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Diese wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Konstruktion des Anodenpfads eines modularen, skalierbaren Prüfstands für Brennstoffzellensysteme mit Polymerelektrolytmembran (PEM-FC). Besagter Prüfstand ist darauf abgerichtet, das gesamte vorliegende System, wie es zur Energiebereitstellung in Fahrzeugen vorkommt, zu testen. Das Ziel sind dabei die Funktionsprüfung sowie die Validierung der Auslegungen und Berechnungen, bevor das System in Prototypenfahrzeugen getestet wird. Dieser Aspekt ist für die Umsetzung von großer Bedeutung, da Brennstoffzellensysteme, je nach Anwendungsbereich, unterschiedliche Komponenten, Leistungen sowie Anforderungen aufzeigen. Außerdem soll der Prüfstand, von den Gegebenheiten her, denen einer Fahrzeuganwendung stark ähneln, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Modular bedeutet dabei, dass ohne einen aufwändigen Umbau des Prüfstands viele verschiedene Systeme, auch Mehr-Stack-Systeme, getestet werden können. Es werden also Anschlussmöglichkeiten und Vorrichtungen für diverse, nicht bei jedem Brennstoffzellensystem vorkommende Komponenten wie z.B. eine aktive Rezirkulation mithilfe eines Rezirkulationsgebläses oder einen Vorwärmer, vorgesehen. Skalierbar bedeutet in diesem Anwendungsfall, mit verschiedenen Systemen und unterschiedlichen Leistungen gleichermaßen zu funktionieren, um Umbaumaßnahmen und den Fertigungsaufwand für verschiedene FC-Systeme möglichst geringzuhalten. Im Entwicklungsprozess wird aus Zeitgründen lediglich der Wasserstoffpfad an der Anode des/der Stacks betrachtet sowie umgesetzt. Außerdem setzt ein gasdichter Bereich mit Absaugung zum Explosionsschutz um die wasserstoffführenden Komponenten eine Grenze, sodass z.B. die Gasversorgung nicht berücksichtigt wird. Um die Effizienz der Brennstoffzellensysteme zu steigern, eine Vielzahl von Brennstoffzellensystemen umsetzen und testen zu können, sowie eine lange Einsatzzeit in der Zukunft des Prüfstands zu gewährleisten, müssen außerdem innovative Konzepte oder Komponenten aus der Fahrzeugindustrie betrachtet werden.

Lithium-ion batteries exhibit a complex, nonlinear and dynamic voltage behaviour. Modelling their slow dynamics is a challenge due to the multiple potential causes involved. We present here a neural equivalent circuit model for lithium-ion batteries including slow voltage dynamics. The model uses an equivalent circuit with voltage source, series resistor, and diffusion element. The series resistance is parameterized using neural networks. The diffusion element is based on a discretized form of Fickian diffusion, parameterized using a neural network and learnable parameters. It is flexible to represent not only Warburg behaviour, but also resistor-capacitor-type dynamics. Mathematically, the resulting model is given by a differential–algebraic equation system combining ordinary and neural differential equations. Therefore, the model combines concepts of both physical theory (white-box model) and artificial intelligence (black-box model) to a combined framework (grey-box model). We apply this approach to a lithium iron phosphate based lithium-ion battery cell. The experimental voltage behaviour during constant-current cycles as well as the dynamics during pulse tests are well reproduced by the model. Only at very high and very low states of charge the simulation significantly deviates from experiments, which might result from insufficient training data in these regions.

Printed circuit boards (PCB) are a foundation of electronical devices in modern society. The fabrication of these boards requires various processes and machines. The utilisation of a robot with multiple tools can shorten the process chain compared to screen printing. In this paper a system is presented, which utilises an industrial six axis robot to manufacture PCBs. The process flow and conversion process of the Gerber format into robot specific commands is presented. The advantages and challenges applying a robot to print circuits are discussed.

