Viele Persönlichkeiten. Zwei Standorte. Eine BO.

Nachhaltige Mobilität

Seit mehr als 10 Jahren entwickelt und baut die Hochschule Bochum Solarfahrzeuge und entwickelt Forschungsprojekte im Thema Elektromobilität. Die erste deutsche Professur für Elektromobilität wurde an der Hochschule Bochum besetzt. Im Rahmen von studentischen Projekten entstanden fünf verschiedenen Solarfahrzeuge, die regelmäßig und mit großem Erfolg an internationalen Wettbewerben teilnehmen – darunter Rennwagen ebenso wie Fahrzeuge für den Alltagseinsatz. In den Jahren 2010 bis 2012 konnte die Praxistauglichkeit eines vollständig an der Hochschule Bochum entwickelten Solarfahrzeugs mittels einer Weltumfahrung eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. Mit dem Projekt „BOmobil“ entstanden zwei Prototypen, die einen erfolgversprechenden Weg für die Serienfertigung eines Elektrokleintransporters konkret aufzeigen.

Neben der Forschung an serientauglichen Lösungen für technische Herausforderungen für Solar- und Elektrofahrzeuge – die auch Antriebskonzepte, Batterie-Energiespeicherlösungen, aerodynamische und konstruktive Elemente umfasst - wird an der Hochschule Bochum MOBILITÄT weiter gedacht: Mobilitätskonzepte der Zukunft werden entwickelt, die besonderen Herausforderungen von Metropolregionen dabei berücksichtigt.

Aktuelle Forschungsprojekte

SolarCar

Das Konzept für Elektrofahrzeuge ist nicht gerade neu. Bereits 1899 entwickelte Ferdinand Porsche das sogenannte Lohner-Porsche-Elektromobil, und Camille Jenatzy durchbrach die "Schallmauer" mit 100km/h. Seitdem brachten fast 100 Jahre keine nennenswerte Entwicklung. Dennoch muss man in diesen Tagen die Elektromobilität neu bewerten!

Vor dem Hintergrund politischer Motivation, verbesserter Batterietechnik und der langsamen Verknappung fossiler Brennstoffe sowie strengeren Abgasnormen, stellt die Elektrifizierung des Antriebsstranges eine wichtige Säule in zukünftigen Antriebskonzepten dar.

Ein weiterer logischer Schritt ist nun die Energiegewinnung durch Solarzellen auf dem Karosseriedach, wodurch eine nahezu 100%ige Energienutzung auf Basis nachwachsender Rohstoffe erreicht werden kann. Die Umsetzung erfolgte in der nahen Vergangenheit vor allem durch die massive Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtpakets Elektrofahrzeug. Hierzu gehören diverse neue Ansätze, die fast 100 Jahre nach den Pioniertaten von Porsche und Jenatzy seit nunmehr fast 10 Jahren durch das Solarcar-Team der Hochschule Bochum weiter gedacht und entwickelt werden. Hierzu gehören:

  • Neue aerodynamische Ansätze
  • Meilensteine im Bereich Karosserieleichtbau
  • Extrem leichte und komfortable Fahrwerke mit integrierten Radnabenmotoren
  • Einsatz von eigen entwickelten Radnarbenmotoren mit sehr niedrigem Gewicht und hoher Effizienz
  • Neuste Batterie-Management Systeme
  • Eigenentwicklung der gesamten Fahrzeugelektrik/-elektronik
  • Strategieprogramme zum effektiven Einsatz der zur Verfügung stehenden Ressourcen
  • Optimale Nutzung von Sekundäreffekten wie Bremsenergierückgewinnung
  • Nutzung von Sonnenenergie

Acht Generationen

Hierzu sind bereits acht Generationen hocheffizienter Prototypen entstanden. Aus dem einstigen Ziel die Besten im Sinne von "schnell" zu sein entstand in den letzten Jahren die Überzeugung, dass die Fahrzeuge "alltagstauglich" werden müssen! Durch Sonnenenergie betrieben, von zahlreichen Sponsoren finanziert und durch Studenten gebaut entstanden Elektrofahrzeuge mit allen oben aufgeführten Entwicklungen.

