Publikationen aus dem Universitätsverlag Ilmenau

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Strickstrock, Monika;
Oberflächenmodifizierung von dentalen Y-TZP Keramikimplantaten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - XVI, 308 Seiten. - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 23)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-256-7

Mehr als eine Million Dentalimplantate werden pro Jahr in Deutschland inseriert. Ästhetik und Verträglichkeit sprechen für keramisches Material statt für den Standardwerkstoff Titan. Für diesen Einsatz, der in Hinblick auf Festigkeit, Biokompatibilität, Be- und Verarbeitbarkeit komplexe Ansprüche stellt, ist Zirkoniumdioxid (ZrO2), genauer Yttriumoxid stabilisiertes ZrO2 (Y-TZP), geeignet. Schwachpunkt ist jedoch die geringere Toleranz von Keramik gegenüber Oberflächendefekten, die sich festigkeitsmindernd auswirken. Die Oberflächenaufrauung ist für eine bessere Einheilung in den Knochen allerdings unabdingbar. Durch Oberflächenmodifizierung im dichtgesinterten Zustand kann die Festigkeit sowohl erhöht als auch erniedrigt werden, da Strukturumwandlungen im polymorphen Y-TZP in Abhängigkeit der Herstellungsparameter stattfinden. Das Ziel dieser Arbeit ist durch holistische Analyse des Herstellungsprozesses eines Y-TZP Implantates diesen zu optimieren. Die Bewertung erfolgt in den drei Eigenschaftskategorien: Physikochemie, Mechanik, Topographie und schließt mit einer zellbiologischen Prüfung ab. Die Physikochemie wird mit drei Hydrophilierungsmethoden verändert (UV, UV-Ozon, Plasma) und optimale Behandlungsparameter werden mittels Kontaktwinkelmessungen gefunden. Die Plasmabehandlung stellt die effektivste Methode dar. Zur Konservierung der Hydrophilie wird die Lagerung unter Luftabschluss in Isopropanol (zum Erhalt der Sterilität) untersucht. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Aufrauung im Weißzustand negativ beeinflusst. Durch Material- und Prozessanpassung wird eine Erhöhung der Festigkeit (˜30 %) und der Alterungsbeständigkeit erreicht. Um der nach Aufrauung bestehenden Festigkeitsreduzierung entgegen zu wirken, wird ein Prozess zur Oberflächenverstärkung mittels Festigkeitsstrahlen (SP) für raue Oberflächen erarbeitet. Neben der Umwandlung von tetragonal zu monoklin werden weitere Strukturen in der Literatur kontrovers diskutiert. Daher werden umfassende diffraktometrische Analysen durchgeführt, um zukünftig die Festigkeitsbeeinflussungen klarer vorhersagen zu können. Nach SP lassen sich statisch und dynamisch eine um ˜30% erhöhte Festigkeit am rauen Produkt belegen, während die Makrotopographie der osseointegrativen Oberfläche erhalten bleibt. Die topographischen Eigenschaften werden durch Profilmessung bestimmt und durch 3D-Oberflächenaufnahmen zur Charakterisierung von Hybridparametern für die abrundende zellbiologische Untersuchung betrachtet. In vitro schneiden alle ZrO2 Serien vergleichbar zur sandgestrahlt und geätzten Titan-Referenzoberfläche ab.



Paffhausen, Michael;
Rührreibschweißen mit einem Industrieroboter unter Berücksichtigung der Einsatzkriterien für die automobile Großserienfertigung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - 225 Seiten. - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 13)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-255-0

