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Innovation Award, Segment Advanced Manufacturing
Erster Preis, Preisgeld 5.000 Euro:
Dr.-Ing. Matthias Kreimeyer für die Dissertation "A Structural Measurement System for Engineering Design Processes".
Die Arbeit befasst sich mit Komplexität, wie sie aufgrund von Abhängigkeiten in hochvernetzten Systemen entsteht, und zeigt dies am Beispiel von Entwicklungsprozessen in zwei Fallbeispielen aus dem Prozessmanagement. Das Ergebnis lässt sich direkt zur Strukturanalyse bestehender Prozessmodelle nutzen, um so eine priorisierte Übersicht über mögliche Schwachstellen in der Prozessorganisation zu erhalten. Die unterschiedlichsten Facetten von Komplexität werden anschaulich in so genannten Komplexitätsmetriken beschrieben. Sie sind mit Interpretationsrichtlinien konkretisiert und in einem Kennzahlensystem zusammengefasst. Damit erlauben sie einen strukturierten Zugriff unter unterschiedlichen Fragestellungen und ein tieferes Verständnis von hochvernetzten Systemen. Die Arbeit ist an der TU München entstanden, Lehrstuhl für Produktentwicklung, Professor Dr.-Ing. Udo Lindemann.
Dritter Preis, Preisgeld 2.000 Euro:
Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Jens Sölter für die Dissertation "Ursachen und Wirkmechanismen der Entstehung von Verzug infolge spanender Bearbeitung". Bei der Herstellung antriebstechnischer Bauteile verursachen Maß- und Formabweichungen hohe Zusatzkosten, da sie eine abschließende Hartfeinbearbeitung zur Verzugskorrektur erforderlich machen. Die Arbeit analysiert die Ursachen für diese Maß- und Formabweichungen bei der Wärmebehandlung und bei vorgelagerten Prozessen wie die Weichbearbeitung. Der Einfluss der Weichbearbeitung auf den Verzug von Wälzlagerringen wird quantitativ beschrieben. Es wurden neuartige Modellansätze entwickelt und validiert, mit denen sich die Auswirkung der Einspannung und eingebrachter Eigenspannungen als Folge des Zerspanungsprozesses auf resultierende Werkstückverformungen vorhersagen lassen. Für die industrielle Praxis wurden wesentliche Kenntnisse gewonnen. Die Arbeit ist an der Universität Bremen entstanden, Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Professor Dr.-Ing. Ekkard Brinksmeier.
Innovation Award, Segment Product Innovation
Zweiter Preis, Preisgeld 3.000 Euro:
Dr.-Ing. Lucas Bernhard Ginzinger für die Dissertation "Control of a Rubbing Rotor using an Active Auxiliary Bearing". Bei rotierenden Maschinen stellen so genannte Anstreifvorgänge eine Gefahr für das technische System dar. Neben den lokalen Schäden kann das Anstreifen Schwingungen des Rotors anregen, die zu großen Amplituden bis hin zur Instabilität des Systems führen können. Ziel ist daher ein Konzept zur Regelung anstreifender Rotoren, ohne ein Rotorsystem im Normalbetrieb zu beeinflussen. Für zukünftige Anwendungen ist ein neues, modellbasiertes Regelungskonzept entwickelt worden. Der Regeleingriff über das Fanglager (Gleitlager) erfolgt dabei nur, wenn der Rotor anstreift. Die Regelstrategie stabilisiert zuverlässig das Rotorsystem und vermeidet instabile Zustände. Die Experimente mit einem aktiven Fanglager zeigen den Erfolg der Regelung in der untersuchten Situation, wie z. B. plötzlich auftretende Belastung, Durchlauf kritischer Frequenzen und Stoßbelastung. Die Arbeit ist an der Technischen Universität München entstanden, Lehrstuhl für angewandte Mechanik, Professor Dr.-Ing. Heinz Ulbrich.
