Abstract Deutsch
Im Rahmen des Projekts «neuer Campus Horw» wird untersucht, wie die thermischen Spitzenlasten
der Gebäude des neuen Campus gedeckt werden können. Das Konzept sieht vor den Campus an das
Seewassernetz anzuschliessen und so thermisch zu versorgen. Im Sommer kann das Seewasser
direkt zum Kühlen genutzt werden, im Winter dient es als Quelle für die Wärmepumpe. Als
thermische Spitzenlastdeckung wird eine Speicherlösung gesucht, damit man von fossilen
Brennstoffen und auch von anderen zusätzlichen Energieträgern unabhängig ist.
Basierend auf den Wettbewerbsunterlagen des Projekts «Gravity» wird ein Gebäudemodell erstellt,
welches für eine thermische Simulation des Campus dient. Als Klimadaten sind dabei drei
Klimaszenarien hinterlegt; ein aktuelles Szenario basierend auf Daten aus der jüngeren
Vergangenheit und zwei Zukunftsszenarien für den Zeitraum rund um 2060. Eines dieser
Zukunftsszenarien stellt dabei ein Jahr dar, bei dem der Klimaschutz konsequent durchgesetzt wird
und stetig die CO2-Ausstösse reduziert werden. Das andere Zukunftsszenario stellt ein Jahr dar, bei
dem keine Klimaschutzmassnahmen umgesetzt werden und der jährliche CO2-Ausstoss stetig steigt.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit aktuellen Klimadaten ein hoher Heizwärmebedarf und ein mittlerer
Klimakältebedarf anfällt. In Zukunft wird der Heizwärmebedarf sinken und der Klimakältebedarf
steigen. Die Intensität dieser Tendenz ist abhängig davon, wie stark die Klimaschutzmassnahmen ab
dem heutigen Zeitpunkt global umgesetzt werden.
Diese Ergebnisse werden in einem Modell hinterlegt, welches die Energieströme des Systems
simuliert und optimiert. Das Ziel dieser Simulation ist es, den nötigen Energieinhalt des Speichers für
die thermische Spitzenlastdeckung in Abhängigkeit der Erzeugerleistung zu ermitteln. Die
energetische Betrachtung zeigt auf, dass für die Bestimmung der Speichergrösse das normale
Klimaszenario im Heizfall ausschlaggebend ist, im Kühlfall ist es das Zukunftsszenario ohne
Klimaschutzmassnahmen. Des Weiteren ist ab einer Wärmepumpenleistung von 150 kW lediglich ein
Speicher notwendig, da es keine Überschneidung zwischen dem Heiz- und Kühlbetrieb gibt.
Um die volumetrische Grösse und die Geometrie eines solchen Speichers zu bestimmen, wird eine
Speichersimulation durchgeführt. Dazu wird das notwendige Volumen eines sensiblen
Wasserspeichers in Abhängigkeit der Erzeugerleistung und der Speicherhöhe ermittelt. Ein Speicher
mit der Höhe von maximal 2.5 m und einem maximalen Volumen von 5'000 m³ könnte im bereits
bestehenden Bunker unterhalb der Mensa untergebracht werden. Somit müsste kein zusätzliches
Volumen für den Speicher geschaffen werden. Durch die Speichersimulation wird ersichtlich, dass ein
reiner Wasserspeicher mit einem Volumen von rund 1'675 m³ in Kombination mit einer
Wärmepumpenleistung von 300 kW und einer Speicherhöhe von 2.5 m den Heiz- wie auch den
Kühlfall ideal abdeckt. Bei gleicher Höhe und einer Wärmepumpenleistung von 250 kW würde es für
den ausschlaggebenden Heizfall einen 4’400 m³ grossen Speicher benötigen. Dieses Volumen könnte
durch die Integration eines Phase-Change-Materials, welches seinen Schmelzpunkt bei ca. 35 °C hat,
reduziert werden. Eine erste rechnerische Abschätzung zeigt auf, dass ein Speicher mit einem Volumen von rund 2'400 m³ und einer Speicherhöhe von 2.5 m in Kombination mit einer
Wärmepumpe von 250 kW sich für den Heiz- und Kühlfall eignet. Dementsprechend gäbe es zwei
verschiedene Lösungen, wie ein Speicher in den Bunker integriert werden kann.
Der Entscheid auf welche Klimaszenarien der Speicher ausgelegt werden soll, ist noch offen. Zudem
bietet sich eine Systemerweiterung mit der Integration des Brauchwarmwassers an, um die
Energieeffizienz des Systems weiter zu erhöhen.
As part of the project "Neuer Campus Horw", an investigation is being carried out into how the
thermal peak loads of the buildings on the new campus can be covered. The concept is to connect
the campus to the lake water network and thus supplying it with thermal energy. In summer, the
lake water can be used directly for cooling, in winter it serves as a source for the heat pump. As a
thermal peak load coverage, a storage solution is sought so that the campus is independent of fossil
fuels and also of other additional energy sources.
Based on the competition documents of the project "Gravity" a building model is created, which is
used for a thermal simulation of the campus. Three climate scenarios are used as climate data; a
current scenario based on data from the recent past and two future scenarios for the period around
the year 2060. One of these future scenarios represents a year in which climate protection is
consistently implemented and CO2-emissions are constantly reduced. The other future scenario
represents a year in which no climate protection measures are implemented and annual CO2
emissions steadily increase. The results show that with current climate data there is a high heating
demand and a medium cooling demand. In the future, the heating demand will decrease and the
cooling demand will increase. The intensity of this trend depends on the extent to which climate
protection measures are implemented globally from the present time.
These results are stored in a model that simulates and optimizes the energy flows of the system. The
goal of this simulation is to determine the necessary energy content of the storage system for
thermal peak load coverage as a function of the generated thermal power. The energetic
consideration shows, that the normal climate scenario in the heating case is decisive for the
determination of the storage size, in the cooling case it is the future scenario without climate
protection measures. Furthermore, from a heat pump capacity of 150 kW only one storage tank is
necessary, since there is no overlap between the heating and cooling operation.
