Sensor configuration for source localization by means of linear inverse methods. - Ilmenau, 2021. - xxiv, 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Sensornetzwerk-Systementwurf muss den Informationsgehalt der Messungen maximieren und gleichzeitig das Experiment mit einem minimalen Messaufwand durchführen zu ermöglichen. Deshalb ist die optimale Sensorkonfiguration für den Entwurf eines Sensorsystems unverzichtbar. Dies führt zu einer Reduzierung der Kosten, der Komplexität mit einer Gewährleistung der hohen Leistung des Sensorsystems. Eine allgemeine Methode dafür ist noch nicht bekannt. In dieser Dissertation ist eine neue Methode entwickelt worden, um eine hinreichende informative Anzahl der Sensoren zu bestimmen. Diese Methode basiert auf dem Informationsgehalt in der Systemmatrix eines linearen inversen Problems. Die linearen inversen Probleme tauchen in verschiedenen Anwendungen der Wissenschaft und Technik auf. Die entwickelte Methode lässt sich bei einer Vielzahl linearer inverser Probleme anwenden. Die entwickelte Methode wurde an zwei unterschiedlichen Anwendungen erprobt. Die erste Anwendung ist die drahtlose Innenraum-Lokalisierung. Sie wurde als Beispiel für ein unterbestimmtes lineares inverses Problem betrachtet. Die notwendige Anzahl der Sensoren ist auf der Basis des Informationsgehaltes in der Systemmatrix zu bestimmen. Diese Anzahl der Sensoren gewährleistet die korrekte und präzise Lösung des inversen Problems. Die zweite Anwendung ist die Rekonstruktion von magnetischer Nanopartikelverteilung mittels Magnetorelaxometrie, die als Beispiel für ein überbestimmtes lineares inverses Problem betrachtet wurde. Eine hinreichende Anzahl der Anregungsspulen wurde auch auf der Basis des Informationsgehaltes in der Systemmatrix bestimmt. Die entwickelte Methode bietet auch eine interessante Möglichkeit, um die Regularisierungsparameter der abgeschnittenen Singulärwertzerlegung zu ermitteln. Für die Aufgabe der drahtlosen Innenraum-Lokalisierung wurden zwei Methoden für die Lokalisierung einer Quelle eingeführt. Die Scanmethode verwendet drei Sensoren wie die Trilateration, um die Quelle in 2D zu lokalisieren. Diese Methode überwindet die Nachteile der Fingerprint-Methode abgebildet durch den Aufbau und Aktualisierung der Datenbanken. Die zweite Methode, benannt als die analytische Lösung, kann die Quelle mit nur zwei Sensoren lokalisieren. Diese Methode löst das Undeutigkeitsproblem der Lokalisierung bei der Verwendung von zwei Sensoren, indem sie die Sensoranordnung berücksichtigt.
Entwicklung eines Temperatur-Blockkalibrators mit Temperaturabsolutwertbezug. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (II, 155 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Temperatur-Blockkalibratoren werden sehr häufig in der Industrie und in Kalibrierlaboratorien bei Vergleichskalibrierungen von Berührungsthermometern als Temperiereinrichtungen eingesetzt. Hierbei erfolgt die Temperierung der Thermometer in einem metallischen Ausgleichsblock, dessen Temperatur mit einem internen Referenzthermometer bestimmt wird. Für die Erzielung kleiner Messunsicherheiten stellen dabei die Ausbildung eines homogenen Temperaturfeldes im Ausgleichsblock sowie die Ermittlung dieser Temperatur mit rückführbar kalibrierten Referenzthermometern die größten Herausforderungen dar. In dieser Dissertation wird ein neues Konzept eines Temperatur-Blockkalibrators im Temperaturbereich von 80 ˚C bis 430 ˚C vorgestellt. Abweichend zum Stand der Technik besitzt der neue Blockkalibrator eine Mehrzonenheizung und Wärmestromsensoren im Ausgleichsblock. Beides sorgt für die Verbesserung der Temperaturhomogenität. Außerdem ist eine kompakte Mehrfachfixpunktzelle für die rückführbare in situ Kalibrierung des internen Referenzthermometers enthalten. Das Konzept des Temperatur-Blockkalibrators sowie seine konstruktive Realisierung werden mittels probabilistischer Berechnungen numerischer FEM-Simulationen untersucht und mit Zielrichtung bester Temperaturhomogenität im Ausgleichsblock optimiert. Auf dieses Modell gestützt werden die Heizleistungen für die Mehrzonenheizung abgeschätzt und ein Abkühlungskonzept erarbeitet. Zudem wird aus dem FEM-Modell ein Systemmodell in Zustandsraumdarstellung des Temperatur-Blockkalibrators hergeleitet. Dieses kann z.B. für eine Reglerauslegung verwendet werden. Die internationale Temperaturskala von 1990 nutzt Phasenumwandlungstemperaturen hochreiner Stoffe für ihre Definition. Diese Temperaturen FP sind idealerweise konstant, sehr gut reproduzierbar und international anerkannt. Die kompakte Mehrfachfixpunktzelle enthält die Fixpunktmaterialien Indium ([theta]FP = 156,5985 ˚C), Zinn ([theta]FP = 231,928 ˚C) und Zink ([theta]FP = 419,527 ˚C). Anhand dieser Fixpunkttemperaturen kann das interne Referenzthermometer des Temperatur-Blockkalibrators in situ rückführbar zur internationalen Temperaturskala kalibriert werden. Der Entwicklungsprozess der kompakten Mehrfachfixpunktzelle wird in dieser Arbeit ausführlich beschrieben. Ihre Geometrie wird nach thermischen und mechanischen Kriterien entworfen und auf Grundlage von probabilistischen Berechnungen mit FEM-Modellen optimiert. Ausgehend von einer Langzeitmessung wurden Unsicherheiten für die drei Fixpunkttemperaturen von kleiner als 60 mK (k = 2) bestimmt.
https://doi.org/10.22032/dbt.49288
The effect of experimental and modeling parameters on combined EEG/MEG source analysis and transcranial electric stimulation optimization of somatosensory and epilepsy activity. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (x, 126 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Neue experimentelle und modellierende Parameter werden eingeführt, um die Auswirkungen auf die kombinierte Elektroenzephalographie (EEG) und Magnetenzephalographie (MEG) zu untersuchen - EMEG-Quellenanalyse und Optimierung der transkraniellen elektrischen Stimulation (TES) von somatosensorisch evozierter und epileptischer Aktivität. Es werden simultane Daten gemessen, einschließlich somatosensorisch evozierter Potentiale (SEP) und Felder (SEF), die durch verschiedene Stimulationstypen für gruppenbasierte Sensitivitätsuntersuchungen und spontane EEG- und MEG-Messungen für die präoperative Epilepsiediagnose hervorgerufen werden. Bei der Lösung des Vorwärtsproblems der Quellenanalyse werden individualisierte Finite-Elemente-Kopfvolumenleitermodelle konstruiert. Zu diesem Zweck wird ein quasi-automatisches Bildverarbeitungsverfahren eingeführt, das T1-gewichtete und T2-gewichtete MRTs kombiniert. Zur realistischen Modellierung der leitfähigen Eigenschaften des Gehirns wird die Diffusionstensor-Bildgebung verwendet. Die Leitfähigkeit des Schädels wird aufgrund ihrer hohen Variabilität zwischen den Probanden und ihres Einflusses auf EEG- und EMEG-Quellenrekonstruktionen individuell kalibriert. Es wird auch dargestellt, wie unterschiedliche Stimulationsarten, Kopfmodelle und Messmodalitäten (EEG, MEG oder EMEG) die Quellenrekonstruktion der SEP/SEF-Antwort bei 20 ms nach dem Stimulus (P20/N20) und das Targeting bei der mehrkanaligen TES-Optimierung beeinflussen. Die Inter-Subjekt-Variabilität der Schädel-Leitfähigkeit und -Dicke über das Alter wird nicht-invasiv untersucht. Schließlich wird die EMEG-Quellenanalyse mit realistischen Kopfmodellen, die Schädelgratlöcher beinhalten, für die präoperative Diagnose eines medikamentenresistenten Epilepsiepatienten evaluiert. Die optimierte TES wird als Alternative zur Operation zur