Nachhaltige Mobilitäts- und Energiekonzepte

Öffentlich geförderte Projekte

Thematik

Die Reduktion des Primärenergieeinsatzes und der Treibhausgase sind zentrale Ziele der Energiewende. Allerdings reicht die Umstellung von fossilen auf regenerative Energieträger nicht aus, um sie zu erreichen. Eine übergreifende Betrachtung und Optimierung der unterschiedlichen Sektoren des Energiesystems – Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr – kann die Weiterentwicklung des Energiesystems in Deutschland wesentlich vorantreiben. Potenziale bestehen vor allem auf der regionalen Ebene.

Ziel des Projekts ESM-Regio ist es, ein zeitlich hochaufgelöstes Energiesystemmodell in der Größenordnung von Landkreisen zu erstellen, das die vier Sektoren Elektrizität, Gas, Wärme und Verkehr sowie die benötigten Schnittstellentechnologien berücksichtigt. Ein wesentliches Merkmal des Vorhabens besteht in einer sektorübergreifenden Modelllogik. Geeignete Simulationsverfahren ermöglichen eine ganzheitliche Analyse und Optimierung des Systembetriebs unter Betrachtung der vier maßgeblichen Sektoren des Energiesystems.

Für einen hohen Realitätsbezug wird das Modell für eine beispielhafte Region entwickelt und erprobt. Beispielregion ist die Stadt und Teile des umgebenden Landkreis Bayreuth. Für sie stehen Daten, Ausbauszenarien und realistische Fragestellungen zur Verfügung, beziehungsweise können durch die Projektpartner erarbeitet werden. Gleichzeitig besitzt diese Region eine zentrale Struktur aus Stadt und umgebendem Land, sowie nennenswerte Anteile von Gewerbe, Handel und Dienstleistung und Industrie. Des Weiteren ist die Region ohne Einflüsse wie angrenzende Großstädte. Die komponentenbasierte Modellstruktur des Projekts ermöglicht die Übertragbarkeit auf andere Regionen.

Ein zunehmender sektorenübergreifender Energieaustausch, d.h. die Nutzung elektrischer Energie für Anwendungen im Verkehrs-, Wärme- und Gassektor, ist von entscheidender Bedeutung für die Stromnetzbelastung. Das Institut für Hochspannungstechnik, Energiesystem- und Anlagendiagnose (IHEA) modelliert und simuliert unter der Leitung von Prof. Christian Weindl den Stromnetzbetrieb der Modellregion. Anhand der Simulation sollen insbesondere Netzengpässe identifiziert werden. Zudem werden Kosten betrachtet, die durch eine auslastungsbedingte Alterung von Betriebsmitteln wie Kabel entstehen können.

Thematik

Die Komplexität des Energiesystems steigt mit dem stetig zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung und dem sich ändernden Verbrauchsverhalten erheblich an. Um weiterhin einen sicheren, transparenten und wirtschaftlichen Netzbetrieb gewährleisten zu können, werden Flexibilitäten, d.h. Lasten, Einspeisungen, Prosumer, Speicher mit temporär beeinflussbarem Leistungsverhalten und vor allem deren intelligente Integration in den Netzbetrieb, immer wichtiger. Ein wesentliches Ziel des Teilprojektes ist es, die Wirkung einer netzdienlichen Steuerung von Flexibilitäten, insbesondere von Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge, anhand eines clusterorientierten, anreizbasierten Systems zu untersuchen, mit Echtzeitdaten und einem Hardware-in-the-Loop Ansatz zu demonstrieren und zu validieren.

Das Projekt DEServE besteht aus drei größeren Themenbereichen:
- Elektromobilität als Flexibilität und Steuerung der Ladeprozesse
- Netzsimulator mit einer netzdienlichen Steuerung
- Demonstrationsanlage

Das IHEA übernimmt die Untersuchungen für einen netzdienlichen Einsatz von Flexibilitäten unter der Gewährleistung eines sicheren, wirtschaftlichen und transparenten Netzbetriebs, eine zustandsraumbasierte Lastflusssimulation und die Implementierung eines clusterorientierten motivationsbasierten Energiemanagementsystems (ECS) für die typisierten Netzszenarien. Echtzeitdaten aus dem realen Stromnetz zur Steuerung einer flexiblen Last werden erfasst und verwertet. Basierend auf den Echtzeitdaten des Energiemanagementsystems (ECS) wird hierzu ein Hardware-in-the-Loop arbeitendes System zur Demonstration der Wirkung der anreizbasierten Lastbeeinflussung, sowie der Funktion der Ladesteuerung realisiert.

Thematik

Die Versicherungswirtschaft sieht sich mit einem Wandel von Mobilität konfrontiert, dessen Auswirkungen auf die Kraftfahrtversicherungen noch offen sind: Erweiterte Verkehrsdienstleistungen (Car-/Bike-/Ridesharing) und neuartige Verkehrsmittel (Pedelec, E-Roller) verändern den Markt. Zusätzlich bekommen Themen wie Klimaschutz und die Neuverteilung des öffentlichen Raumes eine größere Bedeutung. Mit der zunehmenden Multimodalität und -optionalität im Verkehrsbereich löst sich die Bindung an ein Verkehrsmittel im Privatbesitz für die eigene Fortbewegung auf. Für eine verkehrsmittelunabhängige Mobilitätsversicherung hält die Versicherungswirtschaft noch keine Lösung bereit.