Zweiter Preis, Preisgeld 3.000 Euro:
Dr.-Ing. Ralph Christel für die Dissertation "Aktive Schwingungsminderung an gekoppelten Zylindern in Rollenoffsetdruckmaschinen mittels piezokeramischer Aktoren an den Lagerstellen". Die Biegeschwingungen von Druckwalzen limitieren die Papierbahnbreite und damit die Produktivität von Druckmaschinen. Vor diesem Hintergrund wurde die aktive Minderung von stoßartig angeregten Schwingungen von Druckwalzen untersucht und ein Verfahren für die optimale Schwingungsreduktion entwickelt. Der entwickelte Prototyp der aktiven Lagereinheit beinhaltet Sensoren zur Erfassung der dynamischen Bewegung des über Aktoren im Lagergehäuse verschiebbaren Außenrings. Dabei werden die Aktorkräfte durch Nadelrollenkäfige querkraftentkoppelt in den FEM-optimierten Außenring eingeleitet. Durch die erzielte Schwingungsminderung mittels aktiver Lagerung kann die Breite der Papierbahn um 30 bis 50 Prozent ohne Minderung der Druckqualität vergrößert werden. Das Konzept ermöglicht eine deutlich höhere Produktivität und Flexibilität in der Produktgestaltung. Die Arbeit ist an der Leibniz Universität Hannover entstanden, Institut für Dynamik und Schwingungen, Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek.
Dritter Preis, Preisgeld 2.000 Euro:
Dipl.-Ing. Peter Döpker für die Diplomarbeit "Optimierung der Funktionseigenschaften tribologischer, kohlenstoffbasierter Hartstoffschichten mit Hilfe statistischer Versuchsplanung". Ziel der Arbeit ist, den Einfluss des Nachpolierens auf die tribologischen Eigenschaften von Beschichtungen zu untersuchen. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung sollen kohlenstoffbasierte Hartstoffschichten optimiert werden. Es wird gezeigt, dass Reibung und Verschleiß stark vom Polieren an den Schichtsystemen abhängen, sowohl bei Linienkontakt mit kontinuierlicher Bewegung als auch bei Punktkontakt mit oszillierender Bewegung. Das bedeutet, dass der abrasive Verschleiß in dem tribologischen System nicht dominierend ist. Zur Analyse von Reibung und Verschleiß wurden unterschiedliche Kontaktgeometrien und Relativbewegungen verwendet, dazu wurden Eingangsgrößen wie das Polieren, die Schicht, die Kraft, die Temperatur und der Weg variiert. Die Arbeit ist an der Universität Bremen entstanden, Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Professor Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch.
Anerkennungspreis, Preisgeld 1.000 Euro:
Dr.-Ing. Stephan Tremmel für die Dissertation "Ein Beitrag zur Auslegung beschichteter Bauteile unter zyklischer Beanspruchung im Wälz-Gleit-Kontakt". Die Arbeit leistet einen Beitrag zum "Konstruieren in Schichten", indem ein Hilfsmittel für Ingenieure und Wissenschaftler bereitgestellt wird, mit dem beschichtete Bauteile frühzeitig dimensioniert und zielgerichteter als bisher entwickelt werden können. Es wird ein werkstoffmechanisch begründeter Ansatz vorgestellt, mit dem definierte, vom Werkstoffverbund ertragbare Beanspruchungszustände mit beliebigen mehrachsigen, inhomogenen Beanspruchungen verglichen werden - wie sie insbesondere in beschichteten Wälz-Gleitkontakten (zum Beispiel Nocke/Tassenstößel, Zahnräder, Schnecken) vorliegen. Damit können lokale Sicherheiten gegen Oberflächenermüdung im Schicht-Substrat-Verbund definiert werden. Die Arbeit entstand an der Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik, Professor Dr.-Ing. Udo Meerkamm.
Schulische Förderung
- Olympia-Morata-Gymnasium, Schweinfurt, für das Video-Projekt "Mathematisches Edutainment" (Preisgeld: 2.000 Euro)
Im Rahmen des Mathematikseminars der Oberstufe werden in einer Kombination aus Wissensvermittlung und Unterhaltung knifflige und interessante Fragestellungen und Antworten durch Experimente aus dem Bereich der Naturwissenschaften bühnenreif präsentiert. In das Projekt sind große Schülergruppen eingebunden, die für die künstlerische und mathematische Aufarbeitung der Themen aus den Bereichen Technik, Natur, Sport und Kunst verantwortlich sind.
- Gymnasium Bad Königshofen für das Projekt "Design und Entwicklung eines Autos" (Preisgeld 1.500 Euro)
Die Schüler entwickeln ein Auto mit umweltfreundlichem Antrieb, das gleichzeitig Sportwagen, SUV (Sport Utility Vehicle), Limousine und Wohnmobil sein kann. Mit Hilfe von Zeichnungen und Animation wird dargestellt, wie das Auto in die vier Typen umgewandelt werden kann. Es werden Projekt-gruppen für Außendesign, Innendesign und Technik gebildet. Ziel des Projektes ist der Einstieg in konstruktive Planungen und Gestaltung. Die Präsentation des entwickelten Konzepts erfolgt vor Lehrern, Schülern und Eltern.
- Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Schweinfurt, für das Projekt "Mit Le-go Mindstorms und NI Lab VIEW Technik erleben" (Preisgeld 500 Euro)
Zur Datenaufzeichnung verschiedener Experimente aus der Physik erfolgt der Einsatz eines Lego Mindstorms NXT-Mikroprozessors. Nach Datenerfassung mittels Sensoren und Programmierung erfolgen Datenauswertung und Präsentation. Im Zusammenspiel verschiedener Disziplinen der Fächer Physik und Informatik werden Erkenntnisse über sensor- und rechnergestützte Messmethoden in den Naturwissenschaften und das physikalische Hintergrundwissen vermittelt. Das Programmieren und Experimentieren erfolgt in Kleingruppen mit Schülern der 10. Jahrgangsstufe.
- Celtis-Gymnasium, Schweinfurt, für das Fotoprojekt "Wissenschaft, ins Bild gerückt" (Preisgeld 500 Euro)
Im Rahmen des Physikseminars der Oberstufe wird der physikalische Hintergrund der Fotografie anhand von Experimenten erarbeitet. Die Schüler lernen den Aufbau und die Funktionsweise einer Kamera zu verstehen und eignen sich messtechnisches Wissen an. Sie lernen das Erstellen von Ver-suchsanordnungen mit Dokumentation und die Präsentation per Fotografie und Film.
- Rhön-Gymnasium, Bad Neustadt für das Informatik-Religion Projekt "SchülerInnen sicher online" (Preisgeld 500 Euro)
Die Schüler lernen, sich mit möglichen Gefahren des Internets auseinanderzusetzen, um sich sicher im Netz bewegen zu können und sich aktiv an dessen Gestaltung und Nutzung zu beteiligen. Dazu ist eine Posterausstellung in der Aula der Schule, mit dem Thema "Verantwortungsvoller Umgang mit dem Internet" geplant.
Innovation Award, Segment Advanced Manufacturing
Erster Preis, Preisgeld 5.000 Euro:
Dr.-Ing. Matthias Kreimeyer für die Dissertation "A Structural Measurement System for Engineering Design Processes".
Die Arbeit befasst sich mit Komplexität, wie sie aufgrund von Abhängigkeiten in hochvernetzten Systemen entsteht, und zeigt dies am Beispiel von Entwicklungsprozessen in zwei Fallbeispielen aus dem Prozessmanagement. Das Ergebnis lässt sich direkt zur Strukturanalyse bestehender Prozessmodelle nutzen, um so eine priorisierte Übersicht über mögliche Schwachstellen in der Prozessorganisation zu erhalten. Die unterschiedlichsten Facetten von Komplexität werden anschaulich in so genannten Komplexitätsmetriken beschrieben. Sie sind mit Interpretationsrichtlinien konkretisiert und in einem Kennzahlensystem zusammengefasst. Damit erlauben sie einen strukturierten Zugriff unter unterschiedlichen Fragestellungen und ein tieferes Verständnis von hochvernetzten Systemen. Die Arbeit ist an der TU München entstanden, Lehrstuhl für Produktentwicklung, Professor Dr.-Ing. Udo Lindemann.
Dritter Preis, Preisgeld 2.000 Euro:
Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Jens Sölter für die Dissertation "Ursachen und Wirkmechanismen der Entstehung von Verzug infolge spanender Bearbeitung". Bei der Herstellung antriebstechnischer Bauteile verursachen Maß- und Formabweichungen hohe Zusatzkosten, da sie eine abschließende Hartfeinbearbeitung zur Verzugskorrektur erforderlich machen. Die Arbeit analysiert die Ursachen für diese Maß- und Formabweichungen bei der Wärmebehandlung und bei vorgelagerten Prozessen wie die Weichbearbeitung. Der Einfluss der Weichbearbeitung auf den Verzug von Wälzlagerringen wird quantitativ beschrieben. Es wurden neuartige Modellansätze entwickelt und validiert, mit denen sich die Auswirkung der Einspannung und eingebrachter Eigenspannungen als Folge des Zerspanungsprozesses auf resultierende Werkstückverformungen vorhersagen lassen. Für die industrielle Praxis wurden wesentliche Kenntnisse gewonnen. Die Arbeit ist an der Universität Bremen entstanden, Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Professor Dr.-Ing. Ekkard Brinksmeier.
