Das Projekt "Teilprojekt: Automatisiertes Laserfügen von Kupferwerkstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Scansonic MI GmbH durchgeführt. Ziel des Verbunds ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatischen Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Scansonic hat im Rahmen des Projekts das Ziel, Funktionsmuster einer Laserbearbeitungsoptik zu entwickeln, zu bauen und zu erproben. Diese Systeme sollen den Laserspot im Arbeitsfeld automatisch auf der Fügestelle positionieren und zur Verbesserung des Prozessergebnisses während des Schweißvorgangs den Spot sehr schnell modulieren. Ab 24. Projektmonat ist die Integration in eine Gesamtanlage geplant. Zur Erreichung des Projektziels müssen vorrangig die technischen Rahmenbedingungen erfasst und die technischen Anforderungen definiert werden. Anschließend werden Machbarkeitsuntersuchungen und erste Vorversuche durchgeführt. Dazu wird ein erstes Funktionsmuster aufgebaut. In Auswertung der Vorversuche kann anschließend mit der Entwicklung der benötigten optischen und mechatronischen Komponenten sowie der Softwareentwicklung begonnen werden. Nach Abschluss der Entwicklungen ist der Umbau des Demonstrators vorgesehen. Mit dessen Hilfe werden mögliche Fügeparameter ermittelt. Anschließend kann der Demonstrator in die Gesamtanlage integriert werden. Abschließend werden mittels der kompletten Anlage erste Musterteile gefertigt. Im Rahmen der Projektbearbeitung werden die in F+E üblichen Arbeitsmittel und Methoden wie Lasten- und Pflichtenhefte und Projektpläne verwendet. Meilensteine werden auf das Gesamtprojekt abgestimmt.
Das Projekt "Teilprojekt: Neue Produktionsverfahren für E-Motoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Motorenwerke AG durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatischen Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Die BMW Peugeot Citroën Electrification GmbH verfolgt das Ziel, durch innovative Fertigungsmethoden den Wirkungsgrad von Elektromotoren für Fahrzeugantriebe zu steigern und den Bauraum sowie das Gewicht zu reduzieren. Mit auf einer Demonstratoranlage produzierten E-Motoren soll die Fähigkeit und Robustheit der Prozesse sowie die daraus erwartete Qualitätssteigerung nachgewiesen werden. Weiteres wesentliches Ziel ist die Reduzierung der Produktionskosten durch einen hohen Automatisierungsgrad der Statorenherstellung. Die Verbesserungen unterstützen insgesamt die Bemühungen, Nutzen und Attraktivität der Elektromobilität beim Kunden zu steigern. Anhand einer Referenzantriebsmaschine erfolgt im ersten Schritt eine Anforderungsdefinition. Es werden neue Isoliersysteme mit dem Ziel einer belastungsorientierten Auslegung entwickelt und geprüft. Weiterhin werden Grundlagenuntersuchungen zu fertigungsgerechten, leistungssteigernder und kostenoptimierten Prozessen zur Statorbewicklung durchgeführt. Das vollautomatische Fügen von Kupferverbindungen mittels Laserschweißen wird erforscht. Sämtliche zuvor entwickelten Fertigungstechnologien werden für den Bau von Demonstratoren zum Projektabschluss genutzt. Alle Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit den Partnern des Forschungsvorhabens.
Das Projekt "Teilvorhaben: Skalierbare Power Cores als Umrichterbausteine für hocheffiziente Traktionsantriebe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Projekt HoskA sollen Architekturen und Technologien für generische und skalierbare Umrichterbausteine (PowerCores) für den Einsatz in Hochdrehzahl-Antrieben für Elektrofahrzeuge erforscht und dargestellt werden. Dabei sollen höchste Effizienzen auch bei Schalfrequenzen deutlich über dem Stand der Technik erreicht werden. Semikron wird im Rahmen des Projekts Umrichterbausteine mit Halbleitern und Kondensatoren in einer niederinduktiver Kommutierungszelle mittels beidseitiger Sintertechnologie (Rückseite DCB, Vorderseite strukturierte Power Folie) aufbauen. Hierbei werden Sensorfunktionen und Ansteuerschaltung integriert. Fokus liegt auf eine leichte Skalierbarkeit der entstehenden Bausteine. Diese Bausteine werden umfangreichen Baugruppentest unterzogen und den applikativ arbeitenden Partnern zur Verfügung gestellt. M1 (Monat 6): Anforderungen an den generischen und skalierbaren Umrichter-PowerCore sind definiert und die sich daraus ergebenden Anforderungen an die Komponentenerforschung abgeleitet (AP1, AP2) M2 (Monat 21): Funktionsfähige Hardware PowerCore verfügbar (AP3, AP4) M3 (Monat 27): Evtl. zusätzliche Anforderungen aus der Umrichterintegration abgeleitet und hieraus resultierende Anpassungen der PowerCores umgesetzt Baugruppentests zu 50% durchgeführt. (AP3, AP5, AP6, AP7) M4 (Monat 30): Baugruppentests bis auf einzelne Langläufer oder Widerholungsmessungen abgeschlossen. Alle für den Demonstratorenbetrieb relevanten Ergebnisse liegen vor. Konstruktion des PowerCores abgeschlossen. (AP3, AP5, AP6, AP7).