Unterdrückung epileptischer Anfälle untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das MEG die P20/N20-Lokalisation stabilisiert und das EEG zur Bestimmung der Quellenorientierung beiträgt. Die Komplementarität beider Modalitäten im EMEG kann auf der Basis von detaillierten und individualisierten Kopfmodellen ausgenutzt werden. Anschließend wird berichtet, dass optimierte TES-Elektrodenmontagen von der P20/N20-Orientierungskomponente beeinflusst werden. Für die Kopfmodellierung wird dargestellt, dass die Variabilität der Leitfähigkeit und der Dicke des Schädels zwischen den Probanden groß ist und bei der Quellenanalyse und TES berücksichtigt werden sollte. In dieser Hinsicht sind das Alter der Probanden und die Schädeldicke signifikant mit der Leitfähigkeit des Schädels verbunden. Bei der präoperativen Epilepsiebeurteilung weist die EMEG-Quellenanalyse mit kalibrierten und anisotropen Kopfmodellen auf eine fokale kortikale Dysplasie (FCD) zu Beginn der epileptischen Spike-Spitze hin. Vereinfachte Kopfmodelle, die Verwendung einer einzelnen Modalität oder Zeitpunkte in der Nähe des Spike-Peaks verursachen nicht zu vernachlässigende Einflüsse auf die Bestimmung der FCD. Schließlich spiegeln Änderungen an der Kopfmodellierung erhebliche Einflüsse auf die optimierte TES und den Fluss der injizierten Gleichströme zur FCD wider.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000093
Methode zur Ansteuerung einer Multiplexausleseschaltung für kryogene Sensorarrays mittels supraleitender Digitalelektronik. - Ilmenau : Verlag ISLE, 2021. - xviii, 130, III Seiten. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik ; Band 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
ISBN 978-3-948595-04-3
Für spektroskopische und bildgebende Anwendungen im Sub-Millimeter-Wellenlängenbereich sind supraleitende Strahlungssensoren aufgrund ihrer außergewöhnlichen Empfindlichkeit von besonderem Interesse. Dabei steigt die Anzahl der in einem Array integrierten Sensoren stetig. Dies erfordert Multiplexverfahren, um die Anzahl der Leitungen, die in die Kryostufe führen, zu reduzieren und damit den Wärmeeintrag zu verringern. Eine Implementierung des Codemultiplexverfahrens verwendet Stromsteuerungsschalter (CSS) als Polaritätsschalter, die auf supraleitenden Quanteninterferometern (SQUIDs) basieren. Die vorliegende Arbeit stellt ein Konzept vor, das eine supraleitende Digitalelektronik (RSFQ) zur Steuerung dieser Schalter verwendet. Die SQUIDs des CSS werden dafür jeweils induktiv mit der Speicherschleife eines RSFQ-Delay-Flip-Flops (DFF) gekoppelt. Eine Zustandsänderung in den DFFs erfolgt durch Speicherung eines magnetischen Flussquants, die wiederum eine Änderung des magnetischen Flusses in den gekoppelten SQUIDs bewirkt. Damit lässt sich der Signalweg durch den CSS beeinflussen und die Polarität des Schalters steuern. Über eine Kaskadierung mehrerer dieser RSFQ-gekoppelten Schalter in Reihe lassen sich CSS-basierte Multiplexerschaltungen aufbauen. Der Zustand des Multiplexers kann dadurch mittels digitaler RSFQ-Signale gesteuert werden. Die notwendigen Schritte zur Umsetzung des Konzepts sind ausführlich in der Arbeit beschrieben. Die Ausgangskomponenten sowie die neu entwickelten Schaltelemente wurden mit Hilfe von Simulationsrechnungen analysiert beziehungsweise entworfen und anschließend experimentell validiert. Dazu wird auch deren Leistungsfähigkeit miteinander verglichen. Die Schritte für eine Implementierung der neuen Bauelemente zu Multiplexerschaltungen werden vorgestellt. Darüber hinaus wurden Maßnahmen aufgezeigt und diskutiert, welche für einen Einsatz des Systems im sensornahen Betrieb erforderlich sind. Erste Umsetzungen wurden im Rahmen der Arbeit bereits realisiert.
