Mensch-Technik-Interaktion mittels Freiraumgesten. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 177 Seiten. - (Berichte aus der Biomechatronik ; Band 15)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
ISBN 3-86360-166-1
Mit Industrie 4.0 gewinnt die Mensch-Technik-Interaktion deutlich an Stellenwert. Sollen Mensch und Maschine gemeinsam arbeiten, dann sind alternative Interaktionsformen zu entwickeln. Erfolgreiche Kommunikation bedeutet, dass beide Kommunikationspartner zum Kommunikationsende den gleichen Informationsstand haben. Die natürliche, menschliche Kommunikation findet auf verschiedenen Ebenen (z.B. visuell und akustisch) statt, welche zusammengehörig gedeutet werden. An der redebegleitenden Zeigegeste lässt sich das Zusammenspiel von gesprochenem Wort, ausgeführter Zeigegeste und kognitiver Leistung des Empfängers gut erkennen. Der "grüne Ordner da drüben" fordert vom Empfänger neben der rein sensorischen Aufgabe des Hörens und Sehens die zusätzliche, wissensbasierte Verarbeitung von "grün" und "Ordner". Mit all diesen Informationen erreicht die gestenunterstützte Mensch-Mensch-Kommunikation eine Erkennungsrate von annähernd 100 %. Sollen für die Mensch-Technik-Kommunikation "Zeigegesten" verwendet werden, sind die zusätzlichen Kontext-Informationen z.Z. für die technische Auswertung noch nicht verfügbar. Daher wurden Beschreibungen der Zeigegeste entwickelt und evaluiert, mit denen bereits ohne Interpretation der Kontextinformation eine Gesamterkennungsrate von über 85 % realisiert werden kann. Ausgehend von dem Nutzerverständnis - Zeigen wird als statische Geste verstanden - wurde eine technisch nutzbare Beschreibung entwickelt. Diese, nur die Körperpose des Zeigens auswertend, erreicht bei der Evaluation eine Erkennungsrate von ca. 50 %. Sie ließ sich bereits im Rahmen eines Forschungsprojektes erfolgreich in die Praxisübertragen. Auf Grundlage eines Phasenmodells der Gestenausführung wurden zwei weitere Beschreibungen entwickelt. Bei diesen wird der gesamte Gestenzyklus aus Einleitung, Hauptteil, Haltephase und Ausleitung betrachtet. Mit den Daten der für die Evaluation eingesetzten Kinect® 2 konnten mit den erweiterten Phasendefinitionen Erkennungsraten von über 85 % realisiert werden. Für eine Verbesserung der Erkennungsrate ist es zukünftig notwendig, weitere Gesten wie das "Heranwinken" zu beschreiben, um sie vom "Zeigen" abzugrenzen. Zusätzlich muss das Zeigeziel erkannt und anhand der Kontextinformation überprüft werden können.