In order to determine the volumetric size and the geometry of such a storage tank, a storage
simulation is carried out. For this purpose, the necessary volume of a sensible water storage is
determined as a function of the generated thermal power and the storage height. A storage tank with
a maximum height of 2.5 m and a maximum volume of 5'000 m³ could be accommodated in the
already existing bunker below the canteen. Thus, no additional volume would have to be created for
the storage tank. The storage simulation shows that a pure water storage tank with a volume of
about 1'675 m³ in combination with a heat pump capacity of 300 kW and a storage height of 2.5 m
ideally covers the heating as well as the cooling case. With the same height and a heat pump
capacity of 250 kW, a 4’400 m³ storage tank would be required for the decisive heating case. This
volume could be reduced by integrating a phase change material, which has its melting point at
approx. 35 °C. A first mathematical estimation shows that a storage tank with a volume of about
2'400 m³ and a storage height of 2.5 m in combination with a heat pump of 250 kW is suitable for
the heating and cooling case. Accordingly, there would be two different solutions how to integrate a
storage tank into the bunker.
The decision on which climate scenarios the storage tank should be designed for is still open. In
addition, a system extension with the integration of the domestic hot water is an option to further
increase the energy efficiency of this system.
Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit modernen Methoden der Erdbebenbemessung
von Hochbauten. Für die Bemessung wird ein Referenzgebäude
gewählt, welches mit einem Untergeschoss, einem Erdgeschoss, vier Obergeschossen
und je sechsWohnungen pro Geschoss einem gewöhnlichen Hochbau
entspricht. Für den gewählten Standort existiert eine öffentliche spektrale Mikrozonierungsstudie,
die für die Bestimmung der Erdbebeneinwirkung verwendet wird.
Das Tragwerkskonzept sowie die Tragwerksanalyse werden nach den heutigen
Normen der SIA 260 ff. erstellt. Für die Erdbebenbemessung werden zwei Berechnungsmodelle
angewendet. Einerseits ein Plattenstapelmodell, welches im
Programm Cedrus-8 modelliert und danach mit dem Programm Statik-8 in ein
Stabmodell umgewandelt wird und andererseits Ersatzstabmodelle, welche das
Bauwerk als Mehr- oder Einmassenschwinger abbilden.
Die erste Erdbebenbemessung erfolgt nach dem Ersatzkraftverfahren. Zuerst
werden verschiedene moderne Methoden der Erdbebenbemessung vorgestellt
und die Grundlagen und Voraussetzungen behandelt. Danach wird das Ersatzkraftverfahren
am Referenzgebäude durchgeführt, gefolgt von der Kapazitätsbemessung
an einer ausgewählten Stahlbetontragwand. Die Bemessung ergibt eine
nach Kapazitätsbemessung korrekte konstruktive Durchbildung der ausgewählten
Stahlbetontragwand.
Die zweite Erdbebenbemessung baut mit der «Kapazitätsspektrum-Methode»
(Capacity Spectrum Method) auf der Kapazitätsbemessung auf. Die Pushover-
Kurve wird mit dem nichtlinearen Finite Element (nlFE) Programm IDEA StatiCa
Detail für die ausgewählte Stahlbetontragwand bestimmt, in eine Kapazitätskurve
umgewandelt und mit dem elastischen Bemessungsspektrum überlagert. Die
grafische Bemessung ergibt, dass der Nachweis der Standsicherheit erfüllt ist.
Um den Einfluss von Öffnungen in Erdbebenwänden auf das Verformungsverhalten
des Tragwerks unter Erdbebenbeanspruchung zu untersuchen, werden
der ausgewählten Stahlbetontragwand Öffnungen zugefügt und danach die Kapazitätsspektrum-
Methode durchgeführt. Es resultiert eine doppelt so grosse
Verformung der Stahlbetontragwand infolge Öffnungen.
This master thesis deals with modern methods of seismic design of buildings.
For the design, a reference building is chosen, which corresponds to an ordinary
building with a basement, a first floor, four upper floors and six apartments per
floor. A public spectral microzonation study exists for the selected site, which is
used to determine the earthquake action.
The structural concept as well as the structural analysis are prepared according
to the current standards of SIA 260 ff. Two calculation models are used for the
earthquake design. On the one hand, a plate stack model, which is modeled in the
program Cedrus-8 and then converted into a member model using the program
Statik-8, and on the other hand, equivalent member models, which represent the
structure as a multi- or single-mass oscillator.
The first seismic design is performed using the equivalent force method. First,
different modern methods of seismic design are presented, and the fundamentals
and prerequisites are discussed. Then, the equivalent force method is performed
on the reference building, followed by the capacity design on a selected reinforced
concrete bearing wall. The design results in a correct structural design of the
selected reinforced concrete bearing wall according to the capacity design.
The second seismic design builds on the capacity design using the «Capacity
Spectrum Method». The pushover curve is determined using the nonlinear finite
element (nlfe) program IDEA StatiCa Detail for the selected reinforced concrete
bearing wall, converted into a capacity curve, and superimposed with the elastic
design spectrum. The graphical design shows that the verification of stability is
fulfilled.
To investigate the influence of openings in earthquake walls on the deformation
behavior of the structure under earthquake loading, openings are added
to the selected reinforced concrete bearing wall and then the capacity spectrum
method is performed. The result is a double deformation of the reinforced concrete
bearing wall due to openings.
Das Ziel dieser Arbeit ist, ein neuer Deckenaufbau zu entwickeln, welcher bezüglich der Nachhaltigkeit besser ist als der konventionelle Deckenaufbau. Der neue Deckenaufbau wird bei einem Referenzobjekt angewendet, um die Dimensionen gemäss der Projektstufe Bauprojekt zu bestimmen. Zusätzlich wird für das Referenzobjekt der Abtrag von horizontaler Einwirkung konzeptionell gelöst. Das betrachtete Gebäude ist mit der Nutzungskategorie C3 gemäss der SIA-Norm 261 [1] definiert.
Der neue Deckenaufbau sieht vor, dass der Unterlagsboden statisch mitwirkt und nicht wie bei der konventionellen Decke nur als Auflast eingerechnet wird. Im Gegensatz zum konventionellen Deckenaufbau sollen im neuen die Leitungen nicht in der Stahlbetondecken verlegt werde, sondern im Unterlagsboden. Durch die Mitwirkung des Unterlagsbodens kann die bisherige Dicke der Stahlbetondecke reduziert werden und somit Baumaterialien gespart werden. Eine Mitwirkung des Unterlagsboden bedingt eine Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und des Betons vom Unterlagsboden (Unterlagsbeton). Durch die Verbindung kann die Decke als gekoppelter Biegeträger betrachtet werden. Der Unterlagsbeton soll aus vorfabrizierten Elementen hergestellt werden, damit diese bei Umbauten entfernt werden können und falls erwünscht die Leitungen ersetz werden können.
