Forschung - Technologie Transfer

Referenz-Projekte

Entwicklung eines Schwarzstrahlermoduls zur IR-Detektorkalibrierung

Beschreibung

Die Messung der absoluten Temperatur mittels Infrarot-Thermografie erfordert eine Kalibrierung
des IR-Detektors. Herkömmliche, am Markt verfügbare Schwarzstrahlergeräte unterstützen
eine Kalibrierung leider nur stationär, bedingt durch großvolumige, schwere und damit
nicht für den mobilen Einsatz geeignete Bauform. Es wäre für den IR-Anwender eine
große Erleichterung und Hilfe, eine kleine und mobile Kalibriereinheit vor Ort zu haben. Die
verfügbaren Einheiten haben den Nachteil, dass die Kalibrierungen sehr zeitaufwendig sind
(2-3 Stunden pro Kalibriersequenz) und keine einheitliche Datenschnittstelle zur automatisierten
Kalibrierung vorliegt.
Es entsteht damit die Notwendigkeit, ein Schwarzstrahlergerät zu entwickeln, der den Anwender
mit einer einheitlichen Kalibriereinheit versorgt, welche schnellere Kalibriersequenzen
erlaubt und zudem eine einheitliche Schnittstelle zum Datentransfer anbietet. Dies ist
physikalisch und technisch durchaus möglich und geboten, da solche Systeme momentan
am Markt nicht existieren.

Projektzeitraum:

08.2008 - 10.2009

Projektfinanzierung:

Eigenforschung

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Auslegung eines Kühlkörpers für ein Solarwechselrichter im Leistungsbereich 15kWh

Beschreibung

Für einen Solarwechselrichter wurde ein geeigneter Kühlkörper im Leistungsbereich 15kWh ausgelegen und ausgewählt sowie das thermische Verhalten mittels FE-Simulation mittels FE-Simulation überprüft und messtechnisch bestätigen.

AP1: Analytische Auslegung und Dimensionierung
AP2: FE-Modellierung und thermische Simulation
AP3: Messtechnische Verifizierung des aufgebauten Solarwechselrichters

Projektzeitraum:

07.2011 - 12.2012

Projektfinanzierung:

Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM)

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Hochpräzise Konstant-Stromquelle

Beschreibung

Ziel des Projektes war es eine hochpräzise Konstantstromquelle zu entwickeln, welche sowohl in diskreter Form zur Integration in bereits drei beim AG vorhandenen Messsysteme integriert als auch in gehäuster Form zum mobilen Laboreinsatz genutzt werden kann.
Dabei soll die Konstantstromquelle den folgenden Leistungsmerkmalen genügen sowie Randbedingungen entsprechen:

  • Eine Stellbarkeit der Quelle von 0,1mA bis 10mA bei einer Schrittweite von 0,1mA
  • Eine stabile Versorgung für Lasten von 10Ω bis ca. 60kΩ
  • Ein Temperaturstabiler Betrieb bei Umgebungstemperaturen von 10°C bis 60°C
  • Ein EMV-gerechtes Leiterplattendesign, um interne und externe Störungseinflüsse zu vermeiden
  • Versorgung der Quelle durch ein ungeregeltes 5V Netzteil
  • PCB-Abmessungen: 100x50x20 mm³
  • Integrierbar in das vorhandene TIMA-Messsystem
  • Integrierbar in die vorhandene Temperaturkalibrierkammer
  • Integrierbar in die vorhandene IR-Detektorkalibriereinheit
  • Integrierbar in ein mobiles Gehäuse, ohne geregeltes Netzteil
  • Hohe Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb

Projektzeitraum:

09.2011 - 01.2012

Projektfinanzierung:

Berliner Nanotest und Design GmbH

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Entwicklung eines Reibungslosen Lüfters

Beschreibung

Ziel dieser Arbeit war ein miniaturisiertes reibungsloses Lüfter-Konzept, das ähnlich einem piezo-elektrisch angetriebene Lüfter Prinzip arbeitet zu entwickeln. Diese Art von Gebläse soll zur Verbesserung der Wärmeübertragung g durch Erhöhung der Fluidzirkulation in Regionen eingesetzt werden.

Der entwickelte Ventilator basiert auf einer schwingenden Lamelle, deren Schwingung mittels eines magnetischen Feldes angetrieben wird.

Im Gegensatz zum piezo-elektrischen Ventilator, basiert das Lamellenmaterial auf einer Polymerfolie. Eine statische mechanische FE-Analyse zeigte ein gutes Potential für einen zuverlässigen, reibungsfreien Betrieb des Ventilators gegenüber piezo-elektrischen sowie kleinen Axial-oder Radialventilatoren.

Mit dem Lamellenlüfter wird z.Z. ein Durchfluss von ~13 l/min bei 2 Pa erreicht. Dies liegt zwar 1/3 unter dem Vergleichsergebnis eines piezoelektrische Lüfter. Der Vorteil des entwickelten Lüfterkonzeptsist allerdings deren niedrige Antriebsspannung von 2,5 V statt 120 V, im Vergleich zum piezo-elektrischen Ventilator.

