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Forschungsbericht 2012

Wissenschaft Wissenschaft & Wirtschaft& Wirtschaft

Forschungsbericht 2012

Wirtschaftsförderung Ingolstadt

Wir unterstützen Forschung & Wissenschaft

IFG IngolstadtEin Unternehmen der Stadt IngolstadtWirtschafts- und BeschäftigungsförderungTel. 0841 305-3021, Fax 0841 305-3019, www

Ein Unternehmen der Stadt Ingolstadt

Wirtschafts- und Beschäftigungsförderung

Tel. 0841 305-3021, Fax 0841 305-3019

www.ingolstadt.de/ifg, [email protected]

innovativer Hochschulstandort

mit steigenden Studentenzahlen

Foto: AUDI AG

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Editorial

die angewandte Forschung gewinnt für die Hochschu-len für angewandte Wissenschaften zunehmend an Bedeutung. Über angewandte Forschung wird Wissen in die Unternehmen – Großindustrie wie Mittelstand – hineingetragen. Die internationale Wettbewerbsfähig-keit wird durch diese öffentlich geförderten, aber vor allem durch privatwirtschaftlich fi nanzierte Projekte gestärkt. Unser Ziel als technisch ausgerichtete Hoch-schule ist es, diese Forschungskompetenz neben der Lehre weiterzuentwickeln und als tragende Säule in der Hochschulorganisation auszubauen. Mit dem In-stitut für Angewandte Forschung (IAF) verfügen wir über eine Plattform, auf der unsere forschenden Pro-fessorinnen und Professoren mit ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf der Grundlage einer modernen Laborinfrastruktur ihre Forschungsprojekte durchfüh-ren können.

In sieben technischen und zwei wirtschaftswissen-schaftlichen Kompetenzfeldern bündeln wir derzeit unsere Forschungsaktivitäten. Ohne die Breite und In-terdisziplinarität in der Forschung zu verlieren, haben sich die mobilitätsorientierten Technologien zu unserer Kernkompetenz entwickelt. Hier wollen wir in enger Zusammenarbeit mit der Lehre und allen Forschungs-feldern der Hochschule verstärkt nationale wie interna-tionale Sichtbarkeit erzeugen: Interdisziplinäre Projekte beispielsweise im Bereich der Elektromobilität, der er-neuerbaren Energien oder der Fahrzeugsicherheit tra-gen dazu bei.

Unsere Forschungskompetenz belegen die zahlreich durchgeführten Projekte, über die der Forschungs-bericht bereits in der 5. Aufl age berichtet. Aber auch der Bayerische Innovationspreis der Jahre 2002 und 2008, die Empfehlung des Wissenschaftsrats für den

ersten Forschungsbau an einer Hochschule für ange-wandte Wissenschaften oder die hohe Zahl von über 300 Patenten, an denen unsere Professorinnen und Professoren beteiligt sind, bestärken uns, auf dem Ge-biet der angewandten Forschung mit hohem Einsatz weiterzuarbeiten. Dazu haben wir mit der Einrichtung von Forschungsprofessuren sowie der sukzessiven Etablierung eines akademischen Mittelbaus konkrete Maßnahmen eingeleitet, die das Forschungsumfeld für die Professorinnen und Professoren immer weiter verbessert. Auch werden wir den Bereich der Förde-rung unseres wissenschaftlichen Nachwuchses, v. a. hinsichtlich kooperativer Promotionen sowie der struk-turierten Graduiertenförderung, weiter stärken, um am Ende durch ein Bündel von Maßnahmen einen ent-scheidenden Mehrwert für alle beteiligten Industriepart-ner, Hochschulangehörige, die Region 10 sowie für die Gesellschaft zu schaffen.

Die innerhalb dieses Forschungsberichtes präsentierten Ergebnisse sind der Verdienst vieler Beteiligter. Unser besonderer Dank gilt dabei neben unseren Unterneh-menspartnern den Fakultäten mit ihren forschenden Professorinnen und Professoren, den wissenschaft-lichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie den Ser-viceeinheiten der Hochschule, ohne deren Kooperati-on, Engagement und Kreativität diese Leistungen nicht möglich gewesen wären.

Prof. Dr. Walter Schober Prof. Dr. Thomas BrandmeierPräsident Vizepräsident Forschung

Prof. Dr. Walter Schober Prof. Dr. Thomas Brandmeier

Grußworte

Der nationale wie internationale Wettbewerb im Hoch-schulsystem wächst. Dies schafft die Notwendigkeit einer stärkeren Vernetzung in der Wissenschaftsland-schaft. Die Zusammenarbeit zwischen Universitäten und Hochschulen für angewandte Wissenschaften (HAWs) bietet hier großes Potenzial, das es auszu-schöpfen gilt. Beide Institutionen können durch die Ver-zahnung von universitärer Grundlagenforschung mit der anwendungsbezogenen Forschung an den HAWs stark profi tieren.

Die Technische Universität München (TUM) hat dieses Potenzial erkannt und kooperiert im Rahmen der Exzel-lenzinitiative in einem ersten Schritt mit fünf forschungs-starken Hochschulen in Bayern. Die Hochschule Ingol-stadt ist eine von ihnen. Vorrangiges Ziel des Programmes „TUM Applied Technology Forum“ ist die Förderung kooperativer Promotionen. Ich bin überzeugt, dass mit diesen Tandem-Gruppen (Universität/HAW) Forschungs-ergebnisse erzielt werden können, die eine einzelne In-stitution alleine nicht erbringen kann. Hierdurch können Innovationsprozesse beschleunigt werden, die den Wirt-schafts- und Wissenschaftsstandort Bayern als Ganzes stärken.

Im Rahmen dieser Kooperation haben wir mit der Hoch-schule Ingolstadt einen forschungsaktiven Partner für die Kompetenzfelder „Automotive und Luftfahrt“ gewon-nen. Die Hochschule Ingolstadt zeichnet sich durch eine starke Technikorientierung, eine sehr gute Infrastruktur mit einer räumlichen Nähe zu unserem Campus in Gar-ching sowie einer hohen Dynamik im Forschungsbereich aus. Dass sie mit CARISSMA als erste deutsche Fach-hochschule ein vom Wissenschaftsrat genehmigtes For-schungs- und Testzentrum erhält, ist ein weiterer Beweis für ihre hohe Forschungskompetenz.

In ihren Forschungsstrukturen ähnelt die Hochschule Ingolstadt in mancherlei Hinsicht der TUM. Die Grün-dung des Instituts für Angewandte Forschung (IAF) im Jahr 2004 verdeutlicht, dass anwendungsorientierte Forschung moderne und wirtschaftsnahe Strukturen braucht. Auch die TUM verfolgt mit ihrem Konzept der unternehmerischen Universität das Ziel, Ergebnisse der Grundlagenforschung proaktiv in marktorientierte Innova-tionsprozesse einzubringen. Diese Übereinstimmungen in Strukturen und Denkweise erleichtern für beide Partner die Zusammenarbeit auf vielen Ebenen.

Ingolstadt ist für die TUM ein wichtiger Standort. So haben wir mit INI.TUM ein Kompetenzzentrum ge-schaffen, in dem Wissenschaft und Praxis Hand in Hand gehen. Ein Schwerpunkt der INI.TUM ist die Bearbeitung aktueller Forschungsthemen aus dem Bereich der Fahrzeugtechnik. Auch hier bestehen weitreichende Synergieeffekte mit der Arbeit der Hochschule Ingolstadt.

Ich freue mich deshalb sehr auf die Vertiefung der Zu-sammenarbeit und wünsche unseren beiden Hoch-schulen viel Erfolg und gutes Gelingen bei unseren gemeinsamen Projekten.

Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Wolfgang A. HerrmannTechnische Universität MünchenPräsident

Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Wolfgang A. Herrmann

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Wissenschaftliche Forschung und Lehre sind ein wesent-licher Baustein für die internationale Wettbewerbsfähig-keit der deutschen Industrie. Auch die Automobilindustrie arbeitet deshalb eng mit Universitäten und Forschungs-einrichtungen zusammen. Mit der Hochschule Ingolstadt können wir seit 2009 auf eine erfolgreiche Partnerschaft zurückblicken.

Wir sind gemeinsam gefordert, Lösungen für die techno-logischen und personellen Herausforderungen von mor-gen und übermorgen zu fi nden. Deshalb unterstützen wir Projekte der Hochschule Ingolstadt und profi tieren von der hohen Einsatzbereitschaft, Professionalität, Kreativi-tät und Flexibilität der forschenden Professorinnen und Professoren. Zusammen haben wir bereits viel erreicht: Beispielhaft möchte ich das von der EU geförderte Pro-jekt LOCOBOT nennen, bei dem Sicherheitskonzepte für mobile Roboter entwickelt werden. Im Auftrag unserer Sparte Werkzeugbau erarbeiten Professoren der Fakul-täten Elektrotechnik, Informatik und Maschinenbau neue Konzepte zur Konfi guration und Programmierung von stationären Robotern.

Einen weiteren Forschungsschwerpunkt sehen wir im Kompetenzfeld „Leistungselektronik“. Vor dem Hinter-grund der Energiewende und der damit verbundenen wachsenden Zahl von Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird die Entwicklung innovativer elektrischer Energie-netze für Kraftfahrzeuge in Zukunft immer wichtiger. Da gleichzeitig auch die Zahl der elektrischen Systeme in Automobilen wächst, sind völlig neue Architekturen für diese Netze notwendig.

Aber auch der wachsende Fachkräftebedarf auf natio-naler wie internationaler Ebene fordert uns, die Hoch-schulkooperationen weiter auszubauen. Es freut uns

deshalb, dass am größten Produktionsstandort und Hauptsitz der AUDI AG eine hervorragend positionierte, technisch ausgerichtete Hochschule mit einer starken Fokussierung auf den Mobilitätstechnologien ihren Sitz hat. Die räumliche Nähe, aber auch die internationa-le Ausrichtung der Hochschule sehen wir als entschei-denden Vorteil für gemeinsame Forschungsvorhaben, Studierendenprojekte und kooperative Promotionen.

Ich bin zuversichtlich, dass die Hochschule Ingolstadt im Bereich der angewandten Forschung auch in den nächsten Jahren Benchmarks setzen wird. Der Weg zur Technischen Hochschule ist dabei ein wichtiger Schritt, den wir als AUDI AG ausdrücklich unterstützen. Als Mitglied des Hochschulrats möchte ich mich bei den forschenden Professorinnen und Professoren, den Mit-arbeitern des Instituts für Angewandte Forschung sowie der Hochschulleitung herzlich für ihr Engagement und die gelieferte Qualität bedanken.

Ich freue mich auf die kommenden gemeinsamen Pro-jekte.

Dr. Frank Dreves Vorstand Produktion AUDI AG

Dr. Frank Dreves

Inhalt

Editorial

Grußworte

Institut für Angewandte Forschung

Labore

Promotionen

Preise und Auszeichnungen

CARISSMA Center of Automotive Research on Integrated Safety Systems and Measurement Area

CARISSMA Laborbereich „Sichere Energiespeicher“

Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik

Überblick

Car2X – Herausforderungen für den funktionalen Test

CISS.S – Seitencrasherkennung mit Körperschall

Fahrzeugsicherheit und Telematik für zukünftige energiesparende Fahrzeugkonzepte

Vernetzung und Integration von Sicherheitssystemen ... (VISAPS und VISAPS²)

Informationsmanagement für kontextadaptive Mensch-Maschine-Schnittstellen im Fahrzeug

PerfOpt – Performance Optimierung durch die gezielte Beeinfl ussung der Software

PerfBoost – Performance Engineering in verteilten und eingebetteten Systemen

ITERA – Einheitliche Test-Methodik für RFID-Anwendungen

Untersuchungen zur Integration von Aktiver und Passiver Sicherheit ... (APS)

Methoden zur effi zienten Energiefl ussanalyse am Gesamtfahrzeugprüfstand (BluOcean)

Robustheit, Alterung und Qualifi zierung von Batteriesystemen ...

Batteriemanagementsystem

Performance-Optimierung paralleler Anwendungen auf Multiprozessor-Systemen

Kompetenzfeld Erneuerbare Energien

Überblick

Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen

Solare Wärme in der bayerischen Lebensmittelindustrie …

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Praktischer Betrieb solar-thermischer Systeme zur Brauchwassererwärmung ...

Know-how-Transfer & Vernetzung für die regionale Wirtschaft: Das Innovationsnetzwerk RegIN+

BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogasanlagen

Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren – Anforderungsdefi nition, Konzeptentwicklung ...

Solare Klimatisierung mit DEC-Systemen

TPS-Kollektorfertigung – Adaption einer optimierten Kollektorkonstruktion ...

Kompetenzfeld Produktions- und Automatisierungstechnik

Sichere Mensch-Roboter-Interaktion für mobile Roboter in industriellen Umgebungen

Ressourceneffi zienz in der Automobilproduktion

Roboterassistenz in der Montage

Kompetenzfeld Motor- und Antriebsstrang

Forschungsvorhaben BioFIRe – Biogenic Fuel Ignition Research

»BHKW – innovativ«

Aggregateanalysen – Motor, Getriebe, Antriebsstrang

Kompetenzfeld Werkstoff- und Oberflächentechnik

Überblick

Akustische Oberfl ächenabstrahlung von Pkw-Schalldämpfern

Schwingfestigkeit von Elastomerbauteilen

Forschungsschwerpunkt Leistungselektronik

Optimierung leistungselektronischer Wandler und Systeme für automobile Anwendungen

Forschungsschwerpunkt Marketing und Logistik

Forschungsprojekt BELOUGA

Gewinnung neuer Forschungserkenntnisse zur Interaktivität von Marke, Image ...

Internationaler Forschungsraum

Veröffentlichungen und Vorträge

Notizen

Impressum

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MILITÄRISCHES LUFTFAHRTZENTRUM MANCHING

www.cassidian.com

In Kooperation mit:

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Die Halbwertzeit der Ressource Wissen wird in der heutigen Technologiegesellschaft immer kürzer. Um Wissen dennoch nachhaltig sichern zu können ist es unabdingbar, dass vorhandenes Wissen stetig weiterentwickelt und dadurch erneuert wird. Ziel der angewandten Forschung ist es, auf der Basis von Ergebnissen der Grundlagenforschung Wissen mit Blick auf die konkrete Anwendung zu generieren so-wie weiterzuentwickeln. Das Institut für Angewandte Forschung der Hochschule Ingolstadt (IAF) fasst wissenschaftliche Themen und Kernkompetenzen zu Kompetenzfeldern zusammen, bestehend aus einem/einer Kompetenzfeldleiter/-in sowie den be-treffenden Professoren und deren Mitarbeiter. Diese stellen sicher, dass Methodenwissen sowie fachliches Know-how nachhaltig in den jeweiligen Forschungs-feldern verankert werden. Eine vollständige Übersicht unserer Kompetenzfelder fi nden Sie auf Seite 15.

Neben dem fachlich fundierten Know-how der rund 60 IAF-Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie den über 25 forschungsaktiven Professorinnen und Professoren ist die moderne Laborausstattung der Hochschule ein wei-terer Garant für ausgezeichnete Forschungsergebnisse. Sämtliche Einrichtungen, wie das mobile Robotiklabor, das Virtual-Reality-Labor sowie der Fahrsimulator mit bewegter Fahrzeugplattform, um nur einige wenige zu nennen, entsprechen dem neuesten Stand der Technik. Mit dem Hochschulerweiterungsbau sowie dem For-schungsbau CARISSMA kommen zu den bestehenden 30 weitere 22 Labore hinzu. Mit einem Geräteinvestitions-volumen von 22 Millionen Euro bilden diese eine hervorra-gende Forschungsplattform.

Das IAF ist die zentrale Anlaufstelle der Hochschu-le Ingolstadt für alle Forschungsprojekte: So werden

sowohl von der Wirtschaft beauftragte, als auch von Bund, Land und der EU geförderte Projekte betreut. Mit einem Forschungsvolumen von knapp 4 Millionen Euro konnte das IAF im Jahr 2012 sein Ergebnis erneut steigern.

Dazu möchten Ihnen die auf den folgenden Seiten vor-gestellten Projekte ein aussagekräftiges Bild unserer For-schungsstärke vermitteln.

Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre.

Prof. Dr. Christian Facchi Georg OverbeckWissenschaftlicher Leiter Kaufmännischer Leiter

Prof. Dr. Christian Facchi Georg Overbeck


DER REGION VERBUNDEN

Rund 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie über 25 am hochschulinternen Institut für Angewandte For-schung (IAF) forschende Professorinnen und Professoren tragen maßgeblich dazu bei, die Hochschule Ingolstadt als Forschungsstätte mit überregionaler Strahlkraft zu etablieren. In deren Fokus stehen problemlösungsori-entierte Forschungsprojekte sowie wissenschaftliche Dienstleistungen. Das Institut fi nanziert sich sowohl über die klassische Auftragsforschung als auch über öffentlich geförderte Forschungsvorhaben. Aufgrund der aktiven und engen Zusammenarbeit mit KMU, Zulieferern und Herstellern versteht es sich hierbei als wichtiger Innovati-onsmotor für die Region. Dabei führt das IAF zunehmend grenzüberschreitende, etwa von der Europäischen Union geförderte Forschungs- und Entwicklungsprojekte durch und eröffnet damit auch dem regionalen Mittelstand neue Perspektiven und Märkte.

DER GESELLSCHAFT VERPFLICHTET

Getreu dem humboldtschen Bildungsideal der Einheit von Forschung und Lehre bildet das IAF einen wissenschaft-lich qualifi zierten Nachwuchs heran, dem frühestmöglich die Gelegenheit zur eigenverantwortlichen Forschung

gegeben wird. Herausragende Bachelorabsolventinnen und -absolventen der Hochschule erhalten die Möglich-keit, im Rahmen des Forschungsmasters unter Anleitung von Professoren erste eigene Forschungsprojekte abzuar-beiten. Masterabsolventen können am IAF im Rahmen ei-ner kooperativen Promotion in Zusammenarbeit mit einer unserer Partneruniversitäten promovieren. So bearbeitet der wissenschaftliche Mitarbeiter einerseits das konkrete Projekt und erbringt parallel dazu eine wissenschaftliche Leistung in Form der Dissertation. Damit fungiert das IAF als Scharnier zwischen Wissenschaft und Praxis und trägt durch den Wissens- und Technologietransfer wesentlich zur Profi lierung als Hochschule für angewandte Wissen-schaften bei.

DIE ZUKUNFT GEMEINSAM GESTALTEN

Den Unternehmen bietet das IAF eine breite Palette von Forschungs- und Dienstleistungen an. Die Aktivitäten rei-chen von mehrjährigen Forschungsprojekten, die von wis-senschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unter Be-treuung von Professoren bearbeitet werden, über kleinere Forschungs- und Entwicklungsaufträge bis hin zu reinen Dienstleistungen in den Laboren. Auch Studierende und Praktikanten werden in die Forschungsprojekte eingebun-den. Das IAF ist zentraler Ansprechpartner für Unternehmen im Bereich Forschung und Entwicklung. Es nimmt sämtliche Anfragen entgegen, stellt den direkten Kontakt zu einem fachlich ausgewiesenen Professor her und unterstützt die-sen bei der Erstellung eines entsprechenden Angebots oder eines Förderantrags bei öffentlich geförderten Vorhaben.

Gebäude des IAF

Ansprechpartner im IAF für alle Fragen rund um die angewandte Forschung

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ligten stabilen rechtlichen Rahmen. Falls Sie bei uns ein Projekt über ein öffentliches Förderprogramm platzieren möchten, berät Sie das EU- und Forschungsreferat des IAF zu den passenden Fördermöglichkeiten und ist Ih-nen bei der Antragsstellung behilfl ich. Unser Referat für Projektabwicklung stellt in enger Zusammenarbeit insbe-sondere mit den Abteilungen Finanzen und Personal den reibungslosen Ablauf Ihrer Vorhaben sicher.

Ob Wissenschaftler oder Unternehmen – Sie wollen Ihre Ideen umsetzen oder sind auf der Suche nach öffentlichen Fördermöglichkeiten? Kontaktieren Sie uns!

… ALS IHR KOMPETENTER DIENSTLEISTER

Das IAF bündelt wissenschaftliche Aktivitäten sowie Pro-jektmanagement und -abwicklung unter einem Dach und ist so Garant für eine erfolgreiche Realisierung Ihrer For-schungs- oder Entwicklungsidee. Als Zentraleinheit der Hochschule ist es Ansprechpartner sowohl für unsere Wissenschaftler als auch für interessierte Unternehmen. Die enge Verzahnung zwischen wissenschaftlicher und kaufmännischer Leitung gewährleistet eine optimale strategische Ausrichtung von Forschungsinhalten und -strukturen, ein effi zientes Controlling und damit einen nachhaltigen Ressourceneinsatz in einem für alle Betei-


ANSPRECHPARTNER IM IAF

Franziska Krammer

ReferentinCARISSMA

Anja Kucsera M. A.

Prof. Dr.-Ing.Thomas Brandmeier

Prof. Dr. rer. nat.Christian Facchi

Dipl. KulturwirtGeorg Overbeck MBA

Wissenschaftliche LeitungKaufmännische Leitung

Anja Zupfer M. A. Dipl.-Ing. (FH)Christian Duft

Nicole Hauptmann

ReferatProjektabwicklung

EU- und Forschungsreferat

Stefanie Sauerbrey

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KOMPETENZFELD FAHRZEUGMECHATRONIK

Aktive / Passive Fahrzeugsicherheit Telematik / Fahrzeugkommunikation Fahrerassistenzsysteme Fahrzeugproduktion Fahrzeugsicherheit und Telematik

für energiesparende Fahrzeugkonzepte Elektromobilität Testmethodik

KOMPETENZFELD ERNEUERBARE ENERGIEN

Bioenergietechnik Energiesystemtechnik Solarenergietechnik

KOMPETENZFELD MOTOR- UND ANTRIEBSSTRANG

Aggregateanalysen Biotreibstoffe Motorsteuerungen Hybridfahrzeuge

KOMPETENZFELD PRODUKTIONS- UND AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

Robotik Ressourcen- und Energieeffi zienz

KOMPETENZFELD LEISTUNGSELEKTRONIK

Leistungselektronik im Automobilbereich

KOMPETENZFELD WERKSTOFF- UND OBERFLÄCHENTECHNIK

KOMPETENZFELD LOGISTIK UND MARKETING

KOMPETENZFELD LUFTFAHRT (im Aufbau)

KOMPETENZFELD GRÜNDUNGSFORSCHUNG UND UNTERNEHMERTUM

WEITERE KOMPETENZEN

Softwareengineering Virtual Reality

Bitte kontaktieren Sie uns bei etwaigen Forschungs-anfragen: Die Hochschule Ingolstadt ist Ihr Partner bei Innovationen.

Am IAF sind folgende Kompetenzen vorhanden:

Labore

LABORÜBERSICHT (AUSWAHL)

Die Leistungsfähigkeit von Forschung und Lehre wird durch aktuell 30 hochmoderne Labore gesichert:

Laborname Ausstattung (Auswahl) Ansprechpartner

Automation, Robotik (1) und Fahrzeugkommunika-tionstechnik (2)

Modellfabrik (1), Dynamischer Fahrsimulator mit He-xapodenplattform (2), Statischer Fahrsimulator (2)

Prof. Dr. Johann Schweiger (1), Prof. Dr. Thomas Brandmeier (2)

Autonome Fahrzeuge Mobile Roboter Prof. Dr. Johann Schweiger

Elektrische Maschinen und Leistungselektronik

Moderne Maschinenprüfstände zur Vermessung von Stromrichterantrieben für Kraft- und Nutzfahrzeuge; Präzisionsleistungsmessgeräte zur Vermessung leis-tungselektronischer Gleichspannungswandler

Prof. Dr. Johannes Pforr

EMV und Akustik EmV Precompliance Messsystem (Test-Receiver, Ge-nerator); Anechoische Kabine für elektromagnetische Wellen und Schallwellen

Prof. Dr. Josef Pöppel

Fahrzeugkommunika-tionstechnik

MiL-, SiL-, HiL-Prüfumgebung (IPG Car Maker); Rapid-Prototyping-System (dsace Microautobox); In-erzialmesssystem (Genysis ADMA-G-ECO); LMS- und LTT-Messsystem

Prof. Dr. Thomas Brandmeier

FEM/Simulationstechnik HPC-Cluster, diverse Simulationssoftware Prof. Dr. Rudolf Dallner

Grundlagen der Elektro-technik und Elektrische Messtechnik

Laser-Vibrometer, Multimeter, Temperaturmessgeräte, Oszilloskope


Hochfrequenztechnik Diverse Hochfrequenzmessgerätschaften wie Netz-werkanalysatoren, Spektrumanalysatoren, Oszillosko-pe, HF-Generatoren

Prof. Dr. Siegfried Huber

Hochleistungsrechner-netze

12 Windows-PC, 1 Dual-Prozessor Rack-Server, 16 Router/ Layer-3-Switches, Layer-2-Switches, Ethernet-Hubs, WLAN Access Points, Network Analyzer, Firewall

Prof. Dr. Wolf-Dieter Tiedemann

Kunststofftechnik und Oberfl ächentechnik

Kriechapparaturen, PVD-Anlage Prof. Dr. Christoph Strobl

Maschinendynamik/Betriebsfestigkeit

Servohydraulik, Schnellzerreißmaschine Prof. Dr. Gerald Sitzmann

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Grundlagen der Elektro-technik und elektroni-schen Messtechnik

Messgeräte für elektrische / nicht-elektrische Größen Oszilloskope


Mikrocomputer- und Digitaltechnik

Digital-Speicheroszilloskope mit Analyse-Software zur Dekodierung serieller Busse (LIN, CAN, FlexRay, I2C, SPI), 102-Kanal Logikanalysator

Prof. Dr. Lorenz Gaul

Motoren- und Fahrzeug-technik

Motorenprüfstand, Rollenprüfstand, Komponenten-prüfstand

Prof. Dr. Karl Huber

Physik/Mechatronik

Bordnetz eines Audi A8, Elektrokart,Prüfstand zum Temperaturmanagement in Hybrid- und Elektrofahrzeugen

Prof. Dr. Harald Göllinger

Produktion und Logistik Drehmachine, Fräsmaschine, Roboterzelle Prof. Dr. Maximilian Schmidt

Produktionsmechatronik KUKA Leichtbauroboter LBR 4+; Mitsubishi MELFA RV-2SDB Industrieroboter; NAO-H25-Humanoid-Roboter von Aldebaran Robotics; Sony AIBO-Unterhaltungsroboter (4 Stück), Mecha-tronische Lernfabrik

Prof. Dr. Ulrich Schmidt

Regelungstechnik Modellierung Pkw-Drosselklappe mittels Software Matlab/Simulink; Digitale Regelung Pkw-Drossel-klappe mittels Microcontroller; SPS-Steuerung Modell-eisenbahn mittels Siemens SIMATIC S7-314

Prof. Dr. Rudolf Gregor

Schaltungstechnik Oszilloskope, Generatoren, Simulationsrechner Prof. Dr. Josef Pöppel

Schweiß- und Schneide-technik

Laserschweißanlage und weitere Schweißgeräte Prof. Dr. Wolfgang Prechtl

Signalverarbeitung 2 DSP-Boards, Signalgenerator Prof. Dr. Rainer Krämer

Software Engineering PC-Netzwerk, Beamer, Drucker Prof. Dr. Hans-Michael Windisch

Strömungs-, Umwelt- und Energietechnik

Windkanal, Solarthermie-Prüfstand „Sonnensimulator“ Prof. Dr. Konrad Költzsch

Virtual Reality 2 High-End Projektoren F32 WUXGA von Projektion-Design; Steward Powerwall (300 x 187,5 cm); A.R.T. TrackPack-Trackingsystem mit 4 Infrarotkameras und Trackingkontroller, A.R.T. Flaystick3-Eingabegerät

Prof. Dr. Thomas Grauschopf

Werkstofftechnik Rasterelektronenmikroskop Prof. Dr. Wolfgang Prechtl

Labore

LABORÜBERSICHT HOCHSCHUL-ERWEITERUNG (AUSWAHL)

Mit dem Hochschulerweiterungsbau 2014 kommen 22 weitere Labore für die Lehr- und Forschungsbereiche hinzu:


Antriebstechnik / Tribolo-gie/Friktion

Druckluft/Pneumatik Prof. Dr. Christian von Perponcher

Fluggeräteelektronik und -informatik

Quad-/ und Hexarotoren und Modellfl ugzeuge mit „Fly-by-wire“ Steuerung; Flugsimulation für „Hardware in the loop (HiL)“; Eingebettete Systeme (Real time embedded systems)

Prof. Dr. Andreas Frey

Eingebettete Systeme Testgeräte für eingebettete und vernetzte Systeme; RFID-Testgeräte

Prof. Dr. Christian Facchi

Ergonomie / Usability Labor

Usability-Testlabor mit Client/ Observations-Räumen, Eye-TrackerArbeitsplätze zur Android-App Entwicklung und zur iOS-App Entwicklung; Mockup- und Storyboard-Soft-ware zur GUI-Entwicklung

Prof. Dr. Robert Gold

Erneuerbare Energie / Wasserstofftechnologie

Solarprüfstand Prof. Dr. Wilfried Zörner

Fahrwerkssimulation und Virtual Reality

Motion System inkl. Virtual Reality Prof. Dr. Gerald Sitzmann, Prof. Dr. Jörg Bienert, Prof. Dr. Thomas Binder

Fahrzeugmechatronik Fußgängerschutzprüfstand, Fahrwerksregelprüf-anlage, Pendelprüfstand


Bioenergietechnik Laborbiogasanlage Aufbau und Betrieb einer Biogas-anlage unter Laborbedingungen

Prof. Dr. Wilfried Zörner

Flugantriebe FOD-Anlage FOD (Foreign Object Damage) zur Simulation einer Beschädigung von Flugzeugteilen durch Fremdobjekte

Prof. Dr. Jörg Wellnitz

Flugmechanik Testfeld Überschall zur Untersuchung von Düsen-strömungen und Freistrahlexpansion

Prof. Dr. Konrad Költzsch, Prof. Dr. Erol Özger

Gebäudeenergietechnik Aufbau und Betrieb eines kombinierten DEC- / Absorpti-onskälteklimatisierungssystems unter Laborbedingungen

Prof. Dr. Wilfried Zörner

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Mechatronik Testumgebung alternative Fahrzeugantriebe Prof. Dr. Harald Göllinger

Motorradtechnik Rollenprüfstand Prof. Dr. Armin Soika, Prof. Dr. Thomas Suchandt

Werkstofftechnik Thermomechanische Prüfmaschine Prof. Dr. Ulrich Tetzlaff

Elektromobilität Prüfstand für Batteriemodule bis 60 V und 1000 A inkl. Thermokammer; Impedanzspektroskopie-Messplatz bis 4 MHz, 5V, 40 A; Isolationsprüfplatz;Aufbau von Elektrofahrzeugen (Formula Student)

Prof. Dr. Hans-Georg Schweiger

Labore


Fahrzeugkommunikation Entwicklungs- und Testplattform für Car2X-Kommuni-kation

Prof. Dr. Christian Facchi

Fallturm Fallturm zur Untersuchung komplexer Fahrzeugbauteile Prof. Dr. Jörg Wellnitz

Gesamtfahrzeugprüfstand Antriebsstrangprüfstand Prof. Dr. Armin Arnold

HIL-Entwicklungsumge-bung

HIL-Entwicklungsumgebung für integrale Fahrzeug-Sicherheitssysteme


Sichere Energiespeicher JV Batterieprüfstand inklusive ThermokammerVernetzung HV-Batterieprüfstand mit Gesamtfahr-zeugprüfstand und HiL-LaborPrüfstände für elektromechanische Komponenten (z. B. Schütze und Sicherungen)Entwicklung und Erprobung von Überwachungs-elektroniken für EnergiespeicherWerkstatt zum Aufbau und Modifi kation von HV Energiespeichern

Prof. Dr. Hans-Georg Schweiger

Simulation Insassen- und Partnerschutz

Simulationsanlage für Insassen- und Partnerschutz Prof. Dr. Rudolf DallnerProf. Dr. Manuela Waltz

Universelle Versuchsfl ä-che

Indoor-Aufprallanlage Prof. Dr. Thomas Brandmeier

Mobile Roboter für Um-feldsensorentest

Roboterplattform für Targetattrappen Prof. Dr. Johann Schweiger

Freiversuchsfl äche Werkstatt Prof. Dr. Thomas Brandmeier

LABORÜBERSICHT CARISSMA (AUSWAHL)

Ab 2016 stehen im Forschungsbau CARISSMA zehn weitere Labore sowie eine universelle Versuchsfl äche und eine Freifl äche für den Fahrzeugbetrieb zur Verfügung:

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Promotionen

Herr Peter Trapp studierte von 2001 bis 2005 Elek-tro- und Informations-technik mit Schwerpunkt Telekommunikation an der Hochschule Ingol-stadt. Von 2005 bis 2011 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Forschung bei Prof. Christian Facchi im Rahmen eines Koo-perationsprojektes mit Nokia Siemens Networks und ab 2011 Lehrkraft für besondere Aufgaben in der Fakultät Elektrotech-nik und Informatik der Hochschule Ingolstadt. Im Rahmen seiner For-

schungsarbeiten im Bereich Optimierung der Laufzeit von Software erstellte er seine Dissertation zum Thema "Perfor-mance Improvements Using Dynamic Performance Stubs" in Kooperation mit der De Montfort University, Leicester (GB), die er erfolgreich 2011 abgeschlossen hat. Seit sei-ner Tätigkeit an der Hochschule Ingolstadt arbeitet er im Bereich IT Security bei der Keynote SIGOS GmbH.

Sebastian Brandmayr ist seit dem Abschluss sei-nes Maschinenbaustudi-ums an der Hochschule Ingolstadt im Jahr 2006 als Wissenschaftler am Kompetenzfeld Erneu-erbare Energien unter der Betreuung von Prof. Wilfried Zörner tätig. In seiner Dissertation hat er sich detailliert mit der Optimierung von Ther-mosiphon-Solaranlagen zur Warmwasserberei-tung beschäftigt. In dem öffentlich geförderten Forschungsvorhaben wurde zusammen mit einem industriellen For-schungspartner ein

seriennaher Prototyp, basierend auf Erkenntnissen sei-ner Simulationsstudien, umgesetzt und die angestrebte

Leistungssteigerung der Anlage erfolgreich auf dem Prüf-stand nachgewiesen. Durch das durchdachte System-design und die geschickte Materialkombination konnten zusätzlich die Herstellkosten reduziert werden. Mit dem gleichen Engagement und Erfolg wie er sein Forschungsvorhaben und die Weiterentwicklung der Laborinfrastruktur sowie die Beantragung zahlreicher Forschungsprojekte vorantrieb, brachte er auch seine Promotion an der Partnerhochschule, der De Montfort University, Leicester (GB), voran.Seit Anfang 2012 leitet Sebastian Brandmayr das Tech-nologiefeld "Solarenergietechnik" innerhalb des Kompe-tenzfeldes Erneuerbare Energien.

Stefanie Angerer stu-dierte im Rahmen des StEP-Nachwuchspro-gramms der AUDI AG Elektro- und Informa-tionstechnik an der HAW Ingolstadt. Ab Oktober 2007 war sie drei Jah-re als wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Prof. Dr. Johann Schweiger am Institut für Ange-wandte Forschung tätig und erforschte in dieser Zeit überaus erfolgreich die hard- und software-technischen Konzepte eines mobilen Kommis-sionierroboters. Das

Forschungsprojekt wurde im Auftrag der Technologieen-twicklung Produktion der AUDI AG durchgeführt. Die fun-dierten wissenschaftlichen Ergebnisse von Frau Angerer im Bereich der dynamischen Rekonfi guration der Steu-erungssoftware von mobilen Robotern fanden sowohl beim Forschungspartner Audi, als auch auf internationa-len Tagungen große Beachtung. Frau Angerer konnte im Frühjahr 2012 ihre Promotion an der Heriot-Watt Univer-sity in Edinburgh erfolgreich abschließen und ist bereits seit Dezember 2010 als Angestellte der Firma AUDI AG zuständig für innovative Robotik-Anwendungen in der Fahrzeugmontage.

Dr. Stefanie AngererSkill-based reconfi guration of industrial mobile robots

Dr. Peter TrappPerformance Improvements Using Dynamic Performance Stubs

Dr. Sebastian BrandmayrOptimised thermosyphon so-lar hot water heater – simula-tion, design and experimental analysis

Promotionen

Nach Abschluss des Dip lomstudiengangs Maschinenbau sammel-te Herr Kohlhuber zu-nächst Erfahrungen als Versuchsingenieur in der Betriebsfestigkeit bei der MAN Nutzfahrzeuge AG, bevor er für die Promo-tion 2009 wieder an die Hochschule Ingolstadt zurückkehrte. In seiner Doktorarbeite hat er die Körperschallausbreitung in Fahrzeugstrukturen untersucht. Seine Ergeb-nisse tragen wesentlich dazu bei, das Über-tragungsverhalten des hochfrequenten, transient

angeregten Körperschalls in der Karosserie zu verstehen und bereits in der virtuellen Entwicklungsphase abschätzen zu können. Damit kann eine deutliche Verbesserung bei der Airbag-Auslösung erzielt werden. Während es den Mitar-beitern um Professor Thomas Brandmeier bereits gelungen war, die Körperschallentstehung mithilfe der Finiten-Ele-mente-Methode zu simulieren, reichten für die Körperschall-ausbreitung die bisherigen Modelle nicht aus. FEM-Berech-nungen in dieser Größenordnung führen hier sehr schnell zu einer enormen Modellgröße, die einen Einsatz in der Ent-wicklung praktisch unmöglich machen. Hier ist es Herrn Kohlhuber auf Basis seines sehr fundierten Fachwissens gelungen, eine Lösung für die effektive Simulation der Kör-perschallausbreitung in einer komplexen Struktur, wie dem Fahrzeugchassis, zu fi nden. Das von Herrn Kohlhuber ent-wickelte Verfahren wurde bereits in der Praxis eingesetzt und zwischenzeitlich zum Patent angemeldet.

Das kooperative Promotionsverfahren zwischen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Hochschule Ingolstadt wurde von Professor Holm Al-tenbach und Professor Brandmeier betreut und 2012 mit Auszeichnung abgeschlossen. Mittlerweile arbeitet Herr Kohlhuber bei der BMW Group in München im Bereich der Fahrwerksentwicklung.

Die Dissertation von Herrn Luegmair, Ab-solvent des Diplomstu-diengangs Maschinen-bau, stellt einen Beitrag zur Verbesserung der Entwicklungs- und Applikationsmethoden für das Crash-Impact- Sound-Sensing-Sicher-heitssystem (CISS) dar. Dieses kann mithilfe des Körperschalls, der bei der Fahrzeugdefor-mation entsteht, den Airbag in vielen Situati-onen schneller und zu-verlässiger zünden als heutige Systeme.

Ausgehend von einem am Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik entwickelten FEM-Verfahren zur Berechnung der Sensorsignale im Deformationsbereich hat Herr Luegmair eine Methode zur Modellierung und Simulation der Veränderung dieser Signale bei der Ausbreitung durch die nicht deformierte Fahrzeugstruktur bis zum Steuergerät entwickelt. Mit der zweidimensionalen TLM konnte er ein Verfahren für die Körperschallausbreitung in Platten identifi zieren, das mit geringerem Rechenaufwand die Effekte der Biegewel-lenausbreitung beschreiben kann. Dabei ist es ihm auch gelungen, die relevanten Effekte im Fahrzeug zu ermitteln und zu beschreiben. Mit seiner Arbeit hat Herr Luegmair die Basis zur Entwicklung eines Simulationswerkzeuges für die Körperschallsimulation im Fahrzeug gelegt.

Das gemeinsam von Professor Peter Hauptmann und Professor Thomas Brandmeier betreute kooperative Promotionsverfahren in Zusammenarbeit mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg konnte 2011 er-folgreich abgeschlossen werden. Herr Luegmair arbeitet heute bei der ISKO engineers AG und beschäftigt sich hier mit Themen in den Bereichen Schwingungstechnik, Vibroakustik und Simulation.

