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Entwicklungslabor Weiler

Ingenieurbüro für technische Physik        







F&E

Forschung und Entwicklung


Dienstleistungen des Entwicklungslabors sind die Planung und Abwicklung von Entwicklungsprojekten.

Projektplanung

Die Projektziele und die erwarteten Ergebnisse werden im Pflichtenheft festgehalten. Die Ressourcenplanung umfasst termingerechte Planung der benötigten Mittel (Material und Geräte, Personal, Budget) Die Arbeitsplanung beinhaltet die einzelnen Projekteschritte (Termine, Arbeitspakete, Vorgangsweise bei geplanten und unerwarteten Ergebnissen, Meilensteine, Besprechungen, Arbeitssitzungen, Präsentationen...)

Durchführung und Kontrolle

Abwicklung, Überwachung und Leitung der Projektarbeiten: Berichte über den Projektverlauf, Zwischenergebnisse, Fehlschläge, Verzögerungen, Kostenüberwachung, gegebenenfalls regulierendes Eingreifen und die rechtzeitig Überarbeitung der Planungsansätze.

Nicht zuletzt fließen auch das technische Know-how des Entwicklungslabors und dessen Kontakte in das Projekt mit ein.



Prototypenentwicklung und Anlagenauslegungen


Vor der Serienreife wird getestet.
Planung, Auslegung, Komponentenbeschaffung, Vorversuche, Prototypenbau...

Sie wollen etwas Testen oder Messen - das Entwicklungslabor hilft Ihnen bei der Umsetzung Ihrer Ideen.

Hier ist der Experimentalphysiker in seinem Element: Kühlen, Beheizen, Verbrennen, Vakuumsysteme, Optische- und Lasersysteme, Strömungverhalten, Druck- und Temperaturverläufe, Berechnungen, Elektronik, Messequipment aller Art, ...


Fluiddyn Prototyp


Fluiddyn

Mechanische, thermische und fluiddynamische Auslegung


Netzauslegung und Berechnungen, Bestimmung aller Druckverluste durch Leitungen und Komponenten, die Ermittlung der benötigten Volumenströme, Pumpenauslegungen, Temperaturverluste in den Leitungen...



Messtechnik und Datenaufzeichnung


Messinstrumente zur Bestimmung jeglicher geometrischer oder physikalischer Größen. Professionelle Messgeräte, maßgeschneidert für Ihr Anliegen: Präzision, Schnelligkeit, Flexibilität, Langlebigkeit - wir finden die wirtschaftlichste Lösung für Ihr Problem. Zur Aufzeichnung der Daten können Einzelmodule oder komplexe Bussysteme dienen, mobil oder fest installiert, mit gewöhnlicher oder autarker Stromversorgung auch mit Akku-Ausfallsicherung...


Messtechnik


Messkette

Datenauswertung und Softwaretools


Von den Daten zum Bericht - Rohmessdaten umrechnen auf Bezugs- und Normwerte, Datenanalyse, Messfehleranalyse, Auswertung und Interpretation der Messdaten, automatisierte Messberichte, Vergleiche etc.
Alle Komponenten können und werden bevorzugt mit "Open-Source"-Technologien ausgeführt. In der Regel können diese Lösungen besser an das Problem angepasst werden und sind gleichzeitig günstiger. Auch wird auf die Stabilität und Zuverlässigkeit des Systems geachtet, wobei die "Open-Source" Systeme hier den gängigen Systemen in nichts nachstehen bzw. durch nachträgliche Bearbeitung (z.B. das Eingießen von Schaltkreisen in Kunstharz) noch weiter verbessert werden können.



Feuerungstechnik


Das Entwicklungslabor Weiler bietet ein umfangreiches Know-how und Berufserfahrung im Breich Verbrennungstechnik. Moderne Feuerungstechnik nutzt ausgereifte Luftstufung, kontrolliert dadurch die Schadstoffentstehung und verbessert den Wirkungsgrad. Durch die Kenntnis der Schadstoffbildungsmechanismen lassen sich die Emissionen von Feuerungsanlagen erheblich reduzieren. Oft können aufwendige Abgas-Nachbehandlungen (Katalysatoren, Partikelfilter, etc.) vermieden werden, indem man bereits bei der Verbrennung die richtigen Vorkehrungen trifft. Primärverbrennung, Reduktionszonen, Sekundärverbrennung, Abgasrückführung, ... für jede Feuerungsanlage und jeden Brennstoff gibt es einen optimalen Aufbau und Einstellungen.


