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Professur Alternative Fahrzeugantriebe
Projekte

Forschungsprojekte

Aktuelle Forschungsprojekte

Ziel

  • Effizienzsteigerung und Reduktion der Batteriekosten in Elektro- und Hybridfahrzeugen
  • Reduktion des Energieverbrauchs
  • Erweiterung der Betriebsgrenzen elektrisch angetriebener Fahrzeuge
  • Integration von Komponenten

Vorgehensweise

Ganzheitliche Optimierung von der Batterie bis zum Rad

  • Wirkungsgradoptimierung einzelner Komponenten
  • Parameteroptimierung durch ganzheitliche Simulation des gesamten Antriebssystems
  • Berücksichtigung von energetisch wichtigen Nebenaggregaten
  • Effizienzsteigerung durch den Einsatz von Mehr-Gang-Getrieben

Efficient Synergy Drive – ESD. Ein ganzheitliches Antriebskonzept

  • Doppelnutzung eines erweiterten A/C-Antriebs für das Klimatisieren und das Fahren im Teillastbereich
  • Lastschaltbares 2-Gang-Getriebe
  • Erhöhung der Reichweite durch effiziente Leistungsverteilung
  • Einfache, kostengünstige und effiziente Schaltaktuatorik
  • Kompakte Bauweise

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Michael Schrank
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Ziel

Effiziente Abschaltung der Luftkompressoren in Nutzfahrzeugen zur energetischen Optimierung des Kompressorsystems.

Vorgehensweise

Konzeption und Berechnung des Synchronisationselements

·         Festlegung der Positionierung und Funktionsweise der Kupplung

·         Berechnung des Synchronisationsvorganges

·         Auslegung der einzusetzenden Synchronisation mit vorgegebenen Lastkollektiv

Konstruktion der Kupplung und Schalteinrichtung

·         Auswahl der Synchronisation

·         Einbindung in das System unter Beachtung des verfügbaren Bauraums

·         Entwicklung und Dimensionierung der Aktorik

Zusammenbau und Erprobung eines Prototyps

·         Durchführung von Funktionstests

·         Experimentelle Auswertung am Prüfstand

Ansprechpartner

Christian Schmidt M.Sc.

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GENERIC48V - Entwicklung einer Getriebe-Antriebseinheit auf 48V Spannungsebene

Gesamtziel des Vorhabens

Im Vorhaben wird ein neuartiges, ganzheitliches Elektronikkonzept für leichtgewichtige Elektrofahrzeuge der Klasse L auf Grundlage einer 48 V-Spannungsebene entwickelt. Dabei besteht das Ziel im Nachweis der Funktionsfähigkeit und der Umsetzung einer 48 V-Spannungsebene für alle notwendigen elektrischen/elektronischen Komponenten in einem Elektroleichtfahrzeug. Im Rahmen des Vorhabens sollen verschiedene Demonstratoren (EMV-Bodengruppe, elektrisch/elektronische Einzelkomponenten) entwickelt werden, die im Rahmen eines Gesamtfahrzeugdemonstrators entsprechend getestet und verifiziert werden.

Vorgehensweise

Konzeptionelle Vorarbeiten

  • Anpassung des ESD Antriebskonzeptes auf Projektrelevanten Anwendungsfall
  • Restrukturierung des Getriebeaufbaus
  • Konstruktive Integration des Elektromotors, Frequenzumrichters und weiterer Peripherieelemente
  • Ermittlung und Verarbeitung der elektromotorischen Wirkungsgrad- und Leistungskennfelder

Simulation und Konstruktion

  • Längsdynamiksimulationen zur Ermittlung von Energiebedarfen - Reichweiten- und Verlustleistungsbetrachtungen hinsichtlich unterschiedlicher Antriebskonzeptvarianten
  • Getriebesimulationsmodell - Auslegung aller Maschinenelemente und Ermittlung des Getriebe-Wirkungsgradkennfeldes
  • Entwicklung eines elektromechanischen Aktuierungskonzeptes mittels Schaltungssimulationsmodell

Experimentelle Umsetzung und Tests

  • Fertigung der Getriebe- und Gehäusebauteile
  • Zusammenbau der Getriebe-Antriebseinheit und Erstinbetriebnahme
  • Funktionstests auf Getriebeprüfstand
  • Integration in den Gesamt-Demonstratoraufbau

Ansprechpartner

Nico Keller M.Sc.

