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E2MUT_Sachbericht_zum_Verwendungsnachweis_APEX_VP1.3 - Abschlussbericht
Get PDFDas Teilprojekt 1.3 im Rahmen des Projekts RUBIN-E2MUT hat zum Ziel, Konzepte für ein dezentrales und individuelles Energiebereitstellungssystem auf Basis von Wasserstoff zu entwickeln. Diese Konzepte sind Systeme, die für die maritime Elektromobilität angepasst sein sollen und modular sowie anwendungsfallspezifisch erweiterbar gestaltet werden. Hierbei geht es insbesondere um die Entwicklung von Konzepten zur Wasserstoffbereitstellung, -speicherung und -betankung, sowie dazu passenden Ladetechnologien für maritime Transporteinheiten. Das Vorhaben wird in enger Abstimmung mit Projektpartnern durchgeführt, wobei APEX Energy als Antragsteller maßgeblich für die Systemkonzeption und Bewertung mittels Simulationen verantwortlich ist. Es besteht ein enger Zusammenhang zu den im TP2.2 erarbeiteten Ergebnissen, die sich auf die Nutzung derselben wasserstoffbasierten Energieträger auf einem Schiff konzentrieren.
Die aktuellen Entwicklungen in der Wasserstofftechnologie zeigen, dass Einzelkomponenten wie Brennstoffzellen, Druckspeichern, LOHC-Systeme und Flüssigwasserstoffspeicher bereits den Stand der Technik repräsentieren und teilweise serienmäßig verfügbar sind. Dennoch bestehen für das maritime Anwendungsfeld spezifische Herausforderungen. Dazu zählen die Auslegung und Integration dieser Technologien in modulare und skalierbare Architekturen, die Verwendung und Entwicklung von Simulationen, die realitätsnahe mögliche Szenarien/Betriebsfälle abbilden können, um die Leistungsfähigkeit der neuen Systeme bewertbar zu machen und eine fundierte Auswahl der besten Systemkomponenten ermöglichen, sowie die Nutzung weiterer innovativer Energieträger wie dem LOHC, der Ameisensäure berücksichtigen. Letztere bietet durch ihre hohe Energiedichte und einfache Handhabung großes Potenzial, die Anwendung ist jedoch weiter Entwicklungsthema und noch nicht vollständig ausgereift.
Obwohl ähnliche Themen bereits in Projekten wie ELEKTRA oder MULTISCHIBZ untersucht wurden, stellt die Entwicklung vollständig modularer Konzepte für den maritimen Bereich eine neuartige Herausforderung dar. APEX bringt hier wertvolle Erfahrungen aus früheren Projekten ein, insbesondere im Bereich der Simulation und Konfiguration von Power-to-X-Systemen, die als solide Grundlage für das aktuelle Vorhaben dienen.
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Methode zur In-Situ Erfassung von wirkzonennahen Temperaturverläufen für das laserbasierte Automated Fiber Placement
Get PDFDas laserbasierte Automated Fiber Placement (AFP) ist ein Verfahren zur in-situ-Herstellung von Leichtbaustrukturen aus kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten. Bei dieser Herstel-lungsweise werden dünne Streifen vorimprägnierter Faserbänder unter Einsatz eines Lasers und einer Andruckrolle kontinuierlich in-situ miteinander gefügt. Dieser reversible Fügeprozess führt zu Vorteilen wie einer verbesserten Recyclierbarkeit und dem Wegfall des energieinten-siven, nachträglichen Autoklavprozesses. Die Herausforderung besteht jedoch darin, dem Autoklav gleichwertige mechanische Eigenschaften zu erzielen. Ein Schlüssel zur Bewälti-gung dieser Herausforderung ist die genaue Kenntnis der thermisch-mechanischen Belastung im Prozess. Aktuell verwendete Messtechnologien sind noch nicht in der Lage, die prozess-begleitende, kontinuierliche Erfassung der Temperaturhistorie in der fügerelevanten Prozess-zone zu leisten. Zwar kann die Temperatur vor und nach der Fügestelle durch Infrarot-Thermographie erfasst werden, jedoch ist die Fügestelle selbst durch die Andruckrolle ver-deckt. In das Laminat eingebrachte Thermoelemente oder faseroptische Sensoren messen die Temperatur nur punktuell und werden aktuell ausschließlich zur Modellvalidierung genutzt, wobei sie gleichzeitig als Störstellen agieren und die Temperatur über- bzw. unterschätzen können.
