620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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In this contribution, we present a novel 3D printed multi-material, electromagnetic vibration harvester. The harvester is based on a cantilever design and utilizes an embedded constantan wire within a matrix of polyethylene terephthalate glycol (PETG). A prototype has been manufactured with a combination of a fused filament fabrication (FFF) printer and a robot with a custom-made tool.
Printed circuit boards (PCB) are a foundation of electronical devices in modern society. The fabrication of these boards requires various processes and machines. The utilisation of a robot with multiple tools can shorten the process chain compared to screen printing. In this paper a system is presented, which utilises an industrial six axis robot to manufacture
PCBs. The process flow and conversion process of the Gerber format into robot specific commands is presented. The advantages and challenges applying a robot to print circuits are discussed.
This thesis deals with the FEV centrifugal compressor teststand at Offenburg University of Applied Sciences. The teststand has two electrically operated compressorunits from the Rotrex company, on which students can gain practical experience. The range of application of the teststand is to be extended, so that different impeller geometries can be tested with otherwise unchanged construction. To realise this, knowledge about the operating behaviour of the volute and possible design solutions for the interface between the impeller and the gearbox are required. Using numerical methods for flow analysis, the operating range of the volute was determined by narrowing down the inlet conditions. Furthermore, research was carried out on common couplings, three different coupling concepts were worked out and compared with each other. This work does the preliminary work and thus lays the foundation for the implementation of the upcoming series of tests on the operating behaviour of different impeller geometries.
5000er-Aluminiumlegierungen neigen bei der Umformung zur Bildung von Fließfiguren durch den PLC-Effekt. Dadurch sind die Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt, weil hohe Ansprüche an die Oberflächenqualität nicht erfüllt werden können. Der PLC-Effekt kann jedoch unter bestimmten Bedingungen unterdrückt werden, so dass das Umformpotential stark vergrößert werden kann. In dieser Arbeit wurden die Einflüsse der Dehnrate und des Dehnungszustandes auf das Auftreten des PLC-Effektes an der Legierung EN AW-5182 experimentell untersucht. Dazu wurden Versuche mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Probengeometrien durchgeführt. Bei den Flachzugversuchen nahm die kritische Dehnung, die Dehnung ab welcher der PLC-Effekt auftritt, im untersuchten Dehnratenbereich mit zunehmender Dehnrate zu. Ab einer nominellen Dehnrate von 5,2/s, bzw. einer von-Mises-Dehnrate von 3,4/s wurde kein PLC-Effekt mehr beobachtet. Die auftretenden PLC-Band-Typen, deren Form und Bewegung entsprach den Beobachtungen von älteren Untersuchungen ([AHZ02]) an der gleichen Aluminiumlegierung. Nur wurde damals bereits ab einer Dehnrate von 0,1/s kein PLC-Effekt mehr nachgewiesen. Als Hauptursache für diesen Unterschied wird eine andere Messtechnik oder Auswertemethode der älteren Untersuchungen vermutet. An den geprüften Proben mit PLC-Effekt waren mit bloßem Auge keine Fließfiguren zu erkennen. Zu Versuchen am ebenen Dehnungszustand mit Kerbzubproben sind keine Literaturwerte bekannt. Die Versuche zeigen, dass der PLC-Effekt dort auch auftritt und die kritische Dehnung mit zunehmender Dehnrate linear ansteigt. Ab einer von Mises-Dehnrate von 1,7/s wurde kein PLC-Effekt mehr beobachtet. Die auftretenden PLC-Bänder waren feldlinienförmig. Auch an den Scherzugproben trat der PLC-Effekt auf. Die kritische Dehnung nahm überwiegend linear mit zunehmender Dehnrate zu. Doch aufgrund nur kleiner Stufen im Dehnungs-Zeitverlauf war eine präzise Auswertung der kritischen Dehnung nicht möglich. Die PLC-Bänder waren parallel zur Hauptschubrichtung orientiert und bewegten sich nur geringfügig. Die an den Nakajima-Proben beobachteten PLC-Bänder zeigten ein deutlich anderes Verhalten als die der Zugversuche. Es traten immer mehrere PLC-Bänder gleichzeitig auf und ihrer Bewegungen waren geringer als an den Zugversuchen ähnlicher Dehnrate. Dadurch waren an den Nakajima-Proben mit PLC-Effekt mit bloßem Auge merkliche Fließfiguren zu sehen. Als Ursache für das andere Verhalten der PLC-Bänder wird der Reibkontakt zum Ziehstempel vermutet. Der PLC-Effekt nahm mit zunehmender Spannungsmehrachsigkeit stetig ab und war bei Erreichen des äquibiaxialen Spannungszustandes nicht mehr zu beobachten. In der Gesamtauswertung wurde gezeigt, dass das Umformpotential durch den PLC-Effekt stark eingeschränkt wird. Mit zunehmender Dehnrate kann das Umformpotential jedoch vergrößert werden und ab einer von-Mises-Dehnrate von etwa 3/s kann der komplette Umformbereich von EN AW 5182 ausgeschöpft werden. Die Versuchsergebnisse müssen nun noch validiert werden. Durch die anderen Bedingungen in industriellen Umformprozessen, können sich Abweichungen zu den Laborversuchen ergeben. Vor allem die Unterschiede zwischen den Zugversuchen und den Nakajima-Versuchen lassen solche Abweichungen als nicht unwahrscheinlich erscheinen.
Die vorliegende Bachelor-Arbeit entstand bei der Robert Bosch GmbH und befasst sich mit der Untersuchung elektrischer Antriebe, dessen Leistungsverhalten mithilfe des Rotormagnetfeldes bestimmt werden. Sie ist Bestandteil des Projektes „MagCam - Examination“ und beinhaltet als Hauptaufgabe die Rastmoment (engl. cogging torque) -Messung an elektrischen Antrieben mithilfe des intelligenten Messsystems „MagCam“. Anhand der Messung des Rotormagnetfeldes wurde das Rastmoment des elektrischen Motors quantifiziert und dessen Ursachen auf der Bauteilebene identifiziert.
Organized by the Fraunhofer Additive Manufacturing Alliance, the bi-annual Direct Digital Manufacturing Conference brings together researchers, educators and practitioners from around the world. The conference covers the entire range of topics in additive manufacturing, starting with methodologies, design and simulation, right up to more application-specific topics, e.g. from the realm of medical engineering and electronics.
Das Konzept der Thermoaktiven Bauteilsysteme (TABS) zur Heizung und Kühlung von Gebäuden gewinnt aufgrund seiner Kompatibilität mit erneuerbaren Energiequellen an Popularität. Die Steuerung von TABS und somit auch die Gewährleistung eines behaglichen Raumklimas erweist sich allerdings aufgrund der hohen Systemträgheit als komplex. Kurzfristige Witterungsänderungen sorgen für unerwünschte Raumtemperaturänderungen, die nur langsam korrigiert werden können. Bei Nichtwohngebäuden wie dem Regionalen Innovationszentrum für Energie (RIZ Energie) in Offenburg wird dieser Umstand durch die unregelmäßige Gebäudenutzung zusätzlich erschwert, da innere Wärmelasten stark variieren und nicht vorhersehbar sind.
Konventionelle TABS-Steuerungen können Störgrößen im TABS-Betrieb nur bedingt und zeitverzögert berücksichtigen, weswegen eine dauerhafte Gewährleistung des thermischen Komforts im Gebäude oft nicht erreichbar ist – dies ist auch am RIZ Energie der Fall. Als Lösung dient der Einsatz prädiktiver Steuerungsalgorithmen, die Störgrößen prognostizieren und den TABS-Betrieb dementsprechend anpassen können.
Diese Arbeit überprüft das Potenzial von intelligenten TABS-Steuerungsalgorithmen für den Einsatz am RIZ Energie anhand der Umsetzung mit einem digitalen Zwilling des Gebäudes. Dabei konnte unter Verwendung der Algorithmen und Berücksichtigung von inneren und äußeren Störgrößen im TABS-Betrieb ein verbessertes Raumklima simuliert werden. Infolgedessen konnte zudem der digitale Zwilling optimiert werden.
In dieser Abschlussarbeit wurden die vorgenommen Ziele seitens der Projektaufgabe im Rahmen der Bachelor-Thesis erfüllt. Hierbei wurde der Ist-Zustand des UniAuSter´s aufgenommen und technisch hinterfragt. Zusätzlich wurden die Grenzen der mechanischen Lösung aufgezeigt und mögliche Ursachen erläutert.
Des Weiteren konnten auf Grundlage der Berechnungen die Taktzeiten bestimmt und daraufhin über die Recherche eine Auswahl des Magnetventils getroffen werden, welches den zuvor ermittelten Anforderungen entspricht. Diese sind zum einen die einfache Anpassung der Taktgeschwindigkeit über eine Maschinensteuerung und die Möglichkeit, bis zu 30.000 Flaschen pro Stunde auszuschleusen.
Der vorgegebene maximale Bauraum, wurde trotz zusätzlich erforderlichen Komponenten nicht überschritten. Hierbei wurden Lösungen in der elektrischen sowie der pneumatischen Versorgung entwickelt. Weiterführend kann durch den Ringverteiler eine optimale Druckluftversorgung durch den integrierten Druckregler realisiert werden, Er ist durch seine Konstruktionsweise für die Anlage kein Störfaktor, sondern dient zusätzlich als Verschlauchungsführung.
Für den weiteren Verlauf des Projekts werden die konstruierten Komponenten weiter ausgearbeitet und die noch nicht vorhandenen technischen Zeichnungen erstellt . Zusätzlich wird eine endgültige Lösung für die Signalverarbeitung der Magnetventile über eine elektrische Drehdurchführung entwickelt. Um die gesamte Konstruktion auf ihre Funktion prüfen zu können, wird von der Hochschule Offenburg zusammen mit dem Projektpartner Kematec, ein Prototyp in naher Zukunft erstellt.
Laut einer Studie der AZT Automotive GmbH sind etwa 75% aller Verkehrsteilnehmer im deutschsprachigen Raum durch fahrzeugseitige Technik abgelenkt. Dies stellt eine der größten Unfallgefahren dar: Bei ca. 11% der Verkehrsunfälle 2002-2012 in Deutschland ist die Ursache auf die Ablenkung des Fahrers zurückzuführen. Mittels Sperrkonzepten, welche den Zugriff auf Bereiche und Funktionen des Infotainmentsystems während der Fahrt limitieren, soll die Fahrerablenkung bei den immer größer werdenden Displays, komplexeren Einstellungsmöglichkeiten und längeren Interaktionspfaden minimiert und die Sicherheit im Straßenverkehr gewährleistet werden.
Diese Masterarbeit befasst sich mit dem Thema Fahrerablenkung im Kontext von automatisierten Fahrfunktionen. Durch die zunehmende Automatisierung des Fahrzeugs können wichtige Fahraufgaben und -funktionen durch Fahrassistenzsysteme übernommen und somit der Fahrer bei der Fahraufgabe und der Überwachung des Verkehrsgeschehens unterstützt bzw. entlastet werden. Dadurch ergeben sich für den Fahrer neue Freiheiten, die es ihm erlauben, seine Aufmerksamkeit (teilweise) von der Fahraufgabe abzuwenden und für andere, fahrfremde Tätigkeiten, wie der Interaktion mit dem Infotainmentsystem, zu nutzen. Ziel der Arbeit ist die Spezifikation und prototypische Umsetzung eines dynamischen Sperrkonzeptes für Infotainmentsysteme in Abhängigkeit des Automatisierungsgrades des Fahrzeugs. Risiken durch Fahrerablenkung sollen mittels Sperrungen von Infotainment-Bereichen und -Funktionen minimiert werden, zeitgleich soll der Zugriff auf Informationen und Unterhaltung für den Fahrer möglichst uneingeschränkt gewährleistet werden. Dabei wird der Fokus auf die Automatisierungsgrade Level eins bis drei (nach SAE) gelegt, wo es immer noch zu einem Wechsel zwischen automatisierten und manuellen Fahrabschnitten kommt.