Das Forschungsprojekt DiVers verfolgt vier Ziele:

1.  Ausgangspunkt ist die Analyse des Status Quo von Mobilität sowie eine Abschätzung der Entwicklung für die strategische Geschäftsfeldentwicklung von (Kfz)-Versicherungen.
2. Daraufhin werden Konstante und Veränderungen des Mobilitätsverhaltens in urbanen Verflechtungsräumen aus dem Blickwinkel der Versicherungswirtschaft erhoben und analysiert. Der Großraum Nürnberg  dient dabei als Fallregion.
3. Ziel ist die Untersuchung von Chancen und Risiken von Markt- und Verhaltensänderungen bei Multi- und Intermodalität für bestehende und künftige Dienstleistungen, wie neue Mobilitätsangebote und Mikro-Versicherungen.
4. Letztlich geht das Projekt zukünftige Geschäfts- sowie Akteurskonstellationen für neue Geschäftsmodelle an und geht den Implikationen in Form von neuartigen und innovativen Lösungen für die betriebliche Praxis der Versicherungswirtschaft nach.

Thematik

In dem Projekt werden neuartige Axialventilatoren für die Technischen Gebäudeausrüstung, beispielsweise Klimaanlagen sowie Abluft- und Abzugsanlagen, entwickelt. Dabei geht es darum, den Wirkungsgrad zu steigern, die Schallemissionen zu reduzieren und ein stabiles Kennlinienverhalten bei Teillast - also bei niedrigen Volumenströmen - zu erreichen. In allen Punkten wollen die Projektverantwortlichen deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen und sich am theoretisch Erreichbaren orientieren.

Thematik

Das Forschungsprojekt Shuttle-Modellregion Oberfranken (SMO) verfolgt das Ziel, den Betrieb von fahrerlosen Shuttles als ergänzenden und komplementären Bestandteil des ÖPNV im öffentlichen Straßenraum in den Städten Hof, Kronach und Bad Steben zu testen, die technischen Fähigkeiten der Shuttles weiterzuentwickeln und neue Marktmodelle zum kontextbezogenen Einsatz zu implementieren, sowie die Bevölkerung bei Beurteilung und Weiterentwicklung intensiv mit einzubeziehen. Neben der Etablierung des On-Demand Betriebs wird in der zweiten Projektphase an der ganzheitlichen Automatisierung gearbeitet.

Die Hochschule Coburg ist am Projekt mit den Professuren „Vernetzte Mobilität“ (Prof. Wilde), „Automobilinformatik“ (Prof. Reißing), „User Experience Design“ (Prof. Lindner), „Vehicle2X-Technologien“ (Prof. Patiño Studencki) und „Künstliche Intelligenz für autonomes Fahren“ (Prof. Arbeiter) beteiligt.

Seit 2021 wird hier der Studiengang "Autonomes Fahren" am Lucas-Cranach-Campus in Kronach angeboten. Dieser verfolgt ein praxisnahes und projektzentriertes Konzept. Alle beteiligten Professuren lehren in diesem Studiengang und binden die Studierenden intensiv in das Projekt ein.

Die an der Hochschule Coburg bearbeiteten Fragestellungen befassen sich mit dem Teleoperations Cockpit, der funktionalen Sicherheit und dem Management von Störfällen, der Entwicklung und Anwendung von Methoden der KI und 5G, dem gesellschaftlichen Dialog sowie den Auswirkungen auf Verkehr und Umwelt.

Weitere Informationen gibt es auf der Website der Shuttle-Modellregion Oberfranken.

Thematik

In Deutschland soll bis zum Jahr 2050 der Anteil der erneuerbaren Energien am elektrischen Energiemix  bis auf 80 Prozent steigen. Damit dies gelingt, muss die Leistungsfähigkeit von Photovoltaik (PV)-Anlagen noch besser sichergestellt werden.

Ziel des Projekts ist, eine neue Messtechnik für PV-Generatoren zu schaffen, um eventuelle Ausfälle von PV-Anlagen zu erkennen. Die Betreiber betroffener Anlagen können dann sofort auf die zu erwartenden Leistungseinbußen reagieren. Zudem sollen mit dieser Messtechnik die Fehler lokalisiert, die Fehlertypen identifiziert und die zu erwartenden Ertragseinbußen prognostiziert werden.

Für diesen Zweck werden die elektrischen Parameter von PV-Strings im Freifeld auf Basis eines neuen Messkonzepts mit Laborgenauigkeit vermessen. Dazu werden bereits bekannte Methoden der Photovoltaikanalyse (Infrarot-Thermografie, Strom-Spannungs-Stringmessung und digitale Datenverarbeitung mittels Selbstreferenzierung) zu einem neuen Gesamtkonzept zusammengeführt. Das Messkonzept wird auf speziell gealterten PV-Anlagen appliziert, um zukünftig die verschiedensten Degradationsszenarien besser zu erkennen. Das neue Messverfahren wird helfen, die Standardisierung von Freifeldmessungen weiterzuentwickeln.

Das Projekt unterstützt außerdem die Technologieentwicklungen der heimischen PV-Industrie. Es findet ein Wissens- und Ideentransfer durch die Zusammenarbeit von Industrie, Forschungseinrichtungen und Hochschulen statt. Das BMBF-Forschungsprojekt wird im Verbund mit der Hochschule Nordhausen, dem Fraunhofer Institut CSP und den Firmen IBC Solar, smart blue, TS Solar und Solibro umgesetzt.

