Aktuelle Forschungsthemen auf dem Campusgelände

Quelle: www.dlr.de Video: externer link (dlr)

DLR-Gründerduo : Live-Tests auf dem Innovationscampus an Windkraftanlagen
Ziel: Reparaturkonzept für Hightech-Kunststoffe 

DLR-Ausgründer Markus Kaden und Marvin Schneider (msquare) entwickeln neuartige Technologien, welche Schäden in Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen schnell und präzise beheben können. Die ersten Live-Tests erfolgten an Rotorblättern von Windkraftanlagen:

Windkraftanlagen trotzen Wind und Wetter. So gewaltig die riesigen Rotorblätter auch wirken: sie sind nicht gefeit vor Beschädigungen, insbesondere durch Hagel und Blitzschlag. Reparaturen sind schwierig, aufwändig und vor allem kostenintensiv. Die beiden Ingenieure sind angetreten, hier praxistaugliche und effiziente Optimierungslösungen zu entwickeln.
Marvin Schneider: „Auf dem Innovationscampus sind wir in der Lage das von uns entwickelte mobile Reparaturequipment an Realobjekten und -strukturen auszutesten.“ Markus Kaden ergänzt: „Die Ergebnisse dieser Tests haben uns gezeigt, dass wir homogener werden können, damit effizienter und mit hoher Qualität  reparieren können.“
Die Idee dahinter: mittels flexibler Heizmatte und mobilem Reparaturkoffer können Reparaturstück und zu reparierende Strukturen unter Druck und Temperatur optimal verbunden werden. Wenige Komponenten ermöglichen schnelle und präzise Reparaturen bei Temperaturen von bis zu 400° C. Und dies bei Strukturen mit gekrümmten Oberflächen, wie sie bei Rotorblättern und auch bei Flugzeugen mit Faserverbundbauteilen gegeben sind. Das Marktpotenzial für effiziente Reparaturlösungen ist enorm: überall dort, wo Materialien mit geringem Gewicht und gleichzeitig hoher Festigkeit verlangt werden, kommen Hochleistungskunststoffe zum Einsatz: Flugzeuge, Autos, Schiffe wie auch Rotoren von Windkraftanlagen – und selbst die strapazierfähigsten Strukturen bedürfen der Reparatur. Auf die beiden Forscher warten aus diesem Grunde viele Branchen.

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Tests auf dem Gelände:

Das GreenTeam Uni Stuttgart e.V. ist ein gemeinnütziger, studentischer Verein. Seit 2009 konzipieren, konstruieren, fertigen  die Mitglieder vollelektrische Rennwagen um beim internationalen Wettbewerb Formula Student gegen andere Teams aus der ganzen Welt anzutreten. Dabei tritt das GreenTeam bei bis zu 4 Events pro Jahr an. In 2018 wurden die Wettbewerbe in Zalaegerszeg – Ungarn (FS East), Spielberg – Österreich (FS Austria), Hockenheim (FS Germany) und Barcelona – Spanien (FS Spain) bestritten, dabei konnte der letzte Wettbewerb in Barcelona sogar gewonnen werden.

Seit Jahren ist das Erstfahrzeugs des Teams, der E0711-1 in einem der Bunker des Campus untergebracht.

Die Entwicklungsschritte bestehen darin, dass eigene Elektromotoren für das Fahrzeug entwickelt und gefahren werden. Diese sollen effizienter und leistungsfähiger sein als etwaige Kauflösungen. Andere technische Highlights sind unter anderem ein ölgekühlter Akkumulator, welcher als einziges Formula Student Electric Team vom Green Team  gefahren wird.

Moke auf Pariser-Automobilausstellung

Fun pur

Dem Prinzip der Dualität entsprechend, findet Forschung an der DHBW Stuttgart anwendungs- und transferorientiert vor allem in Kooperation mit den dualen Partnern statt. Die kooperative Forschung trägt auf diese Weise zur Wissensbildung und zur Verbesserung der Lehre bei und bietet gleichzeitig einen anwendungsorientierten Mehrwert für die Partner.