Dr.-Ing. Markus KohlhuberAusbreitung elastischer Wel-len in komplexen dünnwan-digen Strukturen

Dr.-Ing. Marinus LuegmairErweiterung der Transmissi-on-Line-Methode auf die Bie-gewelle zur Simulation von Crashsensorsignalen

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Als Ergebnis der wis-senschaftlichen Dis-kussion erfolgt die Entwicklung einer ganz-heitlichen Methodik zur situativen Konfi guration einer schlanken Pro-duktionssteuerung zur Stabilisierung von Auf-tragsfolgen in einer au-tomobilen Variantenfl ieß-fertigung. Dazu ist die Defi nition von schlanker Produktionssteuerung durch Festlegung von Selektions- und Ent-scheidungskriterien auf der Basis von Anforde-rungen notwendig.

Die praktische Relevanz wird durch den Nach-

weis unterstrichen, dass eine Lean-Produktionspla-nung und Steuerung extrem leistungsfähig ist, um Auf-tragsreihenfolgen zu stabilisieren und somit die Basis für eine übergreifende Synchronisation aller Wertschöp-fungsprozesse zu schaffen. Jürgen Grinninger war von 2005 bis 2008 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut des Lehrstuhls Fördertechnik Materialfl uss Logistik der Technischen Universität München tätig und wurde von Prof. Dr. Jürgen Schröder betreut. Seit 8 Jahren ist er Geschäftsführer und Inhaber der Unternehmensbera-tung BLSG, die in den Kompetenzfeldern Auftragssteu-erung, JIS-Planung, Anlauf- und Lean Management na-tionale und internationale Unternehmen der Automobil-, Zulieferer- und Hightech-Branche unterstützt.

Im Rahmen der Ar-beit befasste sich Herr Döbele mit der Modellierung und der Verwendung von Auto-matisierungskonzepten zur Planung der Au-tomatisierungstechnik für die Anlagenpro-

jekte. Das entwickelte Informationsmodell bietet eine Möglichkeit, die Abstimmungen der verschiedenen Automatisierungskonzepte mithilfe eines informati-onstechnischen Planungswerkzeugs zu treffen und

zur Wiederverwendung in unterschiedlichen Projekten festzuhalten. Die Basis hierzu stellt die Modellierung der Automatisierungskonzepte in Planungskompo-nenten dar. Die außergewöhnlichen Leistungen von Herrn Döbele zeigten sich dadurch, dass er aufgrund seiner übergreifenden Ausbildung als Maschinenbau-ingenieur und Wirtschaftsingenieur in der Lage war, Aufgaben innerhalb des Projekts wahrzunehmen, für die sonst zwei Projektmitarbeiter aus den Disziplinen Ingenieurwesen und Wirtschaftswissenschaften not-wendig gewesen wären.

Promotion bei TU München, Lst. Informationstechnik im Maschinenwesen, Prof. Dr.-Ing. Klaus BenderAktuell bei Dr. Wieselhuber & Partner GmbH München

Herr Tobias Herrle konnte bei seinem Stu-dienbeginn neben dem Fachabitur bereits eine abgeschlossene Leh-re als Kfz-Mechaniker vorweisen. Dieser mit-gebrachten Orientie-rung blieb er während seines Maschinen-bau-Diplomstudiums treu. So arbeitete er als studentische Hilfskraft und während seiner Diplomarbeit an ver-schiedenen F&E-Vor-haben aus der Fahr-zeugindustrie, wobei er sich bereits intensiv in oberfl ächentechnische Fragestellungen einar-

beiten konnte. Nach seinem Studium erfolgte der Be-rufseinstieg am IAF der Hochschule Ingolstadt, wo er als Projektmitarbeiter im Auftrag der AUDI AG ein neu-artiges Lackmischverfahren entwickelte und erprobte, welches langfristig die Bevorratung und Logistik im Bereich der Automobilserienlackierung mit zahlreichen unterschiedlichen Lackfarbtönen erheblich verein-fachen soll. Nach dem erfolgreichen Abschluss des Projektes wurde er von der AUDI AG auf eine Planstel-le übernommen. Er vollendete dort seine Dissertati-onsarbeit und legte im Oktober 2012 erfolgreich seine Promotionsprüfung an der TU Chemnitz ab.

Dr. Tobias HerrleEntwicklung und Erprobung eines Online-Lackmischver-fahrens für die Automobil-serienlackierung

Dr.-Ing. (FH) Jürgen GrinningerSchlanke Produktionssteu-erung zur Stabilisierung von Auftragsfolgen in der Auto-mobilindustrie

Dipl.-Ing. Maschinenbau, Dipl.-Wirtschaftsingenieur Mathias DöbeleInformationsmodell für die Planung und die Ausschrei-bung der Automatisierungs-technik in Fertigungsanlagen

Preise und Auszeichnungen

Auszeichnung „Pro meritis scientiae et litterarum“


Die Auszeichnung „Pro meritis scientiae et litterarum“ wurde am 24.09.2012 in München an Herrn Professor Brandmeier verliehen.

Die Auszeichnung wird seit dem Jahr 2000 vom Staatsminister für Wissenschaft, Forschung und Kunst für besondere Verdienste um Wissenschaft und Kunst verliehen.

Prof. Brandmeier wurde für seine Verdienste um Eta-blierung und Ausbau der angewandten Forschung an der Hochschule Ingolstadt geehrt.

BEST PAPER AWARD

K. Sattler, A. Raith, T. BrandmeierEffi cient test methods for the system test of highly networked safety systems2012 Proceedings of the Tenth Workshop on Intelli-gent Solutions in Embedded Systems WISES 2012, IEEE Conference Alpen-Adria-Universität KlagenfurtKlagenfurt, July 2012

Markus Meyer, Helge Janicke, Peter Trapp, Christian Facchi and Marcel BuschPerformance Simulation of a System’s ParallelizationIn ICSEA ’11: Proceedings of the International Confe-rence on Software Engineering Advances. 2011.

Peter Trapp, Markus Meyer and Christian FacchiUsing CPU Stubs to Optimize Parallel Processing Tasks: An Application of Dynamic Performance StubsIn ICSEA ’10: Proceedings of the International Confe-rence on Software Engineering Advances. 2010, Nice, IEEE Computer Society

OUTSTANDING PAPER AWARD

Kathrin Sattler, Andreas Raith, Thomas Brandmeier, Christian Schyr, Daouda Sadou Maneuver-based Testing of Integrated, Highly Inter-connected Safety Systems

Fisita 2012, World Automotive Congress, Bejing, China

YOUNG INVESTIGATOR AWARD

Ertlmeier, R.; Faisst, H.; Spannaus, P.; Brandmeier, T.Model-Based Soil Trip Rollover Prediction Using Driving Dynamics, Proceedings of the 4th International Conference on Sustainable Automotive Technologies (ICSAT) 2012 – RMIT University Melbourne, March 2012

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CARISSMA Status quo – Forschungs- und Testzentrum CARISSMA

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Mit dem neuen Forschungs- und Testzentrum CARISSMA möchte die Hochschule Ingolstadt zukünftig ihren Beitrag zur Bewältigung der mittel- und langfristigen Herausforde-rungen der Verkehrssicherheit leisten. Die Genehmigung von CARISSMA durch den Wissenschaftsrat am 2. Juli 2010 ist ein Novum in der deutschen Forschungsland-schaft: Neben den großen Forschungsgesellschaften und Universitäten erfüllt erstmals eine Fachhochschule die strengen Anforderungen des Wissenschaftsrates zur För-derung von Forschungsbauten.

Für das rund 28 Mio. € schwere Forschungs- und Test-zentrum ist eine Nutzfl äche von insgesamt 4.005 m² vorgesehen, die sich wiederum in 3619 m² für das Haupt-gebäude auf dem Campus und 386 m² für das Gebäude auf der Freifl äche unterteilt. CARISSMA ermöglicht die Erweiterung der bereits begonnenen Forschungsaktivi-täten des IAF in der Fahrzeugsicherheit, insbesondere in der Vernetzung von aktiven und passiven Fahrzeug-sicherheitssystemen hin zu einem globalen Sicherheits-system. Der Hochschule werden dadurch einmalige Forschungsmöglichkeiten eröffnet, die nicht nur der Re-gion Ingolstadt zu Gute kommen werden, sondern die darüber hinaus den Forschungsstandort Deutschland stärken. Besonderes Augenmerk wird nicht nur auf den Schutz der Fahrzeuginsassen, sondern primär auch auf die körperliche Unversehrtheit der schwächsten Ver-kehrsteilnehmer gelegt.

CARISSMA wird Testanlagen für Ersatzversuche in einem frühen Entwicklungsstadium sowie Anlagen für mecha-nische Komponententests, Einrichtungen für Fahr-, Ver-kehrs-, Fahrzeug- und Komponentensimulationen sowie ein Fahrdynamik- und Fahrzeugtestgelände beinhalten. Die Testanlagen erlauben den Wissenschaftler/innen, diese Systeme zu entwickeln und in einer frühen Pha-

se die Machbarkeit neuer Systeme in Ersatzversuchen nachzuweisen.

FORSCHUNGSPROGRAMMATIK

Die Forschungsprogrammatik von CARISSMA strebt eine größtmögliche Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer an. Primäres Ziel ist die Realisierung eines globalen Si-cherheitssystems, das unter Nutzung des bionischen Prinzips die Sinne Fühlen, Hören, Sehen und Kommu-nizieren nachbildet, die es auch Menschen ermöglichen, Gefahren aus der Umgebung zu erkennen und abzuwen-den.

Heutige Sicherheitsfunktionen sind als Einzelsysteme realisiert, die in Systeme der passiven sowie der aktiven Sicherheit unterteilt werden. Auf dem Weg zum globalen Sicherheitssystem werden unter zunehmender Vernet-zung der Einzelsysteme integrative Sicherheitssysteme mit erweitertem Funktionsumfang geschaffen. Die pas-sive Fahrzeugsicherheit sorgt für eine Unfallfolgenmilde-rung bei den Kollisionspartnern. Sie beschäftigt sich mit der Strukturverbesserung von Fahrzeugkarosserien, der Optimierung der Leistungsfähigkeit der Unfallerkennung zur verbesserten Auslösung von Insassenschutzmitteln sowie der Entwicklung erweiterter Maßnahmen zur Vor-bereitung aller Partner auf einen Unfall (Pre-Crash). Auf-gabe der aktiven Sicherheitssysteme ist die Vermeidung von Unfällen durch Eingriffe in das Fahrgeschehen. Dazu gehören fahrwerkregelnde Systeme wie das Elek-tronische Stabilitätsprogramm (ESP), das Antiblockier-system (ABS) oder die Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie erweiterte Fahrerassistenzsysteme. Neben ihrer

Center of Automotive Research on Integrated

Safety Systems and Measurement Area

Quelle: HENN Architekten

Abbildung 2Durch Vernetzung der Sensorsysteme, ähnlich der Sinne des Menschen, erlaubt CARISSMA die größtmögliche Sicherheit in der Fortbewegung

CARISSMA Status quo – Forschungs- und Testzentrum CARISSMA

Funktionalität im Komfort-Bereich realisieren diese auch die direkte Vermeidung von Kollisionen durch autono-mes Ausweichen oder Bremsen. Ergänzend stellt die Schnittstellensicherheit als weitere Komponente des globalen Sicherheitssystems die defi nierte Interaktion der integrierten Sicherheitssysteme mit den weiteren Systemen des Fahrzeugs sicher. Neue Anforderungen an die Fahrwerksregelung durch Antriebskonzepte mit Rekuperation müssen ebenso berücksichtigt werden, wie die Effi zienz von Aktoren, die Sicherstellung der Energieversorgung bei gleichzeitigem Eingriff mehrerer Sicherheitsaktoren mit hoher Leistungsaufnahme so-wie die neuen Anforderungen an die Produktion me-chatronischer Fahrzeugkomponenten durch integrierte Sicherheitssysteme.

PLANUNGSSTAND BAU

Das CARISSMA-Gebäude wird im Osten des Campusgelän-des der Hochschule Ingolstadt zwischen dem Hochschul-erweiterungsbau (Bauteil G) und dem Glacis entstehen.

CARISSMA versteht sich als interdisziplinäre Einrichtung, die Forscher unterschiedlichster Fachrichtungen unter einem Dach vereint. Die räumliche Nähe des Gebäudes zu den weiteren Forschungs- und Lehreinrichtungen der Hochschule trägt diesem Selbstverständnis Rechnung und ermöglicht die fußläufi ge Vernetzung der Wissen-schaftler und Einrichtungen.

Quelle: Irene Burkhardt Landschaftsarchitekten

Das CARISSMA-Gebäude wird eine prozessorientier-te Vernetzung der einzelnen Forschungsbereiche bei gleichzeitig größtmöglicher Flexibilität ermöglichen. Die CARISSMA-Labore sowie der zweigeschossige Büro-teil werden über einen verbindenden Eingangsbereich erreichbar sein.

Die Baumaßnahmen von CARISSMA werden voraus-sichtlich im Frühjahr 2013 beginnen. Die Inbetriebnahme ist für das Jahr 2015 geplant.



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Leitung Prof. Dr.-Ing. Thomas Brandmeier Telefon: 0841 9348-384 [email protected]

Mitarbeiter Dr. Christian Lauerer

TESTEINRICHTUNGEN UND LABORE

Die Ausstattung von CARISSMA umfasst u. a. folgende Einrichtungen:

Hexapode Fallturm Simulationscluster HiL-Labor Car2X-Testlabor Labor sichere Energiespeicher Gesamtfahrzeug-Prüfstand (~HiL) mobile Roboterfl otte Indoor-Versuchsanlage für integrale Sicherheits-

systeme Outdoor-Versuchsanlage für integrale Sicherheits-

systeme (ausgelagert, Gewerbegebiet Ingolstadt Nord-Ost)

AKTUELLE FORSCHUNGSPROJEKTE

Derzeit werden durch das CARISSMA-Forscherteam die folgenden Forschungs- und Entwicklungsprojekte aus dem Bereich der Fahrzeugsicherheit bearbeitet:

Seitencrasherkennung mit Crash Impact Sound Sen- sing (CISS.S) Vernetzung und Integration von Sicherheitssystemen

der aktiven und passiven Sicherheit (VISAPS²) Fahrzeugsicherheit und Telematik für energiesparende

Fahrzeugkonzepte Car2X-Kommunikation BlueOcean

Eine detailliertere Beschreibung dieser Projekte fi nden Sie auf den nachfolgenden Seiten.

Quelle: Hochschule Ingolstadt

CARISSMA

Laborbereich „Sichere Energiespeicher“

ZIELSETZUNG

Im Labor „Sichere Energiespeicher“ soll erforscht wer-den, wie die Sicherheit von Energiespeichersystemen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen erhöht wird. Ge-genstand der Untersuchungen ist dabei nicht die Ent-wicklung neuer Materialen für Energiespeicherzellen und neue Energiespeicherzellen. Ebenso soll in diesem Labor nicht mittels zerstörenden Tests die Sicherheit von Zellen, Energiespeichersystemen und Fahrzeugen untersucht werden.

Die Zielsetzung dieses Laborbereichs besteht vielmehr darin, Konzepte und Methoden zu erforschen mit denen die Sicherheit von Energiespeicher und Fahrzeug über die gesamte Lebensdauer und in allen Betriebszustän-den gewährleistet werden kann. Auf Ebene der Energie-speicher sollen dabei neue und sichere Konzepte für das Batteriemanagement, Abschaltelemente und Isolation entwickelt werden. Ebenso sollen Möglichkeiten für ein crashsicheres Design, zur thermischen Auslegung und zur Zustandserkennung von Energiespeichersystemen erforscht werden.

Auch die Fahrzeugebene steht in diesem Labor im Fo-kus. Hier sollen Warnkonzepte für den Fahrer und si-chere Abschaltstrategien entwickelt werden. So soll zum Beispiel erforscht werden, wie eine sichere Abschaltung des Energiespeichers im Fehlerfall erfolgen kann ohne das Fahrzeug durch fehlende Antriebsleistung in einen unsicheren Zustand zu bringen. Ebenso sollen in die-

sem Labor Konzepte entwickelt werden, wie Hybrid- und Elektrofahrzeuge sicher geladen, transportiert und entsorgt werden können.

FRAGESTELLUNGEN

Beispielhafte Fragestellungen, die mit diesem Labor be-arbeitet werden:

Welche Auswirkungen hat ein Abschalten des Bat- teriesystems auf Fahrzustände des Fahrzeugs? Wie legt man Abschaltelemente aus? Wie qualifi ziert

man diese? Welcher ASIL ist für einzelne Komponenten notwendig? Welche Sicherheitseinrichtungen im Batteriesystem

sind notwendig? Welche nicht? Was passiert wenn Teilkomponenten ausfallen?

Welche Auswirkungen hat das auf den Betrieb des Fahrzeugs? Wie baut man kostengünstige aber sichere Energie-

speicher? Wie weist man sicher Übertemperatur im Speicher

nach? Wie viele Temperatursensoren braucht man? Test von Fehlfunktion aus der FMEA Überprüfung

von Ursache / Wirkungsbeziehungen Wie reagiert der Fahrer auf einen Ausfall des Bat-

teriesystems?

Es soll also untersucht werden, was passiert, wenn im Energiespeicher Fehler auftreten und welche Auswir-kungen diese Fehler auf einen sicheren Betrieb des Fahr-zeugs haben. Dazu sollen neue Sicherheitseinrichtungen entwickelt und getestet werden.

LABORBEREICHE UND KONZEPT FÜR VERSUCHE

Um diese Fragestellungen zu bearbeiten besteht der La-borbereich aus drei Teilbereichen.

In der Energiespeicherwerkstatt sollen neue Energiespei-chersysteme aufgebaut bzw. Energiespeichersysteme aus der Serie modifi ziert werden. Dabei sollen erprobte und qualifi zierte Serienzellen eingesetzt werden. In der Energiespeicherwerkstatt sollen ebenso neue Überwa-chungs- und Batteriemanagementschaltungen entwickelt und aufgebaut werden.

Im Elektromechanik- und Zelllabor sollen neue Abschalt-element für Energiespeichersysteme entwickelt und erprobt werden. Ebenso sollen dort die Zuverlässigkeit, Alterung

Abbildung 1Zielsetzung des Labors „Sichere Energiespeicher“

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und Robustheit dieser Elemente untersucht werden. Dort sollen auch Verfahren erforscht werden, mit denen diese Komponenten qualifi ziert werden können. Darüber hinaus sollen in diesem Labor Algorithmen zur Erkennung von Fehlern auf Zellebene entwickelt und erprobt werden.

Mit den Energiespeicherprüfständen erfolgt eine Erpro-bung der Überwachungs- und Batteriemanagement-schaltungen wie auch der Abschaltelemente im Verbund mit dem gesamten Energiespeichersystem. Dazu können die Energiespeichersysteme mit Batterietestern mit realen Fahrzyklen belastet werden. Durch umfangreiche Sicher-heitsausrüstung wird ein sicherer Betrieb gewährleistet. Ein Beispiel für einen Versuchsaufbau ist in Abbildung 2 gezeigt.

Mit diesem Versuchsaufbau ist es möglich Tests am Bat-terietester durchzuführen, bei denen eine fl exible Darstel-lung unterschiedlicher Szenarien und Fahrzeuge nötig ist. Durch den Test im Verbund mit anderen Prüfständen und mit einem Fahrzeug kann dabei eine Untersuchung der Auswirkung von Fehlern im Energiespeicher auf den Antriebstrang, das Gesamtfahrzeug und den Fahrer er-folgen. Eine Beschädigung des Speichers wird durch redundante Sicherheitsabschaltung sichergestellt.

KOPPLUNG MIT ANDEREN LABORBEREICHEN

Um diese Versuche so realistisch wie möglich durchfüh-ren zu können, kann das Energiespeicherlabor mit an-deren Prüfständen des CARISSMA gekoppelt werden. Die Kopplung umfasst dabei sowohl die Energiefl üsse

als auch den Informationsfl uss zwischen den einzelnen Prüfständen. Durch die Kopplung der Prüfeinrichtungen im Energiespeicherlabor, dem Leistungselektronik- und HiL-Labor, dem Motorprüfstand und den Gesamtfahr-zeugprüfstand bis hin zum Hexapodenprüfstand kann somit ein virtuelles Hybrid- oder Elektrofahrzeug im La-bor aufgebaut werden.

Durch diese Kopplung entsteht eine einzigarte Mög-lichkeit die Komponenten im Verbund gefahrlos zu untersuchen und auch einzelne Komponenten durch simulierte Lösungen zu ersetzen. Dadurch entsteht eine sehr leistungsfähige Einrichtung zur Erforschung der Auswirkungen von sicherheitskritischen Zuständen einzelner Komponenten auf das Gesamtfahrzeug bis hin zur Einbindung des Fahrers. Damit wird erstmals eine Entwicklung von Konzepten zur Beherrschung dieser Zustände auf Teilsystem und Fahrzeugebene im Labor ermöglicht.

Abbildung 2Konzept für die Durchführung der Versuche im Labor „Sichere Energiespeicher“

Abbildung 3Kopplung der Prüfstände

Leitung Prof. Dr. Hans-Georg Schweiger Telefon: 0841 9348-450 [email protected]

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Überblick

KompetenzfeldFahrzeugmechatronik

Forschungs- und Testzentrum CARISSMAProf. Brandmeier, Prof. Facchi

Energieeffi zienteFahrzeugkonzepte

Aktive / PassiveFahrzeugsicherheit

Telematik / Fahrzeug-kommunikation

Fahrerassistenz-systeme

Fahrzeug-produktion

Prof. Arnold,Prof. Göllinger,

Prof. Soika,Prof. Wellnitz,

Prof. H.-G. Schweiger

Prof. Brandmeier,Prof. Arnold

Prof. Facchi Prof. J. Schweiger Prof. U. Schmidt

Testen verteilter sicherheitskritischer SystemeProf. Arnold, Prof. Facchi

Forschungsschwerpunkte

Das Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik wurde 2008 mithilfe einer fi nanziellen Förderung durch das Baye-rische Wissenschaftsministerium im „Programm zur För-derung des Technologietransfers und der angewandten Forschung und Entwicklung an Hochschulen für ange-wandte Wissenschaften“ gegründet. Ziel war es, die bis dahin weitgehend isolierten Forschungsaktivitäten in den Bereichen Fahrzeugsysteme, Fahrzeugelektronik, Fahrzeugkommunikation und Fahrzeugproduktion zu bündeln und zu vernetzen. Unter dem Dach des neuen Forschungsbereichs „Fahrzeugmechatronik“ sollte das erarbeitete Know-how allen Teilbereichen zugänglich ge-macht werden, um Synergie-Effekte zu generieren und eine gemeinsame Profi lbildung zu stärken. Der interdis-ziplinäre Zusammenschluss sollte eine deutliche Ver-besserung des Informations- und Technologietransfers über die spezifi schen Forschungsschwerpunkte hinweg ermöglichen. Folgende Ziele wurden gesetzt:

eine größere Schlagkraft bei der Akquise weiterer fi nanzieller Mittel und neuer wissenschaftlicher und industrieller Kooperationspartner, einen zielgerichteten weiteren Ausbau der Forschung

im Bereich der Fahrzeugmechatronik, die Stärkung der Zusammenarbeit mit Universitäten

zur Förderung anwendungsnaher kooperativer Pro- motionen, positive Auswirkungen auf die Lehre und nicht zuletzt eine Stärkung der (regionalen) Wirtschaft durch die

Entwicklung innovativer Technologien mit deutlichem Verwertungspotenzial und die Einbindung sowie der Know-how-Transfer an KMU.

Inzwischen sind vier Jahre seit der Gründung vergangen und das Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik konnte mittlerweile auf fünf kooperierende Forschungsschwer-punkte (siehe Abbildung 1) erweitert werden, die mit Blick auf die bisher erreichten Ergebnisse eine durchweg positive Bilanz ziehen können. Neben einer überdurchschnittlichen Industriemittelquote sowie 7 abgeschlossenen Promo-tionen, markiert die Zustimmung des Wissenschaftsrats

Abbildung 1Die Struktur des Kompetenzfeldes Fahrzeugmechatronik mit sei-nem Forschungs- und Testzentrum CARISSMA sowie den For-schungsschwerpunkten

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am 2. Juli 2010 zum Bau des Forschungs- und Testzen-trums CARISSMA an der Hochschule Ingolstadt, dessen Forschungsprogrammatik auf den interdisziplinären Vorar-beiten des Kompetenzfeldes gründet, den größten Erfolg.

DIE FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE

Fahrzeugsicherheit und Telematik für zukünftige energiesparende Fahrzeugkonzepte

Ebenfalls mithilfe einer fi nanziellen Förderung durch das Bayerische Wissenschaftsministerium im „Programm zur Förderung des Technologietransfers und der ange-wandten Forschung und Entwicklung an Hochschulen für angewandte Wissenschaften“ konnte 2010 der For-schungsschwerpunkt „Fahrzeugsicherheit und Telematik für zukünftige energiesparende Fahrzeugkonzepte“ initiiert werden. Er ergänzt die bisherigen Forschungsschwer-punkte um die neuen Bereiche Thermomanagement, Energiemanagement und bionischer Leichtbau. Dadurch ermöglicht er die disziplinübergreifende Erforschung si-cherheitsrelevanter und energieeffi zienter Lösungen im Automobil, so dass mittlerweile bereits erste Projekte in den hochaktuellen Bereichen energieeffi zientes Fahren und Elektromobilität gestartet werden konnten.

Aktive / Passive FahrzeugsicherheitWährend aktiven Sicherheitssystemen die Aufgabe der Unfallvermeidung zukommt, sollen passive Sicherheits-systeme die Unfallfolgen und die Verletzungsschwere der Insassen reduzieren. Vor diesem Hintergrund zielen die Forschungsaktivitäten im Forschungsschwerpunkt „Aktive/Passive Fahrzeugsicherheit“ darauf ab, die be-stehende Lücke zwischen aktiven und passiven Sicher-heitssystemen zu schließen, indem sie drohende Unfallsi-tuationen frühzeitig erkennen und Fahrzeug wie Insassen auf den bevorstehenden Unfall vorbereiten. Dazu wer-den neue integrale Sicherheitsfunktionen konzipiert und erforscht sowie Testumgebungen und Versuche für ver-netzte Systeme entwickelt.

Telematik / FahrzeugkommunikationUnter Fahrzeugtelematik bzw. -kommunikation wird die Kommunikation zwischen Fahrzeugen bzw. zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturkomponenten verstanden. Der Forschungsschwerpunkt Telematik / Fahrzeugkom-munikation befasst sich in diesem Kontext vor allem mit der Erforschung und Entwicklung von geeigneten Testme-thoden. Hierbei wird besonders Wert darauf gelegt, nicht nur ein Fahrzeug, sondern die Car2X-Systeme als Gan-zes zu betrachten. Da dieser Testansatz im Automobilbe-reich vollkommen neu ist, sind innovative Testmethoden zu etablieren. Um dabei die im Automobilbereich üblichen

Entwicklungszeiten realisieren zu können, ist hier nicht nur eine hohe Qualität, sondern vor allem ein effi zienter und effektiver Test der Systeme zu garantieren.

FahrerassistenzsystemeBei modernen Fahrerassistenzsystemen stellt die informa-tionstechnische Klassifi kation der jeweiligen Fahrsituation in Echtzeit ein Kernproblem dar, zu dessen Lösung eine fahrzeugübergreifende Modellierung der Umfeld-Informa-tion notwendig ist. Im Forschungsschwerpunkt Fahreras-sistenzsysteme wird deshalb an einem verteilten Umge-bungsmodell geforscht, das situationsspezifi sch Wissen zwischen den einzelnen Instanzen austauscht und dieses den angeschlossenen Assistenzsystemen zur Verfügung stellt. Um auch in zeitkritischen Situationen rechtzeitig Handlungsempfehlungen ableiten zu können, steht so-wohl die Minimierung der ausgetauschten Datenmenge als auch die Optimierung der Algorithmen-Laufzeit zur Klassifi kation der Verkehrssituationen im Mittelpunkt. Da-bei ist immer das Spannungsfeld zwischen Informations-überfrachtung des Fahrers und unzureichender Informati-onsversorgung zu berücksichtigen.

FahrzeugproduktionWeiterentwicklungen im Fahrzeug beeinfl ussen auch die Art und Weise, wie Fahrzeuge produziert werden. Ein Beispiel hierfür sind Elektromobilitätskonzepte, welche die sichere und effi ziente Handhabung alternativer An-triebskomponenten verlangen. Das weitere Vordringen von Sensorik und Assistenzsystemen erfordert vielfältige online-Tests in der laufenden Produktion, um das Zusam-menspiel der Komponenten bereits im Fertigungsprozess verifi zieren zu können. Am Forschungsschwerpunkt Fahr-zeugproduktion werden hierfür neue, parallel organisierte Software- und Testmethoden erforscht.

DAS FORSCHUNGS- UND TESTZENTRUM CARISSMA

„Center of Automotive Research on Integrated Safety Systems”

Das primäre Ziel des Forschungs- und Testzentrums ist die Realisierung eines globalen Sicherheitssystems, das in der Lage ist, Gefahren aus der Umgebung zu erkennen bzw. abzuwenden, um so die Sicherheit für Insassen und un-geschützte Verkehrsteilnehmer deutlich zu erhöhen. Durch die Vernetzung und Integration aktiver und passiver Sicher-heitssysteme sollen im Zuge der CARISSMA-Forschungs-programmatik in drei aufeinander aufbauenden Phasen und unter Nutzung des bionischen Prinzips die menschlichen Sinne nachgebildet werden, um Unfälle zukünftig „fühlen“, „hören“, „sehen“ und „kommunizieren“ zu können.


Professoren Prof. Dr. Armin Arnold, Prof. Dr. Christian Facchi, Prof. Dr. Harald Göllinger, Prof. Dr. Ulrich Schmidt, Prof. Dr. Johann Schweiger, Prof. Dr. Hans-Georg Schweiger, Prof. Dr. Armin Soika, Prof. Dr. Jörg Wellnitz

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Car2X – Herausforderungen für den funktionalen Test

KURZFASSUNG

Verteilte Systeme werden seit einigen Jahren intensiv erforscht. Jedoch spielen dabei geeignete Testmetho-den nur eine untergeordnete Rolle. Dies gilt besonders für verteilte Systeme, die reaktiv mit der Umwelt intera-gieren und ein nicht-deterministisches, d. h. nicht exakt vorhersagbares, Verhalten zeigen. Speziell die Fahrer-assistenzsysteme der Zukunft werden jedoch häufi g als verteilte, reaktive Systeme realisiert. Basierend auf den Ergebnissen der Car2X-Technologie können neue, in-novative Fahrerassistenzsysteme entwickelt werden, die sich durch besondere Komplexität auszeichnen werden.

Da die verwendeten Kommunikationskanäle und in vielen Fällen auch die Betriebssysteme der Teilkomponenten aus Performance-Gründen nicht-deterministisch ausge-legt sind, ergibt sich auch für die Fahrerassistenz- bzw. Car2X-Systeme ein nicht-deterministisches Verhalten. Zusätzlich sind diese Technologien in Zukunft immer häufi ger auch sicherheitsrelevant, da der Fahrer Informa-tionen oder Warnungen erhält oder sogar Eingriffe in das Fahrzeug erwägt werden. Deshalb existieren sehr hohe Qualitätsanforderungen an Fahrerassistenz- und beson-ders auch Car2X-Systeme. Aus diesem Grund ist die Erforschung geeigneter Methoden für den funktionalen Test erforderlich, die über den aktuellen Stand der Wis-senschaft und Technik hinausgehen.

WAS IST CAR2X?

Car2X-Kommunikation bezeichnet die Fahrzeug-zu-Fahr-zeug und die Fahrzeug-zu-Infrastruktur Kommunikation, die entweder auf Wireless LAN oder auf Mobilfunk-Tech-nik beruht und in Abbildung 1 dargestellt wird. Damit die speziellen Anforderungen der Car2X-Anwendungen von der Wireless-LAN-Kommunikation erfüllt werden kön-nen, wird diese an die Bedürfnisse kommunizierender Fahrzeuge angepasst. Auf der Car2X-Kommunikation basierende Anwendungen decken die Bereiche Ver-kehrssicherheit, Verkehrseffi zienz und Infotainment ab. Beispiele hierfür sind unter anderem Kollisionswarnung, Gefahrenwarnung, Ampelassistent, kooperative Naviga-tion oder auch Aktualisierung des Kartenmaterials der Navigationssysteme.

Der Einsatz von Car2X-Anwendungen für Verkehrssicher-heit, wie z. B. Kollisionswarnung oder Einsatzfahrzeug-warnung, stellt hohe Anforderungen an die Systemqua-lität und damit an den Entwicklungsprozess. Derartige Entwicklungsprozesse erfordern ein ausgeprägtes und methodisches Testen des Gesamtsystems gegenüber

den Anforderungsspezifi kationen. Jedoch existieren bis-lang keine Testmethoden für Car2X-Systeme, die diesen Ansprüchen gerecht werden. Forschungsgegenstand des Projekts Car2X-Kommunikation ist deshalb die Ent-wicklung geeigneter Testmethoden zur Sicherstellung der geforderten Qualitätsziele.

KONKRETISIERUNG DER PROBLEMSTELLUNG

Da die Funktionalität eines Car2X-Systemes meist nicht nur in einem einzigen Steuergerät realisiert wird, wer-den vor allem bestehende Fahrzeugkomponenten ver-wendet oder erweitert. Bei Car2X-Systemen handelt es sich somit um verteilte Systeme. Da Fahrerassistenzsy-steme und dadurch auch Car2X-Systeme auf ihre Um-welt reagieren müssen, werden sie als reaktive Systeme ausgelegt. Als weiterer Komplexitätsgrad erweist sich jedoch das daraus resultierende nicht-deterministische Verhalten. Der Grund hierfür liegt in den verwendeten Kommunikationskanälen und in vielen Fällen auch bei den Betriebssystemen der Teilkomponenten, die selbst nicht-deterministisch realisiert sind. Die Teilkomponen-ten agieren also asynchron. Zusätzlich wird die Kom-plexität bei Car2X-Systemen, die eine zukünftig vorhan-dene Kommunikation zwischen den Fahrzeugen oder auch zwischen Fahrzeugen und IT-Infrastruktur der Fahrzeug-OEMs verwenden, erhöht.

Aufgrund der hohen Komplexität von Car2X-Technolo-gie und der langen Lebensdauer der Fahrzeuge ist es von besonderer Bedeutung, deren Entwicklung nach-haltig zu betreiben. Zusätzlich ist die häufi g vorhandene

Abbildung 1Kommunikation zwischen Fahrzeug und Lichtsignalanlage über Mobilfunktechnik und Automotive-WLAN

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Auftragsfertigung im Automobilbereich durch den Test-prozess zu unterstützen. Daraus ergeben sich folgende Problemstellungen für den funktionalen Test moderner Car2X-Systeme:

Der Testprozess soll häufi ge Testwiederholungen er- möglichen, da sonst die Änderungen zwischen den getesteten Versionen zu groß sind. Der Testprozess soll eine Abstraktion der Testergeb-

nisse vorsehen, um eine schnelle Interpretation der Testergebnisse zu ermöglichen. Der Testprozess soll einen hohen Grad an Automatisie-

rung ermöglichen, um Reproduzierbarkeit zu gewähr- leisten und den Aufwand für die Testingenieure zu beschränken. Der Testprozess soll den Nicht-Determinismus der

Car2X-Systeme berücksichtigen.

REFERENZEN

S. Röglinger. A methodology for testing intersection related Vehicle-2-X applications. ELSEVIER Compu-ter Networks 55 (14) (2011) 3154 – 3168. deploying Vehicle-2-X communication

S. Röglinger, C. Facchi. Behavior Specifi cation of a Red-Light Violation Warning Application – An Approach for Specifying Reactive Vehicle-2-X Communication

Applications. 3rd International Workshop on Communi-cation Technologies for Vehicles. Springer LNCS 6596. Page 106 - 118. Oberpfaffenhofen. 03/2011

S. Röglinger, C. Facchi. A Safety Based Selection of Fea-sible Scenarios for Car2X-Communication – A Statistical Approach. 14. Internationaler VDI-Kongress: Elektronik im Kraftfahrzeug, Baden-Baden, 10/2009

S. Röglinger, C. Facchi. How Can Car2X-Communicati-on Improve Road Safety. Arbeitsberichte – Working Pa-pers, Nr. 15, ISSN 1612-6483, 04/2009

Bayerisches Landesforschungsprogramm für Fachhochschulen des Bayerischen Wirtschafts-ministeriums

Fördergeber

Die Hochschule Ingolstadt ist Development Member des Car2Car Communication Consortium.

Kooperationspartner

Das Projekt Car2X-Kommunikation des IAF arbeitet mit Vorentwicklung Fahrzeugkon-zepte der AUDI AG zusammen.

Beteiligte Universitäten / Institute

Leitung Prof. Dr. rer. nat. Christian Facchi Telefon: 0841 9348-365 [email protected]

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Röglinger

Mitgliedschaft

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

CISS.S – Seitencrasherkennung mit Körperschall

EINLEITUNG UND MOTIVATION

Die Entwicklung neuer Fahrzeuge wird zum großen Teil durch Virtualisierung und Simulation unterstützt. Die wich-tigsten Konstruktionen der Fahrzeugstruktur werden mit Crash-Simulationen bewertet, noch bevor der erste Proto-typ aufgebaut ist. Für den Einsatz der Körperschall-Tech-nologie ist deshalb ein Simulationsverfahren notwendig, das bereits in einer frühen Phase Anhaltspunkte für die zu erwartenden Körperschallsignale liefert.

Vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass die Fahrzeugkonstruktion einen signifi kanten Einfl uss auf die entstehenden und messbaren Körperschall-signale hat. Um deren Einfl uss auf die Entstehung und Ausbreitung von Körperschall möglichst frühzeitig im Entwicklungsprozess neuer Fahrzeugplattformen zu untersuchen, werden Simulationen verwendet. Hier-bei hat sich eine Unterteilung der Fahrzeugstruktur in eine Entstehungs- und eine Ausbreitungszone als möglich und sinnvoll erwiesen. Für die Simulation der Körperschallentstehung steht mit den herkömmlichen Finite-Elemente-Methoden (FEM) ein erprobtes und weit verbreitetes Mittel zur Verfügung. Die Grenzen von FEM werden jedoch bei der Körperschallausbreitung über-schritten und es ist ein erweitertes Simulationsverfahren notwendig (Spannaus, 2009) (Kohlhuber, 2012).

DIE SIMULATION

Die Simulation basiert auf einer Erweiterung der Trans-mission-Line-Methode (TLM), bei der die Karosserie in homogene Ausbreitungsbereiche und dazwischen lie-gende Übergänge zerlegt wird. Die Ausbreitungsstrecke beschreibt die Effekte der Dämpfung und Dispersion des Körperschallsignals. Die Übergänge wurden in Refl exion und Transmission zerlegt und mittels entsprechender Faktoren in der Simulation berücksichtigt. Die Ausbrei-tungsstrecken werden aus einem dreidimensionalen Fahrzeugmodell, das ausschließlich aus einzelnen ebe-nen Flächenelementen zusammengesetzt ist, ermittelt. Es gibt verschiedene Verfahren zur Analyse der Wellen-ausbreitung. Für die vorliegende Aufgabenstellung hat sich ein modifi ziertes Strahlenverfahren (Raytracer) als am besten geeignet erwiesen. In Abbildung 1 ist das der Simulation zugrunde liegende, vereinfachte Modell dar-gestellt und einige der errechneten Ausbreitungsstrahlen eingezeichnet. Da Beugungseffekte bei diesem Strahl-verfahren nicht berücksichtigt werden, würden kleine Diskontinuitäten, wie z. B. Bohrungen, die Strahlausbrei-tung blockieren. Diese dürfen entsprechend im Modell nicht mit abgebildet werden. Dies beschleunigt sowohl

die Modellbildung als auch den Raytracer signifi kant (Luegmair, 2011) (Kohlhuber, 2012).