Thematik

In Deutschland soll bis zum Jahr 2050 der Anteil der erneuerbaren Energien am elektrischen Energiemix  bis auf 80 Prozent steigen. Damit dies gelingt, muss die Leistungsfähigkeit von Photovoltaik (PV)-Anlagen noch besser sichergestellt werden.

Ziel des Projekts ist, eine neue Messtechnik für PV-Generatoren zu schaffen, um eventuelle Ausfälle von PV-Anlagen zu erkennen. Die Betreiber betroffener Anlagen können dann sofort auf die zu erwartenden Leistungseinbußen reagieren. Zudem sollen mit dieser Messtechnik die Fehler lokalisiert, die Fehlertypen identifiziert und die zu erwartenden Ertragseinbußen prognostiziert werden.

Für diesen Zweck werden die elektrischen Parameter von PV-Strings im Freifeld auf Basis eines neuen Messkonzepts mit Laborgenauigkeit vermessen. Dazu werden bereits bekannte Methoden der Photovoltaikanalyse (Infrarot-Thermografie, Strom-Spannungs-Stringmessung und digitale Datenverarbeitung mittels Selbstreferenzierung) zu einem neuen Gesamtkonzept zusammengeführt. Das Messkonzept wird auf speziell gealterten PV-Anlagen appliziert, um zukünftig die verschiedensten Degradationsszenarien besser zu erkennen. Das neue Messverfahren wird helfen, die Standardisierung von Freifeldmessungen weiterzuentwickeln.

Das Projekt unterstützt außerdem die Technologieentwicklungen der heimischen PV-Industrie. Es findet ein Wissens- und Ideentransfer durch die Zusammenarbeit von Industrie, Forschungseinrichtungen und Hochschulen statt. Das BMBF-Forschungsprojekt wird im Verbund mit der Hochschule Nordhausen, dem Fraunhofer Institut CSP und den Firmen IBC Solar, smart blue, TS Solar und Solibro umgesetzt.

Thematik

Kraftstoffe aus regenerativen Energiequellen können im Verkehrssektor dazu beitragen, die CO2-Emissionen zu reduzieren. Nach aktueller Einschätzung ist es sehr wahrscheinlich, dass viele unterschiedliche Regenerativkraftstoffe gleichzeitig auf den Markt kommen. Diese regenerativen Kraftstoffe mit ihren variierenden Eigenschaften stellen neue technische Herausforderungen an den Motor. Sie erfordern Anpassung der motorischen Betriebsparameter, können aber auch zu Mischbarkeitsproblemen oder Alterungseffekten im Kraftstoff selber führen. Um auf diese Effekte zu reagieren, ist es notwendig die einzelnen Kraftstoffe messtechnisch unterscheiden zu können.

Im Rahmen des Projekts „Sensorkonzept für e-Fuels“ wird ein bereits bestehendes Sensorkonzept für die Erkennung von typischen E-Fuels verbessert und weiterentwickelt. Ziel des Projektes ist es, sowohl die Güte der Kraftstofferkennung zu verbessern als auch besser zu verstehen, wie die Alterungsprozesse ablaufen.

Entwicklung einer neuen Generation elektrohydraulischer Kompaktantriebe

Titel:|Entwicklung einer neuen Generation elektrohydraulischer Kompaktantriebe mit integriertem Thermomanagementsystem und signifikant verlängerter Lastbetriebsdauer
Projektleiter:|Prof. Dr. Philipp Epple
Projektmitarbeiter:|Michael Steppert (M. Eng.)
Kompetenzfeld:|Strömungsmechanik
Projektpartner:| EH-D GmbH, Burghaslach
Projektzeitraum:| 01.08.2020 – 31.07.2021
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand – ZIM)

Thematik

Ziel des Projektes ist es, mit einem umfassenden Thermomanagementkonzept eine neue Generation elektrohydraulischer Kompaktantriebe zu entwickeln. Sie sollen einen signifikant längeren, verschleißarmen und somit wirtschaftlichen Lastbetrieb der Systeme ermöglichen. Das Hauptaugenmerk ist auf das Thermomanagement des Gesamtsystems gerichtet. Die elektrohydraulischen Kompaktantriebe werden sowohl thermodynamisch als auch strömungsmechanisch untersucht und neu konzipiert. Die Entwicklung der Pumpen- und Ventiltechnik geschieht nicht mehr konstruktiv, sondern auf der Grundlage ausführlicher thermodynamischer und strömungstechnischer Untersuchungen sowie detaillierter numerischer Berechnungen. Die neu entwickelten Konzepte sollen als Prototypen in das System integriert und unter Realbedingungen erprobt werden.

Sensorik zur Früherkennung von Ablagerungsbildungen in biodieselhaltigen Kraftstoffen

Titel:|Entwicklung einer on-bord Sensorik zur Früherkennung von Ablagerungsbildungen in biodieselhaltigen Kraftstoffen (BioFuelAblSens)
Kompetenzfeld:| Kraftstoffforschung, Sensorik
Projektleiter:| Prof. Dr. Michael Rossner
Wiss. Projektmitarbeiter: Anja Singer
Projektzeitraum:| 01.11.2016 - 31.10.2020
Mittelgeber:| Bundesministerium für Bildung und Forschung

Thematik

Durch die Einführung neuer Normen (Euro 6) sollen sich die Abgaswerte von Fahrzeugen immer weiter verbessern. Die Kraftstoffe auf dem Markt zeigen allerdings Unterschiede und Schwankungen hinsichtlich ihrer Qualität. Zusätzlich verlängern sich die Lagerzeiten der Kraftstoffe im Tank durch die Einführung von Plug-In Hybridfahrzeugen, so dass der Kraftstoff einer vermehrten Alterung unterliegt.

