschule fortgesetzt, die Hermann Hoepke 1897 alsRheinisches Technikum in Bingen gegründet hat.

Der neue Name der Hochschule zeigt sich auch imneuen Logo und einem neuen Außenauftritt unter www.th-bingen.de. Präsident Professor Dr. Klaus Becker betont:„Bei uns in Bingen hat Veränderung Tradition. Schon im-mer war die Hochschule eine sehr dynamische Institution,die sich den wechselnden Bedingungen der vergangenen120 Jahre angepasst hat. Wir bekennen uns mit der Na-mensänderung zu unseren Wurzeln und zu unserem tech-nisch-naturwissenschaftlichen Profil. Die praxisnahe Lehre

ist und bleibt dabei unser Auftrag. Denn unsere Expertise inanwendungsbezogener Lehre und Forschung ist in derRegion nach wie vor einzigartig.“

Vorausgegangen war der neuen Ära ein intensiver Pro-zess der Profilschärfung und Weiterentwicklung in Lehreund Forschung. In den vergangenen fünf Jahren wurde dasStudienangebot zu Klimaschutz, Energie und Informatikausgebaut und durch duale Studienformen ergänzt.

Außerdem haben sich in Forschung und Entwicklungweitere Schwerpunkte herausgebildet. Dazu gehören bei-spielsweise die Themen Elektromobilität, die BiogeneWerkstatt, der Essbare Campus oder das Binger Drohnen-projekt. Im Zuge dieses Prozesses wurde zudem kräftig indie Infrastruktur der Labors und in den Service für Studie-rende investiert. 2020 wird mit dem geplanten Audimaxdann auch architektonisch ein Zeichen gesetzt. PM TH BIN

VDI-Förderpreisträgerinerneut ausgezeichnet

Sandra Schedler (MSc)erhielt bei der letzten

Mitgliederversammlung desRheingau-Bezirksvereins am8. März 2016 für ihre Stu-dienleistungen und ihre her-ausragende Masterarbeitden VDI-Förderpreis.

Jetzt wurde die Absol-ventin der Hochschule Gei-senheim University mit demRheingauer-Volksbank-Preisgeehrt, der ihr für ihre Ba-chelor-Arbeit über die „Biolo-gische Wirksamkeit mehrfa-cher UV-C-Bestrahlungender Rebe (Vitis vinifera L.)zur Verminderung desSchadstoffaufkommens durch pathogene Pilze, insbeson-dere Botrytis cinerea“ überreicht wurde. PlanG 2/2016

TH Bingen: In einer Feierstunde am 1. Juni 2016 wurde dasneue Logo enthüllt. Bild: TH Bingen

Sandra Schedler, MSc

Forschung


Johannes Gutenberg-Universi tät Mainz / Titel

Der Forschungsreaktor TRIGA MainzVon Klaus Eberhardt und Christopher Geppert

Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz (FR MZ) im Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist einer von derzeit drei in Deutschland in Betrieb befindlichen Forschungsreakto-ren. Mit dem Einsetzen des 57. Brennelements in den Reaktorkern wurde der Reaktor am 3. August

1965 erstmals kritisch. Bei der Einweihungsfeier im April 1967 erfolgte die offizielle Inbetriebnahmedurch den Nobelpreisträger und Entdecker der Kernspaltung Otto Hahn. Seitdem arbeitet der Reak-

tor bis auf eine kurze Umbauphase im Jahr 1995 störungsfrei. Der FR MZ wird genutzt in der Grund-lagenforschung, in den angewandten Wissenschaften, soweit diese von Universitäten betrieben wer-den, in der Ausbildung der Studenten auf aktuellen Wissenschaftsgebieten, um den langfristigen

Kompetenzerhalt durch junge Forscher zu sichern, sowie für weiterführende Kurse für eine breite Öf-fentlichkeit. In allen diesen Bereichen spielt der TRIGA-Reaktor mit seiner inhärenten Sicherheitsphi-losophie als intensive Neutronenquelle und als Trainingsreaktor eine unverzichtbare Rolle.

Der Forschungsreaktor der Uni-versität Mainz ist ein TRIGA-Reaktor Typ Mark II von Gene-

ral Atomic, einem Tochterunterneh-men des amerikanischen Großkon-zerns General Electric. TRIGA Reakto-ren wurden seit den sechziger Jahrendes vergangenen Jahrhunderts biskurz nach der Jahrtausendwende welt-weit aufgebaut, und bis heute sinddavon noch über 30 Reaktoren imBetrieb.

AufbauTRIGA Reaktoren des Typs Mark II

sind im Gegensatz zu Mark I Reakto-ren überirdisch in einergroßen Experimentierhalleerrichtet.

Der Reaktor hat eineHöhe von etwa 6,5 m überdem Hallenboden undeine Sockelbreite vonebenfalls 6,5 m. Bild 2zeigt einen Schnitt durchden Reaktor.

Eine 2,3 m dicke Be-tonumwandung bildet densogenannten biologischenSchild um den Reaktor-tank. Dieser hat einenDurchmesser von 2 m undeine 18 m³ Wasser fas-sende Außenhülle, beste-hend aus einer AlMg3-Legierung.

Da der Tank zur Ober-seite hin offen ist, befindetsich das Wasser im Ge-gensatz zu Druck- oderSiedewasser-Reaktorenimmer unter Normaldruck.Man spricht daher voneinem sogenannten „swim-ming-pool“-Reaktor. Dasverwendete Wasser istvollentsalztes normalesWasser mit einer elektri-schen Leitfähigkeit vonkleiner als 1µS/cm.

SteuerstäbeFünf Meter unter der Wasserober-

fläche befindet sich im Zentrum desTanks eine Halterung hauptsächlichfür derzeit 76 Brennelemente (sieheAbschnitt Brennstoff und Moderation,Seite 14) sowie die Aufnahmen für dieSteuerstäbe. Insgesamt verfügt der FRMZ über drei unterschiedliche Steuer-stäbe.

Alle Steuerstäbe bestehen ausdünnwandig mit Aluminium ummantel-ten Borkarbid-Zylindern, die durcheinen Antrieb oberhalb des Reak-tortanks in den Kern hinein- oder her-ausgefahren werden können. Bor,

insbesondere das im na-türlichen Gemisch zu ca.20 % enthaltene Isotop 10Bhat einen sehr hohen Ein-fangsquerschnitt für ther-mische Neutronen.

Dies bedeutet: Je wei-ter die Steuerstäbe in denReaktorkern hineingefah-ren werden, umso mehrNeutronen werden durchdie Steuerstäbe absorbiertund stehen für die Ketten-reaktion (siehe Einschub„Kernspaltung und Ketten-reaktion“, Seite 13) nichtzur Verfügung.

Den größten Einflusshat der sogenannte Trimm-stab, der zur Grobein-stellung der Reaktorleis-tung verwendet werdenkann. Der einzelne Trimm-stab hat eine ausreichen-de Wertigkeit, das heißt, erabsorbiert so viele Neutro-nen, dass sein komplettesEinbringen in den Reaktordie Kettenreaktion im Kernvollständig unterbricht undeinen weiteren Reaktorbe-trieb unmöglich macht.Parallel dazu gibt es einensogenannten Regelstab,

Bild 1 Der Startschuss: Nobelpreis-träger Otto Hahn am Steuerpult des TRI-GA bei der offiziellen Einweihung am 3.April 1967.

Bild 2: Einfacher Grundaufbau 1: Schnitt durch einen Reaktorvom Typ TRIGA Mark II.

BiologischerSchild

K

ZB- ZentralesBestrahlungs-rohr

K

Reaktor-tank

Forschung


der im Aufbau dem Steuerstab iden-tisch ist, bei gleicher Länge aber einengeringeren Durchmesser aufweist. DerRegelstab dient dazu, kleine Leis-tungsschwankungen des Reaktors zukompensieren und die Reaktorleistungauf einer wählbaren thermischen Leis-tung automatisiert zu stabilisieren.

