Das Projekt "FH-Kooperativ 1-2020: Entwicklung amorpher Weichmagnetkerne für hocheffiziente Transformatoren (coreA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Die zu erwartende starke Zunahme der Elektrifizierung breiter Energieeinsatz-Bereiche und der dezentralen regenerativen Energieerzeugung erfordern im Stromverteilernetz zusätzliche Verteiltransformatorenkapazitäten. Damit einher geht ein starker Anstieg der magnetischen Verluste: ab 2030 erfordert alleine die Betriebsbereitschaft des europäischen Mittelspannungsnetzes die Leistung von 2-3 Kernkraftwerken oder den Verbrauch von größer als 15.000 t Steinkohle pro Tag. Vor diesem Hintergrund ist eine massive Verlustreduzierung in den Transformatorenkernen unabdingbar, auch unter Beachtung der Ökodesign Verordnung der Europäischen Kommission für Transformatoren. Während E-Blechtrafos in dieser Hinsicht so gut wie ausoptimiert sind, versprechen neuartige Stapelkerntrafos, die auf gegossenen amorphen weichmagnetischen Bändern basieren, hier wesentliche Vorteile. Die Gewährleistung der vollen Funktionalität der amorphen Weichmagnete in Trafos erfordert jedoch maßgeschneiderte Materialien mit maximaler Sättigungsflussdichte, minimaler spezifischer Verlustleistung sowie optimaler Bandqualität/-eigenschaften. Gesamtziel von coreA ist die Entwicklung von hochperformanten amorphen Weichmagnetmaterialien (Fe-Si-B Basis) im Labormaßstab für den späteren Einsatz in hocheffizienten und wirtschaftlichen 400 kVA Trafokernen. Es spannt den Bogen von der Legierungsentwicklung, über die Analyse von Gefüge, Eigenschaften und Magnetisierungsprozessen bis hin zur Ermittlung bestehender Wirkzusammenhänge und der Feststellung der Performance daraus gefertigter Stapelkerne. Dies beschleunigt das Up-Scaling effizienter Verteiltrafos gemäß EU-Ökodesign-Verordnungen.
Das Projekt "Optimierung des Umsetzungsgrades von Solarabsorbern mit hochselektiver Oberflaeche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zivilingenieurbuero Braun durchgeführt. Erhoehung des energetischen Outputs von Solarabsorbern durch Variation des Aufbaues und der verwendeten Materialien. Minimierung der Verlustleistung.
Das Projekt "Teilprojekt: Demonstrator hocheffiziente Plasmastromquelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH durchgeführt. Beim Schneiden von Metallen werden in Abhängigkeit der Materialstärke große Energiemengen benötigt. Das Plasmaschneidverfahren ist ein relativ effizientes Verfahren, trotzdem kann durch Verbesserung der Schaltungstechnik eine nicht unerhebliche Energieeinsparung erreicht werden. Im Forschungsprojekt HelP ist die Erforschung hocheffizienter, netzfreundlicher Stromquellen für das Plasmaschneiden von Metallen die Zielsetzung. Hierbei soll durch Erhöhung des Wirkungsgrades die Verlustleistung um 50 % gesenkt werden. Für das Plasmaschneiden wird typischerweise die Phasengesteuerte Vollbrücke mit Hilfskommutierung als Stromquelle eingesetzt. Statt dieser verspricht der sog. LLC-Resonanzkonverter (LLC-RK) einen deutlich besseren Wirkungsgrad. Werden Aufgrund des großen Ausgangsstroms mehrere LLC-RK phasenversetzt betrieben, können außerdem das Volumen und die Kosten des Ausgangsfilters massiv reduziert werden. Zur Symmetrierung der Ausgangsleistung der phasenversetzt betriebenen LLC-RK werden neuartige Steuerungs-Konzepte mit Phasenverschiebung umgesetzt. Ein PFC-Netzgleichrichter wird den LLC-RK vorangeschaltet, wodurch ein großer Eingangsspannungsbereich und somit eine Standardisierung der Leistungsteile möglich wird.
