Turbomachinery · Condition Monitoring · AI/ML

I design turbo compressors – and work on making sense of their data.

I am Timo Britz, a mechanical engineer at Atlas Copco in Cologne. After three years in design I now work there in a team on condition monitoring and machine learning. What you see here are my own side projects – to try out in the browser.

Precision mechanic → Mechanical engineer → AI/ML Atlas Copco · Cologne Interactive simulations · Android apps
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Interactive · Geared turbo compressor

Turn the machine.

A geared turbo compressor as a schematic: the motor drives the bull gear, the pinion shafts spin up through the gear ratio, and the impellers sit at their ends. Adjust the motor speed and the number of stages – speeds, tip speed, pressure ratio and power are computed live.

Schematic · Integrally Geared Compressor in Betrieb
Tip: click an impeller, the bull gear, the motor, a cooler or the inlet guide vane – then there are numbers to marvel at.
Ritzel max.
min⁻¹
Umfangsgeschw.
m/s
Massenstrom
kg/s
Ansaugvolumen
m³/min
Druckverhältnis
Enddruck
bar
Austrittstemp.
°C
Kupplungsleistung
kW
Mach-Zahl u₂/a
Kühlerleistung
kW
Vereinfachtes Modell (Euler-Turbinengleichung, polytrope Verdichtung, Luft) – gedacht zum Anfassen, nicht zum Auslegen.
Interactive · Compressor map

The window the machine is allowed to live in.

A compressor cannot run at just any point. It lives in a narrow window: the surge line on the left, the choke line on the right. Drag the operating point to the left and watch the margin to the surge line shrink – or let the machine run the start-up itself. What the terms mean is explained below the chart.

Compressor map · Pressure ratio over volume flow Betriebspunkt stabil
Druckverhältnis π 
Wirkungsgrad ηpol 
Abstand zur Pumpgrenze 
Leistungsaufnahme 
Leitstand · Stillstand
Drehzahl0 %
Volumenstrom0 %
Druckverh. π1,00
Wirkungsgrad
Pumpgrenzabst.
Leistung0 kW
Abblaseventiloffen
Drallregler0 %
Bereit. „Anfahrt starten“ fährt die Maschine vom Stillstand bis zum Betriebspunkt.
Ziehen im Diagramm verschiebt den Punkt entlang der aktiven Drehzahllinie.
Was die Begriffe bedeuten
Druckverhältnis π
Wie viel mal höher der Druck hinten ist als vorne. π = 3 heißt: dreifacher Druck. Mehr als etwa 3 schafft eine einzelne Stufe nicht – deshalb hintereinander mehrere.
Volumenstrom
Wie viel Gas pro Sekunde durchgeht, gemessen als Rauminhalt. Beim Verdichten wird das Gas dichter, das gleiche Kilogramm braucht hinten also weniger Platz als vorne.
Pumpgrenze
Die linke Wand des Fensters. Zu wenig Durchsatz – die Strömung reißt an den Schaufeln ab. Was dann passiert, steht rechts.
Schluckgrenze
Die rechte Wand. Das Gas erreicht im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit, mehr passt physikalisch nicht hindurch. Die Kennlinie fällt dort senkrecht ab.
Wirkungsgrad ηpol
Wie viel der eingesetzten Leistung wirklich als Druck ankommt. Der Rest wird Wärme. Der beste Punkt liegt in der Mitte des Fensters – nicht am Rand.
Drehzahllinie
Für jede Drehzahl gibt es eine eigene Kurve. Langsamer drehen heißt: weniger Druck, aber auch ein anderes, kleineres Fenster.
Was passiert, wenn die Maschine pumpt?

Links der Pumpgrenze reicht der Schwung des Gases nicht mehr aus, um gegen den Druck dahinter anzukommen. Dann kippt die Strömung – und zwar in Bruchteilen einer Sekunde:

  1. Abriss. Die Strömung löst sich von den Schaufeln, die Stufe baut schlagartig keinen Druck mehr auf.
  2. Rückströmung. Das verdichtete Gas aus der Druckleitung schießt rückwärts durch die Maschine. Hörbar als lauter Schlag.
  3. Wiederaufbau. Der Druck hinten ist weg, die Stufe fängt wieder an zu fördern.
  4. Und von vorne. Das Ganze wiederholt sich mehrmals pro Sekunde.

Für die Maschine ist das brutal: wechselnde Axialschübe auf die Lager, Biegewechsel an den Schaufeln, Temperatursprünge. Wenige Sekunden Pumpen können ein Laufrad kosten. Deshalb hält die Regelung immer Abstand zur Pumpgrenze und reißt notfalls das Abblaseventil auf – lieber Gas in die Umgebung als eine zerstörte Maschine.