Angetrieben werden die oben ge-nannten Steuerstäbe durch einenAsynchronmotor, der im Falle des Re-gelstabes von einer Rege-lungsautomatik angesteu-ert werden kann. Die Ver-bindung zwischen Antriebund dem Absorber-Materialim Reaktorkern geschiehtüber eine elektromagneti-sche Kopplung. Der Hal-testrom jeweils eines Elekt-romagneten am unterenEnde des Antriebs hält dasobere Ende eines Steuer-stabes. Bei Stromausfalloder jeglicher Art vonSchnellabschaltung wer-den diese Elektromagnetenstromlos und die Steuer-stäbe fallen sofort alleindurch die Schwerkraft inden Reaktorkern, wodurchdie Kettenreaktion unddamit der Reaktorbetriebabgeschaltet wird.

Zusätzlich ist der For-schungsreaktor Mainz miteinem weiteren optionalenSteuerstab ausgestattet.Dieser wird nicht über einen Asyn-chronmotor, sondern über ein Steuer-ventil, angeschlossen an eine Druck-luftleitung mit 5 bar Druck, ange-trieben.

Bei geschlossenem Steuerventilliegt dieser sogenannte „Pulsstab“ imReaktorkern. Wird das Ventil über einRegelsignal aus der Reaktorwartegeöffnet, so wird der Pulsstab in Se-kundenbruchteilen aus dem Kern her-ausgeschossen.

Auch bei diesem Regelstab giltauch hier die Sicherheitsphilosophieder beiden anderen Steuerstäbe: BeiStromausfall oder Notabschaltung desReaktors wird das Steuerventil derDruckluft-Zufuhr stromlos und schließt,worauf der Pulsstab in den Reaktor-kern fällt.

KreisläufeDer FR MZ besitzt drei Wasser-

kreisläufe. Wie in Abschnitt Brennstoffund Moderation, Seite 14, erläutertwird, werden in Reaktoren vom TypTRIGA im Dauerbetrieb keine für Was-serdampf notwendigen Temperaturenerreicht. Üblicherweise liegen die Ma-ximaltemperaturen im Reaktorbeckenbei etwa 26°C. Die Kühlung des Was-sers im Reaktorbecken wird durch

eine Kopplung des offenen Primär-kreislaufes über einen Wärmetauscheran einen geschlossenen Sekundär-kreislauf gewährleistet. Dieser wiede-rum führt seine Wärme über einenKühlturm mit Berieselungskühlung ab.Zudem dient ein dritter offener Was-serkreislauf zur Reinigung des Was-sers im Reaktorbecken. Mit einerFlussrate von 4 m³/h wird das Wasseran der Beckenoberfläche abgesaugtund durch Partikelfilter und einenMischbett-Ionenaustauscher durchge-hend gereinigt. Alle Pumpstrecken derdrei Kreisläufe sind redundant ausge-legt und werden im wöchentlichenTurnus gewechselt

BestrahlungseinrichtungenZur weiteren elementaren Ausstat-

tung des Reaktors gehören die Be-strahlungseinrichtungen. Kleine Pro-ben können in drei verschiedenenEinrichtungen bestrahlt werden (sieheBild 2). Den höchsten thermischenNeutronenfluss (Φtherm=4×1012 n cm-2 s-1)erzielen Bestrahlungen im zentralenBestrahlungsrohr (ZB). Hierzu werdenProben gesichert an einer Nylon-Schnur in einem Führungsrohr zent-risch in die Halteplatte der Brennele-

mente abgelassen undnach vorab festgelegterZeitdauer manuell wiederherausgezogen.

In einem Ring um dieBrennelemente herum be-findet sich das sogenannteKarussell. Es beinhalteteinen Probenrevolver mit40 Positionen, in denenProbenkapseln mit einemmittleren Neutronenfluss vonΦtherm= 0,7×1012 n cm-2 s-1

ständig um den Reaktor-kern herum zirkulieren. DieEinbringung und die Ent-nahme der Proben gesche-hen manuell durch einenReaktoroperateur. Im Ge-gensatz dazu erlaubt einRohrpostsystem Probenaus verschiedenen Laborsmittels Unterdruck in bis zudrei verschiedene Proben-positionen mit einem Neut-ronenfluss von Φtherm=2×1012 n cm-2 s-1 einzu-

schießen und mittels einer halbauto-matischen Zeitsteuerung wieder aus-zuschießen.

In Ergänzung zu den über die Re-aktorplattform zu beladenden Bestrah-lungspositionen können auf Höhe desKerns verschiedenen Teile eines Ex-perimentes in vier sogenannte Strahl-rohrpositionen (Bild 3) eingebrachtwerden und in Reaktorkernnähe positi-oniert werden. Die Strahlrohreinsätzeerlauben es, Experimentteile mit ei-nem Durchmesser von maximal 150mm einzubauen, die in der Regel inmehrtägigen Strahlzeiten zum Einsatzkommen.

Durch die Strahlrohre können er-zeugte radioaktive Nuklide oder Ele-mentarteilchen, beispielsweise Neutro-nen, kontrolliert durch den biologi-

Kernspaltung und KettenreaktionBei der Spaltung von Uran wird ein sogenanntes thermi-sches Neutron, d.h. ein Neutron mit einer kinetischenEnergie von etwa 20 Millielektronenvolt (meV) in einemAtomkern des Uranisotops 235U eingefangen, der dannkurzfristig zum Isotop 236U wird. Dieser Atomkern zerplatztinfolge innerer Anregungsenergie nach etwa 10 Femtose-kunden (fs=10-15 s) in zwei zumeist radioaktive Tochter-kerne. Dabei wird Energie in Form von Wärme frei, die inKernkraftwerken zur Stromerzeugung verwendet wird.Zudem werden bei jeder Spaltung im Mittel zwei bis dreiNeutronen mit Energien von bis zu einigen Megaelektro-nenvolt (MeV) freigesetzt.

Um erneut eine Spaltung des im Reaktorkern vor-handen 235U und damit eine Kettenreaktion auszulösen,müssen diese Neutronen zuvor um bis zu acht Größenord-nungen auf thermische Energien von einigen meV abge-bremst werden. Hierzu werden je nach Bauart des Reak-tors verschiedene Moderatoren (schweres Wasser, Gra-phit etc.) eingesetzt. Um eine unkontrolliert ansteigendeSpaltrate und eine damit verbundene exorbitante Energie-freisetzung zu vermeiden, müssen in den Reaktorkern derKernkraftwerke Steuerstäbe aus Neutronenabsorbern ein-gefahren werden, um im zeitlichen Mittel aus jeder Spal-tung nur wieder ein freies Neutron für die nächste Spal-tungsgeneration zur Verfügung zu stellen.

Bild 3 Einfacher Grundaufbau 2: Horizontaler Schnitt durch denReaktor auf der Höhe des Kerns und der vier Strahlrohre. Schnittebe-ne K--K in Bild 2.

Biologischer Schild (Beton)

Forschung


schen Betonschild des Reaktors ge-führt und weiteren Experimenten in derReaktorhalle zur Verfügung gestelltwerden. Aufgrund ihrer Ausführungbieten alle vier Strahlrohrpositionenleicht veränderte Neutronenspektrenund Neutronenflüsse.

Die thermische Säule (TS) ist eingroßer mit Grafit gefüllter Behälter mitAluminiumhülle. Die Grafitfüllung derTS besteht aus hochreinen („reactor-grade“) dichtgefügten Grafitblöckenmit einem Querschnitt von 200 mm x200 mm.

Zur äußeren Ab-schirmung der TS inRichtung der Experi-mentierhalle ist ein et-wa 1 Meter dickes, aufSchienen fahrbaresBeton-Strahlenschutz-tor, vorhanden. In ge-schlossenem Zustandschließt das Tor bündigmit dem biologischenSchild ab.

In diesem Tor befin-det sich zusätzlich einStopfen von etwa 150mm Durchmesser derals Zugang zur TSdient, wenn das ganzeTor nicht verfahren wer-den soll. Bei geöffne-tem Strahlenschutztorlassen sich einzelneGrafitblöcke mit einemQuerschnitt von jeweils100 mm x 100 mm undeiner Länge von 127cm entfernen, um grö-ßere Proben wie z.B.Behälter mit Zellkultu-ren oder Elektronikkomponenten zurBestrahlung in die TS einzubringen.