Engineering for a changing world : 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, September 11-15, 2017 : programme. - Ilmenau : Universitätsbibliothek/Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 136 Seiten ISBN 978-3-86360-160-7
Beitrag zur Störlichtbogendetektion in Photovoltaikanlagen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - XVII, 213 Seiten. - (Ilmenauer Beiträge zur elektrischen Energiesystem-, Geräte- und Anlagentechnik ; Band 19)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
ISBN 978-3-86360-165-2
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Thematik der Störlichtbogendetektion in Photovoltaikanlagen. Vorrangiges Ziel ist die Erforschung und Entwicklung eines zuverlässigen und sicheren - zu den bereits bestehenden frequenzbasierten Lösungsansätzen alternativen - Störlichtbogen-Detektionskriteriums im Zeitbereich. Hierzu wurde das gleichstromseitige, elektrische Klemmenverhalten von Single-String-Photovoltaikanlagen bei dynamischer Anregung in Form eines seriellen Lichtbogens eingehend analysiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen eindeutig dass die, durch die Spannungsflanke der Anoden-Kathoden-Fallspannung U AK im Zündmoment des Lichtbogens verursachte, Änderung im zeitlichen Signalverlauf der an den String-Anschlussklemmen des Wechselrichters gemessene String-Spannung U String im besonderen Maße zur Detektion serieller Störlichtbögen in Photovoltaikanlagen geeignet ist. Folglich konnte ein neuartiges und verlässliches Detektionskriterium im Zeitbereich für serielle Störlichtbögen in Single-String-Photovoltaikanlagen vorgestellt werden, dessen prinzipielle Eignung, Haupteinflussgrößen und gültige Anwendungsbereich sowohl in Theorie und als auch in Praxis eingehend überprüft, ermittelt und bestimmt wurden. Die erarbeiteten Resultate und Erkenntnisse gehen in erster Linie aus der Analyse der, im Rahmen umfangreicher Feld- und Laborversuche, unter Berücksichtigung aller wesentlichen Versuchs- und Einflussparameter, gewonnenen Messdaten hervor. Mit der Absicht belast- und vor allem vergleichbare Messergebnisse hinsichtlich des konkreten Forschungsschwerpunktes unter sicheren Bedingungen während des laufenden Betriebs in Photovoltaik zu generieren wurde ein geeignetes Messequipment und -verfahren entwickelt, ausgelegt und konstruiert. In diesem Kontext unterscheidet sich die vorliegende Arbeit - vor allem aufgrund der Durchführung und Vorstellung ausführlicher, experimenteller Studien an realen Photovoltaikanlagen zur Erforschung des dortigen Störlichtbogenverhaltens - deutlich von anderen zu diesem Thema bereits veröffentlichten Literaturstellen. Darüber hinaus wurde ein mathematisch-physikalisches Simulationsmodell entwickelt, welches alle für die Betrachtungen notwendigen Elemente (Photovoltaikgenerator, Wechselrichter, Gleichstromverkabelung und serieller Lichtbogen) in detaillierter Form inkludiert und die lichtbogenbedingten Ausgleichsvorgänge im zeitlichen Signalverlauf der, an den String-Anschlussklemmen gemessenen String-Spannung U String realgetreu nachbildet. Das in dieser Form ausgearbeitete Gesamtmodell stellt seinerseits, da in der gängigen Literatur nicht vorhanden, eine Neuheit dar. Neben dem Zweck der Verifikation der experimentell ermittelten Ergebnisse dient es vor allem der Erweiterung des Erkenntnishorizontes hinsichtlich der konkreten Aufgabenstellung dieser Dissertation und trägt infolgedessen wesentlich zum besseren Verständnis der Thematik von Störlichtbogen in Photovoltaikanlagen bei.
Blendungsbewertung von LED-Leuchten in Innenräumen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - xxxiii, 184 Seiten. - (Schriften der Ilmenauer Lichttechnik ; Band 21)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
ISBN 3-86360-163-7