Elektrochemische Abscheidung von Aluminium und Aluminiumlegierungen aus ionischen Flüssigkeiten. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xiii, 100, LIX Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Die galvanische Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten (ILs) hat großes Potential für den Ersatz umweltbedenklicher Cd-Beschichtungen. Aufgrund der Ausbildung der natürlichen Al2O3 Schicht bei Kontakt mit Luftsauerstoff, ist Al nur bedingt für den kathodischen Korrosionsschutz geeignet. Um die Bildung der Oxidschicht einzuschränken, muss Al legiert werden. Trotz intensiver Forschung ist die Al-Abscheidung aus ILs noch nicht gänzlich verstanden. Der Einsatz löslicher Al Anoden ist weit verbreitet, die anodische Passivierung bei hohen Stromdichten ist aber ein limitierender Faktor, dessen Ursache noch nicht eindeutig geklärt wurde. Die Abscheidung von Al Legierungen wurde intensiv untersucht, ihre Eignung für den kathodischen Korrosionsschutz unter Umgebungsbedingungen wurde allerdings noch nicht ausreichend thematisiert. In dieser Arbeit wird die Abscheidung von Al, AlCr, AlZn und AlSn aus Chloraluminat-ILs untersucht. Die Elektrodenkinetik der Al Auflösung und Abscheidung sowie die Raten bestimmenden Schritte wurden mittels zyklischer Voltammetrie (CV), Impedanzspektroskopie und Chronopotentiometrie (CP) untersucht und Reduktions bzw. Oxidationsmechanismen wurden vorgeschlagen. Mittels linearer Polarisation (LSV), elektrochemischer Quarzmikrowaage (EQCM), CV und CP konnte die Ursache anodischer Passivierung ermittelt werden. Die Wirkungsweise der Vorbehandlung von Stahl mit anodischer Polarisation in der IL wurde untersucht und die Haftungsverbesserung wurde mit der mechanischen Verzahnung der Schicht im Substrat begründet. Die Abscheidung von AlCr, AlZn und AlSn auf Stahl wurde mittels CV, EQCM, REM, EDX und XRD charakterisiert. Ihr Korrosionsverhalten wurde in Hinblick auf den kathodischen Korrosionsschutz mittels LSV, neutralem Salzsprühnebeltest (NSS Test) und Freibewitterung (EE Test) untersucht. Al und AlZn bieten hervorragenden Korrosionsschutz im NSS Test. AlCr und AlSn versagen binnen weniger Tage. Im Gegensatz zu den anderen Beschichtungen, verzögert AlZn im EE Test die Bildung von Rotrost für mehr als ein Jahr, was es zu einer vielversprechenden Alternative zu Cd macht. Die Komplexierung der Metallionen in den Elektrolyten wurde mittels RAMAN Spektroskopie und DFT aufgeklärt. Es wurde gezeigt, dass sich Komplexe der Struktur [Me(AlCl4)3]- (Me = Zn, Sn) bilden.