Das Projekt "Teilvorhaben: Auslegung, Entwurf und Funktionsmuster" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Paderborn, Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik (LEA) durchgeführt. Das Forschungsprojekt HelP zielt auf die Erforschung hocheffizienter, netzfreundlicher Stromquellen für das Plasmaschneiden von Metallen. Hierbei soll die Verlustleistung um 50 % gesenkt werden. Für das Plasmaschneiden von Metallen wird typischerweise die Phasengesteuerte Vollbrücke mit Hilfskommutierung als elektrische Stromquelle eingesetzt. Statt dieser verspricht der sog. LLC-Resonanzkonverter (LLC-RK) einen deutlich besseren Wirkungsgrad. Werden aufgrund des großen erforderlichen Ausgangsstroms mehrere LLC-RK parallel geschaltet und phasenversetzt betrieben, können außerdem das Volumen und die Kosten des Ausgangsfilters massiv reduziert werden. Zur Symmetrierung der Ausgangsleistung der phasenversetzt betriebenen LLC-RK werden neuartige Steuerungs-Konzepte mit Phasenverschiebung zwischen den LLC-Brückenzweigen umgesetzt. Ein PFC-Netzgleichrichter wird den LLC-RK vorangeschaltet, wodurch der Betrieb der Plasmaschneidanlage sowohl an industriellen als auch an öffentlichen Netzen gewährleistet wird.
Das Projekt "Hocheffiziente langlebige Plasmastromquellen - Teilvorhaben: Entwicklung und Designauslegung von induktiven Bauelementen-Aufbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Lasslop GmbH Induktive Bauteile durchgeführt. Das Forschungsprojekt HelP zielt auf die Erforschung hocheffizienter, netzfreundlicher Plasmastromquellen. Hierbei soll die Verlustleistung um 50% gesenkt werden. Die für Plasmaschneiden typischerweise verwendete phasengesteuerte Vollbrücke mit Hilfskommutierung soll durch einen LLC-Konverter hohen Wirkungsgrads ersetzt werden. Aufgrund des hohen Ausgangsstroms werden mehrere LLC-Konverter phasenversetzt betrieben, wodurch das Volumen des Ausgangsfilters massiv reduziert werden kann. Zur Symmetrierung der Ausgangsleistung der beiden phasenversetzt betriebenen LLC-Konverter werden neuartige Steuerungs-Konzepte umgesetzt. Ein PFC-Gleichrichter soll den LLC-Konvertern vorangeschaltet werden, wodurch ein Weitspannungseingang realisierbar und somit eine Standardisierung möglich ist.
Das Projekt "Hocheffiziente langlebige Plasmastromquellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration durchgeführt. Das Forschungsprojekt HelP zielt auf die Erforschung hocheffizienter, netzfreundlicher Stromquellen für das Plasmaschneiden von Metallen. Hierbei soll die Verlustleistung um 50 % gesenkt werden.
Das Projekt "HVDC-MMC-mit-MPC - Ein neues Verfahren für die Reduktion der Verlustleistung von MMC-Höchstspannungs-Umrichtern mittels MPC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Automatisierungstechnik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer echtzeitfähigen modellprädiktiven Regelung (MPC) für einen modularen Höchstspannungsumrichter (HVDC-MMC). Ziel ist die Reduktion der Verlustleistung gegenüber bisherigen Regelungen. Bisherige MPC für MMC ermitteln für jeden Zeitschritt, welche Module ein- und ausgeschaltet werden. Aufgrund der sehr großen Zahl an Kombinationsmöglichkeiten konnte dies aber meist nur mit einem Prädiktionshorizont von einem einzigen Zeitschritt erfolgen, womit der Vorteil einer MPC, nämlich eine Prädiktion über einen längeren Zeitraum und entsprechende Optimierung, verschwindet. In unserem Ansatz beträgt der Prädiktionshorizont eine volle Periode. In der ersten Stufe der Regelung wird mittels MPC der optimale Verlauf der Spannung in allen 6 Zweigen über eine gesamte Periode berechnet. Da der Umrichter auf dieser Ebene als lineares System mit wenigen Zustandsgrößen dargestellt werden kann, entstehen keine Rechenzeitprobleme. Der Spannungsverlauf für jeden Zweig bildet dann für die zweite Stufe der Regelung den Sollwert. Hier wird nun nicht - wie bisher - für jeden Abtastschritt ermittelt, welche Module geschaltet werden sollen, sondern über die ganze Periode die optimalen Ein- und Ausschaltzeitpunkte für jedes einzelne Modul berechnet. Dadurch wird aus dem diskreten Problem ein niedriger dimensionales, kontinuierliches Problem, welches numerisch einfacher lösbar ist, so dass eine Echtzeit-MPC mit einem Prädiktionshorizont von einer Periode möglich ist. Durch den langen Prädiktionshorizont können die Nulldurchgänge des Stroms berücksichtigt werden, um durch das Schalten bei niedrigen Strömen die Verlustleistung beim Schalten zu minimieren. Auch kann der zulässige Bereich für die Kondensatorspannungen vergrößert werden, was die Anzahl der Schaltvorgänge reduziert. Das Verfahren soll entwickelt und an einem großen Laborumrichter getestet werden.
Das Projekt "Technologien zur Speicherung und Verteilung von tiefkaltem Wasserstoff als Primärenergieträger in Antrieben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MT Aerospace AG durchgeführt. Die in diesem Projekt weiterentwickelten neuartigen Technologien im Bereich von additiv gefertigten Hochleistungswerkstoffen ermöglichen es, kryogen gekühlte, hocheffiziente elektrische Antriebssysteme zu realisieren. Hierbei steht insgesamt im Vordergrund, durch die Nutzung von Wasserstoff als Primärenergieträger, die Emissionsbelastung von individualem, dem öffentlichen Personentransport, sowie dem Gütertransport zu reduzieren. Für die MT Aerospace besteht hier ein Eintrittspunkt in die Weiterentwicklung, basierend auf dem derzeitigen Kern-Know-how, Tanks für die Speicherung von tiefkaltem, flüssigen Wasserstoff für die Raumfahrt zu bauen. Ziel der MT Aerospace ist es aus dieser Erfahrung zu profitieren und eine Übertragung des Know-hows in den Transportsektor zu erreichen. Die MT will hier - insbesondere durch neuartige additive Fertigungsverfahren ermöglichen, neue Gestaltungsmöglichkeiten für eine effizientere Bauweise zu Nutzen. Neben einer Verbesserung bei der Auslegung und Gestaltung von klassischen Strukturkomponenten, beispielsweise in, oder im direkten Umfeld der elektrischen Maschine, sollen auch Komponenten im Bereich der H2 Speicherung und Konditionierung in den Fokus gestellt werden. Hierzu zählen beispielsweise Wärmetaucher oder Komponenten, die für einen effizienten Betrieb hohe Wärmeübertragungsraten erreichen müssen - beispielsweise bei der Kühlung / der Wärmeabfuhr hoher elektrischer Verlustleistungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Tribometrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Maschinenelemente, Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau durchgeführt. In technischen Anwendungen kann Selbstschmierung durch Tränkung gesinterter Maschinenelemente mit flüssigem Schmierstoff realisiert werden . Das Prinzip der Selbstschmierung leitet sich dabei u.a. vom Kniegelenk ab, bei dem die Poren der Menisken als Reservoir und Kanäle für Gelenkflüssigkeit dienen, die bei Belastung austritt und das Gelenk schmiert und bei Entlastung wieder eingezogen wird. In technischen Systemen kann die bedarfsgerechte Bereitstellung von gerade so viel Schmierstoff wie nötig ausreichen, um die Schmierung aufrecht zu erhalten. Dadurch werden erhebliche Gewichts- und Bauraumreduzierungen erzielt, der Bedarf an treibhausgasintensivem Schmierstoff verringert, die Konstruktion vereinfacht und gleichzeitig die Verlustleistung der Maschinen minimiert. In hochbeanspruchten Anwendungen wird die Selbstschmierung von Maschinenelementen jedoch noch nicht genutzt. Im Rahmen dieses Projekts soll der Einsatzbereich daher auf hohe Beanspruchungen am Beispiel ölgetränkter Sinterzahnräder erweitert und dadurch der Transfer des Verfahrens in eine Vielzahl von Anwendungen branchenübergreifend ermöglicht werden. Die Vorarbeiten aus vorangegangenen Grundlagenuntersuchungen werden in einem Verbund aus Wissenschaft, Industrie und Anwendern systematisch weiterentwickelt. Durch gezielte Anpassungen im Fertigungsprozess wird die lokale Porenstruktur, -verteilung und -orientierung der gesinterten Maschinenelemente manipuliert und auf zwei exemplarische Anwendungen abgestimmt. Experimentelle Untersuchungen unter Labor- sowie unter industriellen und realen Einsatzbedingungen werden mit hochauflösender Analytik verbunden, um praxisorientierte Gestaltungsrichtlinien für selbstgeschmierte und hochbeanspruchte Maschinenelemente abzuleiten. Durch das hohe Potential in einer Vielzahl von Anwendungen kann die Selbstschmierung zu einer Game-Changer-Technologie für leichtbauende und ressourceneffiziente Antriebssysteme werden und einen großen Skaleneffekt zur CO2-Einsparung bieten.
Das Projekt "Teilvorhaben: industrielle Anwendung mit Dauerbetrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Getriebebau NORD GmbH & Co. KG durchgeführt. In technischen Anwendungen kann Selbstschmierung durch Tränkung gesinterter Maschinenelemente mit flüssigem Schmierstoff realisiert werden. Das Prinzip der Selbstschmierung leitet sich dabei u.a. vom Kniegelenk ab, bei dem die Poren der Menisken als Reservoir und Kanäle für Gelenkflüssigkeit dienen, die bei Belastung austritt und das Gelenk schmiert und bei Entlastung wieder eingezogen wird. In technischen Systemen kann die bedarfsgerechte Bereitstellung von gerade so viel Schmierstoff wie nötig ausreichen, um die Schmierung aufrecht zu erhalten. Dadurch werden erhebliche Gewichts- und Bauraumreduzierungen erzielt, der Bedarf an treibhausgasintensivem Schmierstoff verringert, die Konstruktion vereinfacht und gleichzeitig die Verlustleistung der Maschinen minimiert. In hochbeanspruchten Anwendungen wird die Selbstschmierung von Maschinenelementen jedoch noch nicht genutzt. Im Rahmen dieses Projekts soll der Einsatzbereich daher auf hohe Beanspruchungen am Beispiel ölgetränkter Sinterzahnräder erweitert und dadurch der Transfer des Verfahrens in eine Vielzahl von Anwendungen branchenübergreifend ermöglicht werden. Die Vorarbeiten aus vorangegangenen Grundlagenuntersuchungen werden in einem Verbund aus Wissenschaft, Industrie und Anwendern systematisch weiterentwickelt. Durch gezielte Anpassungen im Fertigungsprozess wird die lokale Porenstruktur, -verteilung und -orientierung der gesinterten Maschinenelemente manipuliert und auf zwei exemplarische Anwendungen abgestimmt. Experimentelle Untersuchungen unter Labor- sowie unter industriellen und realen Einsatzbedingungen werden mit hochauflösender Analytik verbunden, um praxisorientierte Gestaltungsrichtlinien für selbstgeschmierte und hochbeanspruchte Maschinenelemente abzuleiten. Durch das hohe Potential in einer Vielzahl von Anwendungen kann die Selbstschmierung zu einer Game-Changer-Technologie für leichtbauende und ressourceneffiziente Antriebssysteme werden und einen großen Skaleneffekt zur CO2-Einsparung bieten.
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