E-Drive Center: Elektrisierende Forschung

2019tt_04595 © Thomas Tjiang

Forschungsbereichsleiter Dr.-Ing. Alexander Kühl im Labor des E-Drive-Centers.

Nürnberger Wissenschaftler arbeiten an der elektrischen Antriebstechnik der Zukunft.

Elektrische Antriebe für die Industrie und Antriebstechnik für die Elektromobilität: Dies sind Forschungsschwerpunkte des Bayerischen Technologiezentrums für elektrische Antriebstechnik (E-Drive-Center), das seinen Sitz im Nürnberger Gewerbepark „Auf AEG“ hat. Im Jahr 2010 nahm die Einrichtung ihren Betrieb auf als Forschungsbereich des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (Faps) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Der Freistaat Bayern hatte die Errichtung des E-Drive-Centers im Zuge des Strukturprogramms Nürnberg-Fürth, das nach der Quelle-Insolvenz aufgelegt wurde, mit einer Anschubfinanzierung von neun Mio. Euro gefördert. Die IHK Nürnberg für Mittelfranken hat im Rahmen ihres „Zukunftsprogramms Mittelfranken 2025“ vom Juni 2018 dem Freistaat Bayern empfohlen, die Förderung des E-Drive-Centers fortzusetzen.

Die 17 Wissenschaftler sind gleichermaßen in der Grundlagenforschung und mit Industrieprojekten aktiv, um neue Forschungsergebnisse schnell in die industrielle Anwendung zu bringen. Nach Worten von Forschungsbereichsleiter Dr.-Ing. Alexander Kühl ist es dem E-Drive-Center gelungen, die gesamten Personalkosten über Drittmittel zu decken. Hierfür wurde eine Reihe von Förderprojekten des Bundeswirtschaftsministeriums gewonnen. Dazu zählt beispielsweise das im letzten Jahr gestartete Projekt „High-V: Entwicklung von Fertigungsprozessen für den elektrischen Hauptantriebsstrang (ca. 150 kW) mit E-Motor und Brennstoffzellen-Batterie-Hybrid“. Aufgezeigt werden soll, wie eine hoch flexible und hoch automatisierte Fertigung von leistungsfähigen elektrischen Antrieben gestaltet werden kann, die für den Einsatz in der zivilen Luftfahrt geeignet sind.

Spulen für Elektromotoren

Großes Know-how haben die Wissenschaftler bei der Analyse und Optimierung von industriellen Verfahren, um die Fertigung von Komponenten und Systemen für die elektrische Antriebstechnik zu verbessern. Dazu gehören zum Beispiel unterschiedliche Wickelverfahren, mit denen isolierter Kupferdraht zu einer Spule etwa für den Antrieb eines Elektromotors aufgewickelt wird. Um die Werkzeugkosten bzw. den großen Umrüstaufwand bei Kleinserien in der industriellen Fertigung zu senken, entwickelt das E-Drive-Center u. a. ein Robotersystem für das Aufwickeln. Im Labor „Auf AEG“ findet sich eine innovative Universalwickelmaschine, die verschiedene Wickelschemata ermöglicht und sich flexibel an wechselnde Geometrien anpassen lässt.

In der Automobilindustrie rücken halboffene Formspulen, sogenannte Hairpins, in den Fokus. Wegen deren wachsender Bedeutung tüftelt das E-Drive-Center beispielsweise an der Weiterentwicklung des Laserschweißens oder am innovativen Ultraschallschweißen zum Kontaktieren von Kupferlackdrähten. Beim Laserschweißen wird auch der Einsatz von Big Data erprobt – also die Erfassung und Verarbeitung einer Vielzahl von Daten inklusive akustischer Signale. Verfahren des maschinellen Lernens werden eingesetzt, um den Prozess des Laserschweißens kontinuierlich zu verbessern. Dieser Ansatz könnte auch auf die Wickelverfahren übertragen werden, um die Geschwindigkeit zu steigern, den Kupferverbrauch zu senken und gleichzeitig eine möglichst geringe Fehlerquote zu erreichen. Laut Kühl betritt das E-Drive-Center mit dem großen Big-Data-Forschungsthema für den Elektromaschinenbau „definitiv Neuland“.