Brennstoff und ModerationEine herausragende Besonderheit

von TRIGA Reaktoren sind die Eigen-schaften der Brennelemente (BE).Dabei handelt es sich um Stäbe beste-hend aus einer Zirkoniumhydrid (ZrH)-Matrix in einem dünnwandigen Alumi-nium- bzw. Edelstahlgehäuse. DieseMatrix ist mit nur 8 GewichtsprozentUran dotiert. Der Anreicherungsgraddes Anteils 235U ist derart gering, dassman hier von nicht-waffenfähigemUran spricht (auch „low enriched urani-um“ LEU genannt).

Im Gegensatz zu Leistungs-reaktoren geschieht die primäre Mode-ration der Neutronen aus dem Spal-tungszyklus in den BE selbst. DerWasserstoff (H) in der ZrH-Matrix kannim sogenannten Einstein-Modell inguter Näherung als freier Oszillatorbeschrieben werden. Durch seine imVergleich zu den Spaltneutronen an-nähernd gleiche Masse ist er ein idea-ler Stoßpartner zur Energiedissipationund damit zum Abbremsen der Neut-ronen.

Wie in Bild 4 illustriert kann in ei-nem kalten Brennelement die Energiedes Neutrons auf ein Wasserstoffmo-lekül übertragen werden. Steigt dieTemperatur in den BE und damit imZrH, so wird der Wasserstoff in derMatrix selbstständig (thermische)Energie aufnehmen. Stößt ein Neutronunter solchen Bedingungen auf ein H-Molekül, so läuft der Energietransfer indie umgekehrte Richtung und dieNeutronen werden nicht länger abge-bremst. Das bedeutet, mit steigender

Temperatur nimmt die Moderation derNeutronen ab, man spricht von einemnegativen Moderations-Temperatur-koeffizient. Dieser Sicherheitsmecha-nismus reagiert binnen Millisekundenund bedarf keinerlei Eingriffen durchmechanische oder elektronische Maß-nahmen außerhalb der BE. Er beruhtallein auf unveränderlichen physi-kalisch-chemischen Eigenschaftenund ist damit ausfallsicher gegenüberFehlbehandlung oder Systemausfäl-len.

Diese inhärente Sicherheit ist dascharakteristische Merkmal der TRIGAForschungsreaktoren. Nachtteilig istdieser negative Moderations-Temper-aturkoeffizient für die Energieerzeu-gung: Durch das automatische Ab-schalten der Kettenreaktion bei stei-gender Betriebstemperatur kann dasWasser im Reaktortank nicht zum Sie-den oder zur Dampfbildung erhitztwerden, wodurch keine nachgeschal-teten Turbinen etc. zur Energiegewin-nung eingesetzt werden können.

Der Kern des ForschungsreaktorTRIGA Mainz ist ein sogenannter „life-time core“. Das bedeutet, dass bedingtdurch seinen geringen Abbrand von

nur etwa 4 g Uran im Jahr im Gegen-satz zu anderen Forschungsreaktorendie BE des Reaktorkerns nicht regel-mäßig ausgetauscht und entsorgt wer-den müssen. Eine Entsorgung vonBrennelementen aus dem Reaktorkernwird damit nur bei der endgültigenAbschaltung und Rückbau des For-schungsreaktors notwendig.

SicherheitsaspekteInfolge des Reaktorunfalls im

Kernkraftwerk Fukushima Daiichi am11. März 2011 wurdendurch die Reaktorsi-cherheitskommission inDeutschland Stress-tests aller Kernkraftwer-ke durchgeführt unddiese später auch aufalle Forschungsreakto-ren ausgedehnt.

In diesem Rahmenwurde in unabhängigenUntersuchungen durchden Betreiber unddurch Rechnungen desTÜV Rheinland dieAuswirkungen einesUnfalls auf die unmittel-bare Umgebung unter-sucht. Als abdeckenderStörfall wird ein Flug-zeugabsturz auf denReaktor angenommen,der eine komplette Zer-störung aller BE imReaktorkern nach sichziehen würde.

Dabei wurden ver-schiedene Szenarien -mit und ohne Treibstoff-brand des Flugzeug-

kerosins bei völlig beschädigter Reak-torinfrastruktur - betrachtet. In keinemder untersuchten Szenarien wurdenGrenzwerte erreicht, die gemäß deraktuellen Richtlinien eine Evakuierungoder Umsiedelung außerhalb desdurch den Flugzeugabsturz anzuneh-menden Sperrkreises von 200 m not-wendig machen.

BetriebsartenVon 1967 bis heute wird der FR

MZ an ca. 200 Tagen im Jahr genutzt.Er hat sich in diesem Zeitraum alssehr zuverlässig erwiesen. Stellt mandie Betriebstage der Zahl der nicht-geplanten Abschaltungen gegenüber,so ergibt sich für den TRIGA Mainzeine Verfügbarkeit von ca. 95%, d.h.die Zahl der nicht geplanten Abschal-tungen ist sehr gering.

Es gibt zwei Betriebsarten des FRMZ. Im sogenannten Dauerbetriebwird der Reaktor bei konstanten ther-mischen Leistungen zwischen 100mW und 100 kW, je nach den Erfor-dernissen der Nutzer, betrieben. Ge-messen an der maximalen Leistung imDauerbetrieb ist der FR MZ weltweiteiner der kleinsten Forschungsreakto-

Bild 4 Inhärente Sicherheit: Illustration der Moderationsfähigkeit vonZrH (Zirkoniumhydrid) bei unterschiedlichen Temperaturen des Brennele-ments. Das Neutron (n) aus der Spaltung findet in den Wasserstoff-Atomen(H) der Moderator-Matrix (ZrH) einen idealen, weil gleichschweren Stoß-partner, um seine kinetische Energie abzugeben. Ist das Brennelement kalt(links), so ist das Wasserstoff-Atom annähernd in Ruhe und nimmt die Energieauf, woraufhin das Neutron abgebremst die Matrix verlässt. Bei hohen Tem-peraturen im Brennelement (rechts) befindet sich das Wasserstoff-Atom be-reits durch die thermische Anregung in einem hohen Vibrationszustand undanstatt das Neutron aus der Spaltung abzubremsen, wird noch Energie an dasNeutron übergeben und dieses beschleunigt. Die Moderation von Neutronenkommt somit im Brennelement zum Stillstand und die Kettenreaktion bricht ab.

Forschung


ren. Der Reaktor wird zu etwa 80% indieser Betriebsart gefahren.

Außer dem Dauerbetrieb ist auf-grund des negativen Moderations-Temperaturkoeffizient der ZrH-Brenn-stoffmatrix (vgl. Abschnitt Brennstoffund Moderation, Seite 14) auch eingefahrloser Impulsbetrieb möglich.

Dabei wird bei einer geringen stabi-lisierten Reaktorleistung der Pulsstabschnell aus dem Reaktorkern ausge-schossen und die Spaltrate der Ket-tenreaktionen im Kern steigt stark an.Die dabei zunehmende Temperatur inden Brennelementen führt dann zueiner abnehmenden Moderationsfähig-keit der ZrH-Matrix und schließlich zurUnterbrechung der Kettenreaktion inden BE.

Dieser Vorgang führt zu einer puls-förmigen Freisetzung von Neutronen,bei denen in einem Zeitfenster vonetwa 30 Millisekunden eine mittlereSpitzenleistung von bis zu 250 MWerreicht wird. Beobachtet werden kanndieser Neutronenpuls durch die beglei-tende Tscherenkov-Strahlung (sieheTitelbild und die Erläuterungen dazuauf Seite 2 „Tscheren-kov-Strahlung in Reak-torkernen“).

In Bild 5 ist die zeitli-che Struktur der Tsche-renkov-Strahlung ver-schieden starker Neut-ronenpulse dargestellt,gemessen mit einerFotodiode über derTankwasser-Oberfläche.Während der stärkstePuls (2.00 $) eine Puls-breite von 25 ms er-reicht, wächst diese fürschwächere Pulse (zumBeispiel. 1.25 $) aufüber hundert Millisekun-den an.