Emission


Emissionsmessung

Verbrennungstechnik und Luftstufung


Eine gestufte Verbrennung ist die einfachste und effizienteste Methode um aktuelle Emissionsstandards einzuhalten. Eine genaue Abstimmung der Brennstoff- und Luftmengen sowie der Wärmeabfuhr an bestimmten Stellen des Brennraums, die Einstellung der Druckverhältnisse, die Abstimmung der Verweilzeiten ermöglicht es, die Flammentemperatur und das Redox-Potential zu kontrollieren. Die Materialwahl und die Erhöhung der Turbulenten Kinetischen Energie der Gasströmungen in der Flammenfront ermöglicht kleinere Brennräume und reduziert damit die Herstellungskosten. Optimale Wärmenutzung bei minimalen Schadstoffemissionen sind das Ziel.
Auch optisch ansprechende Flammenbilder durch gezielte Luftzuführung können bei gleichbleibender Verbrennungsqualität erzielt werden.



Einstellung und Optimierung


Die Überprüfung, Fehlersuche und die optimale Einstellung von Feuerungsanlagen und Blockheizkraftwerken für feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe sind Kernkompetenzen des Entwicklungslabors. Umfangreiches Know-how im Aufbau und Design von Brennräumen sowie über die Schadstoffentstehung ermöglicht uns eine optimale Einstellung von Feuerungsanlagen. Auch bestehenden Feuerungsanlagen lassen sich durch Einstellung der Brennstoff- und Luftmengen optimieren. Besonders im Vorfeld einer Emissionsprüfung sollten die zu prüfenden Anlagen optimal eingestellt werden. Mit geringem Messaufwand (Luftmengenmessung, Brennstoffmengenmessung und einfacher Rauchgasanalyse) lassen sich die Randbedingungen der Feuerungsanlage bestimmen und die optimalen Einstellungen ermitteln. Durch eine professionelle Anlageneinstellung werden mögliche Probleme vor einer teuren Feuerungsanlagenprüfung aufgedeckt und können beseitigt werden. Dies erspart eine Wiederholung der aufwendigen Emissionsprüfungen. verschwinden, und erspart


Emissionsmessung


Emissionsmessung

Feuerungsanlagenprüfung / Emissionsmessungen


Das Entwicklungslabor verfügt über umfangreiches Wissen zur Optimierung und Prüfung Ihrer Feuerungsanlagen. Nach Klärung der Auflagen bzw. Vorschriften für Ihre Feuerungsanlage (Wirkungsgrad- und Emissionsauflagen von Fördergeber, Bundes-, Landes- oder Gemeinderichtlinie, Feuerungsanlagenverordnung & Co) wird die Feuerungsanlagenprüfung nach geltenden Vorschriften in Kooperation mit dem efficiency-Ingenieurbüro Steinlechner (Sachverständiger nach §14 Abs. 2 EG-K bzw. §34 Abs. 2 EG-K 2013) durchgeführt. Die umfangreiche mobile Ausstattung im Bereich Messtechnik sowie Kooperationspartnerschaften mit Prüflabor- und Versuchseinrichtungen ermöglichen die professionelle Bearbeitung Ihrer Anliegen.



Partikel, Aerosole und Feinstaub


Luftgetragene Partikel sind ein komplexes und heterogenes Gemisch aus festen und flüssigen Teilchen, die sich hinsichtlich ihrer Größe, Form, Farbe, chemischen Zusammensetzung, physikalischen Eigenschaften und ihrer Herkunft bzw. Entstehung unterscheiden. Die Kompetenz des Entwicklunslabor liegt in der Messung, der Analyse und der Zuordnung von Partikeln: Welches Messsystem eignet sich für welche Partikel? Welche Partikel sind gesundheitsschädlich? Welche Grenzwerte gilt es einzuhalten? Gemessen und Analysiert werden können die Masse, die Korngrößenverteilung, die chemische Zusammensetzung sowie die Toxizität von Feinstaub. Auch flüssige Aerosole wie Ölnebel könnten bereits erfolgreich gemessen werden.