In Nordbayern sieht Kühl eine große Zahl an Unternehmen, die im Elektromaschinenbau aktiv sind und mit denen das E-Drive-Center einen intensiven Austausch pflegt. Darunter sind auch zahlreiche kleine und mittlere Unternehmen. Kooperiert wird beispielsweise im Rahmen von Master-Arbeiten oder längerfristig bei Promotionen.

In internationalen Expertenkreisen hat sich das E-Drive-Center auch durch seine wissenschaftlichen Veranstaltungen einen Namen gemacht: Initiiert wurden das jährliche Seminar „Produktion elektrischer Antriebe“ und die internationale Fachkonferenz „Electric Drives Production Conference“ (E-DPC). Diese Konferenz mit begleitender Ausstellung, die Ende des Jahres bereits zum neuen Mal stattfinden wird, ist nach Worten Kühls weltweit einzigartig und schlage eine Brücke zwischen Wissenschaft und Praxis.

Zudem veranstalten die Forscher Tage der offenen Tür und nehmen an Veranstaltungen wie der „Langen Nacht der Wissenschaften“ oder dem Standort-Event „Offen Auf AEG“ teil, um nicht nur Wissenschaftler, sondern auch die interessierte Öffentlichkeit über ihre Arbeit zu informieren.

Autor: tt.

Neues von SKF: Rotor-Positionslager für Elektro- und Hybridfahrzeuge

Für die Automobilindustrie hält SKF unzäh-lige maßgeschneiderte Lösungen bereit. Dazu gehört seit Kurzem auch ein neues, kompaktes Rotor-Positionslager: Die jüngste Generation eignet sich für alle riemengetriebenen Starter-Generator-Anwendungen – sowohl im etablierten 12V-Bereich als auch in kommenden 48V-Bordnetzen.

Der riemengetriebene Starter-Generator (Belt-driven Starter Generator; BSG) hat sich bei der Auslegung von Antriebssträngen für Mild-Hybridfahrzeuge bewährt: Das Konzept stellt eine kostengünstige Lösung zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen dar. Zu diesem Zweck ermöglicht das Gerät u. a. Schnellstart und -stopp sowie regeneratives Bremsen (Rekuperation) und liefert beim Beschleunigen zusätzliche Power.

Um wirklich effizient arbeiten zu können, muss die elektronische Steuereinheit des BSG permanent und verzögerungsfrei die Rotorposition und / oder -geschwindigkeit erfassen. Das lässt sich mit Hilfe eines Rotor-Positionslagers (in Kombination mit einem direkt ins Steuergerät integrierten Sensor) äußerst zuverlässig und wirtschaftlich bewerkstelligen. Aus diesem Grund hat SKF in den letzten Jahren – in enger Zusammenarbeit mit einem der weltweit führenden BSG-Hersteller – ein Rotor-Positionslagerdesign entwickelt, das in der Branche als Benchmark betrachtet werden kann.

Inzwischen steigen sogar manche „Neulinge“ in die Produktion von BSGs ein, da der Markt für Hybrid- und Elektrofahrzeuge mit hoher Wahrscheinlichkeit wachsen wird. Um sich selbst auf die Anforderungen dieses erweiterten Herstellerkreises vorzubereiten, hat SKF nun ein „universelles“ Rotor-Positionslagerkonzept realisiert: Es ist axial kompakt, aber dennoch robust und lässt sich dadurch problemlos in aktuelle wie zukünftige BSG-Designs integrieren.

Die jüngste Generation der Rotor-Positionslager von SKF verfügt über ein Gehäuse (das sowohl das Lager selbst als auch den Magnetring beinhaltet), welches einem „normalen“ freistehenden Lager ähnelt. Deshalb lässt es sich ganz einfach auf die vorgesehene Lagerstelle der BSG-Welle aufpressen – direkt neben dem Steuergerät. Da der Magnetring auf dem Lageraußenring montiert ist, nehmen die axialen Abmessungen des BSG – trotz der Sensorintegration durch das Lager – nicht zu. Außerdem sind die neuen Rotor-Positionslager sowohl für aktuelle 12V- als auch für zukünftige 48V-Systeme geeignet.