Die Signalform der gemessenen Beschleunigungen verän-dert sich während der Ausbreitung der Körperschallwelle in einer komplexen Struktur. Diese Änderung ist im We-sentlichen auf die Effekte Dispersion, Refl exion und Trans-mission sowie die Abnahme der Amplitude aufgrund der fl ächigen Ausbreitung in einer Platte zurückzuführen. Mit Hilfe des Wellenansatzes im Frequenzbereich kann die un-gestörte Ausbreitung (Dispersion) sehr gut nachgebildet werden. Die Berücksichtigung der Amplitudenabnahme erfolgt mit dem Faktor√(2/(πkr)). Refl exions- bzw. Trans-missionsfaktoren sind aus der Literatur nur für bestimmte Sonderfälle bekannt. Die Karosseriebauteile werden im Au-tomobilbau überwiegend in Tiefziehprozessen gefertigt. Es ergeben sich somit gekrümmte Koppelstellen mit den bei-den veränderlichen Größen Biegewinkel und Biegeradius.

Das Refl exions- und Transmissionsverhalten kann mithil-fe einer FEM-Simulation eines Balkenmodells (Abbildung 2) für verschiedene Biegewinkel ß und Biegeradien R ermittelt werden. Diese Struktur ist im Vergleich zum Ge-samtfahrzeug sehr klein und kann daher mit vertretbarem Rechenaufwand für hochfrequente Wellen entsprechend fein vernetzt werden. Der gekrümmte Balken wird an der Hammerposition mit einem idealisierten Diracimpuls beaufschlagt und das Antwortsignal an den Messposi-tionen MP 1 und MP 2 gemessen. Der Radius und der Biegewinkel werden variiert, um verschiedene Abhän-gigkeiten aufzulösen. Die einzelnen Teillängen werden bei jeder Variation so angepasst, dass sich die einzelnen Wellen aufgrund von Refl exion nicht überlagern. Für alle

Abbildung 1Dreidimensionales Fahrzeugmodell mit berechneten Strahlen des Raytracers

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Refl exions- bzw. Transmissionsfaktoren wird eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Theorie und nume-rischem Experiment erreicht (Kohlhuber, 2012).

Neben der numerischen Parameterstudie wurden in Zu-sammenarbeit mit dem Institut für Automation und Kom-munikation der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg umfangreiche experimentelle Parametervariationen an gekrümmten Plattenverbindungen durchgeführt, um den Einfl uss der Biegeradien auf die Transmissions- und Re-fl exionsfaktoren zu ermitteln.

Die Ausbreitungssimulation wurde zunächst am abstrak-ten Fahrzeugtunnel-Modell validiert (vgl. Abbildung 3). Im Weiteren wurde die Simulation eines Fahrzeugs der Mittel-klasse untersucht. Aufgrund fehlender CAD-Daten wurde die Geometrie anhand der Vermessung des realen Fahr-zeugs nachgebildet (vgl. Abbildung 1). Die Ergebnisse der Simulation wurden wiederum mit Messungen am Fahrzeug verglichen und es zeigte sich eine gute Übereinstimmung.

SCHLUSSBETRACHTUNG

Unter Verwendung der TLM ist am IAF ein entsprechendes Simulationsverfahren zur Körperschallausbreitung entwi-ckelt und erprobt worden. Die Berechnung hochfrequenter Wellenausbreitung in komplexen Fahrzeugstrukturen ist damit in vertretbarerer Zeit möglich. Es lassen sich konkrete Konstruktionsänderungen im Modell umsetzen und deren Auswirkungen auf das am Fahrzeugtunnel gemessene Körperschallsignal berechnen.

REFERENZEN

Kohlhuber, M. M. (2012). Ausbreitung elastischer Wel-len in komplexen dünnwandigen Strukturen. Zentrum für Ingenieurwissenschaften. Halle-Wittenberg: Mar-tin-Luther-Universität Halle Wittenberg.

Luegmair, M. (2011). Erweiterung der Transmissi-on-Line-Methode auf die Biegewelle zur Simulation von Crashsensorsignalen. Elektrotechnik und Informations-technik. Magdeburg: Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.

Spannaus, P. (2009). Körperschallentstehung im Fahr-zeugcrash: ein Beitrag zur Verbesserung der Unfallerken-nung. Zentrum für Ingenieurwissenschaften. Halle-Wit-tenberg: Martin-Luther-Universität Halle Wittenberg.

Abbildung 2Modell zur Bestimmung des Refl exions- und Transmissionsfak-tors an gekrümmten bzw. gebogenen Blechstrukturen

Beteiligte Universitäten / Institute

Mitarbeiter Robert Lugner B. Eng.

Leitung Prof. Dr.-Ing. Thomas Brandmeier (Projektleiter) Telefon: 0841 9348-384 [email protected]

Abbildung 3Normierte Amplituden des mittels der TLM berechneten sowie gemessenen Signals der Körperschallausbreitung im abstrak-ten Fahrzeugtunnel-Modell in Abhängigkeit von der Zeit: Die rote Kurve beschreibt das berechnete Signal, das gemessene Signal ist durch die blaue Kurve dargestellt.

Fördergeber

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln der Bayerischen Forschungsstiftung unter dem Förderkennzeichen AZ-861-09 gefördert.

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Mit dem Forschungsschwerpunkt „Fahrzeugsicherheit und Telematik für zukünftige energiesparende Fahrzeug-konzepte“ wird das Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik thematisch um das Gebiet der Energieeffi zienz erweitert. Der Aufbau des Forschungsschwerpunkts wird durch das vom bayerischen Forschungsministerium aufgelegte Programm zur Förderung des Technologietransfers und der angewandten Forschung und Entwicklung an Hoch-schulen für angewandte Wissenschaften – Fachhoch-schulen – Programmsäule Forschungsschwerpunkte zum Ausbau von Forschungsstrukturen gefördert.

BIONISCHER LEICHTBAU UND STRUKTURÜBERWACHUNG

Prof. Jörg Wellnitz

In diesem Projekt mit der Firma Honda Research & Design Germany wird ein Konzept für eine Systemar-chitektur und ein Prototypenbauteil zur Lastüberwa-chung und Lebensdauervorhersage von Faserverbund-kunststoff-Profi len erarbeitet. Dieses funktioniert auf der Basis einer Dehnungsmessung im Fahrbetrieb mit Dehnungsmessstreifen und in den Mehrschichtverbund einlaminierter Sensorik. Die auftretenden Lastzyklen werden nach ihrer Relevanz bewertet, abgespeichert und aufsummiert. Bisher wurden mittels eines Test-fahrzeugs typische Lastkollektive für Karosseriebauteile (Sitzquerträger) an Aluminium-Strangpressprofi len mit Dehnungsmessstreifen auf der Nordschleife ermittelt (vgl. Abbildung 1).

Fahrzeugsicherheit und Telematik

für zukünftige energiesparende Fahrzeugkonzepte

Diese Daten werden als Eingangsgröße für die Analyse der Betriebsfestigkeit mittels Finite-Elemente-Berech-nung, Prüfstandversuchen und der Substitution eines exemplarischen Fahrzeugteils mittels eines belastungs-optimierten „sensierenden“ Composite-Bauteils ge-nutzt. In der näheren Zukunft wird an der Entwicklung und Programmierung eines pragmatischen Algorithmus zur Bewertung der Restlebensdauer des Faserverbunds gearbeitet. Relevant ist hierbei auch die Bewertung der heute erreichbaren Vorhersagegenauigkeit und deren Auswirkung auf eine sichere Bauteilauslegung. Hier-zu ist eine Fehlermodus- und Einfl ussanalyse (FMEA) geplant.

ENERGIEMANAGEMENTProf. Harald Göllinger

Innerhalb des Forschungsvorhabens „EMFA“ (Energy Management Future Automotives) wurde zusammen mit der Firma ITW Automotive Products GmbH ein neuartiger Antrieb für Ventile eines Kühlkreislaufs entwickelt. Derar-tige Ventile werden benötigt, um die veränderten Anfor-derungen an die Kühlung von Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeugen abzudecken, da Komponenten für diese Antriebsstrukturen verschiedene Anforderungen an die Kühlung haben und in unterschiedlichen Tempe-raturbereichen betrieben werden: der Verbrennungsmo-tor bei ca. 90 °C, die Leistungselektronik im Bereich bis ca. 60 °C und die Batterien als empfi ndlichste Bauteile bis ca. 40 °C. Die Entwicklung erfolgt exemplarisch an einem Hybridfahrzeug. Ein Folgeprojekt ist aktuell in der Planungsphase.

AKTIVE SICHERHEITProf. Armin Arnold

Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes erfolgte eine Untersuchung der Energieversorgung der Sicherheits-systeme bei hoher Belastung des Verbrennungsmotors durch die Nebenaggregate. Insbesondere in Regionen mit extrem heißem und feuchtem Klima (tropische und subtropische Gebiete) kann es zu Problemen kommen. Dort bewirkt vor allem die Klimaanlage eine hohe Motor-last. Deshalb erfolgte eine genaue Systemuntersuchung des Klimaaggregats und dessen simulative Abbildung der relevanten System-Zusammenhänge um geeignete Maßnahmen zu treffen.

Abbildung 1

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TESTEN SICHERHEITSKRITISCHER SYSTEME

Prof. Armin Arnold, Prof. Christian Facchi

Da der Einsatz neuer Antriebssysteme einen hohen Aufwand bei der Entwicklung erfordert, sollen neue Entwicklungs- und Teststrategien erarbeitet werden, um den Realisierungsaufwand zu minimieren und die Funktionssicherheit frühzeitig gewährleisten zu kön-nen. Zusammen mit dem Fahrzeughersteller Audi und der Firma AVL List GmbH als Experte für den Bereich Testsysteme wird das gemeinsame Forschungspro-jekt BluOcean durchgeführt.

Im Rahmen eines durch die AVL List GmbH fi nan-zierten und vom Kompetenzfeld betreuten Projekts wurde ein Prüfstand als öffentlichkeitswirksamer De-monstrator für entwickelte Softwaremodelle und Test-methodiken im Maßstab 1:5 entworfen, entwickelt und aufgebaut (vgl. Abbildung 2). Dieser repräsen-tiert das Modell des innerhalb des Forschungs- und Testzentrums CARISSMA der Hochschule Ingolstadt geplanten Prüfstands.

THERMOMANAGEMENTProf. Armin Soika

Dem effi zienten Thermomanagement – die zielgerich-tete Nutzung vorhandener Wärme- und Kältequellen im Fahrzeug – kommt bei der Entwicklung zukünftiger Antriebskonzepte mit gleichzeitiger Realisierung der Klimatisierungsanforderungen der Fahrzeuginsassen ein hoher Stellenwert zu. Zu diesem Zweck wurde das Kühlsystem eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor mittels des Simulationsprogramms „Flowmaster“ sy-stematisch nachgebildet und anschließend der zeit-liche Verlauf der Kabinenaufheizung simuliert. Hierbei wurde zum einen die verfügbare Motorabwärme, wie

auch die Höhe der Außenluftrate variiert und mit dem Fall verglichen, dass zusätzlich ein Zuheizgerät zur Aufheizung der Kabine beiträgt. Diese Untersuchungen belegen, dass bei abnehmender Motorabwärme eine Kabinenbeheizung in Wintermonaten kaum ohne Zu-heizmaßnahmen machbar ist. Ursächlich hierfür ist u.a. das mit zunehmender Hybridisierung gekoppelte Downsizing der Verbrennungsmotoren.

Abbildung 2

Leitung B. Eng Stefan Herrmann Telefon: 0841 9348-677 [email protected]

Professoren Prof. Dr. Armin Arnold, Prof. Dr. rer. nat. Christian Facchi, Prof. Dr. Harald Göllinger, Prof. Dr. Armin Soika, Prof. Dr. Jörg Wellnitz

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

PROBLEMSTELLUNG

Das ZIM-Projekt VISAPS, welches die Hochschule Ingol-stadt zusammen mit der IPG Automotive GmbH Karls-ruhe, der Berner & Mattner Systemtechnik GmbH Mün-chen, der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sowie der Continental Automotive GmbH Regensburg durchgeführt hat, führte dazu, dass ein Grundstein für ein integriertes, leistungsfähiges und fl exibles Testsystem für ein hochvernetztes Sicherheitssteuergerät wie das Airbag-Steuergerät gelegt wurde.

Um die technischen Möglichkeiten der Fahrzeugsi-cherheit weiter zu verbessern und Effi zienz- und Ko-stengesichtspunkten Rechnung zu tragen, besteht die Notwendigkeit, die Vernetzung aktiver und passiver Sicherheitssysteme sowie die Entwicklung entspre-chender Testverfahren weiterhin voranzutreiben. Dazu ist eine ganzheitliche Betrachtung vernetzter Syste-me unabdingbar. Allerdings ist die Entwicklung dieser Systeme derzeit noch mit einem immensen Entwick-lungsaufwand behaftet, da die Komplexität durch die Vernetzung erheblich steigt. Hinzu kommt, dass die Ab-sicherung der fehlerfreien Funktion beim Endverbrau-cher mit herkömmlichen Tests und Testeinrichtungen nicht mehr sichergestellt werden kann. Aktuell wird die Vernetzung innerhalb des Fahrzeugs standardmäßig über das sogenannte Controller-Area-Network-Da-tenbussystem (CAN) gewährleistet. Gerade im Hin-blick auf die Verarbeitung größerer Datenmengen, die Echtzeitfähigkeit sowie die verbesserte Übertragungs-sicherheit ist eine Verwendung von Bussystemen wie FlexRay die Zukunft. Mithilfe dieser Kommunikations-systeme lassen sich eine Vielzahl von Feldgeräten, wie z. B. Sensoren oder Aktoren, echtzeitfähig und fehler-tolerant mit einem Steuergerät verbinden. Zum effek-tiven Testen solcher Systeme möchte die Hochschule Ingolstadt im Projekt VISAPS² zusammen mit den Pro-jektpartnern IPG Automotive GmbH und Continental Automotive GmbH einen Beitrag leisten.

ZIELSETZUNG

TestsystemZiel von VISAPS² soll es sein, das im Vorgängerprojekt VISAPS entwickelte Testsystem weiterzuentwickeln und somit für zukünftige Steuergerätegenerationen als umfassende und durchgängige Testumgebung der Wahl zu fungieren. Konkret sollen unter anderem im Projekt die Themen FlexRay, AUTOSAR, ISO 26262 und die Entwicklung verschiedener physikalischer Schnittstellen behandelt werden.

Vernetzung und Integration von Sicherheitssystemen

der Aktiven und Passiven Sicherheit (VISAPS und VISAPS²)

Testmethoden und -strategieZukünftig wird das Steuergerätenetzwerk in den Fahr-zeugen immer umfangreicher und komplizierter wer-den. Auch die Kommunikation und Analyse der Um-gebung wird wichtiger. Aus diesem Grund steigt der Aufwand der Absicherung und des Testens dieser Systeme stark an. Diese Entwicklung führt dazu, dass auf eine effi ziente Teststrategie, die innovative Testme-thoden enthält, nicht mehr verzichtet werden kann. Im Projekt VISAPS² wird aus diesem Grund eine solche Teststrategie entwickelt, die auf den Einsatz der neu-artigen Testmethoden, die durch das ebenfalls ent-wickelte Testsystem möglich werden, baut. Das Ziel soll es sein, das Testen übersichtlicher, effi zienter und hinsichtlich des Testfortschritts nachweisbarer zu ma-chen.

Abbildung 1Testsystem aus VISAPS und VISAPS²

Abbildung 2Teststrategie und -methoden

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Crash-Datenskalierung und -interpolationFür das Testen der Steuergeräte im Falle eines Unfalls wird eine Vielzahl von Crash-Signalen zur Einspei-sung in das Testsystem benötigt. Aufgrund der sehr hohen Kosten für reale Crash-Tests und der hohen Rechenzeitbeanspruchung bei der künstlichen Erzeu-gung der benötigten Signale, beispielsweise über eine FEM-Simulation, wird in VISAPS² ein neuartiges, echt-zeitfähiges Verfahren zur Generierung der benötigten Crash-Daten entwickelt. Hierbei wird unter Verwen-dung von bereits vorhandenen, real gefahrenen Daten-sätzen durch gezielte Skalierung und Interpolation der Daten ein neuer Signaldatensatz mit den gewünsch-ten Unfallparametern erzeugt. Dieser Datensatz kann dann zum Testen der Steuergeräte in das Testsystem eingespeist werden.

REFERENZEN

[ 1 ] A. Raith, K. Sattler, R. Ertlmeier und T. Brand- meier: Networking and Integration of Active and Passive Safety Systems. 2011 Proceedings of the Ninth Workshop on Intelligent Solutions in Embedded Systems WISES 2011, IEEE Confe- rence Proceedings, p. 75-80, Hochschule Re- gensburg, ISBN: 978-3-00-033401-6, Regensburg, Juli 2011.

[ 2 ] K. Sattler, A. Raith und T. Brandmeier: Crashfähiges Testsystem für vernetzte Sicherheitssysteme im Automobil. 10. Magdeburger Maschinenbau-Tage, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, ISBN: 978-3-940961-60-0, Magdeburg, September 2011.

[ 3 ] A. Raith, K. Sattler, C. Schyr, D. Sadou und T. Brand- meier: Test system including crash data feeding for maneuver-based testing of integrated safety systems. crash.tech 2012, Conference Proceedings, lecture number 23, TÜV SÜD, München, April 2012.

[ 4 ] K. Sattler, A. Raith und T. Brandmeier: Effi cient test methods for the system test of highly networked safety systems. Tenth Workshop on Intelligent Solu- tions in Embedded Systems WISES 2012, Alpen-Adria-Universität, Klagenfurt, Juli 2012.

Abbildung 3Crash-Datenskalierung und -interpolation

Kooperationspartner

Fördergeber

Die der Publizierung zugrunde liegenden Projekte wurden bzw. werden mit Mitteln des Bundesministeriums

für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter den Förder-

kennzeichen KF2122303RA9 (Projekt VISAPS, 2009 bis 2011) und KF2122306PR1 (Projekt VISAPS², 2012

bis 2014) gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

Continental Automotive GmbH, Regensburgwww.conti-online.comIPG Automotive GmbH, Karlsruhewww.ipg.de

Leitung Prof. Dr.-Ing Thomas Brandmeier Telefon: 0841 9348-384 [email protected]

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Kathrin Sattler Dipl.-Ing. (FH) Andreas Raith

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Informationsmanagement für kontextadaptive

Mensch-Maschine-Schnittstellen im Fahrzeug

PROBLEMSTELLUNG UND MOTIVATION

Etwa 90 Prozent aller Innovationen im Automobil gehen auf das Konto elektronischer Systeme1. Einen großen Anteil daran haben Fahrerassistenzsysteme (FAS), wel-che durch Meldungen an den Fahrer zur Steigerung von Sicherheit, Komfort und Energieeffi zienz beitragen kön-nen.

Durch die aktuellen Fortschritte im Bereich intelligenter Verkehrstelematiklösungen mit zunehmender Vernet-zung von Fahrzeugen und der Infrastruktur ist zukünftig mit einer weiter wachsenden Vielfalt verfügbarer FAS zu rechnen.

Das Aufkommen des „Digital Lifestyle“ als Lebensgefühl der digitalen Generation stellt eine weitere relevante Ent-wicklung dar. So bieten die Einbindung mobiler Endgeräte in das Fahrerinformationssystem, die Personalisierung von Fahrzeugfunktionen sowie integrierte Internet- und Messaging-Dienste den Herstellern Gelegenheit, Allein-stellungsmerkmale am Markt zu erreichen.

Hierzu tragen auch neuartige Anzeigesysteme für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS), wie frei program-mierbare Kombinationsinstrumente, HeadUp-Displays oder haptische Anzeigen wie Vibrationen im Fahrersitz, bei.

Während die geschilderten Entwicklungen einerseits dazu beitragen können die Sicherheits-, Komfort- und Informationsbedürfnisse des Fahrers zu befriedigen, bergen sie andererseits ein beträchtliches Gefahrenpo-tenzial. Die wachsende Zahl an Fahrzeugsystemen führt zu explodierenden Informations- und Datenmengen un-terschiedlichster Art und Herkunft. Viele Systeme gene-rieren Meldungen, welche über die MMS an den Fahrer transportiert werden und hierbei seine Aufmerksamkeit und kognitiven Ressourcen beanspruchen. Bei einer un-kontrollierten Ausgabe von Meldungen droht eine regel-rechte Informationsüberfl utung des Fahrers, die ihn von der Fahrzeugführung ablenken und zu einer Gefährdung für Fahrer, Insassen und die restlichen Verkehrsteilneh-mer werden kann.

FORSCHUNGSVORHABEN

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben ist inspiriert von der Vision einer adaptiven MMS, welche ihre Aus-gabe kontextgerecht aufbereitet und dem Fahrer in adäquater Weise präsentiert. Für eine Anpassung der Ausgabe an die aktuell vorherrschende Fahrsituation ergibt sich die Fragestellung

welche Meldungen zu welchem Zeitpunkt wie angezeigt werden

sollen. Hieraus leiten sich die Ziele des Forschungs-vorhabens ab: es soll ein Informationsmanager entwi-ckelt werden, welcher auftretende Meldungen bezüg-lich ihrer Dringlichkeit bewertet und einen geeigneten Ausgabezeitpunkt und Kommunikationskanal festlegt (vgl. Abb. 1). Um hierbei eine kontextgerechte An-passung zu erreichen, folgt der Ansatz dem in Abb. 2 skizzierten Prozess.

InformationsakquiseZiel der Informationsakquise ist die Identifi kation und Erfassung relevanter Situationsaspekte der Sub-systeme Fahrzeug, Umgebung und Fahrer. Die ver-fügbaren Sensorsysteme (ECUs) und Kommunika-tionsbusse moderner Fahrzeuge ermöglichen eine detaillierte Wahrnehmung der Fahrsituation. Digitale Karten repräsentieren zusätzliches Wissen über die Infrastruktur und das Straßennetz. Aufgrund unter-schiedlicher Persönlichkeiten von Menschen spielt die Erfassung des Fahrers bzw. seiner aktuellen Belastung (engl. Workload) zudem eine tragende Rolle. Hierzu werden situationsspezifi sche Belastungsschätzungen mit videogestützter Blickregistrierung als Indikator für die aktuelle Fahrer-Workload kombiniert.

Abbildung 1Übersicht kontextadaptives Informationsmanagement

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Modellierung, Interpretation und Klassifi kation

von FahrsituationenAls formales Modell zur Beschreibung von Situations-aspekten (SA) dient eine Taxonomie, die es ermöglicht, Entitäten, deren Attribute sowie eine semantische Hie-rarchie abzubilden. Instanzen von Situationsaspekten werden im Verteilten Umgebungsmodell2 (VerUM) ge-speichert. Das Situationsmodell umfasst weiter sog. Snapshots, die Abzüge der aktuell im Modell vorhan-denen SA-Instanzen zu einem konkreten Zeitpunkt dar-stellen. Hieraus können räumliche Relationen von SA abgeleitet werden. Zeitliche Relationen wie Fahrmanöver können aus einer Abfolge von Snapshots modelliert wer-den.

Ein ereignisgesteuerter Interpretationsmechanismus bietet die Möglichkeit, semantische Schlussfolgerungen auf Basis von SA (z. B. Objekt > bewegliches Objekt > Fußgänger) durchzuführen. Das Ergebnis der Situati-onsinterpretation bildet die Eingabe der Situationsklas-sifi kation.

Aufgrund sensorbedingter Ungenauigkeiten und fehler-behafteter Informationen wurde für die Situationsklas-sifi kation ein probabilistischer Ansatz gewählt. Anwen-dung fi nden hierbei sog. Bayes’sche Netze (BN), welche ein mächtiges Werkzeug für statistische Analysen und Schlussfolgerungen unter Unsicherheiten darstellen.

Der Klassifi kator besteht aus einer Reihe von BN mit Eingangsknoten für Situationsaspekte und je einen Aus-gangsknoten als Indikator für die erkannte Fahrsituati-on. Aus den Situationsaspekten des Situationsmodells kann somit die Evidenz für den Klassifi kator abgeleitet werden, welcher anschließend die verteilten Wahr-

scheinlichkeiten in den BN auf Basis eines Inferenzalgo-rithmus berechnet.

Um eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und Fle-xibilität im Systemdesign zu erreichen, wird hierbei ein modularer Ansatz mit Sub-Netzen für einzelne Situati-onsaspekte verfolgt. Diese können beliebig kombiniert werden, um den Klassifi kator zu erweitern.

InformationsmanagementAufgrund der vorhergehenden Situationsanalyse steht dem Informationsmanager (IM) umfangreiches Wissen über die aktuell vorherrschende Fahrsituation zur Ver-fügung. Auf Basis dieses Kontexts kann der IM eine adäquate Steuerung der Informationspräsentation vor-nehmen. Hierbei kommen Algorithmen aus dem Be-reich des Scheduling zum Einsatz, um Meldungen zu priorisieren sowie Ausgabezeitpunkt und -modalität in Abhängigkeit der verfügbaren Ausgabemedien festzu-legen.

BISHERIGE ERGEBNISSE UND AUSBLICK

Im Rahmen des Forschungsprojekts EFA2014 wurden die vorgestellten Konzepte zur Situationsmodellierung und -klassifi kation entwickelt, um eine Analyse der ak-tuellen Fahrsituation zu ermöglichen. Das Potenzial der Konzepte konnte im Jahr 2011 anhand einer Proban-denstudie an der Hochschule Ingolstadt mit 20 Ver-suchspersonen nachgewiesen werden.

Im Weiteren werden die Arbeiten am Informationsma-nagement für kontextadaptive MMS fortgeführt. Hier-bei ist die Erarbeitung von weiteren Fahrszenarien, Konzepten zur Fahrerbeobachtung sowie Algorithmen für den Informationsmanager geplant. Die Evaluierung der Konzepte fi ndet anhand einer Fahrsimulatorstudie statt.

REFERENZEN

1 Bundesministerium für Bildung und Forschung, http://www.bmbf.de/de/6247.php

2 VerUM ist eine verteilte, objektorientierte Daten- bank, welche an der Hochschule Ingolstadt im Rahmen des Forschungsprojekts mobilSoft entwickelt wurde.

Abbildung 2Systemaufbau und Informationsfl uss des Forschungsvorha-bens

Leitung Prof. Dr. Johann Schweiger Telefon: 0841 9348-259 [email protected]

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

PerfOpt – Performance Optimierung durch die gezielte

Beeinflussung der Software

PROBLEMSTELLUNG

„Zeit ist Geld“ trifft auch auf die meisten Software-Systeme zu. Echtzeit- und Performance-Anforderungen nehmen bei Software-Systemen in der Telekommunikation einen immer höheren Stellenwert ein. Insbesondere bei den viel-fach verwendeten verteilten Systemen und Steuerungen ist die Einhaltung von Laufzeitbedingungen essenziell. Eine Verletzung dieser stellt die Funktionsfähigkeit der Software und somit deren Verwendbarkeit in Frage, als Beispiel hierfür dienen die hohen Anforderungen an die Reaktions-zeit bei Telekommunikationssystemen. Eine nachträgliche Verbesserung der Laufzeiteigenschaften von Software ist meist sehr aufwendig, deshalb sind Optimierungen früh-zeitig und zielgerichtet vorzunehmen.

DURCHFÜHRUNG

Das erste Ziel bei einer Software Performance Opti-mierung ist es, den aktuellen Flaschenhals zu identi-fi zieren. Dieser bestimmt in erheblichem Umfang die Gesamtperformance des Systems. Eine Optimierung dieses Flaschenhalses führt in der Regel zu einem er-höhten Durchsatz, einer verringerten Antwortzeit und zu einer niedrigeren Last im System. Zusätzlich ver-bessert sich neben der für den Benutzer spürbaren Performance auch die Gesamtstabilität.

Die Methoden des „Software Performance Enginee-ring“ (SPE) setzen hierbei in den Bereichen der „Perfor-mance-Messung und -Optimierung“, sowie während der Designphase mittels „Performance-Modellierung“ an. Die neu entwickelte Performance-Optimierungs- und -Messmethode verknüpft hierbei die klassischen Bereiche des „Software Performance Engineering“ in dem das Performance-Verhalten eines bereits existie-renden Flaschenhalses auf der Zielplattform simuliert und evaluiert wird. Aus den neugewonnen Daten lässt sich das Optimierungspotenzial bestimmen. Nach einer Abschätzung des Aufwands der Optimierungs-maßnahmen kann eine zielgerichtete Optimierung auf Basis einer Nutzen–Aufwand-Analyse erfolgen.

Dynamic Performance Stubs„Dynamic Performance Stubs“ dienen zur Simulation des Performance-Verhaltens der zu optimierenden Software. Somit können verschiedene Optimierungs-stufen an der Software gemessen und validiert werden, bevor diese tatsächlich durchgeführt wurden. Hierbei wird der vermutete Softwareengpass durch einen „Dy-namic Performance Stub“ ersetzt und die Performance-Tests wiederholt. Ein „Dynamic Performance Stub“

besteht im Wesentlichen aus zwei Elementen. Zum einen wird das funktionale Verhalten der Software be-nötigt, damit sich die Performance-Testfälle noch ad-äquat ausführen lassen. Dieses funktionale Verhalten wird bei den „Dynamic Performance Stubs“ mittels der „Simulierten Software Functionality“ (SSF) weitgehend performanceneutral realisiert. Zum anderen muss es möglich sein verschiedene Optimierungsstufen zu si-mulieren. Hierfür können die „Performance Simulation Functions“ (PSF) verwendet werden.

Methodik zur Performance-Optimierung mittels Dynamic Performance Stubs

Die Vorgehensweise bei einer Software-Performance-Optimierung mit Hilfe des Ansatzes ist in Abbildung 1 skizziert:

Der erste und wichtigste Schritt einer Software-Performance-Analyse besteht darin, den aktuellen Flaschenhals zu fi nden (Schritt 1) und diesen zu optimieren. Ein Problem, das bei einer Optimierung oft entsteht, ist die fehlende Kenntnis über den maximal möglichen Nutzen und den dafür benötigten Aufwand, deshalb werden Software-Module häufi g nicht genügend bzw. darüber hinaus optimiert. Die geläufi gsten Nachteile liegen hierbei auf der Hand. Im ersten Fall wird wichtiges Optimierungspotenzial nicht genutzt. Dieses muss häufi g in weiteren Software-Modulen aufwendig gefunden und analysiert werden. Im zweiten Fall wird unnötig Aufwand in die Optimierung des Software-Moduls gesteckt. Im Schritt 2 der Optimierung mit „Dynamic Performance Stubs“ wird der Flaschenhals durch einem intelligenten Stub ersetzt, der

Abbildung 1Vorgehensweise bei einer Optimierung mit Hilfe von „Dynamic Performance Stubs“

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das Performance-Verhalten von verschiedenen Optimie-rungsmaßnahmen simulieren kann. Damit dieser Stub erstellt werden kann, muss zunächst das funktionale Verhalten der Software erfasst und mittels der „Simulated Software Func-tionality“ (Schritt 2.1) nachgestellt werden. Des Weiteren muss das Performance-Verhalten des Softwaremoduls eva-luiert werden und dieses mittels der „Performance Simulation Functions“ simuliert werden (Schritt 2.2). Somit steht ein voll-ständiger Stub für die Performance-Messungen zur Verfü-gung. Im weiteren Vorgehen werden im Schritt 3 die Perfor-mance-Messungen mehrfach durchgeführt, wobei zwischen jeder Iteration das Performance-Verhalten des Stubs geän-dert wird. Aus den so gewonnenen Messdaten lassen sich anschließend die nächsten Optimierungsschritte ableiten. So kann unter anderem das Optimierungspotenzial berechnet und auf dieser Grundlage, der notwendige Aufwand abge-schätzt werden. Hieraus lässt sich eine Kosten-Nutzen-Ana-lyse erstellen (Schritt 4). Der Optimalfall zwischen Aufwand und Nutzen wurde im Schritt 4 farblich gekennzeichnet. Das Resultat ist eine zielgerichtete Optimierung, die nicht auf An-nahmen, sondern auf fundierten Daten basiert. Im letzten Schritt (5) werden die gewonnenen Kenntnisse verwendet um die Software zielgerichtet zu optimieren.

ERGEBNISSE

Im Rahmen des Forschungsprojekts PerfOpt wurde das Framework der „Dynamic Performance Stubs“ entwickelt. Dieses ermöglicht eine zielgerichtete Performance-Analyse und -Optimierung des untersuchten Softwaresystems. Bei der Anwendung der „Dynamic Performance Stubs“ kom-men die „Simulated Software Functionality“ (SSF) sowie die „Performance Simulation Functions“ zum Einsatz. Somit lassen sich sowohl das funktionale Verhalten als auch das Laufzeitverhalten der Software simulieren und mögliche Op-timierungsmöglichkeiten aufdecken.

Die Relevanz der Forschung im Bereich der „Dynamic Performance Stubs“ wurde durch zehn internationale Veröffentlichungen, darunter zwei Best Paper Awards belegt [2-11]. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine Promotion erfolgreich abgeschlossen [1].

Wie im Folgenden gezeigt, wurden die gewonnen Er-kenntnisse über die reine Forschung hinaus auch in der Lehre erfolgreich vermittelt:

4 Diplomarbeiten (1 ausgezeichnet mit dem Kulturpreis Bayern der E.ON Bayern AG 2010) 2 Bachelorarbeiten 4 Studentenprojekte 7 Praktikanten und hilfswissenschaftliche Mitarbeiter

Die Ergebnisse des Projektes wurden während der Laufzeit vom 01.11.2005 bis zum 31.12.2011 erarbeitet. Während dieser Zeit konnte das Forschungsprojekt auf Grund der ho-hen Relevanz 3 Mal mit den Kooperationspartnern verlängert werden.

REFERENZEN

[ 1 ] Peter Trapp. Performance Improvements Using Dynamic Perfor- mance Stubs. PhD thesis, De Montfort University, 2011.[ 2 ] Peter Trapp, Markus Meyer, Christian Facchi, Helge Janicke, and François Siewe. Building CPU Stubs to Optimize CPU Bound Systems: An Application of Dynamic Performance Stubs. International Journal on Advances in Software, 4 (1&2), 2011.[ 3 ] Markus Meyer, Helge Janicke, Peter Trapp, Christian Facchi and Marcel Busch. Performance Simulation of a System’s Parallelization. In ICSEA ’11: Proceedings of the International Conference on Software Engineering Advances. 2011. (Best Paper Award)

[ 4 ] Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. Dynamic Performance Stubs to Simulate the Main Memory Behavior of Applications. In SPECTS ’11: Proceedings of the International Symposium on Perfor- mance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems. IEEE Communications Society, 2011.

[ 5 ] Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. Using CPU Stubs to Optimize Parallel Processing Tasks: An Application of Dynamic Perfor- mance Stubs. In ICSEA ’10: Proceedings of the International Conferen- ce on Software Engineering Advances. IEEE Computer Society, 2010. (Best Paper Award)

[ 6 ] Peter Trapp and Christian Facchi. Main Memory Stubs to Simulate Heap and Stack Memory Behavior. In Computer Measurement Group 2010: International Conference Proceedings. Computer Measurement Group, Orlando (FL), 2010.

[ 7 ] Peter Trapp, Christian Facchi and Markus Meyer. Echtzeitverhalten durch die Verwendung von CPU Stubs: Eine Erweiterung von Dynamic Performance Stubs. In Workshop “Echtzeit 2009 – Softwareintensive Verteilte Echtzeitsysteme”. Springer-Verlag, Boppart (Germany), 2009.

[ 8 ] Peter Trapp, Christian Facchi and Sebastian Bittl. The Concept of Memory Stubs as a Specialization of Dynamic Performance Stubs to Simulate Memory Access Behavior. In Computer Measurement Group 2009: International Conference Proceedings. Computer Measurement Group, Dallas (TX), 2009.

[9 ] Peter Trapp and Christian Facchi. How to Handle CPU Bound Systems: A Specialization of Dynamic Performance Stubs to CPU Stubs. In Com- puter Measurement Group 2008: International Conference Proceedings, pages 343-353. Computer Measurement Group, Las Vegas (NV), 2008.

[10 ] Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. How to Correctly Si- mulate Memory Allocation Behavior of Applications by Calibrating Main Memory Stubs. Technical Report 20, Ingolstadt University of Applied Sciences, May 2011.

[11 ] Peter Trapp and Christian Facchi. Performance Improvement Using Dynamic Performance Stubs. Technical Report 14, Ingolstadt University of Applied Sciences, August 2007.


Mitarbeiter Dr. Peter Trapp

Kooperationspartner

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

PerfBoost – Performance Engineering in verteilten und

eingebetteten Systemen

PROBLEMSTELLUNG UND MOTIVATION

Performance, im Sinne von Systemlaufzeit, stellt eine zentrale Anforderung an die Qualität von softwarein-tensiven Systemen dar. Da viele Softwareprojekte auf Grund der mangelnden Performance scheitern, kommt dem Performance Engineering eine große Bedeutung zu. Hierbei treten häufig Schwierigkeiten, beispielsweise durch eine ungenaue Aufwandsschätzung oder fehlende Kosten-Nutzen-Analyse, auf. Durch den Einsatz von Dynamic Performance Stubs [1] wird das Performance Engineering unterstützt und eine zielgerichtete Optimie-rung des Systems ermöglicht.

Verteilte Systeme werden als eine Menge unabhängiger Computer definiert, die dem Benutzer als ein einziges System erscheinen. Die Laufzeit von Programmen (Per-formance) stellt einen wichtigen Aspekt für die Entwick-lung und den Betrieb verteilter Systeme dar. Die große Anzahl an verschiedenen Rechnerarchitekturen und die Art wie diese miteinander kommunizieren, ermögli-cht eine Vielfalt von verschiedenen Arten von verteilten Systemen. Dies erschwert das Performance Engineering zusätzlich, so dass sich die Analyse und die Behebung von Performance-Problemen als komplexe Aufgabe herausstellen.

In diesem Forschungsprojekt sollen die Ergebnisse vo-rangegangener Forschungen im Bereich der Dynamic Performance Stubs (Projekt: PerfOpt) auf verteilte Sys-teme und Virtualisierung sowie auf eingebettete Syste-me erweitert werden. Der aktuelle Schwerpunkt der For-schung bezieht sich auf das Performance Engineering von Multiprozessorsystemen.

FORSCHUNGSVORHABEN

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden Me-thoden zur Analyse von Performance-Problemen und zur Abschätzung des vorhandenen Optimierungs-potenzials bei verteilten Systemen erstellt. Das Projekt soll eine Reihe von systematischen Tests zur Verfü-gung stellen, mit denen es dem Entwickler ermögli-cht wird, eine zielgerichtete Performance-Optimierung durchzuführen.

Die erstellten Vorgehensweisen helfen, versteckte Flaschenhälse im System aufzudecken und deren Optimierungspotenzial zu ermitteln wie dies in Ab-bildung 1 dargestellt ist. Die entwickelten Methoden führen somit zu einer zielgerichteten Optimierung des Engpasses.

LÖSUNGSANSATZ

Im Rahmen einer systematischen Bearbeitung wird das Feld der verteilten Systeme gemäß ihrer Architektur auf-geteilt. Es wird zwischen Multiprozessor- und Multicom-putersystemen unterschieden. Darauf folgt abschließend die Überführung und Anwendung der Ergebnisse auf den Bereich der Virtualisierung.

Im Bereich der Multiprozessorsysteme wird die bereits eingeführte Methodik der Dynamic Performance Stubs angewandt und erweitert, um eine Vielzahl von Untersu-chungsmöglichkeiten bereitzustellen. So können CPU Stubs verwendet werden um Synchronisationszeitpunkte und Abhängigkeiten von Prozessen zu identifizieren [2], indem die von einem Prozess erzeugte Rechenlast minimiert und somit das maximal mögliche Optimie-rungspotenzial des Moduls bestimmt wird.

Die Parallelisierung eines Softwaresystems verspricht beim Einsatz von Multiprozessorsystemen hohe Per-formancegewinne. Diese sind allerdings durch den Anteil an zwingend sequenziell ablaufenden Programm-teilen limitiert. Der Einsatz der Dynamic Performance Stubs erlaubt es hierbei, den Grad der Parallelisierung eines Systems zu simulieren und somit eine möglichst optimale parallele Ausführung des Programms zu be-stimmen [3]. Dadurch wird eine ressourcensparende und zielgerichtete Optimierung von Multiprozessor-Applikationen ermöglicht.

Im Bereich der Multicomputersysteme entsteht durch die Kommunikation der einzelnen Computer untereinan-

Abbildung 1Optimierung des Systemverhaltens durch die Beseitigung von Performance-Engpässen

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der eine weitere mögliche Quelle von Performance-Pro-blemen. Um die Auswirkungen des Netzwerkverkehrs auf die Leistung des gesamten verteilten Systems zu untersuchen, wird in diesem Teilprojekt das Konzept der Network Stubs eingeführt. Diese werden verwendet, um zusätzlich zu den bereits bekannten Vorgehensweisen die wesentlichen Netzwerkmetriken zu emulieren und somit die Last des Netzwerkes zu simulieren. Dadurch wird eine zielgerichtete Optimierung von Netzwerkappli-kationen ermöglicht.

Durch die Portierung der gewonnen Erkenntnisse auf Virtualisierungsumgebungen erschließt sich den Dyna-mic Performance Stubs ein weiterer großer Bereich an Anwendungsmöglichkeiten. Hierbei steht der Einsatz der Methodiken im Bereich der Java Virtual Machine im Fokus.

REFERENZEN

[ 1 ] Peter Trapp and Christian Facchi. Performance Improvement Using Dynamic Performance Stubs. Technical Report 14, Ingolstadt University of Applied Sciences, August 2007.

[ 2 ] Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. Using CPU Stubs to Optimize Parallel Processing Tasks: An Application of Dynamic Performance Stubs. In ICSEA ’10: Proceedings of the International Confe- rence on Software Engineering Advances. IEEE Com- puter Society, 2010. (Best Paper Award)

[ 3 ] Markus Meyer, Helge Janicke, Peter Trapp, Christian Facchi, and Marcel Busch. Performance Simulation of a System’s Parallelization. In ICSEA ’11: Proceedings

of the International Conference on Software Enginee- ring Advances. Xpert Publishing Services, 2011. (Best Paper Award)

Kooperationspartner

Arbeitgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V.

Fördergeber


Mitarbeiter Dipl.-Inf. (FH) Markus Meyer

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

EINFÜHRUNG

Aus betriebswirtschaftlichen und auch volkswirtschaft-lichen Gründen ist eine Technologie zur Verbesserung der Qualität, Sicherheit und Transparenz von Prozessen erforderlich. Insbesondere ist hierbei auch die Rationali-sierung und Kostensenkung ein erklärtes Ziel. Die RFID-Technologie (Radio Frequency IDentifi cation), dessen Marktdurchdringungsgrad stetig steigt, hat sich daher als Automatisierungstechnik seit Jahren etabliert und er-füllt diese Anforderungen.

Durch die derzeitig außergewöhnliche, starke Eintrübung der Finanzwirtschaft ist zu erwarten, dass sich auch kleine und mittelständische Unternehmen einem gestie-genen Kostendruck gegenübersehen. Dabei greifen an-erkannte Argumente für eine Investitionsentscheidung in neue Technologien, wie Qualitätssteigerung der internen Prozesse sowie verbesserte Supply-Chain-Integration immer weniger und werden hauptsächlich zugunsten konservativer monetärer Gründe ersetzt. Dem ist nur mit einer glaubwürdigen Kostenreduktion von RFID-Syste-men zu begegnen.

Konsens ist, dass rund 50 % (mit steigender Tendenz) der Kosten für Automatisierungssysteme, die oft als Plattformtechnologie für RFID gesehen werden, auf Software entfallen. Zudem ist im Bereich der hochver-fügbaren Softwaresysteme der Aufwand zum Testen der Software überwiegend größer. Dies gilt nicht nur für den Automatisierungsbereich, sondern über alle Anwendungsbereiche hinweg bis hin zur betriebs-wirtschaftlichen Software. Die Integration von RFID-Systemen in die bestehenden betrieblichen informati-onstechnischen Umgebungen verschärft die Situation zusätzlich, da Altsysteme mit in die Tests einbezogen werden müssen.

PROBLEMSTELLUNG

Um die Qualität von RFID-Anwendungen zu verbes-sern und gleichzeitig die Kosten für die Entwicklung zu reduzieren ist eine effektive und effi ziente Testme-thodik notwendig.

Universelle Testmethodiken, die die Eigenheiten von RFID-Systemen berücksichtigen, sind nicht verfügbar. Die Konsequenzen hieraus sind beispielsweise: Spä-tes Eintreten in die Testphasen, manuelle Tests, kei-ne Testautomatisierung, keine Reproduzierbarkeit der Tests, keine Regressionstests, schlechte Qualität der Anpassungen und eine projektabhängige Entwicklung

von Testwerkzeugen. Zudem sind agile Entwicklungs-methoden nicht anwendbar.

ZIELSETZUNG

Das Ziel des Forschungsvorhabens ITERA ist die Ent-wicklung einer effektiven und effi zienten Methodik zum Testen von RFID-Anwendungen. Eine wesentliche An-forderung an die Testmethodik ist die transparente, wiederverwendbare und automatisierbare Durchfüh-rung von Tests für integrierte RFID-Anwendungen.

LÖSUNGSANSATZ

Der Ansatz verfolgt zunächst die Untersuchung, An-wendung und Integration von existierenden Techniken und Werkzeugen für Modul-Tests sowie die Entwick-lung einer Methodik zur Anwendung von generischen, reproduzierbaren und effi zienten Testszenarios für RFID-Anwendungen. Die Ergebnisse von ITERA wer-den jeweils durch reale Fallstudien bei den Industrie-partnern in der Praxis validiert.

Die zu entwickelnde Methodik kann in mehrere Schrit-te eingeteilt werden. Den ersten Schritt bilden Soft-waremodultests, die mit Standardtechniken, wie z. B. JUnit-Tests, durchgeführt werden können. An-schließend werden Integrationstests durchgeführt, durch die sichergestellt wird, dass die zum Einsatz kommenden Software- und Hardwaresysteme und insbesondere deren Anbindung mit der „RFID-Welt“ funktionieren. Dabei integriert das neue Testverfah-ren virtuelle RFID-Komponenten, sodass bis zu die-sem Zeitpunkt keine physikalische RFID-Hardware für

ITERA – Einheitliche Test-Methodik für RFID-Anwendungen

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Tests notwendig ist. Auf diese Weise wird dem Ent-wickler ein realistisch reagierendes Testsystem an die Hand gegeben, dass selbst in den frühen Phasen der Softwareentwicklung nutzbar ist. So können Fehler frühzeitig entdeckt werden, die bisher den Feldtests in der eigentlichen Produktivumgebung vorbehalten war. Der letzte Schritt sieht einen kompletten Systemtest mit Hardware vor.

Durch die Methodik ergeben sich die folgenden Vorteile: Frühe Fehlererkennung, ein effi zienterer Testvorgang, die Möglichkeit zur Anwendung agiler Entwicklungsmetho-den, Parallelisieren von Testphasen und der Anwendung von bewährten Methoden der Leistungsanalyse und Leistungsverbesserung. Dies wirkt sich positiv auf die Softwarequalität, Entwicklungszeit und somit auch auf die Entwicklungskosten aus.

REFERENZEN

A. Hübner, C. Facchi, H. Janicke, „Rifi di Toolkit: Virtuality for testing RFID Systems“, in ICSNC 2012 The Seventh Inter-national Conference on Systems and Networks Communi-cations, 2012 (accepted paper)

C. Bacherler, B. Moszkowski, C. Facchi, A. Huebner, „Au-tomated Test Code Generation based on Formalized Na-tural Language Buisness Rules“, The Seventh International Conference on Software Engineering Advances, 2012 (ac-cepted paper)


Mitarbeiter Dipl.-Inf. (FH) Andreas Hübner

Kooperationspartner

Fördergeber

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und

Forschung im Rahmen von EU-Projekt Eurostars.

Projekt: ITERA, FKZ 01QE1105B.

GEFÖRDERT VOM

Forschungsvorhaben

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Untersuchungen zur Integration von Aktiver und Passiver

Sicherheit zur Erhöhung des Fahrzeuginsassenschutzes (APS)

AUSGANGSLAGE UND FORSCHUNGSZIELE

Die Reduzierung des Verletzungs- und Todesrisikos für die Verkehrsteilnehmer ist das primäre Ziel der Fahr-zeugsicherheit. Die eingesetzten Fahrzeugsicherheits-systeme konnten hierfür bisher in aktive und passive Sicherheitssysteme unterteilt werden. Aktive Sicherheits-systeme, wie das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), sollen Verkehrsunfälle vermeiden. Kommt es den-noch zu einem Unfall, reduzieren passive Sicherheitssy-steme, wie etwa Sicherheitsgurt und Airbag, Unfallfolgen und Verletzungsschwere der Insassen. Abbildung 1 lie-fert diesbezüglich einen Überblick über den Einsatz der Fahrzeugsicherheitssysteme im Unfallverlauf.

Sogenannte Pre-Crash-Systeme, eine neue Generation von Fahrzeugsicherheitssystemen, zielen nun darauf ab, die Lücke zwischen aktiven und passiven Sicherheitssy-stemen zu schließen. Pre-Crash-Systeme sollen drohende Unfallsituationen frühzeitig erkennen und Fahrzeug sowie Insassen auf den bevorstehenden Unfall vorbereiten, z. B. indem sie die Position der Insassen durch Verstellen der Sitzposition und Straffen des Sicherheitsgurtes kurz vor einer Kollision optimieren. Dadurch lässt sich das Verlet-zungsrisiko der Insassen entscheidend reduzieren. Den-noch benötigen diese Maßnahmen Zeit, sodass bei der Crash-Erkennung jede Millisekunde zählt.

Ziel der Projektpartner war es deshalb, mit neuen voraus-schauenden Methoden die Auslösezeit und die Fehlaus-löserate weiter zu verringern. Darüber hinaus sollte der zusätzliche Kostenaufwand möglichst gering gehalten werden, um dem Kostendruck der deutschen Automo-

bilindustrie Rechnung zu tragen und damit die Umsetzungs-chancen der erzielten Forschungsergebnisse zu erhö-hen. Aus diesem Grund wurden im Projekt Sensoren und Aktoren genutzt, die teilweise bereits für andere Systeme im Fahrzeug vorhanden sind. Konkret wurde deshalb er-forscht, inwieweit sich neue Sicherheitsfunktionen durch die Vernetzung des Airbag-Steuergerätes mit der Steu-ereinheit einer Elektronischen Stabilitätsregelung (ESC) bzw. eines intelligenten Abstandstempomaten (ACC – Active Cruise Control) realisieren lassen.

FORSCHUNGSERGEBNISSE UND PERSPEKTIVEN

Da ein System nur dann optimiert werden kann, wenn dessen Wirkungsweise bekannt ist, bildete zunächst die Auswertung der Schutzwirkung von Gurtstraffern und Airbags in verschiedenen Konfi gurationen den Ausgangspunkt des Projektes. Ziel dieser Vorgehens-weise war es, ein Evaluierungsverfahren zur objektiven Bewertung des Systemverhaltens zu entwerfen.

Um verschiedene kritische Verkehrssituationen erken-nen und das System aktivieren zu können, wurden ein fahrdynamischer und ein vorausschauender Beobach-ter entwickelt. Der speziell für extreme Schleudersitu-ationen entworfene fahrdynamische Beobachter kann Situationen beschreiben, in denen sich das Fahrzeug in einem fahrdynamisch kritischen Zustand befi ndet. Diese zusätzlichen Informationen dienen v. a. der verbesserten Detektion von Überschlag- und Seitencrash-Unfällen. Der vorausschauende Beobachter kann bevorstehende Kollisionen mit anderen Fahrzeugen frühzeitig erkennen. Dazu werden die Bewegungen des eigenen Fahrzeugs und anderer Verkehrsteilnehmer analysiert.

Abbildung 1Sicherheitssysteme der verschiedenen Unfallphasen. Die im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Systeme sollen die Lücke zwischen aktiven und passiven Sicherheits-systemen schließen.

Abbildung 2Bildsequenzen eines Versuchs zur Erforschung von Fahr-zeugüberschlägen mithilfe eines skalierten Versuchsträgers

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Insgesamt konnte so gezeigt werden, dass sich durch die Verwendung von Fahrdynamik- (ESC) und Umfeld-informationen (ACC) gefährliche Situationen bereits vor einem Aufprall identifi zieren lassen, um reversible Sicherheitssysteme wie den elektromechanischen Gurtstraffer noch vor dem Unfall zu aktivieren. Für die-se vorausschauende Situationserkennung konnte ein Algorithmus für den Einsatz in Steuergeräten erforscht werden.

Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die Vernetzung von Systemen zudem die Verbesse-rung bereits bestehender Funktionen erlaubt, sodass im Zuge dieses Projektes außerdem ein neuartiges Mo-dell erforscht werden konnte, welches durch die Ver-wendung von Fahrdynamikinformationen eine deutliche Verbesserung der Überschlagerkennung ermöglicht. Für weiterführende Forschungs- und Testzwecke ent-stand dabei ein skalierter Versuchsträger mit dem u. a. umfangreiche Versuchsreihen für die Erforschung von Fahrzeugüberschlägen durchgeführt wurden (siehe Abbildung 2). Dadurch ist es gelungen, das neuartige Überschlagmodell erfolgreich zu testen und sogar wei-terzuentwickeln.

Anhand einer Probandenstudie mit dem Fahrsimulator der Hochschule Ingolstadt konnte außerdem der vo-rausschauende Beobachter und damit das Verfahren zur frühzeitigen Erkennung einer Gefahrensituation validiert werden.

Die entwickelten Verfahren stellen teilweise eine deut-liche Verbesserung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar. Der Rollwinkel zum Zeitpunkt der Überschlag-Erkennung konnte in den Standardtest-fällen um über 50 % reduziert werden. Der Auslöse-

zeitpunkt vorausschauender reversibler Sicherheitssy-steme wurde in den untersuchten Testfällen um 60 % vorgezogen.

Die Entwicklung der fahrdynamikbasierten Situations-erkennung konnte bereits während der Projektlaufzeit abgeschlossen werden. Ab Ende 2012 wird sie in einem Volumenfahrzeug eines deutschen Fahrzeug-herstellers im Markt verfügbar sein. Darüber hinaus wurde aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse für das Modell zur Überschlagerkennung mittlerweile das Patentierungsverfahren eingeleitet.

Das Projekt wurde als einziges süddeutsches Projekt von knapp 50 geförderten Projekten für die Abschlussprä-sentation der zweiten Förderrunde der BMBF-Förderline „IngenieurNachwuchs“ ausgewählt.

Kooperationspartner

Fördergeber

Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung

und Forschung unter dem Förderkennzeichen 17N 33 08 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser

Veröffentlichung liegt beim Autor.


Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Florian Mühlfeld Dipl.-Ing. (FH) Rudolf Ertlmeier

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Methoden zur effizienten Energieflussanalyse am

Gesamtfahrzeugprüfstand (BluOcean)

AUSGANGSLAGE

Der Gesetzgeber fordert hohe Sicherheitsstandards im Automobilbereich sowie einen nachhaltigen Umgang mit vorhandenen Ressourcen. Die Richtlinie 2007/46/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. Sep-tember 2007 legt fest, dass neue Fahrzeuge und deren Bauteile bzw. selbstständige technische Einheiten, die in Verkehr gebracht werden, ein hohes Maß an Sicherheit und Umweltfreundlichkeit aufweisen müssen. Weiterhin einigte sich das Europäische Parlament und die Europä-ische Kommission im Jahr 2008 auf eine Neuregelung für Pkw: So soll der CO²-Ausstoß auf durchschnittlich 130 g/km reduziert werden, was bis 2012 für 65 % der Neuzulassungen und bis 2015 für alle Neuzulassungen zutreffen soll. Bis 2020 soll der durchschnittliche Ausstoß auf 95 g/km gesenkt werden [1].

PROBLEMSTELLUNG

Um diese Rahmenbedingungen einhalten zu können, sind Fahrzeughersteller gezwungen neue Ansätze im Bereich der Antriebstechnik zu verwenden. Insbeson-dere sind an dieser Stelle die Elektrifi zierung der Ne-benaggregate und der Einsatz neuer Antriebssysteme (Hybrid- und Elektrofahrzeuge) zu nennen. Weiterhin muss die Betrachtung von einzelnen Systemen bis hin zum Gesamtsystem Pkw abstrahiert werden, da die Energieeffi zienz aller Teilsysteme eines Fahrzeugs zu dessen Verbrauch beiträgt. Zur Entwicklung dieser energieeffi zienten Fahrzeuge werden neue Methoden benötigt, die über die Ermittlung des Normverbrauchs am Rollenprüfstand und über den Fahrversuch auf ei-ner realen Strecke hinausgehen. Es sollen bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt im Entwicklungszyklus reproduzierbare Ergebnisse über den Realverbrauch und die Verteilung der Energieverluste geliefert wer-den. Hier setzt die Energiefl ussanalyse am Gesamt-fahrzeugprüfstand an. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Sicherstellung der Funktionalität, für welche die Entwicklung und Einführung neuer hochvernetzter Antriebssysteme unerlässlich ist. Im Projekt BluOcean sollen Methoden entwickelt werden, die es ermögli-chen, solche Untersuchungen effi zient am Gesamt-fahrzeugprüfstand durchzuführen.

HERANGEHENSWEISE

Den Ausgangspunkt von BluOcean bildet das Kon-zept des Funktions- und Energiefl usssimulators (FES), welches in Abbildung 1 schematisch dargestellt ist.

Dabei werden reale Fahrten mittels einer Fahrdynamiksi-mulation nachgebildet. Über Elektromotoren werden die auftretenden Raddrehmomente auf das Fahrzeug einge-prägt. Notwendige Sensorinformationen werden eben-falls von der Simulation in das Fahrzeug eingespeist. Das Fahrzeug fährt wie in der realen Welt. Der FES hat allerdings den Vorteil, dass die Fahrszenarien und Um-gebungsbedingungen exakt reproduzierbar sind und die Messtechnik einfach angebracht werden kann, um so aussagekräftige Ergebnisse zu liefern. Verluste durch elektrische Nebenaggregate werden durch zusätzliche Lasten nachgebildet. Mittels der verwendeten Fahrdy-namiksimulation ist es möglich, reale Strecken (z. B. die Großglockner Hochalpenstraße) am FES nachzufahren, welche entweder mit einem GPS-Empfänger aufgenom-men bzw. aus Online-Kartendiensten (z. B. Google Earth) oder professionellem Kartenmaterial importiert wurden. Die gewonnenen Ergebnisse können dann das Verhalten auf der fi nalen Streckenerprobung kurz vor SOP (Start of Production) prädizieren und anschließend verglichen werden. Durch dieses Frontloading wird sichergestellt, dass unerwünschte Verhaltensweisen entsprechend früh in der Entwicklung auftreten und direkt geeignete Gegen-maßnahmen getroffen werden können.

PROJEKTPARTNER UND ZIELSETZUNG

Das Projekt wird gemeinsam von einem Konsortium − bestehend aus dem Fahrzeughersteller Audi, speziell

Abbildung 1Konzept des Funktions- und Energiefl usssimulators

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die Abteilungen I/EG-3 /-34 CO² Emissions- und En-ergiemanagement aus dem Bereich Gesamtfahrzeug-entwicklung, und dem Simulations- und Prüfstands-hersteller AVL Deutschland sowie dem Kompetenzfeld Fahrzeugmechatronik der Hochschule Ingolstadt − getragen. Das Vorhaben ist dabei in die Forschungs-programmatik des neuen Forschungs- und Testzen-trums CARISSMA eingebettet und wird nicht zuletzt von der Infrastruktur sowie dem weitverzweigten CARISSMA-Netzwerk profi tieren.

Im Projekt BluOcean werden Methoden entwickelt, mit deren Hilfe der Tester eine Prüfkonfi guration sowie ei-nen Prüfl auf am Offi ce-PC validieren kann, um so zu verhindern, dass der reale Gesamtfahrzeugprüfstand durch unentdeckte Testkonfi gurationsfehler stillsteht, was hohe Kosten verursachen kann. Ein weiterer Teilbe-reich beinhaltet die Entwicklung von Werkzeugen und Prozessen zur Funktionserprobung sowie zur genauen Verbrauchsuntersuchung am FES (Abbildung 2), um komplexe Antriebssysteme und deren Steuerungs- und Managementsysteme validieren zu können. Erste Er-

gebnisse zur Einbindung von GPS-unterstützten Fahr-zeug- und Antriebssystemen sind bereits umgesetzt.

REFERENZEN

[1] European Automobile Manufacturers Association, “Reducing CO

² emissions: Progress and constraints –

the industry’s commitment to this global challenge”, Zugriff: 20.8.2012 http://www.acea.be/index.php/ news/news_detail/reducing_co2_emissions/

Abbildung 2Integration Test Bed bei AVL

Kooperationspartner

Projektlaufzeit Projekt

1. Juli 2012 – 30. Juni 2015

Leitung Prof. Dr.-Ing. Armin Arnold Telefon: 0841 9348-798 [email protected]

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Stefan Geneder

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Robustheit, Alterung und Qualifizierung von Batterie-

systemen und deren sicherheitsrelevanten Komponenten

ZIELSETZUNG

Für die Qualifi zierung von Elektronikkomponenten im Fahr-zeug existieren bei Fahrzeugherstellen viel Erfahrung und bewährte Testvorschriften. Ebenso existiert dort ein breites Wissen über die Umweltbedingungen denen diese Kompo-nenten im Fahrzeug ausgesetzt sind. In Hybrid- und Elektro-fahrzeugen kommt mit dem Hochvoltenergiespeicher eine neue Komponente ins Fahrzeug. Dabei wird erwartet, dass dieser Energiespeicher die gleiche Robustheit und geringe Alterung wie alle anderen Komponenten des Fahrzeugs aufweist, damit dieser über die gesamte Fahrzeuglebens-dauer eingesetzt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen ist es nötig, Testverfahren zu entwickeln, mit denen die Halt-barkeit über Lebensdauer nachgewiesen werden kann. Da die Alterung von Batteriezellen bereits Gegenstand vieler Untersuchungen ist, steht in diesem Projekt die Robustheit aller anderen Komponenten eines Energiespeichersystems im Vordergrund. Schwerpunkt sind dabei die Komponen-ten die einen wesentlichen Einfl uss auf die Sicherheit des Energiespeichersystems haben.

AKTUELLER STAND DER TECHNIK

Das Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs besteht aus den Komponenten Zellstack, Cell Module Controller (CMC), Battery Junction Box (BJB), HV-, LV-Kabelbaum, HV-, LV-Gehäusestecker, Tragstruktur bzw. Gehäuse und Kühlsystem.

Im Gewicht und Volumen wie auch in den eingesetzten Komponenten und Werkstoffen unterscheidet sich ein Batteriesystem erheblich von Elektronikkomponenten im Kraftfahrzeug. Mit einer Spannungslage von mehre-ren 100 V und Strömen von mehreren 100 A sind auch die Elektrischen Anforderungen anders als im herkömm-lichen 14 V Bordnetz. Aus diesem Grund können her-kömmliche Prüfverfahren wie sie zur Qualifi zierung von Elektronik im Fahrzeug eingesetzt werden, nur bedingt zur Qualifi zierung von Energiespeichersystemen verwen-det werden.

METHODE UND ZIELE DES PROJEKTS

Um ein vergleichbares Niveau an Robustheit von Energie-speichersystemen wie bei herkömmlicher Fahrzeugelek-tronik zu erreichen, sollen geeignete Testspezifi kationen entwickelt werden. Dazu ist es nötig, folgende Punkte zu bearbeiten:

Literaturrecherche zu Batteriesystemprüfverfahren und Alterungs- und Ausfallmechanismen; Vergleich und Bewertung bestehender Prüfvorschriften hinsichtlich Praxisrelevanz Analyse der Auswirkung von Belastungen durch den

Betrieb des Fahrzeugs auf das Batteriesystem Bestimmung der genauen Belastungen auf einzelne

Komponenten im Batteriesystem Ermittlung der lokalen Umweltbedingungen im Bat-

teriesystem Erforschung von Ausfallmechanismen und Fehler-

modi der Komponenten Defi nition und Erprobung geeigneter Testspezifi ka-

tionen für geraffte Tests Erstellung von Alterungsmodellen für die einzelnen

Komponenten Entwicklung und Validierung von Testverfahren für

Batteriesysteme mit hoher Aussagekraft für geringe Stückzahlen

Abbildung 1Komponenten eines Energiespeichersystems

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Dafür sollen folgende Erkenntnisse gewonnen werden:

Analyse der Belastung durch Betrieb des Fahrzeugs und Umweltbedingungen auf das Batteriesystem Auswirkung und Verteilung der Belastungen auf

einzelne Komponenten im Batteriesystem zur Ermittlung der jeweiligen Erstausfallmechanismen Ableitung von Alterungsmodellen im Feld und im

Labor für Raffungstest Korrelation zwischen der Messmethodik (bezüglich

Belastung) im Feld und im Labor Entwicklung von Testverfahren und Testreihenfolgen

zur aussagekräftigen Erprobung von Batterie- systemen unter Berücksichtigung beschleunigter Alterung bzw. geringer Anzahl von Prüfl ingen

AKTUELLER STAND IM PROJEKT

Das Projekt hat im September 2012 begonnen und be-fi ndet sich somit am Anfang der Laufzeit. Zurzeit erfolgt zum einen eine Analyse der Umweltbedingungen, die auf Batteriesysteme im Fahrzeug wirken. Zum ande-ren wird eine Recherche und Bewertung bestehender Prüfvorschriften hinsichtlich ihrer Praxisrelevanz durch-geführt. Basis sind dabei bestehende Prüfvorschriften zur Qualifi zierung von Elektronikkomponenten. Diese Vorschriften werden dahingehend untersucht, ob sie direkt zur Qualifi zierung der Hochvoltbatterie eingesetzt werden können, ob Parameter angepasst oder ob neue Tests defi niert werden müssen, bzw. Prüfungen entfal-len können.

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Abbildung 2Einfl üsse auf Komponenten im Fahrzeug

Kooperationspartner

Mitarbeiter Woong Ki Kim

Leitung Prof. Dr. Hans-Georg Schweiger Telefon: 0841 9348-450 [email protected]

Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Batteriemanagementsystem

AUFGABENSTELLUNG UND ZIELSETZUNG

Werden Lithium-Ionen-Zellen in Energiespeichersyste-men von Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt, so ist aus Sicherheitsgründen eine umfassende Überwachung der Betriebsparameter der Zellen nötig. Diese Überwa-chungsaufgaben werden durch das Batteriemanage-mentsystem (BMS) wahrgenommen. Durch ein solches BMS werden in der Regel alle Spannungen sowie die Temperaturen aller einzelnen Zellen des Batteriesystems überwacht. Verlässt einer der Parameter den erlaubten Betriebsbereich (z. B. Überspannung, Unterspannung, Übertemperatur) so erfolgt nach einer Reihe von Warn-meldungen an das Fahrzeug ggf. eine Abschaltung des Batteriesystems, wenn die Abweichung weiterhin besteht. Neben der Überwachungsfunktion weisen die meisten BMS auch eine Funktion zum Angleichen der Ladungen der einzelnen Zellen auf (Balancing).

Batteriemanagementsysteme sind kommerziell verfüg-bar, weisen aber meist nicht die nötige Flexibilität auf um diese schnell in eigene Prototypen und Versuchsträ-ger einzubauen. Meist ist auch keine Veränderung der Software des BMS möglich. Aus diesem Grund wurde eine Eigenentwicklung eines BMS mit folgenden Eigen-schaften begonnen:

Funktionale Eigenschaften

Batterie-Management-System (BMS) Überwachung von bis zu 9 - 12 Zellen je BMS,

fl exibel einstellbar Modularer Aufbau BMS in Reihe schaltbar (bis zu 15 Einheiten) Galvanische Trennung zwischen den Modulen

(Prüfspannung > 3 kV) CAN BUS Temperaturmessung und -überwachung Spannungsmessung und -überwachung Zell-Balancing

Elektrische Eigenschaften

Galvanische Trennung zwischen den Modulen Versorgung aus dem Zellstack Spannungsbereich: 1,5 V … 4,5 V Spannungsfehler: ± 2 mV Temperaturbereich: -10 °C … +70 °C Temperaturfehler: ± 1,5 K

Abbildung 1Schaltplan des Batteriemanagementsystems [1]

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DURCHFÜHRUNG

Die Entwicklung des BMS wurde im Rahmen eines stu-dentischen Projekts (Studiengang Bachelor Elektro- und Informationstechnik) im Wintersemester 2011 / 12 be-gonnen. In diesem Projekt wurden verschiedene Schal-tungskonzepte bewertet und ein erster Schaltplan (siehe Abbildung 1) entwickelt. Basierend auf dieser Schaltung wurde ein Platinenlayout (siehe Abbildung 2) erstellt und zwei Prototypen aufgebaut und erfolgreich in Betrieb ge-nommen. Für die Inbetriebnahme wurde ein Versuchs-zellstack mit 10 kleinen Lithium-Ionen-Zellen auf ge-baut (siehe Abbildung 3). Mit diesem Zellstack konnten die grundlegenden Funktionen des BMS überprüft und nachgewiesen werden. Ebenso wurde noch eine Reihe von Verbesserungspotenzialen aufgezeigt.

ERGEBNISSE UND WEITERENTWICKLUNG

Mit dem in diesem Projekt entwickelten BMS wurde nachgewiesen wie ein kostengünstiges und fl exibel ein-setzbares BMS entwickelt werden kann. Für den erfolg-reichen Einsatz des BMS in Energiespeichersystemen ist aber noch weiterer Entwicklungsaufwand nötig um eine

sichere und zuverlässige Elektronik zu entwickeln. Um die-se im Projekt aufgezeigten Verbesserungsmöglichkeiten umzusetzen wurde im WS 2012 / 13 eine Bachelorarbeit (S. Vlasov) begonnen, deren Ziel es ist die Schaltung zu optimieren und einen weiteren Prototypen aufzubauen. Da dann eine funktionsfähige und optimierte Schaltung zur Verfügung steht, besteht im nächsten Schritt die Möglichkeit diese mittels einer Fehlermöglichkeits- und Einfl ussanalyse (FMEA) zu untersuchen und zu bewer-ten und ggf. Maßnahmen zur Steigerung des Sicherheit der Schaltung zu ergreifen. Darüber hinaus soll die Ro-bustheit und Zuverlässigkeit der Schaltung mittels der in der Automobilindustrie üblichen Testverfahren untersucht und nachgewiesen werden.

REFERENZEN

[1] F. Baumgartner, A. Fischer, S. Gürtner, R. Halmheu, T. Heckmeier, G. Mijatovic, J. Nußbaum, T. Reindl Tobias, J. Skarke und S. Vlasov, Projektbericht Ent- wicklung eines Batterie-Management-System, Ingol- stadt 2012

Abbildung 2Layout des Batteriemanagementsystems [1]

Abbildung 3Versuchsaufbau zur Erprobung des Batteriemanagement-systems [1]


Kompetenzfeld

Fahrzeugmechatronik

Performance-Optimierung paralleler Anwendungen

auf Multiprozessor-Systemen

ÜBERBLICK

Im Rahmen einer Kooperation mit dem Eidgenössischen Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) der Schweiz und dem Ingenieurbüro Janicke, Gesellschaft für Umwelt-physik, wurde ein Projekt zur Performance-Analyse und -Optimierung der Ausführung des Schadstoffausbrei-tungsmodells LASAT auf einem hochgerüsteten Hard-waresystem initiiert.

PROBLEMSTELLUNG

Die Simulationssoftware LASAT berechnet die Schad-stoffausbreitung in der Atmosphäre, indem der Trans-port für eine repräsentative Gruppe von Schadstoffpar-tikeln mit einem stochastischen Prozess basierend auf einem Lagrangeschen Partikelmodell bestimmt wird. Im Rahmen des Projektes RADUK, das den Einsatz von LASAT am Eidgenössischen Nuklearsicherheits-inspektorat (ENSI) der Schweiz zum Ziel hat, wurden verschiedene Geschwindigkeitstests an einem hoch-gerüsteten Rechnersystem durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die gemessene Programmlaufzeit von LASAT auf der am ENSI vorgesehenen Hardware nicht den gewünschten Anforderungen entspricht und dem-entsprechend zu optimieren ist.

LÖSUNGSANSATZ

Der Forschungsschwerpunkt SW-Engineering kann durch die intensive Forschung in den Themengebie-ten Performance Engineering und Parallelisierung von Softwaresystemen auf ein hohes Fachwissen im Bereich der Performance-Analyse und -Optimierung zurückgreifen. Die Erfahrungen und entwickelten Me-thoden aus den Forschungsprojekten PerfOpt und PerfBoost ermöglichen den beteiligten Wissenschaft-lern eine detaillierte Analyse der Performance-Eng-pässe durchzuführen und das Optimierungspotenzial des Systems zu bestimmen.

Die so gewonnenen Ergebnisse und Optimierungsan-sätze werden durch die Kooperationspartner syner-getisch aus dem domänenspezifi schen Wissen zur Berechnung von Ausbreitungsmodellen sowie dem Know-how zur Optimierung von Softwaresystemen überprüft und angewandt. Basierend auf den Ergeb-nissen wird eine deutlich schnellere Berechnung des Schadstoffausbreitungsmodells auf der eingesetzten Hardware angestrebt.

Durch die Anwendung und Weiterentwicklung der erforschten Methoden zur Analyse von Performan-ce-Engpässen wird das Optimierungspotenzial der Laufzeitbeschleunigung bestimmt und geeignete Op-timierungen initiiert oder gar durchgeführt.

Kooperationspartner


Mitarbeiter Dipl.-Inf. (FH) Markus Meyer

weitnerengineeringworldperfect products – best service

Innovationen für die Energiewendein Kooperation mit der Hochschule Ingolstadt

Wir sind Premium-Partner für Unternehmen und Konzerneder Automobilwelt, der Medizin-Technik sowie derLuft- und Raumfahrt.Wir bieten präzise Lösungen für Entwicklung, Konstruktion,Produktion und Vertrieb.Alles aus einer Hand.

Werner Weitner GmbH, Sollnau 14, 85072 Eichstätt www.werner-weitner.com

Kompetenzfeld

Erneuerbare Energien

Überblick

Angesichts des globalen Klimawandels und fortschrei-tender Ressourcenverknappung bildet die nachhaltige und sichere Energieversorgung eine der zentralen He-rausforderungen unserer Zeit. Die umweltfreundliche Bereitstellung von Energie als Wärme, Strom und Kraft-stoff sowie deren effi ziente Nutzung in Gebäuden, in-dustriell-gewerblichen Anwendungen und für Mobilität ist dabei mit zahlreichen technologischen Fragestel-lungen verbunden. Vor diesem Hintergrund treibt das Kompetenzfeld Erneuerbare Energien zukunftswei-sende Technologien im Bereich der Erneuerbaren En-ergien voran. Neben der praxisnahen Ausbildung für Studierende steht hierbei die angewandte Forschung im Fokus der Aktivitäten (vgl. Abbildung 1).

Die Forschungsarbeiten am Kompetenzfeld Erneuerbare Energien sind in den Technologiefeldern „Bioenergietech-nik“, „Energiesystemtechnik“ und „Solarenergietechnik“ angesiedelt (Abbildung 2). Die anwendungsorientierten Forschungsvorhaben werden dabei überwiegend in Zu-sammenarbeit mit mittelständischen Industriepartnern sowie mit Forschungseinrichtungen und Partnerhoch-schulen durchgeführt. Neben der industriellen Auftrags-forschung sind öffentlich geförderte Forschungsvorha-ben mit industrieller Beteiligung und projektbezogener Unterstützung durch entsprechende Förderinstitutionen aus dem Energie- und Umwelttechnikbereich dabei von zentraler Bedeutung.

Das Kompetenzfeld Erneuerbare Energien ist an mehre-ren nationalen und internationalen Forschungsverbünden beteiligt, wie etwa dem Solar Heating and Cooling Pro-gramme der Internationalen Energieagentur. Wissen-schaftler des Kompetenzfeldes sind zudem in zahlreichen

nationalen und internationalen Gremien und Beiräten ver-treten. Mit der Netzwerkinitiative RegIN+ (Regeneratives Energienetzwerk Region Ingolstadt) unterstützt das Kom-petenzfeld in besonderer Weise den regionalen Know-how-Transfer aus der Forschung in die Praxis sowie die Vernetzung von Unternehmen der Region Ingolstadt im Bereich Technik Erneuerbarer Energien.

Besonderes Augenmerk wird am Kompetenzfeld Er-neuerbare Energien auf die Aus- und Weiterbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses gelegt. So sind zum einen zahlreiche Forschungsvorhaben mit der Promotion oder dem Masterabschluss eines Projekt-mitarbeiters verbunden. Hierbei konnten bereits meh-rere Promotionsvorhaben und forschungsbezogene Masterarbeiten erfolgreich abgeschlossen werden. Zum anderen werden Studierende aus allen Studien-gängen der Hochschule Ingolstadt sowie von natio-nalen und internationalen Partnerhochschulen in die Forschungsprojekte aktiv einbezogen. So konnte das Kompetenzfeld in den vergangenen Jahren internati-onale Wissenschaftler und Studierende aus Ländern wie Frankreich und Irland ebenso wie Hongkong, In-dien und Nigeria am Institut begrüßen und in die lau-fenden Forschungsarbeiten integrieren.

Aus den Forschungsarbeiten am Kompetenzfeld Er-neuerbare Energien sind bisher insgesamt mehr als 110 wissenschaftliche Veröffentlichungen und Fach-vorträge in englischer und deutscher Sprache hervor-gegangen.

Abbildung 1Betätigungsfelder des Kompetenzfeldes Erneuerbare Energien

Abbildung 2Technologiebereiche der Forschungsarbeiten am Kompetenz-feld Erneuerbare Energien

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LABOR- UND VERSUCHSEINRICHTUNGEN

Für den Einsatz in anwendungsorientierten Forschungs-projekten sind im LABOR FÜR ENERGIE- UND SOLAR-TECHNIK der Hochschule Ingolstadt folgende Vermes-sungs- und Demonstrationsanlagen in Betrieb:

Sonnensimulator zur Indoor-Vermessung von solarthermischen Kollektoren nach DIN EN 12975-2, Outdoor-Prüfstand für Thermosiphonsolarsysteme

nach ISO 9459-2, Wärmespeicher- und System-Prüfstand zur Wärme-

speicher-Vermessung, z. B. nach DIN 4708 oder EN 12977, sowie zur Simulation von Gebäudeheizungs- systemen, Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungssystem (KWKK) mit

Solarkollektoren, Absorptionskältemaschine (Kälte- leistung 15 kWth), BHKW und entsprechender Speicher- und Systemtechnik, PV-Langzeitteststand zur Outdoor-Vergleichsunter-

suchung verschiedener Modultechnologien (derzeit sind polykristalline Si-Module und Dünnschicht- CdTe-Module mit je etwa 0,90 kWp installiert), Wetterstation zur lokalen Erfassung der Wetterdaten

(Temperatur, Luftdruck, Feuchte, Windrichtung und -geschwindigkeit, Globalstrahlung und Nieder- schlagsmenge) zum Einsatz in Forschungs- und Entwicklungsprojekten.