WissenschaftlicheNutzung

Das Anwendungsge-biet des FR MZ ist sehrbreit gefächert. Es bein-haltet neben aktuellenThemen der physikali-schen Grundlagenforschung auchFragen aus dem Arbeitsbereich derangewandten Wissenschaft sowie derAusbildung und dem langfristigemKompetenzerhalt.

GrundlagenforschungIm Verlauf der letzten Jahre wur-

den die Strahlrohre des FR MZ aus-schließlich für die Grundlagenfor-schung verwendet. Die Qualität dieseram TRIGA in Mainz aufgebauten Ver-suche spiegelt sich in der Aufnahmeder Experimente in den Exzellenzclus-ter PRISMA1 an der Johannes Guten-berg-Universität wider.

An zwei der Strahlrohre des Reak-tors wurden in den letzten Jahren

vom Institut für Physik der Universi-tät Mainz und der TU München jeweilseine Quelle zur Erzeugung ultrakalterNeutronen (englisch: ultra-cold neut-rons UCN) entwickelt und in Betriebgenommen. Diese dienen zur kontinu-ierlichen oder gepulsten Erzeugungvon Neutronenstrahlen mit einer Ener-gie von unter 300 Nanoelektronenvolt(neV), die beim Durchgang durch ei-nen Deuterium-Eiskristall bei -268°Cgekühlt werden. Die derart erzeugtenUCN werden in nachfolgend aufge-bauten Experimenten verwendet, umdie Eigenschaften von Neutronen wieetwa deren Lebensdauer oder La-dungsneutralität zu untersuchen.

An einem weiteren Strahlrohr desFR MZ werden mittels hochauflösen-der Laserspektroskopie und Penning-fallen-Massenspektrometrie Präzisi-onsexperimente zum Aufbau exoti-scher radioaktiver Isotope betrieben.Diese Experimente, die in Kollaborati-on mit der TU Darmstadt und demMax-Planck-Institut für Kernphysik inHeidelberg durchgeführt werden, be-schreiben die Form und die Bindungs-

energie von Atomkernen und lieferndamit einen Beitrag zum Verständnisdes Aufbaus und der Entstehung derMaterie.

Das vierte Strahlrohr wird für dieEntwicklung schneller kontinuierlicherTrennverfahren zur Untersuchung derchemischen Eigenschaften der Trans-aktiniden-Elemente (mit Z > 103) einge-setzt. Diese Elemente werden an Be-schleunigern mit so geringen Produkti-onsraten erzeugt, dass man chemi-sche Umsetzungen mit einzelnen Ato-men durchführt. Am TRIGA erzeugteSpaltprodukte können hier als Mo-dellelemente dienen, um hocheffizien-te Trennverfahren für Transaktinidenauszuarbeiten

Angewandte WissenschaftenDas „Arbeitstier“ der Spurenanaly-

tik am FR MZ ist die Neutronenaktivie-rungs-Analyse2 (NAA). Durch die Be-strahlung von Proben in den Bestrah-lungseinrichtungen des TRIGA werdenaus stabilen Spurenelementen durchNeutroneneinfang radioaktive Isotope.Diese können nach der Bestrahlung imReaktor anhand ihrer charakteristi-schen Strahlung unter einem Detektoridentifiziert und quantitativ bestimmtwerden. Dadurch kann auf die ur-sprüngliche Zusammensetzung derProbe zurückgeschlossen werden.Nach den ersten spektakulären Analy-sen von Mondgestein in Deutschlandim Jahr 1970 aus der Apollo 11- Missi-on wird die NAA heute beispielsweisezur Herkunftsanalyse von historischemGestein oder von Materialproben ver-wendet.

Auch für landwirtschaftliche Frage-stellungen an Bodenproben oder aktu-ell zuletzt zur Untersuchung und Opti-mierung von Verfahren zwecks Her-stellung von hochreinem Silizium fürSolarzellen wird die NAA des FR MZ

im Rahmen wissen-schaftlicher Kollaborati-onen eingesetzt.

Ein kürzlich abge-schlossenes Arbeitsge-biet ist die medizini-sche Anwendung desReaktors zur Tumorbe-kämpfung mittels dersogenannten „boron-neutron-capture-thera-py (BNCT)“, bei der mitBor angereichertes Tu-morgewebe durch Neu-tronenbestrahlung zer-stört werden soll.

Zudem können dieNeutronenflüsse desFR MZ für Materialtestsgenutzt werden: Sokann in Nähe des Re-aktorkerns die Emp-findlichkeit bzw. Aus-fallsicherheit von De-tektoren, Platinen oderHalbleiterbauteilen ge-genüber radioaktiver

Strahlung untersucht werden. Diesdient zur Simulation von beispielswei-se Betriebsbedingungen oder be-schleunigten Alterungstests von Bau-teilen, die in der Umgebung von inten-siven radioaktiven Strahlen in leis-tungsstarken Beschleunigerzentrenplatziert werden könnten oder für Bau-gruppen, die auf Satelliten bzw. in derRaumfahrt zum Einsatz kommen sol-len.

AusbildungDas Institut für Kernchemie, bei

dem der Forschungsreaktor TRIGAangesiedelt ist, hat eine lange ununter-brochene Tradition in der Ausbildungund Lehre. Es bietet zweimal pro Se-

Bild 5 Neutronenpulse: Zeitliche Pulsstruktur der Tscherenkov-Strahlungbei vier unterschiedlichen charakteristischen Pulsstärken. Der Nullpunkt derx-Achse ist der Zeitpunkt des Ausschusses der Pulsstabes. Foto: T. Gerhardt

Forschung


mester umfangreiche Praktika in demBereich der Kernchemie für Studentenin den Studiengängen Chemie undPhysik an, für die der Reaktor zur Er-zeugung der benötigten radioaktivenPräparate zur Verfügung steht.

Ein Alleinstellungsmerkmal unterden Universitäten in Deutschland istder Einsatz FR MZ als Ausbildungsre-aktor, bei dem Studenten sowohl denBetrieb des Reaktors als auch die zu-grundeliegende Reaktorphysik durcheine Reihe von Prüflisten bzw. Experi-menten in einem einwöchigen Prakti-kum erlernen. In diesem Praktikum„fahren“ die Studenten den Reaktorselbstständig.

Außerhalb des Studienangebotsder Universität ist die Teilnahme aneinem Reaktorpraktikum am FR MZ

ein notwendiger Bestandteil für dieAusbildung in der Reaktorschule amPaul-Scherrer-Institut3 und damit lang-fristig zur Zulassung als Operateur inder Schweiz.

Weiterhin bietet das Institut fürKernchemie eine Vielzahl von Kursenauf dem Gebiet des Strahlenschutzeszur Erlangung der Fachkunde imStrahlenschutz an. So gibt es bei-spielsweise neben den allgemeinenGrundkursen auch spezialisierte Lehr-veranstaltungen für Lehrer an Schu-len, ABC-Truppführer der Feuerwehrund andere.

Damit liefert der ForschungsreaktorTRIGA Mainz auch noch 50 Jahrenach seiner offiziellen Inbetriebnahmedurch Otto Hahn einen wertvollen Bei-trag zu Forschung, wissenschaftlicher

Ausbildung und Kompetenzerhalt amWissenschaftsstandort Deutschland,auch über die Grenzen der JohannesGutenberg-Universität hinaus. Seinenim Vergleich zu anderen deutschenForschungsreaktoren geringeren Neut-ronenflüssen steht eine inhärente Si-cherheit gegenüber, die den Reaktorzu einem idealen, vielseitig einsetzba-ren Werkzeug im universitären Betriebmacht.

Autoren:Dr. Christopher Geppert, BetriebsleiterDr. Klaus Eberhardt, stellv. Betriebsleiter

Institut für KernchemieJohannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Bilder und Grafiken, soweit nicht an-ders angegeben: Institut für Kernchemie

www.kernchemie.uni-mainzwww.uni-mainz.de

G l o s s a rBor (B)Ordnungszahl Z=5 und damit ein leichtes Element im Perioden-system. Bor zeichnet sich in der Kerntechnik und in der Nuklear-medizin durch seine Fähigkeit aus, effek� v Neutronen einzufan-gen (Fachbezeichnung: hoher Neutroneneinfangsquerschni� ).