Diese Arbeit befasst sich mit der Blendungsbewertung von künstlicher Beleuchtung in Innenräumen. Die Gültigkeit der vorhandenen Blendungsbewertungsmodelle wird für strukturierte LED-Leuchten mittels einer Probandenstudie überprüft und mögliche Erweiterungen der Modelle werden diskutiert. Dafür wurden folgende Forschungshypothesen formuliert: 1. Die von einer Leuchte ausgehende Blendung steigt mit zunehmendem Leuchtdichtekontrast innerhalb der Leuchte bei gleicher mittlerer Blendquellenleuchtdichte. 2. Der in Forschungshypothese 1 postulierte Zusammenhang ist bei direktem Blick in die Blendquelle maximal und nimmt mit zunehmendem Blendwinkel ab. 3. Bei gleicher mittlerer Leuchtdichte und gleichem Kontrast weisen Leuchten mit großem Lichtquellenabstand mehr Blendung auf. 4. Der gesamte wahrgenommene Blendwert mehrerer LED-Punkte einer Leuchte ist größer als die Summe der wahrgenommenen Einzelblendwerte der LEDs. Mit der Probandenstudie können die erste und zweite Forschungshypothese verifiziert werden, wohingegen die dritte und vierte Forschungshypothese für die untersuchten Parameter nicht bestätigt werden können. Sowohl der Lichtquellenabstand innerhalb der Leuchte als auch die Verteilung der Lichtquellenpunkte innerhalb der Leuchte konnte für neun bis 121 LEDs bei verschiedenen Leuchtdichtekontrasten und Blendwinkeln als irrelevant für die psychologische Blendung identifiziert werden. Diese Erkenntnisse wurden anschließend dazu verwendet, zwei verbesserte Blendungsbewertungsmodelle für LED-Leuchten zu entwickeln. Das erste Modell basiert auf den Korrekturfaktoren nach HARA und ist zur Blendungsbewertung von LED-Leuchten während der Leuchtenentwicklung und der Lichtplanung von Innenräumen geeignet. Das zweite Modell basiert auf den Untersuchungen von WOLF zur Detektion der leuchtenden Bereiche für Leuchtstofflampenleuchten. Dieses Verfahren wurde im Rahmen der Arbeit für LED-Leuchten erweitert, indem das Leuchtdichtebild entsprechend der physiologischen Eigenschaften des Auges geglättet wird und im Anschluss die blendenden Bereiche detektiert werden. Abschließend werden Schlussfolgerungen für die Anwendung der Ergebnisse gegeben. Diese Empfehlungen für Leuchtenentwickler und Lichtplaner sollen dazu beitragen, die Lichtqualität bei Einsatz von LED-Leuchten zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute und Gestaltungsfreiheit beibehalten zu können.
Generative Fertigung von Sinterglaskörpern für Glasdurchführungen durch 3D-Drucken. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 209 Seiten. - (Werkstofftechnik aktuell ; Band 16)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
ISBN 978-3-86360-162-1
Die Arbeit behandelt die erstmalige Ergänzung des Herstellungsprozesses von Glasdurchführungen durch den Einsatz eines generativen Verfahrens zur Fertigung von Rohlingen für Sinterglaskörper sowie die Anpassung der vor- und nachgelagerten Prozessschritte an die dadurch veränderten Bedingungen. Damit sollte der herkömmliche Prozessschritt "Pressen" hinsichtlich Kosten- und Zeiteinsparung im Rahmen von Kleinserien ersetzt werden. Bei dem ausgewählten generativen Verfahren handelte es sich um den 3D - Pulverbettdruck. Der 3D - Druck von Glaspulver für technische Anwendungen war ein Novum, so dass Erfahrungswerte aus dem Bereich der Keramik den Einstieg in die Problematik und deren Weiterentwicklung für Glas ermöglichten. Die Herausforderung bestand darin, trotz der Unterschiedlichkeit der beiden Formgebungsverfahren Pressen und 3D - Pulverbettdruck vergleichbare Eigenschaften der Rohlinge für Sinterglaskörper zu erhalten. Der beim Pressen verwendete Druck für die Formgebung ist beim 3D - Pulverbettdruck nicht vorhanden. Die erforderliche Dichte und Porosität muss über eine geeignete Korngrößenverteilung der Ausgangsmaterialien erreicht werden Glaspulver mit Korngrößenverteilungen ab < 165 [my]m mit 20 % bis 30 % Feinanteilen (2 - 3 [my]m) hatten die günstigste Anordnungsmöglichkeit der Pulverbestandteile. Mit dem entwickelten Temperaturprogramm für den Entbinder- und Sinterprozess wurde durch Modellierung und Optimierung die vollständige Zersetzung der Binderbestandteile sichergestellt. Die Porositäten der durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper im Vergleich zu denen aus dem herkömmlichen Presseverfahren betrugen 25 % - 40 % zu 22 % und die Dichten 1,7 g/cm^3 zu 2 g/cm^3. Im Hinblick auf spätere Einschmelzungen konnten die Differenzen durch Anpassung der Abmessungen der Rohlinge ausgeglichen werden. Beide Herstellungsverfahren haben Formtoleranzen von 1 bis 2 %. Die durch 3D - Pulverbettdruck hergestellten Sinterglaskörper erfüllen die erforderlichen Qualitätsparameter bei der Verwendung für Glasdurchführungen und entsprechen dem Stand der Technik nach dem Einschmelzen. Ausgehend von diesen Ergebnissen konnte eine stabile Prozesskette für die Fertigung von Glasdurchführungen mit generativ gefertigten Rohlingen für Sinterglaskörper abgeleitet werden.
