Am 12. November haben Bayernwerk-Vorstand Reimund Gotzel und der Bayerische Staatsminister für Wissenschaft und Kunst Bernd Sibler den Kulturpreis Bayern 2020 vergeben. Die Auszeichnung fand im Rahmen einer Übertragung per Livestream statt.
Prämiert wurden insgesamt 33 Absolventen staatlicher bayerischer Hochschulen und Universitäten in den Kategorien Kunst und Wissenschaft. Dass die Weiterentwicklung der Mobilität dabei hoch im Kurs steht, zeigten vier Nachwuchswissenschaftler mit ihren Themen.
Beste Kühlertechnologie für Elektroautos
Die Elektromobilität nimmt immer mehr an Fahrt auf. Dennoch lassen sich einzelne Komponenten innerhalb eines E-Autos, wie etwa das On-Board-Ladegerät (OBC), noch verbessern.
Mit einem der größten mechanischen Teile, dem Kühler, beschäftigt sich Michael Lermer in seiner Masterarbeit im Studiengang „Applied Research in Engineering Sciences“ an der Technischen Hochschule Regensburg. Er vergleicht darin drei unterschiedliche Wasserkühler mithilfe von analytischen Berechnungen und Simulationen und überprüft die Ergebnisse mit umfangreichen Messungen.
Die beste Gesamtperformance liefert die sogenannte Pin-Fin-Technologie. Kommt es auf eine hohe lokale Kühlleistung an, wäre ein Design mit Blechplatten als Turbulenzgeneratoren zu bevorzugen. Dieses Ergebnis hat Lermer in einem einzigen normierten Vergleichsdiagramm dargestellt.
Diese Art der Darstellung sowie die umfassenden Abgleiche zwischen Simulation und Realität vereinfachen den Vergleich verschiedener Technologien zur Kühlung von Leistungselektronik stark. „Damit ist es schon zu Beginn einer neuen Produktentwicklung für die Anwendung in der Elektromobilität möglich, wichtige Designentscheidungen zu treffen und so die Entwicklungszeiten zu verkürzen“, sagt Lermer.
Heizung für mehr E-Auto-Reichweite
Im Winter reduziert sich die Reichweite von batteriebetriebenen Elektroautos um bis zu 50 Prozent. Das ist zum einen konstruktionsbedingt und liegt zum anderen an dem hohen Energieverbrauch der eingebauten Heizanlage.
Für seine Masterarbeit im Studiengang „Applied Research in Engineering Sciences“ an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Ansbach hat Christian Riess zwei Jahre lang geforscht und konnte die Reichweite seines Test-E-Autos um bis zu 25 Prozent erhöhen. Das Ziel des Ingenieurs war es, den durch die Bordheizung bedingten Reichweitenverlust zu quantifizieren und eine Substitutionslösung zu testen.
Im elektrischen Forschungsfahrzeug hat er dazu den serienmäßigen Luftheizer gegen die Airtronic D2 von Eberspächer Climate Control Solutions ausgetauscht. Nach Optimierungsmaßnahmen beim Einbau der neuen Heizanlage und vielen Testfahrten unter realen Winterbedingungen konnte er den Reichweitenverlust des batteriebetriebenen Elektroautos senken.
Seine Arbeit sieht Riess als Grundlage für eine Elektrifizierung von nutzlastsensiblen Leicht-Nutzfahrzeugen, wie sie für den Transport im innerstädtischen Bereich auf der sogenannten letzten Meile eingesetzt werden können. „Die CO2-neutrale Substitution der Heizlösung ermöglicht hier eine Reduktion der Batteriekapazität und des damit verbundenen Gewichts bei herkömmlichen Batterietechnologien“, erklärt der Wissenschaftler. „Hieraus resultiert eine höhere Nutzlast bei gleichbleibenden Fahrleistungen unter kalten Bedingungen.“
Schnelleres Aushärten von Kleber durch Mikrowellen
Wenn es im Automobilbau darum geht, Bauteile miteinander zu verbinden, spielt das Kleben eine immer größere Rolle. Dabei kommt unter anderem die Mikrowellentechnik zum Einsatz.
