Die Geschichte der Metallfedern und der Federntechnik in Deutschland / von Manfred Meissner, Friedhelm Fischer, Klaus Wanke, Manfred Plitzko
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XII, 270 S.
ISBN 978-3-939473-64-0
Preis: 22,00 €

Inhalt:
Das Buch behandelt die historische Entwicklung des Maschinenelements "Feder" von den ersten Überlieferungen aus der Bronzezeit bis in die Gegenwart. Die Autoren beschränken sich dabei auf Metallfedern, wobei an einigen Stellen auch Federn aus nichtmetallischen Werkstoffen genannt werden. Neben der handwerklichen und späteren industriellen Fertigung der Federn, deren Entwicklung in Deutschland aufgezeigt wird, widmen sich die Autoren auch in einem größeren Abschnitt der Entwicklung der Federberechnungen mit Darlegung ihrer Grundlagen. Die Normung auf dem Gebiet der Federn wird in einem eigenen Kapitel von der Herausgabe der ersten "Federnorm" 1933 bis in die Gegenwart mit der Erarbeitung europäischer Normen umfassend dargestellt. Schließlich wird an einigen Beispielen von Firmenchroniken das Entstehen einer industriellen Fertigung von Federn in Deutschland aufgezeigt. Ein kurzer Abschnitt behandelt auch die Herausbildung von Forschungseinrichtungen, die sich mit den umfangreichen Aufgabenstellungen der automatisierten Fertigung, der Qualitätssicherung und einer sicheren Konstruktion der Metallfedern befassen.

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Selbstreferenzierendes Personalisiertes Miniaturisiertes Dosimeter (PMD) zur Bestimmung individueller Belastungs- Beanspruchungs-Beziehungen / von Alexander Müller
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XX, 271 S.
Berichte aus der Biomechatronik ; 4
ISBN 978-3-939473-62-6
Preis: 37,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Inhalt:
Die vorliegende Arbeit beschreibt die prototypische Umsetzung eines mobilen Personalisierten, Miniaturisierten Lärm-Dosimeters (PMD), mit dem eine Messung der tatsächlichen Lärm-Immission in situ sowie eine personenbezogene Risikoanalyse im Sinne der Lärm- und Vibrations-Arbeitsschutzverordnung (LärmVibrationsArbSchV) möglich wird. Mithilfe des PMD könnten die gängigen Messverfahren den vorhandenen Arbeitsplatz- und Expositionsbedingungen angepasst sowie jene jeweiligen physikalischen Größen bestimmt werden, die eine Entscheidung erlauben, ob die festgesetzten Auslöse- und Expositionsgrenzwerte eingehalten werden. Die Kontrolle der Wirksamkeit des Gehörschutzes kann unter der Einbeziehung der Messung otoakustischer Emissionen (OAE) als unmittelbare funktionsbezogene Reaktion des Innenohrs erfolgen.

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5. Fachkolloquium der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL) : Technische Universität Ilmenau 1. - 2. Oktober 2009 / hrsg. von Wolf-Michael Scheid
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XI, 388 S.
ISBN 978-3-939473-56-5
Preis: 21,50 €

Inhalt:
Zum 5. Male veranstaltet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL) ein Fachkolloquium. Es dient natürlich der Bestandsaufnahme dessen, was aktuelle Forschungsschwerpunkte der Institute der WGTL sind. Wie könnten sich die unterschiedlichen Akzentsetzungen besser erkennen lassen als in der Forschung. Technische Logistik, oder um den neuen In-Begriff „Intralogistik“ zu verwenden, operiert nicht abstrakt fern der Realität sondern ist als angewandte Wissenschaft auf den Kontakt mit der Praxis, auf die Konfrontation mit deren Problemen heute und den absehbaren von morgen angewiesen. Dass wir alle dies so sehen, ist aus den 30 Beiträgen des Kolloquiums deutlich erkennbar.

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Nasschemische Herstellung und Eigenschaften verlustarmer Mangan-Zink-Ferrite für Hochfrequenzanwendungen / von André Angermann
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XIV, 230 S.
Werkstofftechnik Aktuell ; 1
ISBN 978-3-939473-53-4
Preis: 32,90 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Inhalt:
Im Zuge des Miniaturisierungstrends elektronischer Bauelemente sind höhere Arbeitsfrequenzen gefordert, wobei die Bauteile das gleiche Niveau der Energieübertragung besitzen sollen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden neue Mangan-Zink-Ferritmaterialien mit geringer Verlustleistung bei hohen Arbeitsfrequenzen benötigt. Mangan-Zink-Ferrite sind weichmagnetische Materialien, die zur verlustarmen Leistungsübertragung, z.B. in den Schaltungsnetzteilen eingesetzt werden. Es gibt drei Beiträge zum Gesamtleistungsabfall: Hysterese- (PH), Wirbelstrom- (PE) und Restverluste (PR), wobei die beiden letztgenannten die dominierenden Verlustbeiträge bei hohen Arbeitsfrequenzen (> 500 kHz) sind.
In dieser Arbeit wird das Potenzial von Mangan-Zink-Ferritnanopulvern für die Herstellung verlustleistungsarmer Ferrite erforscht. Dafür werden nanoskalige Ferritpulver mit Hilfe nasschemischer Präparationsverfahren synthetisiert. Der Einfluss von oxidischen Dotierungen und des Sinterprozesses auf die Verlustleistungseigenschaften sind ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen dieser Arbeit.