Gegenstand des Projektes InSiTe war daher die grundlegende Untersuchung einer neuartigen Messmethode für das laserbasierte AFP. Durch die Integration faseroptischer Dehnungs-sensoren in die Mantelfläche der Andruckrolle zielt diese Messmethode auf die Erzeugung einer temperatursensitiven Oberfläche ab, die während der in-situ Herstellung kontinuierlich Kontakt im Bereich der Fügestelle hat. Da beim Fügen gleichzeitig mechanische und thermi-sche Belastungen wirken, wurde im Projekt zunächst eine Methode zur Kompensation der mechanischen Dehnung entwickelt. Diese Methode ermöglicht die Trennung der mechanisch induzierten Dehnungen von den für die Temperaturmessung relevanten thermisch induzierten Dehnungen. Die Untersuchungen im Projekt haben gezeigt, dass unter stationärer thermischer Belastung eine Temperaturmessung mit einer Messgenauigkeit von ±9 °C mit einer Tempera-turauflösung von 0,17 °C in einem Temperaturbereich bis 350 °C bei AFP äquivalenten Kon-takzeiten von 0,24 s erreicht werden kann. Unter instationären thermischen Belastungen mit hochdynamischen Wärmeströmen, die für das AFP charakteristisch sind, hat sich dagegen gezeigt, dass eine eindeutige Messung der Fügetemperatur aktuell noch nicht möglich ist. Dies ist auf dominante, prozessinhärente Wärmeströme zurückzuführen, die nicht in Richtung der Messfaser verlaufen. Perspektivisch müssen weitere Untersuchungen zur Reduktion der thermischen Trägheit des Sensorsystems sowie der gezielten Steuerung von Wärmeströmen im AFP-Prozess, z. B. durch temperierte Formwerkzeuge oder Konsolidierungsrollen, zur Be-fähigung dieser Messmethode für instationäre thermische Belastungen folgen.Laser-based automated fibre placement (AFP) is a process for the in-situ production of light-weight structures made from carbon fibre-reinforced thermoplastics. In this manufacturing method, thin strips of pre-impregnated fibre tapes are continuously joined together in situ using a laser and a consolidation roller. This reversible joining process results in advantages such as improved recyclability and the elimination of the energy-intensive subsequent autoclave process. However, the challenge is to achieve mechanical properties equivalent to those of the autoclave. A key to overcoming this challenge is precise knowledge of the thermal-mechanical stress in the process. Currently used measurement technologies are not yet capa-ble of continuously recording the temperature history in the joining-relevant process zone dur-ing the process. Although the temperature before and after the joint can be recorded using infrared thermography, the joint itself is obscured by the pressure roller. Thermocouples or fibre optic sensors inserted into the laminate only measure the temperature at specific points and are currently used exclusively for model validation, whereby they also act as interference points and can overestimate or underestimate the temperature.
The aim of the InSiTe project was therefore to conduct fundamental research into a novel measurement method for laser-based AFP. By integrating fibre optic strain sensors into the surface of the consolidation roller, this measurement method aims to create a temperature-sensitive surface that is in continuous contact with the joint area during in-situ manufacturing. Since mechanical and thermal stresses act simultaneously during joining, the project first de-veloped a method for compensating for mechanical strain. This method makes it possible to separate the mechanically induced strains from the thermally induced strains relevant for tem-perature measurement. The investigations in the project have shown that under steady-state thermal stress, a temperature measurement with a measurement accuracy of ±9 °C with a temperature resolution of 0,17 °C can be achieved in a temperature range up to 350 °C at AFP equivalent contact times of 0,24 s. Under transient thermal loads with highly dynamic heat flows, which are characteristic of AFP, it has been shown that a clear measurement of the joining temperature is currently not yet possible. This is due to dominant, process-inherent heat flows that do not run in the direction of the measuring fibre. Further investigations into reducing the thermal inertia of the sensor system and the targeted control of heat flows in the AFP process, e. g. through temperature-controlled molds or consolidation rollers, must follow in order to enable this measurement method for transient thermal loads
Partnerspezifischer Schlussbericht