In der Praxis werden die SKF Rotor-Positionslager jeweils als kundenspezifische Einheiten ausgeliefert, die ein abgedichtetes Lager und einen magnetischen Impulsring zur Messung der Rotorwinkelposition und / oder -geschwindigkeit integrieren. Sie können in einer Vielzahl von Antriebswellenanwendungen und elektrischen Maschinen zum Einsatz kommen. Dabei widerstehen sie schweren Störmagnetfeldern sowie starken Vibrationen und wirken nicht zuletzt elektrischem Rauschen entgegen. So liefern sie auch unter der Motorhaube, im Bereich riemengetriebener Starter-Generatoren und Fahrmotoren, hochwertige magnetische Impulse. Mehr unter…

Innovative Antriebsmaschinen für die Elektromobilität

Forschungsprojekt der TH Nürnberg gewährleistet störungsfreien Betrieb von Elektromotoren

  • Foto: Stefan Köhler (TH Nürnberg)

Gehört die Zukunft der Elektromobilität? Die zeitnahe Entwicklung von effizienten, sicheren und wirtschaftlich herstellbaren Technologien wird für den Markterfolg in der Automobilindustrie und bei den Kunden entscheidend sein. Das Team um Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner von der TH Nürnberg forscht an Schätzmethoden des Rotorzustands von fremderregten Synchronmaschinen, mit dem Ziel, den störungsfreien Betrieb von Elektromotoren sicherzustellen – ein wichtiger Beitrag für die Entwicklung innovativer und effizienter Antriebsmaschinen für Elektromotoren. Die Staedtler-Stiftung fördert das Projekt mit 40.000 Euro.

Die Forschung in der Elektromobilität startete in den letzten Jahren durch, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln immer neuere und effizientere Technologien für die ökologisch nachhaltigen Fahrzeuge. Mit der Energiewende wird die Nachfrage nach umweltfreundlichen Lösungen in allen Bereichen der Technik immer größer.

Ob die Zukunft auf dem Mobilitätsmarkt der Elektromobilität gehört, entscheidet sich an der Entwicklung effizienterer und zugleich sicherer Systeme.
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner von der Fakultät Elektrotechnik Feinwerktechnik Informationstechnik (efi) der TH Nürnberg forscht mit seinem Team an der Optimierung von Schätzungsmethoden des Rotorzustands für einen in der Elektromobilität sehr interessanten Motortypen, der fremderregten Synchronmaschine. Das Hauptziel des Projekts ist es, den störungsfreien Betrieb von Elektromotoren sicherzustellen – ein wichtiger Erfolgsfaktor für die Weiterentwicklung der Elektromobilität. In seinem Projekt „Rotorzustandsschätzung für fremderregte Synchronmaschinen“ entwickelt Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner mit seinem Team dazu neue technologische Ansätze.
In der Elektromobilität werden derzeit vor allem permanenterregte Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen eingesetzt. Beide Antriebskonzepte weisen Vor- und Nachteile auf: Die permanenterregten Synchronmaschinen haben eine hohe Leistungsdichte und einen günstigen Wirkungsgrad. Sie benötigen jedoch aufwendige Elektronik, um Ausfälle zu verhindern, und Seltene-Erde-Magnete, die sehr teuer und endlich in ihrer Verfügbarkeit sind.

