Siegfried Weber - Industrieelektronik
Hardware-Entwicklung
MAQUET (Medizintechnik, Rastatt)
- Life Cycle Engineering
Aufgabe ist die Bearbeitung von Complaints. Aufgrund von Fehlerbeschrei- bungen ist bei den bemängelten Geräten und Modulen der Fehler im Labor nachzuweisen und die Fehlerursache herauszufinden. Es ist zu untersuchen, ob es sich um zufällige oder um systematische Fehler handelt. Abschließend ist jeweils ein Untersuchungsbericht anzufertigen.
- R&D Medical Devices
Zwei Jahre Aufgaben in der Geräte-Neuentwicklung.
Hilfsmittel: Word und Excel, Laborgeräte wie z. B. Multimeter, Oszilloskop
Projektdauer 6 Monate (2018) + 4 Jahre (2020, 2021, 2022, 2023).
HARMAN (Automotive, Karlsbad)
- Audio-DSP für ein Infotainment-System
Aufgabe war das Ersetzen eines digitalen Signalprozessors durch einen leistungsfähigeren neueren Typ. Hierzu mussten die Datenblätter analysiert und die Anschlüsse neu zugeordnet werden.
Erstellt wurde in diesem Zusammenhang eine umfangreiche Portliste.
Im zweiten Arbeitspaket waren Timing-Spezifikationen für die Peripherie des DSP zu erstellen (ADCs, DACs, MOST, I2S, I2C). Dann war die Aufgabe, eine Head-Unit mit neuem Musterstand in Betrieb zu nehmen und hier die Audio- Signale zu messen, entsprechend den Spezifikationen zu bewerten und gegebenenfalls die Hardware EMV-gerecht anzupassen. Auch ein Kurzschluss- Schutz war in diesem Zusammenhang zu entwickeln.
Hilfsmittel: Word und Excel, Mentor Graphics PADS, PCB-Viewer, DxDesigner, FirmwareHubEmulator, BIOSControl
- Designchecks Bereich Telematik
Designcheck Antennen-Diagnose-Schaltung: Eine kurzschlusssichere Speise- schaltung für eine Aktiv-Antenne war im Klimaschrank hinsichtlich aller mög- lichen Zustände zu testen und Worst-Case-Betrachtungen waren anzustellen. Problemlösungen wurden ausgearbeitet.
Designcheck Audio-Bus: Die Signalqualität eines I2S-Busses war zu testen und zu bewerten. Hierzu war es notwendig, einen Testaufbau zu realisieren, bei dem die zu messenden Signale generiert werden. Geeignete Software und Scripte waren zu beschaffen und aufzuspielen.
Designcheck Stromversorgung: Die verschiedenen DC-Wandler einer Head-Unit waren nach Worst-Case-Gesichtspunkten zu belasten und zu untersuchen.
Hilfsmittel: Word und Excel, Mentor Graphics DxDesigner, Laborgeräte wie z. B. Multimeter, Oszilloskop, Klimaschrank, Testaufbau mit Head Unit und HMI.
Projektdauer 6 Monate (2017) + 6 Monate (2018/2019).
Kullick Gerätebau (Neuried)
- Neuentwicklung eines Erodiergerätes in interdisziplinärer Zusammenarbeit
von der Idee bis zur Serienreife.
Das Gerät sollte das Entfernen abgebrochener Gewindebohrer, Wendelbohrer, Zentrierbohrer und Reibahlen aus HSS und Hartmetall ermöglichen.
Eine robuste Steuerung sollte einen Stromsensor überwachen und durch eine neuartige Wirkungsweise kurze Erodierzeiten gewährleisten.
Neben der Entwicklung und dem Layout der Steuerplatine waren verschiedene Bauteile der Leistungselektronik wie Trafos, Leistungsschalter und Gleichrichter
zu dimensionieren und Versuchsaufbauten zu realisieren. Die Nullserie der Steuerung und die elektrischen Teile des Erodierkopfes wurden geliefert.
Unterstützung bei der Bauteilebeschaffung und der CE-Kennzeichnung wurde geleistet.
