Hier zeigen wir in den nächsten Monaten Projekte aus unseren Instituten, denn interdisziplinär bedeutet Zusammenarbeit
- in der klassischen Produktherstellung:
… die Kooperation zwischen Expert*innen aus Entwicklung, Design, Produktion, Marketing und Vertrieb - in der Elektronikentwicklung:
… die Kooperation zwischen verschiedenen Ingenieurdisziplinen wie z. B. Mechatronik, Elektrotechnik und Maschinenbau - in der Medizintechnik:
… die Kooperation zwischen Fachleuten der Medizin, Medizintechnik und Interface-Design - in der Umwelttechnik:
… die Kooperation zwischen Forschenden aus der Biologie, der Chemie, Ingenieur*innen des Chemie- und Bioingenieurwesens und der Energietechnik - in der Softwaretechnik:
… die Kooperation zwischen den Disziplinen Informatik, Automatisierungstechnik und Elektrotechnik - in der Simulationstechnik:
… die Kooperation zwischen Fachleuten aus der Kybernetik, Biologie, Informatik und Ingenieur*innen unterschiedlicher Fachrichtungen - in der Energiewirtschaft:
... die Kooperation zwischen Fachleuten aus der Energietechnik, Elektrotechnik, Systemtechnik, Ökonomie und Sozialwissenschaften
Hier ein Beispiel aus der klassischen Produktentwicklung
Neues Design für eine Tiefbohrmaschine
Die Projektpartner auf LinkedIn
Was macht eine Tiefbohrmaschine? Tiefe Löcher bohren? Klingt einfach, ist es aber nicht. Die Maschine muss höchst präzise und gut zu bedienen sein, da sonst teure Fehler beim Bohren auftreten können.
Im gemeinsamen Projekt des Technischen Designs am IKTD der Universität Stuttgart und der Tibo Tiefbohrtechnik GmbH arbeitete das interdisziplinäre Team aus Konstruktion, Produktion, Design, Ergonomie, Vertrieb, Marketing und Management daher Hand in Hand. Das Ziel war, eine hochmoderne – aber nicht modische –, ergonomisch bedienbare, technisch wie visuell stabile und präzise Werkzeugmaschine für die Fertigung von morgen zu entwickeln.
Dazu wurden auf Basis der funktionalen Konstruktion und Usability-Analysen in der Werkhalle erste Designentwürfe mit Digital Boards erstellt. Der letztlich vom Management genehmigte Siegerentwurf wurde anschließend zunächst digital gerendert und dann als realer Prototyp gebaut. Aufgrund der guten Zusammenarbeit der Beteiligten konnte die neue Tiefbohrmaschine – ohne Kostensteigerung – in Serie gebracht werden. Das Projektergebnis ist jedoch weit mehr als die Entwicklung einer neuen Maschine, es ist auch der Auftakt für ein neues Corporate Design der Tibo-Maschinen. Durch diesen zweifachen Erfolg ist allen Beteiligten deutlich geworden: Verbesserungen liegen im Detail und die Stärke liegt im Miteinander.
Neue Sensorprinzipien für Grenzstandsensoren auf Basis von Diamanten
Projektpartner
- Institut für Mikrointegration
Universität Stuttgart - 3. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart
Universität Stuttgart - IMS Chips
Institut für Mikroelektronik Stuttgart - Endress+Hauser SE+Co. KG
Quanten-Grenzstandsensoren für die Prozessindustrie mit dem Potential auf disruptive Innovation
Unter Grenzstandsensoren versteht man Messgeräte, die detektieren können, ob an einem festgelegten Ort ein Medium vorhanden ist oder nicht. Sie werden beispielsweise eingesetzt, um zu verhindern, dass Pumpen trocken laufen oder Behälter überfüllen. Aber auch die Erkennung von unterschiedlichen Medien in einem Tank oder einer Rohrleitung kann hierdurch gewährleistet werden.
Bisherige Grenzstandsensoren ragen entweder in das zu messende Medium hinein oder müssen zumindest in einem direkten Kontakt mit diesem stehen, was zu Korrosionsproblemen und mechanischen Beschädigungen führen kann. Eine weitere Möglichkeit stellen zwar Radarschranken dar, doch auch diese bedürfen Öffnungen in einem Tank.
Inwiefern bieten Quantentechnologien hierzu eine Lösung?
Eingebrachte Stickstoff-Leerstellen-Defekte in den Diamanten reagieren hochsensitiv auf Magnetfelder und können optisch ausgelesen werden. Diesen Effekt aus der Quantentechnologie möchte man sich zunutze machen, um die sehr kleinen Änderungen in den magnetischen Eigenschaften von verschiedenen Medien zu erfassen und sogar durch eine Rohr- oder Behälterwandung hindurch messen zu können.
In dem vom Bundesministerium für Forschung und Bildung geförderten Projekt QInd wird aktuell erforscht, inwiefern es möglich ist, mit Hilfe dieser Diamanten neuartige Grenzstandsensoren in die industrielle Anwendung zu bringen.
Im Projekt arbeiten unterschiedliche Disziplinen zusammen, die durch die Konsortialpartner abgedeckt werden. Unser Institut für Mikrointegration (IFM) befasst sich dabei mit der Aufbau- und Verbindungstechnik zur Umsetzung dieses Mikrosystems mit erhöhter Funktionsintegration. Forschende des 3. Physikalischen Instituts (PI3) der Universität Stuttgart haben auf dem Gebiet der Festkörper-Quantensensorik Pionierarbeit geleistet und haben ihren Fokus in diesem Projekt auf der Auslegung des zentralen Sensorelements – dem Diamanten. Für die benötigten mikroelektronischen Schaltungen ist das Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS Chips) zuständig. Abgerundet werden die Kompetenzen des Konsortiums durch den Industriepartner Endress+Hauser, der sein umfangreiches Applikationswissen sowie seine Markt- und Prozesskenntnisse auf dem Gebiet der industriellen Messtechnik einbringt und schließlich die Prototypen testet.