In ihrer Masterarbeit im Studiengang „Verbundwerkstoffe“ an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof untersucht Stefanie Meyer die Eignung dieses Verfahrens als Aushärtungsmethode für Klebeverbindungen. Im ersten Schritt vergleicht sie die Vor- und Nachteile der Mikrowellenstrahlung mit anderen aktuell eingesetzten Methoden. Während sich die Mikrowellentechnik durch eine gute Energieeffizienz auszeichnet, gibt es auf der anderen Seite beispielsweise einen hohen Entwicklungsaufwand.
In der speziell von ihr aufgebauten Mikrowellenanlage ließ Meyer zunächst Zwei-Komponenten-Klebstoffe, die die beiden Fügepartner miteinander verbinden, aushärten. Im Anschluss nahm sie vertiefende Untersuchungen verschiedener Parameter vor.
Mit ihren Analysen kann die Forscherin bestätigen, dass sich ein bestimmtes Klebstoffsystem für die Aushärtung durch Mikrowellen eignet. Darüber hinaus ist es ihr gelungen, die Aushärtezeit des Klebstoffs durch die Mikrowellentechnik im Vergleich zur Infrarottechnik, bei der der Energieeintrag durch Strahlung erfolgt, um über 25 Prozent zu reduzieren.
Präzisere Sensoren für die Abgasreinigung
Obwohl die Zahl an zugelassenen Elektroautos steigt, wird es oftmals unvermeidbar bleiben, Verbrennungsmotoren beziehungsweise -prozesse zu verwenden. Auch mit dieser Technik ist es trotz allem möglich, sauber und damit ungefährlich für Umwelt und Mensch mobil zu sein.
Dafür will auch Dr. Thomas Ritter mit den Ergebnissen seiner Dissertation im Umweltingenieurwesen an der Universität Bayreuth sorgen. Er hat sich mit der Entwicklung eines neuartigen Prinzips für Gassensoren beschäftigt. Bisher gibt es zwar Sensoren basierend auf dem untersuchten Prinzip der Mischpotenziale, jedoch keine kommerziell erhältlichen Systeme. Eine mögliche Ursache vermutet Ritter darin, dass keine quantitative Beschreibung des bisher verwendeten Sensorprinzips existiert.
Der Wissenschaftler hat deshalb einen neuartigen Sensoraufbau sowie ein passendes Berechnungsmodell entwickelt. Der Aufbau gewährleistet reproduzierbare Messungen, die ein umfassendes Verständnis der Einflussfaktoren und Wirkungsketten liefern. Mit dem Modell wird die zugrundeliegende Theorie mit den Messdaten verifiziert.
Mithilfe der erzielten Ergebnisse lässt sich das Prinzip der Mischpotenzial-Sensorik prinzipiell nun auch virtuell durch Simulationen untersuchen. Dazu Ritter: „Aufwendige Messreihen bleiben erspart beziehungsweise werden reduziert, da die wichtigsten Mechanismen aufgeklärt wurden. Nun können Gassensoren dieses Prinzips entwickelt werden, die auch in rauen Abgasbedingungen selektiv und empfindlich Schadstoffe detektieren.“
Zum Kulturpreis Bayern
Der Kulturpreis Bayern wird seit 2005 von Bayernwerk und dem Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst vergeben. Er geht auf den Kulturpreis Ostbayern zurück, der erstmals im Jahr 1959 verliehen wurde.
Der Kulturpreis Bayern in der Sparte Kunst und der Sonderpreis sind mit jeweils 5.000 Euro dotiert, der Preis in der Sparte Wissenschaft mit je 2.000 Euro. Die fünf Ausgezeichneten in der Sparte Kunst wählt eine Fachjury aus, während die 33 Preisträger der bayerischen Hochschulen und Universitäten von ihrer jeweiligen Institution benannt werden. Alle Preisträger erhalten außerdem den vom Schwandorfer Bildhauer Peter Mayer geschaffenen „Gedankenblitz“.