Hilfsmittel: EAGLE, AutoCAD, MS Office, Digitale Speicher-Oszilloskope, DMM, Klimaschrank.
- Entwurf, Entwicklung und Fertigung eines Prüfgerätes für ein Erodiergerät.
- Entwicklung einer Leuchtbalkenanzeige für den Erodierstrom (Erodiergerät LE)
Übergabe von Schaltplan, Fertigungsunterlagen, Prüfplan.
- Überarbeitung der Elektronik für das Erodiergerät LE.
Ein Simulationsmodell in LTspice (Linear) war für die Schaltungsoptimierung zu erstellen. Abgekündigte Bauteile waren zu ersetzen. Optimierungsvorschläge wurden eingebracht.
Projektdauer insgesamt 2 Jahre (2015, 2006, 1985-1986).
Sick AG (Sensortechnik, Waldkirch)
- Entwicklung einer Schutzschaltung für einen Sicherheits-Laserscanner.
Die eigentliche Elektronik des Laserscanners sollte vor Überspannungsimpulsen und Verpolung in der Weise geschützt werden, dass der Schutz die Betriebs-
spannung auf ein bestimmtes Maß begrenzt, bei kurzen Impulsen zu keinen Aussetzern führt und bei länger anstehender Überspannung zur Abschaltung
führt, damit die Schutzschaltung selbst nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Darüber hinaus forderte das Pflichtenheft, dass die Schaltung beim Überschrei-
ten einer bestimmten Leistungsaufnahme wie eine träge Sicherung wirkt.
Umgesetzt wurden die Anforderungen durch die intelligente Kombination verschiedener Bausteine (SurgeStopper, Ideal-Diode, Suppressor-Diode,
IC zur Leistungsbestimmung). Es waren die einschlägigen Normen zu beachten und die Schaltung im EMV-Labor zu testen. Die Entwicklungsschritte waren zu
dokumentieren, Teile der Fertigungsunterlagen zu erstellen, Worst-case- Berechnungen anzustellen, Bauteile auszuwählen und die Nullserie zu testen.
Hilfsmittel: Mentor Graphics DxDesigner, LTspice, Digitale Speicher- Oszilloskope, DMMs, EAGLE für die PCBs der Laboraufbauten und Prototypen,
Word und Excel für die Dokumentation, Impulsgenerator für die Surge-Tests.
Projektdauer 1 Jahr (2013-2014).
von Hörner & Sulger (Luft- und Raumfahrt, Schwetzingen)
- DLR-Projekt zur Erforschung des erdnahen Weltraums (CONE)
Gefordert war die Weiterentwicklung eines Raketen-Instruments mit einem Ionisationsmessgerät zur Messung von feinen Dichtefluktuationen in der
oberen Atmosphäre zwischen 60 und 120km Höhe. Die Dichte geladener Teilchen, freier Elektronen und Ionen sollte bestimmbar sein.
Zunächst wurde von mir ein noch vorhandenes Gerät auseinandergenommen, seine Einzelteile analysiert, Verbesserungsvorschläge eingebracht und diese
dann in die Schaltung integriert. Außerdem mussten abgekündigte Bauteile ersetzt werden. Besondere Probleme bereitete ein abgekündigtes FPGA.
Bei der Entwicklung war wichtig, dass alle potentiellen Störquellen miteinander synchronisiert werden und dadurch Ruhephasen für die extrem genauen
Messungen entstehen (16Bit-ADC).
Hilfsmittel: Protel98 für Schaltplan und Layout, Word und Excel, Digital- Speicher-Oszilloskop, DMMs usw.
Projektdauer 1 Jahr (2009-2010).
Sirona (Medizintechnik, Bensheim)
- Zahnarzt-Behandlungseinheit (Arztelement, Assistenzelement)
Zunächst war die Aufgabe, die vorentwickelten, Mikrocontroller-gesteuerten Elektroniken (Displayansteuerung, Tastatureingaben, Motorsteuerungen und
Sensoren auf je einer Platine) in Betrieb zu nehmen, zu testen, die Testergeb- nisse mit den Spezifikationen abzugleichen, auf mögliche Schaltungs- und
Layout-Fehler hin zu untersuchen und Lösungsvorschläge zu unterbreiten.