Neben den Prüfeinrichtungen ist entsprechende Mess-technik und Software zur experimentellen sowie rechne-rischen Analyse und Optimierung von energietechnischen Komponenten und Systemen vorhanden (u. a. Matlab /Simulink mit CARNOT-Blockset, INSEL, Star-CCM+). Des Weiteren steht Infrarot-Thermografi eausrüstung zur Bauteil- und Gebäudeanalyse sowie mobile Messtechnik zur Vor-Ort-Vermessung thermischer Solarsysteme und industrieller Energieversorgungssysteme zur Verfügung.

Im Bereich der Bioenergietechnik steht umfangreiche Messausrüstung für die Durchführung der folgenden Vor-Ort-Untersuchungen an Biogasanlagen zur Verfü-gung:

Messung des Eigenstromverbrauchs von Kompo- nenten und Gesamtanlage unter Berücksichtigung von Langzeitprofi len, Leistungsmessung von Blockheizkraftwerken bis

2.000 kWel, Messung des Biogasvolumenstroms und Analyse

der Biogaszusammensetzung (CH4, CO², O², NH³, H²S),

Leitung Dr. Christoph Trinkl Telefon: 0841 9348 372 [email protected]

Mitarbeiter Dr. Sebastian Brandmayr M. Phil. Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Matthias Sonnleitner

Identifi kation und Bewertung von Biogasleckstellen, Wärmeschrank zur Bestimmung des Trockenrück-

standes und Wassergehaltes nach DIN EN 12880, Veraschungsofen zur Bestimmung des Glüh-

verlustes von Trockenmasse nach DIN EN 12879.

Damit ist eine umfassende Charakterisierung von Gesamtanlagen möglich. Für wissenschaftliche Bewer-tungen von Biogasanlagen steht darüber hinaus eine umfangreiche Datenbank mit Vergleichswerten zur Verfügung.

Kompetenzfeld


Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden

und zukünftigen Biogasanlagen

Im Zuge der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Ge-setzes im Jahr 2004 wurde eine Vielzahl von Biogasanla-gen errichtet, deren Wirtschaftlichkeit vor allem durch die Preisentwicklungen in der Landwirtschaft in den letzten Jahren inzwischen häufi g bedroht ist. Mit dem überpro-portional hohen Anstieg insbesondere der Substratpreise sind Schwächen in Planung und Betrieb von Biogasanla-gen schneller als erwartet zu Tage getreten. Die Auswir-kungen fi nden sich sowohl im ökonomischen als auch im ökologischen Bereich. So können einerseits mehr und mehr landwirtschaftliche Biogasanlagen zu einer wirt-schaftlichen Belastung des landwirtschaftlichen Betriebs führen. Andererseits erfüllen Biogasanlagen mit unabge-deckten Gärrestelagern oder undichten Biogasleitungen aufgrund der damit verbundenen Methan-Emissionen in die Atmosphäre nicht die Erwartungen an eine nachhal-tige, klimaschonende Energieerzeugung.

PROJEKTZIELE

Zur Verbesserung der ökonomischen und ökologischen Leistungsfähigkeit der betroffenen landwirtschaftlichen Biogasanlagen wurden in einem Forschungsvorhaben anhand je 10 typischer Anlagen in Bayern und Nord-rhein-Westfalen technische Optimierungsansätze erar-beitet. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens war dabei die Erstellung einer Handreichung zur Optimierung von Biogasanlagen mit konkreten technischen Lösungen und hohem Potenzial praktischer Umsetzbarkeit für Anlagenbetreiber. In das vom Kompetenzfeld Erneuer-bare Energien der Hochschule Ingolstadt koordinierte 2-Jahres-Projekt waren die Fachhochschule Münster und das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg eingebunden. Das Projekt wurde gefördert vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.

VORGEHENSWEISE

Zur ganzheitlichen Erfassung der Biogasanlagen wurden alle verfügbaren Informationen der Anlagen gesammelt und geordnet. So wurden zunächst Begehungen der Anlagen durchgeführt, woraus Basisinformationen wie der grundsätzliche Aufbau, der Substratmix und die Be-triebsweise der Anlage erhoben wurden (Abbildung 1). Weiterhin wurde eine Fotodokumentation erstellt und das Betriebstagebuch ausgewertet.

Des Weiteren wurde mit dem Anlagenbetreiber ein aus-führlicher Analysebogen besprochen. Der Analysebogen deckt allgemeine Informationen, wie Unternehmerdaten,

Standort, Ackerbau/Substrat, Lagerung der Substrate, über anlagenspezifi sche Informationen, wie Einbringung der Substrate, Biogaserzeugung, Gärreste, Biogas- und Wärmenutzung, messtechnische Ausstattung bis hin zu betriebswirtschaftlichen Aspekten ab und ermöglich-te somit einen umfassenden und detaillierten Überblick über die jeweilige Anlage.Zudem wurden an allen Anlagen temporäre Messungen hinsichtlich Eigenenergieverbrauch (Abbildung 2), Bio-logie, Methanemissionsquellen und Biogaszusammen-setzung durchgeführt. Bei diesen Untersuchungen lag besonderes Augenmerk auf der Verringerung des Eigen-energieverbrauchs und dem Aufspüren von diffusen Methanemissionsquellen.

Abbildung 1Typisches Anlagenschema

Abbildung 2Messung des Eigenenergieverbrauchs

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Anhand der im Rahmen der Anlagenuntersuchung erfassten Daten fand eine Bewertung des Ist-Stands statt, die in eine Schwachstellenanalyse mündete. Zur Identifi kation von Defi ziten und Problemen wurden die jeweiligen Bewertungsbereiche gemäß des Prozessab-laufs gegliedert und die 20 untersuchten Biogasanla-gen gegenüber gestellt.

PROJEKTERGEBNISSE

Die Analyse der 20 Anlagen zeigt, dass bei zahlreichen Biogasanlagen in vielerlei Hinsicht noch ein deutliches Verbesserungspotenzial zu erkennen ist. Vor allem in den Bereichen der Mess- und Regelungstechnik, der daraus folgenden Kontrolle und Optimierung des Gesamtpro-zesses, sowie der allgemeinen Anlagensteuerung sind deutliche Effi zienzsteigerungen möglich. Aus ökologischer Sicht gilt es an allen Anlagen die Methanemissionsstellen zu verringern und dadurch gleichzeitig für eine Steigerung der Biogasausbeute zu sorgen.Auf Basis dieser Ergebnisse wurden die folgenden 10 Verbesserungskonzepte im Rahmen des Forschungs-vorhabens erarbeitet:

Verkürzen der Transportwege zwischen Substrat- lager und Feststoffeinbringung, Auswahl des optimalen Entfeuchtungsverfahrens, Erhöhen der Substratausnutzung durch den Einsatz

hocheffi zienter Blockheizkraftwerke, Erhöhen der Substratausnutzung durch Vermeiden

von Biogasleckstellen, Emissionsminderung und Erhöhen der Substrataus-

nutzung durch Abdecken des Endlagers, Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der

Entschwefelung per Lufteinblasung, Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der

Feststoffeinbringung, Erhöhen der Wärmenutzung durch strukturierte Vor-

gehensweise bei der Planung, Erhöhen der Wärmenutzung durch Nachrüsten von

Wärmemengenzählern, Erhöhen des Auslastungsgrads des Blockheizkraft-

werks.

FAZIT

Die Ergebnisse des Vorhabens zeigen, dass große Unterschiede bzgl. der Ausführungsqualität und Anla-genkonfi gurationen in Bayern und Nordrhein-Westfa-len vorliegen. Zudem sind Schwachstellen im Bereich der Dokumentation, messtechnischen Ausstattung,

Dimensionierung von einzelnen Anlagenkomponen-ten und der Wärmenutzung festzustellen. Jedoch sind bereits durch einfache, kostengünstig und schnell um-setzbare Maßnahmen erhebliche Verbesserungen so-wohl im ökologischen als auch ökonomischen Bereich möglich.

Die im Rahmen des Projektes erarbeitete „Handrei-chung zur Optimierung von Biogasanlagen“, enthält zielgruppenorientierte, technische Optimierungskon-zepte für Anlagenbetreiber und stellt somit eine zeitna-he Umsetzung der Forschungsergebnisse sicher. Des Weiteren sind sämtliche Ergebnisse im Abschlussbe-richt „Ökologische und ökonomische Optimierung von Biogasanlagen“ detailliert dargestellt.

Beide Publikationen sind unter folgendem Link verfüg-bar: http://www.haw-ingolstadt.de/iaf/kompetenzen/erneuerbare-energien/technologiefelder.html

REFERENZEN (AUSZUG)

HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; BRÜGGING, E.; BÜCKER, C.; VOGT, R. und WETTER, C. (2011) Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen – Projektergebnisse. In: 20. Jahrestagung Fachverband Biogas, Nürnberg, Januar 2011.

HANBY, V.; HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖ-RNER, W. (2011) Ecological and Economic Optimisa-tion of Biogas Plants. In: 17th International Conference for Renewable Resources and Plant Biotechnology, Poznan (Poland), 30.-31.05.2011.

HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W. (2011) Ökologisch und ökonomische Verbesserungen von landwirtschaftlichen Biogasanlagen. In: OTTI Anwen-derforum Biogasanlagen, Regensburg, 23.11.2011.

HANBY V.; HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; TRINKL, C.;ZÖRNER, W. (2012) Ökologisch und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Bio-gasanlagen – Ergebnisse der Eigenstrommessungen. In: 21. Jahrestagung Fachverband Biogas e.V., Bre-men, 10.-12.01.2012, S. 228.

HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; HAN-BY, V. (2012) Options for the Reduction of Methane Emissions and Parasitic Electric Energy of Biogas Plants. In: World Bioenergy 2012, Jönköping (Schwe-den), 29.-31.05.2012.

Leitung Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner Telefon: 0841-9348 227 [email protected]

Mitarbeiter M. Phil. Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Matthias Sonnleitner Dipl.-Ing. (FH) Georg Häring

Kompetenzfeld


Die Industrie verbraucht heute rund 28 % der in Deutsch-land eingesetzten Endenergie. Der größte Teil dieser En-ergie wird durch die Verbrennung fossiler Energieträger bereitgestellt. Zunehmend unsichere Beschaffungskosten sowie die negativen Auswirkungen der Verbrennung fos-siler Energieträger verlangen ein Umdenken bei den En-ergieverbrauchern. Vor dem Hintergrund, dass rund ein Sechstel des oben genannten Energiebedarfs in Form von Prozesswärme bei Temperaturen unter 100 °C be-nötigt wird, bieten sich vielfältige Alternativen zu fossilen Energieträgern.

Neben Energieeffi zienz und vielfältigen Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung bieten vor allem solar-thermi-sche Prozesswärmesysteme eine sehr gute Ergänzung der konventionellen Prozesswärmebereitstellung im Be-reich industrieller Niedertemperatur-Wärme (Abbildung 1). Standardisierte Komponenten (z. B. Kollektoren und Speicher) solar-thermischer Systemen, erlauben heute die Bereitstellung von Prozesswärme bis 80 °C. Bisher fi ndet diese Technik jedoch nur in wenigen Demonstra-tionsanlagen Anwendung. Als Gründe hierfür können sowohl fehlende Erfahrungswerte als auch nicht vor-handene Standards bei der Vorbereitung, Planung und Realisierung derartiger Projekte angeführt werden. An dieser Stelle setzt das durch das Bayerische Staatsmi-nisterium für Wissenschaft, Forschung und Kunst geför-derte Forschungsprojekt an.

Zusammen mit der Brauerei Herrnbräu GmbH & Co. KG (Ingolstadt) und der Molkerei Zott SE & Co. KG (Mertin-gen) werden im Rahmen energetischer Analysen Kon-zepte für eine nachhaltige Prozessenergieversorgung

entwickelt. Im Fokus stehen dabei niedertemperaturige Verbraucher und das Ableiten von Potenzialen solar-ther-mischer Prozesswärmesysteme. Diese bilden die Basis für einen entsprechenden Leitfaden sowie eine Potenzi-alanalyse weiterer aussichtsreicher Branchen, wodurch eine Verbreitung solarer Prozesswärmesysteme geför-dert werden soll.

Mit diesem Forschungsprojekt sind die Mitarbeiter des Kompetenzfeldes Erneuerbare Energien am bayerischen Forschungsverbund FORETA beteiligt, eine Plattform für die Erforschung energieeffi zienter Technologien in der Industrie.

PROJEKTINHALT

Der Einsatz solar-thermischer Prozesswärmesysteme erfordert im Gegensatz zu den weitestgehend stan-dardisierten Systemen für die Brauchwarmwasser-bereitung im Wohngebäudebereich sehr viel umfas-sendere Planungs- und Umsetzungsarbeiten. So ist eine zentrale Aufgabe des Projekts die Analyse der aktuellen Energieversorgungssituation bei den Pro-jektpartnern. Dies beinhaltet sowohl die Energiebereit-stellung und -verbraucher als auch das Defi nieren von Potenzialen zur Steigerung der Energieeffi zienz durch Wärmerückgewinnung. Auf Basis dieser Bestands-analyse werden ganzheitliche Konzepte zur Integration von solar-thermischen Systemen in eine effi ziente kon-ventionelle Prozesswärmeversorgung entwickelt. Simu-lationsstudien mit Parametervariation unterstützten die Optimierung der Konzepte.

Abbildung 1Struktur Niedertemperatur Wärmeversorgung

Abbildung 2Analyse möglicher Kollektorfl ächen

Solare Wärme in der bayerischen Lebensmittelindustrie:

Exemplarischer Einsatz von solarthermischen Systemen in einer

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Die entwickelten Wärmeversorgungskonzepte und Simulationsstudien haben positive Ergebnisse gezeigt. So können sowohl aus technischer als auch aus en-ergetischer Sicht solar-thermische Systeme durchaus vorteilhaft mit Wärmerückgewinnungsmaßnahmen kombiniert werden. Jedoch erweist sich unter rein ökonomischen Gesichtspunkten vor allem die Reali-sierung der solaren Komponente als schwierig. Heute von der Industrie geforderte Amortisationszeiten sind nur bedingt realisierbar. Mit einer zusätzlichen Bewer-tung und Vermarktung des positiven Images einer erneuerbaren und nachhaltigen Energieversorgung, kann dieser ökonomische Nachteil jedoch durchaus ausgeglichen werden.

Im weiteren Verlauf des Projekts wird ein Leitfaden zur standardisierten Umsetzung solar-thermischer Syste-me zur unterstützenden Prozesswärmeversorgung ent-wickelt. Basis hierfür bilden Ergebnisse aus der Analyse der bestehenden Energieversorgung sowie die mittels Simulation optimierten Konzepte. Schließlich werden die Potenziale solar-thermischer Anwendungen (Abbil-dung 2) für die bayerischen Brauereien und Molkereien sowie weiteren aussichtsreiche Vertreter der Lebens-mittelindustrie defi niert.

REFERENZEN (AUSZUG)

Müller, H.; Brandmayr, S.; Trinkl C.; Zörner, W.; Hanby, V. (2010) Methodological Analysis of Industrial Processes Regarding the Implementation of a Solar-Thermal Pro-cess Heating System. 2nd International Conference on Solar Heating, Cooling and Buildings (EUROSUN 2010), Graz, Österreich, September 2010

Müller, H.; Zörner, W.; Hanby, V. (2011) Solar-Thermal Process Heat – A Low-Temperature Heating Network in a Dairy. ISES Solar World Congress, Kassel, Sep-tember 2011

KooperationspartnerFördergeber

Brauerei und einer Molkerei

Leitung Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner Telefon: 0841-9348 227 [email protected]

Mitarbeiter Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Holger Müller

Kompetenzfeld


Praktischer Betrieb solar-thermischer Systeme zur

Brauchwassererwärmung im Geschosswohnungsbau

Solar-thermische Systeme zur Brauchwassererwärmung gelten heute als weitgehend ausgereift. Der Einsatz stan-dardisierter Komponenten wie Kollektoren, Speicher oder hydraulischer Bauteile sowie ein großes Angebot an Standardanlagenpaketen bieten sehr gute Einsatzmög-lichkeiten kleiner Systeme bis 10 m² Kollektorfl äche im Bereich der Ein- und Zweifamilienhäuser. Doch je größer die Systeme werden, desto weniger Standards sind eta-bliert. So liegt der Anteil von Anlagen mit einer Kollektorfl ä-che von mehr als 50 m² bei weniger als 1 %. Diese bieten jedoch im Bereich des Geschosswohnungsbaus große Potenziale. Ausgeglichenere Lastprofi le geprägt durch unterschiedliche Bewohnergruppen, große Dachfl ächen und ein deutlich günstigeres Verhältnis von Wohnraum und Energiebedarf sind die Hauptvorteile gegenüber Systemen im Bereich Ein- und Zweifamilienhaus.

Die Gemeinnützige Wohnungsbau-Gesellschaft Ingol-stadt GmbH (GWG) bietet rund 6.500 Wohnungen im Stadtgebiet Ingolstadt an. Um aus sozialen Aspekten (rund 2/3 der Wohnungen sind öffentlich gefördert) die Mietnebenkosten so gering wie möglich zu halten, ste-hen eine moderne Haus- und Energieversorgungstech-nik sowie eine energetisch fortschrittliche Bauweise im Vordergrund der Bemühungen. Effi ziente Energieversor-gungskonzepte sind deshalb von zentraler Bedeutung, sodass neben standardisierten Wärmeversorgungs-systemen deshalb auch immer wieder auf innovative Technologien zurückgegriffen wird. Unterstützend zu den konventionellen Systemen hat die GWG daher zwischen 2001 und 2004 insgesamt sieben solar-thermische Sys-teme unterschiedlicher Größe und Konfi guration zur Brauchwassererwärmung in die Energieversorgung in ihre Wohnanlagen integriert.

PROJEKTINHALT

Sämtliche Systeme der GWG wurden individuell gep-lant und nachträglich in die konventionelle Wärmebe-

reitstellung integriert. Eine kontinuierliche Wärmemen-generfassung durch den Betreiber hat gezeigt, dass die solaren Erträge insgesamt nicht zufriedenstellend sind. Gemeinsam mit dem Kompetenzfeld Erneuerbare En-ergien der Hochschule Ingolstadt sollen die solar-ther-mischen Systeme daher untersucht und hinsichtlich des Wärmeertrags optimiert werden. Dazu werden zunächst Methoden für eine gezielte Systemanalyse sowie ein Betriebs- und Wartungsmanagement für den Betreiber entwickelt. Anschließend können mittels Si-mulation und Optimierung Konzepte erarbeitet werden, mit denen sich Problemstellungen in Hydraulik oder Regelungskonzepten mit möglichst geringem Aufwand korrigieren lassen. Neben den spezifi schen Maßnah-men zur Ertragsoptimierung jedes einzelnen Systems wird auf Grundlage der gesammelten Erfahrungen eine betreiberorientierte Methodik für Planung, Installation und Betrieb zukünftiger Systeme entwickelt.


Die bisher analysierten Systeme haben gezeigt, dass die Ertragseinbußen sehr unterschiedlich zu begrün-den sind. So reichen diese von Problemen bei der Wärmemengenerfassung bis hin zu Schwachstellen in der hydraulischen oder regelungstechnischen Kon-zeptionierung und Implementierung der Systeme. Mit Hilfe eines umfassenden Detailmonitorings und an-schließender Simulation konnte vor allem die Einbin-dung des solar-thermischen Systems in die konven-tionelle Wärmeversorgung als häufi ge Fehlerursache

Abbildung 1Kollektorfelder mit Auszug Planungsunterlagen

Abbildung 2Strukturierte Basisanalyse

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identifi ziert werden. Dadurch wird beispielsweise der solaren Energie Vorrang vor der konventionellen Wär-mebereitstellung verwehrt, wodurch die brennstoff- und nahezu emissionsfreie Solarenergie somit nur an zwei-ter Stelle steht. Schwerwiegende technische Mängel an den Anlagen selbst konnten insgesamt jedoch nicht festgestellt werden.

Im weiteren Verlauf des Projekts werden die gewonnen Erkenntnisse und die entwickelten Methoden wie die Basisdatenanalyse (Abbildung 2) für die Untersuchung der verbleibenden Systeme angewandt. Ziel ist es für alle sieben Systeme der Gemeinnützigen einen solaren Ertrag im Erwartungsbereich sicherzustellen und durch das Einführen eines Betriebs- und Wartungsmanage-ment dauerhaft beizubehalten.

REFERENZEN (AUSZUG)

MÜLLER, H.; TRINKL, C. (2011) Praktischer Betrieb solar-thermischer Anlagen im Geschosswohnungsbau. Technischer Informationstag der Arbeitsgemeinschaft der Wohnungsunternehmen des Regierungsbezirkes Oberbayern (AdW Oberbayern), Laufen / Salzach, 20.07.2011

MÜLLER, H.; TRINKL, C.; ZÖRNER, W. (2012) Praktischer Betrieb solar-thermischer Systeme zur Brauchwarmwassererwärmung im Geschosswoh-nungsbau. 22. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffelstein


Mitarbeiter Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Holger Müller

Kooperationspartner

Kompetenzfeld


Know-how-Transfer & Vernetzung für die regionale Wirtschaft:

Das Innovationsnetzwerk RegIN +

Die Hochschule Ingolstadt sucht aktiv den Austausch und die Vernetzung mit der regi-onalen Wirtschaft. Das Kompetenzfeld Er-neuerbare Energien geht dabei neue Wege zum Aufbau eines Expertennetzwerks. Mit dem Regenerativen Energienetzwerk Regi-on Ingolstadt, kurz RegIN+, sind Fach- und Führungskräfte einschlägiger regionaler Un-ternehmen sowie Studierende eingeladen sich auf den neuesten Stand des Wissens zu bringen. „Bei uns an der Hochschule haben wir in den vergangenen Jahren um-fangreiches Know-how im Bereich regene-rative Gebäudeenergietechnik und land-wirtschaftliche Biogastechnik gesammelt und werden diese Themen auch zukünftig im Fokus behalten. Mit RegIN+ wollen wir lokale Anlagenhersteller, Fachplaner, betei-ligte Handwerker und Anlagenbetreiber mit ins Boot holen und im Dialog unseren ge-meinsamen Wissenshorizont erweitern“, so Professor Wilfried Zörner, Projektleiter von RegIN+.

UNTERNEHMEN UND HOCHSCHULE PROFITIEREN

GLEICHERMASSEN VOM KNOW-HOW-TRANSFER

Durch eigene Experten des Kompetenzfeldes sowie externe Fachreferenten bietet das Netzwerk RegIN+

der Zielgruppe die Möglichkeit, sich auf Vorträgen und Exkursionen weiterzubilden. Dabei ergibt sich ganz selbstverständlich die Gelegenheit zum Austausch mit Kollegen aus der Branche, um Netzwerke zu knüpfen oder neue Projektideen im Rahmen der angewandten Forschung und für das eigene Unternehmen zu entwi-ckeln. Durch die aktive Teilnahme am Innovationsnetz-werk RegIN+ ergeben sich für einschlägige Unterneh-men der angesprochenen Branchen konkrete Vorteile:

Fundierter Know-how-Transfer von der Hochschule Ingolstadt zu den regionalen Unternehmen Entwicklung relevanter Vertriebskanäle für die teilneh-

menden Organisationen Stärkung der Branche der Regenerativen Energien in der

Region und damit nachhaltige Sicherung von Fachkräften

Im November 2012 starten zwei Vortragsreihen mit jeweils fünf Fachveranstaltungen zu den beiden tech-nologisch-inhaltlichen Schwerpunktbereichen Gebäu-deenergietechnik sowie Biogastechnik (Abbildung 1).

Mehr Informationen zu den Veranstaltungen des Jahresprogramms 2012 / 2013, zukünftigen Veran-staltungsreihen sowie zur Teilnahme sind unter www.RegIN-plus.de enthalten.

Den sechs regionalen Förderunternehmen, die das Projekt von Beginn an unterstützen, kommt eine Vor-reiterrolle bei der Bildung des lokalen Innovations-netzwerks zu. So haben sich die Unternehmen BioIN, CitrinSolar, Gebr. Peters Gebäudetechnik, pbb Pla-nung + Projektsteuerung, Stadtwerke Ingolstadt und WOLF Anlagen-Technik frühzeitig bereit erklärt, den Aufbau des RegIN+-Netzwerks aktiv zu fördern (Ab-bildung 2). Matthias Bolle, Geschäftsführer der Stadt-werke Ingolstadt, unterstreicht dabei den Stellenwert der Erneuerbaren Energien: „Die Energiewende ist politisch gewollt und es liegt auch an uns, diese mit-zugestalten. Deshalb beteiligen wir uns aktiv am Inno-vationsnetzwerk RegIN+ “.

Das Netzwerkprojekt RegIN+ wird vom Bayerischen Staatsministerium für Arbeit und Sozialordnung sowie aus dem Europäischen Sozialfonds (ESF) gefördert.

Abbildung 1RegIN+ Jahresprogramm 2012 / 2013 mit thematischer Ausrich-tung und Fachveranstaltungen

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Abbildung 2Die Vertreter der Förderunternehmen nutzten die Startbe-sprechung des Netzwerks RegIN+ Ende 2011 auch für ein gegenseitiges Kennenlernen. Auf dem Gruppenfoto vor einer Testanlage für Solarkollektoren der Hochschule Ingolstadt sind zu sehen (v.l.n.r.): Reinhard Büchl, BioIN; Fritz Peters, Gebr. Peters Gebäudetechnik; Michael Ganslmeier, CitrinSolar; Siegfried Vogl-Wolf, WOLF Anlagen-Technik; Franz Madl, pbb Planung + Projektsteuerung und Matthias Bolle, Stadtwerke Ingolstadt.

Kooperationspartner

Leitung Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zörner Telefon: 0841 9348-227 [email protected]

Mitarbeiter Dr. Christoph Trinkl Stefan Schneider M.Sc.

Fördergeber

Forschungsvorhaben

Kompetenzfeld


BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogasanlagen

Mit dem Ausbau der erneuerbaren, jedoch fl uktuierenden Stromerzeugung durch Wind- und Solarenergie steigen die Anforderungen an die Versorgungssicherheit und -zuverlässigkeit. Um die Netzstabilität in Zukunft sicher-zustellen, müssen Potenziale im Bereich des Lastma-nagements und neuer Speichertechnologien erschlos-sen werden. Hierbei hat die steuerbare Stromerzeugung aus Biogas besonders großes Potenzial, da ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird als beispielsweise bei der Speicherung von Strom in Pumpspeicherkraftwerken, durch Druckluftspeicher oder in Form von Wasserstoff. Grund hierfür ist, dass keine Überführung in andere Ener-gieformen notwendig ist und damit keine unnötigen Ver-luste und Wirkungsgradverringerungen auftreten, da das Biogas bis zu seiner Nutzung vorgehalten werden kann.Das Forschungsprojekt „BioStrom – Steuerbare Strom-erzeugung“ widmet sich der steuerbaren, bedarfsge-rechten Stromerzeugung durch Biogasanlagen. Geför-dert wird das über drei Jahre laufende Vorhaben vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reak-torsicherheit (BMU). Zudem besteht eine Kooperation mit der UTS Biogastechnik GmbH, einem führenden Bioga-stechnik-Unternehmen in Deutschland.

PROJEKTZIELE

Das Ziel des Vorhabens ist es, anhand von Simula-tionen und den Erfahrungen in einer Pilot- bzw. De-monstrationsanlage bestehende Biogasanlagen in die Lage zu versetzen, als steuerbare Stromerzeuger zu agieren und damit zur Erhöhung der Netzstabilität und Effi zienz bei der Integration von Erneuerbaren Energien im zukünftigen Energiemix beizutragen. Hierbei werden konkrete Lösungen sowohl im technischen als auch im (genehmigungs-)rechtlichen Kontext erarbeitet. So-mit werden Biogasanlagen frühzeitig, durch z. B. durch den Einsatz von effi zienten Speichertechnologien, in die Lage versetzt, Lastmanagement zu betreiben und damit als steuerbare Stromerzeuger in Aktion zu treten.

VORGEHENSWEISE

Um die Ziele zu erreichen erfolgt zunächst eine umfas-sende Analyse des Umrüstungspotenzials, des Bedarfs an steuerbarer Stromerzeugung, der Technik relevanter Komponenten sowie des Genehmigungs- und Vergü-tungsrechts. Darauf aufbauend werden nach Klärung des Vergütungsrechts und der technischen Rahmenbe-dingungen die Anforderungen an eine steuerbare Strom-erzeugung in einem Lastenheft zusammengefasst. An-schließend werden durch komponentenübergreifende,

dynamische Simulationsrechnungen Gesamtkonzepte zur steuerbaren Stromerzeugung entwickelt sowie de-ren Wirtschaftlichkeit und Treibhausgaseinsparpotenzi-al bewertet. Im letzten Arbeitsschritt wird eine beste-hende Biogasanlage auf steuerbare Stromerzeugung umgerüstet und mit Messtechnik ausgestattet, sodass die Fähigkeit zur steuerbaren Stromerzeugung nach-gewiesen sowie die Simulationsrechnungen verifi ziert werden können.

PROJEKTERGEBNISSE

Nach Abschluss des ersten Projektjahres sind sowohl die Erfassung des Standes der Technik, als auch die Beschreibung der Potenziale der steuerbaren Stromer-zeugung aus Biogasanlagen abgeschlossen. Es wurde festgestellt, dass durch den hohen Anteil fl uktuierender Stromerzeuger die Stromerzeugung zukünftig zu groß-en Teilen dargebotsabhängig stattfi nden wird. Mit dem weiteren Ausbau der fl uktuierenden Stromerzeugung nehmen die absoluten Unterschiede zwischen Einspei-sung und Ausspeisung aus dem Stromnetz weiter zu, was das Stromnetz vor große Herausforderungen stellt. Ein großes Potenzial die entstehenden Differenzen ab-zuschwächen bietet die steuerbare Stromerzeugung durch Biogasanlagen.

Der Strommarkt sowie das EEG 2012 wurden hinsicht-lich der Anreize zur steuerbaren Stromerzeugung ana-lysiert. Es zeigte sich, dass ein wirtschaftlicher Betrieb von Biogasanlagen durch das Beziehen verschiedener Prämien (Abbildung 1) im EEG 2012 möglich ist.

Abbildung 1EEG 2012 – Direktvergütung mit steuerbarer Stromerzeugung

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Neben den genannten Prämien kann durch eine ge-zielte Stromerzeugung in hochpreisigen Zeiten zusätz-lich die Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Basierend auf dem im Tagesgang schwankenden Strompreis wurden Betriebsszenarien entwickelt, welche beispielhaft in Abbildung 2 dargestellt sind.

Um bestehende Biogasanlagen in die Lage zu versetzen steuerbar Strom zu erzeugen sind verschiedene Modifi -kationen notwendig. Aus diesem Grund wurde der Stand der Technik analysiert. Das besondere Augenmerk lag auf den Komponenten der Gaskonditionierung, Gasspei-cherung, Gasverwertung und der Wärmeversorgung.

Hierbei wurde festgestellt, dass grundsätzlich alle rele-vanten Komponenten dazu in der Lage sind, Biogas-anlagen zur steuerbaren Stromerzeugung umzurüsten. Jedoch bedarf es intelligenter und kosteneffi zienter Anla-genkonzepte (Abbildung 3), um letztlich einen wirtschaft-lichen Betrieb gewährleisten zu können.

Abbildung 2Beispielhaftes Betriebsszenario einer steuerbaren Stromer-zeugung

Abbildung 3Anlagenkonzept zur steuerbaren Stromerzeugung

AUSBLICK

Durch die Umsetzung der steuerbaren Stromerzeugung exemplarisch an einer bestehenden Biogasanlage soll im weiteren Projektverlauf gezeigt werden, wie sich die zukünftige Stromerzeugung fl exibel ausführen lässt. Anhand von Simulationsrechnungen sollen zudem Aus-legungsgrößen entwickelt werden, die zu einer natio-nalen und internationalen Umsetzung der steuerbaren Stromerzeugung durch Biogasanlagen beitragen.

Die Erneuerbaren Energien werden mit Biogas als steu-erbarem Stromerzeuger im Gesamtkontext gestärkt, da durch die Verschiebbarkeit der steuerbaren Strom-erzeugung Netzengpasssituationen vermieden werden können.

REFERENZEN (AUSZUG)

HÄRING, G.; SONNLEITNER, M. (2011) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogas. In: 3. Statuskolloquium „Energe-tische Biomassenutzung“, Potsdam, 08.-09.11.2011; S. 92-93; S. 127-128.

BICHLMEIER, S.; HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; SZIWEK, S.; ZÖRNER, W. (2012) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung aus Biogasanlagen. In: 21. Jahrestagung Fachverband Biogas e.V., Bremen, 10.-12.01.2012, S. 229.

BICHLMEIER, S.; HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; SZIWEK, S.; ZÖRNER, W. (2012) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogasanlagen. In: Optimierte Bauweise für Biogasanlagen – BiogasWorld, Berlin, 21.02.2012.

HÄRING, G.; SONNLEITNER, M.; ZÖRNER, W.; HANBY, V. (2012) Technical Modifi cations and Current Legal Framework for Controllable Electricity Production via Biogas Plants in Ger-many. In: World Bioenergy 2012, Jönköping (Schweden), 29.-31.05.2012.

Kooperationspartner

Fördergeber


Mitarbeiter Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Matthias Sonnleitner Dipl.-Ing. (FH) Georg Häring

Kompetenzfeld


Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren – Anforderungs-

definition, Konzeptentwicklung und Machbarkeitsbewertung

Im Bereich der energieeffi zienten Wärmeversorgung für Wohngebäude besitzt insbesondere die solare Wärme, also die Warmwasserbereitung und Heizung mit Solaran-lagen, ein großes Potenzial zur Substitution der konven-tionellen, fossilen Brennstoffe. Trotz steigender Preise für die konventionellen Energieträger Heizöl und Erdgas wird die weitere Verbreitung von solar-thermischen Anlagen aber durch ihre hohen Anschaffungskosten gebremst. Die Hersteller dieser Anlagen bemühen sich daher inten-siv um die Senkung der Herstellkosten vor allem des So-larkollektors, des weithin sichtbaren „Herzstücks“ jeder Solarwärmeanlage. Steigende Weltmarktpreise für die hauptsächlich eingesetzten Werkstoffe Aluminium und Kupfer laufen den Bemühungen nach weiteren Kosten-senkungen in der Kollektorfertigung aber entgegen.

ALTERNATIVE MATERIALIEN VERSPRECHEN OPTIMIERUNGSPOTENZIAL

Der Einsatz von alternativen Werkstoffen, wie etwa Kunststoffen für Solarkollektoren wird daher von zahl-reichen Experten als sehr vielversprechend angesehen. Die Verwendung von Kunststoffen im Solarkollektorbau kann dabei gleich mehrere Vorteile bieten. Neben der Einsparung von teurem Kupfer und Aluminium wären mit den polymeren Materialien durch eine einherge-hende Gewichtsreduzierung auch gleichzeitig Vorteile bei der Kollektormontage verbunden. Durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien der Kunststoffele-mente könnte zudem die Kollektorfertigung automati-siert und damit die Kosten weiter gesenkt werden. Al-lerdings sind mit dem Einsatz von Kunststoffen bei den thermisch oft hoch belasteten Solarkollektoren auch technologische Herausforderungen verbunden. So stel-len beispielsweise die begrenzte Temperatur-, Druck-, UV- und Langzeitbeständigkeit sowie die gegenüber metallischen Werkstoffen geringere Wärmeleitfähigkeit preiswerter Kunststoffe hohe Hürden für deren Einsatz in Solarkollektoren dar.

Vor diesem Hintergrund wurde am Kompetenzfeld Erneuerbare Energien das Forschungsvorhaben „Kunststoffe in Solarkollektoren: Anforderungsdefi ni-tion, Konzeptentwicklung und Machbarkeitsbewer-tung“ durchgeführt. Zunächst wurde in einem Feld-test das Lastprofi l einer typischen Solarwärmeanlage ermittelt. Auf Basis dieser Daten wurden Überhit-zungsschutzmaßnahmen entwickelt und mittels eines dynamischen Kollektorsimulationsmodells in der Si-mulationsumgebung Matlab/Simulink überprüft. Ab-bildung 1 zeigt die erreichten Bauteiltemperaturen eines Jahres mit und ohne Überhitzungsschutz-

maßnahme. Die Maßnahme ist hierbei eine Absor-berschicht mit veränderlicher Wärmeabstrahlung, welche bei hohen Temperaturen zunimmt und somit einer weiteren Temperaturzunahme entgegenwirkt. Anhand der errechneten Bauteiltemperaturen konnte eine Materialauswahl für polymere Kollektorbauteile getroffen werden.

Anschließend wurden verschiedene Kollektorkon-zepte entwickelt. Dabei wurde die Gestaltung der Bauteile stark an die Vorteile und Möglichkeiten der verschiedenen zur Verfügung stehenden Kunststoff-verarbeitungsprozesse angepasst. Dies führt einer-seits zu neuartigen Gestaltungskonzepten von Kollek-toren und andererseits zu zusätzlichen Bauteildetails wie beispielsweise Griffmulden im Gehäuse zum erleichterten Transport. Abbildung 2 zeigt eine dop-pelwandige Gehäusewanne in Kombination mit einer Doppelstegplatte als transparente Abdeckung. Das in der Doppelwand eingeschlossene Luftvolumen wirkt hierbei isolierend, sodass diese Wanne mehrere Funk-tionen in sich vereint. Somit kann dieses Konzept die Materialkosten und den Aufwand bei der Montage re-duzieren. Mittels dem sogenannten Twin-Sheet-Ther-moforming oder dem Extrusionsblasformen kann die-ses kosteneffektive Bauteil gleichermaßen gefertigt werden. Eine abschließende Bewertung der Herstell-kosten der Kollektorkonzepte zeigte ein mögliches Kostensenkungspotenzial von bis zu 50 % gegenüber Standard-Flachkollektoren.

Abbildung 1Histogramme der auftretenden Temperaturen im Standardkol-lektor (schwarz) und im Kollektor mit Überhitzungsschutz (grün) bei einer Systemsimulation über ein Jahr

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Das Forschungsvorhaben wurde vom Bundesministe-rium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit im Rahmen des Förderprogramms Solarthermie2000plus gefördert.

Die durchgeführten Forschungsarbeiten sind in die IEA-SHC Task 39 „Polymeric Materials for Solar Thermal Applications“ eingebunden. In dieser internationalen Forschungsplattform der Internationalen Energieagen-tur arbeiten die Wissenschaftler des Kompetenzfeldes Erneuerbare Energien mit 17 wissenschaftlichen und 16 industriellen Partnern an der Weiterentwicklung des Kunststoffeinsatzes in Solarwärmesystemen.

REFERENZEN (AUSZUG)

REITER, CH., TRINKL, CH., ZÖRNER, W. (2011) So-larthermie2000plus: Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren – Anforderungsdefi nition, Konzeptentwick-lung und Machbarkeitsbewertung. Abschlussbericht AZ 0329285A, Hochschule Ingolstadt

REITER, CH., TRINKL, CH., ZÖRNER, W. (2012) Ther-mal Loads on Solar Collectors and Options for their Re-duction. In: KOEHL M. et al. (eds.). Polymeric Materials for Solar Thermal Applications. 1. Aufl age, Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA (Copyright), 2012

REITER, CH., TRINKL, CH., ZÖRNER, W. und HANBY, V. (2012) Polymeric Solar-Thermal Collectors: Design Concepts with Regard to Production Processes and Costs. Gleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Kon-ferenz für thermische Solarenergienutzung, Gleisdorf, 12.-14.09.2012

REITER, CH., TRINKL, CH., ZÖRNER, W. und HANBY, V. (2012) Thermal Loads on Solar-Thermal Flat-Plate Collectors and Strategies for their Reduction. Gleisdorf

SOLAR 2012 – 10. Internationale Konferenz für thermi-sche Solarenergienutzung, Gleisdorf, 12.-14.09.2012

Abbildung 2Schnittdarstellung eines doppelwandigen Kollektorgehäuses mit einer Doppelstegplatte als transparente Abdeckung

Kooperationspartner

Fördergeber


Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Christoph Reiter

Kompetenzfeld


Der Bedarf an Klimatisierung von Gebäuden wächst weltweit. Heutzutage ist die dafür üblicherweise verwendete Technologie die elektrisch betriebene Kompressionskälteerzeugung. Diese bringt jedoch die Nachteile eines hohen elektrischen Energiever-brauchs und die damit verbundenen CO2-Emissionen mit sich. Als Alternative zur herkömmlichen, elektrisch betriebenen Klimatisierung bietet sich daher die Tech-nologie der solarthermischen Klimatisierung an – für deren Antrieb solare Wärme an Stelle von Elektrizität verwendet wird. Vor diesem Hintergrund werden am Kompetenzfeld Erneuerbare Energien seit mehreren Jahren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an ei-ner solaren Klimatisierungsanlage durchgeführt. Die dabei untersuchte solare DEC-Klimatisierungsanlage (Desiccant and Evaporative Cooling; Abbildung 1), befi ndet sich in einem gewerblich genutzten Gebäu-de in Ingolstadt.