Bei verschiedenen internationalen Wettbewerben konnte das Potenzial der verschiedenen Evolutionsstufen bereits Eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. Das Projekt umfasst Know-how in allen Themengebieten, die notwendig sind um ein modernes, sonnengetriebenes, hocheffizientes und vor allem alltagstaugliches Fahrzeug zu konzipieren, bauen und testen.


SolarBuggy

Im Jahr 2012 ging aus dem SolarCar-Projekt der Hochschule Bochum das SolarBuggy-Projekt hervor.

Zielsetzung

Das SolarBuggy-Team entwickelt Elektro-Buggys die hauptsächlich für den Offroad-Einsatz gedacht sind. Sie sollen den schwierigen Bedingungen einer Offroad-Strecke, wie Sand und Dünen, standhalten. Auf Grund von transporttechnischen Maßnahmen ist der Erwerb der Straßenzulassung ein weiteres Ziel beim Bau der SolarBuggys. Der SolarBuggy soll ein anderes Licht auf die Elektromobilität werfen und beweisen, dass es möglich ist und auch Sinn macht, ein Fahrzeug im Offroad-Einsatz mit Solarenergie zu betreiben. 

"Open World"

Der gespendete Buggy mit Verbrennungmotor wurde zu einem Elektro-Buggy umgerüstet. Als Fahrzeug des SolarCar Teams fehlten schließlich noch die Solarzellen. In der zweiten Bauphase erhielt der Buggy eine Solaranlage, bei der die Solarpanels sich auf dem Dach befinden. 


KARO

Termingerecht wurde der Messeprototyp KARO am Institut für Elektromobilitätder HochschuleBochum fertiggestellt und der Firma Artega übergeben.

Auf der IAA2015 in Frankfurt präsentierte die Artega GmbH und Co. KG. das neue elektrische Fun-Mobil KARO. Maßgeblich war das Institut für Elektromobilität an der Gesamtfahrzeugkonstruktion beteiligt. Die tragende Struktur, Fahrwerk und Antriebsstrang wurden in nur sechs Monaten von wissenschaftlichen Mitarbeitern und Studenten unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Friedbert Pautzke entwickelt. Das Fahrwerk orientiert sich konstruktiv am Formelrennsport. Hier, am konkreten Objekt konnte HochschuleBochum-Mitarbeiter und langjähriger Formel 1 Ingenieur Dipl.-Ing. MBA Heinz Zöllner mit besonderer Freude seine jungen Nachwuchsingenieure u.a. in die Geheimnisse der Fahrwerkstechnik im Motorsport einweihen.

Herzstück des elektrisch angetriebenen Quads ist eine 96V Lithium-Ionen-Batterie auf Nickel-Mangan-Kobalt-Basis aus dem Hause Voltabox in Delbrück. Insgesamt vier Module gewährleisten eine Reichweite von 80km. Die Hochvolt-Batterie garantiert dem elektrischen Antriebsstrang in jedem Lastpunkt die erforderliche Leistung. Die am Institut für Elektromobilität ausgesuchten Antriebskomponenten sorgen mit einer Nennleistung von 15kW und einer kurzzeitigen Spitzenleistung von 38kW für puren Fahrspaß, der sich in ungezügeltem Vorwärtsdrang und einer Beschleunigung von 0 auf 80km/h in unter 5 Sekunden wiederspiegelt. Das Antriebsmoment des Elektromotors wird über das am Institut für Elektromobilität eigens für das KARO entwickelte Getriebe übertragen. Die Momentenverteilung auf die Räder übernimmt ein Differential aus dem Motorsportbereich des Hauses Drexler.

Mehreren Studenten der HochschuleBochum erhielten im Rahmen dieses Projekts die Möglichkeit, erfolgreich den Bachelor bzw. Masterabschluss mit hochinteressanten Themenstellungen zu erlangen. Besonders attraktiv war für die Absolventen, nach theoretischer Auslegung auch an der praktischen Umsetzung zeitnah mitarbeiten zu können und dies in einer Organisationsstruktur mit direkten Kommunikationswegen, die die Projektarbeit bei einem zukunftsorientierten Entwicklungsdienstleister abbildet.

