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IFKM
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Institut für Kolbenmaschinen (IFKM)

Prof. Dr. sc. techn. Thomas Koch 

Rintheimer Querallee 2
D-76131 Karlsruhe

Tel.: +49 721 608-42431
Tel.: +49 721 608-42432

Fax: +49 721 608-48519
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Die Entwicklungsgeschichte des Instituts

1825 - 1934: Die Anfänge
Maschbau
Altes Maschinenbaugebäude (Geb.10.91), 1927

Obwohl in den ersten Jahren nach der Gründung der Polytechnischen Schule Fridericiana im Jahre 1825 das Maschinenwesen eine eher untergeordnete Rolle spielte, begann die Lehre von den Kolbenmaschinen dennoch bereits mit der Gründung des Polytechnikums im Rahmen der Vorlesungen von Prof. Volz. Ihren Aufschwung verdankt die Lehre des Maschinenbaus in Karlsruhe jedoch Ferdinand Redtenbacher, der 1840 an die Universität Karlsruhe berufen wurde.

Wie wichtig das Maschinenwesen im Laufe der Jahre wurde, zeigte sich 1857, als Redtenbacher zum Direktor der gesamten Polytechnischen Schule ernannt wurde. Unter seinen Nachfolgern Grashof und Hart wurde die Maschinenlehre ebenfalls weiter ausgebaut, was sich in der Zunahme der Lehrgebiete und der Professorenanzahl widerspiegelte.


1934: Gründung des Instituts - Professor Otto Kraemer erster Institutsleiter
Kraemer
Prof. Otto Kraemer
Brennkraft
Labor für Brennkraftmaschinen, Geb.10.96, 1939

Das eigentliche Institut für Kolbenmaschinen ging jedoch erst 1934 mit dem Amtsantritt von Prof. Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. h.c. Otto Kraemer aus dem Gebiet der Dampfmaschinen hervor, nachdem die Rolle der Brennkraftmaschinen zunehmend an Wichtigkeit gewann.

Das Lehrgebiet des Instituts für Kolbenmaschinen umfasste seinerzeit Dampfkolbenmaschinen, Gebläse, Kompressoren, Verbrennungskraftmaschinen und Kolbenpumpen. Die 1938 von Prof. Kraemer übernommene verwaiste Vorlesung Getriebelehre griff die interessante Sammlung von Getriebemodellen wieder auf, die heute noch im alten Maschinenbaugebäude zu sehen ist.

1936 erhielt Prof. Kraemer das geforderte Brennkraftlaboratorium, welches nach kurzer Zeit jedoch durch den Krieg zerstört wurde. Mit großem Engagement des Instituts konnte in einer schwierigen Zeit das Labor 1954 zum zweiten Mal an gleicher Stelle eröffnet werden. Die Forschungsarbeiten in der Folge waren vielseitig. Neben konstruktiven Fragen wurden auch damals schon Leistungssteigerung, Kühlungsfragestellung und Herausforderungen beim Kaltstart betrachtet.

Herr Prof. Kraemer hat das Institut über mehr als 35 Jahre geleitet und dabei entscheidend geprägt. Er hat die Grundlagen gelegt, die eine erfolgreiche Arbeit seiner Nachfolger möglich gemacht hat. Einige Details seiner Arbeit wirken bis in die heutige Zeit.

Wiederaufbau_1954

 Wiederaufbau des Labors (1954)

 Motorenprüfstand (1961)

 


1970-1993: Professor Jungbluth – Grundlagenforschung und Wankelmotor
Jungbluth
Prof. Georg Jungbluth
Konstruktion
Konstruktionssaal (1970)
Wankel
Prüfstand mit Wankelmotor (1972)
1096
Prüfstandszelle in Geb. 10.96

Mit dem Amtsantritt von Prof. Dipl.-Ing. Georg Jungbluth erhielt das Institut 1970 einen erfahrenen Konstrukteur, der bei Daimler-Benz, bei NSU und bei KHD in leitenden Positionen tätig gewesen war. Der Wankelmotor für den NSU RO80 ist maßgeblich unter seiner Leitung entstanden. Seine Ziel-vorstellung war es, fundierte Grundlagenforschung zu betreiben, um Fortschritte in der Verbrauchs- und Emissionssenkung zu erreichen.

Das Lehrangebot hatte in seiner Zeit einen deutlichen Schwerpunkt im breiten Verständnis der Motorkonstruktion, durch seine Vorgeschichte natürlich auch den Wankelmotor einschließend.Nicht unerheblich war sein Bestreben, die aufkommende Rechnertechnik für Experiment und Konstruktion nutzbar zu machen. Die Rechnerausstattung des Instituts wurde kontinuierlich auf einem sehr hohen Stand gehalten.

Prof. Jungbluth initiierte im Wintersemester 1980/1981 das Seminar für Verbrennungsmotoren. In dieser bis heute angebotenen Lehrveranstaltung referieren Gastredner aus der Industrie über aktuelle motorische Fragestellungen.

Unter seiner Führung wurde das Labor in Details deutlich optimiert, vor allem die Arbeitsbedingungen konnten wesentlich verbessert werden. Neue Prüf- und Messtechniken wurden teilweise mit entwickelt: Eine Asynchronleistungsbremse mit röhrengesteuertem Frequenzumrichter oder eine selbst aufgebaute Abgasmessanlage seien hier erwähnt.

Ein wichtiges Detail für die Reproduzierbarkeit der Experimente konnte unter seiner Leitung umgesetzt werden: Eine Luftkonditionieranlage wurde entwickelt und aufgebaut, die den Prüfstandsbetrieb unabhängig von atmosphärischen Schwankungen und Wetterbedingungen macht. Unverändert blieb die Größe des Labors bei fünf Prüfständen.

Ein recht ungewöhnlicher Motor mit rechteckigem Kolben und rechteckigem Zylinder mit zwei Quarzglaszylinderwänden bildete den Abschluss seiner Forschungstätigkeiten. Hiermit war es möglich, schlierenoptische Untersuchungen ohne optische Verzerrungen durchzuführen.


1994-2012: Professor Spicher - Otto-DE und optische Messtechniken
US
Prof. Ulrich Spicher
container
Containerprüfstände (Geb. 70.13)
oett
Übergabe des Prüfstandsgebäudes (2006)
ansicht
Prüfstandsgebäude 70.14 - Nordseite

 

Herr Professor Dr.-Ing. Ulrich Spicher übernahm die Institutsleitung im Herbst 1994. Er hatte zuvor an der RWTH Aachen und in ihrem Umfeld unter Herrn Prof. Franz Pischinger große Erfahrung auf dem Gebiet der Untersuchung von innermotorischen Verbrennungsvorgängen mittels optischer Messmethoden gesammelt. Die unter seiner Leitung entwickelten optischen Analysewerkzeuge gestatteten erstmals eine Beobachtung der Flammenausbreitung sowie der Temperaturverteilung und ließen damit Rückschlüsse auf die Schadstoffbildungsmechanismen zu.

 

 

Die Forschungsaktivitäten am Institut für Kolbenmaschinen konzentrierten sich unter seiner Leitung vornehmlich auf die motorische Verbrennung und deren Analyse sowie wichtige Aspekte der Gemischbildung. Optische Messtechniken spielten dabei eine herausragende Rolle. Das besondere Interesse von Prof. Spicher ist dem Ottomotor mit strahlgeführter Direkteinspritzung gewidmet gewesen. Diese Technologie war Gegenstand vieler Forschungsvorhaben und begleitete ihn während seiner gesamten wissenschaftlichen Karriere.

 

 

Zur Bewältigung der Industrieaufträge und Forschungsvorhaben erfolgte im Sommer 1998 ein wichtiger Schritt: Eine Fahrzeuginstandsetzungshalle der Bundeswehr auf dem Gelände der Mackensen-Kaserne konnte von der Universität für das Institut angemietet werden. In diesem Gebäude wurde ein Laserlabor eingerichtet, in dem unter anderem wegweisende Erkenntnisse zur Gemischbildung im Ottomotor mit Direkteinspritzung gewonnen werden konnten. Weiterhin wurde mit Kühlcontainern eine einfache aber wirksame Möglichkeit geschaffen, Kaltstartversuche durchzuführen. Die Erkenntnisse zur Gemisch- und Schadstoffemissionsbildung während des Starts waren für die Fahrzeughersteller von großem Interesse.

 

 

Im Herbst 2002 musste das traditionsreiche Laborgebäude 10.96/3 auf dem Universitätscampus nahe der Kaiserstraße, in dem seit seinem Wiederaufbau im Jahr 1954 der Kern des "Brennkraftlabors" lag, für eine Grundsanierung geräumt werden. Als Provisorium wurde auf einer Freifläche in der Mackensen-Kaserne das Containerdorf 70.13 mit sieben Motorenprüfständen in Containern und ebenso vielen Containern für die Technik errichtet. Die Prüfstände aus der Innenstadt zogen hierher um. Gleichzeitig wurden alle Arbeitsplätze an den neuen Standort verlegt. Seither sind alle Aktivitäten auf dem heute als Campus Ost bezeichneten Gelände konzentriert.

 

 

Im Dezember 2005 konnte nach langer Planungs- und Bauzeit endlich das neue Motorenprüfstandsgebäude (Geb. 70.14) übernommen werden. Es wurde am 06. Juli 2006 vom damaligen Ministerpräsidenten des Landes Baden-Württemberg Günther Oettinger seiner Bestimmung übergeben. In diesem Gebäude befinden sich Räume für acht moderne Prüfstände.

 

 

Das Institut für Kolbenmaschinen wuchs unter der Leitung von Prof. Spicher von 15 auf ca.50 Mitarbeiter. Innerhalb der Universität, die seit Oktober 2009 mit dem Forschungszentrum Karlsruhe zum Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fusioniert ist, gehört es zu den drittmittel- und personalstärksten Instituten.

 

 

2013: Professor Koch - Zusätzliche Forschungsschwerpunkte
Koch
Prof. Thomas Koch
BHKW
Fundamenterstellung für BHKW
Gasanschluss
Anbindung an das Erdgasnetz
70.14_West
Prüfstandsgebäude 70.14 - Westseite

Seit Februar 2013 wird das Institut von Herrn Prof. Dr. sc. techn. Thomas Koch geleitet. In der Powertrainentwicklung im Nutzfahrzeugbereich der Daimler AG war er zuvor 10 Jahre in verschiedenen Positionen tätig, zuletzt verantwortete er Brennverfahren, Air-Management, Kraftstoffe und Vorentwicklungsumfänge der mittleren Motorenbaureihe. Von der Stichmaßfestlegung bis zum Serienstart begleitete er mit diesen Aufgabenumfängen beispielswiese den Entwicklungsprozess der neuen Medium-Duty-Generation OM934/936 als Diesel- und Gasmotor.

Schwerpunkt der Forschung bilden die drei Forschungssäulen des Instituts, die kontinuierliche CO2-Reduzierung, die weitere Reduzierung der sonstigen motorischen Emissionen und eine Gesamtsystemvereinfachung. Wirkungsgradsteigerung und die Auswahl alternativer Kraftstoffe sind die wesentlichen Maßnahmen zur CO2-Reduzierung. Eine Optimierung aller verbrennungsrelevanten Prozesse und die enge Kopplung mit abgasnachbehandlungsseitigen Fragestellungenstehen im Vordergrund zur Reduzierung der motorischen Emissionen. Eine Gesamtsystemvereinfachung zielt auf Fragestellungen beispielsweise zur Reduzierung der Systemkomplexität, zur Kühlsystementlastung, zur Edelmetallreduzierung der Abgasnachbehandlungs-Substrate oder einer reduzierten Steuergeräteauslastung durch verbesserte Regelungsstrategien.

Unter der neuen Leitung wurden bereits neue Forschungsschwerpunkte aufgebaut. Erdgas als Kraftstoff, Restwärmenutzungsumfänge und ein Blockheizkraftwerk sind im Aufbau. Die vielfältigen forschungsseitigen Anknüpfungspunkte innerhalb des KIT, beispielsweise im Bereich der Abgasnachbehandlungskatalyse oder der Regelungstechnik sind ebenfalls im Fokus aktueller Aktivitäten.
Die Industrieerfahrung von Prof. Koch und anwendungsorientierte Kenntnisse sind Triebfeder für die Erforschung weiterer Fragestellungen und einer erweiterten Sicht auf neue Herausforderungen rund um den Verbrennungsmotor. Somit fließen neue Themen in das Forschungsportfolio des Instituts ein und wichtige Aspekte ergänzen die Lehre zur anwendungsorientierten Ausbildung unserer Studierenden.

Das Lehrangebot befindet sich auch aufgrund der neuen Bachelor- und Masterstudiengänge im Umbruch. Wichtiger Schwerpunkt bleiben die motorische Verbrennung und die Messmethoden sowie sinnvolle, wichtige Erweiterungen durch externe Lehrbeauftragte.

Die Infrastruktur des Labors richtet sich ebenfalls an neuen Forschungsumfängen aus: Eine Versorgung der Prüfstände mit Erdgas wurde umgesetzt. Gemeinsam mit der Betriebstechnik des KIT wurde ein Blockheizkraftwerk am Campus Ost etabliert und in Betrieb genommen. Die Weiterentwicklung des Containerprovisoriums ist zudem unabdingbar und stellt eine große Herausforderung für das Institut dar.