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Technische Biologie des Tasthaar-Sinnessystems als Gestaltungsgrundlage für taktile stiftführende Mechanosensoren / von Kathrin Carl
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. XX, 203 S.
Berichte aus der Biomechatronik ; 3
ISBN 978-3-939473-45-9
Preis: 22,20 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept des Reizleitungsapparates vorgestellt, welches die Aufbereitung und Systematisierung biologischen Wissens ermöglicht und sich für eine Anwendung auf technische Sensoren zur Identifikation des Optimierungspotentials und Entwicklung von Lösungsansätzen eignet. Am Beispiel taktiler stiftführender Sensoren wird dieses Konzept als methodische Leitlinie angewendet. Als Untersuchungsobjekt wird aufgrund seiner technisch relevanten Charakteristika das Tasthaar-Sinnessystem von Säugetieren mit den peripheren Strukturen Haarschaft, Follikel-Sinus-Komplex und Mechanorezeptoren ausgewählt. Ziel der Untersuchungen dieses Sinnesorgans ist nicht die detaillierte Aufklärung aller funktionellen Zusammenhänge von der Peripherie bis zu der neuronalen Verarbeitungskette, sondern eine Abstraktion entscheidender Grundprinzipien, die den Ausgangspunkt für Lösungsansätze sensortechnischer Problemstellungen darstellen.

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Physiologiebasierte Simulation des Bremsverhaltens von Fahrzeugführern / von Axel Grzesik
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. 213 S.
Kraftfahrzeugtechnische Berichte ; 2
ISBN 978-939473-48-0
Preis. 29,90 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009

Inhalt:
Moderne fahrdynamische Assistenzsysteme unterstützen den Fahrer bei der Umsetzung seines Fahrerwunsches, indem sie aktiv die dynamischen und haptischen Fahrzeugeigenschaften verändern. Der Fahrer reagiert seinerseits auf die Fahrzeugreaktion. Diesem Wechselspiel zwischen Fahrer und Fahrzeug muss bei der Entwicklung neuer Assistenzsysteme angemessen Rechnung getragen werden. Dies erfolgt momentan über umfangreiche Fahrversuche, da die rechnerische Modellierung das Fahrerverhalten nur unzureichend abbildet.
Im vorliegenden Buch wird ein neuartiges Konzept für die Simulation menschlichen Fahrverhaltens im Kontext fahrdynamischer Assistenzsysteme entwickelt. Es stellt sich heraus, dass hierbei zwei intrinsisch menschliche Eigenschaften berücksichtigt werden müssen: Die Kompensation der physiologisch unausweichlichen Reaktionszeiten und die Adaptation an unbekannte Fahrzeuge. Die Nachbildung dieser Eigenschaften gelingt durch die Übertragung gesicherter Erkenntnisse über die menschliche Motorik und die konzeptionell saubere Trennung fahrzeugabhängiger und fahrerimmanenter Größen.
Am Beispiel des Bremsens werden die vorgestellten Ansätze in einem Regler implementiert, und mit Hilfe umfangreicher Probandenstudien parametriert und validiert. Die Ideen, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, lassen sich zwanglos auf das Lenkverhalten übertragen, und sollten daher wegweisend für zukünftige Anstrengungen sein, menschliches Fahrverhalten realistisch nachzubilden.

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Optimierungspotentiale für das Einwachsverhalten lasttragender Implantate in Knochengewebe: eine strukturierte, biomechanische Analyse regenerativer und adaptiver Fähigkeiten des Knochens / von Thomas S. Rau
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XVI, 200 S.
Berichte aus der Biomechatronik ; 2
ISBN 978-3-939473-36-7
Preis: 20,40 €

Teilw. zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2005

Inhalt:
Umbauvorgänge im Knochen werden in der Endoprothetik häufig als Störgröße und Hauptursache beschrieben, die zu aseptischen Lockerungen und somit Implantatversagen führen. Dem entgegen ist es Ziel des vorliegenden Buches, die adaptiven und regenerativen Fähigkeiten des Knochens als Potential für die Optimierung lasttragender Implantate darzulegen. Durch die strukturierte Aufbereitung der knocheninternen Gesetzmäßigkeiten – wie reparative Prozesse, adaptive Fähigkeiten, biomechanische und hydrodynamische Gestaltungsmerkmale einschließlich der Mechanismen der Mechanosensorik – werden diese für den konstruktiven Entwicklungsprozess zukünftiger Prothesensysteme zugänglich. Dadurch kann verbesserte knöcherne Integration und dauerhafte Verankerung durch die konsequente Ausnutzung der Dynamik des Knochens realisiert werden. Der darauf aufbauende Optimierungsprozess des Implantatdesigns folgt diesem biologisch-orientierten Ansatz und mündet im beispielhaften Konzept einer hydrodynamischen Hüftendoprothese. Deren Integration in die flüssigkeitsvermittelte Knochenphysiologie stellt eine grundlegende Neuerung in der bionisch inspirierten Endoprothetik dar und soll fehlgeleitete Umbauvorgänge im Knochen vermeiden.