Schwellenuntersuchung zur physiologischen Blendung für ortsfeste Straßenbeleuchtung : Weiterentwicklung der TI-Formel für nasse und trockene Straßen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 140 Seiten. - (Schriften der Ilmenauer Lichttechnik ; Band 20)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
ISBN 3-86360-161-0
Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine grundlegende Schwellenuntersuchung zur physiologischen Blendung für ortsfeste Straßenbeleuchtung und leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Sichtbarkeit im nächtlichen Straßenverkehr. Die damit verbundene Förderung der Verkehrssicherheit kann die nächtlichen Verkehrsunfälle reduzieren helfen. Aus der Literaturrecherche ist ersichtlich, dass die Nichtberücksichtigung einer zugleich wahrgenommenen Kontrastminderung durch einen Schleier infolge Blendung (auch physikalischer Effekt des Blendungsschleiers genannt) in der Straßenbeleuchtungsnorm eine erhebliche Lücke darstellt. Bisher geht man bei der TI-Formel von einer Schwellenwerterhöhung ohne diesen Effekt aus, die daher die tatsächlichen Wahrnehmungsbedingungen weniger exakt widerspiegelt und bei der Blendungsbewertung zu Fehlurteilen führt. Es wurde eine Versuchsapparatur entwickelt, die es ermöglichte, den Einfluss dieser Kontrastminderung bei der Schwellenmessung zu untersuchen. Als Einflussgrößen wurden das Adaptations- bzw. Blendungsniveau, die Darbietungsdauer und -art verwendet. Es wird erstmals nachgewiesen, dass der Ur-Versuch von Narisada aus dem Jahre 1977 zur Schwellenmessung mit äquivalentem Blendungsschleier replizierbar und verlässlich ist. Sein gefundenes experimentelles Ergebnis kann daher bestätigt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass im Blendungsfall die Komponente der Kontrastminderung die Leuchtdichteunterschiedsschwelle stärker beeinflusst als die Komponente der gleichzeitig auftretenden Netzhautaufhellung. Eine Abhängigkeit der Unterschiedsschwelle mit Blendungsschleier wird von der Darbietungsart ebenso nachgewiesen. Ein Vergleich mit Schwellenwerten von Blackwell/Adrian ergibt keine Übereinstimmung aufgrund der dort fehlenden physikalischen Wirkung des Blendungsschleiers. Aus dem umfassenden Schwellenmodell nach Narisada und den eigenen Messdaten lassen sich erstmals neuartige, erweiterte TI-Formeln für foveales und peripheres Sehen ableiten. Damit ist es möglich, die Blendung korrekter quantitativ zu erfassen, weil einerseits die Kontrastminderung infolge Blendungsschleier einbezogen wird und weil andererseits die neuen Blendungsformeln von der Hintergrundleuchtdichte eines Hindernisses im Bewertungsfeld abhängen, wodurch die insbesondere auf nasser Straße vorhandene inhomogene Leuchtdichteverteilung genauer einberechnet wird.