Get PDFDas Forschungsprojekt DOCT (Digital OTA Connectivity Twin) verfolgte das Ziel, die Absicherung von Fahrzeug-Connectivity-Systemen zu transformieren. Angesichts der zunehmenden Bedeutung drahtloser Kommunikation für automatisiertes Fahren, Software-Updates und sicherheitskritische Anwendungen wurde eine neue, digitale Testumgebung entwickelt, die reale Funkbedingungen realitätsnah abbildet. Der bisherige Ansatz, Systeme durch reale Fahrtests zu validieren, ist teuer, zeitaufwendig und nur begrenzt reproduzierbar. DOCT setzt hier an und ermöglicht durch den Einsatz eines Digital Twins eine skalierbare Lösung zur virtuellen Absicherung. Im Zentrum des Projekts stand die Entwicklung eines digitalen Zwillings, der reale Funkumgebungen auf Basis von Mess- und Simulationsdaten nachbildet. Dazu wurden über 60 Use Cases analysiert und in vier Kategorien eingeordnet: Entertainment, Safety, Autonomous Driving und Vehicle Operations Management. Für diese Anwendungsfälle wurden Key Performance Indicators (KPIs) definiert, wobei sich zwei Hauptgrößen als besonders aussagekräftig herausstellten: der Datendurchsatz und die Empfangsleistung. Zur Reduktion der Testkomplexität wurden Funkkanaldaten und durch Clustering in repräsentative Szenarien überführt. Diese Szenarien wurden in einer Messhalle über ein modulares Emulationssystem – basierend auf der „Wireless Cable“-Methode – getestet. Dabei kamen Fahrzeuge mit seriennahen Antennensystemen und Testmodulen zum Einsatz. Die Emulation ermöglichte eine präzise, reproduzierbare Bewertung der Systemleistung unter kontrollierten Bedingungen. Des Weiteren wurden die Einsatzmöglichkeiten von KI-Methoden untersucht. Maschinelles Lernen wurde eingesetzt, um Zusammenhänge zwischen KPIs zu modellieren und synthetische Testdaten zu generieren. Zudem wurde das Potenzial großer Sprachmodelle zur automatisierten Testplanung untersucht. Das Projekt wurde von einem starken Konsortium unter Leitung der Mercedes-Benz AG getragen und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) und der Europäischen Union gefördert. Mit DOCT wurde eine zukunftsweisende Grundlage für die Absicherung von Fahrzeugkommunikationssystemen geschaffen – ein wichtiger Schritt für die sichere, nachhaltige und international wettbewerbsfähige Mobilität von morgen.The research project DOCT (Digital OTA Connectivity Twin) aimed to transform the validation of vehicle connectivity systems. In light of the growing importance of wireless communication for automated driving, software updates, and safety-critical applications, a new digital test environment was developed that realistically simulates real-world radio conditions. The previous approach of validating systems through real-world test drives is costly, time-consuming, and only partially reproducible. This is where DOCT comes in, using a digital twin to provide a scalable solution for virtual validation. At the heart of the project was the development of a digital twin that replicates real radio environments based on measurement and simulation data. More than 60 use cases were analyzed and categorized into four groups: Entertainment, Safety, Autonomous Driving, and Vehicle Operations Management. Key Performance Indicators (KPIs) were defined for these applications, with two metrics proving particularly meaningful: data throughput (Throughput) and signal reception quality. To reduce test complexity, radio channel data was converted into representative scenarios through clustering. These scenarios were tested in a measurement hall using a modular emulation system based on the “Wireless Cable” method. Real vehicles equipped with near-production antenna systems and test modules were used. The emulation enabled precise, reproducible performance evaluations under controlled conditions. Furthermore, the possible applications of AI methods were investigated. Machine learning was used to model relationships between KPIs and generate synthetic test data. Additionally, the potential of large language models for automated test planning was explored. The project was led by a strong consortium under the coordination of Mercedes-Benz AG and funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWE) and the European Union. DOCT has laid a forward-looking foundation for the validation of vehicle communication systems – a key step toward safe, sustainable, and globally competitive mobility of the future
gemeinsamer Sach- und Abschlussbericht in der Förderlinie "Abbau von Bildungsbarrieren: Lernumwelten, Bildungserfolg und soziale Teilhabe" im Rahmenprogramm empirische Bildungsforschung
