Laboraustattung IKME

Permanenterregte Synchronmaschinen (PMSM) sind aufgrund ihrer kompakten Bauweise und hohen Leistungsdichte ein bevorzugter Aktuator für viele anspruchsvolle Applikationen. Für eine Regelung der Antriebe ist eine Leistungselektronik sowie eine komplexe Reglerstruktur notwendig deren Auslegung je nach Einsatzgebiet stark variieren kann. Die Regelung von PMSM ist somit ein wichtiges und stetig wachsendes Fachgebiet innerhalb der Antriebstechnik. An diesem Prüfstand werden durch ein Leistungsfähiges Real-Time-Target der Eingriff und die Analyse verschiedenster Abschnitte der Antriebsregelung ermöglicht. So können bekannte Regelungsmethoden analysiert, aber auch neuartige Algorithmen zur Regelung der PMSM erprobt und evaluiert werden.

Die stetig steigenden Anforderung an elektrische Maschinen hervorgerufen durch z.B. neue Einsatzgebiete oder gesetzliche Änderungen erfordert häufig eine Neuentwicklung abgestimmt auf die geforderten Randbedingungen. Das im Voraus simulativ bestimmte Verhalten des neu entwickelten Antriebes muss dann am Prototypen validiert werden. Mit Hilfe dieses Prüfstandes können sowohl Asynchronmaschinen als auch permanent oder elektrisch erregte Synchronmaschinen bis zu einer Bemessungsleistung von 7,5kW untersucht werden. Dabei ist es möglich eine 6-phasige Leistungsmessung durchzuführen umso z.B. den Wirkungsgrad des Antriebes inklusive des Umrichters ermitteln zu können.

Der 15 kW PCU-Prüfstand ist ein erweiterter BHKW-Prüfstand zur Untersuchung des PCU-Konzeptes und der damit verbundenen unterschiedlichen Betriebsmodi/-strategien. Der Versuchsstand dient der Kennfeldermittlung der Haupt-komponenten Verbrennungskraftmaschine, Asynchron-motoren und PKW-Taumelscheibenkompressor. Mittels Riemengetriebe werden die benötigten Über- oder Untersetzungen der Nenndrehzahlen der Systeme realisiert. Die Besonderheit des Prüfstands stellt die Kombination von Komponenten aus dem Gebäude- und Automotive-Bereich (Stationäres BHKW + KFZ-Klimaanlage) dar. Aktuell dient der Versuchsstand zur Messwertaufnahme im Rahmen eines Promotionsvorhabens, eines fakultätsübergreifenden Projektes in Kooperation mit der Fakultät IV und weiterer Abschlussarbeiten. Der Aufbau von Laborversuchen im Rahmen des Hochschulbetriebes ist in Planung.

Der Fokus der portablen BHKW-Prüfstände im Leistungsbereich von 1 bis 4 kW liegt auf in den Bereichen Gewichtsoptimierung, optimale Anordnung der Komponenten im Package, CFD- und FEM-Analysen und Design. Des Weiteren soll eine geeignete Abstimmung der Systemkomponenten gefunden werden, bei der in diesem neuen Leistungsbereich eine optimale Energieeffizienz erreicht wird.

Aktuell dienen die Versuchsstände zur Messwertaufnahme im Rahmen zweier Promotionsvorhaben, fakultätsübergreifender Projekte in Kooperation mit der Fakultät III und weiterer Abschlussarbeiten.

Aktuell befindet sich ein Prototyp eines portablen mikro-BHKWs (pmBHKW) im Aufbau.Die Ergebnisse und gewonnenen Erkenntnisse aus den vorangegangenen Versuchsaufbauten sollen hier konstruktiv übertragen und die Praxistauglichkeit exemplarisch für die Automobilindustrie überprüft werden.

Am Pedelec-Rollenprüfstand können unterschiedliche Pedelec-Typen in Hinblick auf die Reichweite, den Wirkungsgrad und den Energieverbrauch untersucht werden. Das Tretverhalten des Fahrers erfolgt dabei mit einem Antriebsmotor an der Tretkurbelwelle. Das Hinterrad des Pedelecs steht auf einer Rolle, die an einen weiteren Motor angeschlossen ist. Dadurch können äußere Einflussfaktoren wie bspw. Gegenwind oder Steigungen am Computer eingegeben und anschließend am Prüfstand nachgestellt werden.  Mit den Untersuchungen am Prüfstand sollen in Zukunft bestimmte Fahrsituationen genau abgebildet werden, um die Pedelecs für die entsprechenden Situationen optimal auslegen zu können (bspw. Pedelecs in Vermietsystemen).

Mit Hilfe des Prüfstandes können verschiedene Mikro-Elektrofahrzeuge (E-Skateboard, E-Roller, vierrädrigen Leichtkraftfahrzeug etc.) untersucht werden. Anders als beim Rollenprüfstand für Pedelecs erfolgt der Antrieb der zu untersuchenden Fahrzeuge nicht über einen zusätzlichen Motor sondern über das jeweilige Steuerungsgeräte, das mit dem Prüfstandscomputer verbunden ist. Auf dem Rollerprüfstand werden ebenfalls Fahrprofile bzw. Fahrzyklen abgefahren, um Komponenten zu untersuchen und  den Energiebedarf zu ermitteln. Darüber hinaus werden zusätzlich Umgebungs-, Akkumulatoren- und Motortemperaturen gemessen, um Wärmeverläufe zu untersuchen. Darauf aufbauend sollen die elektronischen Komponenten besser ausgelegt werden.

Zurzeit werden am Prüfstand Untersuchungen im Rahmen eines Promotionsvorhabens und weiteren Abschlussarbeiten durchgeführt.

Zum Einstieg in die Thematik Maschinenelemente wird als erste der beiden Einzelübungen die Getriebemontageübung durgeführt. Das verwendete Getriebe der Firma Getriebebau NORD GmbH & Co. KG ist ein dreistufiges Stirnradgetriebe mit Schrägverzahnung. Diese Ausführung ist zur Flanschmontage an einem Motor vorgesehen, was eine kompakte Baugröße ermöglicht. Im Gegenteil zur Stahlvariante ist das leichte Alu-Gehäuse gewichtssparend und somit besonders bei mitbewegten Antrieben (z.B. in der Förder- und Handhabungstechnik) bevorzugt einsetzbar.

Die zweite der beiden Einzelübungen ist anspruchsvoller als die Getriebemontageübung und wird daher erst nach dem Absolvieren der ersten Übung durchgeführt. Die Kettensägemontageübung dauert 60-120 Minuten, weshalb die Studenten pünktlich und vorbereitet zur Übung erscheinen und etwas Reservezeit einplanen sollten. Die Kettensäge ist von der Firma Stihl und hat die Bezeichnung „STIHL MS 170“. Die Aufgabe der Kettensägemontageübung ist die Demontage und anschließende Montage der Kettensäge nach Anleitung. Aufgrund der begrenzten Zeit der Laborübung sind nur die Hauptkomponenten und der Verbrennungsmotor zu zerlegen und die damit in Verbindung stehenden Bauteile zu demontieren.