Zwei Kollektorfelder mit einer Gesamtgröße von 286 m² stellen die für den Antrieb der Anlage benötigte Wärme zur Verfügung, unterstützen aber auch die Warmwasser-bereitung und die Heizungsanlage des Gebäudes (Ab-bildung 2).

Solare Klimatisierung mit DEC-Systemen

Abbildung 1DEC-Klimatisierungsanlage

PROJEKTZIELE UND VORGEHENSWEISE

Übergeordnete Ziele der Forschungsarbeiten sind die Optimierung des DEC-Systems, die Ableitung von Planungsgrundlagen sowie von Betriebs- und Rege-lungsstrategien auf Basis von Anlagenmonitoring und Simulation.

Die erste Phase der wissenschaftlichen Begleitung wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit unterstützt. Die weiteren Forschungs-arbeiten wurden vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst gefördert.

Dabei wurde vom Kompetenzfeld Erneuerbare En-ergien ein detailliertes Monitoring des solaren DEC-Systems mit begleitender Optimierung durchgeführt. Eine kontinuierliche Fehler- und Betriebsanalysebildete dabei die Basis für die Modellierung und Si-mulation des Systems. Um die Wirkungsweise des DEC-Betriebs und seiner einzelnen Komponenten im Detail analysieren zu können, wurde das System mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet.

ERGEBNISSE UND AUSBLICK

Nachdem aus den Forschungsarbeiten bereits zahl-reiche Optimierungsmaßnahmen abgeleitet und umgesetzt werden konnten, zeigen sich weiterhin Verbesserungspotenziale in der Anlage hinsichtlich Regelung und Hardware. Mit einer Erhöhung der Ef-fi zienz der entscheidenden Bauteile Sorptionsrad und Wärmerückgewinnungsrad könnte die Kälteleistung der Anlage nochmals erheblich gesteigert werden.

Darüber hinaus zeigen die Untersuchungen das vorhandene Potenzial einer hydraulisch und rege-lungsstrategisch optimierten Integration weiterer Wär-mesenken in das Gesamtsystem sowie die dringende Notwendigkeit einer Kollektorvorlauftemperaturrege-lung. Die Verfügbarkeit angemessener Regenerations-bedingungen bestätigt, dass von den Solarkollektoren bei Bedarf Regenerationswärme für den Antrieb des Klimatisierungsprozesses auf ausreichendem Tempe-raturniveau gesichert zur Verfügung gestellt werden kann.

Neben den konkreten Untersuchungen an der Kli-matisierungsanlage wurde im Rahmen einer Klima-datenanalyse die Effektivität der solaren DEC-Technik für verschiedene internationale Standorte untersucht. Mit Hilfe eines auf dem Mollier-Diagramm basierenden Zoning-Ansatzes konnten Kenntnisse über die Aktivität

Abbildung 2Solarkollektorfeld

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und Betriebsdauer der einzelnen Komponenten einer DEC-Anlage, wie beispielsweise des Sorptionsrades, gewonnen werden (Abbildung 3). Die Ergebnisse sind Grundlage für die Ableitung und Entwicklung klima-spezifi scher Planungsgrundlagen für DEC-Anlagen, die dazu beitragen sollen die Marktchancen dieser zweifellos interessanten und klimaschonenden Tech-nologie zu erhöhen.

REFERENZEN (AUSZUG)

BADER, T., FRAWLEY, S., TRINKL, C., ZÖRNER, W., HANBY, V. (2011) Solar Desiccant Air-conditioning in an Industrial Application: Optimisation Approaches for Solar-thermal Integration and Air-handling Unit. In: Tagungsband ISES Solar World Congress 2011, In-ternational Solar Energy Society, Kassel, Deutschland, August 2011

BADER, T., TRINKL, C., ZÖRNER, W., HANBY, V. (2011a) Component Analysis of a Solar-Driven DEC-System. In: Tagungsband 4th International Conferen-ce Solar Air-Conditioning, Larnaca, Zypern, Oktober 2011. S. 329-334.

Abbildung 3Außenluftzustände von Ingolstadt im zonierten Mollier-Diagramm

Mitarbeiter Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Tobias Bader Dr. Christoph Trinkl


Kooperationspartner

Fördergeber

Kompetenzfeld


TPS-Kollektorfertigung – Adaption einer optimierten Kollektor-

konstruktion an eine vollautomatisierte Fertigungslinie

Studien des Bundesumweltministeriums (BMU) zu-folge ist mit einem rasanten Anstieg der solar-ther-mischen Energieerzeugung bis 2030 in Deutsch-land zu rechnen. Der Ausbau dieser Technologie wird einerseits jedoch von den Herstellungskosten und andererseits von den knappen Produktionska-pazitäten gebremst.

PROJEKTINHALT

Das primäre Forschungsziel des Projekts ist des-halb einen neuartigen Flachkollektor zu entwickeln, bei dem das Konstruktionsprinzip des Kollektors der Fertigungstechnik untergeordnet ist. Das Kompetenzfeld Erneuerbare Energien kooperiert hierbei mit der Firma Bystronic Lenhardt GmbH, einem weltweit führenden Anlagenbauer in der Isolierglastechnik.

Ein Solarkollektor setzt sich im We-sentlichen aus dem Gehäuse, einer transparenten Abdeckung, einem Absorber, einer Wärmedämmung und einer Rückwand zusammen. Flachkollektoren können in zwei unterschiedliche Ausführungen un-terteilt werden, Rahmen- und Wan-nenbauweise, wobei die Rahmen-bauweise mit 86 % dominierend ist (Abbildung 1).

Die Fertigung solcher Kollektoren läuft bislang teils auf semiautomatisierten Fertigungslinien bei einigen Her-stellern aber auch noch in kompletter Handarbeit ab. Dies ist dem konstruktiven Aufbau solcher Kollektoren geschuldet, die aus einer Vielzahl von Einzelkompo-nenten zum Endprodukt „Solarkollektor“ zusammen-gesetzt werden.

Im Gegensatz dazu werden Isoliergläser auf hochau-tomatisierten Fertigungslinien produziert. Um fl exibel und ohne Umrüstvorgänge verschiedenste Abmaße zu fertigen wird als Verbindung für die Glastafeln ein auf Butyl basierender Dicht- und Klebstoff, Thermo Plastic Spacer (TPS), appliziert. Diese Klebetechnik ist bereits in der Automobil- und Photovoltaik-Industrie etabliert.

Der neuartige Kollektor soll daher weitestgehend die-se Fertigungstechnik übernehmen und ohne Rahmen oder Wanne umgesetzt werden. Im Vergleich zur kon-ventionellen Flachkollektorfertigung entfallen damit et-liche Arbeitsschritte.

Darüber hinaus lässt sich der Kollektor während des automatisierten Zusammenbaus auf der Fertigungs-linie mit Edelgas fl uten, wodurch die konvektiven Wärmeverluste erheblich reduziert werden und die Leistungsfähigkeit gesteigert wird. Ein gasgefüllter Scheibenzwischenraum ist bei Isoliergläsern bereits Stand der Technik.


Eine hermetisch abgedichtete Absorberkammer ver-hindert ein vorzeitiges Altern des Absorbers, insbeson-dere der Absorberbeschichtung, durch Umweltein-fl üsse, wie etwa Staub und Feuchtigkeit. Vornehmlich aber minimiert ein gasgefüllter Raum zwischen Absor-ber und Abdeckung signifi kant die konvektiven Wär-meverluste über die Vorderseite des Kollektors – den größten Verlustmechanismus bei Flachkollektoren. Um diesen Zusammenhang zu verdeutlichen wurde am Kompetenzfeld Erneuerbare Energien ein Simula-tionsmodell für geschlossene Kollektoren entwickelt. Abbildung 2 zeigt den Vergleich der Leistungsfähigkeit zwischen einem konventionellen (rot) und einem ge-schlossen Flachkollektor (blau):

Der Absorber ist das teuerste Zukaufteil in einem Flach-kollektor und bestimmt durch die verwendete Blech-stärke direkt die Leistungsfähigkeit des Kollektors. Vor diesem Hintergrund ist eine Kostenreduktion durch Ma-terialeinsparung im Zusammenspiel mit einer hermetisch abgeschlossenen Absorberkammer besonders vielver-sprechend.

Jedoch gilt es bei einer Gasbefüllung zu berücksichtigen, dass der Kollektor im Betrieb Temperaturen von -20 °C

Abbildung 1Schnitt eines Rahmenkollektors

Abbildung 2Simulationsergebnisse eines geschlossenen Flachkollektors und eines konventionellen Flachkollektors

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bis zu +200 °C ausgesetzt ist. Dies verursacht wiederum hohe Lasten auf Abdeckung, Absorber und Verklebung. Im Projektverlauf muss deshalb geprüft werden, ob die Belastungen auf die Konstruktion respektive das Ma-terial mit der angestrebten Produktlebensdauer von 20 Jahren vereinbar sind.

Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministe-rium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit gefördert.

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Hermann Riess Dr. Sebastian Brandmayr


Kooperationspartner

Fördergeber

Kompetenzfeld

Produktions- und Automatisierungstechnik

Sichere Mensch-Roboter-Interaktion für mobile Roboter in

industriellen Umgebungen

EINORDNUNG DES VORHABENS

Die Produktion in den Industrieländern ist durch einen hohen Automatisierungsgrad geprägt. Die Robotik war und ist ein Eckpfeiler in dieser Entwicklung. Allgemeine Veränderungen wie zunehmende Produktindividuali-sierung und sich ändernde demografi sche Strukturen bringen jedoch neue Anforderungen mit sich. So macht der demografi sche Wandel ergonomische Verbesse-rungen notwendig und die steigende Variantenvielfalt zwingt die Produktionsautomatisierung zu mehr Flexi-bilität.

Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung beider Probleme ist die mobile Robotik [1]. Der Einsatz von mobilen Robotern führt allerdings dazu, dass die Ar-beitsräume von Menschen und Robotern nicht mehr strikt getrennt werden können. Folglich gilt es die durch die gemeinsame Nutzung des Arbeitsraumes aufkommende Frage der Sicherheit für den Menschen zu adressieren.

Im Rahmen des von der europäischen Kommissi-on geförderten Projektes LOCOBOT 1 stellt sich die Hochschule Ingolstadt dieser Aufgabe und entwickelt ein Sicherheitskonzept für die Interaktion zwischen Menschen und mobilen Robotern in industriellen Um-gebungen.

PROJEKTUMFELD

Finanziert durch das siebte Rahmenprogramm der eu-ropäischen Kommission hat es sich das Projekt zum Ziel gesetzt eine fl exible und kostengünstige Roboter-plattform zur Unterstützung von manuellen Produktions-

prozessen zu entwickeln. Die Plattform soll dabei nach dem Baukasten-Prinzip entstehen und anhand von drei produktionsnahen Anwendungsfällen bei dem Partner AUDI AG evaluiert werden. Einer der Anwendungsfälle, die Anlasservorkommissionierung, ist in Abbildung 1 dargestellt. Neben der Hochschule Ingolstadt und der AUDI AG sind noch acht weitere internationale Partner an dem Projekt beteiligt.

ANSATZ

Wie zu Projektbeginn durchgeführte Risikoanalysen gezeigt haben, stellen durch Kollisionen verursachte mechanische Gefahren, wie Quetschungen und Stöße,das größte Sicherheitsrisiko in Mensch-Roboter-Interaktionen (MRI) dar. Eine Strategie den Risiken entgegenzuwirken ist es, die aus den Kollisionen re-sultierenden Verletzungen durch den Einsatz von Leichtbaumanipulatoren und nachgiebigen Armsteu-erungen abzuschwächen. Dieses Prinzip ist allerdings zum einen nicht skalierbar auf hohe Traglasten. Zum anderen ist davon auszugehen, dass sich die auf die-se Weise tolerierten Kollisionen, auch wenn sie nur kleinere Verletzungen nach sich ziehen, negativ auf die Akzeptanz des Systems durch den Menschen auswirken. Aus Sicht der Autoren müssen folglich Kollisionen zwischen Mensch und Roboter generell vermieden werden.

Der im Rahmen von Locobot umgesetzte Ansatz zur Kollisionsvermeidung basiert darauf, durch PMD-Sensoren2 den Arbeitsraum des Roboters zu überwachen. Basierend auf den PMD-Daten wird dann eine virtuelle Repräsentation des Roboters in seiner momentanen Umgebung erzeugt, welche Dis-tanzberechnungen zwischen detektierten Hinder-nissen und dem Roboter ermöglicht. Anhand dieser Abstände und der aktuellen Roboterbewegung wer-den dann in Echtzeit Kollisionswahrscheinlichkeiten ermittelt, die wiederum eine „sichere“ Steuerung des Roboters erlauben.

Zentrale Aspekte des skizzierten Ansatzes sind die Kalibrierung der Sensoren, die Sensordatenvorverar-beitung sowie Abstandberechnung.

Zur Sensorkalibrierung wurde ein Kalibrierkörper entwor-fen, welcher an den Roboter montiert und in das Sicht-feld eines Sensors gebracht werden muss. Ein Iterative Closest Point (ICP) Algorithmus berechnet daraufhin die Position des Kalibrierkörpers im Sensorkoordinaten-system. Anhand der durch die Roboterkinematik bekannten

Abbildung 1Locobot im Anwendungsfallbeispiel Anlasservor-kommissionierung

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Position des Kalibrierkörpers kann somit die exakte Rotati-on und Translation des Sensors ermittelt werden.

Die Sensordatenvorverarbeitung besteht aus den zwei Teilschritten Datenfi lterung und Datentransformation. Im ersten Schritt werden durch Intensitätsfi lter und Ausreißeridentifi kationsverfahren fehlerhafte Werte in den Rohdaten verworfen. Die restlichen Daten wer-den anschließend anhand der Kalibrierung ihrer Ur-sprungssensoren in das Roboterkoordinatensystem transformiert.

Im letzten Schritt werden dann die Abstände zwischen dem Roboter und Hindernissen berechnet. Dazu müssen zuerst Sensordaten die den Roboter selbst repräsentieren erkannt und verworfen werden. Dies geschieht anhand eines Boxmodells, welches den Ro-boter in seiner aktuellen Konfi guration darstellt. In den Boxen liegende Sensordaten können verworfen wer-den. Die restlichen Sensordaten repräsentieren somit die Hindernisse in der Umgebung. Für sie werden die Abstände zum Roboter berechnet und anhand des-sen die Roboterbewegung gesteuert. In Abbildung 2 ist eine reale Szene und die erzeugte virtuelle Reprä-sentation dargestellt.

ERSTE ERGEBNISSE UND NÄCHSTE SCHRITTE

Der skizzierte Ansatz wurde bereits für einen Prototypen des Locobot-Systems sowie für einen Industriemanipu-lator umgesetzt. In ersten Tests wurden die Sensoren an der mobilen Plattform und am Manipulator des Ro-boters angebracht, um eine ausreichende Abdeckung des Arbeitsraumes zu gewährleisten. Dabei konnten, unter Verwendung von statischen Hindernissen und Geschwindigkeiten von 0,65 m/s am Werkzeugaufnah-mepunkt des Roboters, Kollisionen erfolgreich vermie-den werden.

Während durch die ersten Tests die Realisierbarkeit des Konzeptes bewiesen wurde, gilt es nun in weite-ren Versuchen dessen Leistungsfähigkeit zu ermitteln. Im Zentrum steht dabei vor allem die Reaktionsge-schwindigkeit des Systems, da sie die Grenzen des „sicheren“ Betriebsbereiches festlegt.

REFERENZEN

[1] S. Angerer, C. Strassmair, M. Staehr, M. Rötten- bacher, and N. M. Robertson. Give me a hand – The potenzial of mobile assistive robots in automotive logistics and assembly applications. In Technologies for Practical Robot Applications (TePRA), 2012 IEEE International Conference, pages 111–116, 2012.

ACKNOWLEDGEMENTS

The results presented were developed within the col-laborative project LOCOBOT (Toolkit for building low cost robot co-workers in assembly lines). This pro-ject is being carried out with fi nancial support from the European Commission within the Seventh Frame-work Program (FP7-FoF.NMP.2010-1, Proposal no.: 260101).

___________________________

1http://www.locobot.eu2PMD = Photonic Mixer Device

Abbildung 2Reale Roboterum-gebung und virtuelle Repräsentation

Forschungsvorhaben

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Max Stähr


Kompetenzfeld


Ressourceneffizienz in der Automobilproduktion

EINFÜHRUNG

Durch die steigenden Energiepreise und die gesell-schaftspolitischen Ziele zur Reduktion des CO2-Aus-stoßes gewann das Ziel der Energieeinsparung in der Automatisierungstechnik mehr und mehr an Bedeu-tung. Deswegen wurden in der Automobilproduktion die primären Anlagenanforderungen, die funktions- und prozessorientiert waren, um den Aspekt des Energie-verbrauchs erweitert. Bei der AUDI AG wurde diese anstehende Herausforderung bereits in einer frühen Phase erkannt und entsprechende Zuständigkeiten ge-schaffen.

Dazu wurden in den letzten zwei Jahren Messungen bezüglich des Energieverbrauchs von einzelnen Kom-ponenten, sowie Anlagenteilen vorgenommen (siehe Abbildung 1). Die Auswertung dieser Realdaten ermög-lichte Einsparpotenziale zu erkennen und Möglichkeiten der Umsetzungen zu erarbeiten.

PROBLEMSTELLUNG

Da Konzepte zur Ressourceneinsparung immer mehr Beachtung in unserer Gesellschaft fi nden und poten-zielle Kunden immer mehr auf das Engagement von Unternehmen in diesem Bereich achten ist es notwen-dig die Forschung auf diesem Gebiet zu intensivieren. Im Projekt „Powermanagement in der Automobilpro-duktion“ lag anfänglich das Hauptaugenmerk auf der Energieeffi zienz. Für eine ganzheitliche Betrachtung ist

es notwendig, dass alle Ressourcen und dazugehörige Randbedingungen berücksichtigt werden. Deshalb er-folgt eine Erweiterung auf die ganzheitliche Betrach-tung der Ressourceneffi zienz.

Erst eine Analyse und Auswertung aller benötigten Ressourcen erlaubt es die vorhandenen Potenziale in der Automobilproduktion zu identifi zieren und in Ein-sparungen umzuwandeln.

BESCHREIBUNG DES VORHABENS

ZielsetzungAus vorherigen Teilprojekten zum Thema Energieeffi zi-enz resultierte, dass die Energieeffi zienz immer mit der Ressourceneffi zienz einhergeht. Ein wichtiger Aspekt ist die dabei ganzheitliche Betrachtung, denn eine Op-timierung aller Einzelbereiche führt nicht notwendiger-weise zu einem Gesamtoptimum (vgl. [1], [2]).

Aufbauend auf die bisherigen Ergebnisse muss daher die Ressourceneffi zienz untersucht werden. Erste Kon-zepte für ein „Ressourcenmanagement“ in der Automo-bilindustrie sollen dazu erstellt und erprobt werden. Die primären Schwerpunkte sind zum einen die optimalen Planungsabläufe für neue Fertigungsanlagen, sodass die Forderungen einer ganzheitlichen Ressourceneffi zi-enz stärker berücksichtigt werden. Zum anderen muss der Produktionsprozess so detailliert wie möglich über-wacht werden, damit Einsparpotenziale erkannt werden und Fehlerquellen frühzeitig identifi ziert und vermieden werden können.

Ressourceneffi ziente Planung und Prozessüberwachung

Der Forschungsbedarf im Bereich der ressourceneffi -zienten Planung liegt in der Erfassung und Systemati-sierung der ressourcenrelevanten Daten von Produk-tionsanlagen und deren Komponenten. Es muss eine Analyse stattfi nden, in der alle relevanten Daten identi-fi ziert werden. Durch eine Erhebung aller wesentlichen Daten lassen sich diese auf ihre Abhängigkeiten unterei-nander überprüfen und ihre Relevanz validieren.

In vorangegangenen Projekten wurden substanzielle Daten zu dem Energieverbrauch von Anlagenabschnit-ten erhoben (siehe Abbildung 2). Ergänzend dazu müs-sen die Einfl ussfaktoren auf den Ressourcenverbrauch von der Planung ermittelt werden, um die Weiterent-wicklung der Komponenten unter überprüfbaren Vorga-ben forcieren zu können. Dabei ist es notwendig den Hersteller einzubinden.

Abbildung 1Strombedarfsanalyse einer typischen Montagehalle

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Abbildung 2 – Erfassung der EnergieverbräucheFür die Quantifi zierung der Einfl ussfaktoren soll ein Überwachungstool zum Einsatz kommen, dass eine durchgängige Produktionsprozessüberwachung er-möglicht. Somit müssen Prozessparameter und -zeiten, sowie Fehlermeldungen und Verfügbarkeit protokolliert und ausgewertet werden. Zusätzlich werden Repa-raturen der einzelnen Komponenten erfasst. Um zeit-nah Informationen bezüglich Überbeanspruchung und Life-Cycle-Kosten zu erhalten, ist eine automatisierte Auswertung notwendig.

Ein weiterer Aspekt ist, dass verschiedene Departments an der Planung von Produktionsanlagen beteiligt sind, welche für eine ganzheitliche Betrachtung beachtet werden müssen. Hier gilt es, Standards zu konzipieren, um einerseits eine optimale Kommunikation zu ermög-lichen und andererseits die Planungsqualität abzusi-chern. Prämisse dabei ist die Ressourceneffi zienz der Produktionsanlagen unter Berücksichtigung wirtschaft-licher Gesichtspunkte zu verbessern (vgl. [3]).

Um eine kontinuierliche Verbesserung der Planungsqualität zu erreichen, sollen Abläufe, Vorgehensweisen und Freiga-beprozesse untersucht und bewertet werden. Anhand die-ser Erkenntnisse erfolgen Beschreibungen der optimalen Planungsabschnitte und deren Prämissen. Die Umsetzung in einem Leitfaden, der stetig verbessert werden soll, er-möglicht so einen geradlinigeren Planungsablauf.

Ein wesentlicher Punkt in diesem Forschungsvorhaben ist der Vergleich verschiedener Prozessoperationen um eine präzise Gegenüberstellung der Fügetechnologien zu ermöglichen und Entscheidungsprozesse zu verkür-zen. Energie- und Ressourceneffi zienz werden hier als maßgebliche Faktoren berücksichtigt. Die Abstimmung der einzelnen Komponenten sowie die Optimierung der Prozessabläufe in der Produktionsanlage sollen durch eine Simulation unterstützt werden. Dabei sollen ver-schiedene Szenarien überprüft werden um den optima-len Ressourcenverbrauch zu ermitteln.

AUSBLICK

Das bearbeitete Projekt soll eine Methodik hervorbrin-gen, durch die bestehende und vor allem zukünftige Systeme unter Beachtung der ganzheitlichen Ressour-ceneffi zienz überprüft bzw. geplant werden können. Essenziell ist hierbei die abteilungs- und bereichsüber-greifende Beachtung der Gesamtwirtschaftlichkeit.

REFERENZEN

[1] Kletti, J. & Schumacher, J.: Die perfekte Produk- tion: Manufacturing Excellence durch Short Interval Technology (SIT), Springer, Dordrecht, 2011.[2] Meyer, H. & Bornschlegl, M.: Intelligentes Energie- management von Produktionsanlagen in SPS- Magazin Ausgabe: 6/2012, S. 44-46.[3] Schuh, G. & Stich, V.: Produktionsplanung und -steuerung 1, Springer, Berlin, 2012.

Abbildung 2Erfassung der Energieverbräuche

Kooperationspartner

Mitarbeiter M.Eng. Dipl.-Wirtschaftsing. (FH) Martin Bornschlegl Arno Steinbinder

Leitung Prof. Dr.-Ing. Markus Bregulla Telefon: 0841 9348-389 [email protected]

Kompetenzfeld


Roboterassistenz in der Montage

PROBLEMSTELLUNG

Mit der demografi schen Entwicklung geht eine gewan-delte körperliche Belastungsfähigkeit der Mitarbeiter der Produktion einher. Unergonomische, „rote“ Arbeits-plätze, bei welchen Lasten über 5 kg gehandhabt wer-den müssen, verursachen verstärkt Probleme. Dazu erhöhen steigende Modell- und Ausstattungsvielfalt die Teilevarianz am Montageband und damit das Risi-ko von Fehlverbauten am Fahrzeug. Der sehr geringe Automatisierungsgrad in der Montage und in der Logi-stik bietet ein hohes Potenzial für mobile Assistenzro-botersysteme, die dem Werker nicht-wertschöpfende Arbeiten, wie das Handhaben von schweren Lasten in der Produktion, abnehmen. Um die Nähe in der Zusammenarbeit zwischen Roboter und Mensch am Montageband zu ermöglichen, ist es notwendig, eine Gefährdung des Menschen durch den mobilen, auto-nomen Roboter auszuschließen.

ZIELSETZUNG

Ziel des Projekts ist es, eine Beispielapplikation der Assistenzrobotik in der Montage der AUDI AG zu rea-lisieren und damit die Aktivitäten aus dem Forschungs-projekt „Mobile Robotik in der Vorkommissionierung“ fortzusetzen [5]. Aufbauend auf dem im vorangegan-genen Projekt erstellten Prototypen liegt der Schwer-punkt auf der Erstellung eines übergeordneten Sicher-heitskonzepts, welches die Gefährdung des Menschen in der unmittelbaren Umgebung des mobilen Roboters ausschließt und damit die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ermöglicht.

DURCHFÜHRUNG

Als Demonstrator soll der Verbau einer Batterie am hän-genden Fahrzeug realisiert werden. Dazu werden zwei Zwischenstufen des Szenarios realisiert, um die Kom-plexität schrittweise zu erhöhen. Als letztes Szenario soll die Batterie durch einen mobilen Roboter autonom in das Fahrzeug für den Verbau fertig abgesetzt wer-den. Der wissenschaftliche Teil besteht in der Erstellung eines Multi-Sensor-Systems zur Überwachung der Um-gebung des Roboters. Mobile Assistenzroboter benöti-gen eine entsprechend rigide Struktur zum Heben der Lasten. Diese hat jedoch im Falle eines Zusammenpralls mit dem Menschen eine gesundheitliche Schädigung durch Krafteinwirkung zur Folge. Hinzukommt, dass das gehandhabte Teil hinsichtlich Geometrie und Masse nicht beeinflusst werden kann und somit im Kollisions-

fall zu einem erhöhten Verletzungsrisiko beiträgt. Damit es zu keinem Zusammenprall mit einem Hindernis oder dem Menschen in der Umwelt kommen kann, soll die Umgebung des Roboters überwacht werden, so dass eine Kollision ausgeschlossen werden kann. Dabei wird ein Multi-Sensor-System basierend auf PMD-Sensoren aufgebaut werden, das dem Roboter eine virtuelle Schutzhülle verleiht. PMD-Sensoren basieren auf dem TOF-Prinzip und bieten eine robuste, berechnungs-arme Möglichkeit, Distanzen im Raum zu messen [4]. Die Überwachung statischer Industrieroboter in einem mit dem Menschen gemeinsam genutzten Arbeitsraum ist bereits realisiert worden [2, 1, 3]. Dazu wird die un-mittelbare Umgebung des Industrieroboters nach un-bekannten Hindernissen durchsucht und der geringste Abstand zu ihnen bestimmt (Abbildung 1). Mit dem Wis-sen über die geplante Bewegung des Roboters sowie Richtung und Abstand zu einem Hindernis, können re-aktive Strategien, wie das Reduzieren der Geschwindig-keit oder das Umplanen der Roboterbahn angestoßen werden, um eine Kollision auszuschließen.

Ziel der wissenschaftlichen Arbeit soll eine Adaptierung der Ergebnisse zur Überwachung statischer Industrieroboter auf mobile Assistenzroboter in der Automobilproduktion sein. Dazu werden die Daten mehrerer PMD-Sensoren miteinander fusioniert, um den begrenzten Öffnungswin-kel der kameraähnlichen Sensoren und die durch den Roboter verursachten Verdeckungen zu kompensieren. Sensoren und mobile Roboter müssen dabei durch ge-eignete Modelle repräsentiert werden, um zukünftige

Abbildung 1Visualisierung des Robotermodells und der Sensordaten

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Entwicklungen in das resultierende Sicherheitskonzept einfließen zu lassen. Die Ergebnisse der wissenschaft-lichen Arbeit sowie die Fusion mehrerer am Roboter angebrachter PMD-Sensoren sollen am nachgestellten Szenario des Batterieverbaus durch einen mobilen As-sistenzroboter evaluiert werden.

AUSBLICK

Beim Einsatz mobiler Assistenzrobotersysteme in der Montage ergänzen sich die Stärken von Mensch und Roboter optimal. Die Kraft des Roboters macht das Handhaben von schweren Lasten durch den Menschen in Zukunft unnötig. Die feinen, komplexen sensorischen Fähigkeiten des Menschen sind in der Montage am Fahrzeug unerlässlich und können auch nicht automa-tisiert werden. Zusätzlich lassen sich Qualitätssiche-rungsmaßnahmen, wie das Scannen eines Barcodes, direkt vor dem Verbau mit in den teilautomatisierten Pro-zess integrieren. Die gewonnen Sensordaten können für weiterführende Interpretationen, wie die Erkennung des Menschen oder die Navigation, genutzt werden.

REFERENZEN

[1] Markus Fischer and Dominik Henrich. Surveillance of robots using multiple colour or depth cameras with distributed processing. 2009.

[2] Markus Fischer and Dominik Henrich. 3d collision detection for industrial robots and unknown obstacles using multiple depth images. 2009.

[3] F. Flacco and A. De Luca. Multiple depth / pre- sence sensors: Integration and optimal place- ment for human / robot coexistence. 2010.

[4] T. Moeller, H. Kraft, J. Frey, M. Albrecht, and R. Lange. Robust 3d measurement with pmd sensors. Range Imaging Day, Zürich, 2005.

[5] Stefanie Angerer, Johann Schweiger. Mobile Robotik in der Vorkommissionierung, IAF Forschungsbericht, Hochschule Ingolstadt, S. 56-57, 2008.


Kompetenzfeld

Motor- und Antriebsstrang

Forschungsvorhaben BioFIRe – Biogenic Fuel Ignition Research

Biogene Kraftstoffe spielen in Anbetracht der Verknap-pung fossiler Ressourcen eine zunehmende Rolle im Straßenverkehr. Sie weisen jedoch im motorischen Be-trieb sowohl als Reinkraftstoff als auch als Beimischung zu herkömmlichem Diesel, z. T. deutlich andere Eigen-schaften auf.

Das Kompetenzfeld Motor- und Antriebsstrang kann auf eine jahrelange Forschung im Bereich der moto-rischen Kraftstoffkennzahlen zurückblicken.

Gefördert durch die FNR (Fachagentur Nachwach-sende Rohstoffe e. V.) wird seit April 2011 gemeinsam mit unserem Projektpartner ROFA (Exklusivvertrieb für motorische Kraftstoffprüfeinrichtungen in Europa und weiteren Ländern) die Prüfmethode zur Ermittlung der Zündwilligkeit von Dieselkraftstoffen weiterentwickelt. BioFIRe hat dabei vor allem die Einsetzbarkeit des Prüf-verfahrens auch für biogene Kraftstoffe im Fokus.

Die Qualität von Dieselkraftstoffen wird u. a. durch die Cetanzahl festgelegt, welche die Zündwilligkeit eines Dieselkraftstoffs charakterisiert. Sie wird traditionell mit einem Prüfmotor (Abbildung 1) ermittelt, wobei als Messgröße der Zündverzug herangezogen wird. Dieser ist die Zeitspanne zwischen Einspritzbeginn und Be-ginn der Verbrennung.

In den bestehenden Verfahren werden die beiden not-wendigen Timing-Werte durch einen Nadelhubsensor und einem Verbrennungsdruckgeber näherungsweise ermittelt und analog weiter verarbeitet.

Im Rahmen von Voranalysen konnte festgestellt wer-den, dass die Ermittlung des Brennbeginns mit dieser Technik nicht möglich ist. Es wird dabei lediglich die Lage des maximalen Druckgradienten im Brennraum detektiert.

Diese Prüfmethode weist daher bereits bei konventio-nellen Dieselkraftstoffen sehr hohe Ungenauigkeiten auf. Bei Einsatz biogener Kraftstoffkomponenten ver-stärkt sich dieser Effekt.

BioFIRe wählt als Lösung dieses Problems einen an-deren Ansatz: die Signalerfassung und -verarbeitung erfolgt zeitgemäß mittels digitaler Messtechnik.

Durch die bei der sogenannten Indizierung, einer Kurbelwinkel-synchronen Aufzeichnung des Zylinder-druckverlaufs, gewonnenen Daten und anschließender Druckverlaufsanalyse ist die exakte Ermittlung des Ein-spritz- und Brennbeginns möglich (Abbildung 2).

Aus den dynamischen Größen des Zylinderdruckver-laufes und der Brennraumtemperatur kann über einen thermodynamisch-reaktionskinetischen Ansatz direkt auf die gesuchte Zündwilligkeit (Cetanzahl) geschlos-sen werden.

Durch das im BioFIRe-Projekt angestrebte Prüfverfah-ren wird vor allem auch die Zündwilligkeitsprüfung von biogenen Dieselkraftstoffen ermöglicht. Es zeichnet

Abbildung 1BASF-Prüfdieselmotor mit Prototypenmesstechnik

Abbildung 2Druckverlaufsanalyse mit Darstellung des Einspritz- und Sum-menbrennverlaufs

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Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Johann Hauber

Leitung Prof. Dr.-Ing. Karl Huber Telefon: 0841 9348-382 [email protected]

Kooperationspartner

Projektträger

sich durch den Verzicht auf teure und gesundheits-schädliche Vergleichskraftstoffe sowie einer Steigerung der Bedienerfreundlichkeit bei gleichzeitiger Objektivie-rung des Prüfergebnisses aus.

Da die Kraftstoffprüfung den einschlägigen Normen un-terliegt, ist eine Normung des im Projekt BioFIRe erar-beiteten Prüfverfahrens unumgänglich.

Kompetenzfeld


» BHKW – innovativ «

Der steigende Energiebedarf, die damit verbundenen Klimabelastungen und die endlichen Ressourcen zwin-gen zu einem Umdenken bezüglich einer effi zienteren Nutzung noch vorhandener Energieträger. Darüber hi-naus erfordert die geplante Energiewende mit einer Ab-kehr von der Atomenergie weitreichende Maßnahmen. Hierfür sei das von der Bundesregierung geförderte 6. Energieforschungsprogramm erwähnt.

Gemäß der Forschungsförderung des BMWi, welches u. a. auf die Bereiche „Optimierung bestehender Pro-zesse“ (Einsatz neuer oder verbesserter Komponen-ten) resp. „effi zienter Umgang mit elektrischer Ener-gie“ (dezentrale Energieerzeugung) abzielt, passt das beschriebene Vorhaben recht gut in den Rahmen der förderwürdigen Projekte.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein so ge-nanntes Mikro-Blockheizkraftwerk (BHKW) zu entwi-ckeln, welches überaus effi zient eine dezentrale Ener-gieversorgung für Ein- und Zweifamilienhäuser sowie für das Kleingewerbe sicherstellen kann. Die Grund-lage dazu bildet der Prozess der Kraft-Wärme-Kopp-lung, bei dem die chemisch gebundene Energie der Heizkraftstoffe (Erdgas, Ethan etc.) durch Verbren-nung in elektrische und thermische Energie umge-wandelt wird. Während die elektrische Energie für die Deckung von Stromgrundlasten ausreicht, kann die entstehende Prozesswärme verwendet werden um das lokale Heizungs- und Warmwassersystem zu versorgen.

Die Innovation der zu entwickelnden Anlage liegt da-bei weniger in einer Effi zienzsteigerung der Energieum-wandlung, sondern vielmehr in der Reduzierung der hohen Anschaffungs- und Unterhaltskosten, was der

Hauptgrund für die noch niedrigen Marktanteile de-zentraler Energieversorgungsanlagen ist. Genau diese Schwachstellen sollen mit der Neuentwicklung des »BHKW – innovativ«, das auf dem Prinzip des Freikol-benmotors beruht, gesenkt werden.

Konkret handelt es sich um einen Doppelfreikolbenmo-tor, der die Brennstoffenergie durch innere Verbrennung in eine translatorische Bewegung umwandelt (Abbil-dung 1), welche wiederum durch einen Lineargenerator in elektrische Energie umgesetzt wird.

Den Leitgedanken hatten die Professoren Dr.-Ing. Huber und Dr.-Ing. Binder zusammen mit dem Maschinenbau-unternehmen Weitner, sesshaft in Eichstätt. Bereits im Sommersemester 2011 wurden im Rahmen von Stu-dienarbeiten erste Recherchen erstellt und aufbauend auf ersten Konstruktionsentwürfen die Umsetzbarkeit geprüft.

Um die notwendige Entwicklung eines neuartigen Linear-generators zunächst zu umgehen, basiert der erste Prototyp auf einem Verbrennungsmotor mit Kurbel-schleife und konventionellem Generator (Abbildung 2). Hierbei wandelt die Kurbelschleife die translatorische Kolbenbewegung in eine für den Generator nutzbare rotatorische Bewegung um.

Im Rahmen einer Masterarbeit wird der oben darge-stellte Motor aufgebaut und in Betrieb genommen, wobei die Motorfunktionen über ein eigens program-miertes Steuergerät geregelt werden. Die mit diesem Prototyp gewonnenen Erkenntnisse fl ießen dann direkt in das eingangs gezeigte Forschungsvorhaben mit Lineargenerator ein.

Abbildung 1Schema des Freikolbenmotor-Lineargenerator-Verbundes

Abbildung 2Konzept des Antriebes mit Kurbelschleifenprinzip

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Weitner Engineering ist als Kooperationspartner an dem Projekt beteiligt mit dem Ziel, nach einer erfolgreichen Umsetzung der Forschungsarbeit, dieses Mikro-Block-heizkraftwerk, zu einem Serienprodukt weiterzuentwi-ckeln und auf dem entsprechenden Markt zu etablieren.

Nachfolgend seien die mit dem Konzept verbundenen wesentlichen Vorteile stichwortartig genannt:

»BHKW – innovativ« forciert die Energiewende niedrige Leitungsverluste durch dezentrale Ener-

gieversorgung geringer Anschaffungspreis fördert Akzeptanz

beim Kunden nahezu wartungsfreier Betrieb Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffen möglich

(Erdgas, LPG, biogene Kraftstoffe,…)

Mitarbeiter B.Eng. Andreas Frey

Leitung Prof. Dr.-Ing Karl Huber Telefon: 0841 9348-382 [email protected]

Kooperationspartner

Kompetenzfeld


Aggregateanalysen – Motor, Getriebe, Antriebsstrang

Im Labor für Motoren- und Fahrzeugtechnik der Hoch-schule Ingolstadt werden mit langjähriger Erfahrung Ag-gregateanalysen an Motoren und Getrieben von Pkw durchgeführt.

Die Auftraggeber erwarten dabei sowohl eine fach-kompetente als auch neutrale Bewertung der einzel-nen Funktionsgruppen hinsichtlich Funktion, Werkstoff, Masse und Abmessungen.

