Kategorie: Qualitätskontrolle, Messtechnik, Sensorik

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Qualitätskontrolle, Messtechnik und Sensorik

Effizientere Elektromotoren durch Temperaturkontrolle – KI überwacht Antriebe im Betrieb

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© Oliver DietzeUm die Temperaturverteilung im Elektromotor in Echtzeit mit KI-Methoden schätzen zu können, sammelte Doktorand Saeed Farzami aus dem Team von Professor Matthias Nienhaus (stehend) an einem selbstentwickelten Teststand Massen von Daten. Hierzu stattete er einen Elektromotor an allen kritischen Stellen mit Sensoren aus, wo Temperatur ins Spiel kommen kann: an verschiedenen Orten in den Wicklungen, im Rotor und auch am Gehäuse.

© Oliver Dietze
Um die Temperaturverteilung im Elektromotor in Echtzeit mit KI-Methoden schätzen zu können, sammelte Doktorand Saeed Farzami aus dem Team von Professor Matthias Nienhaus (stehend) an einem selbstentwickelten Teststand Massen von Daten. Hierzu stattete er einen Elektromotor an allen kritischen Stellen mit Sensoren aus, wo Temperatur ins Spiel kommen kann: an verschiedenen Orten in den Wicklungen, im Rotor und auch am Gehäuse.

Mit einem neuen KI-gestützten Verfahren kann das Team um Professor Matthias Nienhaus von der Universität des Saarlandes die Temperaturverteilung in laufenden Elektromotoren erfassen – ohne dass zusätzlich Technik verbaut werden muss. Stattdessen nutzen die Ingenieure vorhandene Antriebsdaten und ein KI-Modell. Das System überwacht das Temperaturprofil im drehenden Motor umfassend in Echtzeit und macht so einen effizienten Betrieb möglich.

Elektrogeräte und Maschinen sollen mit möglichst wenig Material gebaut werden und klein bleiben. Dafür müssen auch ihre Elektromotoren klein und leicht sein – und zugleich viel Leistung bringen. Liefern Motoren viel Power in einem kompakten Gehäuse, werden sie warm. Die Temperaturen steigen dabei im Motor nicht gleichmäßig an. Vielmehr herrschen in den einzelnen Komponenten verschieden hohe Messwerte. Hohe Temperaturen setzen Elektromotoren zu und senken die Lebensdauer und auch ihre Leistung. Weiterlesen

Simulationstool für nachhaltige, funktionalisierte Kunststoffoberflächen

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© Fraunhofer IMWSREM-Abbildung der erzeugten Mikrostruktur verschiedener Polymere.

© Fraunhofer IMWS
REM-Abbildung der erzeugten Mikrostruktur verschiedener Polymere.

Ein neues Simulationstool für Kunststoffverarbeiter soll die Entwicklung funktionalisierter, recyclingfähiger Bauteile schneller, kostengünstiger und ressourcenschonender ermöglichen. Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen IMWS in Halle (Saale) und das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern bündeln ihre Kompetenzen im Bereich der patentierten Mikro-/Nanostrukturierung und der skalenübergreifenden Simulationssoftware.

Die Oberflächen von Kunststoffbauteilen benötigen für Anwendungen in der Automobilbranche, der Medizintechnik oder der Verpackungsindustrie oft spezielle Charakteristika, um beispielsweise definierte Haftkräfte, eine gesteuerte Benetzbarkeit oder optische Eigenschaften wie diffuse Reflexion möglich zu machen. Derzeit werden diese Funktionen meist über Additive oder Beschichtungen erreicht. Dies ist nachteilig für die Kreislauffähigkeit, da die Kunststoffe dann nicht mehr sortenrein sind. Zudem steigen die Prozesskosten. Eine leistungsfähige Alternative ist eine rein morphologische Oberflächenfunktionalisierung, wie sie am Fraunhofer IMWS entwickelt wurde: Mikro- und Nanostrukturen erzeugen direkt die gewünschten Grenzflächeneigenschaften. Weiterlesen

Stabil, schnell, massenfertigbar: Durchbruch bei lichtbasierten Datenverbindungen

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Der kompakte Modulator ermöglicht eine schnelle und energieeffiziente Datenübertragung und lässt sich kostengünstig herstellen. (Foto: Hugo Larocque, EPFL)

Der kompakte Modulator ermöglicht eine schnelle und energieeffiziente Datenübertragung und lässt sich kostengünstig herstellen. (Foto: Hugo Larocque, EPFL)

Ein neuartiges Bauteil, das durch eine fortschrittliche Fertigungstechnologie eine sehr schnelle, sparsame und verlässliche Datenübertragung ermöglicht, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelt. Der elektrooptische Modulator sendet Daten effizient durch Glasfaserkabel und lässt sich kostengünstig in großer Stückzahl auf Standard-Halbleiterplatten herstellen. Das ist wichtig, weil Rechenzentren und Glasfasernetze durch KI‑Anwendungen und den steigenden Datenverkehr an ihre Leistungsgrenzen stoßen. Weiterlesen