Verschleiß- und korrosionsbeständige Beschichtungen für Bremsscheiben
Der Anteil der Fahrzeuge mit Elektroantriebe wird in künftigen Mobilitätskonzepten stetig ansteigen. Hierzu zählen E-Bikes für den Personen- und Lastentransport, E-PKW und autonome Kleinbusse. Das Anforderungsprofil von Bremssystemen dieser neuen Fahrzeuggruppen unterscheidet sich stark von dem konventionell angetriebener Fahrzeuge. Fahrzeuge mit Elektroantrieb gewinnen den größten Anteil der Bremsenergie durch Rekuperation zurück. Korrosionsprodukte, welche in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor durch den Bremsvorgang kontinuierlich entfernt werden, verbleiben durch ausbleibende Bremsungen mit den Scheibenbremsen am E-Fahrzeug und verringern dadurch die Lebensdauer der Bauteile.
Mit einer suspensionsgespritzten Verschleißschutz-Beschichtung soll künftig eine harte Schicht auf Bremsscheiben appliziert werden, um so dem neuen Anforderungsprofil gerecht zu werden. Die Beschichtung schütz somit den Grundwerkstoff vor Korrosion und vermindert durch die Härte den Verschleiß. Durch diese hauchdünne Maßbeschichtung können auch schon beim Fertigungsprozess Ressourcen geschont und die Prozesszeit reduziert werden.
Zusätzlich ergeben sich durch die Beschichtung von Bremsscheiben folgende weitere Vorteile:
- Der Verschleiß der Bremsscheiben kann signifikant reduziert und damit die Standzeit gesteigert werden. Unsere Bauteile halten länger.
- Der Feinstaub, welcher in die Umwelt emittiert wird, kann um 90% reduziert werden. Somit werden unsere Städte sauberer.
- Der Reibwert des tribologischen Systems Bremsscheiben-Bremsbelag kann durch die Beschichtung gesteigert werden. Dadurch sind höhere Verzögerungen möglich und die Bremsen haben eine bessere Performance.
Die Beschichtungen des Instituts für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) werden nicht nur in Labortests, sondern auch in realen Fahrsituationen getestet. Das IFKB arbeitet eng mit den Formula Student Teams der Universität Stuttgart zusammen, um die Leistung unserer Beschichtungen unter extremen Bedingungen zu testen. Durch diese Zusammenarbeit wird sichergestellt, dass die Beschichtungen nicht nur auf dem Papier, sondern auch in der Praxis und unter den hohen Anforderungen der Rennsportumgebung hervorragende Leistungen bringen.
E-Mobilität zuverlässig vorantreiben
Dass das Wort „Reichweitenangst“ mittlerweile im Duden zu finden ist und damit in unserem alltäglichen Sprachgebrauch als fest verankert ist, unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Verbesserungen im Bereich elektrischer Antriebe. Die Welt der Ingenieurswissenschaften hört – und handelt. Während die einen Batterien optimieren, um E-Mobilität massentauglich zu machen, nehmen andere die elektrische Maschine selbst in den Fokus. Denn jedes Joule, das nicht aus Ineffizienz verschwendet wird, steigert die Reichweite. Jedes Promille Wirkungsgrad ist zugleich Wettbewerbs- und Nachhaltigkeitsvorteil.
Eine zentrale Stellschraube für Effizienzgewinne ist die Leistungselektronik. Auf maximale Effizienz getrimmte Leistungshalbleiter strapazieren die elektrische Maschine jedoch zusätzlich, insbesondere die Isolation der Statorwicklungen. Bei hoher Betriebslast werden dort sogenannte Teilentladungen wahrscheinlicher, die bei vermehrtem Auftreten zu einem Versagen der gesamten Maschine führen. Dies gilt es, in jedem Fall zu verhindern. Denn unabhängig von der Antriebsart gehört Zuverlässigkeit nach wie vor zu den wichtigsten Kundenwünschen – und ist, nebenbei bemerkt, selbst ein Nachhaltigkeitsfaktor.
In einem mit Bundesmitteln geförderten Forschungsprojekt arbeiten daher der Bereich Zuverlässigkeitstechnik am Institut für Maschinenelemente (IMA), das Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) sowie mehrere Industriepartner daran, den Schadensmechanismus Teilentladung zu erforschen. Konkret geht es dabei um die zu erwartende Lebensdauer zukünftiger Elektromotoren und wie diese von den Umgebungsbedingungen abhängt. Sowohl das Messverfahren als auch geeignete Lebensdauermodelle sind Gegenstand aktueller Forschung, weshalb beide Institute hier Neuland betreten. Welche Gegenmaßnahmen getroffen werden müssen, um die Mobilitätswende im wahrsten Sinne des Wortes zuverlässig voranzutreiben, ist noch offen.
Klingt das interessant?
Unsere Studiengänge bieten...
... ein breites Spektrum an branchenbezogenen Spezialisierungen: Vom klassischen Anlagen- und Maschinenbau über Automobilindustrie, Medizintechnik und Feinwerktechnik bis hin zu Energie- und Verfahrenstechnik und der technischen Biologie – die Studiengänge des Stuttgarter Maschinenbaus ermöglichen eine weit gefasste Ausbildung je nach Kompetenz und Interesse.
Nach dem Ingenieurstudium stehen unseren Absolvent*innen Jobs in der Forschung und Entwicklung, in der Konstruktion oder im Projektmanagement, in der technischen Verwaltung oder in der Unternehmensführung offen!
Hier geht es weiter zu unseren Studiengängen:
