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Die exakte Temperaturmessung und -regelung ist für jede anspruchsvolle Applikation eine wichtige Anforderung. Bei industriellen Temperaturreglern gehört es zum Stand der Technik, die Inbetriebnahme durch eine automatische Ermittlung der Reglerparameter zu unterstützten. Die eingesetzten Verfahren sollen möglichst ohne Parametrierung und ohne Vorkenntnisse über den Prozess automatisch an beliebigen Temperaturre-gelstrecken brauchbare Reglerparameter finden. Die praktische Umsetzung muss dabei auch unter schwierigen Bedingungen zuverlässig funktionieren und tolerant gegenüber Fehlbedienung sein. In der Diplomarbeit werden Verfahren zur automatischen Reglereinstellung und deren Umsetzung am Beispiel eines industriellen Reglers untersucht.
Um die Komplexität passiver Filter und die damit verbundene Oberschwingungsproblematik verständlich zu machen, wird anhand einer themenbezogenen Literaturrecherche ein allgemeiner Überblick, sowie theoretische Grundlagen dargelegt. Dabei werden Abhandlungen, die speziell auf diese Diplomarbeit zutreffen, im jeweiligen Abschnitt detaillierter geklärt sowie auf weiterführende Literatur bzw. Herleitungen im Anhang verwiesen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Berechnungsalgorithmus zur Dimensionierung von passiven Filterkreisen. Dieser Algorithmus wird in das Tabellenkalkulationsproramm Excel integriert. Für die Filterdimensionierung gibt es zwei Ausgangsvarianten. 1. Entweder sind sämtliche Parameter der Netzelemente und Schaltzustände des oberschwingungsbelasteten Netzes bekannt, oder 2. eine Langzeitmessung gibt Aufschluss über die vorliegende Netzsituation. Weiterhin findet das erstellte Berechnungstool Anwendung an einem praktischen Beispiel. Dazu wird ein Messkonzept zur Erfassung der notwendigen Größen erstellt. Die anschließende Auswertung legt den IST-Zustand der Netzrückwirkungen durch Oberschwingungen fest. Diese Auswertung wird zeigen, dass die Oberschwingungsbelastung im Grenzbereich liegt. Um diese Belastung zu senken, ist geplant, passive Filteranlagen zu installieren. Folglich werden die Filterkreise mit dem entwickelten Berechnungstool so dimensioniert, dass die geforderten Zielwerte (OPTI-Zustand) und Vorgaben erreicht werden. Um zu zeigen, dass das Berechnungstool innerhalb vertretbarer Toleranzen richtige Ergebnisse liefert, werden diese simulativ mit dem Netzberechnungsprogramm PowerFactory von Digsilent überprüft.
Es wurde eine Messeinrichtung zur Überwachung der Transmission von Solargläsern entwickelt. Mit dem Messsystem wurden Messreihen an unterschiedlichen Glasarten durchgeführt und mit den Messdaten eines Laborspektrometers verglichen. Zur langfristigen Sicherung der Messdaten wurde eine Datenbank erstellt. Die Ergebnisse sind in dieser Arbeit dokumentiert.
Die Verbreitung des Einsatzes von elektrochemischen Energiespeichersystemen (z.B. Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Superkondensatoren etc.) in elektrischen Geräten nimmt stetig zu. Dabei wird zukünftig auch der Bereich moderner Elektrostraßen- und Hybridfahrzeuge sowie dezentrale stationäre Energiesysteme zum Einsatzgebiet dieser Speicher zählen. Die Gebrauchstauglichkeit und vor allem die Sicherheit dieser Systeme wurden bisher in den aufgezählten Anwendungen noch nicht hinreichend nachgewiesen. Durch das hohe Tempo dieser Speicherentwicklung sind notwendige Prüfeinrichtungen dringend gefordert, um die Seriosität und Unabhängigkeit von Herstellern auch künftig zu gewährleisten. In der vorliegenden Diplomarbeit, die auf einer von der DBU (Deutsche Bundesstiftung Umwelt) geförderten Entwicklungsaufgabe basiert, werden diese Speichersysteme hinsichtlich ihres Gefahrenpotenzials untersucht und bewertet. Die dafür notwendige Prüfumgebung wird in den wesentlichen Eigenschaften fixiert, um eine wissenschaftliche Basis für die zukünftige Zertifizierung durch das unabhängige Prüflabor der SLG Prüf- und Zertifizierungs GmbH zu schaffen.
