Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie: smart³ als Worldcafé-Tischpate

Im Rahmen des futureSAX-Innovationsforums diskutieren über 100...

Neue Ausschreibungsrunde

smart³ schreibt erneut Projekte in den Säulen I, II & III aus.

 

Leitanwendung: Sensorik und Energy Harvesting

Smart materials eignen sich in der Mobilität unter anderem zur Überwachung sicherheitsrelevanter Bauteile mittels energieautarker, funkvernetzter Sensorknoten. Neben der Entwicklung dieser Bauteile treibt das Netzwerk smart³ die direkte Integration der Sensorknoten in die Strukturbauteile voran. Darüber hinaus eignen sich Piezoelemente zur Generierung kleiner Mengen Energie über Vibrationen, wie sie in Fahrzeugen auftreten, sowie zu aktiven Geräuschunterdrückung im Fahrzeug

 

Leitanwendung: Adaptive Formen und Oberflächen

Dank ihrer sehr guten Integrationsfähigkeit eignen sich smart materials besonders als Aktoren in adaptiven Oberflächen wie etwa individuell in ihrer Gestalt anpassbare Interieurkomponenten. Oberflächen und Bauteile können damit nicht nur kundenindividuell angepasst werden, sondern darüber hinaus mit versteckten smarten Funktionen ausgestattet werden.

 

Leitanwendung: Alternative Stellantriebe

Im Themenfeld Mobilität wachsen besonders die Anforderungen an Miniaturisierung und Funktionsverdichtung sowie Leichtbau und Energieeffizienz. Smart materials bieten dabei die Möglichkeit zur Sprunginnovation.

 

FuE-Projekte Smart Mobility

Smart materials in der Mobilität

SmartFrame+

Sicherheit für Leichtbau-Fortbewegungsmittel

Der Forschungsverbund hat das Thema adressiert, verschiedene zukunftsfähige Mobilitätsbereiche mit einander zu verbinden.Die Untersuchungen gehen vom Fahrrad aus und erkunden sein Leichtbaupotenzial unter dem Gesichtspunkt hoher Sicherheit. Das bedeutet zum einen die Detektierung verdeckter Schäden im Laminat des Rahmens, und zum anderen werden neben den Navigationsdaten Warnungen vor Unfallgefahren der Fahrerin / dem Fahrer auf taktile Weise übermittelt. Um diese Aufgaben zu bewältigen, braucht es ein interdisziplinär aufgestelltes Team, in dem die Schnittstellen der einzelnen Aufgabenbereiche zwar definiert sein müssen, sich auch auch synergetisch überlappen. Die dafür notwendige Herangehensweise hat der Forschungsverbund in etlichen bilateralen sowie alle Partner zusammenführenden Treffen erarbeitet. Er nimmt Bezug auf eine Expertenplattform, die bereits im dem Startprojekt ‘StartSmart‘ konzipiert wurde und nun in diesem Projekt erprobt werden kann.

Nach der exemplarischen Anwendung auf bereits existierende Leichtbaustrukturen für muskelbetrieben Fortbewegung soll ein Demonstrator erstellt werden, an dem komplexe Fahrszenarien unter Einsatz piezokeramischer Sensoren und Aktoren durchgeführt werden können. Daraus sollen innovative Verwertungsoptionen für die Fahrradindustrie und darüber hinaus auch für weitere Mobilitätsbereiche formuliert und exemplarisch visualisiert werden.

Smart eDrive

Wirkungsgradsteigerung von elektrischen Aggregaten in Kraftfahrzeugen durch aktive Werkstoffe (Machbarkeitsstudie)

