„Immer wieder neue Impulse, die ich als Entwickler nutzen kann“

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Bürklin GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Einmal mehr vermittelte das Praxisforum Antriebstechnik im März 2018 Fachwissen auf hohem Niveau. Mehr als 300 Teilnehmer trafen sich, um neue Fähigkeiten kennenzulernen und Techniken zu diskutieren.

Nicht nur wenn es um die digitale Fabrik oder die Elektromobilität geht, muss Antriebstechnik künftig mehr leisten als bisher. Um aktuellen Herausforderungen begegnen zu können, brauchen Vorentwicklung, Prototyping, Maschinenkonstrukteure und Hard- & Software-Entwickler neue Methoden und Tools. Als Fort- und Weiterbildungsmaßnahme bietet das dreitägige Praxisforum Elektrische Antriebstechnik ein weites, interdisziplinäres Themenspektrum. Es schlägt die Brücke zwischen Forschung und Praxis; die begleitende Ausstellung zeigt den Nutzen neuer Tools und Techniken. Zum fünften Praxisforum Elektrische Antriebstechnik in Würzburg (20. bis 22. März 2018) trafen sich an drei Tagen mehr als 300 Teilnehmer, um neue Fähigkeiten und Techniken kennenzulernen und zu diskutieren. Die nachfolgenden Abstracts der Referate zeigen als Themenbeispiele die Bandbreite der Veranstaltung.

Wichtiger denn je: das Wärme-Management

Beim Entwickeln von Leistungselektronik steht am Anfang eines jeden Design-Projekts das Abschätzen der Lebensdauer eines Systems. Um Re-Designs so weit wie möglich einzuschränken, muss diese Lebensdauerabwägung sehr früh im Entwicklungsprozess stattfinden.

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Meist liefern beschleunigende Umweltprüfungen die Grundlage für diverse Berechnungsmodelle. Die Kombination vieler Materialien und Belastungsprofile sorgt aber für eine beinahe unüberschaubare Menge an Ausfallmechanismen. Der Entwickler muss bei dieser Menge an Parametern den Überblick behalten – das ist nicht einfach. Zu den wichtigen Themenfeldern gehören nach wie vor thermische Interface-Materialien wie Pasten, Gele, Pads, Folien oder Klebstoffe, die für einen guten Wärmetransport zwischen zwei Festkörperoberflächen sorgen. Genaue Informationen zum Alterungsverhalten der TIMs sind heute in den wenigsten Fällen verfügbar. Da bleibt dem Entwickler nur sein Bauchgefühl.

Damit gewinnen Wärme-Management und Lebensdaueruntersuchungen leistungselektronischer Komponenten und Systeme weiter an Bedeutung. In Fragen der Lebensdaueranalyse löst das ZFW in Stuttgart seit 15 Jahren erfolgreich sensible Aufgaben aus Industrie und Forschung. Prof. Andreas Griesinger gab seinen großen Erfahrungsschatz, gesammelt durch die enge Kooperation der Dualen Hochschule Baden-Württemberg mit dem Zentrum für Wärme-Management in Stuttgart, in seinem Referat weiter. Die Teilnehmer lernten Merkmale und Herangehensweisen bei der thermischen Analyse von Wärmepfaden zur Lebensdaueruntersuchung elektronischer Komponenten und Systeme kennen und sie zu verstehen.

Doppelpuls-Versuch: exaktes Bestimmen der Schaltverluste

In seinem Vortrag „Der Doppelpuls-Versuch: Charakterisierung und Messung von Leistungshalbleitern“ beschrieb Dr. Martin Schulz, Principal Application Engineer bei Infineon, einen optimierten Versuchsaufbau, der die exakte Bestimmung der Schaltverluste von Leistungshalbleitern ermöglicht. Anhand von realen Messergebnissen wurde deutlich, wie die Ein- und Ausschaltverluste an einem schaltenden Halbleiter entstehen und zu bestimmen sind. Sein Referat machte außerdem offensichtlich, welchen Einfluss die für die Messung gewählten Randbedingungen auf den Datenblattwert eines Bauteils haben.

Das Lernziel: Aufbau einer Anordnung zur Bestimmung charakteristischer Größen am Leistungshalbleiter, Auswertung der Messergebnisse zur Ermittlung der dynamischen Verluste am Halbleiter und Einfluss der Mess-Systematik auf den Datenblattwert.

Lagerschädigung: Messen von Lagerströmen und -spannungen

Während des Betriebs elektrischer Motoren in modernen Antriebssystemen treten eine Reihe parasitärer Effekte aufgrund der schnell schaltenden Umrichter auf. In seinem Vortrag „Messen von Lagerströmen und -spannungen zur Beurteilung einer resultierenden Lagerschädigung an umrichtergespeisten Elektromotoren“ blickte Dr. Hans Tischmacher, Senior Engineer bei Siemens, auch auf den Einsatz von Wide-Badgap-Halbleitern.

Einer der parasitären Effekte ist der Stromfluss durch die Motorlager. Dabei auftretende Lichtbogenentladungen im Schmierspalt können Material in den Lagerlaufbahnen aufschmelzen oder verdampfen. Dies führt im Fall von aufgeschmolzenem Laufbahnmaterial zu einer grau-mattierten Laufspur, die zunächst keinen Einfluss auf die Lagerlebensdauer hat. Bei Materialverdampfung kann eine sogenannte Riffelbildung entstehen. Sie ist gekennzeichnet durch eine senkrecht zur Wälzrichtung orientierte, in die Laufbahn erodierte Berg- und Talstruktur, die die Lagerlebensdauer verkürzt. Dies bedingt ungeplante Wartungseinsätze bzw. Anlagenstillstände und damit höhere Kosten.

Im Rahmen des Vortrags wurden nach einer Beschreibung der relevanten Einflussgrößen, die notwendigen Mess- und Analyseverfahren vorgestellt, welche die Beurteilung der elektrischen Lagerbelastung sowie die Einschätzung einer resultierenden Lagerschädigung an umrichtergespeisten Elektromotoren erlauben. Lernziel: Lagerstromarten und Abhilfemaßnahmen in elektrischen Antriebssystemen definieren, Analyse und Bewertung der elektrischen Lagerbelastung sowie Möglichkeiten zur Bestimmung des mechanischen Lagerzustands.

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