Newsportal - Ruhr-Universität Bochum

Probleme des Alltags lösen helfen die Doktorarbeiten von Dr. Judith Kremer und Dr. Patrick Weßkamp: Mit halbem Aufwand Stoffeigenschaften ermitteln, das ermöglicht Judith Kremer mittels Schallwellen. Patrick Weßkamp entwickelte ein Verfahren, das es möglich macht, die verbleibende Reichweite von E-Autos zuverlässig abzuschätzen. Beide Arbeiten wurden am 28. Juni 2019 mit dem Gebrüder-Eickhoff-Preis ausgezeichnet.

Berührungslos in der Schwebe

Für verschiedenste industrielle Prozesse braucht man das Wissen um physikalische Stoffeigenschaften wie Dichte, Grenzflächenspannung und Viskosität. Während es unter Normaldruck einfach ist, diese Eigenschaften zu messen, bedeutet das für Systeme unter Hochdruck einen immensen Aufwand. Um solche Messungen zu beschleunigen, setzte Judith Kremer auf die sogenannte akustische Levitation. Dabei werden kleine feste oder flüssige Proben durch Schall berührungslos in der Schwebe gehalten. Durch Ultraschallwellen, die ausgesandt und reflektiert werden, entsteht ein stehendes Schallfeld, in dem durch die Druckverteilung um eine Probe deren Gewichtskraft kompensiert werden kann.

Um nun zum Beispiel die Dichte zu messen, vergleicht man die benötigte Kraft, die eine Probe unbekannter Dichte in der Schwebe hält, mit der Kraft, die für eine Referenzprobe mit bekannter Dichte aufgewendet werden muss. Zur Messung der Grenzflächenspannung und der Viskosität regt man den schwebenden Tropfen zu Schwingungen an. Die Schwingungen nehmen mit der Zeit ab, was eine Hochgeschwindigkeitskamera aufzeichnet.

Alte Akkus lassen nach

Eine wesentliche Hürde für den Durchbruch der Elektromobilität in Deutschland ist die Reichweite von E-Autos, die noch deutlich unter der von Autos mit Verbrennungsmotor liegt. Für die Kundenakzeptanz ist es daher besonders wichtig, die verbleibende Reichweite während der Fahrt zuverlässig vorherzusagen. Da man Lade- und Alterungszustand bei den gängigen Lithium-Ionen-Zellen nicht direkt messen kann, muss man sie schätzen. Patrick Weßkamp entwickelte ein Testsystem und optimierte kombinierte Schätzalgorithmen für Lade- und Alterungszustand, die für eine Echtzeitanwendung in Kraftfahrzeugen geeignet sind. Den Abschluss der Arbeit bildet ein Ausblick auf Prognoseverfahren, die anhand der geschätzten Werte eine Vorhersage des zukünftigen Alterungsverhaltens und der verbleibenden Lebensdauer ermöglichen.