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Ansatz für ein prozessintegriertes Qualitätsregelungssystem für nicht stabile Prozesse / von Hans W. Dörmann Osuna
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - XIII, 110 S.
ISBN 978-3-939473-42-8
Preis: 14,50 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
Für die umfassende qualitätsorientierte Serienfertigung sind bei den immer komplexer werdenden Fertigungsprozessen die Kenntnis über die Kausalzusammenhänge zwischen Eingangs- und Zielgrößen sowie die rechtzeitige gezielte Fehlerbeseitigung notwendig. Aus diesem Grund wird ein prozessintegriertes Qualitätsregelungssystem benötigt, innerhalb dessen die Kausalzusammenhänge transparent aufgezeigt, die einzelnen Prozessparameter überwacht und bei Verlassen der vorgegebenen Grenzen auch Maßnahmen abgeleitet werden. Zusätzlich dazu soll das Qualitätsregelungssystem aber auch in der Lage sein, die Prozessschritte dynamisch gestalten zu können, um präventiv in den Prozess einzugreifen. Für die Regelung statistisch beherrschter Prozesse sind Verfahren wie zum Beispiel die SPC (Statistical Process Control) Standard, setzten aber immer einen fähigen und beherrschten Prozess voraus. Trotzdem werden auch für nicht fähige und nicht beherrschte Prozesse, die so genannten nicht stabilen Prozesse, Verfahren zur Prozessregelung benötigt. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz für ein Qualitätsregelungssystem am Beispiel eines nicht stabilen Fertigungsprozesses in einer Leichtmetallgießerei. Für den Aufbau des Qualitätsregelungssystems wird eine Verkettung zweier unterschiedlich gerichteter Qualitätsregelkreise eingesetzt. Ein reaktiver Qualitätsregelkreis dient der Bestimmung der Kausalzusammenhänge innerhalb des Produktionsvorganges und der Ableitung von Maßnahmen zur Produktionsoptimierung. Zusätzlich dazu wird ein präventiver Qualitätsregelkreis implementiert, in dem Anpassungsmaßnahmen für die weitere Steuerung des Prozesses inklusive der zur Auslieferungsfreigabe notwendigen Bauteilprüfungen initiiert werden. Kernbestandteil beider Qualitätsregelkreise sind analytische Verfahren zur Modellbildung aus dem Bereich des Data Minings. Für den Einsatz sind unterschiedliche Verfahren diskutiert und ausgewählt worden. Am Beispiel mehrerer Untersuchungen in der Leichtmetallgießerei von BMW ist der methodische datengetriebene Ansatz bestätigt und mittlerweile fest in den Problemlösungsprozess integriert worden. Es gilt folgender Ansatz: Von der Vergangenheit lernen, die Gegenwart zu gestalten, um die Zukunft zu verbessern.

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Theoretical investigations of electromagnetic control of glass melt flow / von Cornelia Gießler
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - X, 103 S.
ISBN 978-3-939473-37-4
Preis: 14,75 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
The electromagnetic flow control of fluids with high electrical conductivity like liquid metals has been investigated so far and is well established in industrial processes. The application of electromagnetic (Lorentz) forces in fluids with a low electrical conductivity such as glass melts is a comparably new topic. The Lorentz force in glass melts can be generated by the interaction of an imposed electrical current and an external magnetic field. Basically, the Lorentz force can be used to regulate the mass flow rate in a duct or a pipe or to improve the mixing.
This theoretical work addresses both applications in glass melts and focuses on the consideration of the temperature-dependent viscosity and electrical conductivity.
In the first main part of the thesis the pipe flow of glass melt is studied on the basis of an one-dimensional analytical model. The flow is influenced by Lorentz force and gravity as well as temperature variation due to wall heat loss, electrical heating, advection, and heat diffusion. For high and very low driving forces the mean velocity is found to be proportional to the forces as known from laminar pipe flow with constant material properties. In between these two regimes, however, a new flow regime is identified. If there are no heat losses through the wall, the mean velocity is proportional to the square root of the driving force. In the presence of wall heat loss the solution for the steady flow is even found to be non-unique, and to involve bifurcations. This nonlinear behavior is shown to be a result of the closed-loop interaction between the velocity, temperature, and temperature-dependent material properties. The results of the analytical model are validated by two-dimensional axisymmetric numerical simulations. The non-unique flow characteristic could be observed in a simple non-magnetic experiment.
In the second main part of the thesis three-dimensional numerical simulations of glass melt in a small scale crucible heated by two rod electrodes are presented. The Lorentz force leads to an overall increase of the kinetic energy and, if it is the dominating driving force, the mean velocity is found to be an almost linear function of the Lorentz force. The transition from a buoyancy dominated flow regime to a Lorentz force dominated one and vice versa is characterized by a hysteresis. One obtains two steady solutions for one set of parameters depending on the starting conditions of the steady calculations. The threedimensional problem is then reduced to an one-dimensional set of algebraic equations describing steady buoyancy driven laminar flow of glass melt in a closed loop under the influence of a localized Lorentz force. The loop is a highly simplified representation of a closed streamline in glass melt flow in the small scale crucible or a real furnace. The model reveals the role of temperature-dependent viscosity and conductivity in glass melt flows in a pure form that is not visible in full numerical simulations. Finally, the results obtained with the different approaches are compared with each other.

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Einfluss von Autofrettage auf die Schwingfestigkeit innendruck-belasteter Bauteile aus Kugelgraphitguss / von Hans-Ulrich Leutwein
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - 198 S.
ISBN 978-3-939473-35-0
Preis: 18,90 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008

Inhalt:
Diese wissenschaftliche Arbeit behandelt die Ermüdungsfestigkeit von autofrettierten Bauteilen aus Kugelgraphitguss EN-GJS unter Innendruck-Schwellbeanspruchung. An Bauteilproben wurden die Bauteil-Wöhlerlinien in Einstufenversuchen ermittelt und die Druckfestigkeitssteigerung durch Autofrettage bestimmt. Weiter wurden Innendruckschwell-Zweistufenversuche bei konstantem Maximaldruck durchgeführt, um den Schädigungseinfluss von kleinen Schwingspielen auf die Druckfestigkeit dieser Bauteile zu bewerten. Auf der Basis des Kerbdehnungs-Berechnungskonzepts wurden die Anriss-Wöhlerlinien der nicht autofrettierten und autofrettierten Bauteilproben berechnet und mit den experimentellen Ergebnissen verglichen. Für die nicht autofrettierten Bauteile wurden zusätzlich mit dem Konzept der Synthetischen Wöhlerlinien die Bruch-Wöhlerlinien konstruiert und den Ergebnissen aus den Innendruckschwell-Einstufenversuchen gegenübergestellt.

