Forschungsberichte ohne Pflichtabgabe (DFG, IGF…)
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- ItemEffiziente Modelle zur Simulation der Strömung hochviskoser Kleb- und Dichtstoffe in Fertigungsprozessen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-09-17) Müller, Michael; Vallée, TillFaserverstärkte Kunststoffe, hochfeste Stähle und der moderne Multimaterial-Leichtbau führen zu einem stark zunehmenden Einsatz der Fügetechnologie Kleben. Entscheidend für die Qualität des Endproduktes ist die finale Lage des Kleb- oder Dichtstoffs. Lufteinschlüsse oder eine Unterfüllung des Spalts führen dabei unter anderem zu Einbußen in der Lastübertragungsfähigkeit. Richtlinien für ein zielführendes Vorgehen oder effiziente numerische Werkzeuge zur Prognose der Spaltfüllung fehlen. So kommt es oftmals auch zur unnötigen Überfüllung des Klebspalts, was dazu führt, dass überschüssiger Klebstoff austritt. Entscheidend für die finale Lage des Klebstoffs ist neben seiner initialen Lage besonders der anschließende Fügeprozess durch das Aufsetzen des zweiten Bauteils. Dabei entsteht im sich verengenden Spalt eine Quetschströmung zwischen den Fügeteilen. Erst deren Beherrschung führt zur gewünschten Spaltfüllung innerhalb der konstruktiven Toleranzen. Konventionelle Simulationen mit kommerziell verfügbaren Software-Tools beschreiben in der Regel Mehrphasenströmungen basierend auf den Navier-Stokes-Gleichungen. Die geometrischen Verhältnisse einer, oftmals wenige zehntel Millimeter hohen aber mitunter meterlangen Klebfuge führen dabei oftmals zu numerischen Instabilitäten oder ausufernden Rechenzeiten. Hier setzte dieses Projekt an. Es bediente sich Modellierungsmethoden, die seit 150 Jahren in der Tribologie etabliert sind und die spezifisch für Systeme mit den vorliegenden Längenverhältnissen entwickelt wurden. Eine besondere Form dieser Modellwelt stellt das selbst entwickelte Partially-Filled-Gaps-Modell (PFGM) dar, welches dabei explizit die Phasen „Fluid“ und „Luft“ repräsentiert. Um dieses Modell für klebtechnische Fragestellungen zu validieren, wurden spezielle Versuchsstände auf Grundlage einer Hele-Shaw-Zelle entwickelt und aufwendig kalibriert. Dies war nötig, da das System um die Spalthöhe Null singulär wird und die Kraft in etwa proportional zu 1/ℎ5 ist. Das Modell wurde um unterschiedliche Funktionalitäten erweitert, wie etwa die Betrachtung eingeschlossener Luftblasen, nicht-Newtonsche Fluide und den Einfluss der Gravitation. Zur Validierung dienten neben den gemessenen Kräften und Spalthöhen auch der zeitliche Verlauf der Fließfront sowie die Geschwindigkeitsfelder innerhalb des Fluids, welche mit zugeführten Partikeln und einer anschließenden Particle Image Velocimetry ausgewertet wurden. Sowohl bei den Quetschflussversuchen als auch bei den Injektionsversuchen zeigte sich in Bezug auf alle ausgewerteten Kriterien eine sehr gute Übereinstimmung. Weiterhin wurde das Modell an einfachen Fällen mit kommerziellen CFD-Modellen verglichen. Dabei zeigten sich nahezu identische Ergebnisse und eine um mehrere Größenordnungen performantere Simulation mit dem PFGM. Auf dieser Basis war es möglich, breit angelegte Optimierungsstudien zu idealen initialen Auftragsmustern durchzuführen. Diese konnten anschließend experimentell erfolgreich validiert werden. Das Modell stellt somit ein breites Fundament für ein breites Spektrum an weiterführenden Fragestellungen dar, in denen die Vorhersage des Klebstoffflusses und dessen Endverteilung prozessrelevant sind.
