Cluster Mikrosystemtechnik
Filtern
Dokumenttyp
Sprache
- Deutsch (36) (entfernen)
Volltext vorhanden
- ja (36)
Fakultät
- Cluster Mikrosystemtechnik (36) (entfernen)
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.
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.
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.
Die mit den Methoden der gedruckten Elektronik realisierten Schaltungsträger sind oft auf Substratmaterialien hergestellt, die eine relativ schlechte Temperaturstabilität aufweisen und nicht dem Standardlötprozess unterzogen werden können. Um elektrische Verbindungen auf solchen Leiterplatten zu erstellen, müssen die Montageprozesse angepasst werden. Im Beitrag werden drei Methoden der elektrischen Kontaktierung – mittels isotroper und anisotroper Klebstoffe sowie des Lötens – anhand der im Labor für elektronische Hybridschaltungen der Hochschule Landshut hergestellten Demonstratoren gegenübergestellt. Es werden die Daten zur Auswahl des Substratmaterials und der Siebdruckpasten aufgeführt sowie die eingesetzten Verbindungsmaterialen angegeben. Die Testergebnisse zur Stabilität gedruckter Strukturen im Klebeprozess werden gezeigt sowie die Ergebnisse der Untersuchungen zur Lötbarkeit einiger Siebdruckpasten auf Silber- und Kupferbasis unter Einsatz von Niedertemperaturlotlegierungen vorgestellt.
Ein Ziel bei der Herstellung von Conformable Electronics ist die immer zunehmende Miniaturisierung. Ein Ansatz ist die direkte Bestückung der gedruckten Elektronik mit SMD Bauteilen. Innerhalb dieses Herstellungsprozesses müssen die Bauteile jedoch großen Belastungen standhalten.
Für diese Studie werden Null Ohm SMD-Widerstände unterschiedlicher Größe mittels Leitkleber auf PC/PBT-Folie appliziert und anschließend mittels High-Pressure Forming Prozess verformt. Die Bauteile befinden sich in Bereichen mit unterschiedlicher lokaler Dehnung. In dieser Untersuchung werden die Einflüsse des Hinterspritzens bei unterschiedlichen Prozessparametern auf verformten Folien mit Bauelementen der Größe 0603 und ebenen Bauteilen der Größe 0805 untersucht. Betrachtet wird in dieser Studie der Einfluss der Schmelzetemperatur und der Einspritzgeschwindigkeit.
Es erfolgt eine elektrische Auswertung bezüglich Ausfall und Widerstandsänderung hinsichtlich Lage und Dehnungsgrad nach dem Hinterspritzen. Die aufgeklebten Komponenten wurden in Bereichen verschiedener lokaler Verformungen positioniert. Die Ausrichtung der Bauelemente ist alternierend in und quer zur Schmelzerichtung erfolgt. Zur Beurteilung des Einflusses wurden verschiedene Einspritzgeschwindigkeiten ausgewertet. Elektrische Komponenten können in Bereichen bis zu 15 % Dehnung aufgebracht werden, ohne dass diese Beschädigung erfahren.
Auf dem Weg zu Industrie 4.0 entwickeln sich zunehmend Applikationen für Stromversorgungen mit digital konfigurierbarer Regelung und Betriebsdatenerfassung. Durch eine Analyse der Betriebsdaten kann eine Überwachung der Stromversorgung und eines angeschlossenen Verbrauchers realisiert werden. Dadurch können die Zuverlässigkeit des Systems und die Wartungsplanung optimiert werden. Des Weiteren erhöht die Einstellbarkeit der Stromversorgungen die Flexibilität, welche beispielsweise bei Batterieapplikationen benötigt wird. Bei einer Stromversorgung mit digital konfigurierbarer Regelung wird der Controller für den Wandler mit einem Mikrocontroller realisiert, der analoge Komponenten zur Regelung enthält. Hiermit kann eine Voltage-Mode Regelung sowie eine Current-Mode Regelung umgesetzt werden. Die Current-Mode Regelung ist für den Einsatz bei PoLWandler (Point of Load) aufgrund der Regeleigenschaften und des Überstromschutzes vorteilhafter. Die Schutzfunktionen können beim hybriden Konzept analog oder digital realisiert werden. Während der Kurzschlussschutz analog mit einem Komparator umgesetzt wird, können die weniger kritische Über- und Unterspannungsabschaltung auch softwareseitig ausgelöst werden.
Bei Stromversorgungen wird zur Auslegung und Verifikation der Regelung üblicherweise das Frequenzkennlinienverfahren angewendet. Hierbei kann das mathematische Modell für die Regelstrecke durch eine Messung an der realen Schaltung ersetzt werden. Durch die Verwendung der Messung werden sämtliche parasitären Effekte berücksichtigt, weshalb die Regeleigenschaften exakt eingestellt werden können. Dies ist notwendig, um bei der Versorgung von taktenden Lasten über den gesamten Arbeitsbereich eine ausreichende Regelgeschwindigkeit und Stabilität sicherzustellen.