Die Bundesregierung verfolgt mit dem Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität (NEPE) das Ziel, die Abhängigkeit des Verkehrssektors von fossilen Brennstoffen zu reduzieren und die Verbreitung alternativer Kraftstoffe und Antriebe zu erhöhen. Die Bundesrepublik Deutschland soll in diesem Bereich zum Leitmarkt und Leitanbieter werden. Bis zum Jahr 2020 werden beispielsweise eine Million zugelassene Elektrofahrzeuge in Deutschland angestrebt. Neben der Lösung der technischen und energielogistischen Herausforderungen sind ebenfalls gesellschaftliche Rahmenbedingungen zu schaffen und die Aufgeschlossenheit und Akzeptanz der Gesellschaft zu fördern. Andererseits sollten auch technische Entwicklungen im Kontext der Kundenanforderungen gesehen und so der Erfolg des Produktes ermöglicht werden. Eben diese Kundenanforderungen, zum Beispiel in Bezug auf den Komfort von Fahrzeugen, deren Sicherheit oder auch deren Ressourceneffizienz, steigen stetig an. Dies führt dazu, dass die Anzahl und Funktionsumfänge an elektrischen Stellantrieben und elektrischen Nebenaggregaten in Kraftfahrzeugen kontinuierlich zunehmen. Um den Komfort im Fahrzeug zu erhöhen, können zum Beispiel Sitze und Spiegel elektrisch verstellt werden oder das Klimamanagement an die Kundenbedürfnisse individuell angepasst werden. Außerdem übernehmen elektrische Nebenaggregate Funktionen, die vom Kunden nicht direkt gesteuert werden. Betriebsmittel
wie Öl oder Kraftstoff werden durch elektrische Pumpen gefördert oder die Lenkbewegung durch elektrische Motoren unterstützt. Bei all ihren Vorteilen zur Erhöhung des Fahrkomforts, der Effizienz und der Funktionalität des Fahrzeuges, können die elektrischen Antriebe und Nebenaggregate jedoch auch negativ vom Kunden wahrgenommen werden. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn sie während ihres Betriebes Geräusche verursachen, die vom Kunden als störend empfunden werden und somit die Qualitätsanmutung des Fahrzeuges deutlich verschlechtern.


Der Trend zur zunehmenden Elektrifizierung des Kraftfahrzeuges wird zukünftig weiter voranschreiten.
Sei es durch den Einsatz alternativer Antriebskonzepte, durch die Optimierung bisheriger Antriebe, zum Beispiel durch die Start-Stopp-Funktionen, oder durch die Zunahme der Anzahl elektrischer Hilfsantriebe. Im Gegensatz zur damit steigenden Anzahl der elektrischen Verbraucher steht das Ziel zum effizienten Umgang mit Ressourcen. Neben dem Verbrauch von Energie in Form von Kraftstoff oder Strom sind hier ebenso der notwendige Einsatz von Kunststoffen und der Einsatz von begrenzten Rohstoffen (z.B. Metallen der Seltenen Erden) zu nennen. Nur mit einem auf den jeweiligen Anwendungsfall optimierten elektrischen Verbraucher kann der Material- und Energieeinsatz so gering wie möglich gehalten werden. Hierzu zählt ebenso eine bestmögliche Auslegung des Systems in Bezug auf den Wirkungsgrad. Wie Erfahrungen gezeigt haben, geht jedoch meist auch eine hohe Geräuschentwicklung mit einem hohen Wirkungsgrad einher. Bei der Entwicklung elektrischer Komponenten wird daher stets ein Kompromiss zwischen Wirkungsgrad respektive dem sparsamen Umgang mit Ressourcen und einem guten akustischem Verhalten gesucht.


Im Rahmen des angestrebten Forschungsvorhabens soll eine Machbarkeitsstudie für den Einsatz von aktiven Materialien (smart materials) in Kraftfahrzeugen zur Wirkungsgradsteigerung elektrischer Aggregate erstellt und anhand ausgewählter Demonstratoren die Wirksamkeit nachgewiesen werden. Da die vollständige Substitution bisheriger elektrischer Antriebe nicht in jeden Fall möglich ist, soll als erster Schwerpunkt dieses Vorhabens die Möglichkeiten der Wirkungsgradsteigerung durch funktionserweiterte Integration von smart materials bei elektrischen Aggregaten untersucht werden.


Das Ziel ist dabei ein optimal angepasster Wirkungsgrad im jeweiligen Betriebszustand und gleichzeitig ein akustisch unauffälliges und vom Kunden akzeptiertes Geräusch.

Den zweiten Themenschwerpunkt bildet die Analyse zu Möglichkeiten der vollständigen Substitution
bisheriger elektrischer Antriebskonzepte durch alternative Antriebskonzepte mit smart materials.

Das Ziel ist hierbei eine Reduktion des benötigten Bauraumes, der Anzahl an Einzelteilen und des Gewichtes bei gleichbleibendem oder höherem Wirkungsrad und mindestens gleichbleibendem akustischem Verhalten.

Beteiligte Mitglieder

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BURG Giebichenstein Kunsthochschule Halle

www.burg-halle.de
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DIGALOG GmbH

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Fraunhofer IKTS

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Fraunhofer IWU

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Germina Sportwelt GmbH

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Schicktanz GmbH Sohland/Spree

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