- ItemNext Generation OH Suppression Fiber Bragg Gratings: towards Operation on Sky(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025) Rahman, Aashia; Nolte, StefanNear-infra red (NIR) ground based astronomical observations suffer from the existence of bright and dense hydroxyl (OH) emission lines [Meinel, ApJ 112 (1950)] originating in the earth’s atmosphere. Suppression of OH lines will be a crucial aspect in the upcoming generation of extremely large telescopes operating at the NIR, e.g., Extremely Large Telescope (ELT). GNOSIS and PRAXIS instruments successfully demonstrated [Trinh et al., The Astron. J. 145 (2013), Ellis et al., MNRAS 492 (2020)] the capability of fiber Bragg grating (FBG) filter technologies to suppress the OH lines by factors of 8 to 9. In the OH-SUPER project, Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) and the Friedrich-Schiller-University Jena (Uni Jena) collaborated to investigate and develop new inscription techniques and design approaches for manufacturing these filters. Using ultraviolet (UV) laser, AIP established a running light interferometry system, to inscribe up to 15 cm long, multi-notch filters, for a maximum 22 nm bandwidth. This setup is promising and lays the groundwork for future efforts to inscribe repeatable multi-notch filters. AIP also explored novel phase mask designs for inscription of 5 filter lines using UV laser and investigated improving the precision of the target wavelengths. Uni Jena explored scaling aperiodic FBGs up to 20 notches based on the line-by-line method using femtosecond infrared laser (fs-IR). Furthermore, Uni Jena conceptualised and developed a novel "shape aperture" method for inscription of repeatable, spectrally tailored filters using a phase mask method. Evaluation of throughput showed phase mask fs-IR FBG in SMF-28 fiber outperforming UV-inscription into photosensitive fibers. As a result, 7 sets of identical 20-notch filters were realized by the fs-IR phase mask technique at Uni Jena with an excellent interline throughput of at least 93%. AIP developed an athermal packaging solution, stabilizing the filter lines against temperature variations, achieving a maximum wavelength deviation of 12 pm over a temperature range from -17°C to 15°C. Finally, laboratory based short-term stability of the filters was investigated and a trial run with the astrophotonic spectrograph at AIP based on arrayed waveguide grating (the Potsdam arrayed waveguide Spectrograph, PAWS) was performed, jointly by AIP and Uni Jena. This research project has significantly advanced the capability of low-loss OH line filter realization, laying the foundation for efficiently scaling the OH-line suppression capacity. Furthermore, advances in packaging and instrumentation allows for the development of an efficient prototype all-astrophotonic instrument, to advance the field of astrophotonics for future ground-based telescopes benefiting the astronomical community.
- ItemVerflechtungsstrecken zwischen Knotenpunkten an Autobahnen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-06) Geistefeldt, Justin; Brandenburg, Alexander; Sauer, Julian; Vortisch, Peter; Buck, Sebastian; Baumann, Marvin; Grau, JosephineIn der Untersuchung wurden der Verkehrsablauf und die Verkehrssicherheit von Verflechtungsstrecken zwischen Knotenpunkten an Autobahnen empirisch analysiert. Grundlage der Analysen bildeten Daten von Dauerzählstellen, Floating Car Data und Fahrzeugtrajektorien aus drohnenbasierten Videoerhebungen sowie Unfalldaten von Verflechtungsstrecken mit unterschiedlichen