Die Asynchronmaschinen sind sehr robust, sicher im Betrieb und enthalten keine Seltenen Erden. Allerdings weisen ihr Wirkungsgrad und ihre Leistungsdichte ein ungünstigeres Profil auf als die permanenterregten Synchronmaschinen.
„Ich arbeite seit einigen Jahren am optimierten Betrieb von fremderregten Synchronmaschinen, um so den Weg für eine innovative und zukunftsorientierte Elektromobilität zu öffnen“, so Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner. Fremderregte Synchronmaschinen kommen ohne Seltene-Erden-Magnete aus, mit einem hohen Wirkungsgrad verbinden sie die Vorteile der bereits bekannten Antriebskonzepte.
Bei fremderregten Synchronmaschinen erfolgt die Energieübertragung üblicherweise mittels eines Schleifringsystems auf den Rotor, wodurch es zu mechanischem Verschleiß und durch den entstehenden Abrieb im Luftspalt zu Hochvolt-Isolationsproblemen kommen kann. Der Schleifring ist deshalb einer der größten Nachteile dieses interessanten Motortyps. In dem im Jahr 2016 erfolgreich abgeschlossenen Forschungs-Verbundprojekt FORELMO, an dem die TH Nürnberg beteiligt war, wurde bereits ein kontaktloses Energieübertragungssystem entwickelt, das diese Nachteile der fremderregten Synchronmaschinen erfolgreich beseitigt. Durch das kontaktlose System können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Rotorstrom allerdings nicht direkt messen. „Wir nutzen mathematische Modelle und Berechnungsverfahren, um den Rotorstrom und den Rotorwiderstand aus anderen Messgrößen zu schätzen“, fasst Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner den neuen technologischen Ansatz zusammen.

Die Kenntnis über den Rotorwiderstand gibt Aufschluss über die Wärmeentwicklung im Rotor und dient damit als Kenngröße für den Überhitzungsschutz. Mit einer noch präziseren Aussage über den Rotorwiderstand lässt sich die fremderregte Synchronmaschine effektiver nutzen, bei einem längeren Betrieb mit höherer Leistungsfähigkeit ohne Überhitzung.
„Die Verbesserungen der Schätzmethode sind ein weiterer Fortschritt, der die Attraktivität der fremderregten Synchronmaschinen für die Automobilbranche erhöht. Dies kann dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie zu steigern“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner.

Die Optimierung der Rotorzustandsschätzung ist ein neuer Forschungsansatz im hoch kompetitiven Forschungsfeld der Elektromobilität. Die Entwicklung innovativer und effizienter Antriebsmaschinen für Elektromotoren spielt eine große Rolle bei der Energiewende und im Klimaschutz. Das Projekt der TH Nürnberg leistet dafür einen wichtigen Beitrag und wird von der Staedtler-Stiftung mit 40.000 Euro gefördert.

Quelle.

FuE-Projekt: Hocheffiziente und skalierbare Elektronikbausteine für Antrie-be von Elektrofahrzeugen

Motivation
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu innovativen Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Die benötigte hochkomplexe Leistungselektronik muss derzeit für Fahrzeuge unterschiedlicher Leistungsklassen jeweils neu entwickelt werden. Ein skalierbares, breiter einsetzbares Baukastensystem, das zugleich auf neuen Halbleiterbauelementen gesteigerter Leistung aufbaut, kann erhebliche Vorteile für eine leistungsgesteigerte und kosteneffiziente Elektromobilität erschließen.

 

Ziele und Vorgehen
Im Projekt HoskA sollen neue Komponenten für skalierbare Umrichterbausteine für den Einsatz in Antrieben von Elektrofahrzeugen entwickelt werden. Diese erlauben es, höchste Wirkungsgrade sowie eine Leistungssteigerung deutlich über dem heutigen Stand der Technik zu erreichen. Realisiert wird dies durch den Einsatz von schnellschaltenden Halbleitern sowie neuartiger niederinduktiver Chip-Kontaktierungs-Technologie auf Folien-Basis und hochfrequenter Kondensatoren. So wird es möglich, höhere Fahrzeug-Bordnetzspannungen und damit eine Reduktion der Ströme und der Wärmeverluste zu realisieren. Die Kombination der Entwicklungen wird zu einer weiteren Effizienzsteigerung im Antrieb beitragen.