Moderne Fahrzeuge sollten beim Tanken den Kraftstoff analysieren, um ihr Motormanagement anpassen zu können. Ziel dieses Projektes ist es daher zum einen, einen Sensor zu entwickeln, der den Kraftstoff und seinen Alterungszustand erkennt. Zum anderen sollen Alterungsmechanismen des Kraftstoffs – insbesondere bei Biodiesel – aufgeklärt werden, um mögliche Gegenmaßnahmen zu entwickeln.

Parallele Skalierbarkeit für unterschiedliche Turbulenzmodelle

Titel:|Analyse der parallelen Skalierbarkeit für unterschiedliche Turbulenzmodelle unter Berücksichtigung der Gittergrößen mittels des CFD-Codes ANSYS CFX für den Anwendungsfall der Radialventilatoren
Projektleiter:|Prof. Dr. Philipp Epple
Projektmitarbeiter:|Manuel Fritsche (M. Eng.)
Kompetenzfeld:|Strömungsmechanik
Projektpartner:| Regionales Rechenzentrum Erlangen (RRZE) und Leibnitz Rechenzentrum Garching (LRZ)
Netzwerk:| Projekt im Kompetenznetzwerk für wissenschaftliches Höchstleistungsrechnen in Bayern (KONWIHR)
Projektzeitraum:| 01.08.2020 – 31.10.2020
Mittelgeber:| Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst

Thematik

Die numerische Strömungsmechanik (engl. Computational Fluid Dynamics, CFD) ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen ingenieurswissenschaftlichen Werkzeug in der Produktentwicklung geworden und hat sich bereits in der Entwurfsphase fest etabliert. Strömungen durch einen Ventilator sind aufgrund der dreidimensionalen, viskosen, instationären und vor allem turbulenten Strömungseigenschaften sehr anspruchsvoll und ressourcenintensiv. Die bei Radialventilatoren auftretenden Turbulenzerscheinungen werden typischerweise mit Turbulenzmodellen modelliert und mit zusätzlichen Gleichungen gelöst. Gerade instationäre und zeitliche sowie räumliche hochaufgelöste Simulationsmodelle sind trotz der Turbulenzmodellierung jedoch noch immer sehr rechenzeitintensiv. Deshalb ist ein detailliertes Verständnis für die Skalierbarkeit auf dem HPC-Cluster von hohem Interesse bzw. entscheidend.

Mechatronische Systemeinheit für intelligente Aktuatoranwendungen

Titel:|Neuartige mechatronische Systemeinheit für intelligente Aktuatoranwendungen im Bereich Automotive und Industrie
Projektleiter:|Prof. Dr. Helmut Alexander Rost
Projektzeitraum:| 01.04.2017 - 30.09.2020
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Energie und Technologie

Thematik

Im Rahmen des Projekts sollen Demonstratoren aufgebaut werden, die signifikante Verbesserungen gegenüber aktuell am Markt befindlichen elektro-mechanischen bzw. pneumatischen Aktuatorsystemen darstellen. Die innovativen Ansätze liegen einerseits in der Verwendung von ionischen Flüssigkeiten als hydraulisches Arbeitsmedium und andererseits in der Trennung von Antrieb (Powersupply) und Aktoren. Damit können auch unter extremen Temperaturen und in eingeschränkten Bauräumen hohe Stellkräfte und -geschwindigkeiten erreicht und gleichzeitig dezentrale Systeminelligenz ermöglicht werden.

Durch den Einsatz von Kunststoffen reduziert sich das Gewicht des Gesamtsystems deutlich, wodurch der CO2-Ausstoß abnimmt.

Es werden sowohl Einzelkomponenten des Aktuators entwickelt als auch das Gesamtsystem mit neuartigen Ansätzen bei der Regelungs- und Steuerungstechnik sowie der damit verbundenen Fertigungsprozesse aufgebaut.

Sensorik für Alterungszustand von Hydraulikölen während des Produktionsprozesses

Titel:|Entwicklung einer Sensorik zur Erfassung des Alterungszustandes von Hydraulikölen während des Produktionsprozesses
Kompetenzfeld:| Kraftstoffforschung, Sensorik
Projektleiter:| Prof. Dr. Markus Jakob
Projektzeitraum:| 01.07.2016 - 30.09.2020
Mittelgeber:| Bayerische Forschungsstiftung

Thematik

Für deutsche Maschinenbauunternehmen wird die Überwachung ihrer Produkte auch nach der Inbetriebnahme immer wichtiger. So können sie ihren Kunden eine hohe Verfügbarkeit garantieren. Möglich machen dies eingebaute Sensoren. Beispielsweise können in China gewonnene Daten in Deutschland analysiert werden. Das Schlagwort für diese Entwicklung heißt „Industrie 4.0“.