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in Zusammenarbeit mit

 

 

Der studentische Verein Fortis Saxonia e.V. beschäftigt sich seit Jahren aktiv mit der Entwicklung und Herstellung von Prototypenfahrzeugen, welche jeweils mit Niedertemperatur Wasserstoff-Brennstoffzellen (NT-PEM) betrieben werden. Im Rahmen des neuen Projektes HydroBike soll in den kommenden zwei Jahren unter anderem in Zusammenarbeit mit der Professur Alternative Fahrzeugantriebe (ALF) ein zweirädriges Prototypenmotorrad entwickelt und umgesetzt werden.

Ausgeschriebene Arbeiten:

aktuell keine Ausschreibungen

Arbeiten in Bearbeitung:

  • Längsdynamiksimulation eines zweirädrigen Brennstoffzellen-Prototypenfahrzeuges
  • Auslegung eines Brennstoffzellensystems für ein zweirädriges Brennstoffzellen-Prototypfahrzeug
  • Konzeptentwicklung eines Wasserstoff-Tanksystems für ein zweirädriges Brennstoffzellen-Prototypfahrzeug
  • Erstellung eines parametrischen Skelettmodells für ein zweirädriges Prototypenfahrzeug

Vorgehensweise:

Entwicklung eines Antriebsstrangkonzeptes

  • Erstellung einer Längsdynamiksimulation zur Abschätzung des benötigten Energiebedarfs
  • Auslegung des Brennstoffzellen- und Batteriesystems
  • Auswahl einer geeigneten elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung
  • Integration eines Wasserstoff-Tanksystems

Entwicklung einer Leichtbau-Rahmenstruktur

  • Umbau der ursprünglichen Rahmenkonstruktion zur Optimierung der Gewichtsverteilung
  • Entwicklung eines FKV-Strukturrahmens
  • Entwicklung und Bewertung von Packaging-Konzepten
  • Auslegung und Umbau des Fahrwerks

Entwicklung eines innovativen und futuristischen Designs

Ansprechpartner:

Nico Keller M.Sc.

Vorstand Fortis Saxonia e.V.

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Der Kern des Vorhabens ist die Prozess- und Produktentwicklung einer innovativen und großserientauglichen Bipolarplatte für eine kostengünstige Produktion von PKW-Brennstoffzellen. Diese sind einer der größten Kostentreiber jeder Brennstoffzelle. Ein fertigungsgerechtes Bipolarplattendesign wird mit Methoden der Umformsimulation und Vorversuchen in eine sicher und einfach herstellbare Bauteil- und Werkzeuggeometrie überführt. Ebenso werden funktionalisierte und kostengünstige Blechhalbzeuge hinsichtlich ihrer beschädigungsfreien Umform- und Fügbarkeit untersucht. In Tests im Brennstoffzellenlabor werden qualitätsbestimmende chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften bewertet. Darüber hinaus sollen Methoden zur Qualitätssicherung und Prozessüberwachung für die Serienproduktion entwickelt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen münden in einen Prototyp einer großserientauglich und kostengünstig herstellbaren Bipolarplatte.

Motivation:

  • Marktaktivierung von PKW-Brennstoffzellen durch Senkung der Produktions- und Materialkosten
  • Ansiedlung einer Wertschöpfungskette für zukünftige Antriebskomponenten im Autoland Sachsen
  • Erweitern der Kompetenzen durch interdisziplinäre Zusammenarbeit

Ziele:

  • Entwicklung funktionalisierter Halbzeuge
  • Prototyp einer großserientauglichen und kostengünstigen Bipolarplatte
  • Energieeffiziente Fertigungsverfahren und Produktionsanlagen
  • Wissenschaftliche Weiterqualifikation der InnoTeam-Mitglieder

InnoTeam HZwo:BIP:

  • Laufzeit: 1. April 2016 bis 31. März 2019
  • 12 geförderte InnoTeam-Mitglieder und 8 weitere unterstützende Mitarbeiter

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Karl Lötsch

 

Ein Projekt der Projektfamilie         Gefördert durch 

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ISELKO :SYS - Brenstoffzellen-Batterie-Hybridsystem

Der Kern des Vorhabens ist die Entwicklung eines emissionsfreien und in weiten Leistungsbereichen skalierbaren Energieversorgungsystems, in dem Brennstoffzellen und Batterien zu einem Hybridsystem kombiniert werden.