Die Phasen beim Anfahren

Warum man nicht einfach einschaltet – die Reihenfolge ist zwingend:

  1. Ölsystem. Erst Lagerdruck, dann drehen. Trockenlauf frisst die Gleitlager in Sekunden.
  2. Sperrgas. Die Wellendichtungen bekommen Druck, bevor Prozessgas anliegt – sonst tritt es an der Welle aus.
  3. Hochlauf gegen offenes Abblaseventil. Die Maschine bläst zunächst ins Freie. So bleibt der Gegendruck niedrig und sie läuft rechts an der Pumpgrenze vorbei statt hindurch.
  4. Lastaufnahme. Erst bei Drehzahl schließt das Abblaseventil, der Drallregler öffnet, der Betriebspunkt wandert nach rechts oben.
  5. Betrieb. Die Regelung hält den Abstand zur Pumpgrenze und fährt den Bestpunkt an.

Der Knopf „Anfahrt starten" spielt genau das durch – der Punkt im Diagramm läuft den Weg selbst ab.

Design tools

One tool chain, one file.

Configurator, process view and sizing are three tools – but one workflow. They pass the same configuration file along and complete it step by step, until the sizing documents are ready at the end.

01 · Aufbau

Konfigurator

JavaScript · SVG

Ein Getriebeturboverdichter wird per Drag & Drop in einem großen Maschinenbild zusammengestellt: mehrere Stufen auf mehreren Ritzelwellen, Drallregler, Nachleitgitter, Wellendichtungen, Lagerung, Drehzahlen und Antriebsmotor. Zahlreiche Konsistenzregeln prüfen live jede Änderung.

Drag & DropRegelprüfungJSON-Export
Interaktive Nachbildung mit erfundenen Beispieldaten
02 · Live

Prozessbild

JavaScript · SVG

Teil 2 der Suite: lädt die Konfigurationsdatei und erweckt sie zum Leben – Strömung als wandernde Moleküle (Tempo folgt dem Druck, heißes Gas färbt sich), das komplette Sperrgas-System mit sichtbarer Strömungsrichtung, drehende Zahnräder samt Lagerung und Drehrichtung. Fehlende Angaben werden markiert und lassen sich direkt im Bild ergänzen.

AnimationSperrgasLive-Eingabe
Interaktive Nachbildung mit erfundenen Beispieldaten
03 · Rechnen

Auslegung

JavaScript · SVG

Die Auslegungsseite der Suite: die vervollständigte Konfigurationsdatei wird geladen, auf Vollständigkeit geprüft, und auf einem Dashboard warten die Auslegungsdokumente – von Leistung & Momente mit druckfertigem Dokumentblatt bis zum Prozessdatenblatt. Eine Datenbank sammelt die Ergebnisse und schreibt sie zurück in die Konfigurationsdatei.

DokumenteDatenbankDruckansicht
Interaktive Nachbildung mit erfundenen Beispieldaten
04 · Simulation

Verdichter-Simulator

Python · Flask · eigenes Aerodynamik-Modell

Ein kompletter Getriebeturboverdichter als Simulation auf dem Laptop: Verdichterkennfelder je Sektion, Schwingungsspektrum, Campbell-Diagramm, Störfälle und Schutzkette (PSV/TRIP) – inklusive Anlagenfahren über ein eigenes Steuerpult und maschinellem Lernen (ML-Modul) zur Anomalie-Erkennung.

KennfelderRotordynamikSchutzkette
05 · Messkette

Condition-Monitoring

ESP32 · Raspberry Pi · MQTT · InfluxDB · LSTM

Eine echte Messkette von Grund auf: Sensorik am ESP32, Datenfunk per MQTT zum Raspberry Pi, Zeitreihen-Datenbank, Live-Dashboard mit dynamischem Maschinenbild – und ein LSTM-Netz, das den Maschinenzustand lernt und Abweichungen meldet.

SensorikZeitreihenPyTorch
Electronics, Robotics & Software

Built, flashed, made to run.

Projects that end in something you can actually use: three Android apps – a jumping game, an idle tycoon and a habit tracker –, a complete sensor-data pipeline from the ESP32 to a machine-learning dashboard, a robot arm that moves to millimetre coordinates, and a pub game on an Arduino with a 16×2 display. You can try all of it in the browser, without owning the hardware. Two more builds resist that treatment, because they glow and they fog: those are further down on video.

Edge → Cloud

Sensordaten-Pipeline & Auswertung

ESP32 · Python · MQTT · InfluxDB · Modbus · Flask

Ein komplettes Lehrprojekt am Beispiel eines fiktiven Trinkwasser-Pumpwerks: Der ESP32 rechnet die Anlagenphysik, die Daten laufen per MQTT in eine Zeitreihen-Datenbank, ein Anomalie-Detektor wacht darüber – samt Modbus-Lehrteil mit Register-Explorer und einem Dashboard mit Steuerpult und Störfällen. Läuft dank eingebautem Simulator auch ganz ohne Hardware.