Forschungsprojekt: Innovatives Elektrofahrzeug

Während die Amerikaner ihre geheimen Projekte in den Skunk Works auf der Area 51 vor der Öffentlichkeit verstecken, feiert die neueste Entwicklung aus dem Bunker 4b des Innovationscampus ihre Weltpremiere. Der MOKE Vision Electric Drive ist ein elektrisch angetriebenes Freizeitfahrzeug, welches die Idee des legendären englischen Mini Moke ins Jahr 2018 transportiert. Leise und emissionsfrei, aber nicht wie moderne Elektrofahrzeuge emotionslos.

Prof.Dipl.-Ing. Wolf BurgerUnter der Projektleitung der DHBW am Campus Horb, Prof. Dipl.-Ing. Wolf Burger,  hat ein internationales Team dieses Fahrzeug aufgebaut. Bei der Entwicklung wurden im Bereich des Antriebs eigene Wege beschritten: Antriebsmotoren mit hohem Drehmoment basierend auf der elektromagnetischen Topologie der Firma Elaphe, sitzen direkt in den Hinterrädern. Hierdurch entfallen Getriebe und Antriebswellen; das  Fahrzeug kann auf diese Weise einfachst für weitere Anwendungszwecke umgebaut werden.

Die Kooperation zwischen der DHBW und dem Innovationscampus ist eine Erfolgsgeschichte. So hat „Swincar“, ein extrem geländegängiges Elektrofahrzeug  letzten Monat  durch Studenten des Campus Horb die Straßenzulassung erlangt. Im Bereich der Antriebsentwicklung für Verbrennungsmotoren hat sowohl die Mikrowellenzündung als auch ein Verbrennungsmotor mit elektromagnetischem Ventiltrieb den Funktionsbeweis auf dem Innovationscampus erbracht.

Wir haben hier auf dem Innovationscampus die Forschungsmöglichkeiten einer Universität, aber die Freiheit unabhängig von Industrieaufträgen unsere Visionen zu verfolgen und erfolgreich umzusetzen. Diese Rahmenbedingungen sind einmalig“ so Prof. Wolf Burger vom Campus Horb. Der Bunker 4b ist also noch für viele Überraschungen gut

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Foto:Wikimedia Commons

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DHBW Forschungsprojekte: Hilfe (zur Selbsthilfe) für Entwicklungsländer:
Kocher und Klein-Windkraftanlagen steigern Lebensqualität und schaffen Arbeitsplätze

Ländliche Bereiche Afrikas sind nach wie vor geprägt durch Armut, hohe Arbeitslosigkeit und unzureichender Infrastruktur mit geringer     Energieversorgung. Zwei Forschungsprojekte der Dualen Hochschule Stuttgart/Campus Horb entwickeln derzeit praxistaugliche und leicht adaptierbare Hilfsprodukte exemplarisch für  den westafrikanischen Binnenstaat Burkina Faso („Land des aufrichtigen Menschen“), südlich des Nigerbogens gelegen, an Mali, Niger, Benin, Togo, Ghana sowie an die Elfenbeinküste angrenzend. Das Land zählt zu den ärmsten und am wenigsten entwickelten Staaten der Erde. Von den rund 14 Millionen Einwohnern leben knapp 11 Millionen auf kargem Land und müssen mehrheitlich mit weniger als einem US-Dollar am Tag auskommen.


Forschungsprojekt: Holzvergaserkocher

Stellt man sich in unseren Landen die Frage, ob Induktions-, Gas- oder Cerankochfeld, bereiten Burkiner i.d.Hpts. ihre Mahlzeiten auf „Drei-Stein-Feuer“ oder auch einfachen Lagerfeuern zu. Untersuchungen verzeichnen schwere Lungenkrankheiten aufgrund schädlicher Abgasstoffe,  insbesondere bei Frauen höheren Alters. 90 % Schadstoffreduzierung ist das Ziel des Forschungsteams. Eine effiziente Holzvergasertechnologie wird Ressourcen schonen: Bei gleicher Menge zu erhitzendem Wasser werden rund 70 % weniger Brennstoff (i.d.R. Holz) gegenüber  heutiger Kochmethode verwendet werden. Darüber hinaus werden Impulse für die Wirtschaft geliefert. Ein einfach zu produzierender Kocher kann Industrie und Handel ankurbeln und so auch Arbeitsplätze schaffen. Die Hitze des Kochers könnte darüber hinaus zur Stromerzeugung nutzbar sein, um beispielsweise Kleinverbraucher wie Mobiltelefone, über die viele Afrikaner aufgrund fehlender Festnetzanbindung bereits verfügen, zu laden.