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Bestimmung physikalischer und technischer Randbedingungen zur Umsetzung eines photoakustischen Gassensors in der Mikrosystemtechnik / von Olaf Schulz
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - VII, 129 S.
ISBN 978-3-939473-30-5
Preis: 17,10 €

Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Dissertation werden physikalische und technische Grenzwerte für die Miniaturisierung photoakustischer Gassensoren untersucht. In Erweiterung zu existierenden Arbeiten auf diesem Gebiet wird hier ein komplexes mathematisches Modell entwickelt, welches physikalische, technische und Umweltbedingungen als spezifische Parameter berücksichtigt. Mit diesem Modell werden komplexe System- und Verhaltenssimulationen möglich. Über die existierenden Betrachtungen von Reingasen hinaus wird in dieser Arbeit der Einfluss der Interaktion unterschiedlicher Moleküle untersucht und als Parameter in das theoretische Modell eingeführt. Sowohl in simulierten als auch experimentellen Untersuchungen wird gezeigt, wie die zu beobachtenden Effekte in solchen Gasgemischen für die Verbesserung der Sensitivität und Selektivität photoakustischer Gassensoren nutzbar sind. Weiterhin wird demonstriert, wie durch die Verwendung moderner Technologien und Prozesse aus der Mikrosystemtechnik zuverlässige und leistungsfähige photoakustische Gasdetektoren entstehen können. Die in dieser Dissertation entwickelten und umgesetzten Konzepte berücksichtigen dabei schon im Ansatz die Bedürfnisse einer preisbewussten Massenfertigung und potentielle Anwendungen. Schließlich werden die Detekto-ren mit ebenfalls neuartigen mikromechanischen Emittern in einem integrierten Sensorkonzept kombiniert. Die verbesserten Eigenschaften dieses Demonstrators lassen sich im Vergleich zu konkurrierenden Sensoren nachweisen.

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Beiträge zur thermischen Auslegung von Automobilscheinwerfern / von Jan Langebach
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - XVI, 152 S.
ISBN 978-3-939473-27-5
Preis: 16,70 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Arbeit wird der Wärmetransport in Automobilscheinwerfern numerisch und experimentell untersucht. Die Scheinwerfer unterteilen sich dabei in Bezug auf die Lichtquelle in zwei Klassen: Scheinwerfer mit Halbleiter-Lichtquellen (Light-Emitting-Diodes) und Scheinwerfer mit Temperaturstrahlern (Halogen-Glühlampen). Das Auslegungskonzept beider Klassen unterscheidet sich grundlegend. Deshalb entstehen für die Arbeit zwei Schwerpunkte: Die optimale Kühlung von Halbleiter-Lichtquellen im Scheinwerfer und die Verminderung von lokalen Überhitzungen an der Abdeckscheibe von Scheinwerfern mit Temperaturstrahlern, sogenannten Hot-Spots. Halbleiter-Lichtquellen werden zum verbesserten Wärmetransport mit Kühlkörpern versehen. Sind diese im geschlossenen Gehäuse des Scheinwerfers platziert, muss die Wärme vom Kühlkörper an die Innenluft des Scheinwerfers und von dort an die Gehäusewand abgegeben werden. Der erste Teil der Arbeit untersucht den Einfluss der erzwungenen und gemischten Konvektion auf den Wärmetransport von Kühlkörper zu Gehäuse und vergleicht ihn mit dem Einfluss der natürlichen Konvektion im geschlossenen Scheinwerfergehäuse. Im Gegensatz zu bestehenden Studien wird die erzwungene Konvektion zur Erhöhung des Wärmeüberganges am Kühlkörper und dem Gehäuse genutzt und nicht zum Abtransport von erwärmten Fluid. Der Einsatz der gemischten Konvektion erhöht den Wärmetransport im untersuchten Modell um mehr als 50% gegenüber natürlicher Konvektion. Der Wärmetransport kann durch Positionierung der Wärmequelle in der Hauptströmung, durch Vergrößerung der Gehäusefläche und durch den Einsatz eines Abdeckrahmens maximiert werden. Wird der Kühlkörper anstelle einer ebenen Platte durch eine Oberfläche mit Rippen ersetzt, erhöht sich der Wärmetransport maximal um den Faktor 2,2. Behindern benachbarte Bauteile das kühlende Fluid am Zu- und Abströmen vom Kühlkörper, so wird der Wärmetransport stark reduziert. Der Abstand und die Größe der Begrenzungen vermindern den Wärmetransport im untersuchten Parameterbereich für natürliche Konvektion um bis zu 65%. Die Untersuchungen werden numerisch durchgeführt und mit Modellexperimenten validiert. Die Entstehung des Hot-Spots an der Abdeckscheibe von Scheinwerfern wird im zweiten Teil der Arbeit studiert. Anhand eines experimentellen Aufbaus kann der Druck innerhalb eines Scheinwerfermodells reduziert werden und somit erlauben die Experimente die Variation der Rayleigh-Zahl über sechs Größenordnungen. Dies mindert den Einfluss des konvektiven Wärmetransportes stark und die Kopplung von Konvektion und Strahlung wird direkt beeinflusst. Die gefundenen Ergebnisse erweitern die wenigen, in diesem Parameterbereich verfügbaren Literaturdaten erheblich. In den Experimenten werden die Rayleigh-Zahl, Abstand von Reflektor und Abdeckscheibe und Emissionskoeffizient des Reflektors als Kennzahlen des Modells ermittelt. Begleitende numerische Simulationen bilden die Strömungsverhältnisse innerhalb der Geometrie nach und erklären die auftretenden Effekte. Eine zweite numerische Studie untersucht ein Modell der Abdeckscheibe, die alle vorher variierten Parameter in sich vereint. Weitere Parameter der Abdeckscheibe, wie die Scheibendicke, werden so in die Untersuchungen aufgenommen. Das Modell ist mit dem einer ebenen Platte, mit diskreter Wärmequelle und gekoppeltem Wärmetransport auf zwei Seiten vergleichbar und stellt eine neuartige Kombination zum Studium des Wärmetransportes dar. Es kommt außerdem ohne die Benutzung eines Strahlungsmodells für gerichtete Strahlung aus.

