Forschung
Die Forschungsaktivitäten von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne und seinem Team adressieren insbesondere die nachstehenden Themengebiete. Weitere Informationen und Beispiele finden Sie im Drop-Down-Menü.
- Erforschung, Entwicklung und Herstellung mikrofluidischer Systeme zur Manipulation von Partikeln mittels elektrokinetischer Effekte (z.B. Dielektrophorese)
- Untersuchung von Funktionsmaterialien gekoppelter physikalischer Domänen (z.B. piezoelektrische Keramiken/Kunststoffe) für adaptive Aktorstrukturen
- Erforschung hochgeordneter Sensorstrukturen (z.B. Photonische Kristalle)
- Energieautarke Mikrosysteme
- Multiphysikalische Simuationen auf FEM-Basis (COMSOL & Ansys)
- Modellierung & Simulation mikrofluidischer Systeme
- Modellierung & Simulation feldunterstützter Partikel-Fluid Wechselwirkungen (z.B. elektrokinetische Effekte)
- Modellierung & Simulation von MEMS-Bauelementen
- Modellierung & Simulation passiver Bauelemente
- Modellierung & Simulation von hyperelastischem und plastischem Materialverhalten für flexible Elektronik
- Modellierung & Simulation generativer Fertigungsverfahren (z.B. elektrohydrodynamische Druckprozesse)
- Fabrikation poröser Medien mittels hochauflösender generativer Fertigungsverfahren (z.B. Elektrohydrodynamischer Druck)
- Gedruckte Elektronik auf Basis flexibler und dehnbarer Substrate (z.B. PET, TPU)
- 3D-Druck von Sensor-/Aktorstrukturen mit hoher Auflösung mittels MultiJet-Modeling
Laufende Forschungsprojekte
Im Rahmen des Projektes MINERVA kooperiert die Hochschule Heilbronn, unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne, mit dem im Hohenlohekreis ansässigen Unternehmen Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG, Waldenburg.
Primäre Zielsetzung des Vorhabens sowie der engen Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie ist die Modellierung und Charakterisierung induktiver Bauelemente . Dies soll zu einem tieferen Verständnis der Bauelemente und damit perspektivisch auch zu neuen Produktinnovationen führen.
Die Stiftung zur Förderung der Reinhold-Würth-Hochschule hat im Juni 2023 das Projekt "nanoPrint" mit einer Laufzeit von 24 Monaten bewilligt. Unter der Projektleitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne wird in diesem Zusammenhang ein prototypischer Laboraufbau zur wissenschaftlichen Untersuchung einer hochauflösenden generativen Fertigungstechnologie nach dem Prinzip des elektrohydrodynamischen Drucks (EHD) konzipiert und realisiert.
Das Vorhaben adressiert dabei insbesondere die sukzessiv steigenden Anforderungen im Bereich der Mikro- und Nanofabrikation zur Umsetzung individualisierbarer und kosteneffizienter Lösungen für miniaturistierte elektronische Komponenten. Im Gegensatz zu etablierten photolithografischen Verfahren, welche im Allgemeinen mit zeit- und kostenintensiven Prozessschritten in Reinraumumgebungen einhergehen, ebnen generative Ansätze zunehmend den Weg hin zu einer ressourceneffizeinten und gleichermaßen flexiblen Fertigung von Mikro- und Nanostrukturen. Der wissenschaftliche und technologische Mehrwert des EHD-Drucks liegt im Speziellen darin begründet, dass eine Vielzahl an Druckmedien (u.a. (bio-) funktionale Tinten, dielektrische Medien, Biomoleküle) Einsatz finden kann, was mit einem signifikanten Transfer- und Innovationspotenzial einhergeht.
Das Projekt "nanoPrint" wird im Rahmen eines kooperativen Promotionsvorhabens durchgeführt. Promotionsführende Einrichtung ist hierbei die Technische Universität München (Lehrstuhl für Technische Elektrophysik). Die wissenschaftliche Betreuung seitens der Hochschule Heilbronn erfolgt durch Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne.
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Das D2P-Labor ist integraler Bestandteil am Campus Künzelsau und steht im Bereich der Lehre den Studierenden aller ingenieurwissenschaftlicher Studiengänge (WI/WEM/ET/AE/MEE) als Experimentierraum zur Verfügung. Im Rahmen der Forschung wird das D2P-Labor zudem intensiv von Doktorand*innen zur erfolgreichen Bearbeitung der jeweiligen Promotionsvorhaben genutzt.
Unabdingbare Basis für die erfolgreiche Umsetzung dieser Vorhaben und von korrespondierenden Prototypenkonzepten ist dabei die Software-unterstützte numerische FE-Modellierung (FEM = Finite-Elemente-Modellierung) und Simulation mittels Software-Programmen wie COMSOL Multiphysics.
Neben dem praktischen Einsatz so einer Simulationsumgebung, sind derartige Tools auch für den Einsatz in der Lehre von immenser Bedeutung. So können durch visuelle und animierte FE-Modelle inhaltliche Fragestellungen sehr anschaulich dargestellt werden und die Studierenden kommen zugleich mit modernen Simulationstools in Kontakt. Auf diese Weise können fächer- und studiengangsübergreifende Fragestellungen analysiert und untersucht werden (z.B. Physik, Werkstoffkunde, FE-Berechnungen, Modellbildung mechatronischer Systeme, Simulation Elektro-magneto-mechanische Wandler).
