Energiesparen und Energieeffiziente Systeme sind aufgrund der Kyoto-Beschlüsse von 1997 und verschiedener EU-Programme wie z.B. der EU-Richtlinie 'Energy Using Products' (EUP) von steigender Bedeutung. Dabei sollen nicht nur die Großverbraucher und die Industrie, sondern auch die Haushalte einen entsprechenden Beitrag leisten. Einphasen-Asynchronmotoren werden aufgrund der Robustheit und des geringen Kaufpreises sehr häufig vor allem dort eingesetzt, wo ein Antrieb mit konstanter Drehzahl laufen soll. Im Haushalt sind typische Anwendungsbereiche z.B. die Pumpen und Lüfter im Heizungsbereich. Laut der 'Wilo-Herbstkampagne: Mit Hocheffizienz gegen CO2' ist eine ungeregelte Heizungspumpe mit 605kWh/Jahr nach dem Elektro-Herd mit 876kWh/Jahr der zweitgrößte Verbraucher im Haushalt. Bei ungeregelten Heizungspumpen läuft die Pumpe mit konstanter Drehzahl, die Fördermenge wird über meist elektrisch betätigte Stellventile verändert. Dies ist in höchstem Grade ineffizient. Eine Verbesserung kann erreicht werden, indem auf die Stellventile verzichtet und die Drehzahl der Pumpe entsprechend der gewünschten Fördermenge verändert wird. Im vorliegenden Forschungsgebiet werden die Konzepte Phasenanschnittsteuerung, Schwingungspaketsteuerung (als Voll- oder Halbschwingungssteuerung ausgeführt) und Erweiterte Schwingungspaketsteuerung (Halbwellensteuerung mit der Möglichkeit eine Halbschwingung umzupolen) hinsichtlich des dabei erzielbaren Wirkungsgrades untersucht.
Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.
Brückner wird anhand von den gestellten Anforderungen an die Applikationen mit den beteiligten Projektpartnern geeignete Folienrohstoffe selektieren und auf deren Verstreckbarkeit testen. Zur spezifizierten Auswahl kommen Laborextrusion und Laborreckrahmen zum Einsatz. Die gewonnen Erkenntnisse werden anschließend auf die Pilotanlage von Brückner übertragen um Rollenware für die Kondensator-Herstellung zu produzieren. Die so hergestellten Folien gehen dann an die Projektpartner Electronicon, wo die Folie metallisiert werden und anschließend in der Gesamtvorhabensbeschreibung genannten Kondensatoren verbaut werden. Diese Kondensatoren gehen dann in die Endanwendungstest zu Siemens. Diese Vorgehensweise des Projektes bildet die gesamte Herstellungskette von der Entwicklung der Nanopartikelcompounds und/oder Polymercompounds über die Folienentwicklung, des Kondensatorbaus bis hin zur Endanwendung in HGÜs ab.
Ziel des Vorhabens ist die Erforschung der Herstellungs-, Einsatz- und Verwertungsbedingungen großer Folienkondensatoren für die Gleichstrom-Übertragung, durch Einsatz neuartiger Polymerfolien als Dielektrikum, zur Erhöhung der Energiedichte und zur Senkung der Eigenerwärmung. Vom Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) werden hierfür im Labormaßstab Folienmaterialien hergestellt, charakterisiert und zu Folien weiterverarbeitet. Zur Materialherstellung werden die Ansätze alternativer Polymermischungen ('Blends') und mit anorganischen, nanoskaligen Füllstoffen versetzte Kunststoffe ('Nano-Compounds') verfolgt. Beide Routen gilt es hinsichtlich der erreichten Zieleigenschaften und Anwendungstauglichkeit zu charakterisieren, zu optimieren und Wechselwirkungen entlang der Prozesskette aufzudecken. Konkret werden zunächst verschiedene Konzepte zur Einarbeitung der Füllstoffe im Doppelschneckenextruder verfolgt. Die Materialien werden dann hinsichtlich Homogenität, Füllstoffverteilung und (di)elektrischen Zieleigenschaften charakterisiert. Zudem werden die Blends/Compounds zu Folien weiterverarbeitet. An den Folien erfolgen thermische, mechanische, rheologische und (di)elektrische Untersuchungen. Zudem werden die Morphologie und Oberflächenbeschaffenheit geprüft, um ggf. Rückschlüsse auf eine Metallisierbarkeit zu ziehen. Das Zielmaterial wird dann aus dem Labor in einen seriennahen Prozess im großtechnischen Maßstab überführt.
Bei dem Förderprojekt HoskA wird erstmals ein Hochleistungs- Umrichter mit einer extrem hohen Schalt- oder Taktfrequenz angestrebt. Diese hohe Taktfrequenz hat direkte Auswirkungen auf das Design des Zwischenkreiskondensators. Keine Erfahrung herrscht z.B. über den Einfluss des Skin-Effekts auf die Eigenerwärmung. Auch erfordert die extrem niederinduktive Anbindung zu den MOSFETS eine gänzlich neue Art der Verschaltung, als Schlagwort sei hier 'Systemintegration' genannt. In diesem Zusammenhang kann gleichzeitig auch das Entwärmungskonzept der Kondensatoren gelöst werden. Die EPCOS AG ist über die gesamte Laufzeit in das Projekt eingebunden (Arbeitspaket 1-5). Ein besonderer Schwerpunkt der Untersuchungen im vorliegenden Projekt wird die Integration des Kondensators (Arbeitspaket 4) oder von Teilen des Kondensators in das Leistungsmodul sein. Passende (z.B. keramische) Kondensatortechnologien sowie Integrationskonzepte werden erarbeitet zur Erreichung der benötigten Niederinduktivität. Hierzu werden verschiedene Parameterstudien durchlaufen um die Schwingneigung des Systems für verschiedene Einsatzbedingungen und Schaltfrequenzen zu bewerten. Im gleichen Umfeld werden Studien zur idealen Aufteilung und Partitionierung der Kondensatoren zwischen kleinen modularen Blöcken sowie größeren Einheiten erarbeitet. Voraussetzung für den Einsatz der Zwischenkreiskondensatoren in Umrichtersystemen für Hochdrehzahl-Antriebe ist deren Eignung für hohe Schaltfrequenzen und damit einem ESR-Minimum bei höheren Frequenzen (HF-Kondensatoren). Basierend auf den System- und Modulanforderungen aus AP1 werden Parameter-Einflussstudien sowie experimentelle Untersuchungen zur Optimierung des ESR-Verlaufs durchgeführt. Begleitet wird dies durch simulative Untersuchungen zur Kondensator-Dimensionierung bei höheren Schaltfrequenzen.
Für neue Konzepte in den Bereichen Elektromobilität, Energiespeicherung und -Erzeugung stellt die Leistungselektronik eine wichtige Schlüsselkomponente dar. Eine wesentliche Herausforderung bei der Entwicklung leistungselektronischer Stellglieder ist eine niederinduktive Anbindung der internen Komponenten sowie die Aufbau- und Verbindungstechnik. Für diese beiden Arbeitsgebiete sollen im Rahmen des Projektes neue Konzepte entwickelt und im Praxiseinsatz erprobt werden. Als Grundidee sollen die klassischer Weise getrennt hergestellten Teilkomponenten Zwischenkreiskondensator (DC-Link) und Halbleitermodul (Leistungshalbleiter in entsprechenden Standardgehäusen) zu einem gemeinsamen Modul mit genau definierten und optimierten Betriebseigenschaften verbunden werden. Die neuen Module sollen schneller und effizienter schalten können, und gleichzeitig weniger elektromagnetische Störungen verursachen. Sie sollen in Zukunft helfen, moderne elektrische Antriebe effizienter und kompakter gestalten zu können. Ein weiteres Projektziel besteht darin, entsprechende Technologien dauerhaft an der Hochschule Landshut zu etablieren. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der vergleichenden Untersuchung von konventionellen, siliziumbasierten Halbleiterbauelementen und neuen, gerade auf den Markt gekommenen SiC-Halbleitern. Diese ermöglichen ein sehr schnelles und energieeffizientes Schalten, verursachen aber auch deutliche Probleme im Bereich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Aufbau und Test der geplanten Module, die Beantwortung der projektinternen Fragestellungen sowie die Etablierung des entsprechenden Knowhows sollen im Rahmen von insgesamt 7 Arbeitspaketen erfolgen: 1. Spezifikation integriertes Modul - 2. Konstruktion integriertes Modul - 3. Aufbau erster Modulprototypen / Aufbau Infrastruktur und Testumgebung - 4. Inbetriebnahme, Messung und Analyse - 5. Redesign und Weiterentwicklung - 6. Praxiseinsatz - 7. Dokumentation.