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A new model of the human trunk mechanics in walking / von Emanuel Andrada
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2008. - 248 S.
Berichte aus der Biomechatronik ; 1
ISBN 978-3-939473-25-1
Preis: 18,80 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
After about 15 years of “dynamical” trunk studies, too many questions stay unexplained, and too many kinematical and dynamical aspects unexplored. We know from kinematical studies that trunk amplitudes, frequencies and phases are related to velocity. But we do not know how. In addition, can these amplitudes or phases be predicted? Are the changes in the amplitudes, frequencies or phases a function of anthropometry? Or something else? Why a person has its own individual gait? Could it be possible to find objective parameters in order to describe intra- and inter-individual variations of trunk amplitudes, frequencies and phases? The present work tries to find answers to these questions from a mechanical point of view. First expanding our kinematical knowledge and relating this to anthropometry, and then introducing a new model of the human trunk mechanics in walking.

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Entwurf einer modularen Steuerung für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen / von Sebastian Frank
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - IX, 121 S.
ISBN 978-3-939473-23-7
Preis: 14,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) sind Werkzeuge, die den Zugang zum Nanometerbereich ermöglichen. Durch die spezielle Konstruktion der Maschinen ist es möglich, auch in großen Arbeitsbereichen (Ziel: 350 x 350 x 50 mm³), Objekte mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern zu positionieren und mithilfe geeigneter Messsysteme zu vermessen. Die denkbaren Einsatzgebiete sind dabei nicht auf die Vermessung nanostrukturierter Bauteile begrenzt, sondern dringen durch die Entwicklung geeigneter Nanowerkzeuge auch in den Bereich der gezielten Bearbeitung kleinster Objekte vor. Durch den Einsatz geeigneter Programme werden die Fachleute auf dem Gebiet der Messtechnik in die Lage versetzt, die Leistungsfähigkeit der NPM-Maschine auszunutzen, ohne selbst zu Softwarespezialisten werden zu müssen. Die vorliegende Dissertation zeigt die Ergebnisse des Entwurfs einer modularen Steuerung für Nanopositionier- und Nanomessmaschinen. Die wichtigsten Ergebnisse der Dissertation sind zunächst der vollständige Entwurf eines NPM-Maschinenbefehlssatzes auf der Basis des Datenformates XML. Dieser spezielle Datensatz bildet die Grundlage für einen grafischen Programmeditor zur Erstellung von Messprogrammen für NPM-Maschinen. Der Bediener kann mithilfe des Editors auf grafischem Wege, unterstützt durch entsprechende Dialoge zur Parametrierung der Befehle, umfangreiche Messprogramme erstellen. Diese werden ebenfalls in Form von XML-Dateien gespeichert. Die Abarbeitung der Messprogramme wird von einem neu programmierten Interpreter realisiert. Dieser dient der Steuerung des Programmablaufes und der Überwachung von Fehlerzuständen. Ein weiterer wichtiger Teil der Dissertation beschäftigt sich mit den Teleservicefunktionen für NPM-Maschinen. Die Ergebnisse zahlreicher Untersuchungen zu Technologien zur Realisierung verteilter Anwendungen führten zur Entwicklung eines Webdienstes, der der Maschinendiagnose dient. An einem weiteren Beispiel in Form einer Handsteuerung für die NPM-Maschine wurden die Möglichkeiten der Fernsteuerung und die Echtzeitvisualisierung des Maschinenzustandes demonstriert. Für alle aufgeführten Gebiete werden die damit im Zusammenhang stehenden Technologien ausführlich beschrieben.

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Analytische und experimentelle Untersuchung der Mensch-Maschine-Schnittstellen von Pkw-Bremsanlagen / von Ralf Trutschel
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XV, 189 S.
Kraftfahrzeugtechnische Berichte ; 1
ISBN 978-3-939473-14-5
Preis: 22,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
Moderne Pkw zeichnen sich durch einen hohen technischen Stand aus und sind für den Kunden technologisch immer weniger differenzierbar. Deshalb sind Eigenschaften, die in der unmittelbaren Interaktion mit dem Fahrzeug erlebt werden, bedeutende Differenzierungsmerkmale. Der Betriebsbremse kommt hierbei besondere Bedeutung zu, weil sie den Fahrprozess und damit die aktive Fahrzeugsicherheit unmittelbar betrifft. Da es der Fahrzeugforschung bisher nicht gelungen ist, zuverlässige Methoden zur zielgerichteten Entwicklung des „Bremspedalgefühls“ bereitzustellen, wird die kritische Auseinandersetzung mit der bisherigen Methodik und den erarbeiteten Ergebnissen zunehmend gefordert. Die vorliegende Arbeit greift diese Forderung auf und verfolgt sie systematisch. Zunächst wird der veröffentlichte Stand kritisch analysiert. Nach der grundsätzlichen Auseinandersetzung mit der mechanischen Mensch-Maschine-Interaktion folgt die Charakterisierung der Teilsysteme „Fahrer“ und „Fahrzeug“ sowie der Fahrer- Fahrzeug-Interaktion beim Abbremsen. Auf dieser Grundlage werden drei Schwerpunkte verfolgt. Zunächst wird eine objektive Methode zur Beschreibung der Pedalund Bremscharakteristik moderner Mittelklasse-Pkw entwickelt. Resultat sind u. a. eine Pedalbetätigungsautomatik zur experimentellen Identifikation sowie ein parametrisches Modell, das die Pedal- und Bremscharakteristik bei Komfortbremsungen umfassend beschreibt. Den zweiten Schwerpunkt bilden Subjektiv-Objektiv- Untersuchungen. Eingesetzt wird das Forschungsfahrzeug PEGASYS, dessen besonderes Merkmal die Fähigkeit zur modellbasierten Veränderung der Pedal- und Bremscharakteristik ist. Nach der Beschreibung wesentlicher Anforderungen an eine authentische Haptiksimulation und deren technische Umsetzung in PEGASYS werden Probandenfahrversuche vorgestellt, die Auskunft über das Betätigungsverhalten des Normalfahrers, die subjektive Wirkung objektiver Parameter und das Potenzial neuartiger Konzepte für die Pedal- und Bremscharakteristik geben. Aus den Ergebnissen werden Gestaltungsrichtlinien für komfortoptimale Pedal- und Bremscharakteristiken abgeleitet. Der dritte Schwerpunkt ist schließlich die Benennung konstruktiver Einflussgrößen auf die Pedal- und Bremscharakteristik. Zu diesem Zweck wird ein detailliertes physikalisches Modell der Bremsanlage eines Mittelklasse-Pkw entwickelt. Anhand von Messungen und Simulationsrechnungen werden die Merkmale der Schnittstellencharakteristik bis zur Einzelkomponente zurückverfolgt. Die Arbeit schließt mit Vorschlägen für Schwerpunkte zukünftiger Forschungstätigkeit zur Mensch-Maschine-Interaktion beim Abbremsen.