Die Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und dem Unterlagsbeton (Kopplungsträger) sind schrittweise ermittelt worden. Die Differentialgleichung des Systems ergab erst Erkenntnisse der Wirkung vom System, welche dann mit zweidimensionalen Berechnungen verifiziert worden sind. Die Dimensionen der einzelnen Bauteile sind mit den Auswirkungen einer dreidimensionalen Berechnung ermittelt. Beim Kopplungsträger sind zwei Varianten untersucht worden. Die erste Variante sieht eine Stahlverbindung vor und die zweite eine Stahlbetonverbindung. Für die Dimensionierung sind die verschiedenen Bauphasen (Bauzeit, Endzustand und Umbau) in Betracht gezogen worden.
Wenn nur die statisch wirkenden Bauteile in der Nachhaltigkeitsberechnung miteinbezogen werden, dann ist der neue Deckenaufbau nicht nachhaltiger. Wenn die Dämmung in die Betrachtung einfliesst, kann der neue Deckaufbau nachhaltiger sein als der konventionelle Deckenaufbau.
Das neue Deckensystem kann je nach Kriterien eines Projektes ein guter Lösungsansatz sein. Damit dieser umgesetzt werden kann, müsste aufbauend auf dieser Arbeit eine Detailbemessung erfolgen und falls möglich sollten Versuche mit dem neuen Deckenaufbau durchgeführt werden. Der Deckenaufbau muss noch durch einen Bauphysiker kontrolliert und bearbeitet werden, damit die bauphysikalischen Werte im Vergleich zum konventionellen Deckenaufbau nicht verschlechtert werden.
Der Entwurf einer Brücke erfordert ein hohes Mass an Kreativität verknüpft mit einem breiten
Fachwissen. Nur so lässt sich ein ganzheitlich funktionierendes, ästhetisch ansprechendes und
trotzdem ökonomisch und ökologisch sinnvolles Tragwerk entwickeln. Viele Faktoren wie die
Randbedingungen, geometrische Anordnungen, Steifigkeiten und Materialität haben Einfluss auf den
Entwurf und sind oft direkt oder indirekt miteinander verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig. Ein
Entwurf ist somit ein stark iterativer Prozess, wobei eine perfekte Lösung nicht existiert, es aber
trotzdem erwünscht ist, ein der Ideallösung nahes Resultat zu erhalten.
Die vorliegende Arbeit folgt im Grundsatz den Projektphasen gemäss der SIA Norm 260. Das Ziel
dabei ist es, eine alternative Variante zur bereits bestehenden Chinegga-Brücke zu entwerfen.
Das Kapitel 2 beinhaltet die Grundlage des Entwurfs in Form einer Nutzungsvereinbarung. Darin
enthalten sind die wichtigsten Randbedingungen und Anforderungen an das zu planende Bauwerk.
Im Kapitel 3 wird eine Variantenstudie durchgeführt. Vorgängig werden die Randbedingungen und
Bewertungskriterien für die Varianten analysiert und diskutiert. Anschliessend werden vier
unterschiedliche Brückenstrukturen aufgezeigt: Ein Durchlaufträger im Freivorbau, eine
Sprengwerkbrücke, eine Bogenbrücke mit untenliegendem Tragwerk und eine Schrägkabelbrücke.
Dabei werden jeweils die Linienführung, die Haupttragstruktur, das Bauverfahren und die wichtigsten
Querschnitte aufgezeigt. Der Abschluss des Kapitels beinhaltet die Diskussion der Varianten und eine
begründete Wahl des Tragwerkes: Die Brücke soll mit einem Bogentragwerk durchgeführt werden.
Im vierten Kapitel ist anschliessend das gewählte Tragwerk der Bogenbrücke als erstes zu optimieren
und anzupassen. In der Linienführung, sowie in der Geometrie des Bogens und der Anordnung der
Stützen sind noch Verbesserungen vorzunehmen. Da eine Brücke stark abhängig vom Bauverfahren
ist, werden im Entwurf auch die Bauphasen und die Verfahrenstechniken untersucht und
anschliessend gewählt. Sobald die Lagerung der Brücke definiert ist, können mit den festgelegten
Feldlängen und Bogengeometrien die Querschnittsabmessungen bestimmt werden. Die Fahrbahn
wird als Spannbeton geplant, wozu hier auch ein Vorspannkonzept entwickelt wird.
Das fünfte Kapitel beinhaltet einige Nachweise im Grenzzustand der Tragsicherheit sowie der
Gebrauchstauglichkeit. Der Fahrbahnträger und der Bogen werden an den massgebenden Stellen auf
Biegung bemessen, wobei auch die Bogenstabilität miteinbezogen wird. Im Fahrbahnträger wird
zudem ein Querkraftnachweis erbracht. Ein weiterer Nachweis wird im Grenzzustand der
Gebrauchstauglichkeit geführt. Es wird eine Vorlandstütze auf ihr Verformungsvermögen überprüft.
Abrundend zu den Nachweisen werden Hinweise zur konstruktiven Durchbildung am
Verbindungspunkt zwischen Stütze und Fahrbahn gemacht.
Abschliessend werden im Kapitel 6 die Arbeit zusammengefasst und die Erkenntnisse und
Folgerungen aufgezeigt.
The design of a bridge requires a high degree of creativity combined with broad expertise. Only in
this way a holistically functioning, aesthetically pleasing and yet economically and ecologically
sensible structure can be developed. Many factors such as the boundary conditions, geometric
arrangements, stiffnesses and materiality have an influence on the design and are often directly or
indirectly linked and influence each other. A design is thus a highly iterative process, where a perfect
solution does not exist, but it is still desirable to obtain a result close to the ideal solution.
In principle, the present work follows the project phases according to the SIA standard 260. The aim
here is to design an alternative variant to the already existing Chinegga-Bridge.
Chapter 2 contains the basis of the design in the form of a user agreement. This contains the most
important boundary conditions and requirements for the structure to be designed.
In chapter 3, a variant study is carried out. First, the boundary conditions and evaluation criteria for
the variants are analyzed and discussed. Subsequently, four different bridge structures are
presented: a continuous girder in free cantilever construction, a rigid-frame bridge, an arch bridge
with the supporting structure below, and a cable-stayed bridge. In each case, the street-alignment,
the main support structure, the construction method and the main cross sections are shown. The
chapter concludes with a discussion of the variants and a justified choice of the supporting structure:
the bridge is to be built with an arched supporting structure.