Im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelt das Technologietransferzentrum Automotive der Hochschule Coburg (TAC) erstmals gemeinsam mit der Industrie eine Sensorik, mit der sich der Hydraulikölzustand direkt im Anlagensystem erfassen lässt. Diese Entwicklung wird durch das Coburger Unternehmen Lasco Umformtechnik und den Spezialschmierstoffhersteller Bechem aus Hagen unterstützt. Zu Forschungszwecken stellt Lasco Umformtechnik dem TAC am Campus Friedrich Streib eine Hydraulikpresse zur Verfügung. Die Analytik und Weiterentwicklung des Hydrauliköls wird von dem Spezialschmierstoffhersteller Bechem unterstützt. In dem Projekt vereinen sich die Kompetenzen aus den Bereichen Maschinenbau, Analytik, Schmierstoffentwicklung und Sensortechnik. Ziel ist es, im Rahmen einer Doktorarbeit das kommunizierende Hydrauliköl 4.0 zu erforschen.

Untersuchung der Real Driving Emissions beim Einsatz von Biokraftstoffen

Titel:| Untersuchung der Real Driving Emissions beim Einsatz von Biokraftstoffen
Kompetenzfeld:| Biokraftstoffforschung, Abgasanalytik
Projektleiter:| Prof. Dr. Markus Jakob
Projektzeitraum:| 01.07.2016 - 31.03.2020
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Thematik

Die Abgaswerte von Autos werden bisher auf Rollenprüfständen ermittelt. Die dabei gemessenen Werte weichen zum Teil erheblich von denen im Realbetrieb auf der Straße ab. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden in den nächsten drei Jahren die Abgaswerte von Bio- und Sonderkraftstoffen im Realbetrieb getestet.

In Deutschland wird ab September 2017 ein neues Testverfahren zur Bestimmung der Abgaswerte von Autos für die Kfz-Hersteller Pflicht, das sog. Real Driving Emissions RDE. Dies ist ein Testzyklus, der mithilfe eines mobilen Testgeräts auf der Straße gefahren wird. Am Technologietransferzentrum Automotive der Hochschule Coburg TAC wendet man im Rahmen dieses Forschungsprojekts das neue Testverfahren insbesondere auf Sonder- und Biokraftstoffe an. In die Tests einbezogen werden Benzin- und Dieselfahrzeuge der Euro 6-Norm. Ziel ist es auch, auf Basis der erhaltenen Daten moderne Kraftstoffe zu entwickeln, die weniger Abgase emittieren. An dem Projekt wird auch ein Mitarbeiter im Rahmen seiner Doktorarbeit forschen.

Entwicklung effizienter Ventilatoren für die Förderung organischer Dämpfe

Titel:| Entwicklung effizienter Ventilatoren für die Förderung organischer Dämpfe 
Kompetenzfeld:| Strömungsmechanik
Projektleiter:| Prof. Dr. Philipp Epple
Projektzeitraum:| 15.04.2018 - 14.04.2020
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Thematik

Im Projekt sollen Prototypen von effizienten Ventilatoren für den Transport organischer Dämpfe (gasförmige Kohlenwasserstoffverbindungen, z. B. Benzol, Toluol, Xylol, Hexan und Oktan) entwickelt werden. Dabei werden numerische Strömungssimulationen angewendet und experimentell validiert. Im Vergleich zu aktuell existierenden Lösungen basiert die Auslegung und Neuentwicklung des Ventilators auf den deutlich komplexeren strömungstechnisch-thermodynamischen Bedingungen der Real-Gase. Die unmittelbare experimentelle Validierung erfolgt in einer spezifischen Testumgebung unter anwendungsnahen Bedingungen. Desweiteren wird eine neuartige Labyrinthdichtung mit Sperrgaskammer entwickelt anstelle von kostspieligen und oftmals überdimensionierten Gleitringdichtungen. Dadurch soll eine wirtschaftlichere und nachhaltigere Produktion der Ventilatoren möglich und gleichzeitig die Einhaltung der Dichtheitsanforderungen erfüllt werden.

Entwicklung eines Modulwechselrichters der vierten Generation

Titel:| Entwicklung eines Modulwechselrichters der vierten Generation (ModulWR_4, Teilvorhaben)
Kompetenzfeld:| Erneuerbare Energien
Projektleiter:| Prof. Dr. Alexander Stadler
Projektzeitraum:| 01.05.2017 - 30.04.2019
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Thematik

Modulintegrierte Leistungselektronik bietet vor allem bei kleineren Solaranlagen diverse technische Vorteile, z.B. eine einfache Verkabelung, das lokale Maximum-Power-Point-(MPP)-Tracking und eine leichte Skalierbarkeit der Anlagen. Betrachtet man nun die Verteilung der Segmente innerhalb der Solarindustrie, so stellt der Bereich der Micro- und Modulwechselrichter einen der am schnellsten wachsenden Sektoren dar. 

Bisherige Konzepte von Mikro- oder Modulwechselrichtern liegen mit den leistungsspezifischen Systemkosten kleiner Anlagen deutlich über denen von mittleren Anlagen. Eine Reduzierung der spezifischen Systemkosten kann erreicht werden, wenn mit Hilfe von neuen Technologien die Leistungselektronik in das Solarmodul integriert wird. Im Rahmen dieses Projekts sollen innovative Lösungen für die Herausforderungen entwickelt werden, die sich aus den Anforderungen an die modulintegrierte Leistungselektronik ergeben.

Entwicklung eines Handsensor-Funktionsmusters zur Qualitätskontrolle von Kraftstoffen

Titel:| Entwicklung eines Handsensor-Funktionsmusters zur Qualitätskontrolle von Kraftstoffen
Kompetenzfeld:| Kraftstoffforschung
Projektleiter:| Prof. Dr. Markus Jakob
Projektzeitraum:| 15.10.2015 - 14.10.2018
Mittelgeber:| Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.