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Einige Möglichkeiten zur Beeinflussung der Struktur und der Eigenschaften von PZT-Keramik-Fasern / von Juliane Heiber
Ilmenau: Univ.-Verl. Ilmenau, 2007.  - XLVI, 126 S.
ISBN 978-3-939473-19-0
Preis: 19,80 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
PZT-Fasern können über verschiedene Verfahren in einem breiten Durchmesserspektrum hergestellt werden (5 µm bis 1000 µm). Während des Sinterprozesses von PZT-Materialien kommt es zum Verdampfen von Bleioxid. Es ist daher zu erwarten, dass bei gleichen Sinterbedingungen der Durchmesser einen Einfluss auf die mikrostrukturellen und dadurch auch auf die elektromechanischen Eigenschaften der Fasern hat.In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss des Durchmessers extrudierter Grünfasern im Bereich zwischen 70 µm und 300 µm und damit des Oberflächen/Volumen-Verhältnisses auf das Gefüge und die daraus resultierenden ferroelektrischen Eigenschaften keramischer PZT-Fasern untersucht.In Abhängigkeit vom Durchmesser und den Sinterparametern (Temperatur, Zeit) konnten für Fasern, die in einer PbO-reichen Atmosphäre gesintert wurden, folgende Zusammenhänge gefunden werden: Fasern mit kleineren Abmessungen können bei niedrigeren Temperaturen und kürzeren Haltezeiten dicht gesintert werden und weisen bei höheren Temperaturen und längeren Haltezeiten ein ausgeprägtes Kornwachstum auf. Bei gleichen Sinterbedingungen bestehen dünnere Fasern außerdem aus einem höheren Anteil an rhomboedrischer Phase. Gleichzeitig ändert sich die Phasenzusammensetzung über den Faserdurchmesser. Der Anteil an rhomboedrischer Phase nimmt von außen nach innen ab, der an tetragonaler Phase zu. Im Hinblick auf den Einfluss der Porosität, der Korngröße und der Phasenzusammensetzung auf die ferroelektrischen Eigenschaften der Fasern konnten die aus der Literatur bekannten Abhängigkeiten bestätigt werden.Für die technische Umsetzung bedeutet dies, dass beim Sintern in einer PbO-reichen Atmosphäre die Sinterparameter an die jeweiligen Faserdurchmesser angepasst werden müssen, um die optimalen ferroelektrischen Eigenschaften für die jeweiligen Faserabmessungen erzielen zu können.

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Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Wärmetransport in einem Automobilscheinwerfer / von Stepan Zenin
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - IX, 101 S.
ISBN 978-3-939473-16-9
Preis: 17,60 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
In der vorliegenden Arbeit wird der Wärmetransport in einem Automobilscheinwerfer numerisch und experimentell untersucht. Der Wärmetransport wird durch das gleichzeitige Auftreten von Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung charakterisiert. Im vorliegenden Fall dominiert Strahlung den Wärmetransport. Durch die gekoppelten Transportmechanismen bilden sich lokale Überhitzungen (sog. Hot Spots) an Gehäuse und Abschlussscheibe. Das Entstehen dieser Hot Spots und damit ein Verständnis des Wärmetransports gehören zu den Schwerpunkten der Arbeit. Zur Modellierung des gekoppelten Wärmetransports werden zwei- und dreidimensionale numerische Modelle entworfen. Die numerische Simulation wird mit Hilfe eines kommerziellen Strömungssimulationsprogramms STAR-CD durchgeführt, das über die DTRM-Methode zur Strahlungsberechnung verfügt. Diese Methode beschränkt die Strahlungsberechnung auf die diffuse Komponente. Die gerichtete Komponente bleibt zunächst unberücksichtigt. Das Verhalten des Wärmetransports wird in 2D-Modellen in verschiedenen Kombinationen untersucht: reine Konvektion, reine Strahlung und Konvektion gekoppelt mit Strahlung. Als Ergebnis werden Korrelationen zum Wärmeübergang ermittelt und daraus Maßnahmen zur Reduzierung des Temperaturniveaus des Hot Spots abgeleitet. Dazu zählen die Erhöhung der konvektiven Kräfte (Erhöhung der Ra-Zahl), die Reduzierung des Emissionsgrads der Lampe und die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Abschlussscheibe (Reduzierung Rl). Anschließend werden die Ergebnisse aus der 2D-Simulation in der 3D-Geometrie verifiziert. Neben der numerischen Modellierung werden die strömungsmechanischen Phänomene auch experimentell untersucht. Dafür werden Versuchsmodelle zur Strömungs- und Temperaturanalyse aufgebaut. Die Strömungsanalyse wird mit Hilfe eines optischen PIV- Messverfahrens (Particle Image Velocemetry) durchgeführt. Damit wird sowohl das globale Strömungsfeld als auch die Strömung in der Nähe des Hot Spots an der Scheibe analysiert. In einem weiteren Experiment wird das Verhalten des Hot Spots in Abhängigkeit vom Innendruck experimentell untersucht. Mittels der Druckvariation wird das Verhältnis zwischen Konvektion und Strahlung verändert. Dazu wird der Wärmetransport in einem Parameterbereich untersucht, für den bisher keine Untersuchungen vorliegen. So kann die Ra- Zahl im Bereich 10 < Ra < 1000000 variiert werden. Zur Analyse des Wärmeübergangs wird eine neuartige Messmethode vorgestellt, die auf dem Einsatz einer Leuchtdichtemesskamera in Verbindung mit thermochromen Flüssigkristallen basiert. Diese Methode wird zur berührungslosen Bestimmung der Temperaturverteilung auf der Innenseite des Modells eingesetzt. Gleichzeitig wird die Temperaturverteilung an Außenoberflächen mittels Infrarot- Messkamera erfasst. Dadurch können Aussagen zum Wärmeübergang an der Abschlussscheibe getroffen werden. Die Anwendung dieser Methode an einem Scheinwerfermodell zeigt die Genauigkeit von +/- 0.35 im Vergleich zu Standardmethoden. Die Erkenntnisse aus numerischen und experimentellen Untersuchungen werden für die Analyse des Wärmetransports in einem realen Scheinwerfer angewandt. Die DTRM-Methode mit der diffusen Strahlung führt zu großen Abweichungen zur Realität. Zur Verbesserung der Strahlungsmodellierung wird eine optimierte Berechnungsmethode entwickelt, die auf der Kopplung zwischen einem kommerziellen Strömungssimulationsprogramm und einem Ray Tracing Programm beruht. Mit diesem Verfahren gelingt es, die korrekte Lage des Hot Spots und dessen Temperaturniveau in realer Geometrie zu bestimmen.