Projektfinanzierung:

Eigenforschung

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Entwicklung und Verifizierung eines thermo-elektrisch gekoppelte Netzwerksimulatormodells zur Abschätzung der Kabelerwärmung in Hybridfahrzeugen in Abhängigkeit des Einbauortes

Beschreibung

Ziel des Forschungsvorhabens ist es im Zuge des zunehmenden Trends die immer knapper werdenden Energieressourcen die Voraussetzungen für einen effizienten Transport der elektrischen Energie zu schaffen.

Hintergrund sind die verschärften Anforderungen an die Verbindungsleitungen zwischen Energiespeicher und Antrieb bei Hybridfahrzeugen. Im zunehmenden Maße spielt neben der geometrischen Auslegung der elektrischen Zuleitungen (Kabelbaum) auch die Eigenerwärmung der Kabel in Abhängigkeit des Einbauortes im KFZ eine größer werdende Rolle.

Finite-Elemente Simulationen können bei verhältnismäßigem Rechenaufwand nur einen kleinen Teil der Verbindungsleitungen im KFZ abbilden bzw. modelliert werden. Um den Anforderungen Rechnung zu tragen, wird ein einfaches, zeiteffizientes gekoppeltes thermo-elektrisches Netzwerksimulator-Modell für die elektrischen Antriebsverbindungsleitungen in Abhängigkeit der thermischen Randbedingungen im KFZ benötigt.

Das Kabelmodell wurde zunächst auf einen geschirmten Innenleiter begrenzt.

An den physikalischen Enden können die Kabel über Steckverbindungen an Wärmesenken mit einzugebender Temperatur angeschlossen werden. Die thermische Ankopplung der Kabel kann durch einen Wärmeübergangskoeffizienten vom Anwender beschrieben werden. Diese Einflüsse können für definierte Abschnitte unterschiedlich sein.

Es können die Temperaturen an den Leitungsenden und die Umgebungstemperatur, sowie der elektrische Strom vorgegeben werden. Über die weiteren Zuleitungen können die sich einstellenden inneren Temperaturen angezeigt werden.
Mittels FE-Simulation und Experiment wurde eine Verifikation für das Spice-Modell durchgeführt

Der Vergleich ergab einen mittleren Fehler zwischen Experiment und FE-Simulation von ca. 8% und zwischen Experiment und SPICE-Simulation von ca. 5% gibt.

Projektzeitraum:

09.2010 - 06.2011

Projektfinanzierung:

MWFK

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Thermische und mechanische Untersuchung und Prüfung von Flugzeugkabeln

Beschreibung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens "Thermische und mechanische Untersuchung und Prüfung von Flugzeugkabeln" der FuE-große Richtlinie OP 18 war ein Prototyp-Prüfstand zur Untersuchung der Eigenschaften von 270VDC Kabeln und deren Integration im Flugzeug zu entwickeln. Ferner waren die elektro-thermischen und mechanischen Kopplungen der Kabel unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu untersuchen. Insbesondere waren dabei die mechanischen und thermischen Größen, welche wechselseitig die Eigenschaften der Kabel und deren Kabelaufhängung beeinflussen zu analysieren.

Im Arbeitspaket "Kopplung elektro-thermischer und mechanischer Lastfälle" wurden parametrische numerische Modelle erstellt und für verschiedene Kabelgeometrien und Lastbedingungen das Kabelverhalten bezüglich seines Temperaturverhaltens untersucht.

Die Forschungsarbeiten wurden in Kooperation mit dem Projektpartner QPAC ausgeführt.

Projektzeitraum:

11.2013 - 06.2015

Projektfinanzierung:

  • MWFK
  • Förderprogramm: F&E-große Richtlinie OP18
  • Antragsnummer: 80159550

Projektleitung:

Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht

Weitere F&E-Projekte

Applikationsnahe Entwicklungen von Messplätzen, -schaltungen und Steuersoftware auf den Gebieten

  • zerstörungsfreien Analyse von elektronischen Bauteilen und -gruppen mittels Infrarot Thermographie (Online, Impuls und Lock-In), u.a Zerstörungsfreie Detektion von Leiterplattendurchkontaktierungen mittels Impuls Thermographie
  • Windkanals zur Bestimmung des thermischen Widerstands von IC-Packages unter natürlicher und forcierter Konvektion
  • Bestimmung der thermischen Leitfähigleit und des thermischen Interface Widerstands von thermischen Interface Materialen (Patent: DE102011003862 A1)
  • Charakterisierung von Mikrokanalwasserkühlern
  • aktiven Alterung von Leistungshalbleitern (PowerCycling)
  • Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Überwachung von Ausfallprozessen. (Patent:DE 102009019774 A: 20090430

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