Thematik

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Handsensors zur Erkennung der Art und der Qualität von Kraftstoffen. Dabei sollen Dieselkraftstoffe von Ottokraftstoffen fossilen und biogenen Ursprungs unterschieden werden. Darüber hinaus geht es um die Bestimmung der Kraftstoffgüte und des Alterungsgrads von Kraftstoffen. Neben einer direkten Messung ist ergänzend geplant, die Identifizierung von Kraftstoffart und Kraftstoffgüte datenbankgestützt durchzuführen. Bei unbekannten Kraftstoffproben soll es möglich sein, durch den Sensor eine Abschätzung zu erhalten, mit welchem bekannten Kraftstoff eine Probe am ehesten übereinstimmt. Wesentlich ist auch, dass der Sensor den Alterungszustand von Kraftstoffen erkennt. Dies ermöglicht einen Einsatz über die Automobilwirtschaft hinaus: Heizöle für Haushalte und Kraftstoffe für Netzersatzanlagen können damit ohne großen Aufwand auf ihre Güte untersucht werden. Der Verschlammung von Kraftstoff- und Heizöltanks wird damit deutlich vorgebeugt.

Brennstoffzellen für die Energiewende ForOxiE²

Verbundprojekt:| ForOxiE² (Oxidationsstabile und katalytisch aktive Werkstoffe für „atmende“ thermo-elektro-chemische Energiesysteme)
Teilprojekt:| Netzintegrierte Speicher mit Elektrolyseur-Brennstoffzelle-Systemen
Kompetenzfeld:| Elektrotechnik
Projektleiter:| Prof. Dr. Michael Rossner
Projektzeitraum:| 01.06.2015 – 31.05.2018
Mittelgeber:| Bayerische Forschungsstiftung

Thematik

Der Forschungsverbund ForOxiE² hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Materialien der Brennstoffzellen zu untersuchen und weiterzuentwickeln, um so die Voraussetzung für einen Einsatz in der Industrie zu schaffen. Der Verbund setzt sich aus Forschenden der Universitäten Bayreuth und Erlangen sowie der TU München und der Hochschule Coburg zusammen. Zehn Industriepartner ergänzen die wissenschaftliche Perspektive und garantieren die praxisnahe Einbindung der Forschungsergebnisse. Professor Rossner und sein wissenschaftliches Team übernehmen in diesem Verbund den elektrotechnischen Arbeitsbereich und führen Versuche mit einer PEM-Brennstoffzelle durch. Die Wahl fiel auf eine Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran, da sich diese durch eine hohe Leistungsdichte auszeichnet und zu den Niedrigtemperaturzellen zählt. Die Zelle wird Belastungstests unterworfen, deren Lastprofile aus Daten generiert werden, die in einem Vorgängerprojekt über einen Stromspeicher im Realbetrieb erhoben wurden. Gemeinsam mit den Stadtwerken Neustadt konnten hier Daten zum Verbrauchsverhalten und zu Lastsprüngen im System gesammelt werden. Die Vorarbeiten ermöglichen die Erstellung eines realitätsnahen Belastungsprofils, das auf die Gegebenheiten der Brennstoffzelle angepasst wird. Im Fokus der Forschenden steht die Membran der Brennstoffzelle. Dabei ist von Interesse, wie die Membran unter anderem bei großer Überlastung, geringem Lastzustand sowie bei plötzlichen Schwankungen reagiert. Die Forschenden erwarten sich Erkenntnisse, die zur Optimierung des Betriebsverhaltens der Brennstoffzelle beitragen können.

Präzisionsanalyse von Photovoltaikmodulen

Titel:| Präzisionsanalyse von Photovoltaikmodulen unter Feldbedingungen (PV-Präzis)
Kompetenzfeld:| Photovoltaik
Projektleiter:| Prof. Dr. Bernd Hüttl
Projektzeitraum:| 01.10.2014 - 30.09.2017
Mittelgeber:| Bundesministerium für Bildung und Forschung

Thematik

Gesamtziel des Projektes ist es, eine elektrische Präzisionsanalyse für Solarmodule unter Feldbedingungen zu entwickeln und Anwendern gebrauchsfähig anzubieten. Hier wird ein Feldanalyseverfahren mit laboradäquater Präzision geschaffen, dessen Ergebnisse im festen Bezug zur Standardlaboranalyse für Solarmodule stehen. Es wird Betreibern von Solaranlagen ermöglichen, „vor Ort“ Solarmodule elektrisch präzise zu charakterisieren.

Ein weiteres Ziel ist, mit Modulherstellern Stabilitätsuntersuchungen durchzuführen, die ihnen technologische Entwicklungen für die neuen, erweiterten Zielmärkte (äquatornahe Regionen) erlauben. Die geplanten Untersuchungen basieren auf der neuen Präzisionsanalyse unter Nutzung eines speziell entwickelten beheizbaren Feldteststandes.