Neuer Weg zu 2D-Materialien

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Kombination eines Modells aus einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (links) mit einem Ausschnitt der zugrunde liegenden Kristallstruktur eines untersuchten MXenes mit präzise kontrollierten Oberflächenabschlüssen.© B. Schröder/HZDR

Kombination eines Modells aus einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme (links) mit einem Ausschnitt der zugrunde liegenden Kristallstruktur eines untersuchten MXenes mit präzise kontrollierten Oberflächenabschlüssen.
© B. Schröder/HZDR

Ein internationales Forschungsteam der Technischen Universität Dresden (TUD), des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik Halle, des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und weiterer Partnerinstitutionen in Europa hat eine neue Methode zur Herstellung von MXenen – einer wichtigen Familie zweidimensionaler Materialien – mit bisher unerreichter Reinheit und Kontrollierbarkeit entwickelt. Ein neuer „Gas-Flüssig-Feststoff“-Prozess ermöglicht die Synthese reiner MXene mit gleichmäßig verteilten und in ihrer Zusammensetzung gezielt eingestellten Halogenatomen auf der Oberfläche. Das führt zu einer spürbaren Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit und eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten in der Hochleistungselektronik, Sensorik und Energietechnik. Weiterlesen

GiantEye – Computertomographie in neuer Dimension

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© Fraunhofer IISGantry-Bauweise in Anlehnung an medizinische CT-Scanner: Strahlenquelle und Detektor werden in einer Gantry-Bauweise vertikal rotierend um das Prüfobjekt bewegt. Dies erlaubt es, große Objekte in ihrer natürlichen, horizontalen Lage zu untersuchen, ohne sie zuerst hochkant ausrichten zu müssen.

© Fraunhofer IIS
Gantry-Bauweise in Anlehnung an medizinische CT-Scanner: Strahlenquelle und Detektor werden in einer Gantry-Bauweise vertikal rotierend um das Prüfobjekt bewegt. Dies erlaubt es, große Objekte in ihrer natürlichen, horizontalen Lage zu untersuchen, ohne sie zuerst hochkant ausrichten zu müssen.

Einen Blick ins Innere eines Objekts zu werfen, ohne den Zustand durch das Öffnen oder Demontieren verändern zu müssen: Das ist das Ziel der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Doch gescannt werden kann nur, was ins Prüfgerät passt. Im Projekt GiantEye entwickelt das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in seinem Bereich Entwicklungszentrum Röntgentechnik am Standort Fürth ein neuartiges Hochenergie-Computertomographie-System: Es ermöglicht die zerstörungsfreie Prüfung und Digitalisierung großer und komplexer Objekte in höchster Detailtiefe.

Traditionelle Industrietomographen stoßen an physikalische Grenzen, wenn es um große Volumina und hohe Durchstrahlungsanforderungen geht. Das im Jahr 2013 erbaute XXL-CT-System des Fraunhofer IIS gilt als die weltweit einzige öffentlich zugängliche Anlage mit der Fähigkeit, komplette Fahrzeuge und Seecontainer zu scannen, erforderte jedoch ein aufwändiges Handling der Prüfobjekte. Weiterlesen

Mobiles, hochpräzises Kalibrier- und Prüfgerät

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Das mobile Hochpräzisions-Kalibrier- und Prüfgerät TRANS CAL 7281 für mechanische und elektrische Größen (Urheber: burster)

Das mobile Hochpräzisions-Kalibrier- und Prüfgerät TRANS CAL 7281 für mechanische und elektrische Größen (Urheber: burster)

Für turnusmäßige Wartung bzw. Systemkalibrierung von Sensoren an Pressen und Montagelinien im Feld sind Service- und Kalibriertechniker auf hochpräzise, mobile Prüfgeräte angewiesen. Der TRANS CAL 7281 von burster, ein mobiles, praxiserprobtes Hochpräzisions-Kalibrier- und Prüfgerät für mechanische und elektrische Größen, ist das Schweizer Taschenmesser für Servicetechniker (Bild 1). Weiterlesen

Der gläserne Druckgussprozess – Rückverfolgbarkeit und Vorhersage durch Digitalisierung und KI

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Der digitale Druckguss-Zwilling verknüpft Materialzustandsinformationen zu allen Teilprozessen des Druckgießens und schafft eine Wissensbasis zum Erfüllen von wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen. Dazu wurden am Fraunhofer IWM mit Ontologie-basierten semantischen Strukturen Wissensgraphen zu verschiedenen Prozessschritten erstellt und vernetzt.

