Vorlaufforschung 2014

Perfekter Hochtemperatur-IR-Emitter

Ein Verbrennungsreaktor mit einer extrem emissionsarmen und effizienten Verbrennung kann durch die Wärmespeicherung im Festkörper des Reaktors als ein sehr effizienter IR-Emitter betrachtet werden.

Dabei kann die Reaktoroberflächentemperatur, je nach Betriebsbedingungen, zwischen 1100 und 1600°C geregelt werden. Diese thermophysikalische Kopplung eines Verbrennungsreaktors mit einem IR-Emitter stellt einen in wissenschaftlicher und technischer Sicht völlig neuen Lösungsansatz in der Erforschung und Entwicklung von Systemen, die einen Hochtemperatur IR-Emitter nutzen können, dar.

Die Verbindung eines Verbrennungsreaktors mit einem IR-Emitter als Einheit erlaubt es, zwei bei konventionellen Systemen in Konflikt stehende Funktionen optimal zu realisieren:

1. Energieumwandlung in Wärme (Verbrennungsreaktor)

2. Regelbare IR-Strahlung (IR Emitter).

Diese beiden Funktionen erfordern eine gleichzeitige Betrachtung der folgenden Größen und Prozessen:

  • Reaktorarchitektur und Prozessbedingungen für eine nahezu emissionsfreie und effiziente Verbrennung im Reaktor
  • Wärmeübertragung und Wärmeakkumulation im Festkörper des Reaktors
  • direkte IR-Strahlung.

 

 

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mv_Weclas_Bericht_Vorlaufforschung_2014_IR-Emitter.pdf 

Erprobung neuartiger Regelungsmethoden für elektrische Antriebe

Modellbasierte prädiktive Regelungsverfahren stellen eine für die Antriebstechnik neuartige Regelungsmethode dar, die neben verbesserten dynamischen Eigenschaften auch eine vereinfachte Reglereinstellung möglich machen. Der für die Prädiktion benötigte enorme Rechenaufwand war in der Vergangenheit das größte Hindernis der praktischen Umsetzung. Im Forschungsvorhaben soll besonders die theoretisch mögliche Vorgabe von objektivem Gesamtsystemverhalten, insbesondere die Berücksichtigung der Energieeffizienz durch die Reglereinstellung, betrachtet und anwendungsnah erprobt werden. Dadurch soll mittels MPC ein Optimum zwischen Dynamik und Verlustminimierung gefunden werden. In der Vorlaufforschung wurden hierzu erste Betrachtungen und Abschätzungen durchgeführt.

 

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efi_Dietz_Blank_Löhdefink_Bericht_Vorlaufforschung_2014_Regelungsmethoden.pdf

VertiVent

Bei den überwiegend eingesetzten und inzwischen häufig installierten Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse treten vielfältige Probleme auf. Alternativ hierzu stehen Anlagen mit vertikaler Drehachse zur Verfügung. Diese weisen jedoch im Vergleich zu erstgenannten Anlagen einen schlechteren Wirkungsgrad auf. Gegenstand dieses Forschungsprojekts ist daher eine Kleinwindenergieanlage mit vertikaler Drehachse, bei der durch speziell angeordnete Windleitelemente die Windnutzung verbessert werden soll. Voruntersuchungen in Form von Strömungssimulationen zeigen, dass durch die Verwendung von Windleitelementen eine Steigerung der Leistungsausbeute möglich erscheint. Da jedoch eine ausschließliche numerische Analyse dieser komplexen Problemstellung keine endgültigen Aussagen erlaubt, wird im Rahmen dieses Projekts die experimentelle Untersuchung einer derartigen Anlage behandelt.

