Tagungsband 2. Symposium Elektronik und Systemintegration ESI 2020: "Intelligente Systeme und ihre Komponenten: Forschung und industrielle Anwendung"; ISBN 978-3-9818439-4-1
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.
Der Beitrag betrachtet die Anwendbarkeit einer Tiefziehsoftware für die Simulation von Hochdruck-Umformprozessen. Das Hochdruckumformen ist eine Sonderform des Thermoformens, bei welcher mit höheren Umformdrücken, aber geringeren Substrattemperaturen gearbeitet wird. In herkömmlichen Thermoformprozessen werden die zu verformenden Substrate auf Temperaturen deutlich oberhalb der Glasübergangstemperatur geheizt, um diese mittels Vakuumtiefziehen auf ein einseitiges Werkzeug ziehen zu können. Für diese Prozessvariante werden Softwaretools bereits angewendet. Unter gezielter Anpassung der Prozessparameter kann die Software T-Sim für das Hochdruck-Umformen verwendet werden. Im vorgelegten Beitrag wird untersucht, wie sich die Software für die Anwendung bei bedruckten Foliensubstraten eignet. Die Software wurde eingesetzt um besonders beanspruchte Bereiche zu lokalisieren und die Bedruckung und Bestückung anzupassen. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit sich die Simulation dazu eignet, Prozessparameter für die Umformung in Hinblick auf die applizierten Leiterzüge auszuloten. Im Vergleich mit realen Prozessen konnte die prinzipielle Eignung bestätigt werden.
Optimierung des Systemverhaltens eines Axialflussmaschinenantriebs durch Rotorgeometrieanpassung
(2020)
Axialflussmaschinen bieten mit ihrer planaren Geometrie die Möglichkeit, ein einfach herstellbares und gut skalierbares Maschinenkonzept zu realisieren, das gleichzeitig eine hohe Drehmomentausbeute bei kompakter Bauweise ermöglicht. Gerade bei geringen Stückzahlen und speziellen Einsatzgebieten, die eine Anpassentwicklung erfordern, ist das von Vorteil. An der Hochschule Landshut wurde in diesem Kontext ein neues Maschinenkonzept mit dem Namen „AxMDM“ entwickelt und patentiert. Besonderheit ist der Einsatz von U-Kernblechen für den Statoreisenkreis, was einen modularen und leicht skalierbaren Aufbau ermöglicht. Durch Anpassung der Geometrie des scheibenförmigen Rotors kann darüber hinaus das Betriebsverhalten des Antriebssystems optimiert werden, so zum Beispiel in Bezug auf gute Feldschwächbarkeit, den Einsatz als langsamdrehender Direktantrieb mit hohem spezifischen Drehmoment oder als schnelldrehende Variante, wobei jeweils entsprechende Vor- und Nachteile abzuwägen und Steuerverfahren bzw. die Reglerkonfiguration anzupassen sind.
Der zweifach ausgezeichnete TOP100 Innovator Deutschlands, die Silver Atena GmbH, entwickelte zusammen mit dem Partner RAPA die innovative Komponente für das derzeit beste aktive Fahrwerk der Welt. Es verbindet höchste Agilität und Fahrkomfort indem es individuell an jedem Rad die Feder- und Dämpferkräfte regelt. Notwendig hierfür ist das hochperformante Zusammenspiel von Hydraulik, Mechanik und Elektronik.
Die hochintegrierte Motor-Pumpen-Einheit (MPE), der sogenannte „Intelligent eQUALIZER“, wurde 2018 mit dem „Daimler Special Award for Innovation“ ausgezeichnet. Der Intelligent eQUALIZER besteht aus einer Innenzahnradhydraulikpumpe, einer permanenterregten Synchronmaschine (PMSM) sowie einem 48 V, 3,5 kW Steuergerät inklusive Software und hochdynamischer Regelung. Die Hauptherausforderung lag in sehr hohen Anforderungen hinsichtlich Bauraum, Stabilität, Leistung und Dynamik. In diesem Beitrag wird speziell auf die Elektronik und die Regelung der PMSM eingegangen.
Die Elektronik des Intelligent eQUALIZER besteht aus einer Leistungs- und einer Rechnerplatine. Beide Platinen sind bauraumoptimiert über einen Spritzgussträger verbunden. Zur Erfassung der Ist-Lage des Rotors dient ein Rotor-Positionssensor. Daneben stellt die Elektronik zahlreiche Zustandsgrößen der MPE über einen CANBus zur Verfügung. Die integrierten Überwachungs- und Diagnosefunktionen ermöglichen größtmögliche Funktionssicherheit, so dass das Gesamtsystem mit ASIL-C entsprechend ISO 26262 bewertet ist.
Die größten Herausforderungen für die Regelung sind die auftretende Drehzahldynamik und Leistungsbeschränkungen durch Vorgaben des Bordnetzes. Ersteres tritt auf, da Einwirkungen der Fahrbahn auf das Fahrwerk sehr kurzfristig und hochdynamisch erfolgen. Letzteres, da der Intelligent eQUALIZER im Gesamtsystem Auto nur einen Nebenverbraucher darstellt. Zur Regelung des Fahrkomforts wird die PMSM im Vierquadrantenbetrieb mit der Möglichkeit zur Rückspeisung in die Batterie mit einer feldorientieren Regelung in Feldschwächung mit Raumzeigermodulation betrieben. Der Fahrkomfortregelung ist eine hochdynamische Leistungslimitierungsregelung überlagert.
