Untersuchungen zur zulässigen thermischen Beanspruchung von NH-Sicherungseinsätzen für allgemeine Anwendung

NH-Sicherungseinsätze (Niederspannungs-Hochleistungs-Sicherungseinsätze) für allgemeine Anwendung (gG) werden in der Niederspannungstechnik in großer Stückzahl in Schaltgeräten wie Schalter-Sicherungs-Einheiten oder Sicherungslasttrennschaltern eingesetzt und dienen dem Schutz von Betriebsmitteln vor Fehlerströmen. Die Sicherungseinsätze besitzen einen Schmelzleiter, der im Normalbetrieb den Betriebsstrom zuverlässig und verlustarm führen und im Fehlerfall durch ein rasches Aufschmelzen Fehlerströme sicher unterbrechen soll. Langzeit- und Betriebsverhalten der Schmelzleiter hängen dabei stark von der Temperatur ab. Aus der Literatur ist bisher nicht bekannt, inwieweit die Temperatur der Schmelzleiter im Normalbetrieb erhöht werden kann, ohne die Zuverlässigkeit des gesamten NH-Sicherungseinsatzes zu beeinträchtigen. In der vorliegenden Arbeit wurde daher das Langzeitverhalten von Schmelzleitern experimentell untersucht. Es wurden Schmelzleiter bei verschiedenen Temperaturen für eine Zeit von 10.000 h thermisch beansprucht und anschließend das Erwärmungs- und Schaltverhalten der Schmelzleiter ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass bereits eine dauerhaft hohe thermische Beanspruchung im festen Zustand des Lotes besonders das Schaltverhalten im Bereich kleiner Überströme beeinträchtigen kann. Die Auswirkungen auf den Normalbertrieb der Schmelzleiter sind in der Regel vernachlässigbar. Das Langzeitverhalten wird wesentlich von der Alterung der Schmelzleiter durch Interdiffusion im Normalbetrieb bestimmt. Es wurde ein Zusammenhang zwischen dem Wachstum intermetallischer Phasen an der Grenzfläche zwischen Schmelzleiter und Lot und der Schmelzzeit im Bereich kleiner Überströme hergestellt. Auf Basis der Ergebnisse wurden Grenztemperaturen für einen langzeitstabilen Betrieb der untersuchten Schmelzleiter hergeleitet. Die Temperatur des Schmelzleiters kann in der Praxis nicht zerstörungsfrei gemessen werden. Stellvertretend wird häufig die Temperatur des Sicherungsmessers als alternatives Bewertungskriterium empfohlen. Um den Zusammenhang zwischen der Erwärmung des Schmelzleiters und des Sicherungsmessers zu untersuchen, wurde das thermische Verhalten der Sicherungseinsätze mit der Wärmenetzmethode berechnet und verifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die Temperaturdifferenz zwischen Schmelzleiter und Sicherungsmesser eine charakteristische Kenngröße eines Sicherungseinsatzes ist. Es wurden die Einflussparameter auf die Temperaturdifferenz im Betrieb untersucht und empirische Gleichungen entwickelt, mit denen Grenztemperaturen der Sicherungsmesser für unterschiedliche Einbausituationen berechnet werden können. Die ermittelten Grenztemperaturen sind belastungsabhängig und werden insbesondere von der individuellen Dimensionierung des Sicherungseinsatzes bestimmt.:1 Einleitung 2 Das NH-Sicherungssystem 2.1 Aufbau und Einteilung 2.2 Funktion im Normalbetrieb und Überstrombereich 3 NH-Sicherungseinsätze der Betriebsklasse gG 3.1 Normen für die Anwendung von NH-Sicherungseinsätzen 3.2 Thermisches Verhalten von NH-Sicherungseinsätzen im Normalbetrieb 3.2.1 Aktuelle Randbedingungen im Praxiseinsatz 3.2.2 Die Erwärmung bei stationärer Belastung 3.3 Langzeitverhalten von Schmelzleitern 3.3.1 Alterung durch Interdiffusion 3.3.2 Alterung durch Oxidation 3.4 Untersuchte Sicherungseinsätze und Schmelzleiter 4 Präzisierte Aufgabenstellung 5 Langzeitverhalten von Schmelzleitern im Normalbetrieb und im Bereich kleiner Überströme 5.1 Vorbetrachtungen 5.1.1 Der elektrische Widerstand des Schmelzleiters im Bereich der Engstelle mit Lotdepot 5.1.2 Die Temperatur im Bereich der Engstelle mit Lotdepot 5.2 Einfluss hoher thermischer Beanspruchung auf die Alterung des Schmelzleiters im Normalbetrieb 5.2.1 Versuchsaufbau und –durchführung 5.2.2 Ergebnisse der Versuche im Wärmeschrank 5.2.3 Ergebnisse der Versuche bei Strombelastung in unterschiedlichen Atmosphären 5.3 Einfluss der Alterung auf die Funktion im Normalbetrieb und im Bereich kleiner Überströme 5.3.1 Versuchsaufbau 5.3.2 Versuchsdurchführung, Randbedingungen und Bewertungskriterien 5.3.3 Versuchsergebnisse 5.4 Vergleichende Langzeitversuche an NH-Sicherungseinsätzen bei hoher thermischer Beanspruchung im Normalbetrieb 5.4.1 Versuchsaufbau 5.4.2 Versuchsergebnisse 5.5 Zusammenfassung der Untersuchungen zum Langzeitverhalten von Schmelzleitern 6 Berechnen des thermischen Verhaltens von NH Sicherungseinsätzen bei stationärer Belastung 6.1 Grundlagen der Erwärmungsberechnung mit Wärmenetzen 6.2 Aufbau von Berechnungsmodellen für NH-Sicherungseinsätze in verschiedenen Einbausituationen 6.2.1 Wärmenetzmodelle der NH-Sicherungseinsätze 6.2.2 Berechnungsmodell für die Einbausituation frei in Luft 6.2.3 Berechnungsmodell für die Einbausituation in einer NH-Sicherungs-Lastschaltleiste 6.3 Die Temperaturdifferenz zwischen Schmelzleiter und Sicherungsmesser 6.3.1 Einfluss der Temperatur der Anschlüsse der Sicherung 6.3.2 Einfluss der Umgebungstemperatur des Sicherungseinsatzes 6.3.3 Einfluss des Belastungsstromes durch den Sicherungseinsatz 6.3.4 Berechnen der Temperaturdifferenz zwischen Schmelzleiter und Sicherungsmesser in der Einbausituation 6.4 Die Temperatur der Sicherungsmesser als Kriterium zum Bewerten der