Anomalie-ErkennungModbusOhne Hardware testbar
Zur Projektseite
Quellcode auf Anfrage
Live-Demo

ArmControl · Roboterarm

Arduino · Python · eigene Firmware · G-Code

Aus einem Bausatz-Roboterarm eine richtige Steuerung gemacht: Ich gebe kartesische X/Y/Z-Koordinaten in Millimetern ein, die inverse Kinematik rechnet daraus die Gelenkwinkel. Dazu eine mitlaufende 3D-Ansicht, speicherbare Punkte und Bahnen, Endschalter-Überwachung und eine optische Lichtschranke für die Drehachse. Das Protokoll der Original-Firmware habe ich per Disassembly rückentwickelt.

Inverse Kinematik3D-AnsichtReverse Engineering
Live-Demo

Busfahren · Kneipenspiel

Arduino Uno/Nano · 16×2-LCD · C++ · optional OLED

Das Kartenspiel „Busfahren" als eigenständiges Handheld: Arduino mit 16×2-Display, Poti zur Auswahl, ein Taster für Bestätigen und Langdruck, Piezo-Buzzer für die Töne. Version 2 hat die Rekursion aus dem Busfahren-Teil entfernt (kein Stack-Überlauf mehr), das Tasterhandling entprellt und die Kartenfolge über einen offenen Analogpin echt zufällig gemacht.

SchaltplanHandbuchQuellcode
Live-Demo

Aperol-Maschine

Arduino Nano · 16×2-LCD · 3 Pumpen über MOSFETs

Eine kleine Zapfanlage für Aperol Spritz: Poti drehen für die Stärke, Glasgröße wählen, Start drücken – dann pumpt sie Sekt, Aperol und Wasser nacheinander im richtigen Verhältnis. Mit Kalibrierung pro Pumpe im EEPROM, Spülprogramm, Party-Runde für mehrere Gläser und einem Glücksrad für Unentschlossene.

5 StärkestufenKalibrierungEEPROM
Läuft im Browser

Haushaltsbuch & Investitions-Rechner

Excel-Vorlage · JavaScript/SVG · rein im Browser

Meine Excel-Vorlage für die Finanzplanung, jetzt auch als Webfassung: Einnahmen und Ausgaben mit Rhythmus-Umrechnung, Auswertung je Kategorie, Jahresverlauf, ein Rechner für Immobilien-Investitionen und ein Tilgungsplan, der Sondertilgung gegen Grundrate stellt. Die Zahlen bleiben dabei im Browser. Es wird nichts übertragen und nichts gespeichert, solange man es nicht selbst einschaltet.

DatenschutzTilgungsplanExcel-Download
Im Browser rechnen
Excel-Vorlage auf Anfrage
Cocktail machine project

When it's not about compressors for once.

Two stepper-motor axes move the glass under six drink slots. An ESP32 programmed in Rust clocks the motors and serves the user interface itself. Tap a drink on your phone, done; with a teach-in mode, emergency stop, guest view and recipes as „slot × portions".

Kinematik · DraufsichtX/Y-Portal
S1S2S3 S4S5S6 ESP32 · RUST · WLAN-AP BEREIT
Screenshot der Getränke-Ansicht der Cocktailmaschine
01 · Getränke-Ansicht
Screenshot der mobilen Bedienoberfläche
02 · Am Handy
Screenshot der Einrichtung mit Einlern-Modus
03 · Einrichtung & Einlern-Modus
On video

Some things you have to see running.

Fog, light and movement are hard to rebuild in a browser and even harder to describe. Four short clips from the workshop, none longer than a minute and a half – two of them for projects that appear nowhere else on this site.

The Reissdorf figure, in light

EL wire · Arduino Nano · 3D printing

A wall sign rebuilt after the figure of Cologne’s Reissdorf brewery: the outline drawn in electroluminescent wire in several colours, housing and mounts from the 3D printer, plus a light strip in the base. An Arduino Nano drives it.

Jetpack with fog and light

ESP32 · 3D printing · fog module

A wearable jetpack, built as a carnival costume: a fog module for the exhaust plume, lit housing, lit tanks – all controlled from a browser over the local network. A prototype runs; the documentation is still being written.

Jetpack: the bench first

Fog module · microcontroller · wiring

Fifteen seconds of before: fog module, boards and wiring under test, long before anything goes into a housing. This is the part finished photos never show.

Cocktail machine at work

ESP32 · web interface · pumps

The machine as it actually runs: a frame of aluminium profiles, bottle holders with pumps, operated through a web interface over the local network. Build, control and recipe handling are on the project page.

The still images are served from this site, so nothing is requested from YouTube until you press a play button. After that, Google’s terms apply; details are in the privacy notice (German). The Reissdorf sign is a private replica for my own wall – it is not affiliated with the brewery, and the brand belongs to them.

Questions about the projects?

The tools shown here are interactive reconstructions with made-up example data. If you are interested in the projects or a technical exchange, the best way to reach me is via LinkedIn.

Timo Britz on LinkedIn See an open project
Arithmetic check Arithmetic task, shown as an image

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