https://doi.org/10.22032/dbt.48729
Two-dimensional materials on metal surfaces: impact on molecular frontier orbitals, vibrons and the moiré effect. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (viii, 127 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum der zweidimensionalen Materialien Graphen und hexagonales Bornitrid (h-BN) auf den beiden metallischen Oberflächen Pt(lll) und Ru(000l), sowie die Interaktion eines organischen Moleküls mit diesen Probenoberflächen, mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops untersucht. Zuerst wird das Wachstum und die strukturellen Eigenschaften von Graphen und h-BN auf beiden metallischen Oberflächen beleuchtet. Dabei wird eine chemische Gasphasenabscheidungsmethode (CVD) mit dem Ausgangsstoff Ethen für das Graphenwachstum und eine alternative temperaturregulierte Wachstumsmethode (TPG) für das h-BN-Wachstum mit dem Ausgangsstoff Amminboran verwendet. Die beobachteten strukturellen Eigenschaften beider zweidimensionaler Materialen auf den jeweiligen Metalloberflächen werden diskutiert und verglichen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird ein Verfahren zum Wachstum von Heterostrukturen bestehend aus Graphen und h-BN entwickelt. Die Heterostruktur wird analysiert und ein Modell mit festgelegter Rotation zwischen den einzelnen atomaren Lagen auf der Basis der experimentellen Beobachtungen erstellt. Während der Aufnahme von STM-Bildern mit verringertem Spitzen-ProbenAbstand kann eine zusätzliche hexagonale Struktur abgebildet werden. Zum Vergleich mit den experimentellen Daten wurden Dichtefunktionaltheorierechnungen (DFT) der Graphen/h-BN-Heterostruktur durchgeführt. Anschließend werden die spektroskopischen Signaturen der Molekülorbitale des organischen Moleküls Dibenzotetraphenylperiflanthen (DBP), welches auf Graphen bzw. h-BN auf Pt(lll) und Ru(00Ol) adsorbiert wird, miteinander verglichen. Veränderungen der Energie der Molekülorbitale von DBP werden genutzt, um Austrittarbeitsveränderungen auf verschiedenen Teilen des h-BNMoires zu beschreiben. Die Lücke der beiden Molekülorbitale bleibt auf verschiedenen Adsorptionsplätzen auf h-BN-bedecktem Pt(lll) unverändert, während sich die absolute Energie der Molekülorbitale gleichermaßen verschiebt. Im Gegensatz dazu ist die Energieveränderungen der Molekülorbitale auf h-BN-bedecktem Ru(000l) nicht gleichförmig, was mit einem möglichen Ladungstransfer zu begründen sein könnte. Die effiziente Reduzierung der Hybridisierung zwischen DBP und den Metalloberflächen mit Hilfe der zweidimensionalen Pufferschichten Graphen und h-BN wird weiter untersucht. Beide zweidimensionalen Materialen sorgen dafür, dass Franck-Condon-Anregungen in beiden Molekülorbitalen zu beobachten sind. Auf h-BN sind Schwingungsprogressionen mit zwei Vibrationsenergien mit verschiedenen Huang-Rhys-Faktoren und scharfen Vibrationsseitenbändern bis zur zweiten Vibrationsordnung zu sehen. Im Gegensatz dazu sind die Orbital- und Vibrationsspektrallinien auf Graphen breiter, wodurch die zweite Vibrationsprogression nicht mehr zu erkennen ist. In diesem Fall trägt also nur eine Vibrationsmode zum Franck-Condon-Spektrum bei.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000107
Bestimmung der B(H)-Kennlinie an nicht genormten Proben. - Ilmenau : Verlag ISLE, 2021. - VIII, 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
ISBN 978-3-948595-03-6
Die Anzahl von elektromagnetischen Aktoren ist in der Industrie und Endprodukten in der Vergangenheit stetig gestiegen. Durch technische Entwicklungen in den letzten Jahren und Jahrzehnten ist die Verknüpfung zwischen Konstruktion, Simulation, Produktion und Messtechnik stetig gewachsen und in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten und technischen Richtlinien dokumentiert. Für eine effiziente und zuverlässige Vorhersage des physikalischen Verhaltens eines elektromagnetischen Aktors sind entsprechende Simulationsmodelle notwendig. Ein wichtiger Eingangsparameter in diese Modelle ist die B(H)-Kennlinie von Materialien, die nach Stand der Technik durch Messverfahren an genormten Proben bestimmt werden. In dieser Arbeit wird, aufbauend auf bekannter Messtechnik und bekannten Simulationswerkzeugen, eine neue Methode zur Bestimmung der B(H)-Kennlinien an nicht genormten Proben abgeleitet. Mit dieser Methode wird es möglich die B(H)-Kennlinie an einem Zielbauteil zu bestimmen und die Unsicherheiten aufgrund unterschiedlicher Fertigungsparameter zu Normproben zu umgehen. Die Besonderheit des hier beschriebenen Verfahrens ist, dass bestehende Messtechnik und Simulationswerkzeuge benutzt werden. Ein aufwendiger Messaufbau und zusätzliche Feldsensoren sind nicht notwendig. Das in dieser Arbeit beschriebene Verfahren wurde mit der Reluktanznetzwerkmethode theoretisch nachgewiesen. Durch die Validierung des Verfahrens an unterschiedlichen Testmodellen wurden erreichbare Genauigkeiten und deren Auswirkungen auf eine Verwendung in Simulationsmodellen beschrieben. Mit der Verifikation an einem Magnetschaltventil wurde die Übertragbarkeit auf reale Aufgabenstellungen nachgewiesen.