Im nächsten Schritt wurden die Vorschläge in den Schaltplan eingepflegt, im Labor auf Funktionsfähigkeit hin untersucht, Simulationen durchgespielt und
dann als ReDesign in Auftrag gegeben. Beim ReDesign mussten dann nach einem ausgiebigen Test in der Halle noch EMV-Maßnahmen getroffen werden.
Die Ergebnisse wurden jeweils entwicklungsbegleitend dokumentiert, bei der Entflechtung der Leiterkarten Unterstützung geleistet (Zuken) und
Testpläne/Testreports erstellt.
Die Aufgaben im Speziellen: Motor-Regler dimensionieren, EA-Kanäle für Aktoren und Sensoren auf Kurzschlussfestigkeit hin testen, EMV-Maßnahmen
treffen, Wärmetests, CAN-Funktionalität prüfen, 16/32-Bit-Mikrocontroller
testen, Schaltungsentwicklung.
Hilfsmittel: Word und Excel für die Dokumentation, NI Multisim für die Schaltplan-Simulation, Digital-Speicher-Oszilloskop, DMMs, Spektrum-
Analysator, Equipment von Langer-EMV.
- Operationsleuchte auf LED-Basis
Eine bestehende, aufwändig gestaltete Schaltung sollte zu einer kosten- günstigen Variante umentwickelt werden. Hierzu wurde der Controller und
andere Schaltungsteile gestrichen und durch geeignete Logikbausteine, kombiniert mit analoger Technik ersetzt.
Zur Aufgabe gehörte das Erstellen der HW-Spezifikation, die Schaltungs- entwicklung, die Schaltplanerstellung, die Layout-Betreuung (Zuken), später
auch die Inbetriebnahme der fertigen Schaltung sowie das Erstellen des Testplans.
Hilfsmittel: Word und Excel, AutoCAD, Digital-Speicher-Oszilloscop, DMMs,
NI Multisim, Lux-Messgerät.
- Kapazitiver Sensor (Bedienelement)
Aufgabe war die Neuentwicklung eines nach Erde hin messenden kapazitiven Sensors, der geeignet ist, die Berührung eines Handgriffs zu erfassen und der
gegenüber Flüssigkeiten wie Desinfektionsmittel unempfindlich ist. Die erforderliche Hardware musste von mir spezifiziert, die Machbarkeit zuvor
geprüft werden. Es war sicherzustellen, dass der Sensor weltweit, auch in vorwiegend aus Holz gefertigten Häusern, einwandfrei funktioniert. Dazu
waren viele theoretische Überlegungen und Berechnungen notwendig.
Nach der Schaltplanerstellung und der Layoutbetreuung (Zuken) wurde der
fertige Sensor in einem speziell hergerichteten Raum mit definierten Verhält- nissen in Betrieb genommen und auf die Spezifikation hin getestet.
Ein Testplan und die Fertigungsunterlagen wurden erstellt.
Hilfsmittel: Word und Excel, Digital-Speicher-Oszilloscop, DMM, speziell ent- wickelte Testumgebung mit motorgesteuertem pF-Plattenkondensator und
definierten räumlichen Verhältnissen.
Projektdauer insgesamt 4 Jahre (2011, 2007-2009).
BERU Systems (Automotive, Ludwigsburg)
- Zündmodul für den Kfz-Bereich
Aufgabe war die Inbetriebnahme, Test, Verifikation und die Schaltungsopti- mierung eines neu entwickelten Zündmoduls für den Kfz-Bereich. Mit dazu
gehörten Tests hinsichtlich Temperaturbeständigkeit (...150°C), die Durch- führung der FMEA und das Erstellen der Fertigungsunterlagen sowie das
Beachten der einschlägigen Richtlinien und Normen (ISO7637, GMW3097).
