Cluster Mikrosystemtechnik
Die zunehmende Digitalisierung nahezu aller Lebensbereiche erfordert die vernetzte Bereitstellung enormer Datenmengen. In diesem Zusammenhang nehmen die Anzahl lokal genutzter Sensoren und das zu übertragende Datenvolumen drastisch zu. Dabei spielen Themen wie die Sicherheit im Sinne der Integrität sowie der Verfügbarkeit der erfassten Daten eine entscheidende Rolle zur Gewährleistung der gewünschten Funktionalität in der geforderten Qualität. Ein oft unterschätzter, aber wesentlicher Teil dieser Entwicklung ist eine leistungsfähige und effiziente Datenvorverarbeitung. Häufig ist die Übertragung lokaler Sensorrohdaten an Steuerrechner bzw. „Big Data“-Infrastrukturen wenig sinnvoll. Vielmehr ist eine Reduktion der Daten auf die für die weitere Verarbeitung wesentliche Information bereits am Ort der Messung vorteilhaft. Dies schont Übertragungskapazitäten, ermöglicht die Aussortierung nicht valider Daten, die Anonymisierung der Daten bereits am Punkt der Aufnahme und birgt enorme Effizienzpotenziale. Entsprechende Lösungen sind sowohl in Soft- als auch in Hardware umsetzbar. Beides bietet komplementäre Vor- und Nachteile.
In Verpackungs- und Abfüllanlagen im Lebensmittel- und Pharmabereich spielt der Verwiegeprozess eine exponierte Rolle: Er ist unverzichtbar und stellt bezüglich der Taktzeiten häufig den Flaschenhals dar. Gerade im Pharmabereich sind jedoch auch die Anforderungen bezüglich Auflösung und Reproduzierbarkeit so streng, dass als mögliches Wägemodul häufig nur EMK-Waagen (Elektromagnetisch kraftkompensierte Waagen) infrage kommen. Den Anforderungen nach Auflösung und Reproduzierbarkeit werden diese Waagen spielend gerecht, jedoch zu Lasten der Messzeit.
Um dieses Spannungsfeld zu überwinden, genügt es im Entwicklungsprozess nicht, die einzelnen Komponenten dieses hochgradig mechatronischen Systems zu optimieren – die Komponenten müssen aufeinander abgestimmt und das Gesamtsystem als solches optimiert werden. Hierzu liefert eine Systemsimulation ein wertvolles Hilfsmittel. Sie erlaubt es, unterschiedliche Modelltypen mit verschiedenen Abstraktionsgraden miteinander zu verknüpfen und so für jede Komponente die Detailtiefe zur Verfügung zu stellen, die für die Optimierung benötigt wird und trotzdem schnell laufende Modelle zu erzeugen. Hier wird die Vorgehensweise zur Modellerstellung und Optimierung anhand des oben skizzierten Beispiels einer EMK-Waage beleuchtet.
Impedanzanalyse von Selbstentladung und Ladezustand an Superkondensatoren und Lithiumionen-Batterien
(2018)
Die frequenzabhängige Kapazität C(ω) zeigt den Ladezustand elektrochemischer Speicher (SoC) an. Die Selbstentladung von Superkondensatoren über 14 Monate folgt einer Exponentialfunktion in zwei Zeitdomänen. Von geringem diagnostischem Wert ist die vom Ladezustand abhängige Krümmung des hochfrequenten Ortskurvenbogens (Durchtrittswiderstand). Bei Lithiumionen-Batterien gilt: U ~ lg Q ~ C.
The user interface of automation systems can sometimes be ambiguous and difficult to correlate with the right components of the system located in the real environment. In addition, inexperienced personnel is required to go through large documentation reports, to call an expert on site or even to require training in order to solve an issue. As such, this could be costly and inefficient for small and medium sized enterprises (SME). Here we show that an augmented reality (AR) based user interface can ease the interaction of a user/worker with a machine. In addition, by projecting virtual information on an image stream from a camera, the interaction between them can become more intuitive. Furthermore, we compare two kinds of devices which can be used with augmented reality – a head-mounted device and a hand-held device. Our results demonstrate that the user is able to understand faster the current system and interact with it without requiring any professional experience. Finally, we expect to expand our application to interact with more complex and large systems and enhanced features in respect with the user interface.
Im Projekt „Smart Foil Display“ wird an der Hochschule Landshut ein Anzeigesystem mit einem leuchtenden flexiblen gedruckten Display entwickelt, das per Bluetooth Low Energy angesteuert werden kann. Die Hauptzielrichtung des Systems ist die Erhöhung der Verkehrssicherheit von Fußgängern, Fahrradfahrern oder Skatern während der dunkleren Tageszeit.
Seit März 2019 läuft die Feldtestphase, in der sowohl die Stabilität der technischen Funktionalität und die Zuverlässigkeit der eingesetzten technologischen Lösungen als auch die Reaktionen bzw. Akzeptanz gegenüber dem System in der Bevölkerung untersucht werden sollen. Die Dauer der ersten Feldtestphase wurde auf ein Jahr festgelegt. Als Testobjekte dienen Jacken mit einem oder zwei eingebauten Displays, die von Probanden in der gleichen Weise getragen werden sollen wie gewöhnliche Kleidungsstücke.
Im Beitrag werden zum einen die Details zur Implementierung von Smart Foil Displays für die Feldtestmuster erläutert. Zum anderen werden die Zwischenergebnisse der Feldtests vorgestellt, die festgestellten technischen Probleme dargelegt und die ausgearbeiteten Lösungen präsentiert. Des Weiteren wird die über mehrere Monate im Dauereinsatz gemessene Entwicklung der Displayintensität dargestellt, die eine Aussage über die maximale praktische Lebensdauer der Displaysysteme erlaubt.
Aufgrund der immer weiter anwachsenden Vernetzung der Stromnetze wird die Kommunikation zwischen der Leitstelle des Energieversorgers und den Infrastrukturkomponenten innerhalb eines Umspannwerks immer bedeutsamer. Dabei werden sowohl Steuerbefehle als auch Daten für Überwachungsfunktionen übertragen. In den aktuellen Netzwerkarchitekturen findet diese Kommunikation ohne eine kryptografische Absicherung statt, was einen Angriffspunkt für gezielte Attacken und damit eine potenzielle Gefährdung der Energieversorgung darstellt. Um solchen Angriffen in Zukunft entgegenzuwirken, wird das ES³M-Sicherheitsmodul entwickelt. Dieses soll in das Netzwerk zwischen den beiden Kommunikationspartnern eingesetzt werden und so den Datenverkehr absichern. Mithilfe einer Bedrohungsanalyse wurden Anforderungen abgeleitet, die neben kryptografischen Maßnahmen auch Themen wie funktionale Sicherheit und Langlebigkeit umfassen. Um diese zu erfüllen, wurde eine spezielle Systemarchitektur auf Basis einer Aufgabenteilung entworfen. Diese Architektur und korrespondierende Designentscheidungen werden präsentiert.
Dieser Artikel beschreibt Erfahrungen, die bei der Integration von Ultraschall-Wasserzählern in das an der Hochschule Landshut entwickelte Energiemanagementsystem Selena gewonnen wurden. Es werden technische Details zur Integration von Siemens Ultraschall-Durchflussmessgeräten des Typs SITRANS FST020 referiert und wie diese an ein Energiemanagementsystem mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) eingebunden werden können. Diese Anbindung wird mit einer alternativen Integration mittels kostengünstiger und im Internet der Dinge populärer Raspberry Pi-Einplatinencomputern verglichen. Es stellt sich heraus, dass die Anbindung durch Raspberry Pi nicht nur deutlich kostengünstiger, sondern auch einfacher und flexibler ist.
In order to increase reliability, scalability and fail safety of battery management systems (BMSs), a decentralized BMS consisting of peer nodes is proposed. To ensure complete autonomy each node is equipped with its own microcontroller. Each manages the charge and discharge processes and enables communication with other nodes in the system. The proposed system is a multi-microcomputer system. Changing requirements, software development and bug fixes require the ability to update system software of microcontrollers. In this paper, a specific boot concept is proposed to increase the testability of the system. First, the requirements for the software update process are analyzed. Subsequently, a boot concept using Controller Area Network (CAN) is introduced and its advantages and limitations are shown. Finally, the boot concept is evaluated and possible alternative boot concepts with optical data transmission via a polymer optical fiber (POF) or with dual CAN design are proposed.
Die stetig steigenden Anforderungen in Bezug auf die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit von leistungselektronischen Modulen macht das Packaging zu einer immer größer werdenden Herausforderung. Durch den Einsatz von anorganischen Materialien (Zement) und das Erschließen neuer thermischer Pfade lassen sich völlig neuartige Modulkonzepte realisieren. In einer grundlegenden Untersuchung wird das leistungselektronische System und die geometrische Auslegung des Moduls diskutiert und analysiert. Das Ergebnis ist ein dreidimensionaler, flächenzentrierter Modulkörper mit implementierter Wasserkühlung. Dieses dreiseitige Modul ist so ausgelegt, dass es das thermische Potenzial des Zements optimal nutzen kann. Eine Reduzierung des Rth,ja um 25 % ist via thermischer Simulationen ermittelt worden. Das Simulationsmodell wurde anhand einer Rth-Messung verifiziert. Durch die effizientere Kühlung kann eine deutlich höhere Leistungsdichte erzielt werden, ohne die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Moduls zu reduzieren.
Für eine Einführung in die fertigungstechnischen Grundlagen der Aufbau- und Verbindungstechnik sind im Wahlfach „Leiterplattentechnik Praktikum“ an der Technischen Hochschule (TH) Rosenheim Inhalte der Prozesstechnik und des Leiterplattendesigns miteinander kombiniert. Zu Beginn der Veranstaltung zeichnen die Praktikumsteilnehmer ein Layout für eine Leiterbahn-Teststruktur, welche anschließend im Haus gefertigt wird. Nach der Fertigung folgt eine elektrische und optische Charakterisierung zur Kontrolle der Prozessqualität. Die praxisnahe Erstellung eines einlagigen Layouts für eine LED-Taschenlampe auf Basis eines vorgegebenen Schaltplans und innerhalb einer begrenzten Platinenfläche sowie dessen Fertigung befähigen die Kursteilnehmer später, eigene Layouts für elektronische Schaltungen selbstständig zu entwickeln. Die anspruchsvolle, teilautomatische Bestückung einer zweilagigen, vorgegebenen SMT(Surface Mount Technology)-Leiterplatte, die ein FM-Radio mit Capacitive Touch-Steuerung bildet, rundet die erfolgreiche Qualifizierung in der Leiterplattentechnik ab.