Qualitätsorientierte Prozessauslegung im Resin Transfer Molding. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (257 Seiten). - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 11)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
Resin Transfer Molding (RTM) als Herstellungsverfahren für Faserverbundbauteile bietet die Vorteile kurzer Zykluszeiten und niedriger Fehlstellengehalte in Form von Poren. Die Realisierung dieser beiden Ziele ist jedoch nur möglich, wenn der Einfluss der Prozesskenngrößen auf den Fehlstellengehalt bekannt ist. Hierzu wird in der vorliegenden Arbeit ein Beitrag geleistet. Die Bildung von Poren findet während der Benetzung der Faserbündel an der Fließfront des Harzes statt. Dabei entstehen aufgrund von Permeabilitätsunterschieden sowie der Wirkung des Kapillareffekts Ungleichmäßigkeiten, die zum Einschluss von Luft führen. In bisherigen Untersuchungen wurden zur Abschätzung des Porengehalts stets statische Kenngrößen verwendet und es erfolgte keine ausreichende Berücksichtigung der Bündelgeometrie. Daher können Ergebnisse nicht zur Prozessoptimierung auf konkret vorliegende Fälle übertragen werden. Mit Hilfe hier neu entwickelter Bündeltränkungsmodelle, in denen der dynamische Kontaktwinkel zwischen Harz und Faser erstmals rechnerisch erfasst wird, werden zunächst die Vorgänge an der Fließfront beschrieben. Es wird aufgezeigt, dass der Kapillareffekt bei hohen Tränkungsgeschwindigkeiten nicht mehr vorantreibend, sondern hemmend wirkt. Die Tränkungsmodelle werden in Fehlstellenentstehungsmodelle für sphärische und zylindrische Poren überführt. Ein neuartiges Weibull-Modell liefert dabei die Viskositätsentwicklung des Harzes während der Injektionsphase. Im anschließenden praktischen Teil werden Prozessversuche innerhalb eines Versuchsraums aus unterschiedlichen Preforms durchgeführt, in denen gezielt Poren erzeugt werden. Die vorliegenden Prozesskenngrößen werden in einem Glaswerkzeug in-situ erfasst. Die Gehalte der wesentlichen Fehlstellenarten werden analysiert. Hieraus ergeben sich empirisch ermittelte Anpassungsfaktoren für die Fehlstellenentstehungsmodelle, die von Faserhalbzeug oder Benetzungsrichtung abhängig sind. Die Modelle sind damit auf weitere Halbzeuge übertragbar. Abschließend wird ein Algorithmus zur Bestimmung der Injektionsparameter auf Basis des zu erwartenden Fehlstellengehalts anhand eines Beispielbauteils präsentiert. Dieser gestattet eine Prozessoptimierung, die sowohl eine kurze Zykluszeit als auch einen niedrigen Fehlstellengehalt zum Ziel hat. Somit wird ein kostengünstiger und qualitativ hochwertiger RTM-Prozess ermöglicht.