GrafitEine der natürlichen mineralischen Erscheinungsformen deschemischen Elements Kohlenstoff (Z=6). Es wird in der Kern-technik mit höchster Reinheit eingesetzt und dient zur Modera-� on bzw. zur Reflek� on von Neutronen aus der Kernspaltung.

Modera� onIn der Kerntechnik beschreibt der Begriff Modera� on das Ab-bremsen von schnellen freiwerdenden Neutronen mit unter-schiedlichen Hilfsmi� eln. Nur die auf eine Geschwindigkeit, die der Raumtemperatur entspricht, „moderierten“ Neutronen, dieaus der Spaltung eines Atomkerns stammen, können darau� in weitere Atomkerne spalten, wodurch eine Ke� enreak� on erfol-gen kann.

NeutronenflussMaß für die Anzahl an einer Stelle pro Zeit und durch eine be-s� mmte Fläche fliegenden Neutronen. Typische Einheiten für den Neutronenfluss: 1/(cm²·s).

NeutronenpulsDurch den Pulsbetrieb am Forschungsreaktor TRIGA könnenNeutronen als zeitlich kurzes Paket mit hoher Neutronendichtefreigesetzt werden, sogenannte Neutronenpulse. Die in derKerntechnik verbreitete Maßzahl Dollar ($) dient als Kennwertfür die Reak� vitätssteigerung des Reaktorkerns, die den Puls ausgelöst hat .Sie hat keinen Bezug zu finanziellen Kosten etc., die beispielsweise zur Erzeugung des Pulses notwendig wären.

Transak� nidenAls Transak� niden werden alle chemischen Elemente bezeich-net, die schwerer als Ac� nium sind und folglich eine Ordnungs-zahl Z>89 aufweisen.

ZOrdnungszahl des jeweiligen chemischen Elements, das die

Anzahl der Protonen im Atomkern angibt und damit die Einord-nung in das Periodensystem der chemischen Elemente.

Zirkonium (Zr)Ordnungszahl Z=40, zeichnet sich durch seine hohe Tempera-turbeständigkeit aus (Schmelzpunkt 1850°C) und dient in Ver-bindung mit Wasserstoff (H) als Zirkonhydrid (ZrH) pulverförmig als Hauptbestandteil der Brennstäbe in TRIGA Reaktoren.

F u ß n o t e n1 Exzellenzcluster PRISMAZusammenschluss verschiedener o� mals fachübergreifender Ins� tute an Universitäten zur wissenscha� lichen Erforschung eines Themenkomplexes, gefördert durch die Exzellenzini� a� ve des Bundes. Für Informa� onen zum Exzellenzcluster „Präzisionsphysik, Fundamentalkrä� e und Struktur der Mate-rie“ an der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz siehe auchh� p://www.prisma.uni-mainz.de

2 Neutronenak� vierungs-AnalyseAuf Neutroneneinfang hauptsächlich in Reaktoren basierendeMethode zur kernchemischen Elementanalyse.Details siehe auch h� p://serc.carleton.edu/research_educa� on/geochemsheets/techniques/INAA.html

3 Paul-Scherrer-Ins� tut (PSI)Das PSI ist das ist das größte Forschungsins� tut für Natur- undIngenieurwissenscha� en in der Schweiz mit Sitz in Villigen, Schweiz.Weitere Informa� onen siehe h� ps://www.psi.ch/ ■

B e s i c h � g u n gEs besteht die Möglichkeit, den Reaktor zu besich� gen. Als Ter-min ist

Mi � woch, 22. Februar 2017, 14 Uhr

vorgesehen. Der Termin steht unter Vorbehalt, da die betriebli-chen Erfordernisse auf so lange Sicht nicht abgesehen werdenkönnen. Die Zahl der Teilnehmer ist begrenzt. Die Berücksich� -gung erfolgt wie üblich in der Reihenfolge der Anmeldungen.

Anmeldungen mit VDI-Mitgliedsnummer und voller Postan-schri� bi� e per E-Mail bis zum 04. Januar 2017an hu.ve� [email protected] Später eingehende Teilnahmewün-sche können nicht beachtet werden. Alle Interessenten erhaltenrechtzei� g Nachricht per E-Mail. H. U. Ve� er

Glossar, Fußnoten, Besichtigung

Angewandte Forschung


Technische Hochschule Bingen

Simulationstechniken in derProduktentstehung - eine Übersicht

Von Herbert Baaser

Simulationstechniken sind in vielen Bereichen nicht mehr wegzudenkende Hilfsmittel derIngenieurtätigkeit. In der Produktentstehung helfen sie zum Beispiel durch die Einsparung von

realen Modellen und Versuchen bei der Kostensenkung der Entwicklungsarbeiten und beider Fertigung und Montage sorgen sie für hohe Qualität der Produkte und kurze Lieferzeiten.

Unser Alltag ist durchdrungenvon Smartphones, Tablet-Computer und Rechner-An-

wendungen; kaum noch ein Behörden-gang oder ein geschäftlicher Vorgangohne online-Formular, kaum noch eineAktivität ohne vorherigen Check aufder Wetter-App, der Bahn-App oderder Stau-App, wie der Tag verlaufenwird, die Börse gerade notiert oder wieFreunde und Bekannte gerade IhrenUrlaub verbringen

Dies ist nur der kleine, wohlwollen-de Auszug einer Alltäglichkeit im Jahr2016. Selbst einige Fiktionen ausOrwells „1984“ muten dagegen inzwi-schen als altbacken an. Unsere Kinderwerden als „digital natives“ bezeichnetund können sich ein Leben ohne Inter-net und digitale Vernetzung nicht vor-stellen. Dabei ist diese Zeit noch garnicht so lange her und die meisten vonuns wissen noch, wohin man die Brief-marke auf das Kuvert eines handge-schriebenen Briefs kleben muss.

Im Ingenieurwesen (und inzwi-schen auch in der Politik) kennen wirspätestens seit der HannoverMesse2011 den Begriff „Industrie 4.0“, derverdeutlichen soll, dass wir nun seitder industriellen Revolution vor mehrals 150 Jahren auf einer weiteren Ent-wicklungsstufe angekommen sind:Industrielle Produktionsprozesse sindin sich und untereinander mit Informa-tions- und Kommunikationstechnik(„ICT“) vernetzt, siehe auch Wikipedia„Industrie 4.0“.

Diese Beispiele verdeutlichen, wieund wo wir uns als Industrienationinzwischen definieren, dass der„digitale Transformationsprozess“ vollim Gange ist und erst durch die ein-gangs genannten Alltäglichkeiten all-mählich ins gesellschaftliche Bewusst-sein rückt.

Hinter dieser Fassade der Anwen-dungen mit ihren bunten und blinken-den Benutzer-Oberflächen steckt einJahrzehnte langer Entwicklungspro-zess der Computertechnologie inklusi-ve aller Errungenschaften in der Hard-ware und Software und der jeweiligenZulieferindustrie, die weltumfassendagiert und ebenfalls mehrfach ver-zahnt ist.

Es wird also deutlich, dass erst diegrafischen Oberflächen mit ihren zu-

meist intuitiven Bedienmöglichkeitendie Akzeptanz der Rechneranwendun-gen in allen Bereichen unseres Le-bens für weite Teile fast aller gesell-schaftlichen Gruppen möglich ge-macht hat. Die technischen Möglich-keiten dazu hat es bereits im Hinter-grund gegeben. Zuvor war die Anwen-dung und Bedienung von Rechner-systemen vergleichsweise wenigenExperten mit entsprechendem Fach-wissen vorbehalten. Später kommenwir nochmals auf diesen Aspekt ineinem ähnlichen Zusammenhang zu-rück.

Aber nicht nur die Akzeptanz –inzwischen bis hin zu einer Abhängig-keit (!) – ist dadurch erhöht worden,auch das Bewusstsein für die „vielenkleinen Rechner im Hintergrund“wächst erst allmählich und ist wohlAusdruck von dem, was wir „digitalenTransformationsprozess“ nennen undim „Internet der Dinge“ alles miteinan-der interagiert.

