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Wir bauen einen Prüfstand!

01.02.2021 | Planet research | FoE Mobility & Production | Forschungsinfrastruktur |

Von Birgit Baustädter

Forschende nutzen Prüfstände, um Bauteile unterschiedlichster Art auf Betriebsfestigkeit und -verhalten zu testen. Oft gibt es dafür noch keine passende Infrastruktur am Markt – wie gehen Forschende damit um?

Jörg Moser und Christian Ellersdorfer im Battery Safety Center Graz. © Lunghammer – TU Graz

„Die Frage ist schnell beantwortet“ sagt Christian Ellersdorfer lachend. „Wir konzipieren und bauen einen Prüfstand nach unseren eigenen Anforderungen.“ Der Forscher hat gemeinsam mit seinen Kollegen bereits mehrere Prüfstände für das Institut für Fahrzeugsicherheit an der TU Graz umgesetzt. „Forschung heißt immer, ganz vorne zu sein und neue Probleme zu bearbeiten“, erklärt Jörg Moser, Leiter des Batterien-Forschungszentrums Battery Safety Center Graz. „Oft gibt es am Markt keine passenden Prüfanlagen, mit denen wir die für uns interessanten Parameter messen können. Also müssen wir sie selbst bauen.“

Ein Prüfstand ist eine Testanlage, auf der unterschiedliche Komponenten – etwa Motoren, Brennstoffzellen, Batterien oder Baumaterialien – nach unterschiedlichen Parametern unter anderem auf Sicherheit, Betriebsfestigkeit oder Betriebsverhalten hin untersucht werden bevor eine neue Entwicklung in den Regelbetrieb übergehen kann oder wenn ein Bauteil optimiert werden soll.

Warum es Prüfstände überhaupt in der Wissenschaft braucht, erklärt Martin Horn vom Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik, der sich wissenschaftlich mit Prüfständen an sich beschäftigt: „Prüfstände sind ein komplexes System, das realistische Bedingungen simulieren kann. Zum Beispiel gaukelt ein Prüfstand einem Auto vor, dass es wirklich auf einer Straße fährt – und testet so die Reaktion des Fahrzeuges.“ Prüflinge nicht „in freier Wildbahn“ sondern im Labor zu testen spart zum einen Geld und Zeit. Aber dieses Vorgehen ist noch aus einem anderen Grund so wichtig: Wegen der Reproduzierbarkeit der Experimente. „Wir schaffen so perfekte Testbedingungen, die verlässliche Ergebnisse liefern.“

Lego für die Wissenschaft

Der Prozess einen Prüfstand zu entwickeln startet für Jörg Moser und Christian Ellersdorfer mit einem umfangreichen Konzept, das alle notwendigen Parameter berücksichtigt. „Wir überlegen, welche Messungen wir vornehmen wollen und wie wir das machen können“, erklärt Moser. Die Bauteile für den Prüfstand werden von einem darauf spezialisierten Unternehmen zugekauft. „Und anschließend bauen wir den Prüfstand zusammen – das ist wie Lego spielen“, schmunzelt Ellersdorfer.

Die selbst entwickelten Prüfstände der Institutsmitarbeitenden finden sich heute primär im 2020 gegründeten Battery Safety Center Graz (BSCG) wieder, wo die Sicherheit von unterschiedlichen Batterien getestet wird. Der älteste Prüfstand ist bereits zehn Jahre alt – die hydraulische Presse „Presto 420“. Wenige Monate alt hingegen ist der Prüfstand ROBIN, der für die Konditionierung von Batterien genutzt wird.

Im Battery Safety Center Graz wird die Sicherheit von Batterien getestet. © Lunghammer – TU Graz

Neben diesen völlig neu entwickelten Prüfständen gibt es auch Anlagen, die zugekauft und adaptiert worden sind. Oder Prüfstände, die für andere Versuchsreihen geplant und später für neue Fragestellungen adaptiert wurden. „Ein Prüfstand ist nie wirklich fertig“, verrät Ellersdorfer. „Er wird ständig weiterentwickelt und wir denken bereits in der Konzeption verschiedene weitere Anwendungsmöglichkeiten mit. Eine solche Anlage ist ja auch eine große Investition und soll nachhaltig genutzt werden können.“
Neben ROBIN gibt es im Battery Safety Center Graz übrigens auch noch die Prüfstände BATMAN und RIDDLER. Zu auffällig für einen Zufall, oder? „Wir haben uns einen Sport daraus gemacht, einprägsame Akronyme für unsere Prüfstände zu finden. Dafür sind wir mittlerweile bekannt. Als nächstes bauen wir einen JOKER“, verrät Moser lachend.