https://doi.org/10.22032/dbt.47951
Energy-efficient operation of vapor compression systems applied to the battery thermal management of electric buses. - Düren : Shaker Verlag, 2021. - XIV, 187 Seiten. - (Schriftenreihe des MAHLE Doktorandenprogramms ; Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021
ISBN 978-3-8440-8009-4
In dieser Arbeit wird eine energieeffiziente Betriebsstrategie eines Batterie-Thermomanagementsystems von Elektrobussen untersucht. Dabei wird sowohl die flüssigkeitsbasierte Batterietemperaturregelung als auch der ideale Betrieb von Dampfkompressionssystemen im Allgemeinen betrachtet. Um das thermische Verhalten der Batterie und die erforderliche Kühllast zu untersuchen, wird eine neuartige transiente Berechnungsmethode des thermischen Batteriesystems vorgeschlagen. Die Ergebnisse zeigen eine ausreichende Temperierung der Zelltemperatur über eine quasistationäre Regelung. Folglich kann die Batteriekühlanlage unter stationären Bedingungen betrieben werden, um die Anforderungen an die Batterietemperatur zu erfüllen. Zur Optimierung der Energieeffizienz der Batteriekühlanlage wird eine detaillierte theoretische und experimentelle Analyse des idealen stationären Betriebs der Kompressionskältemaschine (KKM) für eine Serienkühleinheit der Mahle GmbH durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen wird eine neue modellbasierte Sollwertoptimierungsmethode vorgeschlagen, um die KKM bei idealen Einstellungen zu betreiben. Für quasistationäre Anwendungen stellt die vorgeschlagene Methode eine vielversprechende Alternative zur Extremwertoptimierung oder anderen fortschrittlichen Methoden dar, die zwar genauer sind, aber eine hohe Konvergenzzeit benötigen.
Modelling and use of SysML behaviour models for achieving dynamic use cases of technical products in different VR-systems. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 1 Online-Ressource (XXII, 241 Seiten). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 38)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Digitale Methode und Modellen ermöglichen den Produktdesignern eine frühzeitige Evaluierung des Produkts, damit sie das Verhalten des Produkts und seine Interaktionen mit benachbarten Systemen in seinen späteren Lebensphasen besser verstehen können. Virtual Reality (VR) ist eine Technologie, die zum frühen Evaluierungsprozess beitragen kann, indem spätere Lebenssituationen eines Produkts schon in der Entwurfsphase angezeigt werden können. Die Anwendung von VR in der Industrie ist jedoch derzeit aufgrund des hohen Modellaufbereitungsaufwands und der limitierten Wiederverwendbarkeit vorhandener Modelle begrenzt. Daher befasst sich diese Arbeit mit der Entwicklung einer Methode, die die frühzeitige Evaluierung des Produkts innerhalb von VR und die Verwendung von VR im Produktentwicklungsprozess erleichtern kann. Diese Methode befasst sich mit dem Prozess der Entwicklung allgemeiner Verhaltensbeschreibungen zur Verwendung in VR, die auch wiederverwendet werden können, um dynamische Anwendungsfälle eines Produkts in den verschiedenen VR-Systemen abzubilden. Der Fokus liegt auf der Reduzierung des gesamten Aufbereitungsaufwands von VR-Modellen und auf das Verwirklichen einer hohen Wiederverwendbarkeit bereits vorhandener Modelle. Die Kernkomponenten der Arbeit bestehen in der Verwendung von Model Based Systems Engineering (MBSE) zur Entwicklung allgemeingültiger Verhaltensmodellbeschreibungen, ihrer Verwendung beim Erstellen verschiedener Anwendungsfälle eines Produkts in einem VR-System und ihrer Wiederverwendung in den verschiedenen VR-Systemen. Die Systems Modeling Language (SysML) wird zur Beschreibung der Verhaltensmodelle verwendet, der Modellierungsprozess wird systematisch beschrieben und auch in Form allgemeiner Anwendungsrichtlinien für die spätere Verwendung zusammengefasst. Darüber hinaus wird eine dedizierte Physik-Engine verwendet, um die physikalischen Berechnungen für virtuelle Objekte in VR durchzuführen, welche auch mit SysML integriert ist. Diese SysML-Verhaltensmodelle zusammen mit der Physik-Engine bilden eine echtzeitfähige Produktanwendungssimulation in VR. Dieselben SysML-Verhaltensmodelle werden für verschiedene VR-Systeme verwendet, um Echtzeitsimulationen abzubilden und ihre Wiederverwendung zu validieren. Zwei VR-Prototypen wurden entwickelt, um die Wirksamkeit und Verwendung der vorgestellten Methoden zu demonstrieren. Schließlich wurde einer der Prototypen einer empirischen Untersuchung unterzogen, die mithilfe von Experten aus Wissenschaft und Industrie durchgeführt wurde.
https://doi.org/10.22032/dbt.47179