Motivation:

  • Beschleunigung des Markthochlaufs der Brennstoffzellentechnologie
  • Angebot kosteneffizienter kundenspezifischer Turnkey-Hybridsysteme
  • schnelle Reaktionsfähigkeit auf Kundenwünsche und damit frühzeitige Marktetablierung
  • Stärkung der sächsischen Wirtschaft durchfrühzeitige und nachhaltige Etablierung im Bereich regenerativer Energien

Ziele:

  • Brennstoffzellen-Batterie-Hybridsystem mitoptimalem Energiemanagement für kundenspezifische Anwendungen
  • froststartfähiges Brennstoffzellenmodul für maximierte Lebensdauer und Einsatz unter widrigen Bedingungen
  • thermische Schnittstelle zur gezielten Abwärmenutzung
  • Wissenschaftliche Weiterqualifikation der Projekt-Mitglieder

ISELKO HZwo:SYS:
Laufzeit: 1. März 2017 bis 29. Februar 2018

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Philipp Rathke

 

Ein Projekt der Projektfamilie       

     koordimiert durch:

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Ziel

  • Leichtbau und Funktionsintegration im Fahrzeug VW up!
  • Aufbau eines Niedervoltbatteriefahrzeugs mit technischer Unterstützung von VW
  • MERGE up! als konkreter Technologieträger für alle Arbeitsgruppen des Exzellenzclusters
  • Demonstration des hocheffizienten ESD-Antriebskonzeptes der TU Chemnitz

Vorgehensweise

  • Beschaffung zweier Serienfahrzeuge (eines als freundliche Spende der Volkswagen AG)
  • Kostengünstige Realisierung der elektrischen Antriebe in einem Niederspannungsnetz (48V-72V)
  • Umrüstung des bisherigen Antriebsstrangs für einen elektrischen Antrieb mit zwei Motoren
  • Adaption eines zusätzlichen Steuerungsmoduls für den Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs in der bestehenden Struktur
  • Integration der Leichtbaukomponenten in den Demostrator

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Michael Schrank
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Ziel

Auslegung und Optimierung eines Brennstoffzellensystems für hochdynamische Beanspruchungen in Fahrzeugen

Vorgehensweise

Entwicklung eines Antriebskonzeptes

  • Erstellung einer Längsdynamiksimulation zur Abschätzung des benötigten Energiebedarfs
  • Auswahl einer geeigneten elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung
  • Auslegung des Brennstoffzellen- und Batteriesystems

Neuaufbau des Brennstoffzellen-Go-Karts

  • Umbau der ursprünglichen Rahmenkonstruktion zur Optimierung der Gewichtsverteilung
  • Einbau eines hydraulischen Bremssystems
  • Entwicklung und Bewertung von Packaging-Konzepten
  • Auslegung und Umbau des Fahrwerks

Entwicklung und Erprobung verschiedener Betriebs- und Hybridstrategien

  • Simulative Bewertung der Strategien
  • Experimentelle Auswertung und Applizierung

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Felix Rudolf
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Ziel

  • Auslegung eines Ejektors zur passiven Rezirkulation
  • Druckregelstrategie
  • Integration aller Anodenkreiskomponenten in ein Bauteil
  • Nutzung der vorhanden Druckenergie im komprimierten Gas
  • Harmonisierung der Gasverteilung
  • Austreiben von Produktwasser und Inertgasen
  • Rückführung von unverbrauchtem Wasserstoff

Vorgehen

  • Tool zur Auslegung und Optimierung der Geometrie
  • Verifizierung mittels CFD-Simulation
  • Fertigung und Test