Als Basis für das dynamische Sperrkonzept dient der Stand der Technik bisheriger wissenschaftlicher Erkenntnisse sowie Studien zu automatisierten Fahrfunktionen, Fahrerablenkung, Arbeitsbelastung, Reaktionszeit und Situationsbewusstsein. Außerdem soll ein Überblick über aktuelle Gesetzes- und Normenlagen sowie Gestaltungsrichtlinien in Bezug auf automatisierte Fahrzeuge bzw. Fahrfunktionen geschaffen werden, welche bei der Entwicklung von Sperrkonzepten eine essenzielle Rolle spielen.
IEC 62061:2021-03
(2021)
This second edition cancels and replaces the first edition, published in 2005, Amendment 1:2012 and Amendment 2:2015. This edition constitutes a technical revision.
This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition:
– structure has been changed and contents have been updated to reflect the design process of the safety function,
– standard extended to non-electrical technologies,
– definitions updated to be aligned with IEC 61508-4,
– functional safety plan introduced and configuration management updated (Clause 4),
– requirements on parametrization expanded (Clause 6),
– reference to requirements on security added (Subclause 6.8),
– requirements on periodic testing added (Subclause 6.9),
– various improvements and clarification on architectures and reliability calculations (Clause 6 and Clause 7),
– shift from "SILCL" to "maximum SIL" of a subsystem (Clause 7),
– use cases for software described including requirements (Clause 8),
– requirements on independence for software verification (Clause 8) and validation activities (Clause 9) added,
– new informative annex with examples (Annex G),
– new informative annexes on typical MTTFD values, diagnostics and calculation methods for the architectures (Annex C, Annex D and Annex H).
As a result of automation, demand for increased production and reduced operator physical effort, Safety-related Control Systems (referred to as SCS) of machines play an increasing role in the achievement of overall machine safety. Furthermore, the SCS themselves increasingly employ complex electronic technology.
IEC 62061 specifies requirements for the design and implementation of safety-related control systems of machinery. This document is machine sector specific within the framework of IEC 61508.
Die vorliegende Arbeit, welche im Rahmen des Forschungsprojektes LaDiVo an der Hochschule Offenburg angefertigt wurde, beschäftigt sich mit Aushärten keramischer Farben auf Einscheiben- und Verbundsicherheitsglas mittels eines CO2-Lasers. Zur Erreichung dieses Ziels soll experimentell ein Verfahren erarbeitet werden.
Nach einer ausführlichen Analyse des Stands der Technik und einer Klärung des zur Verfügung stehenden Versuchsaufbaus werden verschiedene Versuche in einer Planungsphase konzeptioniert. Dazu gehören, neben den reinen Aushärteversuchen mittels Laser, ebenso eine mikroskopische Untersuchung der Ergebnisse mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskop als auch der Aufbau einer Simulation zur qualitativen Validierung der Versuchsergebnisse.
Durch die Versuche zeigt sich, dass es möglich ist, keramische Farbe auf Einscheibensicherheitsglas mittels Laser auszuhärten, ohne dass es zu einer Schädigung des Glases kommt. Die mikroskopische Untersuchung unterstützt dieses Ergebnis. Beim Verbundsicherheitsglas konnte kein Verfahren zur schädigungsfreien Aushärtung der keramischen Farbe erarbeitet werden.
Die Bachelorarbeit umfasst die Entwicklung einer Pendelhubstichsäge für die Verwendung in CNC-Bearbeitungszentren. Der Entwicklungsprozess durch läuft alle vier Phasen: Planung, Konzeption, Konstruktion, Ausarbeitung. Endergebnis der Bachelorarbeit ist ein vollständiges 3D-Modell mit allen fertigungsrelevanten Dokumenten.
Ein Testsystem zum Prüfen neuer Komponenten elektromagnetischer Positionsmesssysteme soll durch eine Eigenkalibrierung des gesamten Systems stetig auf seine Genauigkeit geprüft werden, sodass nur noch eine periodische Rekalibrierung des Referenzgerätes erforderlich ist. Mittels Signal-Routing Software soll über die nationale Instrumentenkarte PCIe-6509 des Computers Spannungssignale an eine Hardware Under Test geleitet werden. Über diese Signale können Transistoren auf der Hardware angesteuert werden, die jeweils einem Relais Spannung übergeben können. Je nachdem welches Relais durchgeschalten werden soll, kann der Messwiderstand des gesamten Testsystems oder das Testsystems kalibriert werden. Um tatsächlich Kalibrierungen durchzuführen, wird eine Software erstellt. Mit der Software können die zu benutzenden Gerätschaften eingelesen und über eine Benutzeroberfläche eine Toleranzprüfung der Komponenten vollzogen werden. Hier gilt es eine Toleranzprüfung für den Messwiderstand zu erstellen und den Code dann auf Komponenten des Testsystems zu erweitern. Dafür wird ein kalibriertes Referenzmessgerät benötigt. Dabei wird ein Digitalmultimeter DAQ6510 verwendet, das über ein Multiplex Modul 7708 mit der Hardware verbunden wird. Um später Komponenten des Testsystems wie Frequenz kalibrieren zu können, wird ebenfalls ein Funktionsgenerator integriert und die Software-Codes darauf erweitert. Besteht das Grundkonzept, werden Funktionstests mit einer Messsystemanalyse erbracht und die Leistungsfähigkeit des Konstruktes beurteilt. Anschließend können neue Entwicklungsansätze und Optimierungskonzepte für weitere Abschlussarbeiten erstellt werden.
Im Jahre 2010 bot die Hochschule Offenburg ein Medizintechnikstudium mit dem Schwerpunkt ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ als Bachelor- und später auch Masterstudiengang an. Ziel des auf diesen Schwerpunkt ausgelegten didaktischen Lehrkonzeptes ist die Vermittlung sofort anwendungsbereiten theoretischen Wissens und praktischen Könnens, welches die Absolventinnen und Absolventen in ihrer künftigen Berufsausübung in der Industrie oder als technische Partner der behandelnden Ärztinnen und Ärzte in hochspezialisierten klinischen Einrichtungen benötigen.
Aufgrund fehlender kommerzieller Angebote ist zur Umsetzung dieses Lehrkonzeptes die ingenieurtechnische Realisierung geeigneter Lehrmittel zwingend erforderlich. Dies betrifft die hard- und softwareseitige Erstellung visueller Demonstrationsmöglichkeiten für pathologische und implantatinduzierte Herzrhythmen, sowie die synthetische Bereitstellung originalgetreuer elektrokardiographischer Ableitsignale aus der klinischen Routine. Des Weiteren den Aufbau von in-vitro Trainingssystemen zu Therapien mit elektronischen kardiologischen Implantaten sowie zur Hochfrequenz-Katheterablation.
Insbesondere die Wahlfächer ’Programmierung von Herzschrittmachern’ und ‚Programmierung von Defibrillatoren’, deren Besuch den Teilnehmenden einen besonders raschen Berufseinstieg ermöglichen sollte, wurden in didaktischer Hinsicht in engem Bezug zum 4-Komponenten-Instruktionsdesign-Modell der Lehre gestaltet.
Durch den kontinuierlichen Einsatz der Instrumente der formativen Evaluation gelangen sowohl deutliche Verbesserungen am Gesamtkonzept der Lehrveranstaltungen als auch an den dort eingesetzten, selbst realisierten Lösungen des benannten speziellen Lehr- und Trainingsequipments.
Eine summative Evaluation des Lehrkonzeptes ist aufgrund seines Alleinstellungsmerkmals schwierig. Aus diesem Grund erschien die quantitative Prüfung des Einflusses eines Besuchs des praktisch orientierten Wahlfachs ’Programmierung von Herzschrittmachern’ auf die Note der kombinierten Abschlussklausur in den Fächern ’Elektrokardiographie’ und ’Elektrostimulation’ sinnvoll. In diese Evaluation eingeschlossen wurde eine Kohorte von 221 Studierenden, 76 Frauen und 145 Männer, von denen 93 am Wahlfach nicht teilnahmen und 128 die es besucht hatten.
Über 7 zusammengefasste Studienjahre zeigte sich, dass die praktische Ausbildung im Wahlfach ’Programmierung von Herzschrittmachern’ das Leistungsniveau der Studierenden der Medizintechnik in der kombinierten Abschlussprüfung ’Elektrokardiographie und Elektrostimulation’ deutlich beeinflusste.
Das im Rahmen dieser Arbeit mitgestaltete Lehrkonzept, die realisierten Lehrmaterialien und Lehrumgebungen wurden im Bachelor- und Masterstudiengang der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg in den Praktika, Seminaren und Vorlesungen des Schwerpunktes ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ vielfältig genutzt. Sie ermöglichten die Gestaltung interaktiver praktischer Weiterbildungsveranstaltungen für ärztliches und mittleres medizinisches Personal und für auf diesen Gebieten tätige medizintechnische Firmen.
Reibung und Verschleiß in tribologischen Kontakten verursachen knapp ein Viertel des weltweiten Primärenergiebedarfs. Dies stellt ein enormes Potential zur Minderung von Treibhausgasemissionen und Absenkung von Kosten dar. Aufgrund dessen ist die Optimierung von Reibkontakten ein Kernthema der Tribologie. Hierfür ist der Supraschmierzustand, bei welchem die Reibung aufgrund spezieller Schmiermechanismen annähernd vollständig verschwindet (Reibungszahl 𝜇 ⩽ 0,01), von besonderem Interesse. Die jährlich steigende Anzahl an Veröffentlichungen belegt das hohe wissenschaftliche Interesse an dem Thema. Bisher konnte Supraschmierung jedoch nur für Modellsysteme nachgewiesen werden, das Übertragen auf technische Systeme ist noch nicht gelungen.
Ziele dieser Arbeit waren der Nachweis von Supraschmierung in einem punktförmigen Modellkontakt und die Überführung in den Flächenkontakt eines realen Gleitlagers durch Verwendung von technischer Keramik und/oder DLC-Beschichtungen.
Hierfür wurde zunächst das Schmierverhalten einiger Modellschmierstoffe in einem Stahl/a-C:H:Si- Kontakt untersucht. Die niedrigsten Reibwerte wurden bei Verwendung von Glycerol erzielt. Daher wurde Glycerol als Modellschmierstoff für weitere tribologische Untersuchungen an unterschiedlichen Oberflächen (a-C:H, ta-C, Keramik) verwendet.
Die besten Ergebnisse hinsichtlich Reibung und Verschleiß wurden mit technischer Keramik erzielt. Mit einer Stahl/Si3N4-Paarung wird bei 80 °C Supraschmierung für Gleitgeschwindigkeiten von 0,007 𝑚/𝑠 bis 0,965 𝑚/𝑠 nachgewiesen. Als kleinste Reibungszahl wird 𝜇 = 0,0015 gemessen.
Die geringste Reibung in einem Stahl/DLC-Kontakt wird mit einer a-C:H:Si-Schicht erreicht. Hierbei konnte Supraschmierung bei 80 °C für Gleitgeschwindigkeiten von 0,029𝑚/𝑠 bis 0,484𝑚/𝑠 nachgewiesen werden. Die kleinste Reibungszahl für das System beträgt 𝜇 = 0,0063.
Der Nachweis von Supraschmierung gelingt für anwendungsnahe Betriebsparameter, dies stellt einen Fortschritt gegenüber den meisten Literaturdaten dar. Um die Übertragbarkeit auf technische Systeme zu demonstrieren,werden die besten identifizierten Oberflächen und Schmierstoffe auf einem anwendungsnahen Gleitlagerprüfstand untersucht. Durch Verwendung von a-C:H:Si-beschichteten Wellen und Glycerol als Schmierstoff kann der Reibwert bei Raumtemperatur von 𝜇 = 0,965 im Referenzsystem auf 𝜇 = 0,038 gesenkt werden.
Um die Arbeit fortzusetzen, werden die identifizierten Systeme in axiallagerähnlicher Anordnung (Gleitring/Gleitpad) untersucht.
Um gezielt DLC-Schichten zu entwickeln, sind Reibungssimulationen notwendig. Im nächsten Schritt sollen umfassende Oberflächenanalysen durchgeführt werden, um die nötige Datenbasis für die Simulation zu erstellen.
The paper describes the implementation of practical laboratory settings in a virtual environment. With the entry of VR glasses into the mass market, there is a chance to establish educational and training applications for displaying some teaching materials and practical works. Therefore our project focuses on the realization of virtual experiments and environments, which gives users a deep insight into selected subfields of Optics and Photonics. Our goal is not to substitute the hand on experiments rather to extend them. By means of VR glasses, the user is offered the possibility to view the experiment from several angles and to make changes through interactive control functions. During the VR application, additional context-related information is displayed. By using object recognition, the specific graphics and texts for the respective object are loaded and supplemented at the appropriate place. Thus, complex facts are supported in an informative way. The prototype is developed using the Unity Engine and can thus be exported to different platforms and end devices. Another major advantage of virtual simulations to the real situation is the high degree of controllability as well as the easy repeatability. With slight modifications, entire experiments can be reused. Our research aims to acquire new knowledge in the field of e-learning in association with VR technology. Here we try to answer a core question of the compatibility of the individual media components.
It is important to minimize the unscheduled downtime of machines caused by outages of machine components in highly automated production lines. Considering machine tools such as, grinding machines, the bearing inside of spindles is one of the most critical components. In the last decade, research has increasingly focused on fault detection of bearings. In addition, the rise of machine learning concepts has also intensified interest in this area. However, up to date, there is no single one-fits-all solution for predictive maintenance of bearings. Most research so far has only looked at individual bearing types at a time.
This paper gives an overview of the most important approaches for bearing-fault analysis in grinding machines. There are two main parts of the analysis presented in this paper. The first part presents the classification of bearing faults, which includes the detection of unhealthy conditions, the position of the error (e.g. at the inner or at the outer ring of the bearing) and the severity, which detects the size of the fault. The second part presents the prediction of remaining useful life, which is important for estimating the productive use of a component before a potential failure, optimizing the replacement costs and minimizing downtime.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Simulation von Rissschließeffekten für Risslängen im Übergangsbereich von mikrostrukturell kurzen und mechanisch kurzen Rissen für zwei Probengeometrien. Als wichtige Bewertungsgrößen eines Ermüdungsrisses dienen die Rissöffnungsspannung und die zyklische Rissspitzenöffnung. Im ersten Teil der Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf der Untersuchung des mikrostrukturellen Einflusses in der Rissspitzenumgebung auf die Rissschließeffekte bei Risswachstum. Im hierfür verwendeten Finite-Elemente-Modell wird um die Rissspitze eines Oberflächenrisses in einer quasi unendlich ausgedehnten Platte eine zufällig angeordnete Kornstruktur erzeugt. Zur Beschreibung des mikrostrukturellen Materialverhaltens wird ein Einkristallplastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung eingesetzt. Das Werkstoffverhalten der umliegenden Platte wird mit einem in Abaqus/Standard vorhandenen homogenen von Mises Plastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung beschrieben. Insgesamt werden fünf unterschiedliche Mikrostrukturen simuliert und mit dem rein homogenen Werkstoff verglichen. Die zyklische Belastung erfolgt dehnungskontrolliert ohne Mitteldehnung im Modus I für zwei makroskopische Dehnungsamplituden im Bereich der Fließdehnung und deutlich oberhalb davon. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Einfluss der Mikrostruktur auf das Rissschließen, hervorgerufen durch unterschiedliche Kornorientierungen, Form und Größe der Körner und durch Korngrenzen. Bei niedriger Belastung zeigen die Mikrostrukturen mehr Rissschließeffekte verglichen zum homogenen Modell. Mit steigender Belastung nimmt bei allen Simulationen das Rissschließen ab. Der relevanteste Rissschließmechanismus ist das plastizitätsinduzierte Rissschließen, welches bei höherer Belastung durch Aufrauen der Rissflanken zusätzlich rauhigkeitsinduziertes Rissschließen verursacht.
Mit einem zweiten Finite-Elemente-Modell wird das Rissschließen und die Entwicklung der zyklischen Rissspitzenöffnung für den viertelskreisförmigen Riss in der dreidimensionalen Corner-Crack-Probe unter spannungskontrollierten isothermen und anisothermen TMF-Beanspruchungen untersucht. Hierfür findet ein temperaturabhängiges Abaqus/Standard von Mises Plastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung und Kriechansatz Anwendung. Alle Simulationen zeigen eine deutliche Beeinflussung der Bewertungsgrößen an der freien Probenoberfläche und im Probeninneren. Das Rissschließen nimmt mit steigender Belastung und mit zunehmend positiven Mittelspannungen ab. Zudem werden bei niedrigeren makroskopischen Belastungen geringere zyklische Rissspitzenöffnungen an der Probenoberfläche als in der Probenmitte beobachtet, was in direktem Zusammenhang mit dem Rissschließen steht. Die thermomechanischen Simulationen zeigen mehr Rissschließen für eine Belastung in Phase, verglichen zu einer gegenphasigen Beanspruchung.
The nonlinear behavior of inverters is mainly influenced by the interlocking and switching times of the semiconductors. In the following work, a method is presented that enables the possibility of an online identification of the switching times of the semiconductors. This information allows a compensation of the non-linear behavior, a reduction of the locking time and can be used for diagnostic purposes. First, a theoretical derivation of the method is made by considering different cases when switching of the inverter and deriving identification possibilities. The method is then extended so that the entire module is taken into account. Furthermore, a possible theoretical implementation is shown. After the methodology has been investigated with possible limitations, boundary conditions and with respect to real hardware, an implementation in the FPGA is performed. Finally, the results are presented, discussed
and further improvements are presented in an outlook.
Statik Verständnisaufgaben
(2021)
Dieses Buch ist ein Lehrbuch, allerdings kein klassisches. Es gibt keine seitenlangen Erklärungen, stattdessen wird die Theorie in Form von Aufgaben eingeführt. Wichtige Formeln und Zusammenhänge wie die Schwerpunktsformeln, die Beziehung zwischen Biegemoment und Querkraft oder die Euler-Eytelwein-Formel können anhand von halbfertigen Skizzen und anderen Lösungs\-hinweisen selbst hergeleitet werden. Zum besseren Verständnis tragen auch die vielen Kontrollfragen zu grundlegenden Prinzipien und Fachbegriffen bei. Beispielsweise soll anhand einer an einem Seil hängenden Kiste der Unterschied zwischen dem Wechselwirkungsprinzip und einer Gleichgewichtsbedingung erläutert werden, oder man soll angeben, wie die abgebildeten Lager heißen: Loslager, Festlager oder doch eine feste Einspannung? Dieses Buch ist auch ein Übungsbuch, eines mit vielen Hilfestellungen. Aufgaben werden abgewandelt oder sollen auf unterschiedlichen Wegen gelöst werden, um ein Gefühl für die optimale Herangehensweise entwickeln zu können. Über allem steht das große Ziel, Studierende von Ingenieurstudiengängen bestmöglich auf die Statik-Prüfung vorzubereiten.
Die Verständnisaufgaben werden ergänzt durch zwei Formelsammlungen, mit denen sich eine Statik-Klausur lösen lässt. Die Gleichungen und Regeln der Lern-Formelsammlung sind von so elementarer Bedeutung, dass sie jeder Ingenieurstudent auswendig können sollte. Formeln und Lösungsstrategien, die aufgrund ihres etwas anspruchsvolleren Inhalts nicht jeder im Kopf haben muss, finden sich in der Klausur-Formelsammlung.
Mit Hilfe eines Präzisionsmessplatzes soll es ermöglicht werden, automatisierte Tests mit optischen Distanzsensoren der Firma SICK durchzuführen. Hierbei handelt es sich um applikationsbezogene Vergleichsmessungen. Für die Realisierung einer erweiterbaren, automatischen Ansteuerung wird mit LabVIEW eine Software entwickelt, die unterschiedliche Distanzsensoren für Displacement Anwendungen (kurze Reichweite) einbindet. Zur Bewertung von Sensoren werden unterschiedliche Messmodi bereitgestellt. Hierbei werden motorisierte Linearachsen angesteuert, wodurch dynamische 2D-, bzw. 3D Messungen von unterschiedlichen Materialproben ermöglicht werden. Außerdem können Messergebnisse verschiedener Materialproben visuell verglichen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, aufgenommene Messdaten zu exportieren.
Mit der realisierten Ansteuerungssoftware ist es möglich, in Zukunft Mitarbeiter der global agierenden Sales & Service Units ressourcenschonend und in einem anwendungsbezogenen Kontext in die Benutzung und Bewertung von Dis-placementsensoren einzuarbeiten. Für diese Maßnahme der betrieblichen Weiterbildung ist eine Lerneinheit konzipiert. Hier geht es hauptsächlich darum, dass Mitarbeiter die Eigenschaften und Konfigurationsmöglichkeiten von Displacementsensoren verstehen und für unterschiedliche Testobjekte anwenden. Für die Lerneinheit sind Unterrichtsmaterialien erstellt sowie ein vollständiger Unterrichtsentwurf erarbeitet. Der Unterrichtsentwurf orientiert sich an dem Perspektivenschema nach Klafki (vgl. 1994, S. 270ff.).
The Project "Schluckspecht" of the University of Offenburg consists of participating in the European marathon called "Shell Eco-Marathon"(SEM) which consists of designing and building from the beginning a vehicle with the greatest possible energy efficiency. The University of Offenburg has participated in this project since 1998.
The team that forms the Schluckspecht project is made up of around 30 students from the faculties of mechanical engineering, process engineering, electrical engineering, medical technology and computer science, as well as the degree in Audiovisual Communication. The team was founded in 1998 and since then students have been developing and building high efficiency vehicles to participate in the European marathon Shell Eco.
In this project, students can put into practice all the theoretical knowledge obtained during their studies. Also can be learned how to work interdisciplinarity as a team, a skill that for now, many companies or require or seek.
The following topics are discussed in the Schluckspecht project, which are also ideal for the work of students:
-Conception construction and production of high efficiency vehicles.
-Computational design and manufacture of lightweight components and sets.
-Development of lightweight components and sets from renewable raw materials.
-Construction and development of special test benches, for example: motor test bench.
-Implementation and optimization of control strategies for autonomous driving
-Mechanical and electrical integration of sensors for autonomous driving
-Ergonomic studies and optimization of the driver's cabin.
The objective of the project is to develop and manufacture research vehicles that make individual mobility as efficient as possible from an energy point of view. To achieve this, current and future issues of the industry are discussed. In this project, both the theoretical and practical part of the light construction of vehicles and the reduction of friction, the variety of propulsion concepts (electric thrusters, fuel cells, diesel/petrol engines, Stirling engines) and autonomous driving are investigated. The services of the University of Offenburg together with some external partners are grouped together to make this wonderful project work.
Das Black Forest Formula Team hat es sich nach der Neugründung im Jahre 2019 zum Ziel gemacht, mit einem eigens konstruierten Elektro-Rennwagen beim Formula Student Germany (folgend FSG genannt) Wettbewerb teilzunehmen.
Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde bereits ein Fahrzeugrahmen konstruiert und in der Schweißwerkstatt der Hochschule Offenburg fertig geschweißt. Da bei der Konstruktion der Hauptfokus auf das Fertigstellen eines Rahmens gesetzt wurde, verfolgt diese Bachelorarbeit das Ziel, den Rahmen mittels der Finite Elemente Methode zu analysieren und erste Verbesserungsvorschläge für das Nachfolgerfahrzeug zu erarbeiten. Um sich seinen Möglichkeiten bewusst zu werden, wurde zunächst das Reglement ausgiebig studiert. Nach ausgiebiger Recherche wurde das CAD-Modell des Rahmens für die Simulation vorbereitet, folglich durch verschiedene Lasteinwirkungen simuliert und dessen Auswirkungen analysiert. Um die Simulationsergebnisse zu validieren, wurden die in der Simulation vorkommenden Lasteinwirkungen in der Realität nachgestellt und miteinander verglichen.
Für zukünftig folgende Fahrzeugrahmen werden Verbesserungs- bzw. Optimierungsmethoden erarbeitet, um vor allem das Fahrzeuggewicht zu zu reduzieren und die Steifigkeit möglichst hoch zu halten.
The Projekt-Sweaty is a project of the University of Applied Sciences of Offenburg, an autonomous robot is being developed that competes against a set of several international colleges and universities in the RoboCup.
"Sweaty" is a soccer-playing humanoid robot who participated in the RoboCup World Cup in Brazil for the first time in 2014.
RoboCup is a competition aimed at developing a robot soccer team that surpasses the human world champion team. The competition started in 1997 the first official RoboCup games and conferences were held with great success. More than 40 teams took part and more than 5,000 spectators attended. RoboCup’s rules change to promote advances in robot science and technology and to bring the league’s challenges closer to the real world.
Building a robot that plays football will not in itself generate a significant social and economic impact, but the realization will certainly be considered an important success for the field of robotics.
Thanks to the interaction of all the faculties, the team consists of professors and students from the fields of mechanical and process engineering, electrical engineering, information technology, and information and media technology. Students can use the project during their studies and use the knowledge acquired in practice to implement and through their own creative ideas complement.
Der allgegenwärtige Einsatz von numerischen Strömungssimulationen, wie sie in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrt vorkommen, führt zu einem deutlichen Anstieg der benötigten Möglichkeiten und erhöhten Ansprüche an die Programme. Dadurch können mittlerweile auch komplexe Szenarien zuverlässig simuliert werden, was durch die stetige Steigerung der Rechenleistung weiter an Bedeutung gewinnt. Da auch das Verhalten von nicht newtonschen Fluiden immer präziser über speziell erstellte rheologische Modelle vorhergesagt werden kann, gilt es nun zu prüfen, ob und wie gut diese Modelle in einer Simulation umgesetzt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Simulation anhand eines konkreten Anwendungsfalles erstellt. Dabei wird das Viskositätsverhalten von drei scherverdünnenden Fluiden in einer Rohrleitung mit Querschnittreduzierung untersucht und dabei die Vorgehensweise geschildert. So wird unter anderem gezeigt, wie die Geometrie und deren Vernetzung durchzuführen ist und erklärt, welche Einstellungen für das gewünschte Strömungsverhalten erforderlich sind. Für die Beschreibung der Fluide werden dabei sowohl programmeigene Modelle als auch erweiterte Modelle verwendet, die in der Software implementiert werden müssen.
Bei dem Vergleich der Ergebnisse werden letztlich die Druckverluste, die in der Geometrie entstehen und verschiedene Schubspannungsverläufe mit den Messwerten aus der Literatur verglichen.
Konzeption und Realisierung eines Ansatzes zur Systemintegration eines Fahrerlosen Transportsystems
(2021)
Bei dem flexiblen interaktiven Transportroboter zur mobilen Produktionsunterstützung (FLITZMO) handelt es sich um ein Transportsystem, welches zum autonomen Fahren vorbereitet werden soll. In dieser Bachelorarbeit wird die Integration von Systemkomponenten, welche das autonome Fahren ermöglichen, beschrieben.
Das Ergebnis dieser Bachelorarbeit umfasst einen Schaltplan welcher für zukünftige Teilprojekte genutzt sowie sukzessive erweitert werden kann. Zudem wird die Montage und Integration neuer Komponenten beschrieben. Durch das neue Kabelmanagement ist es möglich, die Sicherheitsrelais zu verdrahten und in Betrieb zu nehmen.
Die Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme eines Batteriemanagementsystems des asiatischen Herstellers „LLT Power“ zur Verwendung im batterieelektrisch betriebenen Hocheffizienzfahrzeug der Hochschule Offenburg (Schluckspecht S6). Zudem wird eine Adapterplatine entwickelt, gefertigt und getestet, die per Schalter wahlweise einen Bluetooth- oder USB-Zugriff auf die UART-Schnittstelle des BMS ermöglicht. Gleiches gilt für die im Fahrzeug eingesetzte Spannungsversorgungsplatine die sowohl die Hupe als auch die Leistungselektronik versorgt. Darüber hinaus wird im Rahmen dieser Arbeit auf diverse Programme und Arbeitsschritte eingegangen, die für den Entwicklungsprozess benötigt wurden. Exemplarisch wird das Vorgehen bei der Auswahl der Komponenten sowie der Bestellprozess der Platine aufgezeigt. Auf den Entwurf der zugehörigen 3D-Modelle, die für die Konstruktion der Gehäuse herangezogen werdenkönnen wird ebenso wie auf die Fertigung der Platine eingegangen. Abschließend wird der Projektverlauf resümiert und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten gegeben
Das Team Schluckspecht der Hochschule Offenburg fährt seit 1998 bei dem Wettbewerb Shell-Eco-Marathon beachtliche Erfolge mit Leichtbaufahrzeugen ein. Seit der ersten Teilnahme an diesem Wettbewerb, werden die Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt und den von der Rennleitung vorausgesetzten Bedingungen an-gepasst. Im Jahr 2020 soll der mittlerweile schon 17 Jahre alte Schluckspecht 3 durch den neu entwickelten Schluckspecht 6 ersetzten werden.
Zu Beginn dieser Bachelorthesis liegt bereits eine gefertigte Negativform des Monocoques aus glasfaserverstärktem Kunststoff vor. Das Ziel der Bachelorthesis ist die Fertigung des Monocoques aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Nach der Recherche zu den theoretischen Grundlagen erfolgen das Planen und Durchführen von Versuchen. Die Versuche dienen zur Lösungsfindung der zuvor festgelegten Aufgabenstellungen für die Fertigung des Monocoques. Es werden Versuche zu den im Fahrzeug zu platzierenden Inlays, der Fensterbefestigung, den Ab-schusskanten und Übergängen am Fahrzeug und dem Kabelkanal durchgeführt. Anhand der Versuchsergebnisse wird die Zielvariante für das zu fertigende Monocoque festgelegt. Alle relevanten festgelegten Maßnahmen müssen mit den im Projekt beteiligten Bauteilverantwortlichen abgeklärt werden. Die Bearbeitung der Negativform beinhaltet das Versteifen mit Holzstreben und eine Wärmebehandlung. Daraufhin werden zwei Backvorgänge zum Aushärten des Fahrzeugs durchgeführt. Abgeschlossen wird die Fertigung mit dem Finishing des Monocoques. Die Herausforderung dieses Projekts besteht darin, das angeeignete Wissen zunächst auf die Versuche und schlussendliche auf die Fertigung des gesamte Monocoque zu übertragen.
Druckluft ist verdichtete atmosphärische Luft und wird in der Industrie sowie im Handwerk als Energieträger genutzt. Den vielfältigen Vorteilen stehen aber auch einige Nachteile gegenüber, wobei der wichtigste der Preis ist. Druckluft gilt als eine der teuersten Energieformen und die Energiekosten stellen den größten Kostenfaktor bei der Produktion dar. In der vorliegenden Arbeit soll eine modellprädiktive Regelung eines Druckluftsystems entworfen und implementiert werden. Das ökonomische Regelziel besteht darin, die Energiekosten bei der Erzeugung von Druckluft zu senken. Die Implementierung umfasst unterschiedliche Varianten eines Druckluftsystems. Dazu zählen folgende Auslegungsvarianten:
• Ein Druckluftsystem mit frequenzgeregeltem Kompressor
o Mit einem Schraubenkompressor
o Mit zwei Schraubenkompressoren
• Ein Druckluftsystem mit binärgeregeltem Kompressor
o Schraubenkompressor
o Kolbenkompressor
Basierend auf den erstellten Modellen wird ein modellprädiktiver Regler entworfen und implementiert. Die modellprädiktive Regelung leistet einen entscheidenden Beitrag zur Prozessoptimierung. Der Optimierungsalgorithmus erhöht bei niedrigen Strompreisen das Druckniveau im Behälter und profitiert bei hohen Preisen vom gespeicherten Luftvolumen. Die Flexibilität des Systems ist begrenzt. Mit zunehmender Behältergröße konvergieren die Kosten der Drucklufterzeugung gegen einen parameterabhängigen Wert des Systems. Außerdem bestimmen die Systemparameter die Lösbarkeit des Optimierungsproblems. Im Vergleich zu den frequenzgeregelten Kompressoren sind die binärgeregelten Kompressoren nur unter modifizierten Annahmen einsetzbar, ansonsten kann das Optimierungsproblem nicht gelöst werden.
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
Analysis of Amplitude and Phase Errors in Digital-Beamforming Radars for Automotive Applications
(2020)
Fundamentally, automotive radar sensors with Digital-Beamforming (DBF) use several transmitter and receiver antennas to measure the direction of the target. However, hardware imperfections, tolerances in the feeding lines of the antennas, coupling effects as well as temperature changes and ageing will cause amplitude and phase errors. These errors can lead to misinterpretation of the data and result in hazardous actions of the autonomous system. First, the impact of amplitude and phase errors on angular estimation is discussed and analyzed by simulations. The results are compared with the measured errors of a real radar sensor. Further, a calibration method is implemented and evaluated by measurements.
In this work a method for the estimation of current slopes induced by inverters operating interior permanent magnet synchronous machines is presented. After the derivation of the estimation algorithm, the requirements for a suitable sensor setup in terms of accuracy, dynamic and electromagnetic interference are discussed. The boundary conditions for the estimation algorithm are presented with respect to application within high power traction systems. The estimation algorithm is implemented on a field programmable gateway array. This moving least-square algorithm offers the advantage that it is not dependent on vectors and therefore not every measured value has to be stored. The summation of all measured values leads to a significant reduction of the required storage units and thus decreases the hardware requirements. The algorithm is designed to be calculated within the dead time of the inverter. Appropriate countermeasures for disturbances and hardware restrictions are implemented. The results are discussed afterwards.
Das Messstellenbetriebsgesetz sieht bis 2032 einen Pflichteinbau von modernen Messeinrichtungen bzw. intelligenten Messsystemen bei allen Verbrauchern und Erzeugern vor. Des Weiteren ist die Anbindung von regenerativen Erzeugungsanlagen und steuerbaren Verbrauchern sowie die netzdienliche Steuerung dieser Einrichtungen über das Smart Meter Gateway durch das Messstellenbetriebsgesetz vorgeschrieben. Diese netzdienliche Steuerung wird unter dem Begriff CLS-Management zusammengefasst und muss von allen Netzbetreibern und Messstellenbetreibern künftig umgesetzt werden. Im Rahmen der Bachelorarbeit wurde ein Testaufbau mit einem intelligenten Messsystem inklusive entsprechender Steuereinrichtung aufgebaut, um das CLS-Management an einfachen Schalthandlungen zu erproben. Die daraus gewonnenen Erfahrungen sollen dem Messstellenbetreiber dabei helfen, das Thema in der Wirkumgebung platzieren zu können. Ziel dieses Aufbaus ist es, über die Kommunikationsart LTE eine Schalthandlung an einer Steuerbox in der Rolle des externen Marktteilnehmers vornehmen zu können. Für die Umsetzung wird eine entsprechende Software des Gateway Herstellers zur Verfügung gestellt, um die Versuche außerhalb des zertifizierten Bereiches durch-führen zu können.
Als konkreten Anwendungsfall wird im Rahmen der Thesis die Ablösung der Funkrundsteuertechnik durch das CLS-Management betrachtet. Mit dem Rollout der intelligenten Messsystemen müssen künftig die steuerbaren Verbrauchseinrichtungen und regenerativen Erzeugungsanlagen über das Smart Meter Gateway gesteuert werden können. Dies hat gegenüber der Funkrundsteuertechnik den entscheidenden Vorteil, dass die Informationen über eine gesicherte TLS-Verbindungen übertragen werden und durch einen Rückkanal auch Informationen über das korrekte Ausführung der Schalthandlung beim externen Marktteilnehmer ankommen.
Als weiteren Anwendungsfall wird untersucht, wie über ein Smart Meter Gateway außer Steuersignale auch Energiedaten und Sollwerte von externen Marktteilnehmer an Smart Grid Infrastrukturen übertragen werden können, um diese optimal betreiben zu können. Als Grundlage dient hierfür das Micro Grid am INES der Hochschule Offenburg
In letzter Zeit sind einige neue, hochintegrierte Einchip-Radarsensoren auf den Markt gekommen. Die enormen Fortschritte im Bereich des autonomen Fahrens hat diese Sensoren hervorgebracht. Mit ihnen lassen sich diverse Anwendungen, wie zum Beispiel eine Abstandsmessung, Kollisionserkennung oder Geschwindigkeitserfassung realisieren.
Für die Nutzung eines solchen modernen Radarsensors spricht viel, jedoch besitzen alle eine differenzielle Ausgangsschnittstelle, die nicht mit den üblichen Mikrocontrollersystemen eingelesen werden kann. Darum war das Ziel der Arbeit, die Entwicklung eines Schnittstellenwandlers auf einem Low-Power-FPGA, zur Anbindung eines Radarchips an einen klassischen Mikrocontroller.
Der Lösungsweg war demnach schon vorgegeben, es folgte die konkrete Umsetzung mit der Modellierung der Hardware in VHDL. Der FPGA liest die differenzielle Schnittstelle ein, parallelisiert die Daten und speichert sie zwischen. Sobald die Messdaten vollständig sind, können sie über die serielle SPI-Schnittstelle angefordert werden. Als Gegenstelle kommt ein Mikrocontroller zum Einsatz, der die Messdaten wiederum gemäß eines definierten Protokolls zur Auswertung an einen Computer weiterleitet.
Die Machbarkeit dieser Anwendung wurde kontrolliert, indem die Messdaten vom Radarchip, übermittelt durch den FPGA und Mikrocontroller, auf dem Computer mithilfe eines Analyseprogramms bewertet wurden. Die Auswertung der Messergebnisse entspricht in vollem Umfang den Erwartungen. Der Ressourcenverbrauch im FPGA wurde hierbei ebenfalls als kritisch betrachtet, was sich im Nachhinein jedoch nicht bestätigte. Es ist sogar das Gegenteil der Fall, mit den übrigen freien Ressourcen steht einer möglichen Signalverarbeitung nichts im Wege.
Zur Herstellung magnetischer Spulen für die Elektrokraftstoffpumpen in der Kraftfahrzeugindustrie werden Ankerwickelanlagen aus dem Bereich des Elektromaschinenbaus eingesetzt. Durch die schnelle und kostengünstige Wickeltechnologie mit dem entsprechenden Wickelmaterial entstehen einige Probleme in der Produktion. Um diese Problematik zu eliminieren und die damit verbundene Fehlerrate zu senken, soll ein Konzept eines neuen Prozessablaufs für das Ankerwickeln erstellt werden. Mithilfe eines 3-D-Konstruktionsprogrammes soll das reale Umfeld abgebildet und das Lösungskonzept erstellt werden. Zuvor wird eine Analyse durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen durchgeführt, die die Problematik beim Trennvorgang des Drahtes verständlicher macht. Mithilfe der gesammelten Ideen und unter Beachtung der gestellten Randbedingungen wird eine Lösungsvariante erstellt. Die verschiedenen Konzeptlösungen werden anhand einer festgelegten Bewertungsmethode miteinander verglichen. Die am besten bewertete Lösungsvariante wird durch die Berechnungen und Auslegungen der einzelnen Elemente auf ihre Sicherheit und Anforderungen geprüft. Abschließend wird die ausgewählte Lösungsvariante als 3-D-Modell in der Baugruppe zusammengestellt und die Konstruktion abgeschlossen. Das große und interessante Themengebiet der Ankerwickeltechnologie ermöglicht die Weiterbearbeitung von vielen neuen Konzepten.
Durch den technischen Fortschritt werden sowohl die diagnostischen, als auch die therapeutischen Medizinprodukte immer komplexer. Gleichzeitig steigt auch der Funktionsumfang an, wodurch Krankheiten besser erkannt und behandelt werden können. Dabei muss das Gerät nicht nur funktional effektiv und sicher sondern auch einfach und intuitiv zu bedienen sein.
Aus diesem Grund muss beim Hersteller als letztes Glied des Entwicklungsprozesses die Produktvalidierung erfolgen. Um diese nach der erfolgreichen Verifizierung vollständig und effizient durchzuführen, wird in dieser Thesis zunächst die Datenanalyse der klinischen Bewertung aufgezeigt. Anschließend werden die Aufgabenanalyse und der Gebrauchstauglichkeitstest mit der Bewertung durch einen Fragebogen als Methoden der Usability-Validierung vorgestellt. Außerdem schließt die Produktvalidierung die Validierung der Lastenheftanforderungen mit ein, was mit Hilfe einer Dokumentenanalyse abgeprüft wird. Abschließend wird die Produktvalidierung in einem Dokument zusammengefasst und die Validität erklärt.
Zur Umsetzung der Validierungen werden am Beispiel eines mobilen EKG-Systems regularienkonforme Validierungsdokumente erörtert.
Quarz crystal microbalances allow the monitoring of the adsorption process of mass from a liquid to their surface. The adsorbed mass can be analysed regarding to its protein content using mass spectromety. To ensure the protein identification the results of several measurements can be combined. A high content QCM-D array was developed to allow up to ten measurements parallel. The samples can be routed inside the array distributing one sample to several chips. The fluidic parts were prototyped using 3D printing. The assembled array was tight and the sample routing function could be demonstrated. A temperature controller was developed and implemented. The parameters for the PID controller were determined and the controller was shown to be able to keep the temperature constant over long time with high accuracy.
Eingebettete Systeme werden immer komplexer.Dabei werden System-on-Chips (SoC) eingesetzt und spielen eine sehr wichtige Rolle. Unter SoC versteht man „die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip“ [G]. SoCs haben sehr viele Vorteile. Vor einigen Jahren gab es noch riesige Leiterplatten mit Schaltungen, die aus mehreren Schaltkreisen aufgebaut wurden. Heute werden diese auf einem einzigen Chip realisiert. SoCs sind nicht nur sehr kompakt, sondern verbrauchen auch weniger Energie, da einerseitsdie Bauteile näherbeieinander sind, sie andererseits mit besseren Technologien ausgerüstet sind. Heutige SoCs sind so gebaut, dass sie wiederverwendet werden können. Sie bestehen aus mehreren einzelnen Systemkomponenten, um sowohl Kosten, als auch Entwicklungszeit zu sparen. Neben SoCs sind FPGAs (Field Programmable Gate Array) und CPLDs (ComplexProgrammableLogic Devices)sehr beliebte programmierbare Logikbauelemente, die in der Digitaltechnik ihren Einsatz finden. Sie sind die zwei wesentlichen Gruppen von ProgrammableLogic Devices (PLDs), dieexistieren. Sie bestehen hauptsächlich aus FlipFlops, CPLDs weisen sie aber vergleichsweise weniger auf. FPGAs sind komplexer als CPLDs. In der Hardware wird die Implementierung von arithmetischen Funktionen wie Addierern, Subtrahierern und Multiplizierern teilweise unterstützt. FPGAs sind aus diesem Grund die passenden Bauelemente zur Realisation von Anwendungen wie digitalen Signalverarbeitungssystemen oder Mikroprozessorsystemen.Die größten Hersteller von FPGAs sind Altera und Xilinx. Ein anderes aktuelles Thema sind die Bussysteme in Chips. Aufgrund der Komplexität der oben beschriebenen System-on-Chips, bestehen sie auch aus immer komplexeren Baugruppen, wie Prozessoren, Speichern oder auch Interfacecontrollern. Bussysteme werden zur Verbindung dieser Baugruppen eingesetzt. Je nach Baugruppe-Interfaces werden unterschiedliche Bussystem verwendet. Diese Bussysteme sind mit speziellen Spezifikationen dotiert, die aus diversen Anforderungen folgen. Einheitliche Standards sind daher wichtig. Unter anderen sind Bussysteme wie AMBA, Wishbone und CoreConnect häufig in FPGAs eingesetzt. Ihr Vorteil liegt an Ihren standardisierten Schnittstellen. Auf diese Bussysteme wird ins Detail in Kapitel 2.1 eingegangen. Zu der Familie von AMBA-Bussen gehört der AXI-Bus.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem AufbaueineswiederverwendbarenMasters, der aufAXI4-Protokoll basiert ist. Dieser sollte zunächst als Ethernet-Master eingesetzt werden, um Burst-Transaktionen zwischen dem Ethernet MAC und einemSpeicher zu ermöglichen, wird aber in anderen Projekten wiederverwendet.
Im vorliegenden Beitrag werden verschiedene Methoden für den Entwurf eines Stromreglers für pulsweitenmoduliert betriebene Drehstromantriebe beschrieben und miteinander verglichen. In den Vergleich eingeschlossen sind sowohl zeitkontinuierlich entworfene PI-Regler mit klassischer Entkopplung als auch zeitdiskret entworfene PI-Regler mit weiterentwickelter Entkopplung und zeitdiskret entworfene Zustandsregler. Der Fokus liegt dabei auf der Entkopplung der d- und q-Komponente des Statorstromraumzeigers, auch bei hoher Statorfrequenz oder geringer Schaltfrequenz. Es wird gezeigt, dass die Heranziehung von zeitdiskreten Motormodellen und ein darauf basierender Reglerentwurf mit größer werdendem Quotient aus Statorfrequenz und Schaltfrequenz zunehmend Vorteile bietet.
Um bei der Produktentwicklung auf die immer höheren Anforderungen wie Effizienz- oder Kostenoptimierung reagieren zu können, stehen die Unternehmen vor der Herausforderung, neue, leistungsfähige Komponenten zu entwickeln. Hierzu müssen geeignete Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung stehen. Bei der Auslegung von strömungsführenden Bauteilen wie zum Beispiel Rohrleitungen, Krümmern oder Ansaugstutzen wird meist auf Standard Konstruktionen zurückgegriffen. Hierzu zählen zum Beispiel gerade Rohre, 90 Grad- Umlenkungen und Diffusoren. Neue Topologieoptimierungsverfahren im Bereich Computational Fluid Dynamics (CFD) bieten die Möglichkeit, solche Bauteile für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert zu dimensionieren und somit zu einer Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems beizutragen. Darüber hinaus kann die Topologieoptimierung schon in sehr frühen Phasen des Entwicklungsprozesses eingesetzt werden und somit helfen, die Anzahl an Entwicklungsstufen zu reduzieren.
Bauteile in Dampfturbinen, stationäre Gasturbinen und Fluggasturbinen sind hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Wenn die Turbinen gestartet werden, erwärmen sich die Bauteile im „heißen Bereich“ der Turbine auf über 1000 °C. Damit die Bauteile bei diesen Temperaturen nicht einfach dahinschmelzen, werden spezielle hochtemperaturfeste Legierungen verwendet, wie beispielsweise Nickelbasis-Superlegierungen. Die hohen Temperaturschwankungen die beim Starten und beim Abschalten der Turbine auftreten, machen aber auch diese Werkstoffe auf Dauer nicht mit. Beim Aufheizen dehnt sich das Material aus, beim Abkühlen zieht es sich wieder zusammen. Dieses Hin- und Her-Verformen führt dazu, dass der eingesetzte Werkstoff unter „Stress“ kommt und Spannungen im Werkstoff auftreten. Diese Spannungen können dazu führen, dass sich Risse im Material bilden, die unter der zyklischen Belastung (wiederholtes Starten und Abschalten) wachsen, bis das Bauteil kaputt ist. Der Fachmann spricht dabei von der thermo-mechanischen Ermüdung (Thermomechanical Fatigue, TMF) des Werkstoffs.
Rund ein Drittel (2.529 PJ) der in Deutschland verwendeten Endenergie wird von der Industrie genutzt. Es gibt viele Industriebereiche in denen die Prozessluftaufbereitung eine wichtige Rolle spielt. Beispielhaft ist die Lebensmittel-, die Pharma- und die Halbleiterindustrie zu nennen. In all diesen Bereichen wird Luft mit bestimmten Konditionen benötigt, um Produkte präzise und unter Einhaltung aller Auflagen herstellen zu können. Die Luftaufbereitung ist meist mit einem großen Energieaufwand verbunden. Hierzu ist es erforderlich, Prozesswärme und/oder Prozesskälte zur Verfügung zu haben.
Im ersten Teil der vorliegenden Master-Thesis geht es um die Entwicklung einer Low-Power Wireless-Lichtschranke. Der Hardware-Aufbau wird ausführlich beschrieben und Besonderheiten für die Low-Power-Auslegung, wie beispielsweise Power-Management, werden vorgestellt. Optische Einheiten, Power-Management-Einheiten, System-On-Chip und Funkstufe werden ausführlich angesprochen. Die interrupt-gesteuerte und zeitlich optimierte Programmierung wird im Anschluss an den Hardware-Aufbau vorgestellt. Auch hier werden Low-Power-Eigenschaften diskutiert. Die Anbindung der Lichtschranke an einen Hub im 868 MHz ISM Band (engl.: Industrial, Scientific and Medical Band) und die Datenübertragung mittels Bluetooth an einen Computer, sowie die Programmierung einer Anzeige-GUI zur Visualisierung der Funkdaten mit LabVIEW werden weiterführend behandelt. Ergänzend hierzu wird die entwickelte Hardware vermessen und charakterisiert. Die Messergebnisse werden ausgewertet und vorgestellt.
Im zweiten Teil der Master-Thesis geht es um die Entwicklung eines Schulungskonzepts. In der Sick AG halten sich alle Abteilungen (Divisions) beim Entwickeln eines Produktes an einen vorgegebenen Produktentstehungsprozess. Division 1 hat im Rahmen dieses Produktentstehungsprozesses eine Konkretisierung vorgenommen: den Masterplan. Für die Einführung des Masterplans wurde ein teilnehmerorientiertes Schulungskonzept entwickelt. Es wird zuerst auf die Inhalte eingegangen. Im Anschluss werden die Teilnehmer untersucht und Motive und Lernvoraussetzungen charakterisiert. Nachdem diese und weitere Rahmenbedingungen geklärt sind, wird ein didaktisch durchdachtes Schulungskonzept entwickelt, ausführlich vorgestellt und diskutiert.
Eine Gruppe von Studierenden, wissenschaftlichen Mitarbeitern und Professoren der Hochschule Offenburg entwickeln seit einigen Jahren autonome Helikopter. Erfahrungen durch praktische Tests und Einsätze ermöglichen eine stetige Optimierung dieser Fluggeräte, sodass sich wiederum viele unterschiedliche Aufgabengebiete für den Einsatz der autonomen Helikopter ergeben. In diesem Beitrag werden die bereits erfolgten praktischen Einsätze erläutert.
Die mediale Unterhaltung der Passagiere in Flugzeugen während des Flugs mit In-flight Entertainment IFE-System wird für Fluggesellschaften immer wichtiger. Somit steigen auch die Anforderungen an ein IFE-System hinsichtlich Datenrate, Zuverlässigkeit und Flexibilität. Ziel des Projekts „Sprechende Sitzschiene“ ist es, Multi-Media-Daten innerhalb eines IFE-Systems berührungslos über die Sitzschiene eines Flugzeugs zu den Passagiersitzen zu übertragen. Ein erster einfacher Demonstrator wurde bereits 2009 einem internationalen Fachpublikum auf der Paris Air Show in Le Bourget präsentiert. Ein weiterentwickeltes System hat bereits auf der Aircraft Interiors Expo 2010 in Hamburg für Aufsehen in der Fachwelt gesorgt. Der neueste Demonstrator der 3. Generation, nutzt nun modernste Übertragungstechnologien auf der Basis der Mehrträgermodulation OFDM für eine zuverlässige Datenübertragung, wie sie z. B. auch beim Digitalen Fernsehen (DVB) oder bei Mobilfunktechnologien der 4. Generation (LTE) Anwendung finden und zeichnet sich darüber hinaus durch eine volle Ethernet-Kompatibilität aus. Dadurch lassen sich alle bekannten Multi-Media-Anwendungen einfach mit diesem System realisieren.
Komplexe optische Netzwerke fordern eine immer größere Anzahl an permanenten und dämpfungsarmen Glasfaserverbindungen (Spleiße). Eine wichtige Voraussetzung für hochqualitative Spleiße ist eine geeignete Temperaturverteilung. Die Autoren stellen eine In-situ-Methode zur Temperaturkontrolle durch Bildbearbeitung vor.
1000 Meilen unter Strom, Rekordfahrt des in Offenburg entwickelten eFahrzeugs "Schluckspecht"
(2012)
Nach der Entwicklung eines sparsamen Demonstrationsfahrzeugs mit Dieselmotor und Brennstoffzellenfahrzeuge wurde ein Batteriefahrzeug entwickelt, das in Südafrika unter der Aufsicht von FIA-Ingenieuren 626,6 km fuhr, ohne dass die Batterie aufgeladen werden musste. Ein Demonstrationsfahrzeug des Japan Electrical Vehicle Club hielt den damaligen Weltrekordmit 555,6 km.
In den letzten Jahren ist die Photovoltaik, beflügelt durch das Erneuerbare Energiengesetz – zumindest so lang es noch eine hinreichend lukrative Einspeisevergütung gab -, zu einem immer bedeutenderen Applikationsfeld der Leistungselektronik geworden. Im Fokus des Interesses steht dabei der Photovoltaik-Wechselrichter, der den in den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom oder Drehstrom umwandelt und ins Netz einspeist.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein „lowcost“ System für smarthome-Anwendungen vorgestellt. Die Steuerung der smarthome-Komponenten erfolgt durch einen Appliance-Controller auf Basis des FS20 Protokolls, wogegen die „Intelligenz“ des Systems durch eine mobile Anwendung (Android-OS) realisiertwird. Durch Auslagerung der Rechenleistung und der Benutzerschnittstelle auf das smartphone kann eine kostengünstige Alternative zur bestehenden Smarthome-Systemen aufgezeigt werden, die durch Einbindung externer Anwendungen leicht erweitert werden kann.
Am Institut für Angewandte Forschung wird seit Jahren eine Mikroprozessorfamilie unter dem Kurznamen SIRIUS entwickelt, die inzwischen in verschiedenen Applikationen eingesetzt wird und in hohem Maß nun auch kommerziell interessant wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten des letzten Jahrs stand die Ausreifung der Strukturen, wobei zum erstenMal auf Benchmarks zurückgegriffen werden konnte, die einen direkten Vergleich der Leistungsfähigkeit von Prozessoren ermöglicht. Als Benchmark wurde in einer Master-Arbeit von Herrn Roth der Core-Mark Benchmark für unsere SIRIUS-Architektur übersetzt, der einen direkten Vergleich mit sehr leistungsfähigen Boliden wie der ARM-Cortex-Architektur aber auch klassischen kommerziellen Produkten von Renesas wie auch von ATMEL ermöglicht.
Mit dem Anliegen, der sommerlichen Überhitzungssituation in Klassenzimmern wirksam entgegenzuwirken, ist die Stadt Offenburg an die Forschungsgruppe net der Hochschule Offenburg herangetreten. Im Sinn der Nachhaltigkeit sollten Maßnahmen ausgearbeitet und umgesetzt werden, die ohne aktive Kühlsysteme auskommen.
Die dezentrale Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken gewinnt als Möglichkeit der effizienten Energieerzeugung immer mehr an Bedeutung. Im Projekt „Energiepioniere – Wissenschaftlich-technische Begleitung eines Feldtests von Mikro-KWK-Anlagen durch die Hochschule Offenburg“ werden verschiedene Mikro-BHKW-Anlagen auf ihre Praxistauglichkeit unter realen Betriebsbedingungen getestet. Im aktuellen Artikel wird nach einer kurzen Beschreibung der im Feldtest untersuchten Motoren ein Auszug der wichtigsten Ergebnisse des Feldtests vorgestellt.
Die spektroskopische Beobachtung von postmortalen Hautveränderungen und insbesondere von Totenflecken ermöglicht potenziell eine genauere Bestimmung des Todeszeitpunkts oder der Todesursache (z. B. im Fall von CO-Vergiftungen). Für die grundlegende Charakterisierung dieser Veränderungen sind Langzeitbeobachtungen von Stunden oder gar Tagen wünschenswert.
Seit Beginn dieses Jahres hat das Zentrum für Physik der Hochschule Offenburg ein neues Rasterelektronen-Mikroskop (REM) der Firma Jeol. Das JSM-6610LV ist ein modernes, hochauflösendes digitales Raster Elektronenmikroskop mit Niedervakuum-Betriebsmodus. Nach Standard befindet sich die Probe in einem Elektronenmikroskop im Hochvakuum bei etwa 10-5 Pa. Der optionale Niedervakuumbetrieb reicht von 10 Pa bis 270 Pa. Er ist besonders geeignet für die Untersuchung von ausgasenden, feuchten, klebrigen oder elektrisch isolierenden Proben wie stärkehaltigen Bakterien und Zellen.
Das In-flight Entertainment (IFE) in Flugzeugen, also die mediale Unterhaltung der Passagiere mit Musik, Filmen oder Videospielen während des Flugs, wird für die Fluggesellschaften immer wichtiger. Somit steigen auch die Anforderungen an das IFE-System hinsichtlich Datenraten, Zuverlässigkeit und Flexibilität. Im Forschungsprojekt „Sprechende Sitzschiene“ an der Hochschule Offenburg wird ein neuartiges Kommunikationssystem für das In-flight Entertainment in Passagierflugzeugen entwickelt. Das Besondere und Innovative daran ist die Verwendung von Strukturelementen des Flugzeugs wie Sitzschienen als Übertragungsmedium.
Der Bedarf an Bandbreite für Internetanwendungen ist in den letzten Jahren so stark gestiegen, dass Kupferleitungen diesen Anforderungen nicht mehr entsprechen können. Aus Expertensicht ist die Lösung dieses Problems ein optisches Netzwerk aus Lichtwellenleitern (LWL), das bis in die Wohnung zum Endkunden reicht – das sogenannte „Fiber to the Home“ (FttH)-Konzept.
Seit 1997 finden jährlich Weltmeisterschaften im Roboterfußball statt. Das Ziel ist es dabei, bis 2050 eine Mannschaft aus Robotern zu stellen, die gegen den menschlichen Fußballweltmeister gewinnt. Dazu müssen die Roboter in der Lage sein, das Verhalten ihrer menschlichen Gegner einzuschätzen und ihre Entscheidungen vorauszuahnen. Während die gängigen Verfahren zur Entscheidungsfindung in unsicheren Umgebungen in der Regel auf rationalen Entscheidungen nach der Entscheidungstheorie basieren, zeigt sich, dass menschliches Entscheiden teilweise nicht dieser Rationalität folgt. Daniel Kahneman und Amos Tversky zeigten das in vielen Studien und entwickelten daraus die bekannte Prospect Theory für die Kahneman 2002 den Wirtschaftsnobelpreis erhielt. In diesem Artikel wird beschrieben, wie Extended Behavior Networks (EBNs) auf einfache Weise erweitert werden können, um menschliches Entscheidungsverhalten auch in Situationen reproduzieren zu können, die von der rationalen Entscheidungstheorie abweichen.
Das Team „Schluckspecht“ stellte sich im September 2010 einer besonderen Herausforderung. Neben der jährlichen Teilnahme am Shell Eco-Marathon ging das Team mit einem neu entwickelten Elektrofahrzeug an den Start der South Africa Solar Challenge. Für die Nutzung von Akkumulatoren als Energielieferant im Leichtfahrzeug „Schluckspecht E“ (im weiteren Verlauf als Batterien bezeichnet) wurde ein neues Strukturkonzept in Zusammenarbeit der Hochschule Offenburg mit dem Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI entwickelt.
This Master's Thesis discusses intelligent sensor networks considering autonomous sensor placement strategies and system health management. Sensor networks for an intelligent system design process have been researched recently. These networks consist of a distributed collective of sensing units, each with the abilities of individual sensing and computation. Such systems can be capable of self-deployment and must be scalable, long-lived and robust. With distributed sensor networks, intelligent sensor placement for system design and online system health management are attractive areas of research. Distributed sensor networks also cause optimization problems, such as decentralized control, system robustness and maximization of coverage in a distributed system. This also includes the discovery and analysis of points of interest within an environment. The purpose of this study was to investigate a method to control sensor placement in a world with several sources and multiple types of information autonomously. This includes both controlling the movement of sensor units and filtering of the gathered information depending on individual properties to increase system performance, defined as a good coverage. Additionally, online system health management was examined in this study regarding the case of agent failures and autonomous policy reconfiguration if sensors are added to or removed from the system. Two different solution strategies were devised, one where the environment was fully observable, and one with only partial observability. Both strategies use evolutionary algorithms based on artificial neural networks for developing control policies. For performance measurement and policy evaluation, different multiagent objective functions were investigated. The results of the study show that in the case of a world with multiple types of information, individual control strategies performed best because of their abilities to control the movement of a sensor entity and to filter the sensed information. This also includes system robustness in case of sensor failures where other sensing units must recover system performance. Additionally, autonomous policy reconfiguration after adding or removing of sensor agents was successful. This highlights that intelligent sensor agents are able to adapt their individual control policies considering new circumstances.
Das Projekt Yaffa "Yeast Analysis by Field Flow Fractionation" ist ein Verbundprojekt der Hochschule Offenburg und der Hochschule Wiesbaden in Kooperation mit der Forschungsanstalt Geisenheim, der Université Limoges, mehreren Industriepartnern der Weinbaubranche sowie der Postnova Analytics GmbH. Ziel ist es, für die Weinherstellung ein praxistaugliches und wirtschafltiches Analyseverfahren mit Feldflussfraktionierung zu entwickeln. Das Analyseverfahren soll zur Qualitätsüberwachung des Weinfermetationsprozesses eingesetzt werden, wodurch z. B. Gärstörungen rechtzeitig erkannt und geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.
Deutschland hat nicht zuletzt durch seine zentrale Lage eine führende Rolle im Bereich der Transportlogistik in Europa übernommen. Allerdings stehen die großen Logistikunternehmen in den letzten Jahren zunehmend vor neuen Herausforderungen. Zum einen steigt die Menge zu transportierender Güter jährlich, zum anderen entstanden durch Verschmelzungen großer Logistikunternehmen wie z. B. Deutsche Post, Danzas und Exel, UPS und Fritz riesige Fahrzeugflotten, deren effiziente Planung die Unternehmen vor enorme Probleme stellt. Die einzige Möglichkeit, diese meist heterogenen, also aus vielen verschiedenen Verkehrsmitteln bestehenden Flotten mit herkömmlichen Mitteln effizient zu planen, ist die Aufteilung in (regionale) Geschäftsbereiche. Dadurch können viele Synergieeffekte nicht genutzt werden, was unter anderem zu unnötig hohen Transportkilometerleistungen und Leerfahrten führt. Mit Hilfe agentenbasierter Systeme können heute schon Kosteneinsparungen von 3 – 6 % bei homogenen Verkehrsmitteln erzielt werden. Das Einsparpotenzial dürfte bei heterogenen Flotten ähnlich hoch, wenn nicht noch etwas höher sein. Allerdings liefern derzeit agentenbasierte Systeme für heterogene Flotten noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse. Durch die Kombination der beiden vorrangig für die Transportoptimierung eingesetzten Techniken agentenbasierte (bottomup) Optimierung und der klassischen (topdown)Optimierung soll auch das Einsparpotenzial von heterogenen Flotten realisiert werden. Diese Optimierung ist Gegenstand des Attractive Forschungsprojekts, das von August 2009 bis Juli 2012 im Rahmen des Programms ingenieurNachwuchs gefördert wird.
The idea of this game is to use a flashcard system to create a short story in a foreign language. The story is developed by a group of participants by exchanging sentences via a flashcard system. This way the participants can learn from each other by knowledge sharing without fear of making mistakes because the group members are anonymous. Moreover they do not need a constant support from a teacher.
The developed solution enables the presentation of animations and 3D virtual reality (VR) on mobile devices and is well suited for mobile learning, thus creating new possibilities in the area of e-learning worldwide. Difficult relations in physics as well as intricate experiments in optics can be visualised on mobile devices without need for a personal computer.
Getragen vom großen Erfolg der Veranstaltungen in den USA in 2008, weitete die Forschungsgruppe nachhaltige Energietechnik (net) seine Aktivitäten in den USA, aber auch in Kanada, Brasilien und in Ländern Osteuropas aus. Trotz anhaltender Wirtschaftskrise in 2009 herrscht in den USA, aber auch weltweit eine erfreulich optimistische Grundstimmung, wenn es um die Nutzung alternativer, erneuerbarer Energien und Fragen der effizienten Energieversorgung geht.
Small is beautiful oder wissenschaftlich-technische Begleitung eines Feldtests mit Mikro-BHKWs
(2010)
Die effiziente Nutzung der vorhandenen Energieträger, die Einführung neuer umweltschonender und energiesparender Technologien sowie neue Formen der Energieerzeugung und -verteilung werden aufgrund des steigenden Energieverbrauchs, knapper werdender Ressourcen und Gründen des Klimaschutzes immer wichtiger. Eine sinnvolle Option für höhere Energieeffizienz ist die dezentrale Stromerzeugung mit Blockheizkraftwerken (BHKW) im Ein- und Zweifamilienhausbereich.
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg und der HfT Stuttgart die Solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens Solarthermie-2000plus vom Bundesumweltministerium gefördert. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Kompressorenabwärme und Gaskesseln betrieben wurde, durch eine Betriebsanalyse und energetische Bewertung einer solarthermischen Anlage zur Unterstützung der Kälteversorgung eines Büro- und Verwaltungsgebäudes Solaranlage als dritter Wärmelieferant ergänzt.
Luftbilder und Magnetfeldkarten – der Hochschul-Helikopter fotografiert aus der Vogelperspektive
(2010)
Der autonom und geregelt fliegende Helikopter der Hochschule Offenburg eignet sich als Träger für unterschiedliche Sensoren. Natürlich ist die naheliegendste Anwendung, mit einer Digitalkamera Luftaufnahmen zu machen. Abbildung 2.4-1 zeigt eines der Ergebnisse der ersten Luftbildflüge: Der Campus der Hochschule Offenburg von oben, aufgenommen mit einer digitalen Filmkamera mit entsprechend geringer Auflösung. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, wurde inzwischen eine digitale Panoramakamera mit einem Leica-Objektiv und ca. 10 Mio. Pixel beschafft.
Mehrantennensysteme (MIMO: MultipleInputMultipleOutput) sind seit einigen Jahren ein zentrales Forschungsthema in der Funkkommunikation. Die Analyse der Kanalkapazität solcher MIMOSysteme in [1] hat gezeigt, welches enorme Potenzial in dieser Technologie steckt. Dieses Potenzial kann auf verschiedene Arten genutzt werden. MIMOVerfahren können grundsätzlich in zwei Klassen eingeteilt werden. Die erste Klasse besteht aus Verfahren, die die Zuverlässigkeit der Übertragung über FadingKanäle verbessert. Dies wird entweder durch Verbesserung des jeweils wirksamen mittleren SNR (engl. SignaltoNoise power ratio) z. B. durch Beamforming oder durch Verminderung der Fluktuationen des SNR durch Diversitätstechniken erreicht. Die zweite Klasse bilden Verfahren, bei denen mehrere unabhängige Datenströme parallel über die verschiedenen Antennen durch räumliches Multiplexen (engl. Spatial Multiplexing) übertragen und so die Datenrate vervielfacht wird. Während bei den Diversitätstechniken und den Verfahren des Spatial Multiplexing die Übertragungseigenschaften zwischen den verschiedenen Sende- und Empfangsantennen durch z. B. ausgeprägte Mehrwegeausbreitung möglichst unkorreliert sein sollen, ist dies bei den Beamforming-Verfahren aber gerade nicht dienlich. Im Rahmen dieses Projekts wurde die Übertragungsqualität von Funksystemen mit MIMOArchitektur analysiert, die spezielle blockbasierte Codierungsverfahren verwenden, die nicht nur die zeitliche, sondern auch die räumliche Dimension zu der Informationsübertragung nutzen (SpaceTimeBlockCoding, STBC) und damit auf einen Diversitätsgewinn abzielen.
Für Verbindungen über einige hunderte Meter eignen sich Multimode-Lichtwellenleiter (MM-LWL) durch ihre Robustheit und einfache Handhabung ideal. Zudem erlaubt der große Durchmesser des Faserkerns mit 62,5 µm eine sichere, stabile und relativ verlustfreie Verbindung. Neben diesen Vorteilen sind jedoch im letzten Jahrzehnt durch die Erhöhung der Bitrate auch Nachteile sichtbar geworden. So konnten die für niedrige Übertragungsraten genutzten LEDs noch zur Vollanregung der Übertragungsmoden eingesetzt werden. Für höhere Übertragungsraten ist dies jedoch nicht mehr möglich, da sie optisch zu träge sind und somit der schnellen Modulation nicht mehr folgen können. Schnellere Anregungskomponenten, etwa Laserdioden (LD), müssen eingesetzt werden. Durch die spezifische Ausstrahlungscharakteristik der LDs kann jedoch nicht mehr der gesamte MM-LWL-Kern angeregt werden. Dies führt zu unterschiedlichen Modenlaufzeiten im MMLWL, was sich wiederum negativ auf die Übertragungsrate auswirken kann. Dadurch nimmt die Bandbreite rapide ab.
Der für den Shell Eco-marathon entwickelte „Schluckspecht City“ soll als straßenzugelassene Variante weiterentwickelt werden. Dabei spielt das Verhalten des Fahrzeugs im Crashfall eine entscheidende Rolle. Um die Fahrzeugsicherheit zu überprüfen und zu optimieren, wurden Crashsimulationen des Aluminiumrahmens, angelehnt an Euro NCAP [3], durchgeführt. Beim simulierten seitlichen Pfahlaufprall trifft das Fahrzeug mit 29 km/h auf einen feststehenden Pfahl mit einem Durchmesser von 25,4 Zentimetern.
Under a grant of the German ProInno program („Erhöhung der Innovationskompetenz mittelständischer Unternehmen“)the Hochschule Offenburg participated during the past 2 years in an industry project prototyping a new type of service for modern Air Traffic Control (ATC) applications.<br> Objective of the project has been the joint development of hardware and software components for a so-called TIS-B (Traffic Information System - Broadcast) support infrastructure to enable new cockpit applications increasing the air situation awareness for pilots of commercial airliners [1]. At the core of the project is a space-time-scheduler, controlling a battery of TIS-B groundstations over a Wide Area Surveillance Network [4].<br> The project has been successfully concluded and is currently in its evaluation phase. Industry partner was the Karlsruhe-located company COMSOFT, international market leader in ATC sensor networks.
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts des Instituts für Rechtsmedizin der Universität Freiburg und des Freiburger Materialforschungszentrums entwickelt die Robotikgruppe der Hochschule Offenburg ein robotergestütztes mobiles Messsystem zur spektroskopischen Vermessung von Leichenflecken. Ziel des Gesamtprojekts ist die Charakterisierung von intravitalen und postmortalen Hautveränderungen auf der Basis reflektionsspektrometrischer Messungen an menschlicher Haut durch ein physikalisches Hautmodell. Projektleiter ist Prof. Dr. Michael Bohnert, Institut für Rechtsmedizin Freiburg, der den grundlegenden Anstoß zum Einsatz spektroskopisch aufgelöster Messungen der Färbung von Leichenflecken gab [1]. In Zusammenarbeit mit dem Freiburger Materialforschungszentrum wurde dazu ein Modell für das optische Verhalten der Haut entwickelt [2]. Im Anschluss wurde insbesondere die Reoxygenierung der Leichenflecken bei gekühlter Lagerung untersucht [3]. Der Dokumentation der Messreihen liegt ein elektronisches Laborbuch zugrunde, das von der Servicegruppe Wissenschaftliche Informationsverarbeitung des Materialforschungszentrums entwickelt wurde [4]. Als problematisch erwies es sich, dass sich eine Messreihe über 50 bis 60 Stunden erstreckt und in der Regel nur zweimal täglich Handmessungen durchgeführt werden konnten, die zudem bei Raumtemperatur erfolgen mussten.
Entwicklung eines Hybridantriebssystems für kommunale Spezialfahrzeuge in Off-Road-Anwendungen
(2010)
In [1] wurde bereits berichtet, dass im Labor für elektrische Antriebe und Leistungselektronik in Kooperation mit den Firmen Heinzmann GmbH & Co. KG und LADOGFahrzeugbau und Vertriebs GmbH ein Wechselrichter zur Speisung eines Synchronmotors für einen Hybridantrieb eines kommunalen Spezialfahrzeugs entwickelt wird. Während in [1] wegen der damals erst kurzen Projektlaufzeit nur die ersten Projektschritte beschrieben werden konnten, wird in diesem Beitrag der derzeit erreichte Entwicklungsstand dargestellt.
Im Rahmen dieses Projekts wurde im Labor Telekommunikationstechnik der Hochschule Offenburg die Übertragungsqualität von Mehrantennensystemen durch theoretische Analysen und Simulationen analysiert. Dabei zeigt sich bereits in der ersten Projektphase bei einfachen Mehrantennenkonfigurationen mit einer Sendeantenne und mehreren Empfangsantennen wie aufgrund von Antennendiversität bei verschiedenen Kombinationsstrategien der Empfangssignale sich die Übertragungsqualität bei Rayleigh Fading deutlich verbessert.
Hybrid drives for automotive application are extensively discussed. In contrast, the company HEINZMANN, the University of Karlsruhe and the University of Applied Sciences Offenburg concentrate on hybrid drives for industrial, offroad purposes in a joint project. These applications promise a much higher fuel saving potential, particularly if highly frequent load cycles are present. Hybrid drive systems offer additional advantages including reduced exhaust aftertreatment requirements due to engine downsizing, better engine dynamics, emissions and noise reduction.
Holographische Verfahren
(2009)
Seit einigen Jahren arbeitet der Autor theoretisch und experimentell an Verfahren der Computerholographie. Modifizierte LCD-Displays lassen sich sowohl als Amplituden- als auch als Phasenhologramme nutzen, hochauflösende CCD-Kameras stehen zur Verfügung, die erforderlichen hohen Rechenleistungen sind ebenfalls verfügbar, all das zu relativ geringen Kosten. Damit werden holographische Verfahren in vielen Bereichen zu einer interessantenAlternative zu bestehenden Verfahren und eröffnen teilweise auch ganz neue Möglichkeiten. Der Artikel soll einen Überblick über die grundsätzlichen Zusammenhänge geben. Die erforderliche Mathematik ist recht komplex, insbesondere, wenn es um schnelle Verfahren geht, und Gegenstand aktueller Forschung. Auf eine eingehende Darstellung der Mathematik und Signalverarbeitung wird aus Platzgründen verzichtet.
Pflanzenöle können einen gewissen Beitrag für eine erneuerbare, nahezu CO2-neutrale Kraftstoffversorgung leisten. Die nicht-veresterten Pflanzenöle haben im Gegensatz zu veresterten Ölen eine günstige Energie- und CO2-Bilanz. Deshalb werden hier die naturbelassenen, aber raffinierten Pflanzenöle auf ihre Eignung als Kraftstoff in Dieselmotoren und deren Emissionen detailliert untersucht. Versuche wurden mit drei verschiedenen Dieselmotoren durchgeführt.
This study focuses on the experimental and numerical investigations on a commercial Ranque-Hilsch vortex tube. Ranque-Hilsch vortex tubes have many applications in industry and production as they can generate a very cold flow just from pressurized air .e.g. machine tool cooling. Main objective of this study is the energy separation in the flow field which results in a temperature drop on the cold exit of the tube. This was investigated experimentally by measuring the outlet temperature on the cold exit and the pressure drop on the flow restrictor valve on the hot exit. At a pressure drop of 0.5 bar the vortex tube showed the best performance by reaching a cold exit temperature of –16.7 °C. The Inlet flow was pressurised air at 20 °C and 6 bar.<br /> The numerical analysis was carried out by full 3D steady state CFD-simulation using the commercial software ANSYS CFX 11.0. The three dimensional model represented a 120° sector of the tube using periodic boundary conditions. A comparison between different turbulence models (k – å, RNG k – å, k – ù, SST) was carried out. The classic k – å two layer turbulence model showed the best results compared to the experiment. The energy separation and the drop in cold exit temperature are highest when the viscous work term is included into the energy equation. These effects of including the viscous work term into the energy separation have also been investigated.
An der Hochschule Offenburg wird ein autonomer Hubschrauber entwickelt. Die Zelle besteht aus einem kommerziellen Modellhubschrauber Typ Align TREX 600. Als Antrieb dient ein bürstenloser 1.6-kW-Elektromotor mit ca. 40.000 U/min, der von einem 22-V-Lithium-Polymer-Akkumulator mit 5 Ah Speicherkapazität gespeist wird. Das Abfluggewicht des Hubschraubers beträgt ca. 3 kg. Sein Hauptrotor ist ein Zweiblattrotor mit Bell-Hiller-Mechanik. Der Heckrotor wird über einen Zahnriemen von der Hauptrotorwelle abgehend angetrieben. Der Hubschrauber ist autorotationsfähig. <br>Für die Flugregelung wurde ein Kurs-Lagereferenzsystem entwickelt. Die eigentliche Flugregelung sowie die Datenerfassung der Sensoren erfolgt über zwei Atmega128-Mikroprozessoren. Der Hubschrauber ist mit einem Datenlink über Bluetooth mit einem PC am Boden verbunden.
In short-reach connections, large-diameter multimode fibres allow for robust and easy connections. Unfortunately, their propagation properties depend on the excitation conditions. We propose a launching technique using a fibre stub that can tolerate fabrication tolerances in terms of tilts and off-sets to a large extent. A study of the influence of displaced connectors along the transmission link shows that the power distributions approach a steady-state power distribution very similar to the initial distribution established by the proposed launching scheme.
Seit 1997 finden jährlich Weltmeisterschaften im Roboterfußball statt. Dabei wird in verschiedenen Ligen teils mit echten, teils mit simulierten Robotern Fußball gespielt. In der small size league spielen fünf gegen fünf Roboter auf einem 5x4,5 m großen Feld. Die Steuerung der Roboter wird von einem externen Rechner übernommen, der seine Information von einer über dem Feld angebrachten Kamera erhält. In der middle size league spielen vier gegen vier Roboter auf einem 8x12 m großen Feld. Hier müssen im Unterschied zur small size league die Roboter vollständig autonom sein, d.h., alle Sensoren und auch die Entscheidungslogik muss auf dem Roboter selbst untergebracht sein. Dasselbe gilt für die four legged robot league, bei der jeweils vier Sony Aibo Roboter gegeneinander antreten (Abbildung 1.11-1), sowie für die Königsklasse, der humanoid league, bei der jeweils drei zweibeinige Roboter gegeneinander spielen. Daneben existieren zwei Simulationsligen: die seit 1997 existierende 2D simulation league, bei der elf gegen elf gespielt wird und die seit 2005 im Programm befindliche 3D simulation league, bei der im Gegensatz zur 2D league tatsächlich existierende zweibeinige Nao-Roboter simuliert werden. In dieser Liga hat sich erstmals eine Mannschaft der Hochschule Offenburg für die Weltmeisterschaft 2009 qualifiziert. Neben Fußballrobotern gibt es auch Ligen für Hausroboter (RoboCup@Home) und Rettungsroboter (RoboCup Rescue). Inzwischen ist die RoboCup WM mit der zugehörigen Konferenz zum größten Robotik-Event weltweit avanciert.
Air traffic control today still works primarily with classical sensors like primary and Secondary Surveillance Radars (PSR, MSSR, Mode-S) [1]. Upcoming is a new technology, ADS (Automatic Dependent Surveillance), which derives positional information from a Global Navigation Satellite System (GNSS) and distributes this data together with additional information from the on-board Flight Management System (FMS) to other aircraft (air-to-air) and to ADS groundstations (air-to-ground). [2] Because the transmission of the data takes place on a shared broadcasting media, like the 1090 MHz Extended Squitter (ES) channel, the technology is also referred to as ADS-Broadcast (ADS-B).
Seit 1998 nimmt die Hochschule Offenburg an dem von der Firma Shell ausgetragenen internationalen Energiesparwettbewerb Eco-Marathon teil. Ziel des Shell Eco-Marathons ist es, mit einem Ein-Mann-Fahrzeug so sparsam wie möglich zu fahren. Nachdem der Schluckspecht III im vergangenen Jahr den ersten Platz in der Kategorie Brennstoffzellenfahrzeuge erreichte, stellt sich das Forschungs- und Entwicklungsteam der Hochschule nun einer neuen Herausforderung: Nach nunmehr zehn Jahren Teilnahme in der Prototypen-Kategorie soll das Nachfolgefahrzeug der Schluckspecht City – beim Eco-Marathon im Mai 2009 auf dem Lausitzring erstmals in der anspruchsvolleren UrbanConcept-Klasse an den Start gehen. Während bei den Prototypen in Bezug auf automobiles Design nur minimale Beschränkungen auferlegt werden, orientieren sich die Fahrzeuge der UrbanConcept-Kategorie in Aussehen und Technik stärker an denen des normalen Straßenverkehrs.
The presented paper describes a development project for a formula 1 racing team which was performed at the laboratory for electrical drives and power electronics of the University of Applied Sciences in Offenburg. The kernel of that project was the simulation of an electrical machine with means of a load inverter and a passive filter, so that inverters from contractors could be tested easily without using a real test bench. The whole electrical drive, consisting of the real electrical machine and the inverter is part of a hybrid drive for a formula 1 racing car which is allowed to be used from the racing season 2009.
Radio frequency (RF) power amplifiers (PA) are the most power consuming components of a mobile communications unit. They are used to convert the DC power from the battery into RF power delivered to the antenna. In a cell phone it becomes very important to use highly efficient power amplifiers, such as Class C and Class E PAs, to increase the talk time which is directly proportional to the battery life. On the other hand, these RF PAs are inherently nonlinear and produce spectral regrowth and other undesirable effects.
Active Noise Control (ANC) systems have proved to be a very efficient way to reduce low-frequency acoustic noise. On this domain, passive techniques like enclosures, barriers and silencers tend to be relatively large, costly and ineffective. Although many studies and articles have been published in order to improve performance and stability, the implementation of a real-time, stable and robust system still faces several theoretical and practical challenges.
Das Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg ist seit mehr als 3 Jahren an der Entwicklung einer elektronischen Pille engagiert, die die bisher übliche chemische Freisetzung von Medikamenten im Darm durch eine gesteuerte, über Telemetrie ausgelöste Freisetzung ersetzen soll Damit lassen sich Therapien durchführen und Medikamente verwenden, die in der klassischen Form nicht möglich sind.
BioPower
(2009)
Das Projekt BioPower ist eine Kooperation des Instituts für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg mit dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Es handelt sich um den Versuch, die im Körper vorhandenen Energiequellen sozusagen direkt anzuzapfen, um sie für technische Zwecke zu nutzen. Von den vielen bestehenden Möglichkeiten konzentriert sich die Forschung hier auf die Nutzung der Glukose im Blut, die auch sonst als Energieträger zur Versorgung der Zellen im Körper dient.