Feinstaubentstehung


EMC2

Physikalische und chemische Berechnungen


Lösung von mathematischen Problemen:
Analytische Geometrie in Ebene und Raum - Ebene und räumliche Trajektorien - Folgen und Reihen - Differential- und Integralrechnung (mehrerer Variablen) - Differentialgleichungen - Funktionentheorie - Fourieranalyse
Lösung von physikalischen und chemischen Problemen:
Schwingungs- und Resonanzanalyse - Wahrscheinlichkeitsrechnung (Verteilungsanalyse) - Bewegungsberechnungen(Kinetik), Momente, g-Kräfte, Impulse - Stoffmengen und Energieberechnungen



Stoff- und Energiebilanzrechnungen


Werden Messungen an den Ein- und Ausgangsgrößen von Chemischen Reaktionen durchgeführt (z.B. Abgasanalyse nach Verbrennung), so erlaubt die Stoff- und Engergiebilanz die Gegenkontrolle der gemessenen Werte. Ebenso können durch die Bilanzierung einzelne, schwer messbare Größen ermittelt werden, die ansonsten nur mit erheblichem Messaufwand fassbar sind. So erlaubt die Energiebilanzierung z.B. die Ermittlung der "Konvektions- und Strahlungsverluste" einer Anlage, durch die Messung der übrigen Energieströme, oder, bei Verbrennungsanlagen kann bei bekannten Eingangsstoffwerten und Messung des Sauerstoffgehalts durch Stoffmengenbilanzierung der Wassergehalts im Rauchgas ermittelt werden.


Stoff/Energiebilanz


Emissionsmessung

Thermodynamische Berechnungen


Zur Auslegung und Bestimmung von Reaktonsprozessen sind thermodynamische Berechnungen nötig. Berechnungen für isochore, isotherme, isobare, isentrope Prozesse, Enthalpien, Partialdrücke und Co gehören zu Handwerk der Entwicklungsarbeit.



Fehlerrechnung und Statistik


Zur Natur jedes Experiments gehört die Unsicherheit und die Bestimmung der Unsicherheit (des Messfehlers) gehört zur Kultur zuverlässiger Ingenieurarbeit. Ein Messergebnis besteht aus Näherungswert und Unsicherheitsintervall der gemessenen Größen.

  • Fehlerabschätzung (für eine Messung)
    Ebenso wie der wahre Wert der Messgröße ist auch die Abweichung vom wahren Wert unbekannt - verwendet wird die maximale Abweichung, der Größtfehler
  • Fehlerstatistik (für wiederholte Messungen)
    Anzahl der Messungen, Klasseneinteilung der Einzelwerte, Häufigkeitsverteilungen, Vertrauensbereiche,...
  • Lineare Fehlerfortpflanzung (für Fehler aus Einzelmessungen)
  • Gauß'sche Fehlerfortpflanzung (für Vertrauensbereiche und statistische Sichereheiten)

Das Entwicklungslabor Weiler bietet Unterstützung bei der Bestimmung und beim Umgang mit Messfehlern.


Emissionsmessung

Rund ums Haus


Ultimaker2

Wärme und Strom aus Sonne, Wind und Wasser, Kurz- und Langzeitspeicher, Inselbetrieb


  • Planung und Umsetzung von Anlagen: Optimale Nutzung von Energie (Wärme+Strom), Kombinationen von Anlagen: Solar, Wind, Klein-Wasserkraft, Ergometer... mit Restwärmenutzung, Speichern, und Mehrfachnutzung der Technik sowie die Regelungstechnik und Logik der Systeme etc.
  • Netzunabhängigkeit und Notstromversorgung von Anlagen (Heizung, Computer) oder von ganzen Gebäuden
  • Anlagenbaukoordination (wann kommt wer)
  • Entwicklung und Umsetzung von neuen Ideen zum Thema Energierückgewinnung, Energieerzeugung und Energieeffizienz



Energieausweise, Förderungen & Co


Gebäude-Energieausweise (Wohngebäude, Eigentumswohnung, etc.)

  • für Neubauprojekte (Anhang zum Einreichplan)
  • für die förderungsgerechte thermische Sanierung Ihres Gebäudes
  • für ein Verkaufsangebot

Auch die Anforderungen für Fördergelder (für Wohnbau oder Sanierung Ihres Gebäudes) bringen wir gerne für Sie in Erfahrung. Dies betrifft die benötigte Wärmedämmung (besondere Förderung für einige natürliche Dämmstoffe), Aussenwände, Dachaufbau, Fenster, Türen, sowie der Anlagentechnik (Heizung, Warmwasser, Lüftung) Ihres Gebäudes. Selbstverständlich wird auch sachlich und kritisch, die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Sanierungsmaßnahmen aufgezeit.