Ingenieure und Entwicklungspro-zesse

Im Ingenieurwesen kennen wirbereits seit mehreren Jahrzehnten denEinsatz von Rechnersystemen in un-terschiedlichsten Ausprägungsstufen,aber auch in einem stetig fortschrei-tenden geschichtlichen (Weiter)-Ent-

wicklungsprozess. Dieses soll an die-ser Stelle – manchem bestimmt etwaszu sehr vereinfachend und verkürzend– als „Simulationstechniken in der Pro-duktentstehung“ eingeordnet werden.

Hier sind wir an einem Stadiumangelangt, das wir unter dem Dach„Industrie 4.0“ zusammenfassen unddas bestimmt in verschiedenen Berei-chen unterschiedlich gedeutet wirdund ausgeprägt ist. Man kann zumin-dest feststellen, dass entlang einerbeliebigen Prozesskette von der Ent-wicklung und Konstruktion eines Bau-teils, eines Geräts oder einer Maschi-ne bis hin zu ihrer endgültigen Ferti-gung („Entstehung“), dem Verkaufgegenüber Kunden und teilweise nochdas nachrangige Geschäft (Service,Reparatur, „after market“) aus mög-licherweise vielen Einzelkomponentenjeder Schritt digital verarbeitet wird.Dies ist ein weit gefasster Begriff, derwiederum viele Ausprägungsstufenbeinhalten kann. Mancher denkt jetzt

vielleicht an eine reine Datenerfassungvon Durchlaufzeiten, andere an dasAuslesen von bereits erstellten Bar-Codes an Einzelkomponenten, wiederandere an umfassende Ablaufsimula-tionen oder Video-Clips von Montage-bändern ganzer Automobile. Etwasallgemeiner können wir auch von einer

Bild 1 CFD-Computational Fluid Dynamics: Ergebnis aus der Umströmungsimu-lation eines Formel-1-Rennwagens. Ohne Versuche im Windkanal können somit in einerfrühen Phase der Entwicklung Aussagen zum Luftwiderstandsbeiwert (cw-Wert) gemachtwerden. Grafik: www.pointwise .com



„begleitenden Simulation“ sprechen, inder – im besten Fall – alle Daten ent-lang der Prozesskette durchgängigverfügbar sind. Dabei ist mit „Daten“jegliche Information gemeint: Farbe,Masse, Werkstoff, Herstelldatum, tech-nische Zeichnung, Kunde, Bestell-oder Verfallsdatum, Bestimmungsortund andere.

Wir sprechen nun also vom„Datenmanagement“ mit unterschied-

lichsten Fragestellungen und ständigwachsender Komplexität: „WelcheSoftware kann welche Daten und inwelcher Form lesen?“ – „Wann stehenwelche Daten in welchen Form zurVerfügung?“ – „Wer und wie kann manInformationen und Daten zurückverfol-gen?“ – „Wie wird es möglich, nach-träglich Änderungen in den Daten vor-zunehmen, wenn beispielsweise aneiner Konstruktion ´was geändert oderdurch einen Kunden schlicht eine an-dere Farbe des Produkts gewünschtwird?“ – „Wann und wie muss ein Da-tenstand eingefroren werden?“ Für alldiese Punkte muss ein Verständnisaufgebaut werden und dies ist in sichwiederum ein dynamischer Prozess.

Berechnungs- und Simulationssys-teme

Somit können wir erkennen, dassheutzutage die Werkzeuge im Ingeni-eurwesen mehr und mehr miteinanderverschmelzen oder zumindest sehrweitgehend miteinander interagieren.Während „CAD“ („Computer AidedDesign“) in Deutschland in den 80erJahren des letzten Jahrhunderts popu-lär wurde und dieser vielleicht auchheute noch als Inbegriff von„Entwickeln mit Computerhilfe“ selbstlandläufig ein Begriff sein mag, ist

auch diese Disziplin mehr oder weni-ger in weitere Teilaspekte unterteilbar.Hier eine Übersicht zu bewahren, istauch für Experten schwierig.

Wagen wir an dieser Stelle eineGliederung aus Sicht der „klassischenAnwendung“ von Simulationswerkzeu-gen, die – wie oben geschrieben –selbst mehr und mehr verschmelzen,von Ansatz aber unterschiedliche Zieleverfolgen:

Die Methode der Finiten Elemente(„FEM“) ist das Berechnungswerkzeugim Ingenieurwesen, und es ermöglichtdie Berechnung von Struktureigen-schaften von Festkörpern. Damit istgemeint, dass es mit diesem Simulati-onswerkzeug möglich ist, Steifigkeiten,Verformungen und Spannungen, aberauch Schwingungsanalysen an Bautei-len bis hin zu deren Versagen zu be-rechnen.

Über vielzählige Variationen inden betrachteten Strukturen sind damitinzwischen sogar automatisierte Opti-mierungsverfahren zur Bauteilausle-gung anwendbar. Man lässt den Rech-ner also durch bestimmte Algorithmen„spielen“ und versucht damit eine bes-sere Auslegung zu erreichen.

Mithilfe von Strömungssimulatio-nen („CFD“ - „Computational Fluid Dy-namics“) beschreibt man dagegen dasVerhalten von Flüssigkeiten und Ga-sen in technischen Anwendungen. DieBerechnung des Umströmungsver-haltens von Automobilen oder Flug-zeugen zur Reduzierung ihres Luftwi-derstands ist dafür ein schönes undanschauliches Beispiel, siehe Abb. 1.Es werden aber auch beispielsweiseFüllprozesse von Kunststoffschmelzenoder die Wirkung von Luftfiltern mitdieser Methode analysiert.

Mit der Mehr-Körper-Simulation(„MKS“) ist man in der Lage, ganzeBewegungsabläufe und räumlicheAbhängigkeiten von Systemen mehre-rer Teilkörper untereinander zu be-schreiben. Nimmt man diese Körperzunächst als starr an, kann man schonsehr eindrucksvoll ein Verständnis vonzum Beispiel der Kinematik im Feder-bein eines Fahrzeugs oder in Getrie-ben gewinnen. Auch ganze Bewe-gungsabläufe in Werkhallen oder dieWarenverteilung in Logistikunterneh-men werden damit analysiert..

Mathematisch-mechanische Grund-lagen

Die Beschreibung physikalischerVorgänge findet durch die Lösung vonDifferentialgleichungen („DGL“) statt,die das jeweilige Feldproblem in eineroder mehreren Variablen definieren.Genauso wie wir die Bewegung vonKörpern im Raum entlang einer Zeit-achse beschreiben, lassen sich bei-spielsweise auch Spannungs-DGL zurBestimmung der Beanspruchung einesBauteils angegeben. In der Regel sinddiese beschreibenden DGL nur nochfür Sonderfälle analytisch lösbar, wes-halb man – je nach Quelle – spätes-tens in den 1940er-Jahren darübernachgedacht hat, hierfür Computer zuverwenden. Sich gegenseitig bis heutebeeinflussend hat damit in der zweitenHälfte des letzten Jahrhunderts einerasante Entwicklung der Umsetzungdieser Ideen stattgefunden.

Das grundlegende Vorgehen sol-cher Umsetzungen besteht in der Un-terteilung und Zerlegung von räumli-chen Strukturen und der Zeit(mathematisch „Gebiet“, „Feld“) inkleinere Abschnitte, in denen die ge-suchten Feldgrößen („mechanisch

Spannung“, „Geschwindigkeit“, „Tem-peratur“, …) mit relativ einfachenFunktionen beschrieben und gelöstwerden. Diesen Vorgang nennt man„Diskretisierung“, weil damit der Über-gang von einem kontinuierlichen Ver-lauf zu einem diskreten Abbild vorge-nommen wird. Ein nahezu triviales

Bild 2 MKS-Mehr-Körper-Simulation eines PKW mit Motor und Antriebs-strang: Fahrmanöver auf einer Schlechtwegstrecke lassen sich bereits in der Vorent-wicklung veranschaulichen. Grafik: www.klatt-dynamics.de

Bild 3 „Diskretisierung:“ RäumlicheZerlegung einer 3D-Struktur (Diskretisie-rung) in Teilkörper (hier Tetraeder) zurVerwendung im Rahmen der Finite Ele-mente Methode. Grafik: Baaser



Beispiel dazu ist der schon aus derAntike bekannte Versuch, den Kreis-umfang durch eine Summe von mög-lichst vielen linearen Teilabschnittenanzunähern, siehe Wikipedia „Kreis“.

Durch dieses Vorgehen entstehensomit auf dem betrachteten Gebietoder der Zeitachse sogenannte„Knoten“punkte zwischen den Teilge-bieten („Elemente“), auf denen dieFeldfunktionen beschrieben und ange-nähert werden, siehe dazu in Abb. 3die „Zerlegung“ eines beliebigen zy-lindrischen Körpers.

Der „Zusammenbau“ (oder „As-semblierung“) der einzelnen Teillösun-gen ergibt dann die Gesamtlösung alsNäherung für das gestellte Problem

Anbindung an Realität – Anpassenfreier Parameter

Berechtigterweise muss man die-ser Stelle auch fragen, inwieweit dievorgestellten Simulationsmethoden inder Lage sind, die Realität, die Physikabzubilden! Es sind Modelle, mehroder weniger vereinfachend, mit An-nahmen, die einerseits die Modellie-rung erst möglich machen, anderer-seits aber vielleicht wesentlich Aspek-te ausblenden – bewusst oder unbe-wusst, wissentlich oder unwissentlichfür den Anwender.

Dieser Aspekt des „Everythingshould be made as simple as possible,but not simpler“ (Alles soll so einfachwie möglich gemacht werden, abernicht einfacher. Ein Zitat, das AlbertEinstein zugeschrieben wird.) ist undmuss auch zukünftig jeweils eine ent-scheidende Fragestellung bleiben undlässt sich nicht völlig ausblenden; ja,„Fehler“ lassen sich durch immer bes-sere Modelle reduzieren, vermeidenkann man dieser aber nie.

Je nach Modellansatz und Vorge-hen enthalten alle Simulationsmetho-den mehr oder weniger freie Para-meter aus den gewählten (Teil-)Modellen, die zuvor in einem unabhän-gigen Prozess an die Wirklichkeit an-gepasst werden müssen: Siehe dazuexemplarisch die Anpassung zweier

Werkstoffmodelle an experimentelleBefunde in Abb. 4. Dies ist eine be-sondere Herausforderung, eine eigene

Disziplin und Ingenieurkunst, die nichtunterschätzt und insbesondere beiiimmer ambitionierteren Modellen kei-neswegs vernachlässigt werden darf.Auf diese Aspekte gehen wir hier nichtweiter ein.

Allerdings lässt sich feststellen,dass durch Anwendung der Simulati-onstechniken in allen Bereichen nuneine andere Qualität in mindestenszweierlei Gesichtspunkten vorherrscht:Zum einen werden teure und aufwän-dige Experimente vermieden oder garEinblicke in technische Systeme ge-schaffen, die zuvor nicht möglich wa-ren; zum anderen hat sich die Qualitätder experimentellen Untersuchungenverändert, weil man zunehmend vonEinzeluntersuchungen wegkommt hinzu einem generalisierten Verständnis

der Konstruktionen und der eingesetz-ten Werkstoffe.

Diese beiden Fakten können alswesentlicher Gewinn der Anwendungvon rechnergestützten Methoden an-gesehen werden, die einem fortwäh-renden Rechtfertigungsdruck hinsicht-lich der entstehenden Kosten ausge-setzt sind.

Anwendung und FunktionsweiseNeben einer grundlegenden Hoch-

schulausbildung und persönlichenSchulungen zur Anwendung dieserVerfahren gehört dazu auch eine gan-ze Menge an Erfahrung (oder„Intuition“), um schon in der Modellbil-dung und der Auswahl des Verfahrensselbst die richtigen Wege einzuschla-gen. Wie oben beschrieben, ver-schwimmen die Grenzen der einzel-nen Verfahren zunehmend, weshalbwir an dieser Stelle nochmals das„klassische“ Vorgehen darstellenmöchten:

Üblicherweise wendet man hierein dreischrittiges Vorgehen an, dasunterteilt wird in das Vorbereiten

(„Preprocessing“), den (mathema-tischen) Lösungsteil („Solution“ und„Solver“) und schließlich die Nachbe-reitung („Postprocessing“). Dabei gibtes inzwischen für jede dieser drei Teil-disziplinen eine eigene Software-Gattung und entsprechende Spezialis-ten unter den Berechnungsingenieu-ren, die auch jeweils ihre Berechtigungdurch ihre Expertise in den Details derAnwendungen haben. Durch eine im-mer ausgefeiltere Benutzerführung derProgramme mit entsprechenden grafi-schen Oberflächen und zusätzlichenEntwicklungswerkzeugen wird dasKnowHow im Verständnis und in derBedienung zunehmend von den ma-thematisch-mechanischen Grundlagenhin zur „Datenverarbeitung“ und Inter-aktion der Teilsysteme verschoben.

Wesentlich muss und wird aller-dings gerade in der Vorbereitung undder Nachbereitung der Kontakt zumKunden und Auftraggeber bleiben. Esmüssen vor der jeweiligen Analyse dieexakte Fragestellung und die Erwar-tungen mit den Möglichkeiten abge-stimmt werden. Hier ist die Angabevon Randbedingungen in Form vonLasten, Temperaturen, Schwingungenunabdingbar. Ebenso wird die Kom-munikation des Bearbeiters mit demKunden nach der Analyse immer wich-tiger, weil hier die Ergebnisse darge-stellt, eingeordnet und interpretiertwerden müssen, sonst ist die eigentli-che Ingenieurkunst im Lösungsteil invielerlei Hinsicht nicht darstellbar.

Lehre an HochschulenWie oben ausführlich beschrieben

und diskutiert, unterliegen in der heuti-gen Zeit die Simulationsmethodendurch die ständige Weiterentwicklungvon Hard- und Software einem andau-ernden Veränderungsprozess, derauch in der Hochschulausbildung be-rücksichtigt werden muss. Während

Bild 5 Tiefziehsimulation: Das Bild zeigt die Einzelheiten zur Berechnung der Blech-umformung mithilfe der FEM (Finite Elemente Methoden). Damit kann man Aussagenzur Beanspruchung des Bleches beim Tiefziehen treffen. Grafik: www.1.beuth-hochschule .de

Bild 4 Werkstoffmodelle sind einebesondere Herausforderung: Hierdie Anpassung für Elastomere an ein Zug-experiment. Grafik: Baaser 2012



die etablierte Grundlagenausbildung inMathematik und Mechanik beispiels-weise in moderner Matrix-Vektor-Notation weiterhin unabdingbar zurspäteren Modellerstellung und Inter-pretation der Ergebnisse ist, stelltschon alleine die Bedienung der im-mer komplexer werdenden Simulati-onsprogramme mit ihrer Interaktionuntereinander mit jedem Software-Update eine neue Herausforderungdar – insbesondere dies vor einer grö-ßeren Gruppe von Studenten zu unter-richten.

Dieses Spannungsfeld in der Aus-bildung zwischen Grundlagen und derAnwendung der hochspezialisierten

Software-Systeme, von denen man inder Regel nur die hübsche grafischeOberfläche sieht und zunächst nichtweiß, was sich im Detail dahinter unddamit hinter jeder „default“-Einstellungverbirgt, verlangt ebenfalls nach neuenund jeweils angepassten Lehrmetho-den. Gewiss ist es für die Beteiligtenzuerst unverständlich, weshalb manüberhaupt noch ein Mindestmaß an(theoretischen) Grundlagen lernenmuss, um später dann „selbst-funktionierende“ Programme zu bedie-nen – welcher Autofahrer weiß dennheute, wie die Software-Steuerungseines Verbrennungsmotor funktio-niert?

ForschungDie oben beschriebenen unter-

schiedlichen Simulationsmethodensind weitestgehend etabliert und inzwi-schen durch große Programmsystemekommerzialisiert. Die universitäre(Grundlagen-)Forschung findet – ohnevermessen sein zu wollen – nur nochfür hochspezielle Anwendungsberei-che statt und hat in den letzten beidenJahrzehnten eine gewisse Sättigungerreicht.

