Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Höhepunkte der Forschung

Am FG „Fluiddynamik“ wurde die weltweit zweitgrößte Simulation einer Kohlestaubflamme durchgeführt. Mit insgesamt 1,7 Milliarden Rechenpunkten wurden dabei neue Maßstäbe bei Detailtiefe und Genauigkeit der Schadstoffvorhersage gesetzt. Zum Einsatz kamen der massiv parallele Code PsiPhi des FG sowie über sechzehntausend Prozessorkerne des Höchstleistungsrechners SuperMUC am Rechenzentrum in München.

Prof. Christof Schulz, Leiter des FG „Reaktive Fluide“ wurde gemeinsam mit Prof. Hai Wang, Stanford University, Chefredakteur der Zeitschrift „Progress in Energy and Combustion Science“, die mit einem 5-Year Journal Impact Factor von 23,6 weltweit eines der wichtigsten Veröffentlichungsorgane im Bereich der Energieforschung ist.

Die DFG-Forschergruppe 2284 „Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel“ nahm ihre Arbeit auf. Acht Teilprojekte der Forschergruppe sind an den verschiedenen FG des Instituts für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) angesiedelt, eines davon gemeinsam mit dem An-Institut IUTA. Ein weiteres Teilprojekt im Fachgebiet „Nanostrukturtechnik“ schafft einen Brückenschlag zur Abteilung Elektro­technik und Informationstechnik.

Seit drei Jahren erforscht die DFG-Forschergruppe 1993 erfolgreich die „Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung“. Prof. Burak Atakan vom FG „Thermodynamik“ ist Sprecher dieser Forschergruppe, deren zweite Projektphase 2016 bewilligt wurde. In einer Kooperation zwischen dem KIT und der UDE werden die Möglichkeiten der brennstoffreichen motorischen Verbrennung zur gleichzeitigen Erzeugung von Nutzchemikalien, wie Wasserstoff oder Ethen, sowie Wärme und Arbeit untersucht. Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass ein solches kombiniertes Konzept eine gute Alternative im Vergleich zu zwei separaten Prozessen der Energiewandlung sowie der Stoffwandlung sein kann.

Flexible Energiewandlung ist auch ein wichtiges Thema im Anlagenbau. Das FG „Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik“ beschäftigt sich damit in einer Reihe von anwendungsorientierten Projekten. Z.B. fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) das Projekt „Partner-Dampfkraftwerk“ zur Ertüchtigung bestehender fossil befeuerter Kraftwerke hin zu hoch flexiblen Einheiten, die partnerschaftlich die Einbindung erneuerbarer Energien unterstützen, und die EU das Vorhaben „MefCO2“, in dem Verfahren zur Synthese von Methanol aus einer Kohlenstoffdioxid-Abscheidung unter der Nutzung von Stromüberschüssen entwickelt werden. Industriepartner wie E.ON, Mitsubishi Hitachi Power Systems, Siemens AG Energy und RWE Power zeugen von der strategisch einmaligen Lage der UDE im „Energie­zentrum“ Deutschlands.

Das FG „Allgemeine Betriebswirtschaftslehre und internationales Automobilmanagement“ beschäftigt sich mit strategischem Management in Zeiten, in denen sich Technologie, Produktion und Nutzung des Autos grundlegend ändern. Das FG koordiniert das BMBF-geförderte Projekt „Dienstleistungsinnovationen unabhängiger Multi-Franchise Händlergruppen auf dem Weg zu elektromobilen Lösungsanbietern“ (DEAL). Die Forschung bindet auch zwei FG der Mercator School of Management ein. Ebenfalls über die Abteilungsgrenzen hinaus geht das Projekt „Ausgestaltung des Nutzenversprechens innovativer Leistungen zur Verbesserung des Kundennutzens“, in dem das FG mit der IN-EAST School of Advanced Studies der UDE kooperiert. Aber nicht nur nützlich muss ein Auto sein – gut aussehen muss es auch. Deshalb setzt das FG seine Arbeiten im Designstudio NRW fort, gemeinsam mit der Folkwang-Universität der Künste in Essen und unterstützt durch das Wirtschaftsministeriums NRW im Vorhaben „Gestaltung des Interieurs eines Carsharing-Fahrzeugs“.