Innovation Award, Segment Product Innovation
Zweiter Preis, Preisgeld 3.000 Euro:
Dr.-Ing. Lucas Bernhard Ginzinger für die Dissertation "Control of a Rubbing Rotor using an Active Auxiliary Bearing". Bei rotierenden Maschinen stellen so genannte Anstreifvorgänge eine Gefahr für das technische System dar. Neben den lokalen Schäden kann das Anstreifen Schwingungen des Rotors anregen, die zu großen Amplituden bis hin zur Instabilität des Systems führen können. Ziel ist daher ein Konzept zur Regelung anstreifender Rotoren, ohne ein Rotorsystem im Normalbetrieb zu beeinflussen. Für zukünftige Anwendungen ist ein neues, modellbasiertes Regelungskonzept entwickelt worden. Der Regeleingriff über das Fanglager (Gleitlager) erfolgt dabei nur, wenn der Rotor anstreift. Die Regelstrategie stabilisiert zuverlässig das Rotorsystem und vermeidet instabile Zustände. Die Experimente mit einem aktiven Fanglager zeigen den Erfolg der Regelung in der untersuchten Situation, wie z. B. plötzlich auftretende Belastung, Durchlauf kritischer Frequenzen und Stoßbelastung. Die Arbeit ist an der Technischen Universität München entstanden, Lehrstuhl für angewandte Mechanik, Professor Dr.-Ing. Heinz Ulbrich.
Zweiter Preis, Preisgeld 3.000 Euro:
Dr.-Ing. Ralph Christel für die Dissertation "Aktive Schwingungsminderung an gekoppelten Zylindern in Rollenoffsetdruckmaschinen mittels piezokeramischer Aktoren an den Lagerstellen". Die Biegeschwingungen von Druckwalzen limitieren die Papierbahnbreite und damit die Produktivität von Druckmaschinen. Vor diesem Hintergrund wurde die aktive Minderung von stoßartig angeregten Schwingungen von Druckwalzen untersucht und ein Verfahren für die optimale Schwingungsreduktion entwickelt. Der entwickelte Prototyp der aktiven Lagereinheit beinhaltet Sensoren zur Erfassung der dynamischen Bewegung des über Aktoren im Lagergehäuse verschiebbaren Außenrings. Dabei werden die Aktorkräfte durch Nadelrollenkäfige querkraftentkoppelt in den FEM-optimierten Außenring eingeleitet. Durch die erzielte Schwingungsminderung mittels aktiver Lagerung kann die Breite der Papierbahn um 30 bis 50 Prozent ohne Minderung der Druckqualität vergrößert werden. Das Konzept ermöglicht eine deutlich höhere Produktivität und Flexibilität in der Produktgestaltung. Die Arbeit ist an der Leibniz Universität Hannover entstanden, Institut für Dynamik und Schwingungen, Professor Dr.-Ing. Jörg Wallaschek.
Dritter Preis, Preisgeld 2.000 Euro:
Dipl.-Ing. Peter Döpker für die Diplomarbeit "Optimierung der Funktionseigenschaften tribologischer, kohlenstoffbasierter Hartstoffschichten mit Hilfe statistischer Versuchsplanung". Ziel der Arbeit ist, den Einfluss des Nachpolierens auf die tribologischen Eigenschaften von Beschichtungen zu untersuchen. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung sollen kohlenstoffbasierte Hartstoffschichten optimiert werden. Es wird gezeigt, dass Reibung und Verschleiß stark vom Polieren an den Schichtsystemen abhängen, sowohl bei Linienkontakt mit kontinuierlicher Bewegung als auch bei Punktkontakt mit oszillierender Bewegung. Das bedeutet, dass der abrasive Verschleiß in dem tribologischen System nicht dominierend ist. Zur Analyse von Reibung und Verschleiß wurden unterschiedliche Kontaktgeometrien und Relativbewegungen verwendet, dazu wurden Eingangsgrößen wie das Polieren, die Schicht, die Kraft, die Temperatur und der Weg variiert. Die Arbeit ist an der Universität Bremen entstanden, Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Professor Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch.
Anerkennungspreis, Preisgeld 1.000 Euro:
Dr.-Ing. Stephan Tremmel für die Dissertation "Ein Beitrag zur Auslegung beschichteter Bauteile unter zyklischer Beanspruchung im Wälz-Gleit-Kontakt". Die Arbeit leistet einen Beitrag zum "Konstruieren in Schichten", indem ein Hilfsmittel für Ingenieure und Wissenschaftler bereitgestellt wird, mit dem beschichtete Bauteile frühzeitig dimensioniert und zielgerichteter als bisher entwickelt werden können. Es wird ein werkstoffmechanisch begründeter Ansatz vorgestellt, mit dem definierte, vom Werkstoffverbund ertragbare Beanspruchungszustände mit beliebigen mehrachsigen, inhomogenen Beanspruchungen verglichen werden - wie sie insbesondere in beschichteten Wälz-Gleitkontakten (zum Beispiel Nocke/Tassenstößel, Zahnräder, Schnecken) vorliegen. Damit können lokale Sicherheiten gegen Oberflächenermüdung im Schicht-Substrat-Verbund definiert werden. Die Arbeit entstand an der Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik, Professor Dr.-Ing. Udo Meerkamm.
Schulische Förderung
- Olympia-Morata-Gymnasium, Schweinfurt, für das Video-Projekt "Mathematisches Edutainment" (Preisgeld: 2.000 Euro)
Im Rahmen des Mathematikseminars der Oberstufe werden in einer Kombination aus Wissensvermittlung und Unterhaltung knifflige und interessante Fragestellungen und Antworten durch Experimente aus dem Bereich der Naturwissenschaften bühnenreif präsentiert. In das Projekt sind große Schülergruppen eingebunden, die für die künstlerische und mathematische Aufarbeitung der Themen aus den Bereichen Technik, Natur, Sport und Kunst verantwortlich sind.
- Gymnasium Bad Königshofen für das Projekt "Design und Entwicklung eines Autos" (Preisgeld 1.500 Euro)
Die Schüler entwickeln ein Auto mit umweltfreundlichem Antrieb, das gleichzeitig Sportwagen, SUV (Sport Utility Vehicle), Limousine und Wohnmobil sein kann. Mit Hilfe von Zeichnungen und Animation wird dargestellt, wie das Auto in die vier Typen umgewandelt werden kann. Es werden Projekt-gruppen für Außendesign, Innendesign und Technik gebildet. Ziel des Projektes ist der Einstieg in konstruktive Planungen und Gestaltung. Die Präsentation des entwickelten Konzepts erfolgt vor Lehrern, Schülern und Eltern.
- Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Schweinfurt, für das Projekt "Mit Le-go Mindstorms und NI Lab VIEW Technik erleben" (Preisgeld 500 Euro)
Zur Datenaufzeichnung verschiedener Experimente aus der Physik erfolgt der Einsatz eines Lego Mindstorms NXT-Mikroprozessors. Nach Datenerfassung mittels Sensoren und Programmierung erfolgen Datenauswertung und Präsentation. Im Zusammenspiel verschiedener Disziplinen der Fächer Physik und Informatik werden Erkenntnisse über sensor- und rechnergestützte Messmethoden in den Naturwissenschaften und das physikalische Hintergrundwissen vermittelt. Das Programmieren und Experimentieren erfolgt in Kleingruppen mit Schülern der 10. Jahrgangsstufe.
- Celtis-Gymnasium, Schweinfurt, für das Fotoprojekt "Wissenschaft, ins Bild gerückt" (Preisgeld 500 Euro)
Im Rahmen des Physikseminars der Oberstufe wird der physikalische Hintergrund der Fotografie anhand von Experimenten erarbeitet. Die Schüler lernen den Aufbau und die Funktionsweise einer Kamera zu verstehen und eignen sich messtechnisches Wissen an. Sie lernen das Erstellen von Ver-suchsanordnungen mit Dokumentation und die Präsentation per Fotografie und Film.
- Rhön-Gymnasium, Bad Neustadt für das Informatik-Religion Projekt "SchülerInnen sicher online" (Preisgeld 500 Euro)
Die Schüler lernen, sich mit möglichen Gefahren des Internets auseinanderzusetzen, um sich sicher im Netz bewegen zu können und sich aktiv an dessen Gestaltung und Nutzung zu beteiligen. Dazu ist eine Posterausstellung in der Aula der Schule, mit dem Thema "Verantwortungsvoller Umgang mit dem Internet" geplant.