© Fraunhofer IWM Abb. 1: Der gläserne Druckgussprozess – mit einer integrierten Wissensbasis zu Material- und Prozessdaten den wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen an Gussbauteile gerecht werden

© Fraunhofer IWM
Abb. 1: Der gläserne Druckgussprozess – mit einer integrierten Wissensbasis zu Material- und Prozessdaten den wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Anforderungen an Gussbauteile gerecht werden

Dekarbonisierung, Kostensteigerungen, Entwicklungstempo, Innovationsdruck – ohne eine umfassende produktbezogene Wissensbasis können die Herausforderungen, die teilweise im Zielkonflikt miteinander stehen, nicht bewältigt werden. Das gilt besonders für technologieintensive Produkte, die hohe Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu erfüllen haben, und genauso für Gussbauteile. Weiterlesen

Neuartige „Tinte“ für den lichtbasierten 3D-Druck

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Konzept zur Herstellung elektrochromer Strukturen mithilfe von Digital Light Processing (links); Anwendung im spektroelektrochemischen Experiment (rechts). Bild: Universität Stuttgart / GRK 2948 / F. Sterl

Konzept zur Herstellung elektrochromer Strukturen mithilfe von Digital Light Processing (links); Anwendung im spektroelektrochemischen Experiment (rechts).
Bild: Universität Stuttgart / GRK 2948 / F. Sterl

Eine neuartige „Tinte“ macht es möglich, elektrochemisch schaltbare, leitfähige Polymere mit einem lichtbasierten Verfahren dreidimensional zu drucken. Forschende der Universitäten Heidelberg und Stuttgart ist es gelungen, sogenannte Redoxpolymere für die additive Fertigung mit Digital Light Processing nutzbar zu machen. Die auf diese Weise entstehenden komplexen zwei- und dreidimensionalen Strukturen können elektrochemisch so manipuliert werden, dass sie ihre Farbe ändern. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Fertigung etwa von 3D-gedruckten optoelektronischen Geräten. Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des von beiden Universitäten getragenen Graduiertenkollegs „Gemischter Ionen-Elektronentransport: Von den Grundlagen zur Anwendung“ durchgeführt. Weiterlesen

Neuer Standard: Materialforscher trainieren KI mit Mikroskopie-Analysedaten von 10.000 Stahlproben

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Bei rund 5.000 Stahlsorten kommt es im Herstellungsprozess auf Nuancen an. Um neue Eigenschaften zu kreieren oder die konstante Qualität zu sichern, werden die Stähle mit verschiedenen Bildgebungsverfahren analysiert. Professor Frank Mücklich und sein Forschungsteam haben dazu über viele Jahre eine umfassende Expertise aufgebaut. Mit ihren mikroskopischen Analysedaten konnten sie eine KI so trainieren, dass sie kleinste Veränderungen im Stahl aufspürt.

Diese KI kann nun auch in Industrielaboren als Standard dienen, um metallische und keramische Werkstoffe zu analysieren. Dafür arbeiten die Saarbrücker Forscher mit der auf Bilddatenbanken spezialisierten Firma Imagic aus der Schweiz zusammen.

Bei der Herstellung von Stahl und anderen Metallen wirkt sich jeder Produktionsschritt auf die innere Struktur aus, von Materialforschern als „Gefüge“ bezeichnet. Dieses wird durch die chemische Zusammensetzung, das Walzverfahren oder Wärmebehandlungen verändert. „Das Gefüge des Stahls ist äußerst komplex und je nach gewünschter Eigenschaft sehr unterschiedlich. Unter dem Mikroskop oder in der Computertomographie müssen aber auch kleinste Unterschiede erkannt und richtig klassifiziert werden. Dies leistet unser KI-gestütztes Verfahren nun automatisch“, erklärt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. Weiterlesen

Innovative Detektorfor­schung: Neuer organischer Phototransistor erkennt und speichert schwaches Licht

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Jonas Schröder vermisst einen organischen Phototransistor in einer sogenannten Glovebox unter Schutzgasatmosphäre (Stickstoff Atmosphäre).© Tobias Antrack, IAP, TU Dresden

Jonas Schröder vermisst einen organischen Phototransistor in einer sogenannten Glovebox unter Schutzgasatmosphäre (Stickstoff Atmosphäre).
© Tobias Antrack, IAP, TU Dresden

Forschende am Institut für Angewandte Physik der TU Dresden, dem Zentrum für Technologieentwicklung am Deutschen Zentrum für Astrophysik (DZA) in Görlitz sowie der TH Mittelhessen haben gemeinsam einen neuen organischen Phototransistor entwickelt. Dieser kann schwaches Licht besonders effizient detektieren und gleichzeitig speichern. Der neuartige Ansatz bildet den Auftakt für die erfolgreiche Kooperation zwischen den Einrichtungen und eröffnet spannende Perspektiven im Bereich der Detektorforschung. Damit liefert er einen wichtigen Impuls für die zukünftige Entwicklung moderner Lichtsensorik. Weiterlesen