620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Refine
Document Type
- Master's Thesis (9) (remove)
Has Fulltext
- yes (9)
Is part of the Bibliography
- no (9)
Keywords
- Sensor (2)
- 3D printing (1)
- 3D-Druck (1)
- Agent <Künstliche Intelligenz> (1)
- Agent Fitness (1)
- Applikation (1)
- Automatisiertes Fahren (1)
- Autonomes Fahrzeug (1)
- Didaktik (1)
- Distributed Sensor Network (1)
Institute
Open Access
- Closed Access (5)
- Closed (2)
- Open Access (2)
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.
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.
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.
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.
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.).
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.
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.
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.
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.