Ansprechpartner

Dr. Jiří Hrdlička
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Ziel

Optimierung des thermischen Verhaltens von Brennstoffzellensystemen und -Fahrzeugen

Vorgehensweise

Erstellung von physikalischen und datengetriebenen Simulationsmodellen für Systemkomponenten, Teilsysteme:

  • Brennstoffzellensystem
  • Batteriesystem
  • Fahrgastzelle

Verknüpfung der Teilmodelle zu einem Gesamtmodell:

  • Damit können die Vorgänge in den Teilsystemen und im Fahrzeug unter verschiedenen Betriebs- und Umweltbedingungen simuliert und analysiert werden.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Philipp Rathke
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Ziel

  • Entwicklung eines kostengünstigen und leicht herstellbaren Freilaufs
  • Entwurf von Funktiongeometrien für den Einsatz von Kunststoffen
  • Einsatz des Freilaufs in Fahrzeugen und Fördereinrichtungen

 

Vorgehensweise

  • Entwicklung eines neuen Freilauffunktionsprinzips
  • Untersuchung der Reib- und Verschleißeigenschaften für Kunststoffpaarungen
  • Konstruktion von Prototypen für die Herstellung im Spritzgussverfahren
  • Aufbau von Werkzeugen und Bemusterung der Prototypen durch eine Partnerfirma
  • Prüfstandsuntersuchungen zum Nachweis der Funktionsweise und der Belastbarkeit

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Michael Schrank
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Abgeschlossene Forschungsprojekte

Ziele der Nachwuchsforschergruppe AdAntE

  • Exemplarischer Aufbau eines adaptiven Antriebes
  • Integration des Nutzerverhaltens
  • Leichtbau und Funktionsintegration

Teilziele der Professur ALF innerhalb des Projektes

  • Aufbau einer Gesamtfahrzeugsimulation
  • Aufbau eines Brennstoffzellendemonstrators
  • Entwurf und Untersuchung von Hybridstrategien
  • Untersuchung adaptiver Antriebskonzepte
  • Ankopplungskonzepte für Nebenaggregate

Vorgehensweise

  • Aufbau einer Nachwuchsforschergruppe
  • Aufteilung des Gesamtprojektes in professurspezifische Teilprojekte
  • Bearbeitung der Projektteile durch die jeweiligen Professuren
  • Alternative Fahrzeugantriebe (ALF)
  • Allgemeine und Arbeitspsychologie (AAP)
  • Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe (EWA)
  • Leistungselektronik und Elektromagnetische Verträglichkeit (LE)
  • Mess- und Sensortechnik (MST)
  • Schaltkreis- und Systementwurf (SSE)
  • Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK)

 

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Philipp Rathke
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Aufgabengebiete

  • Erarbeitung eines 2D-Layouts
  • Auslegung und Dimensionierung sämtlicher Maschinenelemente wie Lager, Verzahnungen, Schaltelemente, Wellen, Gehäuse
  • Layout und Konstruktion der Hydraulikeinheit
  • 3D-Konstruktion des Gesamtgetriebes in ProE/Creo Elements
  • Integration des Getriebes in den vorhandenen Bauraum
  • Erstellen von Fertigungszeichnungen

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Ziel

Optimierung der Brennstoffzellenhybridfahrzeuge Generation „HyMotion 3“ der Volkswagen AG

Vorgehensweise

Entwicklung einer Längsdynamiksimulation

  • Simulationsumgebung auf Basis der charakteristischen Kennlinien des Systems
  • Einbindung von Labor- und Herstellermessdaten in die Simulationsumgebung

Vermessung der Fahrzeuge auf dem Rollenprüfstand

  • Validierung der Längsdynamiksimulation
  • Entwicklung eines Auswertekonzeptes
  • Regelmäßige Vermessung der Fahrzeugflotte

Leistungsoptimierung

  • Analyse der Leistungsreserven und Optimierung der Fahrdynamik

Effizienzoptimierung

  • Entwicklung von neuen Hybridstrategien

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Felix Rudolf
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Ziel