zulässigen thermischen Beanspruchung im Betrieb 7 Zusammenfassung 8 Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Bildverzeichnis 11 Tabellenverzeichnis AnhangIn low-voltage power systems, NH fuse-links for general use (gG) are widely used to protect electrical devices in case of overloads or short-circuit currents. Mainly they are installed in switchgears like fuse-combination units or fuse-switch-disconnetors. The fuse-links are equipped with a fuse element, which, in normal operation, should conduct the load current reliably and with low losses and, in the event of a fault, should interrupt the current by melting quickly. Thereby, the long-term and operational behaviour of the fuse elements depends strongly on the temperature. It is not yet known from the literature to what extent the temperature of the fuse element can be increased during normal operation without impairing the reliability of the whole NH fuse-link. Therefore, the long-term behaviour of fuse elements was experimentally investigated in this thesis. Fuse elements were subjected to constant thermal stress at various temperatures for a period of 10,000 h and then the temperature rise performance and the tripping behaviour were determined. It could be shown that even a high thermal stress in the solid state of the solder can impair the tripping behaviour in the range of small over-current. The effects on the normal operation of the fuse elements are usually negligible. The long-term behaviour is essentially determined by the ageing of the fuse elements due to interdiffusion in normal operation. A correlation was established between the growth of intermetallic compounds at the interface between the fuse element and the solder and the melting time in the range of small over-current. Based on these results limiting temperatures were derived for a long-term stable operation of the investigated fuse elements. The temperature of the fuse element cannot be measured non-destructively in practice. The temperature of the blade contact is often recommended as an alternative evaluation criterion. In order to investigate the correlation between the temperature rise of the fuse element and the blade contact, the thermal behaviour of the fuse-links was calculated using the thermal network method. It could be shown that the temperature difference between the fuse element and the blade contact is a characteristic parameter of a fuse-link. The influencing parameters on the temperature difference were investigated and empirical equations were developed with which limiting temperatures of the blade contacts for different assembly situations can be calculated. The limiting temperatures are load-dependent and are determined in particular by the individual dimensioning of the fuse-link.:1 Einleitung 2 Das NH-Sicherungssystem 2.1 Aufbau und Einteilung 2.2 Funktion im Normalbetrieb und Überstrombereich 3 NH-Sicherungseinsätze der Betriebsklasse gG 3.1 Normen für die Anwendung von NH-Sicherungseinsätzen 3.2 Thermisches Verhalten von NH-Sicherungseinsätzen im Normalbetrieb 3.2.1 Aktuelle Randbedingungen im Praxiseinsatz 3.2.2 Die Erwärmung bei stationärer Belastung 3.3 Langzeitverhalten von Schmelzleitern 3.3.1 Alterung durch Interdiffusion 3.3.2 Alterung durch Oxidation 3.4 Untersuchte Sicherungseinsätze und Schmelzleiter 4 Präzisierte Aufgabenstellung 5 Langzeitverhalten von Schmelzleitern im Normalbetrieb und im Bereich kleiner Überströme 5.1 Vorbetrachtungen 5.1.1 Der elektrische Widerstand des Schmelzleiters im Bereich der Engstelle mit Lotdepot 5.1.2 Die Temperatur im Bereich der Engstelle mit Lotdepot 5.2 Einfluss hoher thermischer Beanspruchung auf die Alterung des Schmelzleiters im Normalbetrieb 5.2.1 Versuchsaufbau und –durchführung 5.2.2 Ergebnisse der Versuche im Wärmeschrank 5.2.3 Ergebnisse der Versuche bei Strombelastung in unterschiedlichen Atmosphären 5.3 Einfluss der Alterung auf die Funktion im Normalbetrieb und im Bereich kleiner Überströme 5.3.1 Versuchsaufbau 5.3.2 Versuchsdurchführung, Randbedingungen und Bewertungskriterien 5.3.3 Versuchsergebnisse 5.4 Vergleichende Langzeitversuche an NH-Sicherungseinsätzen bei hoher thermischer Beanspruchung im Normalbetrieb 5.4.1 Versuchsaufbau 5.4.2 Versuchsergebnisse 5.5 Zusammenfassung der Untersuchungen zum Langzeitverhalten von Schmelzleitern 6 Berechnen des thermischen Verhaltens von NH Sicherungseinsätzen bei stationärer Belastung 6.1 Grundlagen der Erwärmungsberechnung mit Wärmenetzen 6.2 Aufbau von Berechnungsmodellen für NH-Sicherungseinsätze in verschiedenen Einbausituationen 6.2.1 Wärmenetzmodelle der NH-Sicherungseinsätze 6.2.2 Berechnungsmodell für die Einbausituation frei in Luft 6.2.3 Berechnungsmodell für die Einbausituation in einer NH-Sicherungs-Lastschaltleiste 6.3 Die Temperaturdifferenz zwischen Schmelzleiter und Sicherungsmesser 6.3.1 Einfluss der Temperatur der Anschlüsse der Sicherung 6.3.2 Einfluss der Umgebungstemperatur des Sicherungseinsatzes 6.3.3 Einfluss des Belastungsstromes durch den Sicherungseinsatz 6.3.4 Berechnen der Temperaturdifferenz zwischen Schmelzleiter und Sicherungsmesser in der Einbausituation 6.4 Die Temperatur der Sicherungsmesser als Kriterium zum Bewerten der zulässigen thermischen Beanspruchung im Betrieb 7 Zusammenfassung 8 Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Bildverzeichnis 11 Tabellenverzeichnis Anhan