Die FG „Mechatronik“ und „Transportsysteme und -logistik“ begannen 2016 mit dem Projekt „Entwicklung von Leichtbau-Regalbediengeräten auf Basis von Seilroboter-Technik aus NRW (LEAN)“. Im Vergleich zu konventionellen Regalbediengeräten wird hier ein radikal neuer Ansatz verfolgt: Die Ein-Auslagervorrichtung wird hier von einem System verspannter Seile vor dem Regal geführt. Die Seile werden durch eine koordinierte Steuerung mehrerer Winden auf- oder abgewickelt und erlauben so eine präzise Positionierung der Nutzlast im Hochregal. Die energiezehrenden Beschleunigungs- und Bremsvorgänge für die hohen Massen konventioneller Regalbediengeräte entfallen. Eine Gewichtsreduktion von rund 90 % und drastische Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen sind möglich. In LEAN entwickelt ein Konsortium von Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus NRW die Komponenten und Subsysteme, um künftig die leistungsfähigsten Regalbediengeräte anbieten zu können. Der Projektumfang ist 2,4 Mio. Euro.

In mehreren spannenden DFG-Projekten treibt das FG „Thermische Verfahrenstechnik“ die Wissenschaft hinter dem Trennverfahren der Adsorption, das oft zur Reinigung von Gasen eingesetzt wird, voran. Gemeinsam mit dem FG „Thermodynamik“ geht es um die „Entwicklung neuartiger Adsorbentien auf Aktivkohle-Basis durch CVI-Infiltration von keramischen Materialien“, innerhalb des Schwerpunktprogrammes 1570 um die „Entwicklung mikro/makroporöser kugelförmiger Adsorbentien zur Adsorption verschiedener Inhalationsanästhetika“, und „Untersuchungen zur kryogenen Adsorption kurzkettiger Kohlenwasserstoffe im Temperaturbereich zwischen -80°C und 0°C“ erweitern den Einsatzbereich dieses vielseitigen Verfahrens.

Auch das FG „Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme“ (ISMT) begann eine Reihe von DFG-geförderten, grundlagen-orientierten Projekten. Hier geht es z.B. um Verfahren zur Berechnung von Schnittlasten einer Schiffsstruktur, Modelle zur Vorhersage von kavitationsbedingter Erosion und um die Einflüsse von Phasenwechsel, Viskosität und Dichteverhältnis auf das unter Umständen gefährliche Schwappen (engl. „sloshing“) in teilgefüllten Tanks.

Einer der Forschungsschwerpunkte des FG „Konstruktion und Kunststoffmaschinen“ ist die Modellbildung und Simulation von Kunststoffverarbeitungs-Prozessen. Das Ziel ist die durchgängige, realistische, computergestützte Abbildung dieses Verarbeitungsprozesses. Denn dann ergibt sich die Möglichkeit einer virtuellen Optimierung der verwendeten Komponenten, die einer zeit- und kostenintensiven rein experimentellen Erprobung begegnet. Als konsequente Fortführung der erfolgreichen Forschung werden die erworbenen wissenschaftlichen Erkenntnisse derzeit im DFG-Erkenntnistransferprojekt „Analyse und Optimierung der Folienkühlung in industriell betriebenen Hochleistungsblasfolienanlagen mittels integrativer Prozessmodelle“ gemeinsam mit einem Industriepartner in die industrielle Praxis überführt.

Ein Forschungsschwerpunkt im FG „Steuerung, Regelung und Systemdynamik“ sind echtzeitfähige Diagnose- und Prognoseverfahren für den Erhaltungszustand technischer Systeme. Konkrete Anwendungsbeispiele im FG sind Reibverschleißversuche, Lithiumbatterien sowie Windenergieanlagen. Es gelang in kurzer Zeit zwei Schwerpunktbeiträge im Journal „Renewable & Sustainable Energy Reviews“ mit einem Impact Factor von jeweils 6,7 zu publizieren. Schwerpunkt der Beiträge sind neue Forschungsfragestellungen der Automatisierungstechnik bei komplexen Windenergieanlagen.