Die Weisensee Warmpressteile GmbH ist ein mittelständisches Unternehmen mit derzeit 95 Mitarbeitern. Sie fertigt Produkte aus Magnesium-, Aluminium- und Kupferlegierungen sowie anderen Werkstoffen für die unterschiedlichsten Industriebereiche, wie Automobilindustrie, Elektroindustrie, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrt. Derzeit existiert kein Ressourcen schonendes Produktionsverfahren, das die Serienproduktion von Bauteilen aus Magnesiumlegierungen mit der erforderlichen hohen Festigkeit zulässt. Daher plant das Unternehmen die Errichtung einer energetisch hocheffizienten Schmiedelinie. Dies umfasst die Umsetzung eines neuen Ofenkonzepts im Temperaturbereich bis 500 C. Anstelle des bisher eingesetzten Umluftofens werden künftig Porenbrenner in einem kontinuierlich arbeitenden Durchstoßofen für das schnelle und punktgenaue Erwärmen der Magnesiumrohlinge sorgen. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Erdgas um ca. 30 Prozent pro Jahr. Die Magnesiumrohlinge werden in einer hochmodernen direkt angetriebenen Spindelpresse weiterverarbeitet. Ein Teil der dabei benötigten Umformungsenergie kann zurück gewonnen und in Kondensatoren gespeist werden, so dass der Einsatz von elektrischer Energie um ca. 60 Prozent reduziert werden kann. Durch das Vorhaben werden die CO2-Emissionen insgesamt um ca. 111 Tonnen pro Jahr verringert. Die mit diesem innovativen Verfahren produzierten leichten Magnesiumbauteile sind hervorragend für den Einsatz im Automobil- und Flugzeugbau geeignet und können Potenziale zur Treibstoffeinsparung heben.
Für die Speicherung elektrischer Energie werden in Zukunft neuartige Hybridtechnologien benötigt, um die komplexen Herausforderungen dezentraler Energieversorgung zu meistern. Eine wichtige Rolle kommt dabei elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren zu, die aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsdichte bei schnellen Lade- und Entladezyklen eine Brückenfunktion einnehmen. Ziel des Projektes ist es, basierend auf einem grundlegenden Verständnis der Mechanismen der Energiespeicherung, neue Elektrodenmaterialien zu entwickeln und diese Technologie bis hin zur Fertigung von Modulen für stationäre Energiespeicher zu etablieren. Für die Scienomics GmbH besteht das Ziel des Vorhabens dabei vor allem in der Entwicklung effizienter Simulationssoftware für die molekulare Modellierung poröser Kohlenstoffe und deren Wechselwirkung mit Elektrolyten. Dazu wird ein neues Modul für Scienomics Softwareumgebung (MAPS) entwickelt, mit dem Monte Carlo Simulationen mit benutzerdefinierten Moves durchgeführt werden können. Dieses Modul wird verwendet, um unter Verwendung speziell für poröse Kohlenstoffmaterialien angepasster Moves und ausgehend von den im Vorhaben geplanten experimentellen Untersuchungen, molekulare Modelle zu konstruieren und zu bewerten, mit denen Simulationsrechnungen zum grundlegenden Verständnis der molekularen Grundlagen der Energiespeicherung in Doppelschichtkondensatoren beitragen können.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Kommune | 1 |
| Weitere | 22 |
| Wirtschaft | 5 |
| Wissenschaft | 21 |
| Zivilgesellschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 46 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 46 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 43 |
| Englisch | 5 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 16 |
| Webseite | 30 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 19 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 24 |
| Mensch und Umwelt | 46 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 46 |