Umsetzung eines Eingangantriebes für Elektrofahrzeuge

Vorgehensweise

  • Erarbeiten einer Antriebsstruktur
  • Umsetzung der Antriebsstruktur in eine 3D-Konstruktion
  • Auslegung und Dimensionierung relevanter Maschinenelemente
  • Konzipierung und Umsetzung des Kühlungs- und Schmierungskonzeptes
  • Erstellen von Fertigungszeichnungen
  • Fertigung der Prototypenbauteile
  • Montage und Versuchsdurchführung
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Ziel

Energieeinsparung durch schaltbare Kupplungen mit zwei stabilen Endlagen ohne permanente Betätigung

Vorgehensweise

Definition von Randbedingungen

  • Bauraumanalyse
  • Analyse der Lasten in einzelnen Belastungszuständen

Variantenentwicklung

  • systematisierte Auswahl von Konstruktionselementen für einzelne Teilaufgaben
  • Entwicklung von Lösungsvarianten

Auswahl und Prototypenentwicklung

  • Simulation und Auslegung der Schaltkomponenten
  • Variantenauswahl anhand definierter Parameter
  • Detailkonstruktion von Prototypen

Eigenschaftsnachweis

  • Bau von Prototypen
  • Entwicklung und Umsetzung von geeigneten Prüfständen
  • Dokumentation und Auswertung von Langzeittests

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Karl Lötsch
[Einzelansicht]

Ziel

Auslegung von Brennstoffzellensystemen der Leistungsklasse 1 – 200 kW endsprechend verschiedener Arbeitsfelder

Vorgehensweise

Erstellung einer Kennfeldbibliothek

  • Messung von Systemkomponenten
  • Daten aus externen Messungen
  • Herstellerkennfelder
  • Skalierungsgrößen definieren
  • Interpolationen der Komponenten nach Skalierungsfunktionen

Erstellung eines Auswahlalgorithmus in Matlab/Simulink

  • Gewichtung nach Arbeitsbereichen
  • Auswahl passender Komponenten
  • Auswahl der optimalen Komponente für den geforderten Arbeitsbereich

Entwicklung Systemsimulation

  • Bewertung des aus den ausgewählten Komponenten geschaffenen Systems
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Ziel

  • Verringerung der innermotorischen Reibungsverluste
  • Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, insbesondere im Stadtverkehr
  • Reduzierung der Prozesskosten, um den Mehraufwand der Wälzlagerung auszugleichen
  • Integration weiterer Funktionalitäten, wie konzentrische Nockenwelle (Cam in Cam) oder Zylinderabschaltung

Vorgehensweise

Ermittlung der auf die Nockenwelle wirkenden dynamischen Belastungen

  • Erstellung eines MKS-Modells
  • Berechnung der Kennfelder für die Nockenkräfte, Drehmomente und Biegemomentbelastungen
  • Ermittlung der durch Resonanzschwingungen der Nockenwelle durch die Nocken geleiteten Drehmomente
  • Berechnung der Kräfte auf die Nockenwellenlagerung
  • Ermittlung der maximalen Schiefstellungen der Welle unter der Lagerung

Lebensdauerberechnung der Lagerung

  • Getrennte Berechung der Schädigung für Wälzkörper, Innen- und Außenring
  • Vergleich mit Katalogangaben

Auslegung der Passungen für die Pressverbindung Nocken-Welle

 

Ansprechpartner:

 Dipl.-Math. techn. Martin Uhlmann

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Ziel

Analyse des ökonomischen und ökologischen Potentials der Wasserstofferzeugung aus Erdgas als Brückentechnologie zur reinen Wasserstoffwirtschaft

Vorgehensweise

  • Erarbeitung und Vergleich möglicher Varianten der Herstellung und Verteilung von aus russischem Erdgas erzeugtem Wasserstoff nach Westeuropa mit konkurrierenden Herstellungsvarianten
  • Identifikation und Bewertung der Kosteneinflussfaktoren
  • Entwicklung und Auswertung eines Kostenmodells
  • Beurteilung der Relevanz der einzelnen Parameter mittels Sensitivitätsanalyse
  • Bewertung der wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit und der ökologischen Situation
  • Kooperation mit der OOO "DonGaz" und der Staatlichen Technischen Universität des Dongebiets, beide Rostow am Don, Russland

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Thomas von Unwerth
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Presseartikel

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