In the fourth chapter, the selected structure of the arch bridge is to be optimized and adapted first.
Improvements are still to be made in the alignment, as well as in the geometry of the arch and the
arrangement of the supports. Since a bridge is strongly dependent on the construction method, the
construction phases and the process techniques are also examined in the design and subsequently
selected. Once the bearing of the bridge is defined, the section dimensions can be determined with
the field lengths and arch geometries established. The carriageway is planned as prestressed
concrete, for which a prestressing concept is also developed here.
The fifth chapter contains some verifications in the ultimate limit state and the serviceability limit
state. The carriageway girder and the arch are designed for bending at the relevant points, whereby
the arch stability is also included. In addition, a shear force check is performed in the carriageway
girder. A further check is performed in the serviceability limit state. The deformation capacity of an
edge support is checked. To round off the verifications, information is provided on the design of the
connection point between the column and the carriageway.
Finally, chapter 6 summarizes the work and highlights the findings and conclusions.
Bei agilen Innovationsprozessen liegt der Fokus oft beim Kunden und seinen Bedürfnissen. Mitbewerber
werden aber oft vernachlässigt. Diese Arbeit erforscht die Ursachen für die Vernachlässigung und untersucht
die Schwierigkeiten im Umgang mit Informationen über Mitbewerber. Dazu werden anhand des
Problemlösungszyklus des Systems Engineering die Untersuchungsfelder Theorie, Good Practice und
Situationsanalyse bei CKW erforscht. Diese breite Auseinandersetzung ermöglicht ein grundlegendes
Verständnis der Problemsituation und schafft so die Basis für die Lösungsfindung. Das Ziel dieser Arbeit
besteht schliesslich in der Definition eines agilen Frameworks, welches Innovatoren die Schwierigkeiten
abnehmen und den Nutzen von Mitbewerberinformationen aufzeigen soll. Das Design Thinking-
Vorgehensmodell ermöglichtes eine offene und explorative Vorgehensweise zur Lösungsfindung. Die
Lösung bildet schliesslich das Competitive Intelligence Toolbook, welches praxisorientiert aufzeigt, wie
Informationen über Mitbewerber schnell und effektiv zum eigenen Vorteil genutzt werden können.
In agile innovation processes, the focus is often on the customer and his needs. Competitors, however, are
often neglected. This thesis explores the reasons for this neglect and examines the difficulties in dealing with
information about competitors. For this purpose, the problem-solving cycle of systems engineering is used to
explore the fields of investigation theory, good practice and situation analysis at CKW. This broad
examination enables a fundamental understanding of the problem situation and thus creates the basis for
finding a solution. Finally, the goal of this work is to define an agile framework that will help innovators
overcome the difficulties and demonstrate the benefits of competitor information. Finally, the solution is the
Competitive Intelligence Toolbook, which shows in a practice-oriented way how information about
competitors can be used quickly and effectively to one's own advantage.
In den letzten Jahren ist die Bedeutung von mobilen Robotern schnell gewachsen. Mit dieser neuen
Art von Roboter entstehen neue Anforderungen bei der Entwicklung. Ein Tool, das sich in diesem
Bereich für die Softwareentwicklung durchgesetzt hat, ist das Robot Operating System (ROS).
Anfänglich von und für Hochschulen entwickelt, kommt ROS nach und nach auch mehr in
industriellen Anwendungen zum Einsatz. Diese bringen jedoch auch neue Herausforderungen mit
sich. Um die damit einhergehenden Ansprüche zu erfüllen ist die erste Version von ROS, ROS 1,
komplett überarbeitet worden. Daraus entstanden ist ROS 2. Ziel dieser neuen Version ist es,
zuverlässige und deterministische Applikationen entwickeln zu können, die beispielsweise auch in
sicherheitskritischen Anwendungen zum Einsatz kommen können.
Ziel dieser Master-Thesis ist es, sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Limitationen von ROS 2
für Echtzeitanwendungen mittels Versuche an zwei verschiedenen Versuchsaufbauten aufzuzeigen
und einzuordnen. Hierzu wird auch eine Speicher Programmierbare Steuerung (SPS), ein industriell
weit verbreitetes System, beigezogen.
Basierend auf den Resultaten der Experimente kann aufgezeigt werden, dass das Verhalten bezüglich
zeitlicher Vorgaben stark durch den/die Entwickler:in beeinflusst wird. Dies beginnt mit dem
Aufsetzen des Betriebssystems und geht weiter über diverse Einstellmöglichkeiten im Quellcode der
zu entwickelnden Anwendung. Ebenfalls muss der Einbindung von externer Hardware (z.B. Sensoren)
grosse Beachtung beigemessen werden.
Zum jetzigen Entwicklungsstand von ROS 2 eignet sich das Tool für Anwendungen mit weichen
Echtzeitanforderungen. Dies sind Anwendungen, bei der eine gestellte zeitliche Anforderung an das
System bis zu einem gewissen Grad resp. zu einer gewissen Anzahl überschritten werden darf. Für
Anwendungen mit harten Echtzeitanforderungen, bei denen die zeitlich gestellten Anforderungen
jeder Zeit eingehalten werden müssen, sind andere Systeme wie beispielsweise eine SPS zu
bevorzugen. Dies kann sich jedoch mit der laufenden Weiterentwicklung von ROS 2 in der Zukunft
ändern.
In recent years, the importance of mobile robots has grown rapidly. With this new type of robot, new
development requirements arise. One tool that has gained acceptance in software development is the
Robot Operating System (ROS). Initially developed by and for universities, ROS is gradually being
used increasingly in industrial applications. However, this also brings new challenges. The first
version of ROS, ROS 1, was completely revised in order to meet the demands. The goal of this new
version is to be able to develop reliable and deterministic applications that can also be used in
safety-critical applications, for example.
This master thesis aims to demonstrate and classify the performance and the limitations of ROS 2 for
real-time applications through tests on two different test setups. For this purpose, a programmable
logic controller (PLC), a widely used industrial system, is used for comparison.
Based on the results of the experiments, it can be shown that the developer strongly influences the
behaviour concerning time specifications. This starts with setting up the operating system and
continues with various setting options in the application's source code to be developed. Likewise,
integrating external hardware (e.g. sensors) must be given great attention.
At the current stage of the development of ROS 2, the tool is suitable for applications with soft realtime
constraints. These are applications where a set time constraint on the system may be exceeded
up to a certain degree or a certain number of times. For applications with hard real-time constraints,
where the time requirements must always be met, other systems such as PLCs are preferable.
