Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nachwuchswissenschaftler für Forschung an umweltfreundlichen Motoren und Turbinen ausgezeichnet

28.09.2012
Mit dem Hans-Dinger-Preis 2012 ehrt die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) drei Nachwuchswissenschaftler, die an besonders effizienten Motoren und Gasturbinen arbeiten.
Die Auszeichnung erhalten dieses Jahr Absolventen der Universitäten Aachen und Stuttgart. Jede der Arbeiten, so das Votum der fünfköpfigen Expertenjury, trägt zur Schonung fossiler Energieträger und damit zum Klimaschutz bei.

Den ersten Platz erreichte Philipp Skarke mit einer Diplomarbeit, die er im Rahmen eines von der FVV initiierten Forschungsvorhabens am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart erarbeitete. In dem mittlerweile abgeschlossenen Vorhaben wurde untersucht, wie Dieselmotoren so geregelt werden können, dass bei der Verbrennung möglichst wenig Schadstoffe entstehen. Der Selbstzünder ist zwar für seine hohe Effizienz bekannt, leidet aber darunter, dass Stickoxid- und Rußpartikelemissionen in der Regel zunehmen, wenn man ihn auf optimalen Verbrauch trimmt.
Eine Lösung bieten teilhomogene Verbrennungsverfahren, bei dem der Kraftstoff möglichst früh eingespritzt und ein hoher Anteil der angesaugten Frischluft durch Abgas ersetzt wird. Kraftstoff und Sauerstoff haben so mehr Zeit für die Gemischbildung, die Verbrennung vollzieht sich mit niedrigeren Spitzentemperaturen – zumindest im unteren und mittleren Drehzahlbereich und bei moderater Leistungsanforderung, wie sie für die Fahrt auf der Landstraße und im Stadtverkehr typisch ist.

Mit seiner Arbeit löst Skarke ein regelungstechnisches Problem teilhomogener Verbrennungsverfahren: Während der Einspritzzeitpunkt auf die Millisekunde genau zu regeln ist, reagiert die Abgasrückführung deutlich träger. Um die in den Zylinder zurück transportierte Abgasmenge dennoch exakt auf den Betriebszustand des Motors anzupassen, setzt die von Skarke entwickelte Regelung auf einen „Smith-Prädikator“ – eine Formel, die aktuelle Abweichungen von Soll- und Ist-Wert verfolgt und so eine Vorhersage erlaubt, wie sich der Ist-Wert in der Zukunft entwickeln wird.
„Skarke hat einen wichtigen Baustein für die im Rahmen des Vorhabens entwickelte Motorregelung geliefert“, erläutert Institutsleiter Michael Bargende. Prüfstandsversuche zeigen, dass mit der teilhomogenen Verbrennung die Rohemissionen an Stickoxid und Rußpartikeln um 80 bis 90 Prozent abnehmen und der Verbrauch dabei sogar um bis zu vier Prozent sinkt.

Dreidimensionale Schaufeln für Gasturbinen

Stephan Behre, der zweitplatzierte des diesjährigen Wettbewerbs, widmete seine an der Technischen Hochschule Aachen absolvierte Diplomarbeit der Wirkungsgradverbesserung bei Gasturbinen. Mit Hilfe eines computergestützten Verfahrens berechnete er, wie man die Turbinenräder so auslegen kann, dass während des Betriebs möglichst geringe Sekundärströmungen auftreten. Bei diesen Strömungen handelt es sich um unerwünschte Wirbel, die an den Grenzflächen zwischen den Turbinenrädern und der Seitenwand auftreten.
Sie stören die optimale Strömung durch die Turbine und sind für rund ein Drittel der gesamten Verlustleistung einer Turbine verantwortlich. Die optimale Lösung, fand Behre heraus, besteht darin, die Seitenwand asymmetrisch zu konturieren und gleichzeitig die für die optimale Anströmung zuständigen Leitradschaufeln dreidimensional zu verformen - von Experten „Compound Lean“ genannt. Diese kombinierte Konstruktionsweise führt bereits bei einer einzigen Turbinenstufe zu einer Wirkungsgradverbesserung von etwa 0,2 Prozent. Was zunächst wenig klingt, spart in einem Gaskraftwerk mit mehreren Tausend Betriebsstunden im Jahr mehr als eine Million Kubikmeter Erdgas.

Ob die bei Computersimulationen gefundene optimale Leitschaufelkonstruktion sich in der Praxis bewährt, untersucht das Aachener Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen derzeit im Rahmen eines weiteren FVV-Forschungsvorhabens an einem Turbinenprüfstand. „Es scheint sich zu bestätigen, dass wir durch solche dreidimensionale Schaufelformen die Durchströmung und damit den Wirkungsgrad von Gasturbinen entscheidend verbessern können“, sagt Institutsleiter Peter Jeschke.
Speicherkatalysatoren berechnen

Die dritte Auszeichnung geht 2012 an Matthias Fischer, Universität Stuttgart, für eine Bachelor-Arbeit. Fischer hat ein mathematisches Modell erstellt, mit dem die chemischen Vorgänge in einem Stickoxid-Speicherkatalysator wesentlich genauer simuliert werden können als bisher. In solchen Katalysatoren wird das im Abgas von Ottomotoren enthaltene Stickoxid zunächst in Form von Bariumnitrat gespeichert. In regelmäßigen Abständen wird der Motor für wenige Sekunden mit Kraftstoffüberschuss betrieben – mit der Folge, dass sich im Abgas Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe befinden. Sie verbinden sich beim Durchströmen des Katalysators mit dem Nitrat, dabei werden dann Kohlendioxid und Stickstoffmonoxid frei – letzterer wandelt sich an der Platin-Oberfläche des Katalysators zu elementarem, völlig unschädlichem Stickstoff.

Bisherige Simulationsmodelle konnten die Vorgänge in den Bariumverbindungen auf der Katalysatoroberfläche nur unzureichend simulieren. Fischer konnte mit dem neu entwickelten Modell durch Vergleich mit Prüfstandsmessungen nachweisen, dass sein Modell das reale Verhalten eines Speicherkatalysators gut nachbildet. „Damit ist ein wichtiger Schritt getan, um künftig das Alterungsverhalten von Speicherkatalysatoren bei der Motorregelung zu berücksichtigen“, erläutert Ulrich Nieken, der in Stuttgart das Institut für Chemische Verfahrenstechnik leitet.
Die prämierten Forschungsvorhaben sind überwiegend Projekte der industriellen Gemeinschaftsforschung und wurden über das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) finanziert. Die FVV fördert darüber hinaus Vorhaben an Hochschulen aus Mitteln der Industrie.

Der Hans-Dinger-Preis wird von der FVV alle zwei Jahre an Nachwuchswissenschaftler vergeben, die mit ihrer Arbeit besonders zum Gelingen eines der von der Forschungsvereinigung geförderten Projekte beigetragen haben. Die diesjährige Verleihung fand am 27. September auf der Herbsttagung der FVV in Dortmund statt. Mit ihrem Namen erinnert die Auszeichnung an den ehemaligen Entwicklungsgeschäftsführer und Vorstandsitzenden der MTU. Hans Dinger (1927 bis 2010) förderte die industrielle Gemeinschaftsforschung zeitlebens und war von 1989 bis zu seinem Tod Ehrenvorsitzender der FVV.

Stefanie Jost-Köstering | idw
Weitere Informationen:
http://www.fvv-net.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus
23.02.2017 | Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

nachricht Eine Milliarde Euro für die Hochschulmedizin
17.02.2017 | Deutsche Hochschulmedizin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie