Forschung & Projekte

Forschung findet an der Fakultät Elektro- und Informationstechnik auf vielen verschiedenen Gebieten statt, etwa von den kleinsten Strukturen der Mikroelektronik über Anwendungen der Mikroelektronik und Aspekte des Software-Engineering bis zu Fragestellungen der Energienetze.

Forschung und Lehre beeinflussen sich immer wieder im positiven Sinne: Gute Lehre schafft die Voraussetzungen für den Forschungsnachwuchs in den verschiedenen Arbeitsgruppen. Topaktuelle Ergebnisse und Themen fließen aus der Forschung in die Lehre ein. Die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit innovativer Lehre kreiert neue Lehrmethoden und trägt zu einer hohen Qualität der Abschlüsse bei. Mitarbeit an Forschungsthemen schärft bereits im Studium die Kompetenzen für wissenschaftliches Arbeiten und kann nach einem Master-Abschluss bis zur Promotion führen.

Viele Forschungsvorhaben werden in enger Zusammenarbeit mit externen Partnern durchgeführt. Dazu zählen Wirtschaftsunternehmen, Kommunen, Universitäten und andere Forschungs­einrichtungen: Ein Netzwerk, das sowohl regionale als auch internationale Partner umfasst. Deren Rollen reichen von Auftrag- oder Impulsgebern über Anwendungs- bis zu aktiven Forschungspartnerschaften.

Forschung in Zahlen

An der Fakultät Elektro- und Informationstechnik werden derzeit annähernd 20 einzelne Forschungsprojekte bearbeitet, getragen von mehr als 40 überwiegend wissenschaftlichen Mitarbeiter:innen. Im Jahr 2021 haben drei junge Wissenschaftler:innen ihre an der Fakultät (mit-) betreute Promotion erfolgreich abgeschlossen.

Bild: OTH Regensburg /Florian Hammerich

Forschungsgebiete:

Eine Übersicht der verschiedenen Fachgebiete und Kompetenzfelder, auf denen an der Fakultät Elektro- und Informationstechnik geforscht wird:

Die zukünftige Gestaltung der Stromnetze, Methoden der Regelung und der Stabilisierung der Netze, Nutzung und Speicherung erneuerbarer Energien, Power to X und Sektorenkopplung sind beispielhafte Themen, an denen geforscht wird. Dabei kommen Modellrechnungen zum Einsatz, etwa zur Netzregelung oder zu energiewirtschaftlichen Fragestellungen, es werden Möglichkeiten der Automatisierung der Netzregelung untersucht, unter Einbeziehung von Methoden der Künstlichen Intelligenz, aber auch experimentelle Untersuchungen, z.B. zur Methanisierung, werden durchgeführt.

Forschungseinrichtungen, Projekte und Publikationen

Die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) trägt den wesentlichen Anteil dieser Forschungsarbeiten. Weitere Informationen zu Projekten und Publikationen sind zu finden auf den  FENES Internet-Seiten.

Elektrische Maschinen sind eine Grundkomponente der Elektromobilität. Trotz (oder wegen?) der beinahe 200-jährigen Geschichte gibt es nach wie vor vielfältige Fragestellungen zu erforschen. Elektrische Antriebe sind wichtiger und aktueller denn je, und das natürlich nicht ausschließlich für Mobilitätsanwendungen, sondern z.B. auch für die Kraftwerkstechnik. Zunehmend rückt auch das Zusammenspiel von elektrischer Maschine mit Leistungselektronik, Ansteuerung und Regelung in den Fokus. Modellierung verschiedener elektrischer und physikalischer Aspekte ist dabei ein wichtiger methodischer Ansatz. Die moderne Laborausstattung ermöglicht Untersuchungen im praktischen Betrieb, sei es zur Bestimmung der Maschinenparameter, als Belastungstest oder auch zur Optimierung von Regelungskomponenten am Maschinen-Prüfstand mit Hardware-in-the-Loop-Konfiguration. Anspruchsvolle (Leistungs-) Messtechnik gehört ebenso dazu wie die Verarbeitung von Sensordaten, auch die Anwendung von Konzepten des Machine Learning.

Die technische Seite der Elektromobilität betrachtet neben dem „Antriebsstrang“ auch die Umsetzung des elektrischen Antriebs in Fahrfunktionen und Fahrdynamik, sowie die verschiedenen elektronischen Systeme, die an Betrieb und Steuerung eines Fahrzeugs beteiligt sind. Eine geplanter Rollenprüfstand für Elektrofahrzeuge wird das Methodenspektrum auf den Bereich fahrdynamischer Untersuchungen bedeutend erweitern und damit auch die Bearbeitung komplexerer Fragestellungen ermöglichen: Sichere Untersuchungen von Fahrleistungen und Energieverbrauch, Echtzeitverhalten von Bordnetz- und Software-Systemen unter realen Bedingungen und vor allem systematische Untersuchungen der Wechselwirkungen des elektrischen Antriebs mit weiteren elektronischen Fahrzeugkomponenten und -systemen.

Schließlich bietet dieses Forschungsgebiet auch Raum für Arbeiten jenseits der klassischen Fahrzeuge, etwa um neue Formen urbaner Mobilität zu untersuchen oder Rennsportkonzepte. Der Elektro-Rennsport in der „Formula Student“ bietet eine experimentelle Plattform, um neuartige Ansätze und Konzepte für E-Fahrzeuge in schnellen Zyklen in der Praxis zu erproben, aber auch im Labor exemplarisch zu untersuchen.

Forschungseinrichtungen, Projekte und Publikationen

Zentrale Einrichtungen für diese Themen sind das
Labor Elektrische Maschinen und Antriebstechnik
und das noch im Aufbau befindliche Labor Elektrofahrzeugsysteme.

Weitere Labore und Einrichtungen:

 

Projekte und Publikationen

EMOTH: Die Expertise auf dem Gebiet der Modellierung mit „Modelica“ (vgl. auch Modelica Konferenz 2019 in Regensburg) wurde durch eine praktische Anwendung mit dem elektrischen Stadtbus EMIL weiter ausgebaut. Es wurde eine Modell-Bibliothek für Elektrofahrzeuge entwickelt, die es ermöglicht, Fahrleistungen und Energieverbrauch zu simulieren und verschiedene Antriebsarchitekturen zu vergleichen. Der Stadtbus EMIL lieferte dazu reale Daten, die in den Abgleich der Modelle eingeflossen sind. - Weiterführende Informationen

Promotionsarbeit zur Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine für einen Hochvolt-Achsantrieb, in Zusammenarbeit mit Vitesco Technologies und Universität der Bundeswehr, Prof. Gerling. Vgl. D. Grauvogl: Multiphysikalische Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine mit magnetischer Asymmetrie für einen Hochvolt-Achsantrieb, Düren (Shaker) 2022, ISBN 978-3-8440-8553-2.

Zustandsüberwachung von Komponenten im elektrischen Antriebsstrang: „state of health“, „fail-safe“ oder „fail-operational“ sind Stichworte, die gerade im Zusammenhang mit automatisiertem Fahren und den damit verbundenen hohen Anforderungen an die Betriebszuverlässigkeit solcher Fahrzeuge wie autonome Shuttle stark an Bedeutung gewinnen. Es werden erste Arbeiten durchgeführt, z.B. um aus der Interpretation von Sensorsignalen an elektrischen Maschinen Aussagen über deren Wartungsbedarf oder Restlebensdauer abzuleiten.

Arbeiten an der historischen Straßenbahn Regensburg: Mit mehreren Abschlussarbeiten unterstützt das Labor Elektrische Maschinen und Antriebstechnik Restaurierung und künftigen Demonstrationsbetrieb eines Triebwagens der historischen Straßenbahn in Regensburg, vgl. Berichte zu Motorentest oder Erste Testfahrt.

VDI-Preis (2018) für Kilian Rehorik, für seine Forschungsarbeit rund um die effiziente Energienutzung und Regelung von elektrischen Antriebsmaschinen für Elektrofahrzeuge.

eSmart: Seit 2012 wurde im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten ein Smart for Two auf elektrischen Antrieb umgerüstet: Von der Integration des elektrischen Antriebs, über die Implementierung der Steuerungs- und Regelungselektronik des Motors und dessen Verkabelung bis zur Installation eines Hochvoltspeichers für die Stromversorgung des Antriebs. Das Fahrzeug stellt seitdem eine Plattform für weitere Untersuchungen und Entwicklungen dar.

Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. von folgenden Professoren veröffentlicht worden: Prof. Haumer, Prof. Hopfensperger

Aus der o.g. Promotionsarbeit sind mehrere Publikationen entstanden, u.a. die zwei folgenden Konferenzbeiträge:

  1. Grauvogl, Dominik; Krabinski, Jeffrey; Stauder, Peter; Hopfensperger, Bernhard; Gerling, Dieter (2021): NVH Comparison of a Novel Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry with a PSM for a HV Electric Drive. In: 2021 JSAE Annual Congress (Spring) Proceedings (No.76-21).
  2. Grauvogl, Dominik; Hopfensperger, Bernhard; Gerling, Dieter (2020): Novel E-Machine Design Using Magnetic Asymmetry for a Magnet free Axle Drive. In: CTI Symposium 2020.

Erzeugung, Übertragung, Detektion und Verarbeitung elektrischer Signale bilden die übergeordneten Themen. Konkrete Arbeiten beschäftigen sich z.B. mit der Ausbreitung elektromagnetischer Felder der Mobilkommunikation und Hochfrequenztechnik, mit Anwendungen von „Software Defined Radio“, mit der elektronischen Verarbeitung akustischer Signale oder besonderen Phänomenen der optischen Datenübertragung. Der Aufbau eines 5G-Campus-Netzes in Zusammenarbeit mit der Fakultät Informatik und Mathematik schafft neue Möglichkeiten, mit Mobilfunkanwendungen zu experimentieren oder spezielle Eigenschaften der Datenkommunikation, wie etwa das Echtzeitverhalten für Anwendungen aus der Industrieautomatisierung, zu untersuchen.

Labore zu diesen Fachgebieten

Ausgewählte Publikationen

Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. von folgenden Professorinnen und Professoren veröffentlicht worden: Prof. Dr. Schiek, Prof. Dr. Fuhrmann, Prof. Dr. Hipp, Prof. Dr. Niemetz, Prof. Dr. Sehr.

 

Bild: OTH Regensburg /Florian Hammerich

Anwendungen von Mikrocontrollern oder FPGAs eröffnen ein vielfältiges technisch-wissenschaftliches Feld, das durch Aufbau von Schaltungen und Programmierung der Bausteine erschlossen wird. Mit „Machine Learning“ oder „Deep Learning“ haben neue Herangehensweisen Einzug gehalten, die zunehmend auch in der miniaturisierten Welt der „Embedded Systems“ zu finden sind und mit dem Stichwort „Edge AI“ verbunden werden. Mit dem Regensburg Center of Artificial Intelligence (RCAI) besteht die Möglichkeit, derartige Methoden über Institute hinweg in Projekten gemeinsam zu erforschen oder an Transferprojekten zu arbeiten. Das durchgehende und tiefe Verständnis von den Bauelementen über deren Verschaltung und Anwendung bis zu fortschrittlichen Software-Konzepten macht die Stärke auf diesem Gebiet aus. Dazu kommen weitere Fachgebiete, wie Signalverarbeitung und Regelungstechnik, die für bestimmte Fragestellungen einbezogen werden. Die Kommunikation innerhalb vernetzter mikroelektronischer Systeme bildet eine weitere Teildisziplin, in der z.B. Bussysteme und Echtzeitanforderungen wichtige Themen sind.

Labore dieser Fachrichtungen:

Beispielhafte Projekte

Beispielhafte Projekte befassen sich mit verschiedenen Anwendungen von Mikrocontrollern, mit Batteriemanagementsystemen, mit der Verarbeitung von Sensorinformationen oder maschinellem Lernen auf eingebetteten Systemen, oder Kommunikationsnetzen wie CAN oder Ethernet..

Im Labor Industrielle Elektronik wird neben Projekt- und Abschlussarbeiten, die oft Forschungs­charakter haben, auch vertieft an Batteriemanagementsystemen gearbeitet, wobei Aspekte der Leistungselektronik, der Regelung und der Datenkommunikation untersucht werden. Eine Masterarbeit auf diesem Gebiet wurde mit dem VDE Bayern Award ausgezeichnet.

Beispiele für „Smart Embedded Systems“ sind etwa „Smart iBrush“, „Biometric Smart Pen“ oder Machine Learning Modelle für akustische Zustandsüberwachung, die auf 32-Bit Mikrocontrollern implementiert werden. An manchen dieser Themen wird in Industriekooperationen oder zusammen mit der Tokyo University of Science (Prof. YOSHIDA Takahiro) gearbeitet.

Aus dem Bereich der Elektroakustik gibt es Beispielanwendungen für die Lokalisierung von akustischen Quellen oder auch für Machine Learning Modelle für die Signalverarbeitung.

Publikationen

Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. von folgenden Professorinnen und Professoren veröffentlicht worden: Prof. Dr. Meier, Prof. Dr. Niemetz, Prof. Dr. Mandl, Prof. Dr. Sehr .

 

Schwerpunktgebiete der Arbeiten im „LaS³ Laboratory for Safe and Secure Systems“ sind sichere und zuverlässige Echtzeitsysteme, funktionale Sicherheit, Methodik des Software-Engineering, Lehr‑ und Lernforschung im Bereich des Software-Engineering. Weiterhin spielen intelligente und sichere Kommunikation sowie Teststrategien eine Rolle.

Weiterführende Informationen zu Projekten und Publikationen sind auf den Internetseiten des LaS³ zu finden.

 

Als fakultäts- und hochschulübergreifende Einrichtung zählt das „LaS³ Laboratory for Safe and Secure Systems“ zu den Kompetenzzentren der OTH und zu den Forschungs-Clustern im Verbund der Ostbayerischen Technischen Hochschulen Regensburg und Amberg-Weiden.

Gute Lehre baut auf wissenschaftlich fundierten Konzepten auf und wird in kleineren und größeren Forschungsarbeiten weiterentwickelt. Inhalte der Forschung zur Lehre reichen von der Virtualisierung einzelner Lehrveranstaltungen oder didaktischen Konzepten für spezielle Lehrinhalte über Anwendung und Untersuchungen innovativer Lehrmethoden, wie z.B. „Just-in-Time-Teaching“, bis hin zu großen Projekten der Lehr- und Lernforschung im Bereich Software Engineering.

Dabei sind die Arbeiten oft eng verbunden mit dem Zentrum für Hochschuldidaktik (DIZ) bzw. dem Bayerischen Zentrum für Innovative Lehre (BayZIeL) und der Servicestelle Lehre und Didaktik der OTH.

Projekte und Preise

Lehrförderpreis 2020 für Prof. Dr. Birgit Rösel 

Preis für herausragende Lehre 2018 für Prof. Dr. Birgit Rösel 

Preis für herausragende Lehre 2010 für Prof. Dr. Jürgen Mottok

Preis für gute Lehre 2010 der Stiftung zur Förderung der Hochschule Regensburg für Prof. Dr. Jürgen Mottok

Lehr und Lernforschung im Software Engineering: Z.B. die Projekte EVELIN I/II und Haski des LaS³ Laboratory for Safe and Secure Systems

„Lern- und Lehrlabor“ 5G Campusnetz (im Aufbau, in Kooperation mit der Fakultät Informatik und Mathematik)

Verschiedene Arbeiten zu Digitalisierung und Virtualisierung von Lehrveranstaltungen und Prüfungen

Publikationen

Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. von folgenden Professorinnen und Professoren veröffentlicht worden: Prof. Dr. Rösel, Prof. Dr. Fuhrmann, Prof. Dr. Mottok, Prof. Dr. Niemetz, Prof. Dr. Chamonine

 

Elektrotechnik hat viele Berührungspunkte mit verwandten Fachgebieten, was sich in der Vielfalt der Forschungsthemen widerspiegelt. So ergeben sich spannende Aufgabenfelder im Zusammenspiel von Mechanik und Elektrotechnik, oder Elektrotechnik und Optik. Auch die Chemie spielt immer wieder eine Rolle. Mechatronik und Robotik bilden einen Schwerpunkt, ebenso die Untersuchung elektromagnetischer und mechanischer Eigenschaften innovativer Materialien oder Arbeiten zu „Energy Harvesting“. Untersuchungen an oder Anwendungsentwicklung mit Sensor-Aktor-Systemen stellen ein weiteres Arbeitsgebiet dar. Die multiphysikalische Simulationsmethode der Finiten Elemente findet auf vielen Gebieten Anwendungen und kann durch Berechnung komplexer Strukturen zur Aufklärung von Schwachstellen oder zur Auslegung von Designs beitragen. In den Laboren Optoelektronik und Lasertechnik geht es um die Erzeugung und Kontrolle von Licht mittels optoelektronischer Komponenten (z.B. Halbleiterlasern), aber auch um den Einsatz von Licht und Optik in Messmethoden.

Seit Jahren zeichnen sich die Mechatronics Research Unit und das Labor Intelligente Materialien und Strukturen durch besonders intensive Forschungsarbeit aus.

Die Mechatronics Research Unit bildet ein fakultätsübergreifendes Kompetenzzentrum und ist außerdem verbunden mit dem OTH Cluster  Robotics and Big Data.

Weitere Labore:

Projekte und Publikationen

Aktuelle Projekte der Mechatronics Research Unit behandeln z.B. dielektrische und mechanische Eigenschaften von magnetischen (Hybrid-) Materialien, zuletzt insbesondere mit Bor-Organosiliziumoxid als Matrixmaterial. Publikationen und weitere Themen sind auch auf der MRU website zu finden. Ausgewählte Publikationen dazu sind auch auf dem Publikationsserver der OTH hinteregt.

Eine Arbeit aus dem Labor Sensor Systeme zur Visualisierung und Vermessung von Magnetfeldern erhielt 2019 mit dem Innovationspreis der Josef-Stanglmeier-Stiftung eine besondere Anerkennung.

Im Labor Intelligente Materialien und Systeme bilden magnetoaktive Polymere einen Schwerpunkt, mit einem Fokus auf Oberflächeneigenschaften und  -strukturen, sowie magnetoelektrischen Eigenschaften. Weiterführende Informationen bieten die Publikationen  auf diesen Gebieten.

 

Kaum eine Technologie erstreckt sich über so viele Größenskalen wie die Mikroelektronik: Die kleinsten Strukturen eines modernen Mikroprozessors sind inzwischen kleiner als 10 Nanometer, gleichzeitig erfordern manche Bauelemente der Leistungselektronik massive Aufbau- und Verbindungstechnik und sind mehrere Zentimeter groß. Mikroelektronik treibt uns an und macht uns digital: Ob elektrische Antriebe, Prozessoren in PCs und Mobilgeräten, ob Mobilfunk, Beleuchtung oder auch „nur“ die Steuerung von Maschinen und Geräten: Keine dieser Anwendungen kommt heute ohne die Halbleitertechnologie aus! Sehr breit stellen sich auch die damit verbundenen Aufgaben- und Forschungsgebiete dar, etwa Analog- und Digital-IC-Design, Regelung von DC/DC-Wandlern, Design Analyse, Produktions-Engineering für Halbleiterchips, Design for Manufacturability, innovative Test- und Prüftechnologien oder auch Hardware-Software-Co-Design. 

Labore dieser Fachrichtungen:

 

 

Projekte und Publikationen

Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. veröffentlicht worden von: Prof. Dr. M. Schubert

Weitere Publikationen zu speziellen Themengebieten: 

Testing-Technologien (Prof. Dr. R. Holmer): Dr. Marianne Unterreitmeier wurde für ihre kooperative Promotion mit dem Regensburger Preis für Frauen in Wissenschaft und Kunst ausgezeichnet: An acoustic emission sensor system for thin layer crack detection; Unterreitmeier, M., Nagler, O., Pfitzner, L., Weigel, R., Holmer, R. Microelectronics Reliability, 2018, 88-90, pp. 16–21; DOI: 10.1016/j.microrel.2018.07.015