Get PDFIm Fokus des Projekts standen Fragen danach, welche Bedingungen im Setting der „Digital Impact Labs“ Bildungsteilhabe sozial benachteiligter Jugendlicher im Sozialraum ermöglichen bzw. beschränken, um so Gelingensbedingungen dieser Arbeit zu identifizieren, zu systematisieren und übertragbare Konzepte zu entwickeln. Der Fokus lag auf einem Verständnis von Bildung als Veränderung von Selbst- und Weltverhältnissen, d.h. Transformationsprozesse, die die Grundlage der Herausbildung tragfähiger (bildungs-)biografischer Orientierungen darstellen und auch Lernprozesse umfassen. Im Projekt sind Lern- (als basale Aneignungs- und Transformationsmodi) und Bildungsprozesse (als erweiterte Kontextualisierungen und Übertragungen dieser Lernerfahrungen) rekonstruiert und zielgruppendifferenziert mit Blick auf subjektive und strukturelle sowie angebotsbezogene Bedingungen hin analysiert worden. Um einen Homogenisierungsfehlschluss durch eine reine Territoriumsfokussierung zu vermeiden, wurden neben den Angeboten selbst sowohl auf organisationaler als auch auf subjektbezogener Ebene die sozialräumlichen Bezüge und Teilhabevoraussetzungen im Zusammenhang der Lab-Angebote und ihrer Teilnehmenden rekonstruiert
RUBIN-Bündnis SAPHIR : Verbundprojekt VP 2: Breakthrough Electroceramics
Get PDFDas Ziel des Projekts, einen deutlichen Fortschritt in der Werkstoffentwicklung zu erzielen und
damit die wissenschaftlich-technische Innovationsbasis der Elektrokeramik im Tridelta Cam-
pus Hermsdorf weiterzuentwickeln, wurde erreicht. So wurden neue, bleifreie Keramikheizer
und Piezokeramiken entwickelt. Für letztere wurden hohe, stabile Dehnungen von 0,9‰ bis 100–140°C realisiert und die Behandlungstemperatur der Keramiken durch Sinterhilfsmittel auf 1.120°C gesenkt. Für die Keramikheizer wurde hervorragendes Widerstands-Temperatur-Verhalten mit Sprungtemperaturen von 180°C, somit sogar über dem ursprünglichen Ziel, erreicht. Diese können bei Spannungen von 60–200V ohne starke Alterung betrieben werden. Es wurden darüber hinaus kontrolliert leitende Isolatorwerkstoffe entwickelt, deren spezifischer Widerstand sich durch Dotierung und atmosphärenkontrolliertes Sintern gezielt auf Werte im Bereich von 106 bis 1014 Ωcm einstellen lässt. Und es wurden niedrigsinternde Varistorwerkstoffe und daraus Siebdruckpasten entwickelt, die mit guter Auflösung gedruckt und mit LTCC gemeinsam gesintert werden können. Dabei wurden zum ersten Mal überhaupt in LTCC integrierte Ableitelementen erreicht, dazu mit Nichtlinearitäten α von 15, deutlich über der Erwartung. Aus allen Entwicklungen wurden Demonstratoren bei den Industriepartner aufgebaut und auf Eigenschaften und die weitere Verwertung im Nachgang des Projekts charakterisiert
Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben "ILSE" : öffentlicher Schlussbericht
Get PDF1. Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik: Die Digitalisierung in der Fernwärme gewinnt stark an Bedeutung. Darunter fällt auch das Thema der Nutzung von künstlicher Intelligenz. Digitale Messdaten aus Hausstationen liegen zunehmend vor, der Einsatz von maschinellen Lernverfahren (ML) zur Erkennung ungewöhnlicher Betriebszustände steht jedoch noch am Anfang. Im AGFW-Regelwerk sind die Themen Digitalisierung oder Künstliche Intelligenz derzeit nur untergeordnet oder nicht vertreten.
2. Begründung/Zielsetzung der Untersuchung: Einer der vielen Ansatzpunkte zum Einsatz von ML in der Fernwärme ist die Erkennung von Anomalien und fehlerhaften Zuständen an HAST für die vorausschauende Instandhaltung (Predictive Maintenance) und zur Unterstützung der Störungsbehebung. Hier setzt das Forschungsvorhaben ILSE an.
3. Methode: Auf Basis realer Betriebs- und Störungsdaten wurden nach CRISP-DM Daten aufbereitet, kuratiert und manuell gelabelt. Darauf aufbauend wurden verschiedene ML-Modelle, Metriken und synthetische Datengenerierung erprobt sowie ein Daten- und Störungsmodell, KPIs und ein Integrationskonzept in die Monitoring-Software MetricX entwickelt. Begleitende Lead-User- und Evaluationsworkshops stellten die Nutzerzentrierung sicher.
4. Ergebnis: Es konnten belastbare Datensätze und Prototypen zur Erkennung ungewöhnlicher Betriebszustände entwickelt werden. Synthetische Verfahren verbesserten die Erkennung von Störungen nicht, können aber störungsfreie Trainingsdaten ergänzen.
5. Schlussfolgerung/ Anwendungsmöglichkeiten: Lernende Systeme sind grundsätzlich geeignet, Störungen in Hausstationen früher zu erkennen und so Instandhaltung planbarer zu machen und Ausfälle zu reduzieren. Für den Transfer in andere Netze sind Datenqualität, Standardisierung und geeignete Prozesse entscheidend; hier besteht weiterer Forschungs- und Umsetzungsbedarf