In seiner Erscheinung perfektioniert wurde der Messehingucker durch die formschöne Karosserie aus glasfaserverstärktem Kunstoff, die bei der Proceda GmbH gefertigt wurde. Das Design entstammt der Feder von Klaus Dieter Frers, Begründer und Eigentümer der Artega GmbH, der schon im Jahre 2007 mit dem Sportwagen Artega GT auf dem Genfer Autosalon für Aufsehen sorgte.


SepeD

Serienproduktion permanent erregter Direktantriebe

Ziel des SepeD-Projekts ist das Erforschen von Produktionsabläufen und -maschinen für die Produktion und Montage von permanent erregten Direktantrieben. Die Konzepte werden auf Basis eines Motorprototyps, welcher an der Hochschule Bochum entwickelt wurde, erarbeitet. Im Fokus der Konzeptfindung steht die Durchführbarkeit in der Serienproduktion. Es wird von einer Jahresproduktion von 50.000 Maschinen ausgegangen. Die angenommene Taktzeit beträgt fünf Minuten.

Der Produktionsprozess wird in viele Teilprozesse gegliedert, welche einzeln detailliert untersucht werden. Für die einzelnen Produktionsschritte wird das geeignete Fertigungsverfahren ausgewählt.

Bei der Betrachtung stehen drei Arbeitsschritte in besonderem Interesse. Für diese Prozesse werden konkrete Maschinen erarbeitet, welche in der Serienproduktion eingesetzt werden können:

Magnethandling

Die Permanentmagnete werden in das Blechpaket des Rotors eingebracht und dort anschließend fixiert. Dieser Prozess gestaltet sich aufgrund des magnetischen Felds der einzelnen Magnete sehr problematisch.

Produktion und Montage der Spulen

Bei dem betrachteten Motor kommen Formspulen zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um vorgefertigte Spulen welche erst nach dem Wickelprozess auf das Blechpaket des Stators aufgeschoben werden. Diese Spulen werden in einem automatisierten Wickelprozess produziert. Im Rahmen des Prozesses muss sichergestellt werden, dass die verhältnismäßig starre Litze eng und geordnet auf den Wicklungsträger gewickelt wird um einen hohen Füllfaktor der zu wickelnden Spule zu erreichen.

Nach der eigentlichen Produktion der Spulen werden diese auf den Stator aufgeschoben, gegen Lösen gesichert und anschließend verschaltet.

Fügeprozess von Rotor und Stator

Der fertige mit Magneten bestückte Rotor wird bei der Endmontage über den Stator geschoben. Das sehr starke Magnetfeld in Kombination mit den großen Massen der einzelnen Komponenten gestaltet diesen Arbeitsschritt sehr herausfordernd.

Für jeden der drei Fertigungsschritte wird eine entsprechende QM Strategie erarbeitet.


TechPEK

Technologie zur Produktion von elektrischen Leistungskomponenten für die Elektromobilität

Bei der Produktion automotive tauglicher Leistungselektronik müssen Hersteller viele neue Anforderungen beachten. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden muss die Fertigungstechnologie im Rahmen der Elektromobilität neu entwickelt werden.

Mit der Elektromobilität beschäftigt sich die Hochschule Bochum seit langer Zeit sehr intensiv. Im Rahmen der Förderlinie 2 des FH Extra Programms forscht die HS Bochum in Kooperation mit der HS Hamm-Lippstadt an „Technologie zur Produktion von elektrischen Leistungskomponenten für die Elektromobilität „ (TechPek). Zusammen mit dem KMU Scienlab, welches über sehr gute Forschungs- und Entwicklungskompetenzen verfügt, werden Komponenten aus der Leistungselektronik, die bereits im BOmobil Projekt entwickelt worden sind, produktionstechnisch optimiert.


zemi-sec

Zero Emission Silent Electric Carriage

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Logistikkonzeptes sowie der Transportfahrzeuge zur umweltfreundlichen, d. h. zur abgas- und lärmfreien Nahbereichsversorgung von Ballungsräumen mit Gütern unterschiedlicher Art.