kocher1Das dreiköpfige Team1 entwickelt derzeit (2018/2019) nach einer umfassenden Recherche des Standes der Technik bestehender Holzvergaserkocher ein Eigenprodukt für Ressourcen, welche vor Ort leicht beschafft werden können. Einfachste Fertigungsprozesse und Open-Sources (kostenlose Fertigungszeichnungen und Anleitungen) ermöglichen Burkinern  den Kocher ohne allzu großen Aufwand zu bauen und zu vertreiben. Zusätzlich zum konstruktiven Teil werden  exemplarische Businesspläne für Start-up-Werkstätten bzw. Firmen vor Ort angefertigt, welche Vertrieb und  Vermarktung des Produktes näher erläutern und einen Umsetzungsplan sowie  Marketingideen liefert.

Wie geht es mit dem Projekt in 2019 weiter? – Der nächste Schritt ist die Entwicklung eines Thermogenerators zur Stromerzeugung mit Hilfe der Hitze des Kochers. Dies soll als zusätzliches Modul zum Basismodell des Kochers erhältlich sein. Weiterhin wird der jetzige Prototyp optimiert. Danach werden Vertreter der DHBW für die Verbreitung in Burkina Faso sorgen.

Forschungsprojekt: Klein-Windkraftanlage

Der Versorgungsgrad mit Strom ist in ganz Burkina Faso extrem niedrig. Derzeit dient Solarenergie der punktuellen Stromversorgung von Krankenhäusern oder Schulen vor allem in ländlichen Gebieten. Häuser und Hütten der Landbevölkerung sind nahezu von der Stromversorgung abgeschnitten.  Die Verlegung  von Telefonleitungen war bisher kaum finanzierbar. Aus diesem Grunde blüht trotz Armut im Land die Mobiltelefonie – Hauptproblem ist hier jedoch, die Geräte aufzuladen, was in den meisten Haushalten nicht möglich ist. Hier können  angepasste  Klein-Windkraftanlagen helfen.

windkraftanlageDrei Studenten2 der DHBW widmen sich diesem Thema, fertigen Prototypen, welche wie der Kocher des Kollegenteams  an die Fertigungs- und Materialbeschaffungsmöglichkeiten des Entwicklungslandes angepasst sind und über ein einfaches Fundament, jedoch ohne Gefahr der Verluststabilität verfügt. Stahlplatten, Stahlrohre, Seilverankerung aus 4 Winkeln, Repeller und Generatoren:  einfachste Komponenten, die von der Bevölkerung  mit Hilfe entsprechender Anleitungen zu Klein-Windanlagen zusammengebaut werden können. Brunnen können betrieben, Beleuchtungen installiert und Akkus von Kleinverbrauchern wie Mobiltelefonen geladen werden.  Auch in diesem Projekt werden Business- und Umsetzungspläne für die Gründung von Start-ups und so für die Schaffung von Arbeitsplätzen sorgen und damit einen wertvollen Beitrag für weiteren Aufbau der Wirtschaft leisten.

Statement der Projektteams

„Unsere Projekte sind aufgrund ihrer Internationalität und auch unter dem Aspekt ‚Gutes Tun‘  interessant und spannend, bieten des Weiteren auf der technischen Seite viel. Der Innovationscampus ist für uns idealer Treffpunkt für Begegnungen mit Entwicklern. Die Atmosphäre auf Gelände und in den Bunkern ist einzigartig, regen die Kreativität an. Entwicklungsübergreifend werden interdisziplinär Tipps zum fertigungsgerechten Gestalten ausgetauscht.“

Danksagung an die Kooperationspartner für tatkräftige Unterstützung in diesen Projekten: 

  • DHBW, Campus Horb, Prof. Dipl.-Ing. Wolf Burger
  • E²U Empfinger Entwicklungszentrum für Umwelttechnologie
  • Galvaswiss GmbH, Oberndorf  N.
  • JFE REBARO Fernwärmetechnik GmbH, Eutingen im Gäu
  • LES, Lenz Entwicklung und Sonderbau GmbH, Innovationscampus
  • MEMMINGER-IRO GMBH, Dornstetten
  • SCHMID GmbH, Freudenstadt
  • Steinbeis Institut, Stuttgart

1  Team „Kocher“: Franziska Huhnen, Wirtschaftsingenieurwesen (Businessplan);  Alex Marchel und Marius Küsel, Maschinenbau Fachrichtung Konstruktion und Entwicklung, (CAD-Konstruktion, Bau des Prototyps)

2  Team „Windkraft“:  Lukas  Nesch und Nico  Baur,  Maschinenbauingenieurstudenten; Maximilian  Merkle,  Wirtschaftsingenieurstudent

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Forschungsprojekt Mikrowellenraumzündung

Die MWI Micro Wave Ignition AG entwickelt Mikrowellenzündtechnologien für Verbrennungsmotoren zur nachhaltigen Bewältigung von Umweltproblemen. Die  bis  heute entwickelte, weltweit patentierte und für Serienmotoren einsetzbare Technologie reduziert signifikant Treibstoffverbrauch und Schadstoffemissionen im zweistelligen Prozentbereich.

Hierbei richtet sich die Technik  nicht gegen die Elektromobilität, sondern ergänzt diese: Motoren werden in heutigen und künftigen Elektrofahrzeugen als „Range Extender“ zur  Erhöhung der Reichweite Verwendung finden. Tanker, Kreuzfahrtschiffe, Flugzeuge, schwere Lastfahrzeuge: der Einsatz von Verbrennungsmotoren wird hier auf Jahrzehnte hinaus notwendig sein. MWI liefert hierfür umweltbewusste Technologien.

Die Technologie stellt ein mikrowellenbasiertes Raumzündverfahren dar, welches in allen Verbrennungskraftmaschinen, die mit flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff versorgt werden, verwendbar ist. Diesel-, Kerosin-, Alkohol-, Benzintreibstoffe sowie regenerative Kraftstoffe wie E-Fuel und Blue Diesel kommen in Frage.

Die Vorteile der MWI-Technologie:

  • drastische Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs
    (theoretisch bis zu 30% erreichbar) bei gleich bleibender Motorleistung. Derzeit werden bei ersten Versuchsreihen, an unterschiedlichsten Betriebspunkten, eine Reduzierung von 13-20% gemessen, wobei das Optimierungspotential noch nicht ausgeschöpft ist.
  • hoher Rückgang der Schadstoffemission
    Senkung schädlicher Emissionen im signifikant zweistelligen Prozentbereich durch sicheren Motorbetrieb in optimierten Kennfeldbereichen (z.B. NOX, CO, CO2, HC und PM). Es liegen aktuell (2018) noch keine verifizierte Messergebnisse zu den Schadstoffen vor, jedoch ist bei einer Kraftstoffreduzierung von beispielsweise 15% auch von einer CO2-Reduktion von 15% auszugehen. Genauso ist von einer Reduktion von CO auszugehen, da bei der  Kraftstoffreduzierung abgemagert wird und folglich bei der Verbrennung eine höhere Sauerstoffkonzentration vorliegt. Die Verbrennungstemperaturen sind zwischen 60 K und 120 K vergleichsweise kälter als bei der Funkenzündung. Mit der Reduzierung der Verbrennungstemperatur ist weiterhin von einer Reduzierung des thermischen NOx auszugehen.
  • Einhaltung von EU-Vorgaben
    Mit der Technik des MWI-Raumzündverfahrens können heute innermotorisch neueste EU-Vorgaben in puncto Verbrauch und Schadstoffreduktion erfüllt werden.