However, this may change in the future with the ongoing development of ROS 2.
Low-Tech Gebäude zeichnen sich durch ihre einfachen, aber sehr dauerhaften und ressourcenschonenden
Grundsätze. Dabei ist der Einsatz von Technik in Low-Tech Gebäuden auf ein Minimum reduziert.
Neben den Grundsätzen zeichnen sich Low-Tech Gebäude zudem mit einem sehr geringem
Gesamtenergieverbrauch.
Aus den bisherigen Vorarbeiten im Masterstudium (Vertiefungsmodul 1 und Vertiefungsmodul 2) konnten
Erkenntnisse aus der Thematik Normierung von Belegungen mit Fokus auf internationale Bauten in warmen
Klimaregionen und der Analyse von Wärmeströmen in einzelnen Bauteilen gewonnen werden und als
Grundlage für diese Masterthesis genutzt werden. Mit den Erkenntnissen aus den beiden Vorarbeiten wird als
letzter Schritt die Wirksamkeit der Prinzipien in warmen Klimaregionen weltweit ermittelt und untersucht.
Dabei sind vier Standorte in verschiedenen Klimaregionen vordefiniert. Um auch die Thematik «Zukunft»
miteinbeziehen zu können, werden die Prinzipien neben dem aktuellen Klima, auch mit den Klimaszenarien
(RCP Szenarien aus den IPCC Klimaprognosen) aus der Zukunft analysiert.
Das Klima wurde in vier Haupteigenschaften aufgeteilt. Die Aussentemperatur, Feuchtigkeit,
Globalstrahlung und die Bewölkung. Die Feuchtigkeit und die Globalstrahlungen bleiben auch mit den
Zukunftsprognosen (RCP 4.5 und 8.5 Szenarien) ähnlich wie das aktuelle Klima. Die Aussentemperaturen
werden sich Standortbedingt stärker oder schwächer verändern. Vor allem in warmen Klimaregionen wird
sich der Klimawandel besonders ausgeprägt definieren. Die Bewölkung wird sich ähnlich wie die
Aussentemperaturen standortbedingt verändern.
Das Ziel dieser Masterthesis ist es, Grundlagen für Bauten in warmen Klimaregionen mittels eines Kataloges
für einfache Gebäudetypen (Simple House, Apartment und Office) zu definieren und zu erweitern.
Mit den Ergebnissen aus den zahlreichen Gebäudesimulationen, (vier Klimastandorte, drei Gebäudetypen,
zwei RCP Szenarien, zwei Betrachtungszeiträume, drei veränderbare Parameter an der Gebäudestruktur)
konnten allgemeine Aussagen über das Potential von Gebäudetypen (vordefinierte Gebäudetypen)
hinsichtlich der veränderbaren Parameter getroffen werden. Im Kapitel 4 wurde ein Potentialkatalog mit den
entsprechenden Daten aus den Ergebnissen erstellt.
Low-tech buildings are characterized by their simple, but very durable and resource-saving principle. At the
same time, the use of technology in low-tech buildings is reduced to a minimum.
In addition to the principles, low-tech buildings are also characterized by a very low overall energy
consumption.
From the previous preliminary work in the master's program (specialization module 1 and specialization
module 2), knowledge from the topic of standardization of occupancy with a focus on international buildings
in warm climate regions and the analysis of heat flows in individual components could be taken and
incorporated as input into this master's thesis. With the knowledge gained from the two preliminary works,
the effectiveness of the principles in warm climate regions worldwide will be determined and investigated as
a final step. Four locations in different climatic regions are predefined for this purpose. In order to include the
topic "future", the principles are analyzed not only with the current climate, but also with the climate
scenarios (RCP scenarios) in the future.
The climate was analyzed in four main characteristics. The outdoor temperature, humidity, global radiation
and cloud cover. The humidity and global radiation remain similar to the current climate even with the
climate projections (RCP 4.5 and 8.5 scenarios). Outdoor temperatures will change more steeply or more
sharply depending on location. Especially in warm climate regions, climate change will be defined in a
particularly pronounced way. The cloudiness will change like the outside temperature depending on the
location.
The aim of this master thesis is to define and extend the basics for buildings in warm climate regions by
means of a catalog for simple building types (Simple House, Apartment and Office).
With the results from the numerous building simulations (four climate locations, three building types, two
RCP scenarios, two observation periods, three changeable parameters on the building structure) it is difficult
to make general statements about the potential of building types regarding the changeable parameters. In
chapter 4, a potential catalog was created with the corresponding data from the results.
Obwohl viel über Nachhaltigkeit gesprochen wird, zeigen wissenschaftsbasierte Fakten, dass die Welt nicht
auf Kurs ist, um die globalen Nachhaltigkeitsziele bis 2030 zu erreichen. In der Schweiz dominieren die
Übernutzung der ökologischen Ressourcen sowie die sozialen Chancenungleichheiten. Der Staat, die
Zivilgesellschaft und die Unternehmen sind aufgefordert, ihren Beitrag für ein sicheres und gerechtes Leben
innerhalb der Donut-Ökonomie zu leisten. Im Rahmen dieser Masterarbeit ist herauszufinden, welche
Anreize produzierende KMU+ in der nachhaltigen Unternehmensführung unterstützen, um langfristig
gewinnbringend ökologische und soziale Massnahmen zu implementieren. Das Ergebnis ist ein vierstufiger
Lösungsansatz für KMU+. Die aktuelle Lage erfordert ein verantwortungsvolles, schnelles und
wirkungsvolles Handeln von allen Akteuren.
Although there is much talk about sustainability, science-based facts show that the world is not on track to
achieve the global sustainability goals by 2030. In Switzerland, overexploitation of ecological resources and
social inequalities of opportunity dominate. The state, civil society and companies are called upon to make
their contribution to a safe and just life within the donut economy. This Master's thesis aims to find out which
incentives support producing SME+ in sustainable business management in order to profitably implement
ecological and social measures in the long term. The result is a four-step solution approach for SME+. The
current situation requires responsible, fast and effective actions from all actors.
In der Strömungsmechanik gibt viele Problemstellungen, bei denen verschiedene Fluide
vorkommen. Bei Mehrphasenströmungen weist das Fluid mehrere Phasen auf oder es kommt
zu einem Phasenwechsel. Bei Multikomponentenströmungen setzt sich das Fluid aus
verschiedenen Fluiden zusammen, die unterschiedliche Stoffeigenschaften haben, wobei die
einzelnen Fluide zusätzlich noch mehrere Phasen aufweisen können. In dieser Arbeit wird ein
multikomponenten Modell erarbeitet, welches die Modellierung nicht mischbarer Strömungen
ermöglicht, wie sie zum Beispiel in Spray Anwendungen zu finden sind. Das Modell basiert auf
der Lattice Boltzmann Methode (LBM), welche ihren Ursprung in der molekular Kinetik hat und
1940 erstmals von Stanislaw Ulam und John von Neumann publiziert wurde. Im Gegensatz zu
herkömmlichen Computational Fluid Dynamics (CFD), welche die makroskopischen
Bilanzgleichungen direkt lösen, behilft sich die LBM an der Boltzmann Gleichung. Die Lösung
kann verwendet werden um die makroskopischen Feldgrössen wie Geschwindigkeit, Dichte
und Druck zu berechnen. Die LBM hat in den letzten zwei Jahrzehnten massiv an Popularität
gewonnen und ist immer noch ein sehr aktives Forschungsgebiet. Verschiedene Multiphasenund
Multikomponentenmodelle existieren heute und kämpfen um die Vorherrschaft.
Das in dieser Arbeit entwickelte Modell basiert auf einem bereits bekannten
Multikomponentenmodell von Rothmann-Keller (RK), welches 1988 erstmals publiziert wurde.
Das RK Modell wurde im Laufe der Jahre weiterentwickelt und hat entscheidende Vorteile:
zum Beispiel ein scharfes Interface zwischen den Komponenten und die Kontrolle der
Oberflächenspannung mittels einem Parameter. Es existieren zudem verschiedene Ansätze
für Simulationen mit variablen Dichten. Da Allgemein bekannt ist, dass LB Simulationen
instabil sind, wenn die Strömung turbulent wird, gibt es verschiedene Möglichkeiten die
Simulation zu stabilisieren. Da eine Erhöhung der Auflösung des Domains oft aufgrund der
limitierten Rechenkapazität nicht in Frage kommt, behilft man sich mit sogenannten Multi-
Relaxation-Time (MRT) Modellen. Diese erlauben es die verschiedenen Moments unabhängig
voneinander zu entspannen. Somit ist es möglich die LB Simulation zu stabilisieren, ohne die
Auflösung zu erhöhen. Die Schwierigkeit besteht oft darin, die richtigen Parameter zu
ermitteln. Das MRT von Karlin, Bösch und Chikatamarla (KBC) ermittelt diese Parameter
selbst.
Der Hauptteil dieser Arbeit ist die Kombination eines aktuellen RK mit dem KBC Modell, da
diese bis dato noch nicht erarbeitet wurde. Das Ziel ist ein Multikomponenten Modell zu
entwickeln, das kein Vorwissen bezüglich MRT Einstellparameter erfordert und somit einfach
in der Anwendung ist. Das Modell wurde mit verschiedenen Test Simulationen, wie das
Simulieren eines statischen Tropfens oder der Rayleigh-Taylor Instabilität Simulation getestet.
Desweiteren wurden erste Spray-Simulationen durchgeführt und die entwicklung des
Interfaces wurde mit Daten aus der Literatur verglichen. Es stellte sich heraus, dass das
Modell bei sehr geringen Viskositäten stabil ist und sehr kleine Tropfen, deren Durchmesser
nur wenige Zellen breit sind, simulieren kann. Jedoch, wird das Modell instabil, wenn das
Dichteverhältnis grösser als 10 ist. Darum ist eine Weiterentwicklung des Modells notwendig.
Many industrial fluid problems involve more than one fluid and are called multiphase problems,
when the fluid consists of more than one phase or a change phase occurs. Multicomponent
flow problems occur, if the fluid is a mixture of multiple fluids with individual properties. Of
course, a combination of both cases is also possible. In this work, a multicomponent model is
developed to simulate immiscible flow problems as they are found for example in spray
applications. The model is based on the Lattice Boltzmann Method (LBM) which has its root in
the molecular kinetic and was first published in 1940 by Stanislaw Ulam and John von
Neumann. Compared to conventional computational fluid dynamics (CFD), which solve the
macroscopic governing equations directly. The LBM uses the Boltzmann equation and the
solution can be used to find the macroscopic field variables such as velocity, density and
pressure. The LBM has gained a lot of popularity in the last two decades and is still a very
active research field. As a result, many multiphase and or multicomponent models exist and
fight for supremacy.
The present work is based on the model first published by Rothmann-Keller (RK) in 1988. The
RK model, also called the Color-Gradient (CG), was improved over the last few years and has
crucial advantages, like a sharp interface between the components, the control of surface
tension by single parameter and multiple approaches to handle simulations with variable
density ratios. It is well known in the LB community that simulations tend to become unstable
as soon as the flow is turbulent. The simplest approach is to refine the grid resolution, however
in most cases this is not feasible due to the limitation of computational resources. Thus socalled
Multi-Time-Relaxation (MRT) schemes are developed to allow the relaxation of each
individual moment at its appropriate rate. These countermeasures make the LB simulation
stable without refining the grid resolution. Unfortunately, the problem is often to find suitable
relaxation rates, since they depend on the problem at hand. The model developed by Karlin,
Bösch and Chikatamarla (KBC) circumvents this issue, and is able to find suitable parameters
during the simulation and adjust them if needed.
The core of this work is to combine RK and KBC model, as this has not been investigated
previously. The target is to achieve a model which does not depend on prior knowledge and is
easy to use for different cases. The model was tested by multiple simulations like the static
droplet test or the Rayleigh-Taylor instability test. Further, first jet break-up simulations were
carried out and the evolution of the interface was compared against experimental data
available in the literature. It turned out, that this model is stable for very low viscosity and can
capture tiny droplets, with a diameter of a few nodes. Unfortunately, the model is unstable for
density ratios greater than 10 and when the velocity grows. Further, research is needed to
enhance the stability for LB simulations at high density ratios.