baulichen und verkehrstechnischen Randbedingungen. Im Ergebnis der Analyse des Verkehrsablaufs zeigte sich, dass Verflechtungsstrecken eine hohe Kapazität aufweisen. Dabei konnte ein Einfluss der Verflechtungslänge auf die Kapazität für dreistreifige Verflechtungsstrecken vom Typ V 1 ermittelt werden. Anhand der Ergebnisse der Verkehrserhebungen wurde festgestellt, dass ein- und ausfahrende Fahrzeuge die zur Verfügung stehende Verflechtungslänge für den notwendigen Fahrstreifenwechsel grundsätzlich ausnutzen. Jedoch wird der notwendige Fahrstreifenwechsel – unabhängig von der Verflechtungslänge – größtenteils bereits bis 200 m vor dem Ende der Blockmarkierung durchgeführt. Im Rahmen der Verkehrssicherheitsanalyse wurden Unfallkenngrößen und Verteilungen von Unfallmerkmalen ermittelt. Im Vergleich zu den Unfallkenngrößen des gesamten Bundesautobahnnetzes weisen Verflechtungsstrecken zwischen Knotenpunkten eine durchschnittliche Unfallhäufigkeit auf und sind somit hinsichtlich der Verkehrssicherheit unauffällig. Ähnliche Ergebnisse lieferten Gegenüberstellungen zu Literaturwerten für freie Strecken von Autobahnen sowie zu Einfahrten und Ausfahrten mit Fahrstreifenaddition bzw. -subtraktion. Die Untersuchung von entwurfstechnischen und verkehrlichen Einflussgrößen auf die Verkehrssicherheit der Verflechtungsstrecken zeigte, dass symmetrische Verflechtungsstrecken signifikant sicherer als asymmetrische Verflechtungsstrecken sind. Für Verflechtungsstrecken des Typs V 1 wurden Unterschiede der Unfallmerkmale zwischen zweistreifigen und dreistreifigen Hauptfahrbahnen festgestellt. Während auf Verflechtungsstrecken an dreistreifigen Hauptfahrbahnen deutlich mehr Auffahrunfälle durch Fahrstreifenwechsel auftraten, ereigneten sich an zweistreifigen Hauptfahrbahnen mehr Auffahrunfälle auf einen Stau. Aus den Erkenntnissen zum Verkehrsablauf und zum Unfallgeschehen wurden ein Kapazitätsmodell für Verflechtungsstrecken des Typs V 1 entwickelt sowie Empfehlungen für die Entwurfsgestaltung und die verkehrstechnische Bemessung von Verflechtungsstrecken abgeleitet. Datei-Upload durch TIB
- ItemAktualisierung der Verfahren zur Bewertung der Verkehrsqualität an Knotenpunkten mit LSA(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-06) Geistefeldt, Justin; Wu, Ning; Schmitz, Julian; Vieten, Michael; Stephan, NicoleDas Handbuch für die Bemessung von Straßenverkehrsanlagen (HBS 2015) enthält ein umfangreiches Berechnungsverfahren zur Bewertung der Verkehrsqualität an Knotenpunkten mit Lichtsignalanlage (LSA). Die praktische Anwendung des Verfahrens zeigte in den vergangenen Jahren, dass einige Teilkomponenten des Verfahrens die Randbedingungen des aktuellen Verkehrsablaufs nicht mehr ausreichend genau berücksichtigen und relevante Fahrstreifenkonstellationen nicht unmittelbar betrachtet werden können. Daher wurden in der Untersuchung eine Neukalibrierung und Erweiterung der bestehenden Modelle durchgeführt sowie Hinweise für eine HBS-konforme Simulation mit der Software PTV Vissim als alternatives Verfahren zur Ermittlung der Qualität des Verkehrsablauf erarbeitet. Grundlage der Untersuchung bildeten umfangreiche empirische Analysen des Verkehrsablaufs an Knotenpunkten mit LSA. Dabei wurden Sättigungsverkehrsstärken für verschiedene Randbedingungen gemessen, der Einfluss des querenden Fuß- und Radverkehrs auf bedingt verträglich geführte Abbiegeströme anhand der Belegungszeit erhoben, der Verkehrsablauf an Zufahrten mit mindestens einem zusätzlichen kurzen Aufstellstreifen beobachtet sowie Fahrtzeiten an verkehrsabhängig