Dennoch gibt es weiterhin offeneFragestellungen und ungelöste Proble-me, die es zukünftig zu behandeln gilt.Auch die Verbesserung existierenderAlgorithmen zur Erhöhung der num-merischen Stabilität und der Effizienz– insbesondere mit Hinblick auf mo-derne Parallelrechner-Architekturen – istein weiterhin bestehendes Thema.

Es besteht allerdings weiterhingroßer Handlungsbedarf in der Be-schreibung moderner Konstruktions-werkstoffe, dem jeweiligen Werk-stoffverständnis mit allen zumeist nicht-linearen und zeitabhängigen Aspek-ten. Gerade am Beispiel „Leichtbau“mit immer neuen Werkstoffen und -Kombinationen der aktuellen Entwick-lungen in Mehrkomponenten-Techno-logien, hochfester Metall-Legierungenoder der 3D-Drucktechnik lässt sichzeigen, wie viele Fragestellungen fürdie mechanische Modellierung nochbehandelt werden müssen.

Autor:

Prof. Dr.-Ing. habil. Herbert Baaser lehrt an

der Technischen Hochschule Bingen imFachbereich 2 (Technik, Informatik, Wirt-

schaft) Technische Mechanik und Finite Ele-

mente Methoden.

[email protected]

www.th-bingen.de

Bild 6 Finite Elemente: Die Zerlegung von Flächen (2D) oder Volumen (3D) erfolgtmithilfe bestimmter Elemente kleiner, aber endlicher Abmessung, um das „Gebiet“ mög-lichst genau zu beschreiben. Die mechanischen Eigenschaften werden darin jeweilsdurch mathematische Zusammenhänge formuliert.

Grafik: Auszug Vorlesungskript Baaser, Darmstadt 2016

Beispiel aus der Werkstoffprüfung

Auch die Lebensdauer-Abschätzung durchExperimente (a) und Untersuchungen amRechner durch Simulation (b) befruchtensich gegenseitig in aktuellen Fragestellun-gen. So versucht man heute, die Ergebnis-se klassischer Wöhler-Versuche zur Ermitt-lung der Werkstoff-Ermüdung in die Simu-lation als zusätzliche Information mit einflie-ßen zu lassen, um schon im Entwicklungs-prozess vergleichende Aussagen für Bau-teile zu erhalten. Quelle: Baaser und Mehling(Freudenberg 2013)

(a) Pulsationsmaschine mit ProbenSpannungsermittlungen durch Simulation (b)

Die Schaffung von anerkannten Regeln der Technik ist einin der Satzung verankertes Ziel des Vereins DeutscherIngenieure (VDI). Mit fast 2000 gültigen Richtlinien ausallen Gebieten der Technik ist der VDI nach dem Deut-schen Institut für Normung (DIN) der bedeutendste Regel-setzer in Deutschland. VDI-Richtlinien spiegeln den aktuel-

len Stand der Technik wider und stellen seit über 130 Jah-ren richtungsweisende Grundlagen für die industrielle Pra-xis, Wissenschaft und Gesetzgebung dar. Sie sichern dieQualität von Produkten und Prozessen, schaffen Vertrau-en, vermeiden Doppelarbeit und tragen somit wesentlichzur Wertschöpfung der Wirtschaft bei. huv

VDI-Richtlinien: Ein besonders wichtiger Schwerpunkt in der Arbeit des VDI

Veranstaltungen


Veranstaltungen von Oktober bis Dezember 2016Auskunft: VDI Rheingau-Bezirksverein, Kapellenstraße 27

65439 Flörsheim, Tel.: 06145-6869, E-Mail: [email protected]

Vorschau

Vorstand des VDI Rheingau-Bezirksvereins

Dienstag, 07. März 2017 um 18 Uhr

Mitgliederversammlung des VDI Rheingau-Bezirksvereins

Stadthalle in Flörsheim, Kapellenstraße 165439 Flörsheim

Senior-Ingenieure: Hanss Nicol Werner

Ingenieurtreffen des Arbeitskreises

Restaurant „Proviantmagazin“ MainzSchillerstraße 11A, 55116 Mainz

Mittwoch, 19. Okt. und 02. Nov. 15 Uhr

Gäste sind zu den Veranstaltungen herzlich will-kommen. Der Eintritt ist frei, soweit nicht andersvermerkt. Sehen Sie bitte auch im Internet nach, obes Änderungen oder Ergänzungen gibt.

vdi.de/bv-rheingau, Tel.: 06145-6869

Senior-Ingenieure: Hanss Nicol WernerIngenieurtreffen des Arbeitskreisestraditionell zur Vorweihnachtszeit


Mittwoch, 14. Dezember 15 UhrDonnerstag, 10. November 19 Uhr

Arbeitskreis Kommunikation: Heinrich Witting,Jürgen Tiekötter

Prof. Dr. Heinrich Witting, Hochschule derMedien, Stuttgart

Mensch 4.0 - Herausforderung Führung imInternet der Dinge und DiensteMit dem Thema Führung haben sich eine Vielzahl von

Autoren im Laufe der Zeit beschäftigt und immer wieder

in der Grundaussage vergleichbare Ansätze diskutiert.

Das zur Zeit die Wirtschaft beschäftigende Thema

"Industrie 4.0, Internet der Dienste und Dinge" wirft nicht

nur aus technischer Sicht spannende Fragestellungen

auf. Die Anforderungen an Menschen in einem sich wan-

delnden technischen Umfeld sowie der Umgang aus

führungstechnischer Sicht werden in diesem Vortrag

untersucht. Ebenso wird der Frage nachgegangen, wel-

che Auswirkungen technische Veränderungen auf den

Bedarf an Arbeitskräften haben.

Ort: QFE - Quality First EngineeringWeißliliengasse 3, 55116 Mainz


Ingenieurtreffen des Arbeitskreises


Mittwoch, 30. November 15 Uhr


Ingenieurtreffen des Arbeitskreisestraditionell zur Weinlesezeit

Bitte anmelden bei ArbeitskreisSenior Ingenieure H.N. Werner,Tel. 06134-757500, Fax 06134-/757501E-Mail: [email protected]


Mittwoch, 05. Oktober 15 Uhr Mittwoch, 16. November 13 UhrSenior-Ingenieure: Hanss Nicol Werner

Ingenieurtreffen des Arbeitskreisestraditionell zur St. Martinszeit

Bitte anmelden bei ArbeitskreisSenior Ingenieure H.N. Werner,Tel. 06134-757500, Fax 06134-/757501E-Mail: [email protected]


Mittwoch, 02. November 19 Uhr

Arbeitskreis Internet-Sicherheit: Dieter CarbonVortrag: Markus Morgenroth, IT-Berater,Buchautor, Speaker

„Sie kennen Dich! Sie haben Dich! Siesteuern Dich! Die wahre Macht der Daten-sammler“.

Johannes Gutenberg-Universität55128 Mainz, Jakob-Welder-Weg 18Raum P208 im Philosophicum

Mittwoch, 07. Dezember 19 Uhr

Arbeitskreis Internet-Sicherheit: Dieter CarbonVortrag: Herrmann Sauer, GeschäftsführerComidio GmbH, Eltville

„Wie werden unsere Internetaktivitätenvon kommerziellen Firmen mitbeobach-tet?“.

Johannes Gutenberg-Universität55128 Mainz, Jakob-Welder-Weg 12Raum 01-731 im Georg-Forster-Gebäude

VDI Rheingau-Bezirksverein e.V.

Vorsitzender:Dipl.-Ing. (FH) Sven Freitag

Geschäftsführer:Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Truss

Geschäftsstelle:Kapellenstraße 2765439 Flörsheim

Tel.: 06145-6869 * Fax: 06145-53602E-Mail: [email protected]

www.vdi.de/bv-rheingau

PVST Deutsche Post AG Entgelt bezahlt D 42856

VDI Rheingau-Regional-Magazin

VDI Rheingau-Bezirksverein

Kapellenstraße 27

65439 Flörsheim

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Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz - VDI · Der Forschungsreaktor TRIGA Mainz im Institut für Kern-chemieder Johannes-Gutenberg Universität Mainz kann durchaus als Leuchtturm in