R&D-Coach, Projektleiter, technischer Interim-Manager, Hochspannungsexperte, Ansys-Simulationen

Beschreibung:

Der Kunde im Bereich Umweltingenieurwesen hatte den Auftrag, die Wanderung von Jungfischen durch die Wasserfassung für ein Kraftwerk zu verhindern. Dies soll durch eine elektrische Barriere, bestehend aus mehreren Elektroden mit unterschiedlich hohen Spannungen, geschehen. Sie soll eine annähernd lineare Steigerung des elektrischen Felds in Flussrichtung in der Wasserfassung erzeugen. Fische werden so davon abgehalten, in die Wasserfassung zu schwimmen. Da die Fische gegen den Strom fliehen sollen, dürfen sie nicht in die Galvanonarkose fallen, wie das bei elektrischen Barrieren üblich ist.

Zu klären war, ob die elektrische Barriere an der Wasserfassung realisiert und sicher betrieben werden kann. Im ersten Schritt habe ich ein realistisches Modell der Wasserfassung erstellt. Dabei musste ich zuerst alte Pläne digitalisieren.

Gefordert war eine annähernd gleiche elektrische Feldstärke im Wasser über die gesamte Querschnittfläche der Wasserfassung. Die Elektrodenkonfiguration sowie die Spannungen an den einzelnen Elektroden habe ich daraufhin in mehreren Iterationsschritten optimiert. So konnten die gewünschten Felder erreicht werden. Durch Massnahmen in der Konstruktion ist es gelungen, dass die Fische nicht an die überhöhten Felder direkt an den Elektroden schwimmen können.

Durch die Verwendung des Wechselstrom-Lösers habe ich die elektrischen Widerstände und Kapazitäten an jeder Elektrode berechnet. Diese Werte waren die Basis für ein Netzwerkmodell, das Elektroden und Generator vereinigte. Damit konnte ich für verschiedene Betriebsparameter die notwendige Generatorleistung berechnen.

Alle Anforderungen an die elektrische Barriere an der Wasserfassung habe ich durch das ausgearbeitete Konzept erfüllt.

Im Rahmen dieser Studie sollte auch geprüft werden, ob es bezüglich der Sicherheit Aspekte gibt, die eine Installation der elektrischen Fischbarriere verunmöglichen. Ich habe bei der Untersuchung nichts gefunden, was durch geeignete Massnahmen nicht gelöst werden könnte.

Die Investitionskosten für das vorgeschlagene Konzept habe ich durch Angebote und Preislisten abgeschätzt. Eine mögliche Wartung der elektrischen Barriere und die Höhe der laufenden Kosten habe ich ebenso analysiert.

Die Ergebnisse dieser Studie sind die Entscheidungsgrundlage für die Implementierung der elektrischen Fischbarriere an der Wasserfassung

Was ich erreicht habe:

• Wasserfassung aus alten Plänen digitalisiert
• Konfiguration und Geometrie der Elektroden optimiert
• Spannungen an den Elektroden berechnet und Generator entsprechendausgelegt
• Sicherheitsaspekte analysiert und Massnahmen zur Reduktion der Risikenerarbeitet
• Investitions- und Betriebskosten abgeschätzt
• Wartungsaufwand analysiert

Budget: 30'000 CHF

Beschreibung

Mein Auftrag war, ein medizinisches Gerät mit einer Schockwelle, die von einer schnellen Funkenstrecke ausgelöst wird, zu entwickeln. In dem Gerät sind mehreren Funkenstrecken verbaut, die mit einem zeitlichen Unterschied von ein paar Millisekunden zünden sollen.

Das vorhandene Design der Funkenstrecken und der damit verbundenen Hochspannungseinheit zeigte zwei unerwünschte Effekte, die zukünftig vermieden werden sollten.