Entwicklung einer Gebläseeinheit für die Pyrolyse

Titel:| Entwicklung einer effizienten und langlebigen Gebläseeinheit für die Pyrolyse
Kompetenzfeld:| Strömungstechnik/Turbomaschinen
Projektleiter:| Prof. Dr. Philipp Epple
Projektzeitraum:| 01.03.2015 - 01.09.2017
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Thematik

Ziel des Projektes ist es, zwischen der Rußwurm Ventilatoren GmbH, dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg (FAU) und der Hochschule Coburg eine effiziente, kostengünstige und verschleißarme Gebläseeinheit für den Einsatz in thermischen Recyclinganlagen zur Verwertung von Schredderrückständen (ASR) zu entwickeln. Der Lehrstuhl für Strömungsmechanik der FAU wird die Entwicklung des Laufrades übernehmen. Die Hochschule Coburg entwickelt eine für das Laufrad passende Spirale. Und die Firma Rußwurm wird die experimentelle Vermessung von Modellen sowie die Konstruktion und Fertigung von Gebläsen sowohl im Modellmaßstab als auch für die eigentlichen Anlagen übernehmen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Entwicklung einer Gebläseeinheit mit hohem Wirkungsgrad und gleichzeitig langer Lebensdauer. Dazu ist es notwendig, die Laufräder und das Gehäuse so zu gestalten, dass relativ wenig Partikel mit der Führungsgeometrie kollidieren.

Systemoptimierung der Druckluft-Energieversorgung

Titel:| Green Factory Bavaria, Teilprojekt: Systemoptimierung der Druckluft-Energieversorgung (E/SysDen)
Kompetenzfeld:| Hydraulik, Pneumatik, Strömungsmechanik und Wärmeübertragung
Projektleiter:| Prof. Dr. Michael Steber
|Prof. Dr. Phillip Epple
Projektzeitraum:| 01.01.2014 - 31.12.2016
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst
|Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Thematik

Das Projekt „Systemoptimierung der Druckluft-Energieversorgung (E | SysDen)“ ist Teil des Verbundprojekts „Green Factory Bavaria“. Ziel von „Green Factory Bavaria“ ist der Wissenstransfer von der angewandten Forschung in die Industrie, um die Energie- und Ressourceneffizienz in Unternehmen zu steigern. Zur Erreichung dieser Zielsetzung werden bayernweit sogenannte „Green Factories" als Demonstrations-, Lern- und Forschungsplattformen aufgebaut. An der Hochschule Coburg wird eine Druckluftstation gebaut, an der Forschungen durchgeführt werden können.

Bei einer effizienten Drucklufterzeugung spielen sowohl die effiziente Komponentenauslegung als auch die wirtschaftliche Nutzung der entstehenden Abwärme eine zentrale Rolle. Die Abwärme soll so eingesetzt werden, dass möglichst wenig Wärme ungenutzt in die Atmosphäre gelangt. Konkret geht es bei dem Teilprojekt E I SysDEN u.a. um Folgendes: Abschätzen der vorhandenen Abwärmeenergie, Analyse des Thermo-fluiddynamischen Systems und Erarbeiten sowie Quantifizieren von Verbesserungspotenzialen, Optimieren des Abluftkanalsystems, Auslegen der thermischen Isolierung des Abluftsystems zur optimalen Steuerung des Wärmestroms, Bau eines Prototypen sowie Messungen an der neu ausgelegten Anlage.

Kraftstoffe für Plug-In-Hybrid Electric Vehicles

Titel:| Kraftstoffe für Plug-In-Hybrid Electric Vehicles (PHEV)
Kompetenzfeld:| Kraftstoffdesign
Projektleiter:| Prof. Dr. Markus Jakob
Projektzeitraum:| 01.01.2017 - 28.02.2018
Mittelgeber:| Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.V.

Der durchschnittliche CO2-Ausstoß der Fahrzeugflotte eines Herstellers soll bis 2020 auf 95 g/km gesenkt werden. Nach Angaben des Bundeswirtschaftsministeriums lag dieser Wert 2014 bei 132,8 g/km. Um bis 2020 das Ziel zu erreichen, setzen die Hersteller auch auf den weiteren Ausbau des Hybridfahrzeug-Marktes insbesondere in Form der Plug-In-Hybrid Electic Vehicles (PHEV).

Da in diesen Fahrzeugen der Elektromotor als Hauptantriebsmaschine genutzt wird, steigt die Verweildauer des Kraftstoffs im Tanksystem. Insbesondere bei langen Verweilzeiten von 6 Monaten und mehr kann das Verhalten des Kraftstoffes bisher nicht sicher vorhergesagt werden. In dem Forschungsprojekt geht es darum, anhand von chemischen und physikalischen Untersuchungen Daten zu gewinnen, die eine detaillierte Beurteilung des Alterungszustandes der Kraftstoffe in PHEVs erlauben.

Schlammbildung im Motoröl

Titel:| Untersuchungen zur Schlammbildung im Motoröl beim Einsatz biogener Kraftstoffe
Kompetenzfeld:| Biokraftstoffforschung, Kraftstoffdesign, Abgasanalytik
Projektleiter:| Prof. Dr. Jürgen Krahl
Projektzeitraum:| 01.09.2013 - 31.08.2017
Mittelgeber:| Union zur Förderung von Oel- und Proteinpflanzen e.V.

Thematik

Wie entsteht die Schlammbildung von Motoröl beim Einsatz biogener Kraftstoffe und wodurch lässt sie sich reduzieren? Diese Forschungsfragen stehen im Mittelpunkt des Projekts. Dabei werden die Mechanismen der Ölschlammbildung untersucht, und zwar sowohl bei Grundölen als auch bei Kraftstoffen mit und ohne Additive. In den Versuchsreihen variiert die Konzentration der Modellsubstanzen, um so ihren Einfluss auf die Ölalterung zu ermitteln. Aufgrund der Analyseergebnisse können Zwischenprodukte und Reaktionswege identifiziert werden, die die Schlammbildung reduzieren. Diese ließen sich synthetisch erzeugen und den Kraftsoffen in verschiedenen Konzentrationen beifügen.