5000er-Aluminiumlegierungen neigen bei der Umformung zur Bildung von Fließfiguren durch den PLC-Effekt. Dadurch sind die Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt, weil hohe Ansprüche an die Oberflächenqualität nicht erfüllt werden können. Der PLC-Effekt kann jedoch unter bestimmten Bedingungen unterdrückt werden, so dass das Umformpotential stark vergrößert werden kann. In dieser Arbeit wurden die Einflüsse der Dehnrate und des Dehnungszustandes auf das Auftreten des PLC-Effektes an der Legierung EN AW-5182 experimentell untersucht. Dazu wurden Versuche mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Probengeometrien durchgeführt. Bei den Flachzugversuchen nahm die kritische Dehnung, die Dehnung ab welcher der PLC-Effekt auftritt, im untersuchten Dehnratenbereich mit zunehmender Dehnrate zu. Ab einer nominellen Dehnrate von 5,2/s, bzw. einer von-Mises-Dehnrate von 3,4/s wurde kein PLC-Effekt mehr beobachtet. Die auftretenden PLC-Band-Typen, deren Form und Bewegung entsprach den Beobachtungen von älteren Untersuchungen ([AHZ02]) an der gleichen Aluminiumlegierung. Nur wurde damals bereits ab einer Dehnrate von 0,1/s kein PLC-Effekt mehr nachgewiesen. Als Hauptursache für diesen Unterschied wird eine andere Messtechnik oder Auswertemethode der älteren Untersuchungen vermutet. An den geprüften Proben mit PLC-Effekt waren mit bloßem Auge keine Fließfiguren zu erkennen. Zu Versuchen am ebenen Dehnungszustand mit Kerbzubproben sind keine Literaturwerte bekannt. Die Versuche zeigen, dass der PLC-Effekt dort auch auftritt und die kritische Dehnung mit zunehmender Dehnrate linear ansteigt. Ab einer von Mises-Dehnrate von 1,7/s wurde kein PLC-Effekt mehr beobachtet. Die auftretenden PLC-Bänder waren feldlinienförmig. Auch an den Scherzugproben trat der PLC-Effekt auf. Die kritische Dehnung nahm überwiegend linear mit zunehmender Dehnrate zu. Doch aufgrund nur kleiner Stufen im Dehnungs-Zeitverlauf war eine präzise Auswertung der kritischen Dehnung nicht möglich. Die PLC-Bänder waren parallel zur Hauptschubrichtung orientiert und bewegten sich nur geringfügig. Die an den Nakajima-Proben beobachteten PLC-Bänder zeigten ein deutlich anderes Verhalten als die der Zugversuche. Es traten immer mehrere PLC-Bänder gleichzeitig auf und ihrer Bewegungen waren geringer als an den Zugversuchen ähnlicher Dehnrate. Dadurch waren an den Nakajima-Proben mit PLC-Effekt mit bloßem Auge merkliche Fließfiguren zu sehen. Als Ursache für das andere Verhalten der PLC-Bänder wird der Reibkontakt zum Ziehstempel vermutet. Der PLC-Effekt nahm mit zunehmender Spannungsmehrachsigkeit stetig ab und war bei Erreichen des äquibiaxialen Spannungszustandes nicht mehr zu beobachten. In der Gesamtauswertung wurde gezeigt, dass das Umformpotential durch den PLC-Effekt stark eingeschränkt wird. Mit zunehmender Dehnrate kann das Umformpotential jedoch vergrößert werden und ab einer von-Mises-Dehnrate von etwa 3/s kann der komplette Umformbereich von EN AW 5182 ausgeschöpft werden. Die Versuchsergebnisse müssen nun noch validiert werden. Durch die anderen Bedingungen in industriellen Umformprozessen, können sich Abweichungen zu den Laborversuchen ergeben. Vor allem die Unterschiede zwischen den Zugversuchen und den Nakajima-Versuchen lassen solche Abweichungen als nicht unwahrscheinlich erscheinen.

Organized by the Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance, the bi-annual Direct Digital Manufacturing Conference brings together researchers, educators and practitioners from around the world. The conference covers the entire range of topics in additive manufacturing, starting with methodologies, design and simulation, right up to more application-specific topics, e.g. from the realm of medical engineering and electronics.