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Potenzialstudie Energie- / Kosteneinsparung in der Fluidtechnik

Für lineare und rotatorische Bewegungen sind verschiedene Antriebstechnologien verfügbar, deren wirtschaftlicher Einsatz von Faktoren wie Investitions- und Betriebskosten abhängt. Vor dem Hintergrund der Herausforderungen des Klimawandels gewinnt die Energieeffizienz darüber hinaus aus ökologischer Perspektive an Bedeutung. Hydraulische und Pneumatische Aktoren, in der Gesamtheit als fluidtechnische Antriebe bezeichnet, sind weitverbreitet und setzen große Mengen Energie um. Anzahl und Nutzung hydraulischer und pneumatischer Antriebssysteme sowie ihr Energieumsatz in Deutschland sind bislang nicht bekannt. Die Studie analysiert Verbreitung und Nutzung fluidtechnischer Antriebe und liefert eine Einschätzung des deutschlandweiten Energiebedarfs für die drei Bereiche Drucklufttechnik, Mobilhydraulik und Stationärhydraulik. Mit der Entwicklung immer leistungsfähigerer mechanischer Aktoren stellt sich die Frage in welchen Applikationen und unter welchen Randbedingungen ein Ersatz von Hydraulik- und Pneumatikaktoren durch elektrisch-mechanische Aktoren technisch möglich und energetisch vorteilhaft sein könnte. Die Studie analysiert die Nutzung der Technologien nach Wirtschaftsbereichen aus Literatur- und Wirtschaftsdaten und nimmt eine Schätzung des Energiebedarfs für stationäre und mobile Hydraulikanwendungen sowie für die Drucklufttechnik und die pneumatische Antriebstechnik als Teilgebiet für den Bilanzraum Deutschland vor. Aufbauend darauf stellt die Technologiestudie Einsparpotentiale in den Bereichen Steuerungs- und Regelungstechnik, Technologieupdate und -substitution vor und analysiert darauf aufbauend energetisch wichtige Industrieanwendungen auf ihr Einsparpotential. Die Ergebnisse zeigen erhebliche Einsparpotentiale, für deren Umsetzung Maßnamenvorschläge entwickelt werden. Quelle: Forschungsbericht

Entwicklung und Erprobung einer neuartigen Aktuatorik und Regelung zur vollvariablen elektromechanischen Steuerung der Ventile von Fahrzeugottomotoren (IVC-System der 2. Generation)

Das Projekt "Entwicklung und Erprobung einer neuartigen Aktuatorik und Regelung zur vollvariablen elektromechanischen Steuerung der Ventile von Fahrzeugottomotoren (IVC-System der 2. Generation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LSP Innovative Automotive Systems GmbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Das IVC-System (IVC - Innovative Valve Control) erlaubt als vollvariable, elektromechanische Ventilsteuerung für Ottomotoren die Nutzung erheblicher, bisher ungenutzter Effizienzpotenziale des ottomotorischen Energiewandlungsprozesses und damit die Schonung der begrenzten fossilen Energieressourcen. Ziele des Projektes sind eine weitere Reduktion des systeminternen Energiebedarfs, die Realisierung des für die Motorsteuerung günstigen Ventilteilhubs sowie die Sicherstellung der Dauerfestigkeit der mechanischen Komponenten. Ergänzender Schwerpunkt der Arbeiten ist die Regelung des Systems mit einem kostengünstigen Sensor. Fazit: Bei der Aktuatorentwicklung stellte die Realisierung der mechanischen Fixierung die größte Herausforderung dar. Nachdem an einer ersten Baustufe die Funktion dargestellt werden konnte, war eine völlige Neukonstruktion erforderlich (Baustufe 2), um die erforderliche Festigkeit zu erreichen, mit der ein Motorbetrieb sicher gestellt werden konnte. Trotz der großen Entwicklungsschritte konnte in einem Zeitraum von 17 Monaten ein Twin-Aktuator entwickelt werden, in dem die mechanische Fixierung integriert werden konnte. Zudem wurde der Nachweis einer vom Kunden als Voraussetzung für die Motorerprobung geforderten mechanischen Dauerhaltbarkeit erbracht. Die vor Durchführung des Projektes erreichte Modellierungstiefe war nicht ausreichend, um einen robusten Regler zu implementieren. Der Schwerpunkt der Arbeiten war daher die Verfeinerung der Modellierung, insbesondere des Magnetsystems, um eine möglichst genaue Abbildung der Realität zu erreichen. Des Weiteren wurden verbesserte Regelungskonzepte entwickelt und implementiert, die als zielführend beurteilt werden konnten. Zudem wurde ein motortauglicher am Aktuator applizierbarer kostengünstiger Positionssensor entwickelt. Die im Projekt definierten Meilensteine wurden mit geringer zeitlicher Verzögerung fast vollständig erreicht.

Teilvorhaben: Erarbeitung eines Sockelsystems für Heißzündfähige HID Lampen unter Berücksichtigung der elektromechanischen Aspekte

Das Projekt "Teilvorhaben: Erarbeitung eines Sockelsystems für Heißzündfähige HID Lampen unter Berücksichtigung der elektromechanischen Aspekte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bender & Wirth GmbH & Co. durchgeführt. Es ist ein Sockelsystem unter Beachtung der elektrischen und mechanischen Parameter zu entwerfen. In praktischen Test ist nachzuweisen, dass die Anforderungen erfüllbar sind und ein operationaler Demonstrator ist zu erstellen. Die Möglichkeit zur Miniaturisierung der Komponenten stellen eine Besondere Herausforderung an das Sockelsystem dar. Die zu erwartende hohe Zündspannung, neuartige Zündimpuls-Typen und die hohen Temperaturen erfordern die industrielle Grundlagenforschung um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. In Zusammenarbeit mit Lampenherstellern werden die elektrischen und mechanischen Rahmenbedingungen festgelegt. Insbesondere Zündspannung, Impulstype, Strom, Gewicht, Stiftabstand etc. sind zu definieren. Der Entwurf eines Sockelsystems das sowohl die Anforderung als auch die relevanten Sicherheitsforderungen erfüllt ist zu erstellen und zu testen. Es muss ein finaler demonstrator erstellt werden. Das Sockelsystem muss dokumentiert werden und die Arbeitsergebnisse zur Vorbereitung der Standardisierung aufbereitet werden.

Teilvorhaben: Verbindungstechnik

Das Projekt "Teilvorhaben: Verbindungstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Division Device Connectors durchgeführt. Die elektromechanische Verbindungstechnik bildet neben den (leistungs-)elektronischen und den thermischen Elementen eines Wechselrichters eine der zentralen Funktionsbaugruppen eines Wechselrichters. Sie hat damit einen nennenswerten Anteil an der Effizienz des Gesamtsystems. Daher ist von hoher Bedeutung, bereits in der frühen Entwicklungsphase neuer Wechselrichterkonzepte die Verbindungstechnik für die einzelnen Komponenten zu berücksichtigen. Ziel von Phoenix Contact als Verbundpartner ist es, dem Projekt von Beginn an durch langjähriges und umfangreiches Produkt- und Prozess- Know-How auf dem Gebiet der elektromechanischen Verbindungstechnik und der Fertigung von spezifischen Komponenten wertvolle Impulse zu geben. Weiterhin sollen Einflussfaktoren wie Montagefreundlichkeit, Kosteneffizienz und die spezifische Auslegung der Verbindungselemente benannt und berücksichtigt werden, um zum Projektabschluss die optimale Verbindungstechnik für jede der im System notwendigen Nahtstellen gefunden zu haben. Aufbauend auf einem Blockschaltbild der internen Verdrahtung und externer Schnittstellen werden Konzepte entwickelt, die eine Integration in ein innovatives Gehäusekonzept ermöglichen. Hierzu werden unterschiedliche stoffschlüssige und lösbare Verbindungstechnologien miteinander verglichen und die favorisierten Lösungen auskonstruiert. Hierzu kommen Methoden wie FEM oder FMEA zum Einsatz. Eine Bewertung an Funktionsmustern bereitet die Evaluierung im Gesamt-Demonstrator vor.

Weiterentwicklung einer Aktuatorik und Regelung (RPA - Rotatorischer Permanentmagnet-Antrieb) für die vollvariable Ventilsteuerung - Folgeprojekt

Das Projekt "Weiterentwicklung einer Aktuatorik und Regelung (RPA - Rotatorischer Permanentmagnet-Antrieb) für die vollvariable Ventilsteuerung - Folgeprojekt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LSP Innovative Automotive Systems GmbH durchgeführt. Das RPA-System (RPA - Rotatorischer Permanentmagnet Antrieb) erlaubt als vollvariable, elektromechanische Ventilsteuerung für Otto- und Dieselmotoren die Nutzung erheblicher, bisher ungenutzter Effizienzpotenziale des verbrennungsmotorischen Energiewandlungsprozesses und damit die Schonung der begrenzten fossilen Energieressourcen. Ziele des Projektes sind eine weitere Reduktion des systeminternen Energiebedarfs sowie die Sicherstellung der Dauerfestigkeit aller mechanischen Komponenten. Ergänzender Schwerpunkt der Arbeiten ist die Regelung des Systems mit einem kostengünstigen Sensor. Die Entwicklungsgeschwindigkeit ist deutlich höher als zu Beginn des Projektes angenommen, so dass innerhalb der Projektlaufzeit Kleinserien von 3 Baustufen gefertigt wurden. Die jüngste Baustufe wird den hohen Erwartungen seitens der Automobilindustrie hinsichtlich mechanischer Stabilität, Leistungsbedarf und dynamischer Belastbarkeit vollauf gerecht. Dank des Förderungskapitals ist es gelungen, das System für Kleinserien soweit zu entwickeln, dass es als Tool für Thermodynamik-Untersuchungen vermarktet werden kann. Derzeit erstellt der Automobilzulieferer Valeo eine Akquise zur Vermarktung des Ventiltriebs. Ein Serieneinsatz ist ab 2015 denkbar.

FHprofUnt 2015: Herstellung und Eigenschaften von bleifreier Piezokeramik mit Nichtedelmetallelektroden durch Sinterung unter reduzierenden Bedingungen

Das Projekt "FHprofUnt 2015: Herstellung und Eigenschaften von bleifreier Piezokeramik mit Nichtedelmetallelektroden durch Sinterung unter reduzierenden Bedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Jena, Fachbereich SciTec, Präzision - Optik - Materialien - Umwelt durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens PIEZORED ist die Erarbeitung der Grundlagen der Herstellung von bleifreier Piezokeramik mit Nichtedelmetall-Elektroden durch Sinterung unter reduzierenden Bedingungen sowie die Untersuchung der Korrelationen zwischen Herstellungsbedingungen und elektromechanischen Eigenschaften. Damit sollen gleichzeitig die Grundlagen für das Cofiring (gemeinsames Sintern) von bleifreier Piezokeramik in Kontakt mit Elektroden aus preisgünstigen Nichtedelmetallen (Ni, Cu) und der Herstellung von Multilayer-Aktoren (MLA) auf Basis dieser Werkstoffkombinationen erarbeitet werden. Das Vorhaben soll einen signifikanten Beitrag zum Verständnis der Phasenbeziehungen, der Stöchiometrieabweichung und der Korrelationen zwischen Kristall-, Mikro- und Domänenstruktur und elektromechanischen und Ladungstransporteigenschaften von bleifreien piezokeramischen Werkstoffen leisten. Das beantragte Vorhaben umfasst Untersuchungen zum Sintern bleifreier piezokeramischer Werkstoffe des Systems KNN und BNBST unter reduziertem Sauerstoffpartialdruck und des Cofirings mit preiswerten, jedoch oxidationsempfindlichen Nichtedelmetallelektroden. Damit soll letztlich das Cofiring von MLAs mit Cu- bzw. Ni-Elektroden ermöglicht werden, die in der Elektrotechnik, Mikrosystemtechnik bzw. Automotive ein hohes Anwendungs- und Marktpotenzial aufweisen.

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