Im Rahmen des Vorhabens soll zum einen der Einsatz von leistungsstarken Elektromotoren in Transportfahrzeugen für die Sammel- und Verteilverkehre und zum anderen die Bereitstellung der elektrischen Energie in entsprechenden Batterien erforscht und realisierbare Ansätze für eine Erfolg versprechende Umsetzung entwickelt werden. Hierbei stehen also nicht nur die Entwicklung von effizienten Gesamtsystemen aus Elektromotor, Akkumulator, Leistungsregelung, Ladestationen etc. im Vordergrund der Arbeit, sondern auch die Entwicklung neuartiger Transportmittelkonstruktionen sowie die Konzeption angepasster Logistikstrukturen für die Transportabwicklung, für die zwischenzeitliche Aufladung von Akkumulatoren oder für deren Tauschmöglichkeiten.

Das Fahrzeugkonzept besteht aus einem elektromobilen Zugfahrzeug und einem selbstangetriebenen Anhänger. Das Gespann fährt komplett batteriebetrieben, wobei der Gesamtverbrauch durch den Selbstantrieb des Anhängers verringert wird und somit höhere Reichweiten erzielt werden können. Ziel ist es, das zemi-sec-Fahrzeugkonzept so zu gestalten, dass es ähnliche Anforderungen, wie der im Nahverkehr normalerweise eingesetzte 7,5 Tonner, erfüllen kann.

Das Transportkonzept wird real umgesetzt und während eines Feldversuchs auf Praktikabilität für Logistikdienstleister überprüft. Das Projekt wurde im Innovationswettbewerb „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen 2013/2014“ als Preisträger ausgezeichnet. Kooperationspartner sind neben der Hochschule Bochum das Institut für Postfossile Logistik, die Firmen Elektro-Automatik, IMST und die DB Schenker AG.  Das Projekt läuft noch bis Ende 4/2015, ist im Förderprogramm progress.nrw angesiedelt und wird aus Mitteln der EU aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und dem Land NRW vom Ministerium für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk gefördert.


BOdrive

BOdrive ist der auf einem elektrischen Antrieb basierende dezentrale Antriebsstrang, den die Hochschule Bochum mit den Partnern AS-Drives, elmoCAD Engineering, Scienlab gefördert im Rahmen des Programms „Rationale Energieverwendung, regenerative Energien und Energiesparen, progres.nrw“ und ThyssenKrupp Steel Europe als freier Partner entwickelt.

Ziel des Projektes ist es, die Energieeffizienz des elektrischen Antriebsstrangs zu erhöhen und die Kosten zu senken, indem unterschiedliche Topologien von elektrischen Antriebssträngen mit dezentralen Motoren simuliert, entwickelt und verglichen werden. Aufbauend auf den Simulationsergebnissen werden von einem Konsortium, das die gesamte Wertschöpfungskette mit einer hohen Fertigungstiefe abdeckt, den Anforderungen entsprechende Wechselrichter und Motoren entwickelt und Funktionsmuster aufgebaut. Diese sind notwendig, um Einflüsse zu ermitteln, die in der Simulation zum Teil nur in eingeschränkter Weise berücksichtigt werden können. Messungen und Tests an den unterschiedlichen Versuchsmustern ermöglichen es, die in der Simulation gewonnenen Parameter hinsichtlich Effizienz, Leistungsdichte, usw. zu verifizieren bzw. weitere zu ermitteln. Durch Auswertung der gewonnenen Erkenntnisse und unter Berücksichtigung der Kosten wird dann die für den automobilen Einsatzzweck optimale Kombination aus Wechselrichter und Motor ermittelt. Am Ende des Projektes sollen der Motor und der Wechselrichter überarbeitet und für eine spätere Serienfertigung optimiert werden.

Derzeit befindet sich das Projekt am Ende der ersten Konstruktionsphase.


