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"Optimierte E-Maschinen": Erster DE-AT Transregio-Spezialforschungsbereich bewilligt

TU Darmstadt und TU Graz wollen elektrische Maschinen durch Computersimulationen entscheidend verbessern. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und der österreichische Wissenschaftsfonds FWF fördern das Vorhaben mit über 8 Mio Euro.

TU Darmstadt und TU Graz intensivieren ihre Forschungen, wie sich elektrische Maschinen durch Computersimulation entscheidend verbessern lassen. © HDA/TU Darmstadt unter CC-BY 4.0

Das bewilligte koordinierte Programm mit dem Langtitel „Computergestütztes elektrisches Maschinenlabor. Thermische Modellierung, transiente Analysis, Geometriebeschreibung und robustes Design“ ist der erste gemeinsame deutsch-österreichische Forschungsverbund in der Förderlinie „Sonderforschungsbereiche/Transregio (DFG) / Spezialforschungsbereiche (FWF)“. Die Technischen Universitäten Darmstadt und Graz werden hier künftig ihre gemeinsamen Forschungsarbeiten zur Simulation elektrischer Maschinen vertiefen und vorantreiben.

Potenzial elektrischer Maschinen für Klimaziele nutzen

Elektrische Maschinen spielen seit Jahrzehnten eine zentrale Rolle bei der Energieumwandlung, nicht nur als Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie, sondern auch als Motoren, z.B. für Elektrofahrzeuge. Sie machen mehr als die Hälfte des elektrischen Gesamtenergieverbrauchs aus. Die moderne Leistungselektronik brachte zahlreiche neue Betriebs- und Einsatzmöglichkeiten solcher Motoren, und zusammen mit neuen Materialien und Fertigungstechniken sowie durch Fortschritte in der Konstruktionsoptimierung und Regelungstechnik bergen sie enormes Potenzial für das Erreichen der Klimaziele.

Paradigmenwechsel im Designen und Entwickeln

Aktuelle Auslegungsverfahren für elektrische Maschinen basieren auf nur wenigen Parametern und Betriebsarten, typischerweise bei konstanter Drehzahl oder konstantem Drehmoment. Optimierungspotenzial bleibt dadurch auf der Strecke. „Dieses Potenzial wollen wir nun nutzbar machen und mit den Forschungsarbeiten einen Paradigmenwechsel vollziehen, hin zu neuen integrierten Simulations- und Auslegungsansätzen“, erklären Sebastian Schöps und Annette Mütze unisono. Schöps ist Leiter des Fachgebiets Computational Electromagnetics der TU Darmstadt und ist im SFB Sprecher der deutschen Seite. Annette Mütze leitet das Institut für Elektrische Antriebstechnik und Maschinen der TU Graz und ist Sprecherin der österreichischen Seite. Die neuen Ansätze berücksichtigen von Anfang an alle wichtigen Aspekte einer elektrischen Maschine, wie Form und Topologie, zeitabhängige Betriebszyklen, komplexes Materialverhalten, Parameterunsicherheiten, Robustheit und Lärmentwicklung, sowie neue Kühltechniken zum Ausreizen thermischer Grenzen.

Neue Lösungen mithilfe computergestützter Simulationen

Das Modellieren, Simulieren und Optimieren eines derart komplexen Systems stellt extreme Herausforderungen an das Computational Engineering (CE). Auf diesem Gebiet arbeiten Schöps und Mütze bereits seit mehreren Jahren zusammen. Bei CE handelt es sich um eine interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin mit Verbindungen zur angewandten Mathematik, der Informatik und den Ingenieurwissenschaften, die sich neben Theorie und Experiment als dritte Säule des ingenieurwissenschaftlichen Erkenntnisgewinns etabliert hat.

Das Konsortium

Das Konsortium besteht aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der beiden strategischen Partneruniversitäten TU Darmstadt und TU Graz, sowie der Johannes Kepler Universität Linz. Neben den ausgewiesenen Expertinnen und Experten in den beteiligten Themenbereichen sind darüber hinaus auch zahlreiche Jungwissenschaftlerinnen und Jungwissenschaftler vertreten. Der TRR-SFB ist an beiden Universitäten eng in die dortigen Strukturen, etwa in das Centre for Computational Engineering (CCE) der TU Darmstadt wie auch in das Graz Center of Computational Engineering (GCCE), eingebunden.

SPyCoDE“ mit TU Graz-Beteiligung

Der österreichische Wissenschaftsfonds FWF hat zudem einen weiteren Spezialforschungsbereich mit TU Graz-Beteiligung genehmigt. Unter der Leitung der TU Wien arbeiten Forschende der TU Graz, der Universitäten Wien und Klagenfurt sowie des IST Austria im Spezialforschungsbereich „SPyCoDE“ gemeinsam an technologischen Grundlagen zur Verwirklichung des Prinzips „Security and Privacy by Design“. Dieser Grundsatz ist in der neuen europäischen Datenschutz-Grundverordnung verankert. Er schreibt vor, dass der Datenschutz bereits in der frühen Entwurfsphase von IT-Infrastrukturen berücksichtigt werden sollte. Ein Ideal, das mit den derzeit verfügbaren Technologien nicht erreicht wird, wie die Zahlen der Angriffe und Sicherheitslücken zeigen. Das SPyCoDE-Team – allesamt international führende Köpfe aus den Bereichen Logik, Systemsicherheit und Kryptographie – wird in den nächsten vier Jahren nun einen Wissensspeicher für Lehre, Grundlagenforschung und Technologietransfer aufbauen; Unternehmen sollen Zugang zu Werkzeugen erhalten, mit denen sie komplexe IT-Systeme bauen können, die von vornherein sicher sind und die Privatsphäre schützen. Das Fördervolumen für den SFB beläuft sich auf 4,4 Millionen Euro.

Weitere Informationen hierzu finden sich in der FWF-Pressemeldung zu den Spezialforschungsbereichen (20. Jänner 2022).

An der TU Graz ist das Forschungsgebiet in den Fields of Expertise Sustainable Systems und Mobility & Production verankert, zwei von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der Universität.

Information

Die Technischen Universitäten Darmstadt und Graz arbeiten seit 2017 im Rahmen einer strategischen Partnerschaft auf allen Hochschul-Ebenen zusammen. Weitere Details dazu finden Sie in den Pressemeldungen vom 13. Juli 2017 und 18. April 2019, sowie im Bereich Strategische Universitätskooperationen auf der Webseite der TU Graz.

Kontakt

Kontakt TU Graz | Institut für Elektrische Antriebstechnik und Maschinen:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Annette MÜTZE
Tel.: +43 316 873 7240
muetzenoSpam@tugraz.at

Kontakt TU Darmstadt | Computational Electromagnetics:
Prof. Dr. rer. nat. Sebastian SCHÖPS
Tel.: +49 6151 16 24409
sebastian.schoepsnoSpam@tu-darmstadt.de

Annette Mütze ist Professorin für Elektrische Antriebstechnik und Maschinen und leitet das gleichnamige Institut an der TU Graz. © Lunghammer – TU Graz
Professor Sebastian Schöps ist Leiter des Fachgebiets Computational Electromagnetics (CEM) der TU Darmstadt. © Dr. Wolfgang Müller – TU Darmstadt