Kraftstoffsensoren entwickeln

Titel:| Entwicklung von Kraftstoffsensoren für Plug-in Hybridfahrzeuge (SensHybrid-Fuel)
Kompetenzfeld:| Biokraftstoffforschung, Kraftstoffdesign, Abgasanalytik
Projektleiter:| Prof. Dr. Jürgen Krahl
Projektzeitraum:| 01.01.2015 - 31.03.2016
Mittelgeber:| Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Thematik

Um den CO²-Ausstoß zu minimieren und die E-Mobilität zu fördern, entwickelt die Automobilindustrie verstärkt Plug-in Hybridfahrzeugen. Bei der Verbrennungstechnik greift sie auf bestehende Verbrennungsmotoren zurück und entwickelt sie für den Einsatz im Hybridfahrzeug weiter. Diese Verbrennungsmotoren tanken an den Tankstellen Dieselkraftstoff, dem bis zu 7 % Biodiesel beigemischt ist oder Ottokraftstoff, der bis zu 10 % Ethanol enthält. Die Kraftstoffe sind so ausgelegt, dass sie relativ schnell verbraucht werden. Bleibt eine Füllung lange im Tank – was bei Hybridfahrzeugen durchaus der Fall sein kann – besteht die Gefahr, dass alterungsbedingte Ausfallprodukte entstehen. Deshalb ist es erforderlich, die Qualität des Kraftstoffs im Tank zu erfassen.

Ziel des Projekts ist zunächst die Prototyp-Entwicklung eines Kraftstoffsensors, der – im Hybridfahrzeug eingebaut – die Qualität marktüblicher Kraftstoffe testet. Den Kern des Prototyps bildet ein interdigitaler Kondensator, der auf einer Leiterplatine basiert. Auf Basis dieses Prototyps sollen anschließend wesentliche Schritte zur Marktreife vollzogen werden.

Diesel R33

Titel:| Untersuchung der Wechselwirkungsprodukte aus der Reaktion von hydriertem Pflanzenöl, Biodiesel und Dieselkraftstoff in Diesel R33-Formulierungen
Kompetenzfeld:| Biokraftstoffforschung
Projektleiter:| Prof. Dr. Jürgen Krahl
Projektzeitraum:| 01.08.2015 - 31.12.2016
Mittelgeber:| Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie

Thematik

Zwischen 2013 und 2015 wurde an der Hochschule Coburg der neue Kraftstoff Diesel R33 in 280 Fahrzeugen unterschiedlicher Abgasklassen getestet. Diesel R33 ist ein 33 %-iger biogener Kraftstoff, der zu 26 Prozent aus hydriertem Pflanzenöl (HVO), zu sieben Prozent aus Altspeiseölmethylester und zu 67 Prozent aus hochwertig additiviertem Dieselkraftstoff besteht. Der Kraftstoff erfüllt in allen Belangen die Dieselkraftstoffnorm EN 590. Im Projekt wurden auch zwei Fahrzeuge mit Diesel R33 auf Basis von Algen- und Hefeöl erprobt. Diese Öle stehen nicht in Flächenkonkurrenz zu Nahrungsmitteln und zeigen die Technologiebrücke auf, um die Teller-Tank-Trog-Diskussion langfristig zu beenden.
Der Einsatz von Diesel R33 im Fahrzeug senkt nahezu alle limitierten Abgaskomponenten. Die Stickoxide steigen jedoch leicht an. Allerdings blieben alle getesteten Fahrzeuge innerhalb der Abgasnormen. Auch die nicht limitierten Abgaskomponenten (Aldehyde und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe) sowie die Mutagenität des Abgases wurden durch Diesel R33 abgesenkt. Ein bedeutender Vorteil von Diesel R33 ist sein klimaschonendes Potenzial: Im Betrieb mit Diesel R33 werden gegenüber fossilem Dieselkraftstoff 17 Prozent Treibhausgase eingespart.
Diesel R33 setzt sich aus mehreren Einzelkomponenten zusammen, deren Feinabstimmung in dem aktuellen Forschungsprojekt untersucht wird. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie der Kraftstoff auf extremen thermischen Stress reagiert, der deutlich höher ist als im konventionellen Straßenbetrieb. Auf diese Weise soll untersucht werden, ob und wie der Kraftstoff bei einer längeren Lagerzeit im Fahrzeugtank altert. Insbesondere in Plug-in Hybridfahrzeugen kann der Kraftstoff über Monate ungenutzt im Tank stehen, da das Fahrzeug seine Energie überwiegend aus elektrischer Energie bezieht. Hier darf es nicht zu Alterungsreaktionen kommen.
Es ist bekannt, dass fossile Kraftstoffe mit Biodiesel-Beimischungen zur Bildung von Ablagerungen und Schlämmen neigen, wenn die Lagerbedingungen ungünstig sind. Für Diesel R33 werden im Zuge des Projekts die Alterungsmechanismen untersucht, um im Rahmen eines „Feinschliffs“ die Lagerbeständigkeit zu erhöhen. Im Ergebnis kann Diesel R33 ein bevorzugter Kraftstoff für Elektrofahrzeuge mit Verbrennungsmotor werden. In diesem Sinn leistet das Projekt einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung der Elektromobilität.