BOmobil

BOmobil – so heißt der Elektrokleintransporter, den die Hochschule Bochum mit den Partnern Composite Impulse, Delphi, Scienlab, den Stadtwerken Bochum und dem TÜV NORD, gefördert im Rahmen des Wettbewerbs ElektroMobil.NRW serienreif entwickelt. Die Anforderungen von klein- und mittelständigen Unternehmen für den Regionalverkehr der Zukunft bestimmen das Konzept. Elektromobilität und ansprechendes Design müssen sich nicht ausschließen, das beweist das BOmobil. Technologisch zeigt der Prototyp eine radikale Abwendung von herkömmlichen Automobilkonzepten: keine zentrale Antriebseinheit mehr – stattdessen Radnabenmotoren. So entsteht Raum für die Neugestaltung des Innenraums. Zwei Sitzplätze, Platz für eine Normgitterbox, Höchstgeschwindigkeit ca. 130 km/h, Reichweite mehr als 150 Kilometer – Elektromobilität für den Alltag.

Alle Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs werden im sogenannten Skateboard untergebracht, der tragenden Struktur, die unterschiedliche Karosserievarianten zulässt. Die Batterie, die Traktionswechselrichter und die Motoren sind „organisch“ zueinander angeordnet, dadurch lassen sich kurze Leitungswege und ein niedriger Schwerpunkt realisieren. Durch die selbst entwickelten Radnabenmotoren wird das Antriebsmoment dort generiert, wo es benötigt wird und die eingesparte Antriebseinheit im Aufbau vergrößert das Ladevolumen des Fahrzeugs.

 

Das Skateboard besteht aus Aluminium-Leichtbau-Profilen, die bei der Montage genietet und verklebt werden. Diese Variante des Aufbaus ermöglicht eine hochfeste Struktur, die sowohl die Tragfähigkeit für einen Kleintransporter, als auch die nötige Crash-Sicherheit für ein modernes Fahrzeug bietet. Der Aufbau aus geklebten und genieteten Elementen ermöglicht eine kostengünstige und einfache Produktion in einem manufaktur-ähnlichen Prozess.

Zur Kostenreduktion werden u.a. für das Fahrwerk Standardkomponenten vom OPEL Zafira verwendet. Dabei werden die komplette Bremsanlage inkl. Assistenzsysteme wie ABS, ESP und EBV, die Dreieckslenker und Stabilisatoren sowie die Federbeine übernommen und in das Design des Fahrzeugs integriert. Zur Kompensation der erhöhten ungefederten Massen durch die Radnabenmotoren erhalten die Dämpferelemente eine neue Abstimmung. Die Karosserie wird aus ABS-Kunststoff und Faserverbund-Kunststoff gefertigt. Die Kunststoffbauteile haben sowohl strukturelle, als auch wärme- und geräuschdämmende Funktion. Während in konventionellen Fahrzeugen Einscheiben-Sicherheits- und Verbundglas eingesetzt wird, erfolgt im BOmobil soweit möglich die Verwendung von Kunststoffscheiben.

Für die Batterie kommt Lithium-Eisen-Phosphat-Technologie zum Einsatz. Das nötige enge Temperaturband für deren Betrieb wird im Rahmen des Thermomanagement des Fahrzeuges realisiert. Die Auswahl geeigneter thermisch isolierender Karosserie- und Scheibenwerkstoffe ist dabei von zentraler Bedeutung, um eine aktive Kühlung bzw. Heizung in deutlich geringerem Maße als in konventionellen Fahrzeugen erforderlich zu machen.



BatMan

Batterie Lebenszyklus- und Sicherheits- Management System

Das Projekt BatMan, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, wurde von 2010 bis 2013 im Institut für Elektromobilität der Hochschule Bochum erfolgreich durchgeführt. In diesem Projekt wurden zwei Arten von Batterie Management Systeme (BMS) entwickelt, für den Einsatz in Elektrofahrzeugen.

Die Lithium-Ionen Batterien haben bis dato dank hoher Kapazität und Leistung für die Speicherung elektrochemischer Energie das größte Potenzial Anforderungen der Elektromobilität zu erfüllen. Diese führen auch einige Nachteile mit sich:  Brandgefahr bei Fehlfunktion, hohe Kosten, begrenzter Lebensdauer und aufwendiger Aufbau aus hunderten bis zu tausenden von Einzelzellen. Daher ist eine umfangreiche Überwachung und Steuerung der Batterien nötig.