Das Labor für Motoren und Fahrzeugtechnik bietet mit seiner umfangreichen Ausstattung ideale Vorausset-zungen dazu, wobei auch weiterführende Messungen an Prüfständen hinsichtlich Wirkungsgrad, Emissionen, Rei-bung oder innermotorischer Verbrennungsabläufe durch-geführt werden können. Im weiteren Umfeld sind zudem Werkstoffanalysen möglich. Durch die gemeinsame Un-tersuchung von Motor und Getriebe kann darüber hinaus auch das Zusammenwirken beider Baugruppen als Ge-samtkonzept im Fahrzeug bewertet werden.

Im Rahmen der Aggregateanalyse ist die Ermittlung der umgesetzten Medienkreisläufe (Kühlwasser, Schmieröl), sowie der Kurbelgehäuseentlüftung ein wesentliches Ele-ment zur Bewertung. Eine umfassende Analyse schließt herbei Vergleiche zu anderen konzeptionell und leis-tungstechnisch ähnlichen Aggregaten mit ein.

Ebenfalls werden Bauteile mit direktem Einfl uss auf die Reibung und damit den Kraftstoffverbrauch, wie z. B. Zy-linderkopfgestaltung, Zylinderlauffl ächenbeschichtung und Ventiltriebskomponenten, aber auch Gleitlager-werkstoffe analysiert. Die Ermittlung von Lagerspielen ist

sowohl für eine reibtechnische als auch für eine akus-tische Beurteilung des Aggregats notwendig. Zusätzlich zur Ermittlung des Bauteilwerkstoffs, gehört auch der Schichtaufbau von Gleitlagern zu den Umfängen der Materialanalysen.

Im Hinblick auf die Energieeffi zienz werden bei der Aggre-gateanalyse auch Kraftstoffverbrauch senkende Maßnah-men wie intelligente Energiemanagementsysteme (kenn-feldgesteuerte Wasserpumpe und Ölpumpe) untersucht. Hier ist auch die Analyse der Variabilität diverser Ventiltriebe (Nockenkonturumschaltung, Variable Valvetronic (VVT), Nockenwellenphasensteller) für eine umfassende Bewer-tung der Motoren notwendig (Abbildung 1 und 2).

Bei den Untersuchungen werden bei Bedarf auch ver-schiedene Aufl adekonzepte hinsichtlich Funktion und Aufwand analysiert und bewertet. Als Beispiel dafür sei die Gegenüberstellung von Turboladern mit Twin-Scroll-

Abbildung 1Ladungswechsel VVT vs. gedrosselt

Abbildung 2variable Valvetronic (VVT)

Abbildung 3Aufl adegruppe (Quelle: M-Power.com)

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Technik zu Ladern ohne Flutentrennung genannt. Ganz aktuell ist die mehrstufi ge Aufl adung, bei der es in der Analyse um die Verschaltung (Registeraufl adung, se-quenzielle Aufl adung) und die Betriebsstrategie geht. (Abbildung 3 und 4)

Geometrische Eigenschaften des Brennraums und die Anordnung von Injektor und Zündkerze (Abbildung 5) werden für generelle Aussagen über die Entfl ammung,

Abbildung 4Verschaltungsschema der Aufl adegruppe (Quelle: MTZ 10/2012, leicht verändert)

Restgasverträglichkeit, Wandbenetzung und Variabilität der Betriebsstrategie herangezogen.

Bei der Getriebeanalyse werden beispielsweise der Auf-bau von Wandler und Differenzial in Automatikgetrieben ermittelt. Zum besseren Verständnis der Getriebetopolo-gie wird ebenfalls der jeweilige Momentenfl uss der einzel-nen Schaltstufen bei Schaltgetrieben dokumentiert (Ab-bildung 6). Der Vergleich verschiedener Allradsysteme (permanent, zuschaltbar) hinsichtlich Momentenvertei-lung, Aufbau, Größe und Gewicht befi ndet sich ebenfalls im Bereich der Antriebsanalysen.

Zur Beurteilung der Momentenübertragung werden bei den Analysen auch verschiedene Typen von Differenzialen in Bezug auf Funktion und Wirtschaftlichkeit miteinander verglichen und bewertet.

Abbildung 5Brennraumgestaltung

Abbildung 6Getriebeschema

Professoren / Mitarbeiter Prof. Dr. Thomas Suchandt B.Eng. Christian Gudera

Leitung Prof. Dr. Karl Huber Telefon: 0841 9348 -382 [email protected]

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Kompetenzfeld

Werkstoff- und Oberflächentechnik

Überblick

Hinter dem Kompetenzfeld Werkstoff- und Oberfl ächen-technik stehen die vier Professoren Prof. Dr. Ing. Christian Krä, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Prechtl, Prof. Dr. rer.nat. Chri-stoph Strobl und Prof. Dr.-Ing. Ulrich Tetzlaff. Annähernd alle Untersuchungen, die bei metallischen und nichtmetal-lischen Werkstoffen anfallen, können in dem sehr gut aus-gestatteten Werkstoffl abor durchgeführt werden. Von den verschiedenen Lichtmikroskopen (Vergrößerung bis 1000-fach) kann eines zusätzlich Strukturen dreidimensional dar-stellen. Auch die Vermessungen von Rauigkeiten, Kratzern u. Ä. ist damit möglich. Das Rasterelektronenmikroskop (REM) wird überwiegend zur Begutachtung von Bruchfl ä-chen eingesetzt. Mit der integrierten energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX-Analyse) kann die lokale Ele-mentverteilung bestimmt werden. Mit dem Röntgendiffrak-tometer (XRD) werden gezielt feinste Phasen analysiert und Eigenspannungen ermittelt. Für Legierungsanalysen steht sowohl eine RFA Anlage als auch ein Funkenspektrometer zur Verfügung.

Mikro- und Makrohärteprüfung werden durch ein ambu-lantes Prüfverfahren für die Härte ergänzt. Die mechanischen Kenngrößen werden mit einer Kerbschlagbiegeprüf- (max. 300 J und bis -40 °C) und zwei Zugprüfmaschinen (max. 250 kN) bestimmt. Die Dehnungen können lokal und großfl ächig mit einem optischen System mit sehr hoher Aufl ösung gemessen werden. Abgerundet wird die Aus-stattung durch verschiedene Wärmebehandlungsöfen mit Temperaturen bis 1300 °C.

In einer studen-tischen Projekt-arbeit wurden zwei Zeitstand-prüfstände wieder aufgebaut und modernisiert, so-dass jetzt entspre-chende Versuche bis zu Tempera-turen von 1000 °C möglich sind. Eine Besonderheit stellt die Möglichkeit dar, das Kriech-

verhalten von Werkstoffen sowohl unter konstanter Kraft als auch unter konstanter Spannung zu untersuchen.

Mit Hilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie werden thermoanalytische Untersuchungen speziell an Kunst-stoffen, aber auch an anderen Werkstoffen vorgenommen. Die Möglichkeiten zur Analyse von Kunststoffen wurden durch die Beschaffung eines IR-Spektrometers erweitert. Für Kunststoffproben steht eine kleine Kerbschlagbiege-prüfmaschine mit maximal 25 J zur Verfügung. Eine PVD-

Anlage und eine Versuchsgalvanik werden zur Entwicklung und Untersuchungen von Beschichtungen und entspre-chenden Verfahren eingesetzt.

Die Salzsprühkammer hat ein Volumen von 0,4 m3 (740 mm x 850 mm x 570 mm) und deckt einen Temperatur-bereich bis 50 °C ab. Die detaillierte Untersuchung von Korrosionsvorgängen ermöglicht ein entsprechend aus-gestatteter Elektrochemiemessplatz.Die Ausstattung des Schweißlabors reicht vom konven-tionellen Autogenschweißen über verschiedene Schutz-gasschweißverfahren, einer Punktschweißzange bis hin zu einer Laserschweißanlage.

Die Untersuchung von verschiedenen Reibpartnern unter verschiedensten Bedingungen (u.a. Medium, Temperatur) erlaubt ein Tribometer.Ein dreitägiges Schadensseminar, das seit acht Jahren in Zusammenarbeit mit dem Haus der Technik Essen jeweils im Frühjahr und Herbst angeboten wird, erfreut sich großer Beliebtheit.

Das Leistungsangebot des Werkstoffl abors umfasst alle Aspekte, die Fragen bezüglich metallischer Werkstoffe betreffen, aber auch Korrosions- und Verschleißprobleme sowie Hochtemperaturanwendungen. Einen Schwerpunkt stellt die Ursachenermittlung von Schäden an Maschinen-bauteilen dar. Forschungsarbeiten werden bzw. wurden bisher vor allem auf dem Gebiet der Oberfl ächentechnik mit der Entwicklung von Korrosionsschutzschichten hochfester Bleche durchgeführt.

Abbildung 1fl ächige Dehnungsmessung – optisch ge-messene Dehnung in Achsrichtung eines gedrückten Zylinders mit zwei Bohrungen

Abbildung 2Röntgendiffraktometer – Aufbau des Rönt-gendiffraktometers mit Prüfplatz

Abbildung 3Auswertung Röntgen-diffraktometer – Spek-trum mit Analyse der Phase Mg5Si6

Leitung Prof. Dr. Christian Krä · Telefon: 0841 9348-257 [email protected]

Kompetenzfeld


Akustische Oberflächenabstrahlung von Pkw-Schalldämpfern

EINLEITUNG

Die Abgasanlage ist ein wesentliches System für die Antriebsakustik bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungs-motor. Primäre Aufgabe ist die Abführung des Abgases und dabei die Dämmung der extrem hohen Druckpul-sationen in der Rohrleitung bis zur Auspuffmündung. Die zwischengeschalteten Schalldämpfer arbeiten dabei nach dem Prinzip Wellenrefl exion und Absorption. We-niger bekannt als der Mündungsschall ist die Schallab-strahlung über die Oberfl äche der Bauteile der Abgas-anlage. Durch die inneren Druckpulsationen werden die Oberfl ächen zu Schwingungen angeregt, die dann ähn-lich einem Lautsprecher Schall abstrahlen. Man spricht von Vibroakustik. Großfl ächige Bauteile wie die Schall-dämpfer haben daran den größten Anteil. Im Zuge des Leichtbaus mit dünner werdenden Blechdicken nimmt die Bedeutung der Oberfl ächenabstrahlung zu.

ZIEL DER UNTERSUCHUNG

Optimierungsziel für die Oberfl ächenabstrahlung der Schalldämpfer ist die Schwinggeschwindigkeit der Oberfl äche – der Akustiker spricht von Schnelle. Die weitere Ausbreitung als Schall kann für die freie Um-gebung simuliert werden bzw. erfordert Kenntnisse der Schalldämmung in der Fahrzeugkarosserie.

Die experimentelle Untersuchung verschiedener Kon-zepte von Schalldämpfern bezüglich der Schnellever-teilung war somit das Ziel des Auftraggebers Faurecia Emissions Control Technologies, Augsburg. Die Kon-zepte unterschieden sich – bei gleicher Außengeome-trie – in folgenden Eigenschaften: Blechdicke einfache / doppellagige Mantelbleche glatte / noppenförmige Oberfl ächengestaltung Versteifungsmaßnahmen im Gehäuseinneren

Diese generischen Maßnahmen können die Produk-tionskosten der Teile wesentlich beeinfl ussen.

GRUNDSÄTZLICHES ABSTRAHLVERHALTEN

Grundsätze für das entstehende, abgestrahlte Schall-feld ergeben sich aus analytischen Betrachtungen des Schallfeldes um einen Zylinder. Die Ordnung der Schwingform – d. h. die Anzahl der Wellen pro Umfang – ist wesentlich für die Umsetzung der Blechschwingung in Schallleistung. Der Abstrahlgrad gibt diese Umset-zung wieder. Mit den Geometrien des Schalldämpfers lässt sich zeigen, dass nur die unteren Ordnungen im

relevanten Frequenzbereich bis ca 1000 Hz auch effektiv Schall abstrahlen können.

EXPERIMENTELLE METHODEN FÜR DIE STRUKTURDYNAMIK

Obwohl die Simulation in vielen Fällen ausreichende Er-gebnisse liefert, ist hier der experimentelle Weg gewählt

Abbildung 1Schallfeld in der Nähe eines Zylinderstrahlers. Anregung durch kosinusförmige Schwingungsverteilung der Ordnungen n = 2 (links) und n = 3 (rechts)

Abbildung 2Abstrahlgrad ver-schiedener Ord-nungen für einen Schalldämpferra-dius von 10 cm

Abbildung 3Versuchsaufbau zur Modalanalyse

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worden. Für die Oberfl ächenschnelle ist der Parameter Dämpfung von entscheidender quantitativer Bedeu-tung. Hier liegen die Schwäche der Simulation und die Stärke des Versuchs. Gerade Reibvorgänge wie z. B. in doppellagigen Blechen lassen sich nicht sinnvoll simulieren.

Die Methode, um Dämpfung, Eigenfrequenzen und Schwingformen zu ermitteln, ist die experimentelle Modalanalyse. Man unterscheidet die klassische „Ex-perimental Modal Analysis“ (EMA) und die „Operational Modal Analysis“ (OMA). Bei der klassischen EMA liegen Übertragungsfunktionen als Datenbasis vor, d. h. diese müssen durch gezielte Strukturerregung erzeugt wer-den. Hier wird der Erregung im Betrieb – beim Schall-dämpfer die Druckpulsation – nicht Rechnung getragen. Bei der OMA werden natürliche Erregungen im Betrieb

verwendet. Der Versuch wurde mit einer Schallquelle am Anschlussfl ansch realisiert. Die Messung der Ober-fl ächenschwingung erfolgte berührungslos mit einem Laservibrometer. Diese Variante eignet sich später auch für eine Validierung am befeuerten Motorprüfstand. Der Algorithmus der Stochastic-Subspace-Iteration im Zeit-bereich ist dabei besonders aufwendig aber auch wir-kungsvoll.

Die qualitativen Aussagen aus der Modalanalyse lassen sich noch um quantitative Ergebnisse der „Noise Trans-fer Function“ ergänzen.

Hierbei wird die Schwinggeschwindigkeit auf den Schalldruck im Eingangsfl ansch bezogen. Das Dia-gramm (Abbildung 5) stellt die gemittelten Funktionen aller Mantelpunkte dar.

ERGEBNISSE

Die Untersuchung führte zu vielfältigen Ergebnissen, die eine Bewertung der Konzepte zulassen:

Aufwendige Manteloberfl ächen wie z. B. Noppen zeigen keine Vorteile. Dämpfungen der doppellagigen Mantelbleche sind

signifi kant höher und quantifi zierbar. Innere Versteifungen führen zu resonanzfreien

Frequenzbändern, zeichnen sich aber durch Modenkonzentrationen mit hohen Amplituden außerhalb der Bänder aus.

Abbildung 4Mittelwert (der Amplitudenverläufe) aller synthetisierten Übertra-gungsfunktionen für verschiedene Schalldämpfer

Abbildung 5Akustische Übertragungsfunktionen

Leitung Prof. Dr. Jörg Bienert Telefon: 0841 9348-772 [email protected]

Kompetenzfeld


Schwingfestigkeit von Elastomerbauteilen

EINFÜHRUNG

In der Automobilindustrie werden Elastomerbauteile als Lagerungselemente eingesetzt um Schwingungen aus dem Motorbetrieb oder der Fahrbahnanregung aufzunehmen. Diese sind im Betrieb Belastungen mit zum Teil großen Amplituden ausgesetzt. Dadurch wer-den hohe Anforderungen an das Material gestellt, wel-che bei der Auslegung berücksichtigt werden müssen. Bisher ist man dafür sehr stark auf Versuche und die Erfahrung des Entwicklungsingenieurs angewiesen. Es soll daher im Rahmen des Forschungsprojekts eine Methode entwickelt werden, die bereits in der Konstruktionsphase vor dem Bau erster Prototypen Aussagen über die Schwingfestigkeit von Gummitrag-körpern ermöglicht.

LEBENSDAUERMETHODE

Für die rechnerische Beurteilung der Schwingfestig-keit wird auf das Wöhlerkonzept auf Basis örtlicher Beanspruchungen zurückgegriffen. Dieses ist aus der historisch älteren und etablierten Betriebsfestigkeits-berechnung bei Metallen [3, 4, 5] abgeleitet und muss um die elastomerspezifi schen Eigenschaften erweitert werden. Abbildung 1 zeigt den grundsätzlichen Ablauf der Berechnungsmethode. Er besteht aus zwei Ästen:

die Ermittlung der lokalen Beanspruchungen eines Bauteils auf der einen Seite und die Beanspruchbarkeit des Werkstoffs, also die

Werkstoffkennwerte auf der anderen Seite.

Eine Aussage über die lokale Schädigung eines Bau-teils resultiert aus dem Vergleich von Beanspruchung und Beanspruchbarkeit mit Hilfe einer Schädigungs-variable auf Basis einer geeigneten Festigkeitshypo-these.

Die Ermittlung der Beanspruchbarkeit erfolgt mit-tels kraftgesteuerten Wöhlerversuchen von taillierten Probekörpern für unterschiedliche Mittellasten. Im Rahmen des Forschungsprojekts werden fünf ver-schiedene Gummimischungen auf Naturkautschuk-basis untersucht. Die Ergebnisse zweier 45 Shore-A Mischungen sind in Abbildung 2 gezeigt. Es stellte sich heraus, dass die geprüften Gummimischungen eine ausgeprägte Abhängigkeit der ertragbaren Last-wechsel von der Oberlast (Zug) besitzen. Die Unter-last spielt eine so untergeordnete Rolle, dass deren Einfl uss auf die Lebensdauer im untersuchten Bereich vernachlässigt werden kann (vgl. auch [1] und [2]). Dieser Erkenntnis folgend können alle Ergebnisse der unterschiedlichen Mittellasten durch Verwendung der Oberspannung mit einer Wöhlerlinie beschrieben wer-den.

Die Ermittlung der lokalen Beanspruchungen erfolgt durch FEM-Simulationen. Dabei ist es erforderlich, die elasto-

Abbildung 1Grundsätzlicher Ablauf der Schwingfestigkeitsberechnung

Abbildung 2Wöhlerlinien für die verwendeten Elastomerwerkstoffe

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Leitung Prof. Dr.-Ing. Manuela Waltz Telefon: 0841 9348-353 [email protected]

merspezifi schen Eigenschaften in besonderem Maße zu berücksichtigen. Diese sind im Wesentlichen die stark nichtlinearen Materialeigenschaften, die zusätzlich noch von der Belastungshistorie abhängen, den großen Verfor-mungen bis zu 200 % Dehnung und den dabei sehr oft auftretenden Falten, die zu Kontaktproblemen führen. Es muss daher meist anstatt eines (herkömmlichen) implizi-ten Verfahrens ein expliziter Rechenalgorithmus analog zu Crashsimulationen verwendet werden.

Auch vom prinzipiellen Ablauf der Betriebsfestigkeits-rechnung gibt es Unterschiede zum etablierten Berech-nungsprozess bei Metallen. Eine lineare Superposition von Einheitslastfällen analog zu Metallen ist bei Elastomeren durch die vielen Nichtlinearitäten nicht möglich. Es wurde daher eine Methode entwickelt, bei der ein Ergebnisraster erzeugt wird, welcher den Bewegungsraum eines Lagers umschließt und als Basis für anschließende lokale Interpo-lationen dient, siehe Abbildung 3.

In der eigentlichen Lebensdauersimulation wird das Signal der Schädigungsgröße für jeden Knoten mittels Rainfl ow-zählung klassiert und durch lineare Schadensakkumula-tion unter Anwendung der Methode der kritischen Schnitt-ebene zu einer Gesamtschädigung addiert. Als Ergebnis erhält man eine örtliche Verteilung der Schädigungen und damit die potenziellen Versagensorte.

BEISPIEL: SIMULATION UND VERSUCH 3K

In Abbildung 4 sind beispielhaft Ergebnisse für eine Motorlagertragfeder gezeigt. Als Basis dient ein syn-thetisches 3K-Überlastkollektiv, welches in Abbildung 3 gemeinsam mit dem Berechnungsraster dargestellt ist.

Es ist zu erkennen, dass die Ausfallsstelle des Versuchs durch die Simulation sehr gut prognostiziert wird. Die An-zahl der Durchläufe wird um einen Faktor 2 überschätzt. Diese Abweichung ist akzeptabel, da auch Versuchser-gebnisse in dieser Größenordnung streuen.

FAZIT

Mit der Simulationsmethode wird eine Basis geschaf-fen, um bereits in einer frühen Phase der Entwicklung vor dem Bau erster Prototypen Abschätzungen über die Schwingfestigkeit von Elastomerfedern vorzunehmen. Der konsequente Einsatz der Methode, verbunden mit laufenden Vergleichen mit Versuchen wird das Verständ-nis bezüglich Betriebsfestigkeit von Elastomerfedern ver-bessern und somit die Qualität von Elastomerbauteilen hinsichtlich Betriebsfestigkeit erhöhen.

REFERENZEN

[1] F. Abraham, T. Alshuth, S. Jerrams: Ermüdungs- beständigkeit von Elastomeren in Abhängigkeit von der Spannungsamplitude und der Unterspannung. Kautschuk Gummi Kunststoffe 12/2001[2] M. Flamm: Ein Beitrag zur Betriebsfestigkeitsvorher- sage mehraxial belasteter Elastomerbauteile. VDI Verlag, 2003[3] E. Haibach: Betriebsfestigkeit: Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung. Springer Verlag, Berlin, 2002[4] D. Radaj: Ermüdungsfestigkeit. Springer Verlag, Berlin, 2003[5] H. Zenner: Leitfaden für eine Betriebsfestigkeits- rechnung. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2004

Abbildung 3Methode zur Interpolation der Spannungen

Abbildung 4Motorlagertragfeder: Versuch und Simulation

Abbildung 1Multiphasenwandler mit gekoppelter Induktivität

Die Leistungselektronik ist bereits heute fester Bestand-teil in modernen Kraftfahrzeugen und ihr Anteil wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Dies betrifft nicht nur den Bereich der Elektro- und Hybridfahrzeuge mit ihren elektrischen Antriebsmaschinen, sondern auch die klassischen Fahrzeuge mit Verbrennungskraftma-schinen, bei denen zunehmend Hilfsaggregate dezentral durch elektrische Maschinen angetrieben werden, um die Effi zienz der Systeme zu steigern und dadurch Kraft-stoff einzusparen.

Wesentliche leistungselektronische Komponenten in derzeitigen Kraftfahrzeugen sind Steuergeräte zur An-steuerung und Regelung elektrischer Maschinen. Diese beinhalten Wechsel- und Gleichrichter für Drehfeld- und Gleichstrommaschinen, wie sie in vielfältigen Anwen-dungen im Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Beispiele sind Antriebe von Pumpen, Ventilatoren und für Po-sitionieraufgaben. Darüber hinaus werden heute in Kraftfahrzeugen zunehmend Gleichspannungswandler integriert, um Verbraucher mit unterschiedlichem Span-nungsniveau im elektrischen Energienetz betreiben zu können.

Durch die steigende Anzahl elektrischer Verbraucher im Kraftfahrzeug muss das elektrische automobile Energie-netz für immer größere Leistungen ausgelegt werden. Bei schnellem Ein- und Ausschalten von Verbrauchern mit hoher Leistung entstehen große Stromimpulse, die zu Spannungsschwankungen im elektrischen Energienetz führen können. Der Generator kann diese Spannungs-schwankungen nicht ausgleichen. Seine Leistungsab-gabe darf nicht beliebig schnell geändert werden, um Auswirkungen auf das Antriebsmoment der Verbren-nungskraftmaschine und damit das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs zu begrenzen. Bei derzeitigen elektrischen Energie-netzen muss daher die Batterie die großen pulsförmigen Strom-spitzen übernehmen. Besonders kritisch sind in diesem Zusam-menhang auch die Rekuperation, d. h. die Energierückgewinnung beim Abbremsen des Fahrzeugs und der Start-Stop-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine. Um die steigenden Anforderungen bewältigen zu können, sind neue Architekturen für elektrische En-ergienetze in Kraftfahrzeugen notwendig. Dabei werden Syste-me sowohl zur Stabilisierung der Netzspannung als auch zur Redu-

zierung der pulsförmigen Stromaufnahme von Verbrau-chern hoher Leistung diskutiert und zunehmend einge-setzt. Gleichzeitig müssen Redundanzen im Energienetz vorgehalten werden, um sicherheitsrelevante Verbrau-cher bei einem Stromausfall zuverlässig betreiben zu können. Die Leistungselektronik ist daher eine Schlüssel-technologie für die Realisierung der neuen Energienetz-strukturen im Kraftfahrzeug. Dabei spielen Kosten, Zu-verlässigkeit und die rauen Umgebungsbedingungen im Fahrzeug eine große Rolle bei der Entwicklung optimaler Systeme und Komponenten [1].

Im Forschungsschwerpunkt „Optimierung leistungs-elektronischer Wandler und Systeme für automobile An-wendungen“ werden im Labor für elektrische Maschinen und Leistungselektronik unter der Leitung von Prof. Dr. Johannes Pforr seit einigen Jahren unterschiedliche For-schungsprojekte durch mehrere Mitarbeiter bearbeitet. Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die lau-fenden Projekte gegeben.

1) OPTIMIERUNG VON HOCHLEISTUNGS-SPANNUNGSWANDLERN FÜR

KRAFTFAHRZEUGE

Erste Aktivitäten zur Optimierung von Hochleistungsspan-nungswandlern wurden bereits 2004 an der Hochschule Ingolstadt in Kooperation mit der AUDI AG begonnen. Bei reduzierten Kosten und gleichzeitig reduziertem Volu-men und Gewicht sollten ein extrem hoher Wirkungsgrad und damit geringe Verluste bei diesen Wandlern erreicht werden. Durch das reduzierte Volumen und die geringen Verluste können diese Wandler optimal in die Fahrzeuge integriert werden.

Optimierung leistungselektronischer Wandler und Systeme

für automobile Anwendungen

Forschungsschwerpunkt

Leistungselektronik

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Um das Volumen der Wandler zu reduzieren, wurden Multiphasenwandler mit gekoppelten Induktivitäten ent-wickelt [2]. Bei entsprechender Ansteuerung können bei diesen Wandlern die benötigten induktiven und ka-pazitiven Filterkomponenten sehr klein gewählt werden, ohne große Wechselströme in den Filterkomponenten zu erhalten [3]. Dadurch wird die Verlustleistung im Wand-ler im gesamten Arbeitsbereich reduziert und eine sehr hohe Dynamik erreicht. Die optimierten Wandler kön-nen hervorragend zur Entlastung und Stabilisierung des elektrischen Energienetzes im Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Abb. 1 zeigt einen typischen Gleichspannungs-wandler mit 6 Phasen und gekoppelter Filterinduktivität.

Diese Technologie wurde in den letzten zwei Jahren in Zusammenarbeit mit der Automobilzulieferindustrie erfolg-reich umgesetzt und bereits in unterschiedlichen Fahrzeu-gen erprobt. Derzeitige Forschungsaktivitäten im Bereich automobiler Hochleistungsspannungswandler werden von der Flextronics Automotive GmbH & Co. KG unter-stützt. Diese Aktivitäten befassen sich mit der Optimierung der Aufbautechnologie und der weiteren Reduzierung von Volumen und Verlustleistung durch Anwendung innova-tiver Regelungstechnik [4, 5] und Optimierung des Schalt-verhaltens der eingesetzten Halbleiter [6].

2) SPANNUNGSSTABILISIERUNG DURCH INNOVATIVEN „FLOATENDEN“ WANDLER

In diesem Projekt wurde ein Wandler speziell für die Stabi-lisierung der Energienetzspannung sensibler Verbraucher optimiert. Der „fl oatende“ Wandler besteht aus einer Voll-brücke mit einem Doppelschichtkondensator als Energie-speicher [7], Abb. 2. Er wird in Reihe zu den ausgewählten Verbrauchern geschaltet und hat im Gegensatz zu klas-sischen Wandlertopologien keinen Bezug zur Fahrzeug-

masse. Dadurch ergibt sich ein besonders kostengünstiger und kleiner Wandler mit sehr großer Stromtragfähigkeit und sehr hohem Wirkungsgrad. Durch den „fl oatenden“ Betrieb des Wandlers können Halbleiter mit sehr geringen Sperrspannungen verwendet werden, Abb. 2.

Der „fl oatende“ Wandler arbeitet im Energienetz wie eine zu den Verbrauchern in Reihe geschaltete regel-bare Spannungsquelle und kann daher die an den Ver-brauchern anliegende Spannung konstant halten. Durch die im Doppelschichtkondensator gespeicherte Energie können kurzfristige Spannungseinbrüche und Span-nungsüberhöhungen ausgeglichen werden, wie sie zum Beispiel bei Start-Stop und Rekuperation entstehen. Die erarbeitete Technologie wird in Zusammenarbeit mit der AUDI AG und der Automobilzulieferindustrie für den Se-rieneinsatz im Fahrzeug vorbereitet.

3) INTEGRIERTER WANDLER ZUR AN-STEUERUNG VON DREHFELDMASCHINEN

Die dynamische Entkopplung der Leistungsabgabe des elektrischen Energienetzes von der Leistungsaufnahme eines ausgewählten Verbrauchers steht hier im Vorder-grund. Dadurch kann die Entstehung pulsförmiger Strö-me im elektrischen Energienetz vermieden werden und die Batterie wird entlastet.

Am Beispiel der elektrischen Lenkunterstützung wurden unterschiedliche Methoden systematisch untersucht und bewertet. Die Ergebnisse führten zur Entwicklung einer innovativen Ansteuerungsmethode für Drehfeldmaschi-nen, bei der der Wechselrichter gleichzeitig als Aufwärts-wandler verwendet wird, um dadurch eine höhere und variable Zwischenkreisspannung zu erzeugen [8]. Dieser „integrierte Wandler“ nutzt den Energieinhalt des Zwi-schenkreiskondensators für die Leistungsentkopplung optimal und minimiert damit die Größe des notwendigen Energiespeichers. Abb. 3 zeigt das Schaltbild des inte-grierten Wandlers mit Drehfeldmaschine.

Abbildung 2„Floatender“ Wandler zur Energienetzstabilisierung

Abbildung 3Integrierter Wandler

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Thomas Hackner

Leitung Prof. Dr. Johannes Pforr Telefon: 0841 9348-381 [email protected]


Leistungselektronik

Ziel des im Januar 2008 mit der AUDI AG gestarteten For-schungsprojekts „Optimierung des integrierten Wandlers zur Ansteuerung von Drehfeldmaschinen am Beispiel der elektrischen Lenkunterstützung“ ist die Entwicklung von Konzepten für ein dynamisches Energiemanagement mit dem integrierten Wandler als Schlüsselkomponente zur Ansteuerung von Drehfeldmaschinen.

Die theoretischen und experimentellen Ergebnisse der bisherigen Arbeiten sind sehr vielversprechend und zei-gen die Vorteile dieser Technologie. Neben der Vermei-dung einer pulsförmigen Stromaufnahme erreicht diese Technologie weitere Vorteile wie zum Beispiel eine höhere Zwischenkreisspannung des Wechselrichters und die Möglichkeit zur Realisierung einer redundanten Strom-versorgung. Als Drehfeldmaschinen wurden sowohl Asynchron- als auch Synchronmaschinen betrachtet. Im weiteren Projektverlauf werden die erarbeiteten Techno-logien optimiert und es erfolgt die Implementierung und Erprobung im Kraftfahrzeug.

4) LED BELEUCHTUNGSSYSTEME FÜR KRAFTFAHRZEUGE

Moderne Beleuchtungssysteme in Kraftfahrzeugen werden verstärkt durch den Einsatz von Leuchtdioden (LEDs) realisiert. Aufgrund der Wirkungsgradsteigerung sogenannter Hochleistungs-Leuchtdioden bieten sich immer mehr Einsatzmöglichkeiten im Automobil.

Der geringe Bauraumbedarf von Leuchtdioden liefert neue gestalterische Freiheiten im Design der Kraftfahr-zeugbeleuchtung. Für eine LED-Leuchte kann hierbei eine Vielzahl einzelner LEDs miteinander verschaltet und in das Fahrzeugdesign integriert werden. Darüber hinaus erreichen Leuchtdioden eine extrem hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Die Lebensdauer übersteigt die Be-triebsstunden eines Kraftfahrzeugs deutlich und bietet damit weitere Vorteile für den Einsatz im Kraftfahrzeug.

Um die Möglichkeiten der LED-Technologie im Kraftfahr-zeug vollständig nutzen zu können, werden unterschied-liche Methoden der elektrischen Ansteuerung [9,10] und Kontaktierung der räumlich verteilten Leuchtdioden un-tersucht und optimiert. Hierbei sollen Wege gefunden werden, eine ideale Integration der Beleuchtung in das Fahrzeugdesign zu ermöglichen. Abb. 4 zeigt die Explosi-onsansicht einer typischen automobilen Heckleuchte. Im Oktober 2007 wurde mit der AUDI AG das Forschungs-projekt „Innovative Ansteuerung, Energieverteilung und Kontaktierung moderner LED-Beleuchtungssysteme für Kraftfahrzeuge“ gestartet.

Ziel ist die Entwicklung eines Konzepts zur Ansteuerung und Kontaktierung räumlich verteilter Leuchtdioden in Beleuchtungssystemen für Kraftfahrzeuge, welches die Leistungselektronik zur Ansteuerung der LEDs, die Ver-teilung der Energie an die einzelnen LED-Chips und bei Systemen großer Leistung die Abführung der entstehen-den Verlustleistung beinhaltet.

5) INNOVATIVE ELEKTRISCHE ENERGIE-NETZE FÜR KRAFTFAHRZEUGE

In diesem Projekt wird das Zusammenspiel mehrerer un-terschiedlicher Wandler im elektrischen Energienetz des Kraftfahrzeugs untersucht.

Im Vordergrund steht die Optimierung des Systemverhal-tens im Hinblick auf die neuen Anforderungen an die mo-dernen elektrischen Energienetze. Ziel ist die Erarbeitung möglichst effi zienter Energienetzstrukturen basierend auf den bereits erarbeiteten Systemkomponenten.

6) ROBUSTES UND ENERGIEEFFIZIENTES DESIGN LEISTUNGSELEKTRONISCHER

KOMPONENTEN

Durch eine Kombination aus simulationsbasierter Ener-gieeffi zienz-, Zuverlässigkeits- und Kostenanalyse wer-den am Beispiel eines Stromrichters für Drehfeldmaschi-nen Bewertungsmethoden für leistungselektronische Bauelemente und Komponenten in Kraftfahrzeugen er-arbeitet. Dabei werden insbesondere Bauelemente aus dem Bereich der Hochvolt-Technologie für Elektro- und Hybridfahrzeuge untersucht, für die Anforderungen an

Abbildung 4Explosionsansicht einer Heckleuchte

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Hardware-Design und Thermomanagement in Abhän-gigkeit von Einbauort und Einsatzprofi l im Kraftfahrzeug abgeleitet werden. Dadurch wird eine Möglichkeit zur präventiven Produktbeeinfl ussung geschaffen.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Bedeutung der Leistungselektronik in modernen Kraftfahrzeugen nimmt weiter zu. Wesentliche Mo-tivation für den Einsatz einer zunehmenden Anzahl leistungselektronischer Komponenten und Systeme sind die wachsenden Anforderungen an eine Redukti-on des Kraftstoffverbrauchs bei gleichzeitiger Erhöhung des Fahrkomforts. Diese Entwicklung führt zu einer De-zentralisierung von Nebenaggregaten, die nicht mehr über einen Riemen direkt mit der Verbrennungskraftma-schine verbunden werden, sondern mit Hilfe einzelner elektrischer Maschinen individuell angetrieben werden. Die Energie für diese Nebenaggregate wird nur dann zur Verfügung gestellt, wenn sie wirklich benötigt wird. Im vorgestellten Forschungsgebiet „Optimierung leistungs-elektronischer Wandler und Systeme für automobile Anwendungen“ werden für die zukünftigen automobilen elektrischen Energienetze neue Konzepte und Archi-tekturen mit innovativen leistungselektronischen Kom-ponenten erarbeitet und optimiert. Die vorgestellten Projekte werden in Zusammenarbeit mit der Automobil- und der -zulieferindustrie durchgeführt.

DANKSAGUNG

Besonderer Dank gilt der AUDI AG für die Unterstützung der folgenden Forschungsprojekte: „Optimierung von Hochleistungswandlern für Kraftfahrzeuge“, „Integrierter Wandler zur Ansteuerung von Drehfeldmaschinen“, „LED Beleuchtungssysteme für Kraftfahrzeuge“, „Innovative elektrische Energienetze im Kraftfahrzeug“ und „Ro-bustes und energieeffi zientes Design leistungselektro-nischer Komponenten“.

Besonderer Dank gilt der Flextronics Automotive GmbH & Co. KG für die Fortführung und Vertiefung des For-schungsprojekts „Optimierung von Hochleistungswand-lern für Kraftfahrzeuge“.

REFERENZEN

[1] Wallentowitz H., Reif K., „Handbuch Kraftfahrzeugelek- tronik“, Vieweg, ISBN-13 978-3-528-03971-4, S. 301- 309.

[2] Stadler M., Pforr J., “Multi-Phase Converter for Wide Range of Input Voltages with Integrated Filter Inductor”, 12th IEEE EPE, 2006.

[3] Stadler M., Utz S., Pforr J., “Filter Optimization for Multi-phase DC-DC converter in Automotive Energy Backup System”, 24th IEEE APEC, USA, 2009.

[4] Utz S., Stadler M, Pforr J., “Active Phase Shift Control of Multi-phase Converters with Coupled Inductors to Minimize Input Current Sub-harmonics”, 15th IEEE EPE, 2009.

[5] Utz S., Pforr J., “Turn-on behavior of automotive multi- phase converters with coupled inductors”, 15th IEEE EPE-PEMC 2012 ECCE Europe.

[6] Utz S., Hackner T., Pforr J., “A Novel Tri-State Driver to Improve the Switching Performance in Automotive Converter“, 16th IEEE EPE, 2010.

[7] Hackner T., Pforr J., “A Novel Approach to Stabilize the Automotive Energy Net using a Floating Converter”, PCIM, Germany, 2010.

[8] Hackner T., Pforr J., “Comparison of Topologies to drive the Machine of an Automotive Electrical Power Steering with Higher Voltage Levels”, IEEE ECCE, USA, 2009.

[9] Thomas W., Pforr J., “LED-Driver with Integrated Dimming Feature and its Infl uence on Chromaticity Values”, PCIM, Germany, 2009.

[10] Thomas W., Pforr J., “A Novel Current Sharing Method for Automotive LED-Lighting System”, 15th IEEE EPE, 2009.

Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Utz Dipl.-Ing. (FH) Thomas Hackner Dipl.-Ing. (FH) Werner Thomas Dipl.-Ing. (FH) Christian Augustin Dipl.-Ing. (FH) Anna Schneider

Leitung Prof. Dr. Johannes Pforr Telefon: 0841 9348-381 [email protected]


Marketing und Logistik

Forschungsprojekt BELOUGA

In der immer noch stark industriell geprägten deut-schen Wirtschaft soll das Forschungsprojekt BELOU-GA eine Brücke zum Dienstleistungssektor schlagen. Dabei steht BELOUGA für den Benchmark logisti-scher Unterstützungs- und Dienstleistungsprozesse im Gesundheitswesen und in industriellen Anwen-dungen. Die zentrale Zielsetzung des Projektes ist die Weiterentwicklung der Benchmarking-Methodik. Das Benchmarking, das seine Ursprünge im produ-zierenden Gewerbe hat, ist ein wichtiges Instrument der Wettbewerbsanalyse. Es ist zugleich eine Hilfestel-lung, um Lücken zur sog. Good-Practice zu schließen. Im dienstleistungsorientierten Umfeld werden jedoch schnell die Grenzen dieses produktionsorientierten Werkzeugs sichtbar.