Einerseits wurde die positive Spannung, die am Entladekondensator anlag, bei den Triggern der Funkenstrecke auf Erdpotential gezogen. Deshalb lag am negativen Anschluss des Kondensators die doppelte Spannung an. Dies führte zur Zerstörung der angeschlossenen elektronischen Komponenten. Die Analyse mit einer geometrischen elektrostatischen Simulation und einer dynamischen Simulation mit SPICE brachte Klarheit. Das Problem war das unvollständige Zünden der Funkenstrecke. Als einfache Lösung habe ich eine Neupositionierung der Trigger-Elektrode präsentiert, was den positiven Effekt mit Simulation untermauert. Für die Serienproduktion der Geräte habe ich eine robuste Halterung der Elektroden vorgeschlagen.

Der zweite unerwünschte Effekt, das gleichzeitige, aber ungewollte Zünden der benachbarten Funkenstrecken, habe ich auch mit einer SPICE-Simulation untersucht. Der oszillierende Charakter des Entladungsstroms führte zu einer Überbelastung eines zentralen Elements der Hochspannungseinheit. Eine bessere räumliche Trennung und Schirmung der Elektronik für die beiden Funkenstrecke habe ich als Lösung empfohlen.

Zurzeit sind die vorgeschlagenen Modifikationen in der Testphase.

Was ich erreicht habe:

• Statisches und dynamisches Verhalten der Funkenstrecke simuliert
• Verbesserte geometrische Anordnung der Elektroden vorgeschlagen
• Modifikation der Hochspannungselektronik für verlässlichen Betrieb

Budget: 10'000 EUR

Beschreibung

Ich habe die technische Gesamtverantwortung für ein Start-up-Unternehmen in der frühen Existenzphase (Post-Seek) übernommen. Dies beinhaltete strategische und operative Aspekte.

Auf der strategischen Seite habe ich den technischen USP neu ausgerichtet. Ziel war ein ausreichender Schutz der Technologie. Durch detaillierte Analysen der gesamten Technologie konnte ich den Bereich identifizieren, auf dem sich die Entwicklung konzentrieren sollte. Durch eine fokussierte Literatur- und Patentrecherche konnte ich die vorhandene Technologie mit einer neuen kombinieren. Durch Simulationen konnte ich das Potential dieser kombinierten Technik bestätigen.

Eine FTO (Freedom to Operate)-Analyse zeigte, dass der neue Ansatz patentierbar ist. Daraufhin habe ich die Erfindungsmeldung verfasst und die Zusammenarbeit mit einem renommierten Patentanwalt-Büro ich vorbereitet.
Für die technische Entwicklung des Unternehmens habe ich den Gesamtplan und das Budget erstellt. Daraus habe ich die notwendigen Massnahmen definiert und priorisiert.

Zur meinen operativen Aufgaben gehörte die experimentelle Überprüfung der neuen Technologie. Dazu habe ich ein Funktionsmuster entworfen und aufgebaut. Wichtig war mir, den richtigen Weg zwischen möglichst grosser Aussagekraft und den Einsatz möglichst geringer finanzieller Mittel zu finden. Die meisten Experimente habe ich selbst durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigten die Voraussagen aus den Simulationen.

Neben den technischen Aspekten habe ich das Unternehmen nach aussen vertreten, sei es vor der Kunden, Investoren, Pressvertreter und Interessierte. Ich habe verschiedene Finanzierungsmöglichkeiten erodiert (Schweizerische und Europäische Innovationsprogramme) und für einen Antrag ans EIC (European Innovation Council) die Verantwortung der technischen und IP-Teile übernommen.

Für den Aufbau einer professionellen Entwicklungsabteilung habe ich die Jobprofile der notwendigen Mitarbeiter:innen definiert.

Was ich erreicht habe:

• Strategische Ausrichtung analysiert und neu definiert
• Neue technologische Ansätze mit Simulationen überprüft
• FTO abgeklärt
• Patentierung analysiert und vorbereitet
• Gesamtplan für die technische Entwicklung erstellt (Budget, Zeit, Massnahmen, Prioritäten, Ressourcen)
• Funktionsmuster entworfen, gebaut und getestet
• Jobprofile für die neuen Mitarbeiter:innen in der Entwicklung erstellt
• Effiziente und flexible IT-Umgebung implementiert

Teamgrösse: 4

Budget: 100'000 CHF