Cargo Pedelec

Die Nachfrage nach alternativen Fortbewegungsmitteln, speziell im Bereich der Pedelecs und E-Bikes steigt stark an. Deren Anteil und ihre Bedeutung im Straßenverkehr werden zukünftig erheblich zunehmen. Hierdurch wird das strapazierte Platzangebot vergrößert, die Luftqualität verbessert und somit der öffentliche Raum lebenswerter gemacht.

Zielsetzung:

Das Projekt dient der Entwicklung alternativer Elektromobilität für die Zukunft.

Es sollen die Vorteile des Radfahrens mit den Vorzügen des elektrischen Automobils in einem nachhaltigen Fahrzeugkonzept vereint werden, um die Alltagstauglichkeit des Fahrrades zu steigern.

Vorteile: Ressourceneffizienz / Bewegung / Emissionsfreiheit / Nachhaltigkeit / Wetterschutz / Insassenschutz / höhere Geschwindigkeiten / Transport von Ladung und Personen / Training des Herz-Kreislaufsystems und der Muskulatur/ Förderung von Gesundheit und Wohlbefinden

Bisher wurde ein Prototyp eines „herkömmlichen“ Lastenrades („Long John“ Bauweise) fertiggestellt.
Im gegenwärtigen Entwicklungszyklus wird an einem mehrspurigen Fahrzeug gearbeitet, welches im urbanen Umfeld eine akzeptierte Alternative zum PKW darstellen kann.

Die Hochschule Bochum kann sich zukünftig als Kompetenzzentrum für (alternative) Elektromobiliät in Nordrhein-Westfalen etablieren um mit der zunehmend fahrradorientierten Entwicklung z.B. in Dänemark und den Niederlanden Schritt zu halten.

Philosophie:

Die Kernphilosophie des Projektes lautet „Back to Basics“. Alle im Projekt entwickelten Mobilitätskonzepte werden nach diesem Leitspruch entwickelt. Jedes unnötige Feature bedeutet nicht nur erhöhte Kosten und zusätzlichen Aufwand, sondern auch mehr Gewicht und verbrauchte Ressourcen. Nach unserer Philosophie ist dies nicht mit der Entwicklung nachhaltiger Technik für die Zukunft vereinbar. Beispielsweise ermöglicht das zusätzliche Pedalieren eine kleinere Dimensionierung des Energiespeichers (Akkus) und/oder eine Vergrößerung der Reichweite. Ein konsequent puristisches Design wird echten Leichtbau und ein kostengünstiges sowie nachhaltiges Fahrzeug ermöglichen.


ELEVTRA

Das Projekt ELEVTRA, gefördert durch die Europäische Union und dem Lifelong Learning Program, wird bis Ende 2014 im Institut für Elektromobilität der Hochschule Bochum erarbeitet. In dem Projekt wird eine so genannte E-Lernplattform für die Berufsaus- und Weiterbildung zum Fahrzeugmechatroniker und -Konstrukteur ausgearbeitet.
Das Projekt wird vom Fundación Metal in Asturien, Spanien geleitet und zusammen mit vier weiteren Europäischen Partnern durchgeführt:

ISSA (Integrovaná střední škola automobilní), Brno, Tschechien,

Šolski center Velenje, Velenje/Wöllan, Slowenien,

shecco SPRL, Brüssel, Belgien

Die Universität in Oviedo, Spanien.


SimTAWE

Klassischerweise wird das Testen und Prüfen von Invertern an einem elektromechanischen Aufbau vorgenommen. Der zu testende Wechselrichter betreibt eine elektrische Maschine, die wiederum durch eine Bremsmaschine mit einem Drehmoment belastet wird. Um Kosten und Entwicklungszeit zu sparen, geht man dazu über, auf reale Maschinen zu verzichten und diese durch einen Maschinenemulator zu ersetzen. Mit Hilfe eines Simulationsmodells der Maschine wird das Verhalten der Maschine während dem Test des Wechselrichters berechnet. Die Leistungselektronik des Maschinenemulators belastet den Prüfling dann in der Weise, die die Simulation vorgibt.