Das Fügeverfahren "Rührreibschweißen" ermöglicht die Herstellung reproduzierbar hochwertiger Schweißverbindungen. Aufgrund der sehr hohen Prozesskräfte werden in der Produktion vorzugsweise Sonder- und Werkzeugmaschinen eingesetzt. In der automobilen Großserienfertigung wird jedoch der Einsatz von Standard-Industrierobotern für das Rührreibschweißen als kostengünstigere und flexiblere Alternative favorisiert. Im Rahmen der Arbeit werden die Leistungskenngrößen des Industrieroboters zunächst ohne Bearbeitungskräfte analysiert. In diesem Zusammenhang werden die Pose- und Bahn-Wiederholgenauigkeit des Industrieroboters an unterschiedlichen Referenzbahnen in der Ebene quantifiziert. Hier ist festzustellen, dass der Roboter den Genauigkeitsanforderungen des Schweißverfahrens genügt. Bei der Analyse der Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboterstruktur wird jedoch deutlich, dass die Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters durch die resultierenden Prozesskräfte beim Rührreib-schweißen signifikant beeinflusst wird; ohne ein "Nachteachen" oder eine Offline-Korrektur der programmierten Soll-Bahn werden die mechanischen Eigenschaften der Fügeverbindung durch die mangelnde Arbeitsgenauigkeit des Industrieroboters negativ beeinflusst. Bei der Analyse kann nachgewiesen werden, dass die Abdrängung des Werkzeugs nicht nur von den resultierenden Prozesskräften abhängt, sondern auch signifikant durch die Richtung des Vektors der Bahngeschwindigkeit beim Bahnschweißen beeinflusst wird. Bei der Analyse der statischen und dynamischen Systemeigenschaften des Roboters wird gezeigt, dass die nichtlinearen Steifigkeiten der Roboterstruktur maßgeblich von den Gelenkstellungen und der Belastungsrichtung abhängen. Aus den Erkenntnissen der Systemanalyse wird eine modellbasierte Offline-Bahnkorrektur, die Nachgiebigkeiten und Wechselwirkungen zwischen Prozess und Roboter berücksichtigt, entwickelt.



Hörtnagl, Arnulf;
Systembetrachtung der Korrosionsbeständigkeit an geschliffenen Oberflächen von metastabilen Austeniten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2022. - VII, 202 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-251-2
Literaturverzeichnis: Seite 169-182

Wegen ihrer Beständigkeit gegen Korrosion sowie der guten Umformbarkeit sind austenitische CrNi-Stähle in einer Vielzahl von Anwendungen anzutreffen. Die Fähigkeit zur Ausbildung einer stabilen Passivschicht beruht dabei insbesondere auf dem Anteil an Chrom in der jeweiligen Legierung. Der Einfluss weiterer einzelner Faktoren auf das Korrosionsverhalten von CrNi-Stählen wird in einer Vielzahl von wissenschaftlichen Arbeiten behandelt. Die vorliegende Arbeit befasst sich dabei explizit mit der Auswirkung einer erfolgten Kaltumformung und der erzeugten Bauteiloberfläche infolge unterschiedlicher Bearbeitungsverfahren auf das Korrosionsverhalten. Zur Betrachtung der Wechselwirkung dieser beiden Faktoren wurden zwei metastabile austenitische Stähle herangezogen, welche eine nahezu identische Korrosionsbeständigkeit (gem. PREN) aufweisen, aber deren Austenitstabilität (gem. Md30) unterschiedlich ist. Durch mehrstufiges Kaltwalzen wurden an Blechmaterial verschiedene Umformgrade erzielt. Die Differenzierung in den Oberflächenausführungen wurde anschließend durch metallografische Präparation oder durch Plan-Umfangs-Längsschleifen erzeugt. Die metallografische Präparation führte zu geschliffenen, polierten oder elektropolierten Oberflächenausführungen. Für den maschinellen Flachschleifprozess wurden jeweils Oberflächen mit Siliziumkarbid oder mit Korund als Schleifmittel bearbeitet. Die Bestimmung des Korrosionsverhaltens erfolgte mittels verschiedener elektrochemischer Messmethoden. Zur Charakterisierung der erzeugten Oberflächen wurden unterschiedliche Analysemethoden angewendet, insbesondere die taktile und optische Bestimmung der Oberflächenrauheit sowie die Untersuchung mittels REM-Aufnahmen. Der Einfluss der Kaltumformung auf das vorliegende Gefüge, die zu einer ausgeprägten Bildung von α'-Martensit führte, wurde durch konventionelle Metallografie, EBSD-Messungen und magnetinduktive Messungen erfasst. In Bezug auf das erzielte Korrosionsverhalten zeigt sich der Einfluss beider Faktoren deutlich. Die Veränderung der mechanischen Eigenschaften infolge der Kaltumformung kann dabei als dominanter Einfluss auf die erzeugte Oberflächentopografie nachgewiesen werden. Hieraus folgt für geschliffene Oberflächen ein entgegengesetzter Trend des Korrosionsverhaltens mit steigendem Umformgrad zu den polierten oder elektropolierten Oberflächen.



