Design Prozess

Bei der Entwicklung von Sensoren, Aktoren sowie Sensor-Aktor-Systemen werden von Entwicklungsingenieuren zunehmend numerische Berechnungsverfahren eingesetzt, welche die präzise Computersimulation dieser Komponenten und Systeme ermöglicht. Dies begründet sich einerseits in der Komplexität vieler Sensoren sowie Aktoren, deren Wirkungsprinzip auf der Kopplung verschiedener physikalischer Felder (mechanische, elektromagnetische, akustische, etc.) beruhen, und andererseits in dem Bestreben nach immer kürzeren Entwicklungszeiten. Unter diesen Umständen ist der Entwicklungsingenieur vielfach nicht mehr in der Lage, mit Experimenten, welche im Allgemeinen sehr zeit- und kostenintensiv sind, bzw. einfachen analytischen Abschätzungen die Einflüsse der relevanten Parameter, wie z.B. Geometrie oder Material, zu selektieren und eine Optimierung durchzuführen.

Darüber hinaus besteht das Problem, dass viele interessante physikalische Größen messtechnisch nicht zugänglich sind, wie etwa mechanische Spannungen oder magnetische Felder im Inneren der Sensor-Aktor-Struktur. Es soll jedoch an dieser Stelle auch erwähnt werden, dass eine Simulation immer auf einem Modell beruht, welches die Realität nicht exakt sondern immer nur approximativ beschreibt. Zudem ist die Qualität der Simulationsergebnisse stark von den verwendeten Materialmodellen und deren Parameter abhängig.

Unsere Möglichkeiten

Das open source Simulationsprogramm openCFS, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster ermöglicht die effiziente numerische Simulation der Wandlungsprinzipien und stellt somit eine Key-Komponente bei der Entwicklung, Analyse und Optimierung von Sensoren, Aktoren und Sensor-Aktor-Systemen dar. Mit unserem  Labor sowie der Werkstätte zur Herstellung erster Prototypen, sind wir optimal ausgerüstet, um derzeitige sowie neue mechatronische Sensoren und Aktoren auch experimentell zu charakterisieren. Die Kombination aus numerischer Modellierung und  Messungen erlaubt uns mechatronische Systeme effizient und akkurat zu designen und zu optimieren.

Veröffentlichungen

Engelmann, Rafael, Florian Toth, Christoph Gabriel, and Manfred Kaltenbacher. "An approach for modal coupling based on experimental and computed modes using non-conforming grids, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Journal of Sound and Vibration (2022): 117041.

Toth, Florian, Hamideh Hassanpour Guilvaiee, and Georg Jank. "Acoustics on small scales, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." e & i Elektrotechnik und Informationstechnik 138, no. 3 (2021): 155-161.

Toth, Florian, and Manfred Kaltenbacher. "Steady state dynamics of pre‐stressed, piezoelectrically excited circular plates–a harmonic balance approach, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." PAMM 19, no. 1 (2019): e201900156.

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