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Ein Beitrag zur Anwendung der Theorie undulatorischer Lokomotiven auf mobile Roboter / von Khaldoun Abaza
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - VIII, 126 S.
ISBN 978-3-939473-12-1
Preis: 15,00 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006

Inhalt:
Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen undulatorische Lokomotionssysteme. In diesem Zusammenhang wurden die Begriffe Undulation und Lokomotion definiert. Die gerichtete Ortsveränderung natürlicher oder technischer Systeme ist generell als Lokomotion zu verstehen, aber es erweist sich als schwierig, eine aus Sicht der Mechanik umfassende Definition des Begriffes Lokomotion zu geben. . Er wurde in dieser Arbeit, mathematisch, wie folgt beschrieben: Lokomotionssysteme sind technische Systeme, die in der Lage sind, alle ihre Punkte in einem ausgewählten charakteristischen Zeitintervall zu bewegen, wobei durchaus Größe und Richtung der Lageänderung der Punkte verschieden sein können. Die Mechanik versteht unter Undulation die Bewegung durch eine Erregung der Aktuatoren des Systems, die sowohl von außen kommen oder im Inneren erzeugt werden kann. Der Aktuator erzeugt seinerseits eine in der Regel periodische Gestaltänderung, welche durch die Wechselwirkung mit der Umgebung eine globale Lageänderung erzeugt. In der vorliegenden Arbeit wurden undulatorische Lokomotionssysteme theoretisch und mittels zweier entwickelter Prototypen untersucht. Der Prototyp (TM-ROBOT) wurde nach dem undulatorischen Bewegungsprinzip des Regenwurms (Längenänderung von Segmenten) aufgebaut. Ein Bewegungssystem, das für die Bewegung das peristaltische Bewegungsprinzip nutzt, bewegt sich mit periodischen Verformungen seines Körpers und nichtsymmetrischen Reibkräften unter Einbeziehung der Wechselwirkung mit der Umgebung. Der Prototyp (MINCH-ROBOT) im Rahmen dieser Arbeit ist ein Mikroroboter, der keine klassische undulatorische Lokomotion umsetzt. Er besteht aus einem Piezoaktuator und ist mit zwei passiven Beinen und einem Schwanz ausgerüstet. Die Undulation besteht in der Übertragung von den hochfrequenten Schwingungen seines Körpers (Piezoaktuator) auf die Beine. Somit werden komplexe räumliche Trajektorien der Beinendpunkte erzeugt. Bei dem Steuerprinzip dieses Mikroroboters spielt die Nichtsymmetrie der beiden Beine eine wesentliche Rolle. Diese (absichtlich realisierte) Nichtsymmetrie zwischen rechtem und linkem Bein ist die Ursache für eine Verschiebung der Resonanzbereiche der Beine. Damit wird der Roboter in seiner Richtung steuerbar. Numerische Simulationen der beiden Prototypen und Messungen an realem Objekt stützen die Theorie dieser Arbeit, die sich somit in das breite Feld der Lokomotionssysteme eingliedert.

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Validierung von Methoden zur Berechnung und Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen / von Bernd Graf
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XIV, 133 S.
ISBN 978-3-939473-11-4
Preis: 27,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007

Inhalt:
Komfortansprüche und Gesetzesvorgaben bezüglich der Lärmemission von Kraftfahrzeugen erfordern immer exaktere und effizientere Werkzeuge zur Simulation der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen. Der Autor untersucht und entwickelt in der vorliegenden Arbeit Techniken, um die kombinierte Methode der Finiten-Elemente und der Boundary-Elemente quantitativ zu bewerten und deren Effizienz zu erhöhen.
Gestaltungsrichtlinien werden aufgestellt, um die Anzahl der Optimierungszyklen zur Findung der „leisesten" Verrippung von Gehäusen zu verringern.

