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LN-AU-010031
Brennstoffzellentechnik: Wasserstoff-Kreislauf praxisnah erleben mit UniTrain
Das kompakte UniTrain-System bildet den vollständigen Energiewandlungszyklus ab: Wasserstoff sicher erzeugen und Strom gewinnen, die Grundlagen der Brennstoffzellentechnik umfassend verstehen.

Wasserstoff und Brennstoffzellen sind Schlüsseltechnologien für eine CO₂-neutrale Zukunft. Besonders im Mobilitätssektor und zur Speicherung erneuerbarer Energien gewinnen sie stark an Bedeutung. Um diese Technologie sicher anwenden zu können, ist ein fundiertes Verständnis der elektrochemischen Prozesse unerlässlich – von der Elektrolyse bis zur „kalten Verbrennung“ in der Zelle.

Das UniTrain-Trainingssystem zur Brennstoffzellentechnik vermittelt diese Handlungskompetenz. Es bildet den gesamten Wasserstoff-Kreislauf in einem sicheren, kompakten und messtechnisch vollständig erfassten System ab. Sie erhalten ein computergestütztes Trainingssystem, das den kompletten Energiekreislauf von der Wasserstofferzeugung mittels PEM-Elektrolyseur bis zur Stromerzeugung in einer PEM-Brennstoffzelle praxisnah und messtechnisch nachvollziehbar macht.

Lernende erzeugen Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser und wandeln diese Gase in einer PEM-Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie um. Dieses geschlossene Kreislaufprinzip macht die Wasserstofftechnologie direkt erlebbar und verständlich. Dank der integrierten Messgeräte werden alle relevanten Kennlinien und Wirkungsgrade präzise analysiert. Das System ist inhärent sicher konzipiert, es nutzt Wasserstoff „on demand“ in geringen Mengen, ohne externe Hochdruck-Gasflaschen. Dies ermöglicht Lernenden, sich voll auf die physikalischen und chemischen Prinzipien zu konzentrieren, ohne komplexe Sicherheitsvorkehrungen zu benötigen. Es ist ideal für Lehrende, die eine einfache Vorbereitung und robuste Hardware schätzen.

Lernziele im Detail

Mit dem UniTrain-System zur Brennstoffzellentechnik erreichen Lernende fundierte Handlungskompetenzen. Sie erarbeiten sich ein tiefes Verständnis für die Funktionsweise und die Potenziale der Wasserstofftechnologie. Die praxisorientierten Lernziele bereiten optimal auf zukünftige Herausforderungen in der Energiewirtschaft vor und stärken das technische Fachwissen.

Sprungantworten und Systemanalyse

Untersuchung des Systemverhaltens durch experimentelle Daten und Diagramme.

Stromlaufpläne lesen und anwenden

Lernende lesen, verstehen und setzen komplexe Schaltpläne für Steuer- und Laststromkreise in eine
funktionierende Hardware-Schaltung um.

Systematische Fehlersuche durchführen

Lernende identifizieren anhand eines Stromlaufplans durch logisches Vorgehen und gezielte Messungen
Fehler in Schützsteuerungen schnell und effizient.

Schaltungen risikofrei im Simulator entwerfen und testen

Lernende nutzen den integrierten Schaltungssimulator, um Schaltungen per Drag & Drop schnell und einfach
zu entwerfen, deren Funktion zu verstehen und Spannungen sowie Ströme virtuell aufzuzeichnen.

Schnelle und systematische Fehlersuche beherrschen

Lernende erlernen die schnelle und systematische Fehlersuche, eine der wichtigsten Fähigkeiten von
Fachkräften in der betrieblichen Praxis, insbesondere durch die integrierte Fehlersimulation.

Schutzorgane fachgerecht integrieren

Lernende integrieren einen Motorschutzschalter und einen Not-Aus-Schalter fachgerecht in eine Steuerung
und testen deren Schutzfunktion praktisch.

Schwingungsdaten erfassen und analysieren

Lernende montieren Schwingungssensoren korrekt. Sie parametrieren die Diagnose-Software (VES004) und zeichnen Schwingungsdaten systematisch auf und speichern diese.

Sicherheitsbewusstes Arbeiten

Anwenden von DGUV-konformen Schutzmaßnahmen bei Arbeiten an spannungsführenden HV-Systemen.

Regelstrecken analysieren

Untersuchung statischer und dynamischer Kennwerte durch Messungen und Experimente.

Regelverhalten analysieren

Die Lernenden verstehen die Funktion der virtuellen Fahrspur und die Auswirkungen unterschiedlicher Lenkeinstellungen.

Regler entwerfen und optimieren

Anwendung von PID-Reglern und deren Parametrierung nach etablierten Einstellregeln.

Praktische Wellenausrichtung durchführen

Lernende verstehen die Auswirkungen von Fehlausrichtungen. Sie führen die mechanische Justage eines Antriebsstrangs selbstständig und präzise durch.

Praxisbezogene Lösungen für Industrieprojekte erarbeiten

Lernende erarbeiten Schaltungen nicht isoliert, sondern als funktionale Lösungen für Teilsysteme von
Anlagen, was den Praxisbezug und die Motivation deutlich erhöht.

Prüfverfahren anwenden

Durchführung von Spannungs-, Isolations- und Potenzialausgleichsmessungen.

Rechtliche Rahmenbedingungen

Die Schülerinnen, Schüler und Auszubildenden lernen die gesetzlichen Vorgaben und Haftungsfragen im Zusammenhang mit Fahrerassistenzsystemen kennen.

Klassische Regelungstechniken

Anwendung und Optimierung von Standardreglern zur Positions- und Winkelregelung.

Lagerschäden mit dem Lager-Assistenten diagnostizieren

Lernende nutzen den integrierten Lager-Assistenten der Software VES004. Dieser berechnet automatisch die typischen Fehlerfrequenzen für Wälzlager und vereinfacht die Diagnose von Lagerschäden erheblich.

Modellentwicklung in MATLAB-Simulink

Erstellen physikalischer Modelle und Simulationen für komplexe Regelstrecken.

Praktische Anwendung

Die Lernenden führen Experimente zur Inbetriebnahme, Kalibrierung und Diagnose des Fahrspurassistenten durch.

 

Praktische Applikationen

Simulation und Übertragung der Konzepte auf reale Szenarien wie Segway PT oder Containerbrücken.

Geschlossene Regelkreise evaluieren

Führungs- und Störverhalten beurteilen und optimieren.

Grundlagen der Regelungstechnik verstehen

Unterscheidung zwischen Steuerung und Regelung sowie deren Prinzipien.

Grundschaltungen der Motorsteuerung aufbauen

Lernende planen, verdrahten und nehmen eine Selbsthalteschaltung, eine Wendeschützschaltung und einen
Stern-Dreieck-Anlauf sowohl in der Simulation als auch mit Hardware in Betrieb.

Instandsetzungsarbeiten

Tausch von defekten Zellen und Überwachungselektronik.

Kenntnisse über HV-Batteriesysteme

Lernen Sie den Aufbau und die Funktion von Hochvoltbatterien sowie deren Komponenten kennen.

Aufschwungregelung

Realisierung eines Reglers zur Stabilisierung des Pendelstabs aus der Ruheposition.

Auswirkungen mechanischer Fehler live untersuchen

Lernende erzeugen reproduzierbar typische Industriefehler wie Ausrichtfehler, Unwuchten sowie defekte Lager und Zahnräder. Sie untersuchen deren Auswirkungen live und entwickeln ein tiefes Verständnis für die Fehlerentstehung.

Echtzeit-Regelung

Einsatz von MATLAB-Simulink für die Parametrierung und Steuerung von Reglern in Echtzeitanwendungen.

Effiziente Problemlösung

Systematische Fehlersuche und -behebung in Hochvoltbatterien.

Fehleridentifikation durch Frequenzanalyse beherrschen

Lernende identifizieren spezifische Fehlerbilder wie Unwucht, Ausrichtfehler, Lager- und Getriebeschaden. Sie nutzen dabei deren charakteristische Frequenzsignaturen im FFT-Spektrum sicher.

Features & Anwendung

Mit dem UniTrain-System zur Brennstoffzellentechnik entdecken Sie praktische Anwendungen und verstehen den Wasserstoff-Kreislauf. Dabei entwickeln Sie technische Fähigkeiten: Analyse von Kennlinien, Berechnung von Wirkungsgraden und ein sicherer Umgang mit dieser Zukunftstechnologie.
Vollständiger Wasserstoff-Kreislauf in einem System
Das System demonstriert den kompletten Energiewandlungszyklus: Lernende erzeugen per PEM-Elektrolyseur aus Wasser Wasserstoff und Sauerstoff, die sie in einer PEM-Brennstoffzelle zu Strom umwandeln. Der geschlossene Kreislauf macht Wasserstofftechnologie erlebbar und verständlich.
Quantitative Analyse von Kennlinien und Wirkungsgraden
Das UniTrain-Interface ist ein multifunktionales Messgerät, das präzise Kennlinien (U/I, Leistung) von Elektrolyseur und Brennstoffzelle erfasst. Dies ermöglicht die quantitative Untersuchung und Berechnung fundamentaler Kenngrößen wie Zersetzungsspannung, MPP, Faraday- und Energiewirkungsgrad.
Untersuchung von Reihen- und Parallelschaltungen
Das Experimentierboard mit Doppel-Brennstoffzelle ermöglicht das Verschalten von Zellen in Reihe und parallel. Der messtechnische Vergleich beider Schaltungen vermittelt Wissen zur Konzeption von Brennstoffzellen-Stacks für höhere Spannungen oder Ströme.
Inhärent sicheres Systemdesign für gefahrloses Experimentieren
Sicherer Wasserstoff-Betrieb in Labor und Klassenraum, bedarfsgerechte H2-Erzeugung in geringen Mengen für direkten Verbrauch. Externe Hochdruckflaschen entfallen. Drucklose Gasspeicher schützen vor Überlauf und Überdruck. Lernende fokussieren sich auf Prinzipien statt komplexer Sicherheit.
PEM-Elektrolyseur mit graduierten Gasspeichern
Der PEM-Elektrolyseur erzeugt hochreinen Wasserstoff für quantitative Analysen. Integrierte, graduierte Gasspeicher zeigen H2- und O2-Volumen direkt messbar. So lässt sich das stöchiometrische 2:1-Verhältnis praktisch überprüfen und der Wirkungsgrad mittels Faradayscher Gesetze berechnen.
PEM-Doppel-Brennstoffzelle zur Stack-Simulation
Zwei auf dem Board integrierte, flexibel verschaltbare PEM-Brennstoffzellen veranschaulichen das Prinzip eines „Stacks“ zur Leistungserhöhung. Lernende untersuchen und vergleichen Kennlinien von Einzelzelle, Reihenschaltung (Spannungserhöhung) und Parallelschaltung (Stromerhöhung).
Elektrische Verbraucher
Ein variabler Lastwiderstand, eine Lampe sowie ein kleiner Elektromotor sind auf dem Experimentierboard vorhanden. Diese zeigen verschiedene Arbeitspunkte der Brennstoffzelle sowie die Notwendigkeit, Zellen zu einem Stack zu verbinden.

Lieferumfang: alles für das perfekte Lehr- und Lernerlebnis

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Art.-Nr.: SO4203-2V
Produkt
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Art.-Nr.: CO4203-2A
Produkt
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Art.-Nr.: CO4203-2J
Produkt
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Art.-Nr.: CO4203-2Y
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Art.-Nr.: LM2330
Produkt
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Art.-Nr.: CO4204-3C
Produkt
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Art.-Nr.: LN-AU-540002
Kurs Brennstoffzelle + Koffer
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Art.-Nr.: LN-AU-540001
Unitrain + Koffer
Art.-Nr.: CO3221-6Q
Ladesäule für Hybrid- und Elektrofahrzeuge
Art.-Nr.: LM8668

Typ-2-Ladekabel für HV-Fahrzeuge/CarTrain

Art.-Nr.: ST8003-1X
Seitliche Experimentierrahmen-Erweiterung für A4-Platten
Art.-Nr.: ST7200-5M

Schutzhülle mobiler Wagen

Optimale Aufbewahrung mit Staubschutz

Art.-Nr.: ST8010-4T

Monitorhalter

Monitorhalter direkt am ALU-Profil des mobilen Wagens befestigen

Art.-Nr.: LM8677
Erweiterte Sicherheitsausstattung für die Diagnose an HV-Fahrzeugen
Art.-Nr.: LM8673
Rettungsstange für Arbeiten an HV-Fahrzeugen
Art.-Nr.: LM8258
AVL Ditest HV Safety 2000

Produktinformationen & Downloads

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