Regensburg, Anna;
Hybrid Friction Eutectic Bonding (HFEB) - stoffschlüssiges Fügen von Aluminium und Kupfer unter Nutzung der eutektischen Reaktion. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - X, 177 Seiten. - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 12)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-250-5

Ansätze des werkstofflichen Leichtbaus mit dem Ziel der Gewichts- und Ressourcenoptimierung in elektrischen Verbindungen haben das Fügen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen zu einem stark verfolgten Forschungsschwerpunkt der letzten Jahre gemacht. Im Rahmen von Elektromobilität sowie allgemeiner Erhöhung von Komfort- und Sicherheitsstandards ergeben sich hierfür hohe Herausforderungen an die einzusetzenden Fügetechnologien. Der Zielzustand für elektrische Verbindungen besteht in großflächigen, duktilen Verbindungen mit geringem Kontaktwiderstand. Je nach Verfahren werden diese Ziele jedoch durch die Bildung spröder, intermetallischer Phasen oder erhöhte Grenzflächen- und Bauteilverformung nur zum Teil erreicht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezielt die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen Aluminium und Kupfer genutzt, um den Lösungsraum zwischen Press- und Schmelzschweißverfahren zu nutzen. Während der Initialkontakt der Grenzflächen durch Fügedruck während des Rührreibpunktschweißens beschleunigt wird, findet die Vergrößerung und Benetzung der Fügefläche durch die Bildung einer eutektischen Schmelze statt. Diese bildet sich zwischen den Grundwerkstoffen, ohne dass diese in die flüssige Phase übergehen. In Abhängigkeit der Prozessführung kann der Pressschweißprozess hier erneut genutzt werden, um die Schmelze aus der Fügezone zu verdrängen. Somit kann das Erstarrungsverhalten gezielt beeinflusst werden, während sich weitere Vorteile durch den Abtransport von Einschlüssen und Verunreinigungen ergeben. Durch eine angepasste Prozessführung können vollflächige Anbindungen in kurzer Prozesszeit von weniger als 0,5 s erzielt werden. Die Bildung weiterer Sprödphasen außerhalb des eutektischen Systems wird durch die Limitierung der Spitzentemperatur und des Energieeintrags verhindert. Zusätzlich kann die Schmelzebildung als Reduzierung des Materialwiderstands während des kraftgeregelten Prozesses detektiert und diese für weitere Prozessansätze genutzt werden. Weitere Optimierungsansätze zeigen sich beim Übertrag auf weitere Pressschweißverfahren und Bauteilgeometrien.



Fuchs, Karsten;
Ein Beitrag zur Optimierung der elektrischen Feldstärkeverteilung in LDPE unter HGÜ-Beanspruchung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - XI, 150 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; Band 32)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-248-2
Literaturverzeichnis: Seite 113-127