 

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efi_Ströhla_Bericht_Vorlaufforschung_2014_VertiVent.pdf

Verluste in hartmagnetischen Werkstoffen vom PMSM

Für die energieoptimale Auslegung einer permanenterregten Synchronmaschine ist es unabdingbar, die einzelnen Verlustarten mit ausreichender Genauigkeit vorab berechnen zu können. Die Verluste in den Permanentmagneten stellen dabei gegenwärtig ein nicht zufriedenstellend gelöstes Problem dar. Unter Berücksichtigung physikalischer Gesetzmäßigkeiten werden im Rahmen des Forschungsvorhabens in der Literatur vorhandene analytischen Berechnungsmodelle miteinander verglichen, nach ihren vereinfachenden Annahmen und Randbedingungen untersucht und mittels numerischer FEM-Rechnung und physikalischer Messung an einem vereinfachten Prüfstand verifiziert. Mit den resultierenden Ergebnissen soll die Grundlage für ein weiterführendes zweijähriges Forschungsprojekts in Kooperation mit einem großen Industriepartner geschaffen werden.

 

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efi_Kremser_Gerlach_Bericht_Vorlaufforschung_2014_hartmagnetischeWerkstoffe.pdf

Educational Energy Transformation Index (EETI) für Bildungseinrichtungen am Beispiel der Technischen Hochschule Nürnberg

Ziel der „Energiewende“ ist es, eine nachhaltige Energiewirtschaft zu betreiben. Für die Zielerreichung ist eine Reduzierung des Bedarfs an fossilen Rohstoffen unabdingbar. Diese kann prinzipiell durch zwei Mechanismen bewirkt werden. Erstens, durch den Umbau der Energiebereitstellung – weg von fossilen, hin zu erneuerbaren Energiequellen. Zweitens durch den Einsatz energieeffizienterer Verbraucher – gleichbleibende Qualität und Produktivität vorausgesetzt. Die langfristig angestrebte Energiewende basiert dabei auf beiden Mechanismen. Mit dem Energy Transformation Index (ETI) steht eine Methode zur Bewertung beider Mechanismen auf Länderebene zur Verfügung. In diesem Forschungsprojekt wird die ETI-Methode auf kleine Einheiten wie Bundesländer, Kommunen und Körperschaften angewendet und adaptiert.

 

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amg_Hofbeck_Fuchs_Bericht_Vorlaufforschung_2014_EETI.pdf

Vorlaufforschung 2015

Wirbelschichtreaktor –
Entwicklung einer Pilotanlage zur thermischen Behandlung organischer, metallischer und keramischer Mikrobauteile in der Wirbelschicht

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Wirbelschichtreaktors, in dessen Reaktionskammer höchste Temperaturen von beispielsweise 1.300 °C innerhalb weniger Sekunden konstant eingestellt werden können. Bei diesen hohen Temperaturen werden kleinteilige keramische Mikrobauteile (z.B. Spulenkörper aus Steatit) im Schwebezustand gesintert. Das Verfahren soll neben der Sinterung von Elektrokeramik die thermische Behandlung von Produkten anderer Werkstoffgruppen wie Metalle oder organische Werkstoffe kleinster Produktdimensionen auch bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen.

 

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wt_Krcmar_Bericht_Vorlaufforschung_2015_EntwicklungWirbelschichtreaktor.pdf

Vorlaufforschung 2017

SoC-R – Evaluierung neuartiger „System-on-a-Chip“ Plattformen für die Echtzeitberechnung

SoC FPGAs vereinen Prozessor und FPGA Architekturen in einem Chip, wodurch die Vorteile von Prozessor und FPGA optimal genutzt werden können. Das Ziel dieses Vorlaufforschungsprojekts ist, SoC FPGA Plattformen im Bereich der Regelung für leistungselektronische Systeme und elektrische Antriebe auf ihre Echtzeitfähigkeit zu untersuchen. Insbesondere neuartigere Regelungsverfahren, wie die modellprädiktive Regelung, erfordern einen sehr hohen Rechenaufwand, der bei der realen Implementierung eine enorme Herausforderung darstellt. Durch dieses Forschungsvorhaben sollen ein besseres Verständnis und neue Erkenntnisse mit der automatischen Codegenerierung, dem Rapid Control Prototyping (RCP), der Berechnungen mit Fließkommazahlen auf programmierbarer Logik, sowie der Timing- und Ressourcenoptimierungen für Echtzeitberechnungen mit SoC FPGAs gewonnen werden.

 

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Popp-Nowak_Bericht_Volaufforschung_2017_SoC-R.pdf