Die Stiftung zur Förderung der Reinhold-Würth-Hochschule fördert das Projekt Sim4Future durch die Modernisierung und Erweiterung der FEM-Simulationsumgebung im D2P-Labor und leistet damit einen wertvollen Beitrag zur Realisierung einer zeitgemäßen didaktischen und ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung künftiger Nachwuchskräfte.
Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt MEPOFERRI – Hybride Metall-Polymer-Filamente für die generative Fertigung von Ferriten und Induktivitäten – adressiert die Weiterentwicklung hybrider Filamente, welche eine generative Herstellung
von Ferritkernbauteilen mit konventioneller Leistungscharakteristik ermöglicht und den Aspekt der Designfreiheit simultan auf ein gänzlich neues Level transferiert.
Partner des vom BMBF geförderten Projektes sind die Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG (Waldenburg/Berlin), das Fraunhofer-Institut für Fertigung und Angewandte Materialforschung IFAM (Bremen),
die Neotech AMT GmbH (Nürnberg) sowie die TRIDELTA Weichferrite GmbH (Hermsdorf).
Die Hochschule Heilbronn unterstützt das Projekt seitens Würth Elektronik eiSos im Rahmen einer Auftragsforschung umfänglich durch die Anfertigung Finiter-Elemente-Simulationen zur Modellierung des Bauelementverhaltens unter Berücksichtigung der durch die neuen werkstofflichen Kombinationen abgeleiteten Kennwerte. Wissenschaftlich und fachlich begleitet wird die Kooperation durch Prof . Dr.-Ing. Ingo Kühne.
Mit der diesjährigen Ausschreibung "Freiraum 2022" adressierte die Stiftung Innovation der Hochschullehre die Erprobung und Entwicklung kreativer sowie gleichermaßen innovativer Lehrkonzepte an Hochschulen für angewandte Wissenschaften und Universitäten. In diesem Zusammenhang wurde das Projekt "pioneerING@Home - Freiraum für Visionen" bewilligt, welches im Zeitraum von September 2022 bis einschließlich November 2023 im D2P-Labor von Prof. Dr.-Ing. Ingo Kühne umgesetzt wird.
Damit schafft die Stiftung einen idealen Wirkungsraum für die Implementierung neuer Ideen für den Lehralltag an der Hochschule Heilbronn - Campus Künzelsau!
Das Projekt ist dabei Wegbereiter für die Etablierung eines innovativen subsidiären Lehrkonzepts zur situierten und dezentralen labordidaktischen Ausbildung von angehenden Ingenieur*innen im Fachbereich Elektronik, Messtechnik und Sensorik. Primäre Zielsetzung ist die Vermittlung eines Konglomerats aus experimentellen und analytischen Fähigkeiten. Das Vorhaben gestattet dabei eine asynchrone Bearbeitung der Inhalte in einem individuellen Lerntempo und schafft den nötigen „Freiraum“ für die Umsetzung ideenreicher Projekte gemäß der jeweiligen Vorkenntnisse von Studierenden bzw. entlang eines Komplexitätsgradienten (Basic-, Advanced- und Research-Level). Diese Differenzierung gewährleistet eine effektive Konsolidierung der Lerninhalte über alle Phasen des Studiums hinweg und bietet zugleich ein Höchstmaß an Flexibilität.
Im Rahmen der Bachelorarbeit von Frau Nadine Philippin wurde ein 3D-gedrucktes, mikrofluidisches Chip-System entwickelt, auf dessen Grundlage die Erforschung und Untersuchung elektrokinetischer Effekte, im Besonderen der Dielektrophorese (DEP), ermöglicht wurde.
Neben der Realisierung eines Demonstrators im Labormaßstab wurde ein korrespondierender Messaufbau zur metrologischen Charakterisierung des Chip-Systems umgesetzt. Mittels ergänzender FEM-Simulationen konnten die Messergebnisse validiert und die den elektrokinetischen Effekten zugrundeliegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten untersucht werden.
Diese Bachelorarbeit wurde durch die Wirtschaftsjunioren Heilbronn-Franken und den Förderkreis der Wirtschaftsjunioren mit dem Wirtschaftsjuniorenpreis 2019 für die beste Abschlussarbeit im Bereich Technik an der Hochschule Heilbronn ausgezeichnet.
Ziel des studentischen Forschungsprojektes war die Elektrifizierung eines Liegerades. Neben der Konzipierung und Auslegung aller notwendigen Komponenten wurde ein Maincontroller auf ATmega-Basis entwickelt.
Die elektrische Unterstützung kann jederzeit stufenlos per Handgas vom Fahrer gewählt werden. Dies gilt ebenso für die Stärke der Rekuperation, so dass insbesondere in hügeligem Gelände ein signifikanter Anteil an potentieller Energie gewandelt und im Akkumulator zwischengespeichert werden kann.
In Folgeprojekten wird die Eigenentwicklung eines Motorcontrollers angestrebt,
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