International gefragte Arbeit

Nicht nur die im BSCG erzielten Forschungsergebnisse sind international gefragt, auch die Prüfstände des Instituts selbst stoßen international auf Interesse, wie Christian Ellersdorfer erzählt: „Immer wieder fragen uns Forschende anderer Einrichtungen – darunter durchaus auch renommierte Forschungsinstitutionen wie das US-amerikanischen MIT – ob wir unsere Prüfstände auch verkaufen würden. Das ehrt uns natürlich, weil wir sehen, dass wir auf dem richtigen Weg sind.“ Trotzdem: Die Prüfstände verkaufen die beiden TU Graz-Forscher nicht – weil in ihren Augen die Forschung das Kerngebiet einer Universität ist und nicht der Bau von Prüfständen. Interessierte können sich aber ohnehin über öffentlich zugängliche Publikationen in die Konzepte einlesen.

Prüfvielfalt an der TU Graz

Neben den Testanalagen am Battery Safety Center Graz beheimatet die TU Graz noch viele andere Prüfstände – und baut sie laufend weiter aus.

Beispielsweise untersuchen Forschende des Instituts für Betriebsfestigkeit und Schienenfahrzeuge in der Schwingprüfhalle Bauteile von Schienenfahrzeugen. Für Tests zur Verfügung stehen beispielsweise ein elektrodynamischer Shaker und eine leistungsstarke servohydraulische Anlage.

Am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik testen Wissenschafter*innen konventionelle Antriebssysteme genauso wie wasserstoffbetriebene Verbrennungskraftmotoren und Brennstoffzellen.

Motoren stehen am Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik auf dem Prüfstand. © Lunghammer – TU Graz

Am Institut für Fahrzeugtechnik beschäftigen sich Expert*innen am Radaufhängeprüfstand mit Reibbremsen oder mit der Betriebsfestigkeit von Auto-Fahrwerken.

Am Institut für Thermische Turbomaschinen und Maschinendynamik stehen Teile von Flugzeugturbinen auf diversen Windkanälen am Prüfstand.

Und am Institut für Wärmetechnik werden am Brennstoffzellenprüfstand Hochtemperaturbrennstoffzellen und -elektrolyseanlagen getestet.

Darüber hinaus wird auch die Forschungsinfrastruktur des Forschungszentrums HyCentA an der TU Graz mit Baubeginn im Februar 2021 um circa 600 Quadratmeter erweitert. In 2021 werden ein hochmodernes Gasanalyselabor zur Bestimmung der Wasserstoffqualität und ein neuer Prüfstand zum Testen von Brennstoffzellenstapeln umgesetzt und die Elektrolyseteststände erweitert. Hierdurch können neue Entwicklungen umfangreich getestet werden.

Die an der TU Graz betriebene Forschungsinfrastruktur finden Sie in der Forschungsinfrastruktur-Datenbank des Bundeministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung.

Prüfstände am Prüfstand

Neben diversen Bauteilen werden an der TU Graz auch die Prüfstände selbst unter die Lupe genommen. Genauer: Im Christian Doppler Labor für modellbasierte Regelung komplexer Prüfstände, geleitet von Martin Horn, entwickeln Forschende Simulationsmodelle und Regelungsalgorithmen für komplexe Prüfsysteme. Gemeinsam mit dem Grazer Prüfstandsexperten Kristl Seibt & Co GesmbH entwirft das Team Regelungssysteme für hochspezialisierte Prüfstände im kompetitiven Automobilsektor. Gemeinsam mit der Österreichischen Niederlassung der Firma Lam Research in Villach wird an Simulationsmethoden und Regelungskonzepten für komplizierte Prozesse in der Herstellung von Halbleiterbauteilen geforscht. „Der streng wissenschaftliche Zugang bei der Problemlösung macht mit Hilfe von Simulationen bereits im Vorfeld sichtbar, ob ein Konzept wie gewünscht funktionieren wird oder nicht.“

Dieses Forschungsprojekt ist im Field of Expertise „Mobility & Production“ verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.
Mehr Forschungsnews finden Sie auf Planet research. Monatliche Updates aus der Welt der Wissenschaft an der TU Graz erhalten Sie über den Forschungsnewsletter TU Graz research monthly.

Kontakt

Jörg MOSER, Dipl.-Ing. Dr.techn.
Institut für Fahrzeugsicherheit
joerg.mosernoSpam@tugraz.at

Christian ELLERSDORFER, Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Institut für Fahrzeugsicherheit
christian.ellersdorfernoSpam@tugraz.at

Martin HORN, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
Institut für Regelungs- und Automatisierungstechnik
martin.hornnoSpam@tugraz.at