Beim konventionellen Benchmark werden die Größen Produktivität, Kosten und Qualität als Vergleichsbasis herangezogen. Dieser Ansatz soll im Rahmen des For-schungsprojektes um eine Wert-Perspektive erweitert werden (siehe Abbildung 1). Die Herausforderung liegt darin, den unterschiedlichen Wertschöpfungsstruk-turen Rechnung zu tragen. Am Ende des Projektes soll eine Software stehen, die die Wertschöpfung von Dienstleistungen visualisiert. Unterstützt wird diese durch ein Lernkonzept, das die Implementierung in der Praxis unterstützen soll.

Das Institut für angewandte Forschung hat dabei eine Lead-Funktion in der Identifi kation und Bewertung von Good-Practices. Bei der Analyse von wertschöp-fungsorientierten Dienstleistungsprozessen wird ins-

besondere die Methode der Wertstromanalyse adaptiert. Die Wertstromanalyse ist ein Werkzeug zur Visualisie-rung des Wertstroms. Dieser umfasst alle Tätigkeiten, die erforderlich sind, um eine Sach- oder Dienstleistung zu erbringen. Die dafür benötigten Bearbeitungsschrit-te beinhalten i.d.R. auch Wege- und Wartezeiten sowie Bestandsmengen, die nicht unmittelbar wertschöpfend sind. Dieser Teil der Arbeit stellt eine Verschwendung dar. Ziel der Wertstromanalyse ist, die Ursachen von Verschwendung zu erkennen, um Nicht-Wertschöpfung zu minimieren bzw. zu eliminieren. Im Projekt BELOU-GA wird dazu für ausgewählte Referenzprozesse zu-nächst Durchlaufzeit und Ressourceneinsatz visualisiert. In Anlehnung daran werden Kennzahlen ermittelt, die in die Good-Practice-Studie integriert werden sollen. Außerdem sollen mögliche Verschwendungsquellen untersucht werden. Im Rahmen der Ermittlung von Good-Practices fi nden auch eine Betrachtung der Ur-sache-Wirkungszusammenhänge sowie eine Schnitt-stellenbetrachtung zwischen Unterstützungsprozess und Kernprozess statt.

Im bisherigen Projektverlauf fand durch eine kritische Auseinandersetzung mit den Verbundpartnern eine vorläufi ge Defi nition und Abgrenzung der Grundbe-griffe statt. Auf dem gemeinsamen Verständnis der Begriffe Wert, Wertschöpfung, Verschwendung und Durchlaufzeit baut die spätere Bewertung des durch-zuführenden Benchmarking-Vergleichs auf.

Zudem wurden gemeinsam mit den Projektpartnern relevante Dienstleistungsprozesse identifi ziert und ge-

nauer analysiert. Im Fokus der Betrachtung stehen Patiententransportlogistik, OP-Personaleinsatzpla-nung, Schrankfachver-sorgung sowie das Aus-schreibungsmanagement (siehe Abbildung 2). Es handelt sich hierbei um Unterstützungsprozesse in den Anwendungs-feldern von Kliniken und Kontraktdienstleistern.

Bereits die Ist-Aufnah-me der Referenzprozesse zielte auf die Identifi zierung der Stärken und Schwä-chen im Hinblick auf die Wertschöpfung ab. Ana-lysiert wurden mögliche

Abbildung 1Erweiterung der Benchmarking-Methodik

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Verschwendungsarten, die indirekt Einfl uss auf die Wert-schöpfung haben. Im Schwerpunkt der Untersuchung stand die Beschreibung der Wertströme im Prozess. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse bilden eine wesent-liche Grundlage bei der Identifi kation und Bewertung von Good-Practices.

Im Rahmen der nun anlaufenden Good-Practice-Studie werden Kennzahlen aus dem konventionellen Bench-mark, Kennzahlen aus der Wertschöpfungsanalyse in Anlehnung an die Wertstrommethodik sowie Kennzahlen aus der Wertschöpfungsanalyse in Anlehnung an weitere Wertschöpfungslogiken zueinander in Beziehung gesetzt. Das Ergebnis wird das Konzept eines wertschöpfungsori-entierten Kennzahlensystems sein.

Abbildung 2Referenzprozesse im Projekt BELOUGA

Kooperationspartner

Fördergeber

Mitarbeiter Dipl.-Kfm. (FH) Dagmar Piotr Tomanek

Leitung Prof. Dr. Jürgen Schröder Telefon: 0841 9348-191 [email protected]


Marketing und Logistik

Gewinnung neuer Forschungserkenntnisse zur Interaktivität von

Marke, Image und Werbeinstrumenten in der Bierbranche am Beispiel

AUSGANGSSITUATION

Die Bierbranche ist ein deutscher, insbesondere baye-rischer Traditionsmarkt. Der Weltmarkt wird dagegen von großen amerikanischen, chinesischen und niederlän-dischen Brauereien dominiert. Seit Mitte der 70er-Jahre ist der Bierkonsum in Deutschland rückläufi g. Wurden in den 70er-Jahren noch ca. 150 Liter Bier pro Kopf kon-sumiert, beträgt der Konsum heute gerade noch 100 Liter pro Kopf, Tendenz fallend. Die konsumfreudige Ge-neration der 18- bis 45-Jährigen nimmt ab, der Verdrän-gungswettbewerb neuer Substitutionsgetränke steigt und der Zustrom weniger bieraffi ner Einwanderer aus süd- und osteuropäischen Ländern beeinfl usst ebenso den Verkauf und Handel von bierhaltigen Getränken.

Das Konsumverhalten der 18- bis 45-Jährigen hat sich gewandelt und neue Werbemedien wie zum Beispiel Social Networks spielen eine immer stärkere Rolle im Handel. Was bedeutet dies für die Bierbranche? Hat die Bierbranche ihre Kundenansprache zu ändern? Wie geht die Branche mit dem neuen Kundenverhalten um? Welche Werbemittel können von der Bierbranche für die Generation der 18- bis 45-Jährigen am effi zientesten eingesetzt werden und haben die traditionellen Werbe-mittel ausgedient?

FORSCHUNGSFRAGE

Ziel der Untersuchung ist es, am Beispiel der Marke „Hofbräu München“ neue wissenschaftliche Erkennt-

nisse zu gewinnen, die darüber Aufschluss geben, welche Werbemedien und deren Kombination am effi -zientesten in einem regional begrenzten Raum wie bei-spielsweise München einzusetzen sind, um als führen-de Biermarke Kunden zu gewinnen und diese an die Marke zu binden. In diesem Zusammenhang wird der Einfl uss einer kundengerechten Imagewerbung auf die Kauf- und Entscheidungsprozesse von impulsgesteu-erten Käufen im regionalen Raum am Beispiel der Mar-ke „Hofbräu München“ in der Region München intensiv beleuchtet.

Das Forschungsprojekt dient dazu, neue Erkenntnisse zur regionalen Imagewirkung internationaler Biermarken zu identifi zieren und Schlussfolgerungen zum zielgrup-pengerechten Einsatz von Werbemaßnahmen und Kom-munikationsmedien – im Segment regional verwurzelter Biermarken – zu ziehen. Das Forschungsprojekt liefert neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur Interaktivität von Marke, Image und Werbeinstrumenten in der Bier-branche.

FORSCHUNGSDESIGN DER FALLSTUDIE HOFBRÄU MÜNCHEN

Bei der Forschungsmethodik han-delt es sich um eine empirische Untersuchung in Form einer Kon-sumentenbefragung am Point of Sale (Supermärkte, Kino, Gast-stätten, Veranstaltungen etc.):

Methode

Empirische Untersuchung Quantitative Befragung Clusteranalyse von fünf Regionen Persönliche Konsumentenbefragung am

Point of Sale Standardisiertes Vorgehen (Fragebogen)

Auswertung

Deskriptive Statistik

Stichprobe

1001 Konsumenten 324 weibliche Konsumenten (32 %) 677 männliche Konsumenten (68 %)

101

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Hofbräu München

SCHLÜSSELERGEBNISSE DER FALLSTUDIE HOFBRÄU MÜNCHEN

Die Studie hat klar gezeigt, dass traditionelle Wer-beinstrumente und Kommunikationskanäle den höch-sten Imagetransfer leisten und nach wie vor das ad-äquate Mittel zur Markenbildung in der Bierbranche darstellen. Die Wahrnehmung von Bierwerbung wird zu 58,2 % über die Platzierung von Plakatwerbung, zu 22,8 % über TV- und Kinospots, zu 12,6 % über regio-nale Veranstaltungen sowie Events und nur zu 6,4 % über Print-, Radio- und sonstige Werbung generiert. Weiter hat die Studie am Beispiel „Hofbräu München“ gezeigt, dass eine konsequente und strategische In-vestition in die Marke zu einem hohen regionalen und internationalen Marken- und Imagewert führt.

Eine wesentliche Erkenntnis dieser Studie liegt in der Tatsache, dass Social Networks für die Bierbranche aktuell eine vernachlässigbare, kaum messbare Be-deutung haben. Die Studie hat einen wesentlichen Beitrag zur Positionierung von Premiummarken in der Bierbranche geliefert.

Leitung Prof. Dr. Marc Knoppe Telefon: 0841 9348-449 [email protected]


Wissenschaftliche Grenzen überschreiten.

Den europäischen Forschungsraum mitentwickeln

Seit jeher steht der Standort Ingolstadt für Mobilität – sowohl im technischen Sinne als auch in ihrer euro-päischen Dimension: Im 18. Jahrhundert war es etwa der Jesuitenmönch und Ingolstädter Professor Johann Evangelist Helfenzrieder, der mit seiner Schrift „Etliche Gedanken die Luftschifferei betreffend“ weitestgehend technisches Neuland betrat. Grenzen überschritt eben-falls der Theologieprofessor Johann Christoph Raßler, der es bis zum Studienpräfekt am Collegium Romanum im Vatikan brachte. An dieses europäische Erbe und die einstige Vorreiterrolle der alten Universität knüpft auch die Hochschule Ingolstadt an und gestaltet aktiv den euro-päischen Forschungsraum.

So gelang der Hochschule im Jahr 2009 als erster bayerischer Fachhochschule die Aufnahme in die EUA (European University Association), die Dachvereinigung europäischer Universitäten, die nur den forschungs-aktivsten Fachhochschulen offensteht. Die EUA bietet eine wichtige Plattform für den Erfahrungsaustausch und die gemeinsame Lobbyarbeit auf europäischer Ebene.

Die Ausdifferenzierung der europäischen Universitäts-landschaft zwischen lehrorientierten und forschungs-starken Einrichtungen zeigt sich des Weiteren durch die Gremienarbeit der Hochschule Ingolstadt als bundesweit bislang einziger Fachhochschule im Council of Doctoral Education. Dort gestaltet die Hochschule seit dem Jahr 2010 mit europäischen Universitäten aktiv künftige Dok-torandenprogramme und damit den – neben Bachelor und Master – sogenannten dritten Ausbildungszyklus. Diesem Engagement kommt ein hoher praktischer Stellenwert zu, da die überwiegende Mehrheit der rund 60 wissenschaftlichen Mitarbeiter im hochschuleigenen Institut für Angewandte Forschung promoviert.

Seit 2011 engagiert sich die Hochschule in der EAIR, der European Education Society. Sowohl Wissenschaftler als auch Praktiker aus rund 50 verschiedenen Ländern tauschen sich auf deren Jahreskonferenzen rund um die Felder Hochschulforschung und -entwicklung aus, wobei sich die Hochschule Ingolstadt hier in den letzten beiden Jahren mit Vorträgen zu praxisrelevanten Themen wie der unternehmerischen Universität oder der Promotion von Fachhochschulabsolventen erfolgreich positionieren konnte.

Mit der Aufnahme der Hochschule als bundesweit erste Einrichtung ihrer Art in die European Industrial Research Management Organisation (EIRMA) fi ndet diese Entwick-lung im Jahre 2012 sowohl ihren Höhepunkt als auch vorläufi gen Abschluss. Ergänzend zu EUA und EAIR legt die EIRMA den Fokus speziell auf die Zusammenarbeit außeruniversitärer Forschungseinrichtungen im Projekt-

und Netzwerkmanagement. Diese Aktivitäten entspre-chen dem industrienahen und problemlösungsorien-tierten Forschungsprofi l der Hochschule Ingolstadt in Schlüsseltechnologien wie der Fahrzeugsicherheit oder im Bereich regenerative Energien. Die Wissenschaft-lerinnen und Wissenschaftler der Hochschule über-schreiten auch in mehreren europäischen Forschungs-projekten immer wieder neue Grenzen, diese sind aber immer häufi ger rein wissenschaftlicher Natur. Darüber hinaus werden durch die Beteiligung an den genannten Gremien auch die Forschungsstrukturen geändert und dadurch Europa und der Europäische Forschungsraum nachhaltig mit gestaltet.

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Forschung mit Afrika

Afrika: Der Mangel an ausreichender nachhaltiger Energieversorgung betrifft weite Teile der Bevölke-rung in den ländlichen Gebieten Subsahara-Afrikas. Als eine Hauptursache für die geringe Verbreitung Erneuerbarer Energien – trotz hervorragender klima-tischer Rahmenbedingungen – gilt dabei fehlendes Fachwissen. In diesem Zusammenhang verfolgt die Hochschule Ingolstadt im Rahmen ihrer Interna-tionalisierungsstrategie das übergeordnete Ziel, in einem Netzwerk mit Universitäten Subsahara-Afrikas die dringend notwendigen Forschungs- und Ausbil-dungskapazitäten auf- bzw. auszubauen. Vor dem Hintergrund der Etablierung dieses „German Sub-saharan Energy Research Network“ reiste im März 2012 eine Delegation der Hochschule nach Botswa-na (Abbildung 1), um sich dort mit Wissenschaftlern und Vertretern der botswanischen Regierung über die beginnende Zusammenarbeit bei Forschung und Lehre abzustimmen. Denn um die langjährige Leucht-turm-Funktion des Kompetenzfeld Erneuerbare Ener-gien im Bereich der Forschung zu Solarenergie- und Energiesystemtechnik auch im internationalen Kontext weiter zu festigen, hat die Hochschule eine akade-mische Kooperation mit der Botswana International University of Science and Technology (BIUST) in Pa-lapye vereinbart.

Im Rahmen eines ersten gemeinsamen Forschungs-vorhabens soll ein nachhaltiges Energiesystem für lokale Touristenunterkünfte, sogenannte Tourist Lod-ges (Abbildung 2), in den zahlreichen Nationalparks entwickelt werden. Beispielhaft ist die Errichtung ei-ner solchen Lodge am neuen Campus der BIUST ge-plant, welche ausgestattet mit umfangreicher Mess-technik anschließend auch als Forschungslabor für botswanische Studierende dienen soll. Damit steht die gemeinsam von botswanischen und Ingolstäd-ter Wissenschaftlern und Studierenden entwickelte „EcoEdu-Lodge“ nicht nur für Ökologie (engl. ECO-logy) sondern auch für Ausbildung (engl. EDUcation). An der BIUST in Botswana sollen durch den ange-strebten Wissenstransfer Forschungskapazitäten im Bereich Erneuerbare Energien aufgebaut werden. Für die Hochschule Ingolstadt wird die Kooperation zur Erhöhung der internationalen Kompetenz für den wis-senschaftlichen Nachwuchs, Doktoranden und pro-movierte Wissenschaftler beitragen.

Des Weiteren ist in Zusammenarbeit mit der Poly-technic of Namibia (PoN), Windhoek, und BIUST die Entwicklung von Curricula für gemeinsame interna-tionale Studiengänge und ein Forschungsrahmen für internationale PhD-Programme beabsichtigt.

Abbildung 1Die Delegation der Hochschule Ingolstadt stieß beim Empfang durch die botswanische Partneruniversität auf reges Interesse an der Kooperation. Dies wurde auch durch die Teilnahme von Vertretern des botswanischen Energie-, Tourismus- und For-schungsministeriums an der Besprechung zur Kooperationsan-bahnung deutlich. Auch die deutsche Botschafterin in Botswa-na, Frau Annette I. Günther (Bildmitte) begrüßte ausdrücklich die Initiative der Hochschule Ingolstadt und erklärte ihre Unter-stützung für das Projekt.

Abbildung 2Im Vergleich zu Deutschland ist die Sonneneinstrahlung in Bots-wana mehr als doppelt so hoch. Dieses enorme Potenzial zu nutzen ist ein Ziel der Forschungskooperation, bei der typische „Tourist Lodges“ (Hotelanlagen im Bungalow-Stil) mit Erneuer-bare-Energien-Technologie ausgestattet werden sollen.

Brasilien in Bewegung:

Das Land der Zukunft mitgestalten

Brasilien: Land der Zukunft, so lautet der vielzitierte Essay von Stefan Zweig. Diese Zukunft hat viele Facetten; zeichnete sie der seinerzeit nach Brasilien emi-grierte Zweig noch als ein schwärmerisch-friedliches Utopia, so wird die Zukunft des BRIC-Staates Brasilien gegenwärtig gemeinhin mit Wirtschaftswachstum, Inno-vation und Mobilität verbun-den. Diese Entwicklungslinie reicht über 300 Jahre zurück, als dem „fl iegenden Priester“ und brasilianischen Luftfahrt-pionier Lourenço de Gusmão das erste nachweisbare Luft-schiffpatent erteilt wurde. Und so nimmt es nicht wunder, dass an Luftfahrt und Auto-motive kaum noch ein Weg an dem Land vorbeiführt, das mit seinen 200 Millionen Einwohnern zudem als Tor zum Handelsblock Mercosul gilt, einem der größten Binnen-märkte der Welt.

Bereits seit 2010 pfl egt die Hochschule Ingolstadt einen engen Austausch mit universitären und außeruniversi-tären Einrichtungen in den brasilianischen Bundesstaaten São Paulo, Paraná und Santa Catarina im Süden des Landes, einer Region, die wie Ingolstadt in hohem Maße von den Technologiefeldern Automobil und Luftfahrttech-nik geprägt ist. Dementsprechend konzentrieren sich die ersten gemeinsamen Forschungsprojekte auf die Fahr-

zeugsicherheit, schließlich kommen in Brasilien Jahr für Jahr rund 35.000 Menschen bei Verkehrsunfällen ums Leben, 120.000 weitere werden verletzt.

Im April 2012 nahm Hochschulpräsident Professor Walter Schober an einer vom bayerischen Minister-präsidenten Horst Seehofer angeführten Delegations-reise nach Brasilien teil. Im Zuge dieser Reise gelang es der Hochschule, das Netzwerk im Bereich der Fahrzeugsicherheit signifi kant zu erweitern: Neben drei großen renommierten Universitäten und einem namhaften brasilianischen Automobilhersteller konnte die deutsch-brasilianische Auslandshandelskammer, sowie das Verkehrsministerium des Bundesstaates Paraná für ein gemeinsames Engagement in diesem Feld gewonnen werden.

Als weiteres Kooperationsfeld bietet sich das Thema „biogene Kraftstoffe“ an, wobei die Hochschule hier in hohem Maße vom Erfahrungswissen der brasilianischen Forschungspartner profi tieren kann. Umgekehrt kann die Hochschule wiederum den weitestgehend mit der Grundlagenforschung befassten Brasilianern Praxiser-fahrungen beim konkreten Technologietransfer in die Industrie vermitteln. Den Anfang dazu machte das IAF im Juni dieses Jahres, indem es dazu auf Einladung des brasilianischen Hochschulkonsortiums COMUNG stellvertretend für die ganze bayerische Hochschul-landschaft referierte. Bei den Kooperationen mit Brasi-lien nimmt die Hochschule Ingolstadt somit nicht nur in Hinblick auf die Forschungsaktivitäten an sich sondern


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zunehmend auch in Hinblick auf den Austausch von Forschungsstrukturen eine Führungsrolle ein und eta-bliert sich als aktiver Gestalter in einer zukunftsträchtigen Region.


KOMPETENZFELD FAHRZEUGMECHATRONIK

Arnold, Armin; Geneder, Stefan (2011): Testen von Fahr-zeugen mit elektrifi ziertem Antrieb – Motivation, Anforde-rungen und Maßnahmen, Energiemanagement im virtu-ellen Fahrversuch. Ingolstadt, 2011

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Arnold, Armin (2010): Untersuchung der Auswirkung er-höhter ungefederter Radmassen auf das Fehlverhalten eines Pkws. 2. Internationale Messe für Elektromobilität. München, Oktober 2010.

Ahrens, Dirk; Frey, Andreas; Pfeiffer, Andreas, Bertram, Torsten; „Objective evaluation of software architectures in driver assistance“; Computer Sciene – Research and Development; Springer Verlag; 2011; 10.1007/s00450-011-0185-x

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Sattler, Kathrin; Raith, Andreas; Brandmeier, Thomas (2012): Effi cient test methods for the system test of highly networked safety systems. WISES 2012 - Work-shop on Intelligent Solutions in Embedded Systems. Al-pen-Adria Universität Klagenfurt Wien Graz. Klagenfurt, Juli 2012.

R. F. Savinell, K.-I. Ota and G. Kreysa (editors), H. J. Gores and H.-G. Schweiger ELECTROLYTES FOR ELECTROCHEMICAL DOUBLE LAYER CAPACITORS in Encyclopedia of Applied Electrochemistry Springer (sub-mitted, 2012)


R. F. Savinell, K.-I. Ota and G. Kreysa (editors), H.-G. Schweiger and H. J. Gores Optimization of electrolyte properties by SIMPLEX exemplifi ed for conductivity of lithium battery electrolytes in Encyclopedia of Applied Electrochemistry Springer (submitted, 2012)

R. F. Savinell, K.-I. Ota and G. Kreysa (editors), H. J. Gores and H.-G. Schweiger NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SOLUTIONS in Encyclopedia of Applied Electroche-mistry Springer (submitted, 2012)

Scherrmann, Patrick; Kohlhuber, Markus; Brandmeier, Thomas (2011): Auswertung aktiv erzeugter Körper-schallsignale im Fahrzeug. In: Gerald Gerlach (Hg.): Mi-niaturisierte analytische Verfahren. Dresden: TUDpress, S. 219-223.

Scherrmann, Patrick; Kohlhuber, Markus; Brandmeier, Thomas (2011): Auswertung aktiv erzeugter Körper-schallsignale im Fahrzeug. 10. Dresdner Sensor-Sympo-sium. Forschungsgesellschaft für Messtechnik, Sensorik und Medizintechnik e. V. Dresden. Dresden, Dezember 2011.

H.-G. Schweiger, Batteriesystem für Elektrofahrzeuge, Aufbau und Sicherheit: von der Zelle zum Fahrzeug BAYME VMB Hochschultag Oberbayern. München 05/2012

H.-G. Schweiger, Aufbau von Energiespeichersystemen Von der Zelle zum Batteriesystem2. Tag der Elektromobilität. Ingolstadt 05/2012

H.-G. Schweiger, Status des Projekts LiFive Diskussions-veranstaltung Innovationsallianz LIB 2015 Ulm 05/2011

H.-G. Schweiger, O. Obeidi Impedance Spectra of Lithi-um Ion Cells: Infl uence of Temperature, Stage of Charge and Ageing Kronacher Impedanz Tage 05/2011

H.-G. Schweiger, Die Aufgaben der Batterie im elektri-schen Energienetz eines Kraftfahrzeugs 6. Regensburger Elektrochemietage 04/2011

Peter Trapp. Performance Improvements Using Dynamic Performance Stubs. PhD thesis, De Montfort University, 2011.

Peter Trapp, Markus Meyer, Christian Facchi, Helge Ja-nicke, and François Siewe. Building CPU Stubs to Op-timize CPU Bound Systems: An Application of Dynamic Performance Stubs. International Journal on Advances in Software, 4(1&2), 2011.

Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. Dyna-mic Performance Stubs to Simulate the Main Memory Behavior of Applications. In SPECTS ’11: Proceedings of the International Symposium on Performance Evalua-tion of Computer and Telecommunication Systems. IEEE Communications Society, 2011.

Peter Trapp, Markus Meyer and Christian Facchi. How to Correctly Simulate Memory Allocation Behavior of Ap-plications by Calibrating Main Memory Stubs. Technical Report 20, Ingolstadt University of Applied Sciences, May 2011.

Wellnitz, Jörg; Wilhelm, E. (2011): RKM – Rotations-kolbenmaschine: Eine neue Klasse von Maschinen. In: Otto Huber (Hg.): Leichtbau und nachhaltige Mobilität: 5. Landshuter Leichtbau-Colloquium; [LLC 2011]; Ta-gungsband zum Colloquium, 23.-24.02.2011, Hoch-schule Landshut. Landshut: LC-Verl., S. 179-184

F. E. Wudy, D. J. Moosbauer, M. Multerer, G. Schmeer, H.-G. Schweiger, C. Stock, P. F. Hauner,G. A. Suppan and H. J. Gores, Fast Micro-Kelvin Resolu-tion Thermometer Based on NTC Thermistors, J. Chem. Eng. Data, 56, 4823 (2011)

KOMPETENZFELD ERNEUERBARE ENERGIEN

2011Bader, T.; Frawley, S., Hanby, V. und Zörner, W (2011)Solar Desiccant Air-Conditioning in an Industrial Applica-tion: Optimisation Approaches for Solar-Thermal Integra-tion and Air-Handling Unit.ISES Solar World Congress. Kassel, 29.08.2011- 01.09.2011

Bader, T.; Trinkl, C.; Zörner, W; Hanby, V. (2011) Component Analysis of a Solar-Driven DEC System.4th International Conference on Solar Air-Conditioning. Larnaka (CY), 12.-14.10.2011

Brandmayr, S.; Hanby, V. und Zörner, W. (2011)Thermosiphon-Solaranlagen – von der Simulationsstudie zum Prototyp.21. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffel-stein, 11.-13.05.2011, S. 104-105.

Brandmayr, S.; Hanby, V. und Zörner, W. (2011)Thermosyphon Solar Hot Water Heater Development.ISES Solar World Congress. Kassel, 29.08.-01.09.2011

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Hanby, V.; Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W. (2011) Ecological and Economic Optimisation of Biogas Plants. 17th International Conference for Renewable Resour-ces and Plant Biotechnology, Poznan (Poland), 30.-31.05.2011.

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W.; Brügging, E.; Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W.; Brügging, E.; Bücker, C.; Vogt, R. und Wetter, C. (2011) Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen – Projektergebnisse. 20. Jahrestagung Fachverband Biogas, Nürnberg, Januar 2011

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W.; Brügging, E.; Bü-cker, C.; Vogt, R. und Wetter, C. (2011) Ökologische und ökonomische Optimierung von beste-henden und zukünftigen Biogasanlagen. Biomasse Fachgespräch – Repowering von Biogasanla-gen, Föhren, 01.06.2011

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W. (2011) 10-Punkte-Plan für die ökologische und ökonomische Optimierung von Biogasanlagen.Sächsische Biogastagung. Groitzsch, 06.10.2011

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W. Hanby, V. (2011) Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehen-den und zukünftigen Biogasanlagen: Projektergebnisse.20. IBBK Jahrestagung Biogas expo & congress. Offen-burg, 26.-27.10.2011

Häring, G.; Sonnleitner M. (2011) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogas.3. Statuskolloquium „Energetische Biomassenutzung“.Potsdam, 08.-09.11.2011; S. 92-93; 127-128

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W. (2011) Ökologisch und ökonomische Verbesserungen von land-wirtschaftlichen Biogasanlagen.OTTI Anwenderforum Biogasanlagen. Regensburg, 23.11.2011

Häring G., Trinkl C., Zörner, W. (2011) Renewable Heating and Cooling in a Multi-Purpose Building.e-nova 2011, Pinkafeld (AT), 24.-25.11.2011

Häring G., Trinkl C., Zörner W. (2011) Messtechnische Analyse der Grundwasserwärmepum-penanlage in einem Büro- und Produktionsgebäude. Arbeitsberichte – Workingpapers, 21. Ingolstadt: Hoch-schule Ingolstadt

Müller, H.; Zörner, W.; Hanby, V. (2011)Solare Prozesswärme – industrielles Niedertemperatur-Wärmenetz in einer Molkerei.21. Symposium Thermische Solarenergie. Bad Staffel-stein, 11.-13.05.2011, S. 118-123.

Müller, H.; Zörner, W., Hanby, V. (2011)Solar-Thermal Process Heat – A Low-Temperature Hea-ting Network in a Dairy.ISES Solar World Congress. Kassel, 29.08.2011- 01.09.2011

Reiter, C.; Trinkl C.; Zörner, W.; Hanby, V. (2011)Simulationsgestützte Analyse der Bauteiltemperaturen für den Kunststoffeinsatz in Flachkollektoren.21. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffel-stein, 11.-13.05.2011, S. 414-419

2012Bader, T.; Trinkl, C.; Zörner, W; Hanby, V. (2012) Betriebserfahrungen mit großen Kollektorfeldern zur so-laren Klimatisierung. 22. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffel-stein, Germany, May 2012

Bichlmeier S.; Häring, G.; Sonnleitner M.; Sziwek S.; Zörner, W. (2012) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung durch Biogas-anlagen.Optimierte Bauweise für Biogasanlagen – BiogasWorld, Berlin, 21.02.2012

Bichlmeier, S.; Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W.; (2012)BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung.Biogas – Intensiv 2/2012: Modul „Direktvermarktung“, Kirchberg, 04.07.2012

Bichlmeier S.; Härong, G.; Sonnleitner M.; Sziwek S.; Zörner, W. (2012) BioStrom – Steuerbare Stromerzeugung aus Biogasanlagen.21. Jahrestagung Fachverband Biogas e. V., Bremen, 10.-12.01.2012, S. 229

Brandmayr, S.; Müller, H.; Zörner, W. (2012)Solar-Thermische Systeme zur Brauchwassererwär-mung im Geschosswohnungsbau – Betriebsführung und Energetische OptimierungGleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konfe-renz für thermische Solarenergienutzung. Gleisdorf (A), 12.-14.09.2012, S. 142-151


Brandmayr, S. und Zörner, W. (2012) Flat-Plate Solar Collectors – State-of-the-Art and Trends, 6th Mikkeli International Industrial Coating Seminar, Mikkeli (FI).

Hanby V.; Häring, G.; Sonnleitner, M.; Trinkl, C.; Zörner, W. (2012) Ökologische und ökonomische Optimierung von beste-henden und zukünftigen Biogasanlagen – Ergebnisse der Eigenstrommessungen.21. Jahrestagung Fachverband Biogas e. V., Bremen, 10.-12.01.2012, S. 228

Häring G., Trinkl C., Zörner W. (2011) Messtechnische Analyse der Grundwasserwärmepum-penanlage in einem Büro- und Produktionsgebäude. Arbeitsberichte – Workingpapers, 21. Ingolstadt: Hoch-schule Ingolstadt

Häring, G.; Sönnleitner, M.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Technical Modifi cations and Current Legal Framework for Controllable Electricity Production via Biogas Plants in Germany.World Bioenergy 2012, Jönköping (Schweden), 29.-31.05.2012

Häring, G.; Sonnleitner, M.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Options for the Reduction of Methane Emissions and Pa-rasitic Electric Energy of Biogas Plants.World Bioenergy 2012, Jönköping (Schweden), 29.-31.05.2012

Müller, H.; Trinkl, C.; Zörner, W. (2012)Praktischer Betrieb solar-thermischer Systeme zur Brauch-warmwassererwärmung im Geschosswohnungsbau.22. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffel-stein, 09.-11.05.2012, S. 298-299

Müller, H.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Solar-thermal process heating systems – a low-tempera-ture heating network in a dairyGleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konfe-renz für thermische Solarenergienutzung. Gleisdorf (A), 12.-14.09.2012, S. 372-382

Reiter, C.; Trinkl C.; Zörner, W. (2012)Kunststoffe in solarthermischen Kollektoren – Anforde-rungen und Konzepte.OTTI – Kunststoffe: Einsatz in Solarthermie und Photo-voltaik. Regensburg, 13.-14.02.2012, S. 165-181

Reiter, C.; Trinkl, C.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Polymeric Solar-Thermal Collectors: Design Concepts

with Regard to Production Processes and CostsGleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konferenz für thermische Solarenergienutzung. Gleisdorf (A), 12.-14.09.2012, S. 331-340

Reiter, C.; Trinkl, C.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Thermal Loads on Solar-Thermal Flat-Plate Collectors and Strategies for Their ReductionGleisdorf SOLAR 2012 – 10. Internationale Konferenz für thermische Solarenergienutzung. Gleisdorf (A), 12.-14.09.2012, S. 307-316

Reiter, C.; Trinkl, C.; Zörner, W.; Hanby, V. (2012)Entwicklung und Bewertung von Konzepten für die kunststoffgerechte Konstruktion von Flachkollektoren.22. Symposium Thermische Solarenergie, Bad Staffel-stein, 09.-11.05.2012, S. 40-41

KOMPETENZFELD PRODUKTIONS- UND AUTOMATISIERUNGSTECHNIK

S. Angerer, C. Strassmair, M. Staehr, M. Röttenbacher, and N. M. Robertson. Give me a hand - The potenzial of mobile assistive robots in automotive logistics and assembly applications. In Technologies for Practical Robot Applications (TePRA), 2012 IEEE International Conference, pages 111-116, 23-24 Apr 2012, Woburn, Massachusetts, USA

Meyer, H. & Bornschlegl, M. (2012). Intelligentes Energie-management von Produktionsanlagen in SPS-Magazin Ausgabe: 6/2012. S. 44-46

Meyer, H. & Bornschlegl, M. (2012). Fehlinterpretationen vermeiden – Energiemanagement mit Kennzahlen in IT&-Production Ausgabe: 9/2012. S. 70-71

KOMPETENZFELD MOTOR- UND ANTRIEBSSTRANG

Huber, K.; Hauber, J.: ICSAT 2012 - 4th International Conference on Sustainable Automotive Technologies: "BioFIRe – Biogenic Fuel Ignition Research"Veröffentlichungsdatum: 21.03.2012, Ort: Melbourne, Australien, (RMIT)Tagungsband:Subic, A.; Wellnitz, J.; Leary, M.; Koopmans, L.: "Sustainable Automotive Technologies 2012", Pro-ceedings of the 4th International Conference, Sprin-ger-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2012; ISBN 978-3-642-24144-4

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KOMPETENZFELD WERKSTOFF- UND OBERFLÄCHENTECHNIK

Kaindl, Stefan; Waltz, Manuela; Hougardy, Peter; Han-sen, Thomas: Fatigue strength analysis of engine mounts. In: chassis.tech 2012, 3rd International Munich Chassis Symposium, Volume 2, S. 343–362Veröffentlichungsdatum: 14.06.2012, Ort: München

KOMPETENZFELD LEISTUNGSELEKTRONIK

T. Hackner, J. Pforr. Fault Tolerant Electric Power Stee-ring System with Multi-Functional Converter Drive Using Two-Phase Operation. Power Control and Intelligent Mo-tion Conference, PCIM Europe 2012, Nuremberg, Ger-many. 8-10 May 2012, pp. 1595-1602

T. Hackner, J. Pforr. Electric Power Steering with Re-duced High-Frequency Phase Ripple Currents based on a Multi-Functional Converter. Power Control and Intelli-gent Motion Conference, PCIM 2011, Nuremberg, Ger-many. 17-19 May 2011, pp. 544-549

T. Hackner, J. Pforr. Power Steering with Reduced High-Frequency Phase Ripple Currents based on a Multi-Functional Converter. European Conference on Power Electronics and Applications, Proceedings of IEEE EPE, Birmingham, England, 09/2011

T. Hackner, J. Pforr. Optimization of the Winding Arran-gement to Increase the Leakage Inductance of a Syn-chronous Machine with Multi-Functional Converter Drive. Energy Conversion Congress and Expo, Proceedings of IEEE ECCE, Phoenix, Arizona, USA, 09/2011

WEITERE VERÖFFENTLICHUNGEN

Marin Marinov, Anna Fraszczyk, Tom Zunder, Luca Rizzet-to, Stefano Ricci, Mirena Todorova, Anna Dzhaleva, Kiril Karagyozov, Zlatin Trendafi lov, Jörn Schlingensiepen: A Supply-Demand Study of Rail Logistics Higher Educati- on In: Reviews & Essays of JTL-RELIT 2012 (Journal of Trans- port Literature – Revista de Literatura dos Trans-portes)

Rizzetto, L.; Ricci, S.; Marinov, M; Zunder, T.; Schlingen-siepen, J.; Karagyozov, K.; Dzhaleva-Chonkova, A.:A Structured Survey on MScs in Transport and Logistics for designing a New Programme In: Proceedings of

the 20th INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE TRANS- PORT 2011, Todor Kableshkov University of Transport (VTU), Sofi a

Knoppe, Marc (2012): E-Mobility Generates New Ser-vices and Business Models, Increasing Sustainability. In: Aleksandar J. Subic und Jörg Wellnitz (Hg.): Sustainable automotive technologies 2012: Proceedings of the 4th International Conference; ICSAT. Berlin [u.a.]: Springer, S. 275–281

Knoppe, Marc (2012): E-Mobility Will Change Automotive Retailing – A Strategic Approach. In: Aleksandar J. Subic und Jörg Wellnitz (Hg.): Sustainable automotive techno-logies 2012: Proceedings of the 4th International Confe-rence; ICSAT. Berlin [u.a.]: Springer, S. 283-287

E. Özger, Parameter Estimation of Highly Unstable Air-craft Assuming Linear Errors, AIAA Conference Minne-apolis, August 2012

E. Özger, Aerodynamic Model Validation of Unmanned Research Demonstrator Sagitta, DGLR Jahreskonferenz Berlin, September 2012

Tetzlaff, U.Muck, M., Schönbeck, T.: XRD as an econo-mic method to determine the heat treatment process for industrial an academic applications, DGM Procee-dings ECAA 2011, Frankfurt, Aluminum Science and Technology.

Wittmann, Robert; Reuter, Matthias P. (2012): طيطختل ةوجرملا جئاتنلا ققحت فيك ا جئاتنلا ققحت فيك - ىجيتارتسالا Engl. Titel: Strategic Planning .ةحجان ةيجيتارتسإ عابتاب– How to deliver maximum Value through Effective Bu-siness Strategy. Kairo: Arab Nil-Gruppe.

Notizen

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FORSCHUNGSBERICHT 2012

Herausgeber

Prof. Dr. Walter Schober, Präsident der Hochschule Ingolstadt (V.i.S.d.P.)

Redaktion

Stabsstelle für HochschulkommunikationSibille Rosinski (Projektkoordination)Telefon: 0841 [email protected]

Institut für Angewandte ForschungProf. Dr. Christian Facchi (verantw.), Franziska Krammer, Stefanie SauerbreyTelefon: 0841 [email protected]

Gestaltung

Kreativzentrum Gerd Ortner Werbung GmbHLeipziger Straße 17-19, 92318 NeumarktTelefon: 09181 3200-0Telefax: 09181 [email protected]

Druck

Mayer & SöhneDruck- und Mediengruppe GmbH & Co. KGOberbernbacher Weg 7, 86551 AichachTelefon: 08251 880-0Telefax: 08251 [email protected]

ISSN 1867-9625

Januar 2013

Impressum

Meine Doktorarbeit stand unter dem Motto: Jede Zukunft beginnt

mit einer Vision. Sechs Monate später steht die Zukunft vor mir:

der erste Audi A6 für China, der rein elektrisch fährt. Unterstützt

haben mich 30 Kollegen aus Deutschland und China. Aber der

Audi A6 bleibt immer ein Teil von mir.

Zhi Till

Doktorand

Studium: Maschinenbau/Fahrzeugtechnik

Ich starrtetee deen Elekttrommotoor

uundd es bbliebb stiilll. Da wwussste icch:

WWir eerfifi nndenn Mobbiilliittät nneeu.

Mehr erfahren und selbst magische

Momente erleben: www.audi.de/karriere

oder www.facebook.com/audikarriere

210x297_Zhi_FHIng_13115_39L.indd 1 27.11.12 13:53

www.haw-ingolstadt.de

thi_forschungsbericht 2012.pdf

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