Mit d e m z u n e h m e n d e n Ei ns at z v o n T e c h n ol o gi e n z ur N ut z u n g er n e u er b ar er E n er gi e n i n W o h n g e b ä u d e n
st ei g e n di e N a c hfr a g e u n d di e Attr a kti vit ät v o n E n er gi e s p ei c h erl ö s u n g e n. All er di n g s w er d e n di e t e c h nis c h e n
u n d wirts c h aftli c h e n P ar a m et er f ür s ol c h e S p ei c h er- u n d Er z e u g u n g s s y st e m e h ä ufi g i m R a h m e n d es
A u st a u s c h s ält er er T e c h ni k b ei R e n o vi er u n g e n u n d ni c ht a uf d er Gr u n dl a g e v o n N e u b a ut e n b er e c h n et. Zi el
di e s e s Pr oj e kt e s ist e s d a h er, a n h a n d ei n e s r e al e n F all e s i n d er Z e ntr als c h w ei z z u u nt er s u c h e n, w el c h e
A u s wir k u n g e n v er s c hi e d e n e S p ei c h er- u n d Er z e u g u n g st e c h n ol o gi e n a uf d e n N e u b a u v o n G e b ä u d e n u n d di e
e nts pr e c h e n d e n t e c h nis c h e n u n d wirts c h aftli c h e n P ar a m et er h a b e n k ö n n e n. B a si er e n d a uf d e n v erf ü g b ar e n
D at e n d e s F all b eis pi els w ur d e ei n Si m ul ati o n s m o d ell mit d er Si m ul ati o n s s oft w ar e P ol y s u n e nt wi c k elt. Di e s es
Si m ul ati o n s m o d ell w ur d e wi e d er u m v er w e n d et, u m S p ei c h er- u n d Er z e u g u n g st e c h n ol o gi e n i n d a s S y st e m z u
i nt e gri er e n. E s w ur d e n t e c h nis c h e u n d wirts c h aftli c h e P ar a m et er wi e d er A ut ar ki e gr a d o d er di e
G e s a mt b etri e b s k o st e n b er e c h n et. Di e Er g e b nis s e z ei g e n, d a s s gr o ß e P h ot o v olt ai k a nl a g e n mit B att eri e s p ei c h er
o d er ei n e m L at e nts p ei c h er f ür W ar m w a s s er ni c ht n ur d e n A ut ar ki e gr a d d e utli c h er h ö h e n, s o n d er n a u c h di e
G e s a mt b etri e b s k o st e n i m V er gl ei c h z u kl ei n e n P h ot o v olt ai k a nl a g e n o h n e z u s ät zli c h e n S p ei c h er s e n k e n.
D ar ü b er hi n a u s st ei g e n b ei s ol art h er mis c h e n A nl a g e n i n V er bi n d u n g mit W är m e p u m p e n mit o d er o h n e
z u s ät zli c h e n S p ei c h er di e G e s a mt b etri e b s k o st e n mit z u n e h m e n d er A nl a g e n gr ö ß e, er h ö h e n a b er i m V er gl ei c h
z u P h ot o v olt ai k a nl a g e n di e L ei st u n g s z a hl u n d di e J a hr e s ar b eits z a hl d er W är m e p u m p e n er h e bli c h. E s b e st e ht
j e d o c h n o c h w eit er er F or s c h u n g s b e d arf, i n s b e s o n d er e i m Hi n bli c k a uf di e V er ei nf a c h u n g e n, di e f ür d as
Si m ul ati o n s m o d ell v or g e n o m m e n w er d e n m u s st e n, s o wi e a uf d e n V er gl ei c h mit g e m e s s e n e n W ert e n.
Wit h t h e e v er-i n cr e a si n g a d o pti o n of r e n e w a bl e e n er g y t e c h n ol o gi e s i n r e si d e nti al b uil di n g s, t h e d e m a n d a n d
t h e attr a cti v e n e s s f or e n er g y st or a g e s ol uti o n s is i n cr e a si n g. H o w e v er, oft e n, t e c h ni c al a n d e c o n o mi c
p ar a m et er s f or s u c h st or a g e a n d g e n er ati o n s y st e ms ar e c al c ul at e d a s p art of r e pl a ci n g ol d er t e c h n ol o g y i n
r e n o v ati o n s a n d n ot b a s e d o n n e w c o n str u cti o n. T hi s h a s l e d t o t h e ai m of t his pr oj e ct, w hi c h is t o — wit h t h e
u s e of a r e al c a s e i n c e ntr al S wit z erl a n d — e x pl or e w h at eff e cts v ari o u s st or a g e a n d g e n er ati o n t e c h n ol o gi e s c a n
h a v e o n n e w b uil di n g c o n str u cti o n a n d r e s p e cti v e t e c h ni c al a n d e c o n o mi c p ar a m et er s. A si m ul ati o n m o d el h a s
b e e n d e v el o p e d, u si n g t h e si m ul ati o n s oft w ar e P ol y s u n, b a s e d o n t h e a v ail a bl e d at a of t h e c a s e. I n t ur n, t his
si m ul ati o n m o d el h a s b e e n u s e d t o i nt e gr at e st or a g e a n d g e n er ati o n t e c h n ol o gi e s i nt o t h e s y st e m. T e c h ni c al
e n d e c o n o mi c p ar a m et er s s u c h a s t h e a ut ar k y l e v el or t h e t ot al c o sts of o w n er s hi p h a v e b e e n c al c ul at e d. R e s ults
s h o w t h at g e n er all y, l ar g e p h ot o v olt ai c s y st e ms wit h b att er y st or a g e or a l at e nt st or a g e f or d o m e sti c h ot w at er
n ot o nl y si g nifi c a ntl y i n cr e as e t h e a ut ar k y l e v el, b ut als o r e d u c e t ot al c o sts of o w n er s hi p c o m p ar e d t o s m all
p h ot o v olt ai c arr a y s wit h o ut a d diti o n al st or a g e. F urt h er m or e, f or s ol ar-t h er m al s y st e m s o n c o nj u n cti o n wit h
h e at p u m p s wit h or wit h o ut a d diti o n al st or a g e, t ot al c o st s of o w n er s hi p i n cr e a s e wit h i n cr e a si n g s y st e m si z e,
h o w e v er, i n c o m p aris o n t o p h ot o v olt ai c s y st e ms t h e y gr e atl y i n cr e a s e t h e c o effi ci e nt of p erf or m a n c e a n d t h e
a n n u al p erf or m a n c e f a ct or of t h e h e at p u m p s. H o w e v er, m or e r e s e ar c h is n e e d e d, e s p e ci all y c o n si d eri n g
si m plifi c ati o n s t h at h a d t o b e m a d e f or t h e si m ul ati o n m o d el, a s w ell a s c o m p aris o n s t o m e a s ur e d v al u e s.