Within the scope of this project, a portable measuring device has been developed which enables a cost-effective analysis of organic substances from ppm to sub-ppm range, such as drug residues in groundwater. The measurement is carried out by means of a surface-enhanced Raman scattering effect (SERS effect) and an exchangeable sensor head. The sensor head used is a nanostructured optical glass fiber glued into a fiber cannula. The tip of the fiber has been processed to act as a SERS cell. The fiber cannula is connected to a freely movable patch cable by using an adapter. Para-thiocresol is used to characterize the SERS cells.
Das Messprinzip der Atomlagenthermosäule (Atomic Layer Thermopile = ALTP) ermöglicht Wandwärmestrommessungen mit einer außergewöhnlich hohen Frequenzauflösung bis in den MHz-Bereich (Ansprechzeit ca. 1 μs). In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines Sensormoduls zur Anwendung der ALTP in verbrennungsmotorischen Untersuchungen vorgestellt. Notwendige Kühlsysteme für das Sensormodul, basierend auf einer konvektiven Prallkühlung und einem geschlossenen System mit Wärmerohren, sind für Langzeitmessungen entwickelt worden. Abschließend wird ein Belastungsprüfstand und der Versuchsablauf für Sensormodultests inklusive Kühlsystemen vorgestellt.
Ziel des Sens-o-Spheres-Projektes ist die Entwicklung eines Messsystems zur durchgängigen Erfassung verschiedener Prozessparameter in Bioreaktoren. Zur Prozessüberwachung, -regelung und -optimierung in Bioreaktoren sollen die Temperatur, der pH-Wert und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff innerhalb des Reaktors ortsaufgelöst erfasst werden. Dazu werden miniaturisierte Sensoren verwendet, die im Bioreaktor verteilt sind und die erfassten Messdaten drahtlos an eine Basisstation übertragen. Die im Beitrag beschriebenen Sensoren befinden sich in kleinen Kunststoffkugeln (d < 9 mm), die neben den eigentlichen Sensoren auch noch jeweils einen Mikrocontroller zur Datenauswertung, einen Transceiver zur Datenübertragung sowie die Stromversorgung in Form eines Akkumulators plus Ladeelektronik beinhalten. Die Ladung des Akkus erfolgt (außerhalb des Bioreaktors) kontaktlos über eine Induktionsspule, die in die Kugel integriert ist. Diese Induktionsspule bildet zusammen mit einer zusätzlichen Kapazität einen Schwingkreis, der auf 13,56 MHz abgestimmt ist. Beim Einsatz im Bioreaktor dient dieser Schwingkreis der Erzeugung eines Backscatter-Signals, welches die Ortung der Kugel ermöglicht, wodurch jedem Messwert eine Ortsinformation innerhalb des Bioreaktors zugeordnet werden kann. Die Messwerte werden in regelmäßigen Zeitintervallen erfasst und drahtlos an eine Basisstation übertragen, wo sie dann dokumentiert und ausgewertet werden. Es sind 3 Typen von Sensorkugeln geplant:
- Sensorkugeln zur Temperaturmessung
- Sensorkugeln zur Temperatur- und pH-Wertmessung
- Sensorkugeln zur Temperaturmessung und Messung des gelösten Sauerstoffs
Besondere Herausforderungen bei der Entwicklung der Sensorkugeln stellen die Miniaturisierung der Elektronik sowie die Minimierung des Stromverbrauchs dar.
Die Themen „Smart Home“ und „Internet of Things“ gewinnen immer mehr an Bedeutung und es wird oft nach Möglichkeiten gesucht, alltägliche Gegenstände oder Elektrogeräte, wie beispielsweise eine einfache Kaffeemaschine oder eine Regentonne nützlicher zu machen. Recheneinheiten, wie beispielsweise Mikrokontroller oder Einplatinencomputer sowie Sensoren oder Aktoren können solche alltäglichen Dinge erweitern und sie mit IP-fähigen Netzwerken verbinden. Dadurch lässt sich das Funktionsspektrum des jeweiligen Gegenstands erweitern, indem zum Beispiel Daten gesammelt und anschließend aufbereitet in einer Smartphone-App dargestellt werden oder man verschiedene Aktionen über eine Smartphone-App auslösen kann. Je nach Budget kommt zur Erweiterung meistens entweder ein Raspberry Pi, ESP8266 oder ähnliche Hardware zum Einsatz. In dieser Arbeit entwickeln wir einen Prototyp eines smarten Briefkasten-Systems, welcher mithilfe von RFID-Tags für Briefe gespeicherte Metadaten lesen und an den Nutzer weiterleiten kann. Zusätzlich ist unser Prototyp als Produkt nachrüstbar und passt in viele Briefkastenmodelle. Neben einem niedrigen Stromverbrauch wurden niedrige Kosten erzielt. Außerdem kann unser System mit mehreren schnell aufeinander folgenden Briefen umgehen und die Daten korrekt einlesen.
Gezeigt wird die Realisierung und Charakterisierung von miniaturisierten dielektrischen Barrierenentladungen (DBD) die mittels mikroelektromechanischer Methoden (MEMS) auf Dünnschichtsubstraten hergestellt wurden. Im Vergleich zu makroskopischen Plasmaaktuatoren (PA) konnte die Zündspannung deutlich reduziert und der Leistungseintrag erheblich gesteigert werden.
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.