gesteuerten LSA erfasst. Die Datengrundlage wurde teilweise durch mikroskopische Verkehrsflusssimulationen erweitert. Im Ergebnis der Analysen konnte die Sättigungsverkehrsstärke von 2000 Kfz/h im Pkw-Verkehr ohne weitere Einflüsse bestätigt werden. Es zeigte sich jedoch, dass die Einflüsse des Schwerverkehrs, der Steigung und des Abbiegeradius weniger stark ausgeprägt sind als im HBS 2015 angenommen. Zudem wurde die zulässige Höchstgeschwindigkeit für die Sättigungsverkehrsstärke als eine weitere maßgebende Einflussgröße ermittelt, wobei geringere Geschwindigkeiten zu geringeren Sättigungsverkehrsstärken führen. Die Verwendung eines Zeitzuschlags von einer Sekunde zur Ermittlung der effektiven Freigabezeit konnte näherungsweise bestätigt werden. Bei den Erhebungen an Fußgänger- und Radfurten konnte beobachtet werden, dass die im HBS 2015 angegebene Berechnungsfunktion die Belegungszeiten aufgrund der Nichtberücksichtigung relevanter Randbedingungen wie der Furtgeometrie, der Furtsignalisierung (simultan oder progressiv), der Freigabezeit und der Umlaufzeit nicht ausreichend genau beschreibt und tendenziell unterschätzt. Es wurde ein neues Modell auf der Grundlage der Zeitlückentheorie abgeleitet, welches diese Parameter unmittelbar als Eingangsgrößen verwendet und die Belegungszeit damit deutlich genauer schätzen kann. Die Analyse von Zufahrten mit zusätzlichem kurzem Aufstellstreifen zeigte, dass das aktuell im HBS 2015 verwendete Berechnungsmodell die Kapazität sehr gut beschreibt und auch auf Zufahrten mit zwei oder drei durchgehenden Fahrstreifen erweitert werden kann. Zusätzlich wurden unterschiedliche Modellvereinfachungen erarbeitet. Bei der Analyse einfacher verkehrsabhängiger Steuerungen mit einer Grundstellung in einer Dauergrünphase der Hauptrichtung oder einer Alles-Rot-Phase zeigte sich kein Anpassungsbedarf der Kriterien für die Bewertung der Verkehrsqualität. Die Bewertung eines Festzeitprogramms mit mittleren Freigabe- und Sperrzeiten stellt für diese Schaltungen eine akzeptable Näherung dar. Für die HBS-konforme mikroskopische Verkehrsflusssimulation wurden in der Untersuchung Anwendungshinweise und Parametereinstellungen für das Programm PTV Vissim abgeleitet, die auch die neuen empirischen Erkenntnisse berücksichtigen. Dabei zeigte sich, dass unter Standardeinstellungen deutliche Unterschiede der Simulation zum analytischen Verfahren des HBS 2015 vorhanden sind und damit eine direkte Vergleichbarkeit der Ergebnisse nur eingeschränkt gegeben ist. Die sachgerechte Berücksichtigung der Instationarität in der Simulation im Sinne des HBS wurde ebenfalls analysiert. Durch die erarbeiteten Anwendungshinweise und Parametereinstellungen können diese Unterschiede minimiert werden. Datei-Upload durch TIB
- ItemGestaltung innerörtlicher Verkehrswegenetze(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-05) Friedrich, Markus; Wohnsdorf, Yannik; Gerike, Regine; Koszowski, Caroline; Baier, Michael M.; Wothge, MertenDas übergeordnete Ziel des Projekts besteht in der Entwicklung einer konsistenten, übertragbaren Methode zur Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswegenetze für den Kfz-Verkehr, den Radverkehr und den Fußverkehr, die die Anforderungen der Netzgestaltung und der Straßenraumgestaltung integriert. Die Entwicklung von Liniennetzen für den öffentlichen Verkehr ist nicht Gegenstand des Projekts. Die Methode soll aber die Belange des straßengebundenen ÖV berücksichtigen, die sich aus vorhandenen oder geplanten Liniennetzen ergeben. Die Methode soll die RIN-Methode zur funktionalen Gliederung (RIN 2008) weiterentwickeln und an zwölf Untersuchungskommunen getestet werden. Um das Projektziel zu erreichen, wird zunächst der nationale und internationale Stand der Verkehrswegenetzgestaltung in Forschung und Praxis in einer Literaturanalyse dargestellt und darauf aufbauend Anforderungen an innergemeindliche Verkehrswegenetze systematisiert. Darauf folgt eine analytische und empirische Untersuchung in der die Ausgangssituation 12 unterschiedlich großer Untersuchungskommunen in Deutschland betrachtet wird. Mit Hilfe öffentlich zugänglicher Daten wird eine Datenbasis für die Erstellung digitaler Netzmodelle für die Untersuchungskommunen geschaffen. Die Modelle werden durch kommunenspezifische Daten ergänzt. In einer Analyse der Eigenschaften der Netze werden diese auf Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Besonderheiten untersucht. Um Aussagen zu den Möglichkeiten und Grenzen der bisherigen RIN-Methode zu erhalten, wird die RIN-Methode für innergemeindliche Verkehrswegenetze angewendet und die Ergebnisse mit Planenden aus den Untersuchungskommunen diskutiert. Die Vorgehensweise entspricht dabei einer einheitlichen Operationalisierung der Methode ohne kommunenspezifische Anpassungen. Dadurch soll der Aspekt der Übertragbarkeit berücksichtigt werden. Die Analyse der RIN-Anwendung ist dann Grundlage für die Entwicklung einer geeigneten Methode zur Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswegenetze. Die Methode sieht zunächst die Entwicklung sektoraler Netze für jede Verkehrsart (Kfz, Rad, ÖV, Fuß) vor. Für den Kfz- und Radverkehr liefert die Methode eine Weiterentwicklung und Konkretisierung der bisherigen RIN-Methode. Wesentliche Änderungen ergeben sich bei der • Abgrenzung und dem Detailgrad des Untersuchungsraums, • Ermittlung einer geeigneten Anzahl, räumlichen Verteilung und verkehrlichen Bedeutung von Schwerpunkten als innergemeindliche Quellen und Ziele relevanter Verbindungen, • Auswahl geeigneter Zugangspunkte zum Verkehrswegenetz. Zur Konkretisierung dieser Änderungen werden verschiedene Ansätze getestet, um dann möglichst allgemeingültige Regeln daraus ableiten zu können. Die Netze für den Kfz- und Radverkehr werden schließlich über die Auswahl relevanter innergemeindlicher und zwischengemeindlicher Verbindungen unter Berücksichtigung der vorhandenen und geplanten Verkehrswegeinfrastruktur abgeleitet. Für den Fußverkehr wird ein gänzlich neuer und von den RIN abweichender Ansatz vorgeschlagen, der standortbasiert die Bedeutung des Fußverkehrs aus den unmittelbaren Umfeldnutzungen ableitet. Verbindungen spielen bei diesem Ansatz lediglich eine nachgeordnete Rolle. Im Anschluss an die Ermittlung der sektoralen Netze erfolgt eine verkehrsartenübergreifende Betrachtung. Dazu werden die sektoralen Netze für den Kfz-, Rad- und Fußverkehr, sowie die vorgegebenen Liniennetze des öffentlichen Verkehrs überlagert. Ergebnis der Überlagerung sind Anforderungen an die Gestaltung innergemeindlicher Verkehrswege. Durch die Analyse der Überlagerungen können potenzielle Konflikte auf Strecken und an Knotenpunkten identifiziert werden, an denen die Einhaltung der Anforderungen geprüft werden muss. Für Straßenabschnitte, bei denen ein Konflikt identifiziert wurde, müssen dann geeignete Maßnahmen untersucht werden. Hier sollte sich die Vorgehensweise am Konzept der Entwurfssituationen (RASt 2006) orientieren, das eine Verknüpfung der Netzgestaltung nach den RIN (2008) mit der Straßenraumgestaltung ermöglicht. Dies bedarf einer Weiterentwicklung der Entwurfssituationen. Datei-Upload durch TIB