Media and risk : a phase model elucidating media attention to nuclear energy risk. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau. - 294 Seiten. - (NEU - Nachhaltigkeits-, Energie- und Umweltkommunikation ; Band 5)
ETH Zürich, Dissertation 2015
ISBN 3-86360-159-9
Minimierung unerwünschter Durchsatzminderungen nach Ausfällen und späteren Wieder-Inbetriebnahmen von Regalbediengeräten in automatisierten Hochregallagern. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 136 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
ISBN 3863601564 = 978-3-86360-156-0
Zur Steuerung des verbreiteten technischen Lagertyps automatisiertes Hochregallager (aHRL) kommen Lagerbetriebsstrategien zur Anwendung, welche einen wesentlichen Einfluss auf das charakteristische Betriebsverhalten des Lagersystems ausüben. In Anbetracht gestiegener Kundenforderung in Bezug auf Liefertreue bzw. Lieferzuverlässigkeit, verlängerter Betriebszeiten und verringerter Ausübung geplanter Instandhaltung stellt sich die Frage, welchen Beitrag Lagerbetriebsstrategien leisten können, wenn trotz hoher Verfügbarkeitszusagen seitens der Hersteller ein Regalbediengerät (RBG) in einem automatisierten Hochregallager ausfällt. Unter Berücksichtigung von Geinitz Untersuchungen zur Durchsatzreduktion nach Beendigung des Ausfalls eines Regalbediengeräts (1998) gilt es zunächst festzustellen, dass die Betriebsstrategie Querverteilung in üblichen Betriebssituationen für diese Zwecke als unzureichend zu bewertet ist. Detaillierte Betrachtungen der Veränderungen des Lagerbestands eines Artikels während und in der Folge eines RBG-Ausfalls ermöglichen die Entwicklung des Konzepts der 'Störstelle', auf das sich das in Simulationsexperimenten im Zusammenhang mit dem Ausfall eines RBG beobachtbare Durchsatzverhalten von aHRL zurückführen lässt. Auf Basis sogenannter 'schwacher' Varianten der Querverteilung und des first-in-first-out-Prinzips wird eine neue Lagerbetriebsstrategie in Form mehrerer optionaler Maßnahmen formuliert. Die konkrete Ausgestaltung und Anwendung dieser neuen Betriebsstrategie muss unter Berücksichtigung einer Reihe von Umständen erfolgen, welche von der spezifischen Betriebssituation des jeweiligen aHRL abhängen. Im Einzelfall ermöglicht die auf jeweilige Betriebssituation angepasste Variante dieser neuen Betriebsstrategie die Minimierung der negativen Folgen eines eingetretenen RBG-Ausfalls.
Systemidentifikation und Reglersynthese für örtlich verteilte Prozesse durch adaptive Takagi-Sugeno Fuzzy Systeme am Beispiel des Raumklimaverhaltens. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 244 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
ISBN 3-86360-158-0
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellbildung und Regelung nichtlinearer örtlich verteilter Prozesse. Als beispielhafte Anwendung wird die Regelung des Raumklimas im Rahmen der Präventiven Konservierung betrachtet. Die Präventive Konservierung umfasst dabei vorbeugende Maßnahmen zum Schutz von Kulturgütern. Eine wichtige Aufgabe ist hierbei die Stabilisierung des Raumklimas, insbesondere der relativen Luftfeuchtigkeit, in einem stationär akzeptablen Bereich. Zudem sind die kurzfristigen Schwankungen der Klimagrößen auf ein Minimum zu reduzieren. Die Betrachtung des Raumklimaverhaltens als konzentriert-parametrisches System reicht dabei zur Erfüllung der Anforderungen der Präventiven Konservierung nicht aus. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Ansatz zur örtlich verteilten Betrachtung der Klimagrößen entwickelt, der sowohl die Modellbildung als auch die Regelung umfasst. Das Verhalten des Raumklimas bildet dabei ein strömungstechnisches Problem der Fluiddynamik. Dieses lässt sich durch ein System nichtlinearer partieller Differentialgleichungen beschreiben. Die Lösung solcher Strömungsprobleme erfolgt üblicherweise über numerische Methoden, wie den bekannten CFD-Simulationen. Nachteilig wirkt sich dabei der hohe rechentechnische Aufwand aus, was CFD-Simulationen zur Synthese von Reglern ungeeignet macht. Durch örtliche Diskretisierung mit Hilfe von Finite-Differenzen Methoden werden die partiellen Differentialgleichungen durch ordinäre Differentialgleichungen approximiert. Anschließend wird das hierdurch entstandene nichtlineare dynamische Gleichungssystem durch Methoden der Takagi-Sugeno Fuzzy Theorie beschrieben. Hierbei tritt für den Fall örtlich verteilter Systeme die Notwendigkeit der Modellreduktion auf, welche durch die Einführung des sogenannten Hadamard-Produktes gelöst wird. In dieser Arbeit werden sowohl Methoden zur Reglersynthese als auch Methoden zur datengetriebenen Modellbildung behandelt. Die datengetriebene Modellbildung ist dabei für eine Anwendung des Ansatzes im Rahmen einer Raumklimaregelung notwendig, da ein analytischer Ansatz für diesen Fall nicht praktikabel umsetzbar ist. Die entwickelten Ansätze werden zunächst theoretisch hergeleitet und an einem eindimensionalen Fallbeispiel verifiziert. Anschließend werden sie auf das Raumklimaverhalten übertragen. Es werden Ergebnisse zur datengetriebenen Modellbildung sowie zur Regelung des Raumklimas anhand von Untersuchungen eines kulturell genutzten Raumes gezeigt und mit gängigen Methoden zur Regelung des Raumklimas verglichen. Die Ergebnisse zeigen dabei, dass die örtlich verteilte Betrachtung deutliche Vorteile bringt.
Untersuchungen zur Detektion und Kontrolle der Schweißnahtqualität beim Heizelementstumpfschweißen von Thermoplasten unter Berücksichtigung der Wärmestrombilanzierung. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - XI, 207 Seiten. - (Fertigungstechnik - aus den Grundlagen für die Anwendung ; Band 4)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016
ISBN 978-3-86360-157-7
Eine permanente Zielsetzung ist, Verarbeitungsprozesse zu optimieren, sprich bei gleichbleibender oder verbesserter Qualität den Ausschuss und den Energieverbrauch zu minimieren sowie die Geschwindigkeit und die Effizienz des Prozesses zu steigern. Die Ausarbeitung zum Thema "Untersuchungen zur Detektion und Kontrolle der Schweißnahtqualität beim Heizelementstumpfschweißen von Thermoplasten unter Berücksichtigung der Wärmestrombilanzierung" hat sich dieser Herausforderung gestellt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Wärmestrombilanzierung mittels hochtemperatur-beständiger Wärmestromsensoren eine zuverlässige, reproduzierbare und universell einsetzbare Lösung darstellt, prozess- als auch bauteilspezifische Kennwerte beim Heizelementstumpfschweißen von Kunststoffen direkt in der Fügezone zu generieren, und mit Hilfe dieser Kennwerte das Heizelementstumpfschweißverfahren wirtschaftlicher, effizienter und ressourcenschonender in eine Fertigung zu implementieren. Hinzu kommt noch, dass in dieser Arbeit die grundlegenden Entwicklungen getätigt wurden, um sogar bisher verwendete Sensoren (vorwiegend Weg-, Kraftsensoren sowie Thermoelemente) über die Nutzung eines hochtemperaturbeständigen Wärmestromsensors zu substituieren und somit den Einsatz der Wärmestrombilanzierung nahezu kostenneutral zu realisieren. Die Möglichkeit der Inline-Qualitätssicherung entwickelt das Heizelementstumpfschweißverfahren zukunftsorientiert weiter und legt den Grundstein für einen verstärkten Einsatz dieses Fügeverfahrens.