Das Projekt "Teilvorhaben: Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Reglerkonzept für die prädiktive Steuerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Fahrzeugsystemtechnik, Teilinstitut Bahnsystemtechnik durchgeführt. Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Kopplung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken zu erwarten. Der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) begleitet die Messungen des Istzustands und des umgesetzten Systems auf dem Prüfstand. Er erarbeitet ein Reglerkonzept für die prädiktive Steuerung und den selbstlernenden Regler. Die dafür benötigten Parameter werden bestimmt. Es werden Simulationsmodelle des Antriebsstrangs erstellt, mit deren Hilfe die vorgeschlagenen Konzepte simulativ in verschiedenen Betriebssituationen erprobt werden können. Mit den Simulationsergebnissen können die zu realisierenden Konzepte ausgewählt werden. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme auf dem Prüfstand werden die Simulationsergebnisse durch Messungen verifiziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Technologien und generische Architektur für skalierbare PowerCores mit Fokus auf Automotive-Traktionsantriebe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie durchgeführt. Im Projekt HoskA sollen Architekturen und Technologien für generische und skalierbare Umrichterbausteine (PowerCores) für den Einsatz in Hochdrehzahl-Antrieben für Elektrofahrzeuge erforscht und dargestellt werden. Dabei sollen höchste Effizienzen auch bei Schalfrequenzen deutlich über dem Stand der Technik erreicht werden beispielsweise durch den Einsatz neuartiger und niederinduktiver Chip-Kontaktierungs-Technologien auf Folien-Basis, höhere Bordnetz-spannungen und schnellschaltende Bauelemente. Zielsetzung der Arbeiten des Fraunhofer IISBs ist es Technologien für den PowerCore zu charakterisieren (z.B. im Bereich WBG-Halbleiter und Dimensionierung HF-geeigneter Kondensatoren) speziell vor dem Hintergrund höchster Schaltfrequenzen. Gemeinsam mit den Partnern wird eine generische Umrichter-Architektur erarbeitet die zunächst widersprüchliche Eigenschaften wie Skalierbarkeit, Integrationsfähigkeit und Eignung für eine breite Topologie- und Maschinen-Vielfalt vereinen soll. Die erarbeitete Architektur wird vom IISB in einem hierfür realisierten Traktionsantrieb charakterisiert und die Vorteile im System verifiziert. In Bauraum- und Topologie-Studien anhand repräsentativer Applikationen werden die Anforderungen für die generische PowerCore Architektur erarbeitet und Lösungskonzepte methodisch bewertet. Fokus ist hierbei insbesondere die Gestaltung der mechanischen und elektrischen Schnittstellen zur Erzielung der adressierten Flexibilität bei gleichzeitig hochdynamischen Schalteigenschaften. Im Bereich Technologieauswahl übernimmt das IISB die Halbleiter-Charakterisierung schnellschaltender Wide-Band-Gap Chips und erforscht die HF-Kondensator-Dimensionierung für höhere Schaltfrequenzen. Am Beispiel eines vom Projektpartner VW zur Verfügung gestellten Traktionsantriebs erfolgt die Integration und Komplettierung des PowerCores zu einem mechatronisch integrierten Umrichter. Die Systemcharakterisierung erfolgt am IISB-Achsprüfstand.
Das Projekt "Teilprojekt: Thermoplastisolation bei Elektromotoren für Fahrzeugantriebe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Weinmayr GmbH durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatisierten Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Zielsetzung der Fa. Weinmayr ist es, das Verfahren Thermoplastisolation für die Anwendung bei Elektro-Traktionsantrieben zu erforschen. Hierbei werden die Eigenschaften verschiedener Kunststoffe, sowie die Gestaltung des Spritzprozesses, in Hinblick auf die geometrische Gestaltung der Bauteile und der Gestaltung der Spritzgießwerkzeuge, untersucht. Weinmayr bringt in die Entwicklung der neuen Isolationskonzepte seine langjährige Erfahrung in Form von Zeichnungen, Toleranzen und Ergebnissen aus der Fertigung ein. Schwerpunkt für die Fa. Weinmayr ist das Arbeitspaket 'Die Entwicklung von Isolierwerkstoffen und Fertigungsverfahren für neue dünnwandige Hauptisolierungen'. Untersucht werden die Faktoren Isolierfähigkeit, Temperaturbeständigkeit, mechanische Eigenschaften und Spritzgießeignung von verschiedenen Kunststoffen, sowie die Gestaltung des Spritzgießprozesses in Hinblick auf große Spritzlängen (bis 300 mm) in Verbindung mit dünnen Wandstärken (kleiner 0,4 mm). Hierzu wird ein Musterwerkzeug entwickelt und gebaut. Mit diesem Musterwerkzeug werden in verschiedenen Testreihen die Verfahrensgrenzen für verschiedene Werkstoffe und Isolationsgeometrien ermittelt.
