Zufor

Implementierung offener Netzwerkstrukturen in regionale Innovationssysteme durch Labs

Der gesellschaftliche und technologische Wandel erfordert eine Anpassung des Innovationsparadigmas. Im Sinne der Open Innovation können externe Ressourcen (Zivilgesellschaft, Fachfremde etc.) zielführend in den Innovationsprozess integriert werden. Labs bieten eine offene Plattform, in denen Formate und iterative Abläufe ein „out-of-the-box-thinking“ gewährleisten. In diesem Umfeld wird der Austausch von Wissen, Ideen und Informationen begünstigt und schafft interdisziplinäre Netzwerkstrukturen. Aufgrund ihrer starken Eingebundenheit in die regionale Wirtschaft eignen sich speziell Hochschulen als Verbindungspunkte im Bereich von Forschung und Entwicklung. Hochschul-Labs nehmen daher in regionalen Innovationssystemen eine erweiterte Form als Inkubator im Wissens- und Technologietransfer ein.

Zielsetzung

Das Forschungsziel dieses integrativen Querschnittsprojektes ist es festzustellen, inwieweit die Einrichtung des Open Region Lab (ORL) das regionale Innovationssystem ergänzt und die Innovationskraft im Bereich der Fahrzeugtechnologien erweitert. In der Region Braunschweig gibt es eine Vielzahl von Transferstellen (Coopetiton). Ein interdisziplinäres Lab kann durch die offene Struktur einen neuen Innovationsansatz bilden. Ferner werden die technischen Teilprojekte innerhalb des Gesamtprojektes vernetzt und gesellschaftliche Fragestellungen beantwortet. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von neuen Innovationsmethoden (Open Innovation), die die synthetische Wissensbasis des Fahrzeugbaus erweitert und neue Denkprozesse generiert. Die Akzeptanz des ORL wird gestärkt und soll für weitere Hochschulprojekte verstetigt werden.

• Labor: Vernetzung der beteiligten KMUs der Region und anderen Akteuren mit der Hochschule
• Interdisziplinäre Forschung der Ostfalia stärken
• Organisation und Koordination des Open Region Labs und Wissenstransfer: enge Zusammenarbeit mit dem Wissens- und Technologietransfer
• Regionale Innovationssysteme identifizieren
• Formate und Methoden für den Wissensaustausch anwenden/ Veranstaltungen durchführen
• Netzwerkaktivitäten analysieren
• Stärkung der Innovationskultur der Region

Kontakt

Prof. Dr. Andreas Jain, Tel: 05341 875-52120

Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß von Kfz lassen sich durch Optimierung von Verbrennungsmotor und Antriebsstrang kaum weiter senken. Andererseits können emissionsarme Elektrofahrzeuge als Alternative momentan keine hinreichend hohen Reichweiten erzielen, sodass die Kundenakzeptanz fehlt. Durch den Einsatz eines Range Extenders (RE), welcher elektrische Energie aus Energieträgern wie Benzin oder Wasserstoff zur Verfügung stellt, kann die Reichweite deutlich erhöht und somit die breite Marktdurchdringung beschleunigt werden.

Untereinander und mit der Umwelt vernetzte Elektrofahrzeuge

Zielsetzung

Ziel ist die Konzeption intelligenter Elektrofahrzeuge mit RE, die innovative Technologien zur Energiebedarfsoptimierung und Reichweitenerhöhung in sich vereinen. Hierzu wird ein flexibel skalierbares, elektronisches Fahrzeugmanagement als globale Regelinstanz mit unterlagerten Systemen für Fahrwerks- und prädiktives Energiemanagement für unterschiedliche RE entwickelt. Darüber hinaus wird eine sichere Datenkommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastrukturen zur Vernetzung in cyberphysischen Verkehrssystemen entworfen.

• Konzeption von autonomen, prädiktiven und energieoptimal fahrenden Hybridfahrzeugen mit intelligenten elektronischen Fahrzeugsystemen
• innovative Technologie zur Optimierung des Energiebedarfs, der Schadstoffminimierung und der Reichweitenerhöhung
• funktionsgetriebenes Fahrzeugkonzept mit hoher Anwendungsorientierung
• Digitalisierung und Vernetzung dieser intelligenten Fahrzeuge in Cyber-Physischen-Verkehrssystemen

Konzept eines Elektrofahrzeugs mit Brennstoffzelle als Range Extender

Im Gespräch mit den Forschenden

• Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Wir forschen an Fahrzeugen, die durch einen vorausschauenden Fahrbetrieb energieeffizient sind und in kurzer Zeit ans Ziel kommen. Dafür nutzen wir die Möglichkeiten der Digitalisierung und der Vernetzung mit anderen Verkehrsteilnehmer*innen sowie der Infrastruktur.

• Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

Unsere Forschung findet sich in vielen Alltagssituationen wieder. So werden beispielsweise folgende Fragen beantwortet: Welche Ladesäule oder Wasserstofftankstelle sollte ein Fahrzeug mit Batteriespeicher und Brennstoffzelle aufsuchen, um möglichst schnell ans Ziel zu kommen? Welche Geschwindigkeit auf der Route zum Ziel ist optimal, um energieeffizient ohne Störung des Verkehrs zu fahren? Wir entwickeln aber auch Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz auf Bordnetzebene, welche sich in einem höheren Ladestand am Ziel und weniger verbrauchtem Wasserstoff bemerkbar machen.

Unsere Forschung kommt in der individuellen Mobilität, insbesondere in PKW, zum Tragen. Sie lässt sich aber beispielsweise auch auf LKW und den schienengebundenen Verkehr übertragen.

•  Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Durch viele Fragen aus anderen Perspektiven haben wir unsere eigene Forschung hinterfragt und konnten diese ganzheitlicher durchführen. Wir haben zusätzliche Aspekte berücksichtigt, die nicht typisch für den eigenen Fachbereich sind und insgesamt das Niveau der eigenen Forschungsarbeit angehoben.

• Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Besonders in Erinnerung geblieben sind die Besuche nationaler und internationaler Konferenzen, auf denen die Ergebnisse des Projekts vorgestellt und diskutiert wurden. Durch die Diskussionen haben sich uns neue Blickwinkel eröffnet und wir haben neue Ideen entwickelt, die direkt in die weitere Forschungsarbeit eingeflossen sind.

Auch die erfolgreichen Abschlussprüfungen der Studierenden, die durch ihre Bachelor- und Masterarbeiten und teils schon lange davor als studentische Hilfskräfte am Projekt mitgewirkt haben, bleiben in besonderer Erinnerung.

• Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Besonders spannend ist die Vielfalt und Verknüpfung der betrachteten Themenfelder, angefangen von der Digitalisierung und Vernetzung von Fahrzeugen in cyber-physischen Verkehrssystemen über die zeit-, energie- und infrastrukturoptimierte Navigation und die automatisierte Fahrzeugführung bis hin zum optimierten Energiemanagement im Fahrzeug mit Batteriespeicher und Brennstoffzelle.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Xiaobo Liu-Henke, Tel: 05331 939-45110

Zu etwa einem Drittel wird der Energiebedarf eines Automobils durch seine Masse bestimmt. Innovative Leichtbaumaterialien mit einer geschlossenen Hülle und einem geschäumten Kern, siehe unten, können bei gleichem Gewicht höhere Biegekräfte aufnehmen als kompakte Bauteile. Diese Eigenschaft resultiert aus der signifikanten Steigerung des Trägheitsmoments, dessen Produkt mit dem E-Modul des Werkstoffes die Biegesteifigkeit ergibt.

Schleusensystem

Zielsetzung

Eine innovative Verfahrenstechnik zur Herstellung von thermoplastischem Integralschaum beinhaltet die Druckbeaufschlagung der gesamten Plastifiziereinheit mittels Stickstoff. Die Beschickung der Spritzgießmaschine mit Kunststoff wurde bisher nur unter hohen Druckverlusten realisiert. Eine verlustfreie Lösung wurde an der Ostfalia gemeinsam mit der VW AG patentiert. Diese Lösung soll zum Einschleusen von Thermoplastgranulat in eine Spritzgießmaschine genutzt werden. Durch das wiederholte Verfahren der Kolben gemäß der Verfahr-Schritte a) bis d), siehe oben, wird Schüttgut vom Atmosphärendruck p1 zum höheren Druckniveau p2 geschleust (p1<< p2). Im Rahmen des Projektes sollen die Möglichkeiten des Einsatzes von thermoplastischen Integralschäumen für den automobilen Leichtbau aufgezeigt werden.

Dichtegradient

Im Gespräch mit den Forschenden

• Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Die Verbesserung liegt in der Gewichtseinsparung. Durch die leichteren Strukturen von Bauteilen verringern sich das Gewicht des Fahrzeugs und damit einhergehend der CO2-Ausstoß der Fahrzeuge.

• Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

In nahezu jedem Fahrzeug, welches auf den Straßen unterwegs ist. Auch andere Gegenstände wie zum Beispiel Getränkekästen, Paletten oder Einkaufskörbe können durch Schaumstrukturen ein geringeres Gewicht erhalten.

• Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Wir haben Einblicke in andere Fachbereiche erhalten und können nun deren Belange und Bedürfnisse besser verstehen.

• Welche Forschungsergebnisse haben Sie überrascht?

Tatsächlich hat uns der Mehrwert einer transdisziplinären Zusammenarbeit überrascht. Dieser Mehrwert, den wir aus den zahlreichen Diskussionen, Meetings usw. mitgenommen haben und der mit der reinen technisch getriebenen Forschung eigentlich nichts zu tun hat.

• Welche Momente der Projektlaufzeit sind Ihnen besonders in Erinnerung geblieben?

Der Austausch mit den anderen Beteiligten im großen Kreis.

• Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Den Aspekt der Ideenfindung und deren Umsetzung.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Achim Schmiemann, Tel: 05361-8922 22120

Die Speicherung elektrischer Energie in sekundären Batterien wird seit vielen Jahren erfolgreich zur Verwendung portabler Geräte, wie Notebooks oder Telefone umgesetzt. Für die Zwischenspeicherung von Windenergie werden entsprechend große Energiespeicher, z.B. elektrochemische Speicher, benötigt.

Funktion der Membran in einer Vanadium basierten Redox‐Flow Batterie

Die räumliche Trennung der Anode von der Kathode ist in der elektrochemischen Zelle ein wichtiger Bestandteil des Zellenaufbaus, wobei oft Polymerseparatoren zum Einsatz kommen, die mit dem Elektrolyten keine nennenswerten Wechselwirkungen eingehen. Membrane, welche mit dem Elektrolyten wechselwirken, können durch gezielten Aufbau den Innenwidersand einer Zelle verbessern und so die Effizienz und die Leistung beeinflussen. Redox-Flow Batterien ermöglichen als stationäre elektrochemische Energiespeicher die Zwischenspeicherung fluktuierender Energien, um sie beispielsweise an Elektrotankstellen als elektrischen Strom wieder abzugeben.

Schematische Darstellung selektiver Polymermembranen

Zielsetzung

Der Aufbau neuer selektiver Polymermembranen für die Vanadium basierte Redox-Flow Batterie wird angegangen, wobei es den Einfluss ihrer chemischen Zusammensetzung und ihres strukturierten Aufbaus auf die Batterieperformance zu untersuchen gilt. Dazu werden chemische Modifikationen an kommerziellen Polymeren vorgenommen, um sie anschließend zu Membranen zu verarbeiten. Die neuen Membranmaterialien werden in Messzellen hinsichtlich der Durchlässigkeit für Vanadiumkationen und des elektrischen Widerstandes untersucht. In Redox-Flow Batterien wird getestet, welchen Einfluss die Membranen auf die Energieeffizienz nehmen und in welchem Maße die Leistung einer Zelle beeinflusst wird.

Im Gespräch mit den Forschenden

• Wie verbessern Sie mit Ihrer Forschung die Fahrzeuge von morgen?

Mit meiner Forschung möchte ich einen Beitrag dazu leisten, die Ausnutzung regenerativer Energien zu verbessern, indem diese in Redox-Flow Batterien kostengünstig zwischengespeichert werden können. Durch die Erhöhung des Anteils der regenerativen Energien am Gesamt-Strommix werden die Fahrzeuge von morgen umweltfreundlicher.

• Wo finden Sie Ihre Forschung im Alltag wieder? Wo kommt die Forschung zum Tragen?

Es gibt auf fast allen Kontinenten Pilotprojekte, bei denen große Redox-Flow Batterien zu Test- und Forschungszwecken an Windkraftanlagen oder dem elektrischen Netz eines Energieversorgers angeschlossen werden. Weiterhin gab es in den vergangenen Jahren Unternehmensgründungen in Deutschland. Diese Unternehmen fertigen Redox-Flow Batterien zur Verwendung als Heimspeicher z.B. für Photovoltaikanlagen. Weiterhin sind Ionenaustauscher-Membranen in Elektrolyseuren und in Brennstoffzellen zu finden. Neben der Wandlung oder der Speicherung elektrischer Energie werden Polymermembranen vor allem in der Medizintechnik (Dialyse), der pharmazeutischen Industrie (reines Wasser für Medikamente, Gewinnung von Proteinen mittels Membranadsorbern), der Lebensmittelindustrie (Verwendung von Membranverfahren zur dezentralen Herstellung von Wasser-gleicher Zusammensetzung für zuckerhaltige Cola-Getränke) oder in Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt.

• Im Rahmen des Projekts ZuFOR arbeiten Sie mit Kolleg*innen aus anderen Fachbereichen zusammen. Inwiefern haben Sie von dieser interdisziplinären Ausrichtung profitiert?

Ich habe gelernt, dass Elektromobilität weit mehr ist als der Wechsel vom Verbrenner zur elektrochemischen Zelle. Damit meine ich, dass nicht nur technische Problemstellungen zu bearbeiten sind, sondern auch gesellschaftliche Verantwortung und die Entwicklung von Städten als Teil der übergeordneten Energiewende zu betrachten sind.

• Welchen Aspekt Ihres Teilprojekts finden Sie besonders spannend?

Es gibt drei Aspekte, die dieses Teilprojekt spannend machen. Die Hypothese, dass man mit Membranen unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlichem Aufbau die Batterieperformance entscheidend beeinflussen kann, die Herstellung neuer Polymere für die Membranentwicklung sowie die Betrachtung und Umsetzung des gesamten Prozesses im Labor: vom Monomer bis zur Redox-Flow Batteriemembran.

Kontakt

Dipl.-Ing. (FH) Dennis Düerkop, Tel: 05361-8922 22480