FH Bielefeld
University of
Applied Sciences

Modellierung und Simulation für anwendungsorientierte Fragestellungen

Im Projekt "Magnetisch induzierte gekoppelte Phänomene" geht es um das Problem der Effizienzsteigerung und Sicherheit bei der berührungslosen induktiven Übertragung von Energie, sei es im Bereich Elektromobilität oder beim Induktionskochen. Überall dort, wo Energie auf zu erwärmendes Material oder mobile Verbraucher zu übertragen ist, aber auch für eine kombinierte Energie- und Datenübertragung gibt es erhebliches Anwendungspotential. Vor der Effizienzsteigerung steht jedoch das vollständige Verständnis der Technologie bzw. der zugrunde liegenden komplexen technisch-physikalischen Vorgänge. Generell basiert die induktive Energieübertragung auf einer engen Kopplung von Elektronik, Materialwissenschaften, Elektromagnetismus und Thermodynamik. Die Änderung eines Parameters in einem der Teilbereiche hat direkte Auswirkungen auf die anderen.

Während die einzelnen Teilbereiche jeder für sich noch ansatzweise überschaubar und technisch beherrschbar sind, kann deren Kopplung nicht ohne eine systematische wissenschaftliche Analyse verstanden werden. Diese wissenschaftliche Analyse umfasst experimentelle und theoretische Untersuchungen sowie numerische Simulationen. Ein wichtiger parasitärer Effekt, der im Zentrum der Untersuchungen steht, ist die magnetisch induzierte mechanische Kopplung. Aufgrund des Wechselstrombetriebs induktiver Systeme treten mechanische Kräfte auf, die entweder rein störend sind und sich z.B. als Brummen bemerkbar machen oder verschleißend und sogar zerstörerisch wirken können. Ursache für diese Kräfte sind die Lorentz-Kraft und Magnetostriktion. Während die erste eine rein elektrodynamisch-mechanische Wechselwirkung darstellt, ist die zweite durch eine komplizierte Kopplung des externen Magnetfelds an die mikroskopischen Materialeigenschaften bestimmt.

Im Forschungslabor "mieletec FH Bielefeld" wird derzeit daran geforscht, geeignete Modelle dieser Wechselwirkungen zu erstellen, um auf der Basis numerischer Simulationen nach Möglichkeiten der Reduktion der störenden Einflüsse beim Induktionskochfeld bzw. dem Kochgeschirr zu suchen. Das Forschungslabor "mieletec FH Bielefeld" steht als Institution für eine langfristige und nachhaltige Kooperation mit der Fa. Miele im Bereich der gemeinsamen Forschung an Methoden, Verfahren und Konzepten für innovative Hausgeräte. Gegenstand des Vorhabens ist eine dauerhafte wissenschaftliche Zusammenarbeit für einen gemeinsamen Erkenntnisgewinn in den Themenfeldern Elektrodynamik, Thermodynamik sowie Strömungsmechanik. In diesen Bereichen sollen gemeinsam die wissenschaftlichen Grundlagen erarbeitet und der Aufbau von zukunftsweisendem Know-how bzgl. der Prozesse und Verfahren in Hausgeräten vorangetrieben werden. Das Ziel ist die Optimierung dieser Prozesse und Verfahren, insbesondere hinsichtlich der Steigerung der Ressourceneffizienz und der Erhöhung des Nutzens für potenzielle Endverbraucher.