International etabliert sich die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) für Spannungen bis 1,2 MV aufgrund von zunehmenden Übertragungsstrecken immer mehr zum Stand der Technik. National rückt die HGÜ aufgrund des politisch motivierten Ausbaus der erneuerbaren Energien und des damit verbundenen Aus- und Umbaus des Höchstspannungs-Übertragungsnetzes für Spannungen bis 525 kV in den Fokus. Dabei sind neue Übertragungsstrecken vorzugsweise als Trassen aus polymeren Kabeln zu realisieren. In Isolierstoffen von HGÜ-Kabelsystemen stellt sich im stationären Zustand ein elektrisches Strömungsfeld ein, das von der vorherrschenden elektrischen Leitfähigkeit der jeweiligen Isolierstoffe beeinflusst wird. Diese elektrische Leitfähigkeit wird durch die temperatur- und feldstärkeabhängige Entwicklung von Raumladungen in der Isolation bestimmt. Diese Effekte führen zu einer Veränderung und Umkehr der elektrischen Feldstärkeverteilung im Isolationsmaterial. Deshalb müssen bei der Auslegung von HGÜ-Komponenten hinsichtlich der Betriebsspannung neben den Permittivitäten auch die elektrischen Leitfähigkeiten und die Neigungen zur Akkumulation von Raumladungen der einzelnen Isolierstoffe betrachtet werden. Das Augenmerk der vorliegenden Arbeit richtet sich auf Compounds mit vernetztem Polyethylen (LDPE) als Basispolymer und unterschiedlichen Füllstoffanteilen von hexagonalem Bornitrid (h-BN) bis maximal 20 Vol.-%. Es zeigt sich, dass durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit bis 1 W/mK des Compounds eine verbesserte Abfuhr der Stromwärmeverluste des Innenleiters ermöglicht wird. Weitere Messungen bis 80 ˚C belegen, dass die elektrische Leitfähigkeit der Compounds stets kleiner ist als des Basispolymers LDPE. Zudem ist eine deutliche Vergrößerung der elektrischen Durchschlagsspannung der Compouds gegenüber LDPE gemessen wurden. Eine signifikante Akkumulation von Raumladungen ist weder für LDPE noch für die Compounds bei einer mittleren elektrischen Betriebsfeldstärke von 15 kV/mm mittels PEA-Verfahren (gepulstes elektroakustisches Verfahren) nachzuweisen. Anhand der gemessenen thermoanalytischen und dielektrischen Parameter in Abhängigkeit der Temperatur und elektrischen Feldstärke ist die grundsätzliche Eignung dieser Compounds als ein möglicher optimierter HGÜ-Isolierstoff festgestellt wurden. Jedoch wurden keine Alterungs- und Langzeiteffekte berücksichtigt.



Scharff, Moritz;
Bio-inspired tactile sensing : analysis of the inherent characteristics of a vibrissa-like tactile sensor. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - xviii, 169 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

ISBN 978-3-86360-237-6
Literaturverzeichnis: Seite 121-139

Die Weiterentwicklung taktiler Sensoren gewinnt an Bedeutung bspw. durch eine verstärkte Anwendung taktiler Sensoren zur Navigation in unbekannten Umgebungen von autonomen mobilen Robotern. Eine Möglichkeit taktile Sensoren weiter zu entwickeln ist, sich - wie auch schon andere Entwicklungen zeigen - der Natur zu bedienen, Vorbilder zu identifizieren, diese fundamental zu analysieren und als wesentlich befundene Eigenschaften und Funktionstüchtigkeiten zu adaptieren. Ratten besitzen auffällige Tasthaare an beiden Seiten der Schnauze, sogenannte Vibrissen. Diese sind gekennzeichnet durch einen langen, schlanken und natürlich vorgekrümmten Haarschaft mit konischem Querschnittsverlauf. Der Haarschaft wird von einem Haarfollikel gehalten, der sich unter der Haut befindet und in dem überdies Mechanorezeptoren zur Reizdetektion zu finden sind. Während der Erkundung von unbekannten Umgebungen und Objekten setzen Ratten ihre Vibrissen ein, um bspw. die Form oder Textur eines Objektes zu bestimmen, indem die Vibrisse daran entlang bewegt wird. Die Informationsaufnahme wird im Haarfollikel durch die Mechanorezeptoren realisiert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum übergeordneten Ziel, die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten dieses komplexen und hochentwickelten Sensorsystems der Natur für technische Anwendungen nutzbar zu machen. Die Eigenschaften einer Vibrisse sind synergetisch und beeinflussen ihre Funktionen in bedeutendem Maß. Deshalb wird das natürliche Vorbild detailliert analysiert und mit den Konzepten des biomechatronischen Systems und des Reizleitungsapparats beschrieben und auf dieser Basis ein Vibrissen-ähnlicher Sensor entworfen, um die inhärenten Eigenschaften eines solchen Sensorsystems zu untersuchen. Um die Funktionstüchtigkeit des entworfenen Protoyps, aufgebaut auf Basis der detaillierten Vorabanalyse, zu untersuchen, werden verschiedene Testobjekte, einschließlich verschiedener Oberflächenbeschaffenheiten, mit dem Sensor vermessen. Anhand der aufgezeichneten Messsignale zeigt sich, dass ein Objekt durch seine generelle Form sowie seine makroskopische und mikroskopische Oberflächenstruktur beschrieben werden kann. Die genannten Informationen überlagern sich in den gemessenen Signalen und müssen für eine weiterführende Auswertung extrahiert werden. Der Abstand zwischen Sensorlagerung und Objekt hat entscheidenden Einfluss. Makroskopische Oberflächenelemente lassen sich im Abstand von 80% der Länge des Sensorschafts besonders gut detektieren. Ein mittlerer Abstand, ca. 60% der Länge des Sensorschafts, unterstützt die Erfassung der Eigenschaften einer mikroskopischen Textur. Hingegen ist ein kleiner Abstand von 45% der Sensorschaftlänge besonders geeignet zur Detektion der generellen Form des Objekts. Diese Effekte sind in enger Verbindung zur Elastizität des Sensorschafts zu interpretieren. Beispielsweise verhindert die starke Krümmung des Sensorschafts in Folge eines kleinen Objektabstandes eine Detektion von makroskopischen Oberflächenelementen wie Rillen und Stufen, da sich der Sensorschaft in dieser Konfiguration wie ein adaptiver morphologischer Filter auswirkt und damit eine inhärente Eigenschaft des Sensorsystems ist. Der Übergang zwischen der makroskopischen und mikroskopischen Oberflächenstruktur wird durch den Durchmesser der Spitze des Sensorschafts bestimmt. Oberflächenstrukturelemente, die kleiner als dieser Durchmesser sind, gehören zur mikroskopischen Oberflächenstruktur. Daraus folgt, dass auch der Durchmesser der Spitze eine inhärente Eigenschaft ist. Eine weitere inhärente Eigenschaft wird bei der Detektion einer mikroskopischen Oberflächenstruktur erkennbar. Wenn der, sich im Kontakt befindende, stark verformte, Sensorschaft so bewegt wird, dass die konkave Seite des Sensorschafts in Bewegungsrichtung zeigt, werden die erfassten Signale verstärkt - im Vergleich zur entgegengesetzten Bewegungsrichtung. Unter Berücksichtigung der genannten und weiterer Ideen, wird der durch eine natürliche Vibirsse inspirierte Sensor in der vorliegenden Arbeit untersucht.



De Silva-Schmidt, Fenja;
Wissenserwerb zum Thema Klimapolitik aus Mediennutzung und interpersoneller Kommunikation. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - 306 Seiten. - (NEU - Nachhaltigkeits-, Energie- und Umweltkommunikation ; Band 7)
Universität Hamburg, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-245-1
Literaturverzeichnis: Seite 272-305

Rau, Karsten;
Management von IT-Agilität: Entwicklung eines Kennzahlensystems zur Messung der Agilität im Handlungsfeld IT Personal. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - XV, 434 Seiten. - (Ilmenauer Schriften zur Wirtschaftsinformatik ; Band 4)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-249-9