Hilfsmittel: Word und Excel. Digital-Speicher-Oszilloskop, Temperaturschrank, NI Multisim für die Simulation, DMMs und hauseigene, spezielle Laborausstat-
tung von BERU.
Projektdauer 3 Monate (2012).
EMA Indutec (Meckesheim)
- Umrichter-Steuerung für Härte- und Schmelzanlagen (100kW ... 5MW)
Es sollte zunächst untersucht werden, durch welche Maßnahmen und Schaltungsänderungen bestimmte Mängel beseitigt werden können.
Unter anderem führten schnelle Änderungen im Schmelzgut (Curie- Temperatur) und die unkontrollierte Umwälzung im Schmelzgut zu
Ausfällen des Umrichters während des Schmelzvorgangs.
Mein Vorschlag, die Regelung in einer bestimmten Weise anzupassen, wurde eingebracht und bei mehreren Kunden im Feld erfolgreich getestet.
Darüber hinaus wurden noch andere Vorschläge verwirklicht und in die Fertigungsunterlagen eingepflegt. Bei Umrichtern ist es so, dass die
Leistungsschalter (IGBTs) immer im Stromnulldurchgang schalten, um Verluste und Störungen gering zu halten. Bei Änderungen im Werkstück,
das die Eigenschaften der Lastkreis-Induktivität mit bestimmt, kommt es aber u. U. zu schnellen Frequenzänderungen, was an die Regelung des
Umrichters hohe Anforderungen stellt.
- Zuverlässigkeit von IGBTs
Die am Markt erhältlichen IGBTs eines bestimmten Typs sollten auf ihre Zuverlässigkeit hin untersucht und eine Einkaufsempfehlung ausgesprochen
werden.
Zu diesem Zweck wurden von mir über Wochen hinweg aufwändige Lastversuche an einem Umrichter getätigt, die bis zur Zerstörung des
jeweiligen Halbleiters betrieben wurden. Die Parameter sowie Temperaturen an verschiedenen Punkten, Ströme und Spannungen wurden protokolliert
und hinterher ausgewertet. Die defekten IGBTs wurden geöffnet und begutachtet.
- Neuentwicklung eines Hochfrequenz-Umrichters (100...400kHz, 100kW)
Aufgabe war zunächst, eine Machbarkeitsstudie zu betreiben, Patentrecher- chen zu tätigen und ein Konzept für die Verwirklichung zu erarbeiten. Auf
diesem Weg wurden mehrere eigene Patente angemeldet (WO2005/062448A2).
Im nächsten Schritt galt es, alle notwendigen speziellen Bauteile zu beschaffen bzw. fertigen zu lassen (IGBT-Treiber, Stromsensoren, Lastkreis-Kabel- und
Trafos). Auch spezielle Software und Messmittel wurden angeschafft. Für die zu fertigenden Teile wurden von mir Lastenhefte erstellt. Die Anforderungen
an die zu entwerfende Umrichter-Steuerung legte ich in einem Pflichtenheft nieder.
Die Entwicklung der Umrichtersteuerung bis hin zum funktionsfähigen Proto- typen dauerte 2 Jahre. Während dieser Zeit hatte ich die Projektverantwortung
und war auch für das Auslegen der mechanischen Bauteile zuständig. Der Pro- totyp funktionierte mit dem gewählten (zum Patent angemeldeten) Prinzip
verlustarm und störungsfrei bis 300kHz.
Hilfsmittel: NI Multisim, AutoCAD, Word und Exel, Digital-Speicheroszilloskop, DMMs, Stromzangen, niederinduktive Strom-Shunts, Labview, Temperatur-
sensoren, leistungsstarke Netzgeräte, Kollegen für die PCBs, die Messreihen, die Mechanik und den Einkauf.
Projektdauer 4 Jahre (2002-2006).
Comtronic (Luftfahrtindustrie, Schönau)
- Leiterplatten-Layouts für Control Panels
Leiterplatten für verschiedene Anwendungen mussten entflochten werden und die Fertigungsunterlagen waren zu erstellen.
Hilfsmittel: EAGLE, AutoCAD, Word und Exel
Projektdauer 1 Jahr (2000-2001).
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