Entwicklung von Guidelines für den Einsatz von modularen Unterwerken in der Schweiz – am Beispiel des Bahnstrom-, des Übertragungs- und eines Verteilnetzes
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Titel
Entwicklung von Guidelines für den Einsatz von modularen Unterwerken in der Schweiz – am Beispiel des Bahnstrom-, des Übertragungs- und eines Verteilnetzes
Die Stromversorgung ist eine kritische Infrastruktur und die Unterwerke sind ein wichtiger
Teil davon. Sie sind die Schnittstelle zwischen den verschiedenen Netzebenen, an welchen die
Endabnehmer angeschlossen sind. In dieser Arbeit wird untersucht, ob und unter welchen
Bedingungen der Einsatz von modularen Anlagenteilen sinnvoll ist. Die Betrachtung erfolgt
am Beispiel des Bahnstromnetzes der SBB mit über 80 Unterwerken. Alle Zwischenresultate
werden jeweils auf Gültigkeit im Übertragungsnetz der Swissgrid und im Verteilnetz der
Axpo geprüft. Dadurch können die Resultate verallgemeinert und mögliche Unterschiede
zwischen den Netzen aufgezeigt werden.
Im ersten Teil der Arbeit wird auf die Grundlagen der Stromversorgung, den Aufbau und die
Modularisierung von Unterwerken eingegangen. Danach werden die Rahmenbedingungen
untersucht und die zu bewertenden Cases und die Kriterien definiert. Diese werden durch
Experten im Rahmen eines Analytic Hierarchy Process (AHP) gewichtet und in einer
multikriteriellen Entscheidungsanalyse (MCDA) bewertet. Basierend auf der Bewertung und
deren Sensitivitäten werden Guidelines für den Einsatz von modularen Anlagen(-teilen)
erarbeitet.
Es zeigt sich, dass sich der Einsatz als fixer Bestandteil eines Unterwerks, insbesondere
wegen Kostenreduktionen und einer Erhöhung der Versorgungssicherheit, lohnt. Möglich ist der beliebig kombinierbare Einsatz im Bahnstrom- und im Verteilnetz, aufgrund der
Spannung jedoch nicht für AIS-Anlagen im Übertragungsnetz.
Der Einsatz als Provisorium während Umbauten lohnt sich insbesondere wegen der Erhöhung
der Versorgungssicherheit. Sinnvoll ist der Einsatz nur mit MTS- oder GIS-Anlagen im
Bahnstrom- und Übertragungsnetz, nicht aber im Verteilnetz. Weiter sind die Module als
Provisorium nicht beliebig kombinierbar und es braucht eine Mindestgrösse des Portfolios für
eine akzeptable Wirtschaftlichkeit.
Es konnten die Grundlagen für einen strategischen Entscheid zur Nutzung von modularen
Unterwerken klar dargestellt werden. Es wird empfohlen, im nächsten Schritt modulare
Anlagen zu pilotieren: zuerst im Einsatz als Provisorium und danach als fixer Bestandteil
eines Unterwerks. Mit diesen Pilotprojekten können die Bewertungen validiert werden. Diese
Resultate sollten in der Folge wiederum unter den Netzbetreibern geteilt werden.
The power supply is a critical infrastructure and the substations are an important part of it.
They are the interface between the different grid levels to which the end users are connected.
This paper examines whether and under what conditions the use of modular substation
components makes sense.
The analysis is based on the SBB traction power grid with over 80 substations. The validity of
all interim results is individually verified in the transmission grid of Swissgrid and in the
distribution grid of Axpo. This enables the results to be generalised and possible differences
between the grids to be highlighted.
In the first part of the paper, the basics of power supply, the structure and modularisation of
substations are discussed. Thereafter, the framework conditions are examined and the cases to
be evaluated and criteria are defined. These are weighted by experts within the framework of
an Analytic Hierarchy Process and evaluated in a multi-criteria decision analysis (MCDA).
Based on the evaluation and its sensitivities, guidelines for the use of modular substations are
developed.
It has been shown that the use of a substation as a fixed component is worthwhile, especially
due to cost reductions and an increase in security of supply. It can be used in any combination
in the traction power and distribution grid, but not for AIS-based systems in the transmission
grid due to the voltage. The use as a temporary solution during construction work in the substation is particularly
worthwhile because of the increase in security of supply. It only makes sense to use them with
MTS or GIS systems in the traction power and transmission grid, but not in the distribution
grid. Furthermore, the modules cannot be combined at will as a temporary solution and a
minimum size of the portfolio is required for acceptable economic efficiency.
The basis for a strategic decision on the use of modular substations could be clearly presented.
In the next step it is recommended to pilot modular substations: first in use as a temporary
measure and then as a fixed component of a substation. This will allow the evaluations to be
validated, which should then again be shared among the grid operators.
Diese Master-Thesis befasst sich mit der numerischen Berechnung der mechanischen Spannungen in einem
Hochspannungsleiter. Dabei interessieren hauptsächlich die lokalen Spannungen in den Kontakten zwischen
den sich kreuzenden Drähten der beiden äussersten Lagen. Zwei Finite-Elemente Modellierungs-Ansätze
werden entwickelt und untersucht. Einerseits wird eine Balken-und-Volumen Hybridmodellierung betrachtet,
andererseits die Balken-zu-Volumen Submodell-Technik. Beginnend mit Modellen eines einlagigen Leiters
werden die Modelle schrittweise erweitert. Es zeigt sich, dass die Balken-und-Volumen Hybridmodellierung
nicht anwendbar ist, da die Rechenzeiten deutlich zu hoch sind. Mit dem entwickelten Balken-zu-Volumenzu-
Volumen Submodell-Ansatz können für ein-, zwei- und vierlagige Hochspannungsleiter die
Kontaktresultate, die mit einem entsprechenden Volumen-Finite-Elemente-Modell simuliert werden, mit
einer Abweichung von weniger als zwölf Prozent reproduziert werden.
This master's thesis deals with the numerical computation of stresses in overhead line conductors. Mainly the
local stresses in the contacts between the crossing wires of the two outermost layers are of interest. Two finite
element modeling approaches are developed and examined. On the one hand beam-and-solid hybrid
modelling is investigated, on the other hand the beam-to-solid submodelling technique is examined. Starting
with models of a single-layered conductor, the models are gradually expanded. It turns out that beam-andsolid
hybrid modelling is not applicable because the computation times are too high. With the developed
beam-to-solid-to-solid submodelling approach, contact results that are simulated with a corresponding solid
finite element model can be reproduced with a deviation of less than twelve percent for single-, two- and
four-layered overhead line conductors.