Simulations on Consumer Tests: Systematic Evaluation of Tolerance Ranges by Model-Based Generation of Simulation Scenarios

Context: Since 2014 several modern cars were rated regarding the performances of their active safety systems at the European New Car Assessment Programme (EuroNCAP). Nowadays, consumer tests play a significant role for the OEM's series development with worldwide perspective, because a top rating is needed to underline the worthiness of active safety features from the customers' point of view. Furthermore, EuroNCAP already published their roadmap 2020 in which they outline further extensions in today's testing and rating procedures that will aggravate the current requirements addressed to those systems. Especially Autonomous Emergency Braking/Forward Collision Warning systems (AEB/FCW) are going to face a broader field of application as pedestrian detection or two-way traffic scenarios. Objective: This work focuses on the systematic generation of test scenarios concentrating on specific parameters that can vary within certain tolerance ranges like the lateral position of the vehicle-under-test (VUT) and its test velocity for example. It is of high interest to examine the effect of the tolerance ranges on the braking points in different test cases representing different trajectories and velocities because they will influence significantly a later scoring during the assessments and thus the safety abilities of the regarding car. Method: We present a formal model using a graph to represent the allowed variances based on the relevant points in time. Now, varying velocities of the VUT will be added to the model while the vehicle is approaching a target vehicle. The derived trajectories were used as test cases for a simulation environment. Selecting interesting test cases and processing them with the simulation environment, the influence on the system's performance of different test parameters will be investigated.Comment: 15 pages, 6 figures, Fahrerassistenzsysteme und Integrierte Sicherheit, VDI Berichte 2014, pp. 403-41

PET/CT of the Spleen with Gallium-Oxine-Labeled, Heat-Damaged Red Blood Cells: Clinical Experience and Technical Aspects

