620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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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.
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.
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.
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
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