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Presseinformation 153/2013 vom 03.06.2013 | zur Druckversion

Kompetenzzentrum Leistungselektronik lässt effizienter stapeln

Neuartiger Umrichter für E-Fahrzeuge besteht 10.000 Stunden Dauertest


Mit ihm lassen sich Elektro-Industriefahrzeuge wie Gabelstapler zukünftig effizienter und umweltfreundlicher betreiben: Ein neuartiger Frequenzumrichter, entwickelt im Projekt „Neue Leistungshalbleiter“ (NELE) des Kompetenzzentrums Leistungselektronik Schleswig-Holstein (KLSH), arbeitet äußerst verlustarm und ressourcenschonend. Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) war wesentlich an der Entwicklung des Gerätes beteiligt, das nun an der CAU auch die 10.000 Stunden Dauerbelastung ohne Ausfall meisterte.

„Der Umrichter hat ein kleineres Volumen, ein geringeres Gewicht und einen höheren Wirkungsgrad als seine Vorgänger“, erläutert Professor Friedrich W. Fuchs, Leiter des CAU-Teams aus der Arbeitsgruppe für Leistungselektronik und Elektrische Antriebe. Zusammen mit Arbeitsgruppen der FH Kiel und der FH Westküste lieferte sie den elektrischen Entwurf sowie Aufbau und übernahm die Inbetriebnahme des 5 Kilowatt beziehungsweise 15 Kilowatt leistenden Geräts, das das Anlauf- und Drehzahlverhalten von Motoren verbessert und erweitert. Entwickelt wurde der Umrichter in drei Jahren. Gegen Ende des Projekts testeten die Forschenden in Fahrzeugen der Projektpartner Jungheinrich Norderstedt GmbH und Jenoptik – ESW GmbH, die auch die technischen Vorgaben machten.

„Den Auftrag, den Umrichter der nächsten Generation zu bauen, haben wir mit dem Projektteam erfüllt“, sagt Fuchs. Um die Vorgaben zu erreichen, wurde am Institut für Siliziumtechnologie in Itzehoe ein neuer MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)-Leistungschip entwickelt. Ein neues Gehäuse kam von der Firma Danfoss Silicon Power zum Einsatz. Die Forschenden (FH Kiel, Danfoss Silicon Power, Flensburg) untersuchten das „Sintern“, eine Methode für die Verbindung der Halbleiter mit der Bodenplatte mittels Druck und Wärme, außerdem neue Methoden des „Bondens“, der Stromzuführung zum Leistungschip. Die CAU verbesserte den Wirkungsgrad im Leistungsteil durch „Active Gate Control“, die intelligente Schaltung der Leistungshalbleiter, und beschäftigte sich mit der optimalen Platzierung der Einzelhalbleiter im Modul. Zusätzlich bauten Professor Fuchs und seine Mitarbeiter Dr. Björn Wittig und Jens Schröder ein Stützungssystem ein, das die Batterie der Fahrzeuge entlastet und so für eine höhere Lebensdauer sorgt.

„In meiner langen Karriere in der Industrie und der Universität ist es für mich das erste Mal, dass in einem Projekt ‚vom Chip bis zum Gabelstapler’, also von den Grundbausteinen bis zum Test des Umrichters im Gabelstapler, alles in einem Projekt gemacht wurde. Erreicht haben wir dies nur durch die hervorragende Arbeit und Zusammenarbeit der Partner“, so Fuchs. Die im Projekt erarbeiteten Methoden werden zukünftig in den Partnerfirmen eingesetzt.

Das Kompetenzzentrum Leistungselektronik Schleswig-Holstein (KLSH) ist ein offener Verbund für Partner aus Industrie und Mittelstand sowie Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Es stellt Kontakte zwischen den Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Industriepartnern in Schleswig-Holstein her, die mit der Entwicklung, der Herstellung, der Vermarktung, der Nutzung oder der Qualifizierung von leistungselektronischen Komponenten und Systemen zu tun haben. Organisiert wird das KLSH vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie in Itzehoe mit Unterstützung des Ministeriums für Wissenschaft, Wirtschaft und Verkehr. Partner im Projekt NELE sind das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie, die Jungheinrich Norderstedt GmbH, die Jenoptik – ESW GmbH, die Fachhochschule Kiel, die Fachhochschule Westküste und die CAU.

Mehr Informationen zum Kompetenzzentrum Leistungselektronik im Internet unter www.kompetenzzentrum-leistungselektronik.com

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Freuen sich über den erfolgreichen Dauertest ihres neuen Umrichters für Elektrofahrzeuge: Jens Schröder (links) und Friedrich W. Fuchs von der Technischen Fakultät der CAU.
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Der Frequenzumrichter der nächsten Generation. Hier in der 15 KW Variante.
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Effizienter und umweltschonender: der 5 KW Umrichter aus dem Projekt „Neue Leistungshalbleiter“
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