Several scintigraphic techniques have been supplemented or replaced by PET/CT methods because of their superior sensitivity, high resolution, and absolute activity quantification capability. The purpose of this project was the development of a PET tracer for splenic imaging, its radiopharmaceutical validation, and its application in selected patients in whom unclear constellations of findings could not be resolved with established imaging methods. Heat-damaged red blood cells (RBCs) were labeled with [ 68 Ga]gallium-oxine, which was produced from [ 68 Ga]gallium and 8-Hydroxyquinoline (oxine) on an automated synthesizer. Ten patients underwent [ 68 Ga]gallium-oxine-RBC-PET/CT for the classification of eleven unclear lesions (3 intra-, 8 extrapancreatic). [ 68 Ga]gallium-oxine and [68Ga]gallium-oxine-labeled RBCs could be synthesized reproducibly and reliably. The products met GMP quality standards. The tracer showed high accumulation in splenic tissue. Of the 11 lesions evaluated by PET/CT, 3 were correctly classified as non-splenic, 6 as splenic, 1 as equivocal, and 1 lesion as a splenic hypoplasia. All lesions classified as non-splenic were malignant, and all lesions classified as splenic did not show malignant features during follow-up. PET/CT imaging of the spleen with [ 68 Ga]gallium-oxine-labeled, heat-damaged RBCs is feasible and allowed differentiation of splenic from non-splenic tissues, and the diagnosis of splenic anomalies

Quality Assessment of OpenStreetMap’s Points of Interest with Large-Scale Real Data

OpenStreetMap (OSM) data are geographical data that are easy and open to access and therefore used for a large set of applications including travel demand modeling. However, often there is a limited awareness about the shortcomings of volunteered geographic information data, such as OSM. One important issue for the application in travel demand modeling is the completeness of OSM elements, particularly points of interest (POI), since it directly influences the predictions of trip distributions. This might cause unreliable model sensitivities and end up in wrong predictions leading to expensive misinterpretations of the effects of policy measures. Because of a lack of large-scale real-world data, a detailed assessment of the quality of POI from OSM has not been done yet. Therefore, in this work, we assess the quality of POI from OSM for use within travel demand models using surveyed real-world data from 49 areas in Germany. We perform a descriptive and a model-based analysis using spatial, demographic, and intrinsic indicators for two common trip purpose categories used in travel demand modeling. We show that the completeness of POI data in OSM depends on the category of POI. We further show that intrinsic indicators and indicators calculated based on data from other sources (e.g., land use or census data) are able to detect quality deficiencies of OSM data

Near net shape thermoplastic preforming with continuously automated cutting and robotic pick and place processes

Today’s automated production lines for carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP) parts of the aerospace industry are mostly designed for one special part or application. Changing part geometry or material would lead to a complete re-design of the whole process chain. Here comes the flexible and highly automated the DLR process into game: A continuously automated production line “from fabric delivery to the near net shape pre-form – ready for consolidation”. With the paper and presentation, the authors would like to contribute to the industry’s increasing needs of continuously automated but highly flexible process chains for variable high vol-ume CFRTP parts

Innovative Kraftmess- und Wägetechnik durch Anwendung mechatronischer Konzepte: Schlussbericht zum InnoProfile Forschungsprojektt ; [Berichtszeitraum: 01.07.2006 bis 30.06.2011]

FKZ: 03IP51

One evaluation of model-based testing and its automation

Model-based testing relies on behavior models for the generation of model traces: input and expected output - test cases - for an implementation. We use the case study of an automotive network controller to assess different test suites in terms of error detection, model coverage, and implementation coverage. Some of these suites were generated automatically with and without models, purely at random, and with dedicated functional test selection criteria. Other suites were derived manually, with and without the model at hand. Both automatically and manually derived model-based test suites detected significantly more requirements errors than hand-crafted test suites that were directly derived from the requirements. The number of detected programming errors did not depend on the use of models. Automatically generated model-based test suites detected as many errors as hand-crafted model-based suites with the same number of tests. A sixfold increase in the number of model-based tests led to an 11% increase in detected errors

Autonomous Composite Production by Robotic Pick & Place

During the last decade the DLR Center of Lightweigth Production Technology (ZLP) in Augsburg investigated the potential of the autonomous production of composite parts by means of pick and place executed by industrial robots. Starting from conventional teaching the research focus was extended to the development of technology bricks for computer vision based gripping, automated derivation of grip- and drop coordinates from CAD data, digital process description and workflow, autonomous cut-piece transfer by means of collision free path planning and a multi-robot synchronization and execution layer. The technology bricks are enriched by a process data acquisition system and controlled by a manufacturing execution system embedded into a high-level process control system. In this work we give an overview of the developed technologies and achievements based upon several use cases from the field of composite production