EA


HA OO

Wandlungsfähige intelligente Haustechnik - Messen, Regeln, Smartphone als Fernbedienung


Es lohnt sich, während der Hausplanung darüber nach zu denken, welche Anwendungen Sie für Ihr Haus oder Ihre Wohnung nutzen möchten. Die wandlungsfähige, anpassbare Vernetzung von technischen Geräten im Haushalt bietet einige Vorteile. Der Betrieb von Heizung, Beschattung, Lüftung, Beleuchtung, Alarmanlage, sowie Stromzähler, Waschmaschine, Geschirrspüler und Co. kann über ein gemeinsames System bedient werden. Geräte und zentrale Steuerung werden über ein Bussystem (einfache Verkabelung) verbunden, im Idealfall wird bereits beim Bau ein zusätzliches Kabel verlegt, andere Systeme Nutzen die vorhandenen Stromleitungen um Schaltsignale zu übertragen (z.B. X-10 Komponenten) und können auch leicht nachträglich eingebaut werden. Auch den Energieverbrauch ihrer Geräte erfassen sie so auf einen Blick, Strom-, Gas- und Heizölverbrauch können ausgewertet werden. Dies ist keine Zukunftsmusik, die Systeme werden bereits real genutzt. Die Möglichkeiten sind dabei so vielfältig wie die Ansprüche der Bewohner. Der Anwender kann natürlich alle Funktionen auch manuell (wie bisher) nutzen.

Das Entwicklungslabor Weiler setzt hier vorzugsweise auf "Open-Source" Systeme. Nicht das System soll an Sie verkauft werden, sondern Einblick und Verständnis für die Technik sowie Unterstützung bei der Umsetzung. Die Komponenten bleiben stets für den Eigentümer zugänglich und erweiterbar. (Auch sind, im Vergleich zu fertig gelieferten Haussteuerungsmodulen mit zugehörigen Komponenten, "Open-Source"-Systeme häufig günstiger und einzelne Komponenten können stets leicht ergänzt oder ersetzt werden.)



3D-Druck


Das Entwicklungslabor ist auch stolzer Eigentümer eins Ultimaker² 3d-Druckers. Die Bauteile und Modelle bis zu einer Größe bis 22x22x20cm werden vorzugsweise aus dem biologisch abbaubarem Kunstoff PLA (Poly Lactic Acid) gefertigt. Meißt werden Gehäuse für diverse elektronisch Steuerungen gefertigt. jedoch gibt es hier kaum Einschränkungen. Auch können von Ihnen gewünschte Teile gefertigt werden (Lampen, Abdeckungen, Modelle, etc). Ein Kopierverfahren (Handy-Scan zu 3d-Modell, entwickelt an der ETH Zürich) ist in der Probephase und soll bald einsetzbar sein ...


Emissionsmessung


Nicht Linear

Nicht-Lineare Regelungstechnik: modellprädikativ vs. selbst-organisierend


Alle reale Abläufe sind nicht-linear. Die meisten können ohne größere Abweichungen linearisiert und deswegen von linearen elektronischen Reglern gesteuert werden. Die nichtlineare modellprädiktive Regelung erlaubt die Regelung von Prozessen, die nicht ohne weiteres linearisiert werden können. Ein dynamisches Modell des zu regelnden Prozesses wird erstellt und für die Vorhersage (Prädiktion) der Zustandsentwicklung in Abhängigkeit von Steuersignalen berechnet. Die berechneten Verläufe werden für die Steuerungen benutzt.

Noch effektiver und fehlerresistenter sind selbstorganisierende Systeme. Durch einen Satz von Regeln, die bestimmen wie auf kausale Messwerte reagiert werden soll, kann eine strukturelle Ordnungen erreicht werden, die stets in in stabiles Gleichgewicht verläuft. Mit meist wenigen hierachisch strukturierten Regeln können Prozesse stabil gesteuert werden. Das Auffinden solcher Regeln ist eine spannende Herausforderung, der wir uns immer wieder gerne stellen.


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