Fraunhofer Geschäftsbereich Adaptronik
Die zunehmende Elektrifizierung in fast allen technischen Bereichen erhöht den Bedarf an mechatronischen Komponenten wie Aktoren oder Sensoren. Gleichzeitig steigen die Anforderungen hinsichtlich Bauraum und Gewicht mechatronischer Komponenten.
Moderne Plasmatechniken ermöglichen die Herstellung von multifunktionalen Oberflächen, die tribologisch optimiert sind und gleichzeitig über sensorische Fähigkeiten verfügen. Damit lässt sich eine „Haut für Maschinen“ realisieren, die Online-Messungen dort erlaubt, wo bekannte Sensoren nicht eingesetzt werden können.
Die exakte Bestimmung von Spannkräften in Schraubverbindungen wird durch die am Fraunhofer IST entwickelte Dünnschichtsensorik ermöglicht. Die Unterlegscheibe wird mit einer nur wenige Mikrometer dicken Sensorschicht DiaForce® beschichtet, die aus amorphem Kohlenwasserstoff besteht und im Schraubvorgang ihren Widerstand ändert.
Im Rahmen der Produktentwicklung im NVH-Bereich gilt die Prüfung und Charakterisierung von Materialien und Bauteilen als essentieller Bestandteil. Zu diesem Zweck ist eine zuverlässige experimentelle Kennwertermittlung erforderlich, um eine Beurteilung der Bauteileigenschaften sowie deren Auslegung hinsichtlich der gewünschten Systemcharakterisitik zu gewährleisten.
Die experimentelle Systemanalyse ist ein wichtiger Bestandteil im Bereich der Entwicklung technischer Systeme und trägt zur Effizienzsteigerung der Produkte bei. Um technische Lösungen in der modernen Entwicklung dahingehend zu konstruieren und zu optimieren, dass Vibrationen und Lärmemission gemindert werden, ist ein entsprechend detailliertes Systemverständnis der Strukturdynamik sowie der Schallabstrahlung essentiell.
Energieautarke Sensoren erweitern die Möglichkeiten der Zustandsüberwachung von großen Strukturen wie beispielsweise Brücken. Zur Energieversorgung werden vielfach Systeme vorgeschlagen, die mechanische Schwingungen mit Hilfe resonanter Systeme in elektrische Energie wandeln.
Durch den anhaltenden Trend zum Leichtbau bei gleichzeitig steigenden Anforderungen an das Komfort- und Betriebsverhalten technischer Systeme werden immer häufiger aktive Maßnahmen im Bereich der Lärm- und Schwingungsreduktion erforderlich. In diesem Zusammenhang sind insbesondere piezoelektrische Aktorsysteme von großer Bedeutung.
Ein System zum Energy Harvesting auf Basis von Piezowerkstoffen besteht aus folgenden Komponenten: Schwingende mechanische Struktur, applizierter Piezowandler, Elektronik zur Weiterverarbeitung der elektrischen Energie, elektrischer Speicher, Verbraucher.
In Anwendungen, in denen unter komplexen Umgebungsbedingungen Drücke gemessen werden müssen, sind Drucksensoren mit entsprechenden Eigenschaften erforderlich. Beispiele sind adaptronische Hochtemperatur-Anwendungen wie Turbinenschaufeln oder Glühkerzen mit integrierter Drucksensorik in der Automobiltechnik.
Ein Großteil der Schallabstrahlung eines PKW wird von der zu Schwingungen angeregten Ölwanne verursacht. Problematisch war bisher, dass zwar vereinzelte Zuverlässigkeitsuntersuchungen zu den Komponenten wie den Aktoren oder Sensoren vorlagen, aber keine Bewertung im Gesamtsystem und unter realitätsnahen Bedingungen.
Die Zuverlässigkeit der Energiespeichersysteme für Elektrofahrzeuge ist ein Hauptkriterium bei der Entwicklung von neuen Konzepten im Bereich der Elektromobilität. Die Gefährdung durch Lithium Akkus im vergleichsweise kleinen Maßstab von Mobiltelefonen oder Laptops ist allgemein bekannt.
Zuverlässigkeitsuntersuchungen an elektronischen Komponenten bis hin zu gesamten Anlagen unter (uniaxialer) mechanischer Schwingbelastung mit betriebstypischen, konstanten oder variablen Amplituden und überlagerten thermischen Lasten.
Analyse elektrischer Kenngrößen von Batterien unter (uni-axialer) mechanischer Schwingbelastung mit betriebstypischen, konstanten oder variablen Amplituden.
Elektroniken sind aus zahlreichen mobilen Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Sie werden z. B. als Steuergeräte im Automobilbereich oder als Sensoren in bewegten und unter erhöhten Frequenzen beanspruchten Einsatzgebieten genutzt.
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