Innerhalb dieses Projektes wurde sowohl die echtzeitfähige Schnittstelle zwischen einem Echtzeit-PC und den Emulatoren, als auch das Modell einer PMSM entwickelt. Zudem wurde die Einbettung des Maschinenmodells in eine Fahrsimulation vorgenommen, sodass im Power-Hardware-in-the-Loop Verfahren das Gesamte Fahrzeug im beliebigen Fahrzyklus abgebildet werden kann. So entstehen Lastprofile an der zu testenden Komponente und das Systemverhalten kann früh analysiert werden.


StrinnoCar

Strategy for innovative Car Concepts

Im Projekt StrInnoCar ist es das Ziel eine gemeinsame Wertschöpfungsstrategie für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) in Nordrhein-Westfalen zur Produktion und Entwicklung innovativer Fahrzeuge zu erarbeiten.

Konsortialführer: Lehrstuhl für Produktionsmanagement der RWTH Aachen

Projektpartner:   Institut für Elektromobilität der Hochschule Bochum

                          FH Aachen (Karosserietechnik)

                          StreetScooter GmbH

                          Heggemann autosport GmbH

                          Brabus GmbH  

Kurzzusammenfassung des Projekts laut Bewerbung:

Die Automobilproduktion befindet sich nach einhundertfünfundzwanzig Jahren Entwicklungs- evolution des konventionellen Antriebsstrangs an einem Scheideweg. Zur Befriedigung des Mobilitätsbedürfnisses der heutigen und zukünftigen Gesellschaft werden innovative Fahrzeuge benötigtum die gestiegenen Anforderungen hinsichtlich Ökologie, Ökonomie und sozialen Gesichtspunkten zu erfüllen. Jedoch bestehen vielfältige komplexe Herausforderungen in der Produktion und Entwicklung innovativer Fahrzeugkonzepte:

- Es liegt ein erheblicher Kostendruck vor, um für potenzielle Kunden eine preisliche Attraktivität zu schaffen.

- Anfängliche Stückzahlen sind deutlich kleiner als bei vergleichbaren Automobilen mit konventionellem Antriebsstrang, so, daß Skaleneffekte kaum vorliegen

- Das Konzept der Fahrzeugentwicklung und –produktion von großen Automobilherstellern (OEMs) ist auf die veränderten Rahmenbedingungen nicht übertragbar

Gefordert wird ein neues Konzept der innovativen Fahrzeugentwicklung und –produktion das es kleinen und mittleren Unternehmen erlaubt, neue Antriebstechnologien und neu entwickelte Fahrzeuge mit geringen Investitionen und einer Vielzahl an Partnern-die sich alle auf ihr Kerngeschäft und somit auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren- zur Serienreife zu bringen.

Ziel ist es eine Wertschöpfungsstrategie für innovative Fahrzeugkonzepte zu entwickeln, die Markt- und Ressourcenanforderungen internalisiert, variable Teilstrategien für unterschiedliche Stückzahlen und Risiken beinhaltet und in einem Anwendbaren Leitfaden zusammengefasst wird. Kleinen und mittleren Unternehmen in Nordrhein-Westfalen soll damit die Möglichkeit eröffnet werden, sich aktiv in der Automobilproduktion in KMU-Netzwerken zu beteiligen und damit nachhaltig Wissen, wirtschaftliche Erfolge und Arbeitsplätze in der Region zu sichern.


Piezoaktorik

Qualitätssicherungsverfahren für piezoelektrisch angetriebene Kfz-Kraftstoffinjektoren

Unter dem Druck der Emissionsgesetzgebung mit strengen Grenzwerten sowie den Kundenansprüchen hinsichtlich der Kraftstoff-Verbrauchswerte und des Drehmoment-Drehzahl-Verhaltens wird aktuell mit den piezoelektrisch angetriebenen Injektoren eine neue Einspritztechnologie für Diesel- und Otto-Motoren in den Markt eingeführt. Diese Piezoinjektoren ermöglichen als Schlüsselkomponente in modernen Direkteinspritzsystemen höchste Einspritzdrücke bis 2050 bar, Mehrfacheinspritzung im gesamten Kennlinienfeld sowie die präzise Kraftstoffdosierung, womit die Ansprüche des Gesetzgebers und der Kunden befriedigt werden können.