Die Dissertationsschrift behandelt ein aktuelles Thema von großer praktischer Relevanz, denn immer mehr Unternehmen stehen heute vor neuen wettbewerblichen Herausforderungen in einem turbulenten und globalisierten Geschäftsumfeld. Die Geschwindigkeit der Anpassung an die sich stetig ändernden Rahmenbedingungen, technologischen Innovationen und neuen Marktsituationen ist dabei eine wichtige Herausforderung für die Unternehmen. Die Geschäftsagilität des gesamten Unternehmens wird erwiesenermaßen maßgeblich von der IT-Agilität beeinflusst. IT-Agilität stellt somit einen zentralen Bestandteil des IT-Wertbeitrages dar. Der Autor adressiert mit seiner Dissertationsschrift die Frage, wie die IT-Agilität eines Unternehmens im Bereich des IT-Personals gemessen und auf dieser Grundlage aktiv gemanagt werden kann, um beispielsweise die Erreichung von Agilitätszielen oder die Wirksamkeit getroffener Maßnahmen zur Erhöhung der IT-Agilität nachzuweisen. Dazu wird auf einer empirischen Grundlage ein Kennzahlensystem entwickelt. Die Forschungsarbeit folgt grundlegend dem Design Science Research Paradigma gestaltungsorientierter Forschung nach Hevner et al. (2004) und Peffers et al. (2007). Da es sich bei der IT-Agilität um einen diffusen Sachverhalt handelt, wird zunächst ein mehrdimensionales Konstrukt der IT-Agilität im Bereich IT-Personal konzeptualisiert. Darauf aufbauend werden dann im nächsten Schritt des Forschungsprozesses für jede der identifizierten Dimensionen die jeweiligen Einflussfaktoren und die einhergehenden Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge hergeleitet und als Ergebnis ein Untersuchungsmodell abgeleitet. Im Anschluss wird der im Untersuchungsmodell beschriebenen Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge mit einer Online-Befragung von IT-Führungskräften und multivariaten Analysemethoden überprüft. Daraufhin erfolgt die Entwicklung eines Kennzahlensystems als direkte Fortentwicklung des empirisch validierten konzeptionellen Modells. Das Kennzahlensystem wird prototypisch als Softwaresystem implementiert und stellt ein Artefakt im Sinne Hevners et al. (2004) dar. Abschließend wird dessen Anwendbarkeit in praktischen Kontexten demonstriert. Es wird nachgewiesen, dass das Realweltproblem der fehlenden Steuerbarkeit durch das geschaffene Artefakt prinzipiell gelöst werden kann und damit einen adäquaten Nutzen für die Anspruchsgruppe stiftet.



Gernandt, Hannes;
Spectral perturbation & optimization of matrix pencils. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 130 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

ISBN 978-3-86360-246-8

In dieser Arbeit untersuchen wir lineare differentiell-algebraischen Gleichungen (DAEs). Die Lösungen solcher DAEs werden durch Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln beschrieben. Hierdurch kann insbesondere das qualitative Verhalten der Lösungen durch eine gezielte Veränderung (oder Störung), hinsichtlich gewisser Robustheits- oder Stabilitätsvorgaben, verbessert werden. Wir untersuchen zunächst das Verhalten der Eigenwerte und Hauptvektoren von Matrixbüscheln unter Störungen niedrigen Ranges. Zur Beschreibung des Störverhaltens nutzen wir einen neuartigen Zugang mit linearen Relationen und einem Zusammenspiel der Segre und Weyr Charakteristiken. Von besonderem Interesse ist dabei das Problem der Eigenwertplatzierbarkeit durch Störungen niedrigen Ranges. Hierbei wird untersucht, ob eine vorgegebene Eigenwertlage durch eine gezielte Veränderung der DAE erreicht werden kann. Durch die Vorgabe der Eigenwertlage wird indirekt das Stabilitätsverhalten der DAE beeinflusst. Vereinfacht gesagt wird in dieser Arbeit gezeigt, dass jede vorgegebene Eigenwertlage durch eine Störung mit Rang eins realisierbar ist. Als Anwendung betrachten wir eine Designoptimierung von Operationsverstärkern, welche in den letzten Jahren in der Arbeitsgruppe um Ralf Sommer (TU Ilmenau & Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme) entwickelt wurde. Hierbei wurden gezielt Kapazitäten in die Verstärkerschaltung eingefügt, um ihr Übertragungsverhalten nach gewissen Vorgaben zu beeinflussen. Dabei entspricht jede neue Kapazität einer Störung der DAE vom Rang eins. In diesem Kontext sind die Platzierungsergebnisse jedoch nur bedingt geeignet. Hier treten zusätzliche Einschränkungen der erlaubten Modifikationen der DAE auf, da nur sehr wenige Störungen als Kapazitäten in der Schaltung realisiert werden können. Bei der Designoptimierung ist man zudem an kleinstmöglichen Veränderungen der DAE interessiert, um die Produktionskosten des Verstärkers zu minimieren. Daher untersuchen wir im zweiten Teil der Arbeit, wie platzierende Störungen mit kleinstmöglicher Norm sowie mit vorgegebener Struktur bestimmt werden können. Dieses Vorgehen bezeichnen wir als Spektrale Optimierung. Zur Bestimmung einer approximativen Lösung dieses Optimierungsproblems wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher dann bei der Designoptimierung von zwei industriellen Verstärkerschaltungen eingesetzt wird.