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Eine flexible akustische Messmethode zur Detektierung von verzahnungstechnischen Problemen / von Daniel Bader
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - XI, 124 S
ISBN 978-3-939473-09-1
Preis: 14,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006 u.d.T.: Bader, Daniel: Entwicklung einer flexiblen akustischen Messmethode zur Detektierung von verzahnungstechnischen Qualitätsproblemen

Inhalt:
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erkennung kleinster Instationaritäten in Schwingungssignalen aus dem Bereich automobiler Verzahnungen.
Ausgehend von den bekannten Methoden der Schwingungsanalyse und den zu erkennenden Signalanteilen werden grundlegende Anforderungen an eine Analyseumgebung abgeleitet. Basierend auf den abgeleiteten Anforderungen wird ein modulares Analysewerkzeug entwickelt, das als Kernfunktion die schnelle Diskrete Wavelet-Transformation nutzt. Dessen praktische Anwendbarkeit wird durch Untersuchungen zur Erkennung von Einzelfehlern an Verzahnungen von Massenausgleichssystemen nachgewiesen. Um die Flexibilität der entwickelten Messmethode deutlich zu machen, werden weiterhin Eingangsuntersuchungen an typischen Phänomenen der Bremsentechnik durchgeführt.
Es zeigt sich, dass von gestörten Signalen aus rauen Umgebungen, bei denen die Standardauswertemethoden versagen, unter Nutzung der Wavelet-Transformation im Zusammenspiel mit einer geeigneten Analysestrategie qualitativ hochwertige Ergebnisse gewonnen werden können.

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Kaskadierte Aktoren als biomimetische Antriebselemente / von Torsten Gramsch
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2006. - XIII, 136 S.
ISBN 3-939473-05-7
Preis: 14,50 €

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006

Inhalt:
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in die Entwicklung neuer Antriebe und die Bewertung von Aktorprinzipien ein. Ausgangspunkt sind Untersuchungen zur Übertragung mechanischer Energie vom Aktor zum Wirkelement mit dem Ziel daraus Auswahlkriterien für Aktoren abzuleiten. Zunächst wird der statische Fall analysiert. Im statischen Fall können zwischen linearen Elementen maximal 25% der Aktorenergie an das Wirkelement weitergegeben werden. Mit nichtlinearen Antriebskennlinien ist ein höherer Wirkungsgrad der Energieübertragung erreichbar. Die Bewertung des dynamischen Verhaltens der Antriebe erfolgt nicht über Variantenvergleich, sondern durch das Bestimmen eines optimalen Beschleunigungsprozesses, der als Vergleichstrajektorie für Antriebskennlinien dient. Das Ergebnis der Optimierung sind nichtlineare Kennlinien, die denen biologischer Antriebe qualitativ sehr ähneln. Mit biomimetischer Kaskadierung von Aktoren können sowohl lineare als auch nichtlineare Kennlinien erzeugt werden, was in Simulationen nachgewiesen wird. Sowohl Kraft als auch Weg können aufsummiert, aber auch in feiner inkrementierte Schritte unterteilt werden. Die Steifigkeit der kaskadierten Antriebe kann mit fortschreitender Kontraktion durch die konstruktive Gestaltung variiert und die Antriebe so für statische oder dynamische Aufgaben zugeschnitten werden. Neben dem veränderten Bewegungsablauf ermöglichen räumliche Kaskaden auch dreidimensionale Bewegungen als neue Bewegungsqualität. Das Konzept eines kaskadierten Antriebes mit polarisierten Magnetbrücken wird entwickelt. Die magnetische Vollbrücke als besonders empfindliche, bistabile, polarisierte Magnetanordnung wird an die Forderungen einer Magnetkaskade angepasst. Damit liegt das Konzept einer integrierten magnetomechanischen Logik zur Ansteuerung der Magnetbrücken vor. Einsatzgebiete biomimetischer, kaskadierter Aktoren sind vor allem integrierte Direktantriebe, die Objekte in eine Position bringen und dort energiefrei halten sollen. Die mikrotechnische Herstellung kaskadierter Mikroaktoren ist eine Voraussetzung für deren industriellen Einsatz.

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Optical information processing / Adolf W. Lohmann. Ed. by Stefan Sinzinger
Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2006. - 504 S.
ISBN 3-939473-00-6
Preis: 34,50 €

Inhalt:
Even 40 years after the first publication of these lecture notes “Optical information processing” is still a treasure chest for students, teachers as well as scientists in the field of optics. Adolf Lohmann’s unique style of presenting the foundations of information optics in a theoretically challenging yet vivid way guarantees new insight and enjoyment. Adolf Lohmann studied Physics at the University of Hamburg. From 1953-1963 he was assistant and associate Professor at the TU Braunschweig. He got the Habilitation in 1957 after research visits at the Swedish Royal Institute of Technology in Stockholm and the IBM Research Center in San Jose, Ca. From 1963-1967 he lead the optical signal processing group at IBM in San Jose followed by an appointment as Professor of Applied Physics and Information Science at UCSD in La Jolla, Ca.. From 1973 he had the Chair in Applied Optics at the University of Erlangen/Nürnberg. In 1990/91 he was on leave at the NEC Research Institute in Princeton, New Jersey. After he reached the status “Emeritus” (retired Professor) in 1992 he spent numerous research visits at highly esteemed research groups all over the world. During more than 50 years of research Adolf Lohmann contributed to almost any field of modern optics. He pioneered work on the combination communication theory and optics, developed “single sideband holography” as well as “computer holography” which helped to trigger the successful development of diffractive optics. As a consultant at AT&T Bell Labs, New Jersey he invented the “Perfect Shuffle”. Although his dream of the “digital optical computer” did not become reality yet, the impact of “optics in computation systems” is reality. Since his retirement he enjoyed the independence by performing research in a variety of areas like fractional transformations, super resolution, optical processing with partially coherent light, “flatland optics” and optical temporal filtering, to name just a few. More that 350 publications and numerous scientific awards and honors are the evidence for an extraordinary carrier in optics.

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