Das Projekt "Teilvorhaben Akasol: Entwicklung einer hochleistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Akasol GmbH durchgeführt. Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Koppelung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung, z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken, zu erwarten. AKASOL wird in diesem Zusammenhang einen hochleistungsfähigen Lithium-Ionen Batteriespeicher zur Koppelung an den elektrischen Antriebsstrang entwickeln. Hierbei werden verschiedene Ziele verfolgt. Zum einen soll die Leistungsdichte, bezogen auf die kontinuierlich abrufbare Leistung, im Vergleich zum Stand der Technik gesteigert werden. Dies wird durch den Einsatz neuer Zelltechnologien und Kühlmaßnahmen erreicht. Im Weiteren werden robuste Algorithmen zur Bestimmung der aktuellen Zustandsgrößen des Speichers entwickelt und implementiert. Diese liefern die Basis für den übergeordneten Regler, der den Einsatz des Gesamtsystems optimiert. So trägt die Entwicklung der Batterie maßgeblich zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Effizienz des hybriden Antriebssystems bei.
Das Projekt "Teilvorhaben: Systemintegration und Entwicklung von Aufbau- und Verbindungstechniken sowie Ansteuerverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Für eine höhere Marktakzeptanz von Elektrofahrzeugen sind neben der Reichweite auch die Kosten entscheidend. Diese können durch die Steigerung der Wirkungsgrade von elektronischen Komponenten entscheidend gesenkt werden. Der aktuelle Stand der Technik zur Darstellung von hocheffizienten elektrischen Antrieben mit hoher Leistung stößt an seine Grenzen. Ziel im Forschungsprojekt H3Top ist es, die Leistung über eine höhere Spannungslage zu erhöhen und gleichzeitig die Effizienz zu steigern. Dazu soll eine neuartige Wechselrichtertopologie für den Einsatz im Traktionsantrieb in Elektrofahrzeugen erforscht und weiterentwickelt werden. Zum Einsatz kommen dabei vorhandene kostengünstige 650 V-Halbleiterbauteile, wodurch positive Skaleneffekte erwartet werden. Außerdem werden die Themen Bauraum, Lagerströme, EMV, Ausfallsicherheit/Verfügbarkeit und Geräuschemission untersucht, da sie weiteres Potential zur Nutzerakzeptanz versprechen.
Das Projekt "Teilprojekt: Wickel- und Statormontagetechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Otto Rist GmbH & Co. KG Konstruktion + Maschinenbau durchgeführt. Die Otto Rist GmbH & Co.KG verfolgt mit diesem Forschungsvorhaben das Teilziel, durch innovative Fertigungsmethoden den Füllgrad von Statornuten von aktuell max. ca. 47Prozent auf 60Prozent zu erhöhen. Da die aktuell bekannten Fertigungsverfahren wie Einzieh- und Nadelwickeltechnik keine weiteren Optimierungspotentiale hinsichtlich der Steigerung des Füllgrades mehr aufzeigen. Alternativ zu dem genannten Montageverfahren wird das Bewickeln von Einzelzahntechnik bzw. Polkette auf der Basis von einem handelsüblichen Deltaroboter untersucht. Die Idee ist auf der Basis eines Standardroboters kostengünstig ein hochflexibles Wickelgerät dem Anwender zur Verfügung zu stellen, entgegen den aufwendigen Entwicklungen von Spezialwickelmaschinen. Zum Aufbau der Vorrichtungen und Werkzeuge sind folgende umfangreiche Tätigkeiten notwendig: Mechanische Konstruktion - Softwareentwicklung - Elektrische Hardwareplanung - Mechanische Teilefertigung - Montage und Installation -Inbetriebnahme und Durchführung der Versuche.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendungsorientierter Aufbau einer Leistungselektronik auf Siliziumkarbidbasis für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zollner Elektronik AG durchgeführt. Das Forschungsvorhaben nutzt die nun kommerziell zur Verfügung stehenden neuartigen WBG SiC Bauelemente um leistungselektronische Systeme, namentlich Traktions-DC/DC-Wandler und On-board Ladegerät, noch effizienter und deren Funktionalität mit noch weniger Materialaufwand und noch geringeren Kosten zu realisieren, als das mit dem derzeitigen Stand der Technik möglich ist. Der Traktions-DC/DC-Wandler ist eine besonders wichtige Komponente zur Realisierung einer nachhaltigen, d.h. möglichst effizienten Elektromobilität. Das geplante Forschungsvorhaben optimiert mittels eines chip-integrierten passiven Dämpfungsgliedes das Schaltverhalten des Traktions-DC/DC-Wandlers und erhöht dadurch seine Leistungsfähigkeit deutlich. Zudem wird gezeigt, dass der Traktions-DC/DC-Wandler auch als On-board Ladegerät genutzt werden kann (Dual-Use-Prinzip), was zu einer massiven Kosteneinsparung bei gleicher Funktionalität führt.
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