 

Innovationen und Perspektiven
Durch die Flexibilität des Baukastens kann die benötigte Elektronik schnell und kostengünstig an neue Anwendungen angepasst werden. Der entwickelte leistungsgesteigerte Umrichter kann sowohl in Elektrofahrzeugen als auch darüber hinaus in Anwendungen wie z. B. einem luftgelagerten Brennstoffzellen-Kompressor mit integrierter Leis-tungselektronik zum Einsatz kommen.

Source: www.elektronikforschung.de

Aus der Metropolregion Nürnberg sind das Fraunhofer IISB und die Firma SEMIKRON beteiligt.

Gemeinschaftsunternehmen von Valeo und Siemens nimmt Betrieb auf

  • Gründung des Gemeinschaftsunternehmens von Valeo und Siemens für Hochspannungsantriebe bekannt gegeben
  • Joint-Venture heißt Valeo Siemens eAutomotive
  • Leitungsteam bekannt gegeben
  • Valeo Siemens eAutomotive wird starker Anbieter im schnell wachsenden Markt der Elektromobilität/Elektrifizierung von Fahrzeugen

Das Joint-Venture zwischen Valeo und Siemens nimmt ab sofort seinen Betrieb auf. Der Name des neuen Unternehmens ist Valeo Siemens eAutomotive GmbH, und die Leitung übernehmen Louis Pourdieu (CEO) und Peter Geilen (CFO). „Ich bin hocherfreut über die Gründung dieses Gemeinschaftsunternehmens, mit dem wir allen Fahrzeugherstellern Lösungen anbieten können, unabhängig von ihren jeweiligen Anforderungen an Elektroantriebe“, sagt Jacques Aschenbroich, Vorstandsvorsitzender Valeo.

 

Klaus Helmrich, Vorstandsmitglied der Siemens AG: „Nur sieben Monate nach Unterzeichnung der Vereinbarung können wir heute das Closing unserer Transaktion und die Aufnahme des Betriebs des Gemeinschaftsunternehmens bekannt geben. Das neue Unternehmen wird ein weltweit führender Anbieter auf dem wachsenden Elektromobilitätsmarkt sein.“

 

Im April 2016 unterzeichneten Valeo und Siemens eine Vereinbarung zur Gründung eines Gemeinschaftsunternehmens für Hochspannungsantriebe für Straßenfahrzeuge. Gemäß dieser Vereinbarung halten Siemens und Valeo je 50 Prozent der Anteile an dem Gemeinschaftsunternehmen und üben beide gemeinsam die Kontrolle aus. Mit diesem Schritt schaffen Valeo und Siemens einen weltweit führenden Anbieter innovativer und kostengünstiger Hochspannungskomponenten und -systeme für das gesamte Spektrum elektrisch betriebener Straßenfahrzeuge, einschließlich Fahrzeugen mit Hybridantrieb, Plug-in-Hybrid und mit reinem Elektroantrieb. Das Portfolio umfasst Elektromotoren, Bordladegeräte, Wandler und DC/DC-Wandler. Valeo bringt in das Joint-Venture seine Leistungselektronik und Ladelösungen im Hochspannungsbereich mit ein und Siemens seine Geschäftseinheit eCar Powertrain Systems mit den Elektromotoren und der Leistungselektronik.

 

Auf der Grundlage der sich ergänzenden Angebote und der Erweiterung der Portfolien nutzt das Gemeinschaftsunternehmen deutliche Synergieeffekte in Produktion und Einkauf und schafft so eine Basis für nachhaltiges Wachstum und Profitabilität. Der Markt für Elektrofahrzeugkomponenten soll bis 2020 mit einer Jahreswachstumsrate von über 20 Prozent wachsen.

Über das Gemeinschaftsunternehmen:

  • Valeo Siemens eAutomotive hat seinen Hauptsitz in Erlangen, Deutschland.
  • Das Gemeinschaftsunternehmen unterhält F&E-Zentren in Frankreich (Cergy-Pontoise), Deutschland (Erlangen, Bad Neustadt), Norwegen (Drammen) und China (Shanghai) sowie Standorte in Deutschland (Erlangen, Bad Neustadt), Ungarn (Veszprem), Polen (Czechowice) und China (Changzhou, Shenzen und Tianjin).
  • Insgesamt beschäftigt das Unternehmen rund 1.000 Mitarbeitende.