Reumann, Andreas;
Transiente und stationäre Potentialverteilung in Gleichspannungsdurchführungen bei thermischen Belastungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2021. - 162 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; Band 31)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

ISBN 978-3-86360-241-3

Sowohl in Deutschland als auch international gewinnt die Hochspannungsgleichstromübertragung zunehmend an Bedeutung. Gleichspannungsdurchführungen stellen dabei aufgrund der elektrischen und thermischen Eigenschaften ihrer Isolation einen leistungsbegrenzenden Engpass der Übertragung dar. Die Temperatur eines Dielektrikums hat einen starken Einfluss auf die zugehörige elektrische Leitfähigkeit. Durch die in Durchführungen vorkommenden hohen Temperaturgradienten nehmen die veränderten Leitfähigkeiten Einfluss auf die Aufteilung des elektrischen Potentials welches damit deutlich vom Auslegungsfall abweichen kann. Bisher wurde die Verschiebung des Potentials nur durch Simulationen ermittelt. Von besonderer Bedeutung für diese Arbeit ist demnach die experimentelle Bestimmung der Potentialverteilung im Inneren einer Gleichspannungsdurchführung. Hierzu wurden zwei spezielle, weitgehend identische Prüfwickel gefertigt. Ein Prüfkörper dient dabei zur Erfassung der transienten und stationären Temperaturverteilung bei nachgebildeten Betriebsbedingungen. Der Zweite dient zur Erfassung der elektrischen Potentialverteilung. Durch identisch nachgebildete Bedingungen wird es möglich, die Potentialverteilung bei stationärer Gleichspannung und bei transienten Betriebszuständen basierend auf unterschiedlichen Temperaturgradienten zu ermitteln. Hierdurch konnte erstmals experimentell nachgewiesen werden, dass die thermisch-elektrische Potentialverschiebung in der Realität auftritt. Es wurde ein Simulationsmodell erstellt, welches anhand der gemessenen Potentialverteilungen erfolgreich verifiziert werden konnte. Mit dem Modell ist es möglich, anhand von gemessenen Materialdaten die real vorhandene transiente und stationäre Potentialverteilung bei gegebener Temperaturverteilung zu berechnen. Weiterhin wird eine Methodik vorgestellt, mit welcher auch bei extrem langsamen Polarisationsvorgängen mit den dazugehörigen langen Zeitkonstanten im Material dennoch die notwendigen Materialwerte für eine erfolgreiche Simulation gewonnen werden können. Die Simulationen und Messungen zeigen die erwartete Potentialverschiebung in die kühleren Randbereiche der Durchführung und quantifizieren damit die erwartete erhöhte Feldstärkebelastung in diesen Gebieten. Weiterführende Simulationen stellen die Problematik bei Umpolmessungen dar, bei welchen sich auch eine Potentialüberhöhung in Bereichen der Durchführung einstellen kann, welche aus der angelegten Spannung nicht direkt erwartet werden können. Die vorgestellte Arbeit erweitert das Verständnis der thermisch-elektrischen Vorgänge in Hochspannungsgleichstromdurchführungen und kann zu einer Sicherung der Verfügbarkeit dieser beitragen.