Piezo-Injektor

Die entscheidenden Vorteile der Piezo-Technik können nur über den gesamten Lebenszyklus des Injektors garantiert werden, wenn auch die Einspritzmenge konstant gehalten wird. Daraus ergibt sich, dass der Piezoaktor als Antriebselement des Injektors in der Großserienfertigung hinsichtlich höchster Präzision und Ausfallsicherheit prozesssicher beherrschbar sein muss. Als Grundlage für ein robustes Einspritzsystem soll ein wissenschaftlich abgesichertes Qualitätssicherungsverfahren entwickelt werden. Im Rahmen eines Forschungsprojektes werden dazu an der Hochschule Bochum Möglichkeiten zur Charakterisierung der Aktoren im Großsignalbereich untersucht. Mit Hilfe von Lebensdauertests wird das Maß der Degradierung dieser Aktor-Großsignaleigenschaften ermittelt. Darüber hinaus sollen geeignete Verfahren zur beschleunigten Alterung und zur künstlichen Initiierung von Aktorschäden definiert werden. Mit dem zerstörungsfreien Verfahren der Impedanzspektroskopie wird die Möglichkeit zur Detektion unterschiedlicher Aktorschäden unter Zuhilfenahme statistischer Methoden erforscht. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen soll ein produktionsbegleitendes Qualitätssicherungsverfahren zur Früherkennung von Aktorschäden abgeleitet werden.


BATEM

Batterie-Test und -Emulation für Hybridfahrzeuge

Die elektrischen Energiespeicher stellen eine bedeutende Schlüsselkomponente in der Elektromobilität dar. Zwar hat sich mittlerweile herauskristallisiert, dass Lithium-Ionen-Batterien in den zukünftigen Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, dennoch besteht an dieser Stelle noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf.
Das BATEM-Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von Testsystemen für elektrische Energiespeicher im Bereich der Elektromobilität. Die Systeme werden produktionsbegleitend zur Qualitätssicherung und in der Entwicklung der Energiespeicher sowie zu deren Charakterisierung eingesetzt.

Der hohe technische Anspruch entsteht hier aus den Anforderungen, die Elektro- und Hybridfahrzeuge an die Energiespeicher stellen. Bei Spannungen bis zu 600V wird über 200kW elektrische Leistung von den Energiespeichern gefordert.

Das in dem Forschungsprojekt zu entwickelnde Endstufenkonzept wird dafür genutzt, neue Ansätze zur Charakterisierung der Energiespeicher zu erarbeiten. Eine geeignete Methode scheint hier die Großsignal-Impedanzspektroskopie zu sein. Im Gegensatz zu bisherigen Messmethoden, bei denen die Impedanz mit Stromamplituden bis maximal 30A gemessen wird, werden hier Amplituden bis zu 600A verwendet. Die bisher oft eintretenden Fehleinschätzungen bei der Interpretation der Kleinsignal-Charakterisierung treten hier durch die direkte Messung der Großsignal-Kenngrößen nicht mehr auf.
Von besonderem Interesse ist eine Charakterisierung der Energiespeicher im Kurz- und Langzeitverhalten. Da es noch keine standardisierten Prüfverfahren gibt, werden diese im Rahmen des Projekts zusammen mit den OEMs und Zulieferern ermittelt und entsprechende Testabläufe definiert.

Das Projekt ist grob in drei Phasen gegliedert. In der ersten Phase wird das Batterietestsystem unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen aus der Elektromobilität realisiert. In der zweiten Phase wird das entwickelte Batterietestsystem zu einem universell einsetzbaren System zur leistungsfähigen Charakterisierung verschiedener Energiespeicher in applikationsnahen Arbeitspunkten weiterentwickelt. Die letzte Phase beschäftigt sich mit der Charakterisierung der verschiedenen Energiespeicher. Die hier gewonnen Daten dienen als Grundlage für detaillierte Simulationsmodelle verschiedener Energiespeicher.