Source: www.siemens.com

Baumüller: Saubere Lösungen für Schiffe

Auf der weltweit größten internationalen Messe der maritimen Industrie SMM wird der Nürnberger Spezialist für elektrische Antriebs- und Automatisierungssysteme Baumüller vom 06. bis zum 09. September 2016 mit einem eigenen Messestand vertreten sein.

 

Mit seinem Angebot für hybride und vollelektrische Schiffsantriebe ist Baumüller in der neuen Halle A5, an Stand 109 bestens aufgehoben. Um dem Trendthema Green Propulsion gerecht werden zu können, wurde die Halle dieses Jahr speziell für alternative und umweltfreundliche Antriebstechnik eingerichtet.

Mit seinem breiten Angebot an elektrischer Antriebstechnik vom Motor über den Umrichter bis hin zur Steuerung bietet Baumüller interessante Alternativen zu herkömmlichen Schiffsantrieben. Das Leistungsspektrum deckt dabei Binnenschiffe, Yachten, Schlepper, Offshore-Vessels, u.Ä. ab. Baumüller bringt Erfahrungen mit Antriebssystemen für den Schiffsbau und die gesamte mobile Antriebstechnik mit und ist sowohl interessanter Partner für Werften, Systemintegratoren und Schiffseigner als auch selbst Lieferant von Komplettsystemen. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf dem weltweiten Servicenetz der Baumüller Gruppe.

 

Seine High-Torque-Motoren DST2 hat Baumüller speziell mit Wing-Mounts im Programm, die die Integration in die Schiffskonstruktion deutlich erleichtern. Außerdem wurde den drehmomentstarken Motoren vom Lloyd’s Register bestätigt, dass sie den spezifischen Anforderungen der Schifffahrt entsprechen. Mit dynamischen Pumpenlösungen für das Manövrieren ermöglicht Baumüller zudem innovative Jet-Thruster-Systeme. Neben Antrieben bietet die Baumüller Gruppe Projektierungs-Know-how, Steuerungen, Servicekonzepte, etc. und ist damit langfristiger Partner über den gesamten Lebenszyklus von Schiffsantrieben.

Source: www.baumueller.de

Brose pushes electrification beyond the powertrain

COBURG, Germany — The auto industry’s push toward electrification is driving changes that increasingly go beyond the powertrain and are transforming other parts of the modern vehicle.

For instance, someday soon cars may have rear doors that can open and close with the touch of a button, much the way liftgates do now.

Source: www.autonews.com

7. Sitzung des IHK-Innovations- und AnwenderClubs eMobilität „Komponenten | Systeme | Fahrzeugintegration“ bei der Schaeffler AG in Herzogenaurach

Das Automobil der Zukunft wird künftig über immer mehr elektronische Komponenten und Systeme verfügen, die in das Fahrzeug integriert werden müssen. Das gilt für alle Arten von Fahrzeugen, egal ob mit Verbrennungsmotor, Hybrid oder reinem Elektroantrieb.

Die Schaeffler AG stellt ein Paradebeispiel für die Weiterentwicklung der eigenen Kompetenzen hin zu immer komplexeren Produkten dar. Der Entwicklungspfad verläuft bereits seit Jahren von der reinen Mechanik im Antriebsstrang hin zu mechatronischen Systemen. Durch die stetig steigenden Anforderungen an die Abgasreduzierung der Neufahrzeuge steigt generell die Komplexität der Bauteile durch die immer stärkere Elektrifizierung der Antriebstechnik.

Source: www.ihk-nuernberg.de

Baukastensystem für Elektroantriebe in Arbeit

Das Forschungsprojekt HV-ModAL soll Elektroantriebe leistungsstärker machen. Zehn Partner aus der Automobilindustrie und Forschung begleiten das Projekt über drei Jahre.

Source: www.automobil-industrie.vogel.de

Projektpartner aus der Metropolregion Nürnberg ist das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen.