Cluster Mikrosystemtechnik
In diesem Konferenzbeitrag wird zunächst ein gängiges mathematisches Modell für die RSSI-basierte Entfernungsschätzung vorgestellt und physikalische Einflüsse auf den Übertragungskanal werden diskutiert. Im Rahmen einer empirischen Untersuchung wird festgestellt, dass Effekte der Mehrwegeausbreitung durch dieses Modell nicht abgebildet werden. Auf der Grundlage dessen wird ein erweitertes mathematisches Modell, welches Interferenzen durch Mehrwegeausbreitung berücksichtigt, vorgestellt. Daraus lassen sich neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Entfernung und RSSI-Wert gewinnen, aus welchen wiederum verbesserte Verfahren für die RSSI-basierte Entfernungsschätzung generiert werden können.
In Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen werden Traktionsbatterie und Brennstoffzelle über einen DCDC-Wandler an das Hochvoltbordnetz angebunden, um die Bordnetzspannung zu stabilisieren und das gewünschte Spannungsniveau einzustellen, typischer Weise 800 V. Um die passiven Komponenten (Drossel, Kondensator) entsprechend leicht und kompakt gestalten zu können, sind möglichst hohe Schaltfrequenzen des DCDC-Wandlers notwendig. Gleiches gilt für den elektrischen Turbokompressor, welcher für Brennstoffzellen benötigt wird – hier muss der speisende Inverter besondere Anforderungen erfüllen, z.B. einen sehr niedrigen Stromripple.
Die idealer Weise erforderlichen Schaltfrequenzen von über 300 kHz sind derzeit nur mit GaN-Transistoren umsetzbar. Das Spannungsfenster im Hochvoltbordnetz reicht aktuell bis 800 Volt, GaN-Transistoren sind derzeit allerdings nur für Sperrspannungen bis 650 Volt auf dem Markt verfügbar. Aufgrund dessen ist der Einsatz einer 3-LevelTopologie notwendig, welche des Weiteren Vorteile hinsichtlich EMV bietet. Jedoch stellt dies höhere Anforderungen an Schaltungstopologie und Schaltungsträgerlayout als bei einer vergleichbaren, standardmäßig eingesetzten 2-Leveltopologie mit 1200 V-Halbleitern.
In this paper, we report the recent research and development at the Technische Hochschule Ingolstadt (THI) on Cu based sinter pastes and conductive inks for applications in the field of high power electronics packaging and printed electronics. Cu based sinter pastes have been developed for low temperature (250-275°C), rapid (3-5 min) and low pressure (≤20 MPa) die-attach bonding process in an open bond chamber under N2 flow. A simple two-step sintering process similar to industrialized Ag sintering processes is implemented, thereby offering an attractive, cost-effective alternative that can be used on the same equipment currently used for Ag sintering under pressure. The average shear strength of 60 MPa which is comparable to commercial micro-scale Ag sinter pastes under same processing conditions is reported. Based on the development of Cu die-attach materials, also Cu inks for printed electronics were developed by complexing Cu(II) formate salt with an alkanol amine generating in-situ nanoparticles (ranging from 100-500 nm) after decomposition at lower temperatures (<160°C). Fine Cu traces of ~100 µm width are realized through ink-jet printing. The sintered inkjet printed traces gave a bulk resistivity value of 102 µΩcm for a trace of thickness 2.5±0.5 µm.
Energieeffizienz – Einsparpotenziale erkennen – CO2-Emissionen erfassen und reduzieren zu können. Das war bereits 2015 Anlass und Initiative der Beteiligten, für die Hochschule Landshut (HAW) ein gebäudebezogenes Energiedatenmanagementsystem (EnMS) zur Erfassung verbrauchsrelevanter Daten auf dem Campus zu planen und mit der Umsetzung zu beginnen. Einer der wichtigsten Anforderungen für ein EnMS war, die unterschiedlichen Energiearten und ihre jeweiligen Verbräuche in den einzelnen Gebäuden der Hochschule zu erfassen. Bis dahin konnte nur der gesamte Energieverbrauch der Hochschule auf Basis der Abrechnungen des Energieversorgers beziffert werden. Die Daten des Campus wurden bis dahin meist noch händisch erfasst, vereinzelt gab es eine eingeschränkte automatische Erfassung. Insgesamt führte das zu einer asynchronen zeit- und personalintensiven Datenerfassung an den bis dahin existierenden Messstellen. Um die Daten analysieren und bewerten zu können, müssten sie zusammengefasst und abgespeichert werden können. Mit dem Team ist es gelungen, eine automatisierte und synchrone Erfassung der an der Hochschule anfallenden Energie- und anderer für Energieverbräuche relevanten Daten wie Wasserverbräuche und Wetterdaten aufzubauen.
In dem mittlerweile existierenden Reallabor werden gebäudeweise sämtliche verbrauchsrelevanten Daten, mit rund 100 Messstellen auf dem Hauptcampus, erfasst. Die Messwerte werden im Viertelstundentakt ausgelesen. Ziel unseres Projektes ist der Aufbau eines herstellerunabhängigen EnMS, das sowohl für den technischen Dienst als auch für die Lehre, Forschung und Entwicklung genutzt werden kann. Als eine der ersten Hochschulen – wenn nicht sogar als erste Hochschule – in Bayern wird hier ein derartiges EnMS in dieser umfassenden Ausbaustufe und Projektkonstellation betrieben.
Die Luftqualität in Innenräumen ist besonders ausschlaggebend für die Konzentrations- und Leistungsfähigkeit [1] – und in Zeiten von Corona auch für den Infektionsschutz. Die Qualität der Luft kann u.a. aus dem CO2-Gehalt, der Temperatur, der Luftfeuchte und verschiedenen Feinstaubwerten abgeleitet werden [2]. Die Entwicklung eines Messsystems zur automatischen Messung der Luftqualität und der Übertragung der Messdaten an eine Software-SPS wird auf Basis einer Bachelor-Arbeit [3] vorgestellt. Dies beinhaltet die Softwareentwicklung in diversen Systemkomponenten und die Inbetriebnahme eines funktionsfähigen Prototyps.
The Transport Layer Security (TLS) protocol is used to cryptographically secure network connections. To ensure authenticity, TLS uses certificates that are exchanged at the beginning of each new connection. Due to expiration or early revocation of certificates, the deployment of new certificates to devices in the field is necessary. In addition, a device must identify revoked certificates during connection establishment to abort the connection. This paper presents the implementation of these two functionalities within a Security Gateway for the power grid. The nature of embedded systems with their limited resources and requirements regarding dependability impact the device-specific implementation. With these features, the Security Gateway can be integrated into an existing Public-Key Infrastructure System.
Die Miniaturisierung von Mikrosensoren stellt immer größere Anforderungen an die Fertigungsprozesse. Parallel dazu wächst der Bedarf an hochgenauen Bauteilen, die individuell auf einzelne Systeme abgestimmt sind. Gerade die Herstellung dreidimensionaler Mikrosysteme & MEMS ist aufwendig und kompliziert. Der nano-3D-Druck (2-Photonenpolymerisationsprozess) ist eine junge Technologie mit großem Potential in diesem Bereich. Mit ihm lassen sich dreidimensionale Strukturen deutlich kleiner als 1 μm und Oberflächenrauigkeiten unter 100 nm realisieren.
Im Folgenden werden die Technologie und der Prozess des nano-3D-Drucks erläutert. Anschließend werden Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Optik, der Biotechnologie und der Sensorik vorgestellt.
Im Rahmen dieser Untersuchung wird mit Hilfe einer direkten Integration eines miniaturisierten Messverstärkersystems in das Sensorgehäuse eines ALTP-basierten Wärmestromsensors ein Ansatz zur Erhöhung des Signals-zu-Rausch Verhältnisses verfolgt. Berücksichtigt werden hierbei der begrenzte Bauraum im Messmodul, ein möglichst hohes Verstärkungsbandbreitenprodukt und sich stark ändernde thermische Randbedingungen. Die thermischen Bedingungen sind eine direkte Folge der Systemintegration der Sensoren in wandnähe von thermisch hochbelasteten Bauteilen.
Es werden verschiedene Strategien zur Signalverstärkung verfolgt: Zum einen werden Einzelchiplösungen, zum anderen werden chopper-stabilisierte Verstärker mit einem nahezu Nulldriftverhalten in einer Multistufenanordnung verwendet. Alle Systeme werden in einem für Wärmestromsensoren typischen konvektiven Einsatzszenario getestet.
In den Untersuchungen zeigten sich Vorteile für eine direkte Integration des Messverstärkersystems im Bereich der Signalcharakteristik und des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses. Zusätzlich konnte eine signifikante Vereinfachung der Messkette erreicht werden, welche die Fehleranfälligkeit durch Bedienfehler stark reduziert.
Die thermische Auslegung und Simulation nimmt einen immer höheren Stellenwert in der Entwicklung von Batteriesystemen ein. In dieser Studie wird ein Prüfverfahren zur zerstörungsfreien und nichtinvasiven Ermittlung der Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Lithium-Ionen Pouch-Zellen vorgestellt und die Messergebnisse mit Literaturdaten verglichen.
We present a Pirani vacuum gauge with an actively temperature-stabilized environment. The heated sensor element is surrounded by two elements that are temperaturecontrolled to a certain level below the temperature of the heated sensor element. The idea is to create a homogeneous temperature distribution, which allows keeping the ambient temperature constant, thus increasing the accuracy and repeatability of vacuum measurements.