Der Bearbeitungszeitraum einzelner Werkstücke kann sich über mehrere Tage erstrecken und ist ein sehr aufwändiger Prozess. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass in den Werkzeugmaschinen ein Notrückzugsystem integriert wird, welches negative Einflüsse eines Netzausfalls auf Werkstück, Werkzeug und der Werkzeugmaschine verhindert. Hierzu muss ein System dimensioniert werden, mit dem die Möglichkeit besteht, bei Netzausfall eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für einen Notrückzug zu gewährleisten. Auf diese Weise können die Werkzeuge in eine sichere Position zu gefahren werden. Die in dieser Arbeit erstellte Anwendermatrix kann allgemein als Hilfswerkzeug für die Planung der Energieversorgung eines Notrückzugsystems mit Hilfe eines elektrischen Speichers betrachtet werden. Sie enthält die grundlegenden mechanischen und elektrischen Größen die zur Bestimmung der Energieversorgung des Notrückzugsystems mit einem Speicher benötigt werden. Mit Hilfe der Ergebnisse dieser Arbeit kann der Anwender die Realisierbarkeit eines Notrückzuges mit Hilfe eines elektrischen Speichers ermitteln und wesentliche Aussagen für seine Planung eines Notrückzugs in der Werkzeugmaschine ableiten.
Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung und Bewertung von Prüfstandskonzepten für die Verkehrszeichenerkennung. Im ersten Teil der Arbeit wird das Fahrerassistenzsystem für ein besseres Verständnis näher erläutert. Aus der Analyse heraus ist ein Teil der Anforderungen an das Prüfverfahren zu stellen. Weitere Anforderungen sind aus den Sicherheitsbedingungen des Prüfstandes zu formulieren. Im Hauptteil der Arbeit sind mindestens zwei Konzepte zu erstellen, die das Testen des Systems Verkehrszeichenerkennung optimal ermöglichen. Bei den Konzepten ist auf eine wirklichkeitsnahe Testumgebung und reproduzierbare Testdurchführung zu achten. Der Umfang und Inhalt des Prüfverfahrens sollte durch den Benutzer konfigurierbar sein. Am Ende der Arbeit sind die Prüfstandskonzepte zu bewerten und zu vergleichen. Dabei sind die Punkte Kosten, Funktionalität, Platzbedarf und Nutzbarkeit der Testergebnisse die wichtigsten Bewertungskriterien.
Nanomechanische Resonatoren
(2009)
Diese Arbeit beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von zwei unterschiedlichen Arten nanomechanischer Resonatoren. Der Fokus liegt auf der Probenpräparation, insbesondere auf der Strukturierung mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie. Nanomechanische Drähte bestehen aus einem freitragenden Steg mit Abmessungen im Nanometerbereich und bilden die Grundlage für verschiedene miniaturisierte Sensoren. Um das Dämpfungsverhalten dieser Bauteile systematisch zu untersuchen, werden sie durch elektromagnetische Anregung zu resonanten Schwingungen gezwungen und die dabei auftretenden Energieverluste detektiert. Nanomechanische Pendel, Stempel mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm und einem möglichst großem Aspektverhältnis, ermöglichen unter geeigneten Bedingungen den Transport einzelner Elektronen und sind das Schlüsselelement zur Herstellung nanomechanischer Computer. Die Arbeit erklärt anhand verschiedener Oszillatormodelle die Bewegung der Resonatoren im linearen sowie nichtlinearen Bereich. Mehrere Möglichkeiten, die Resonanzfrequenz der Bauteile abzuschätzen, werden vorgestellt. Die Einflüsse der unterschiedlichen Dämpfungsmechanismen auf den Gütefaktor werden betrachtet. Grundlage für die Strukturierung der Resonatoren sind Silizium- bzw. Siliziumnitridsubstrate. Die zur Herstellung solcher Strukturen notwendigen Prozessschritte werden detailliert beschrieben. Die zur elektrischen Charakterisierung verwendeten Aufbauten werden erläutert und erste Messergebnisse werden vorgestellt und gedeutet.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich zu Beginn mit den Grundlagen der Halbleiter- und Solarzellentechnik. Im Anschluss werden die Grundlagen zur Solarzellen-Charakterisierung erörtert und einige Charakterisierungsmethoden für Solarzellen vorgestellt. Zur besseren Verständlichkeit wurden die meisten Grafiken selbst entworfen und eingefügt.
Diese Arbeit beschreibt eine Softwareschnittstelle zu einer Diagnoseanwendung, entsprechend dem Standard SAE J2534. Diese Softwareschnittstelle, in Form einer dynamischen Funktionsbibliothek (Dynamic Link Library), ist zusammen mit einem mikrocontrollergestützten Diagnosegerät die Verbindung zwischen der Diagnoseanwendung und dem Fahrzeug-Diagnosebus, Controller Area Network (CAN). In der Arbeit werden Informationen über das Diagnosegerät, den Pass-Thru-Standard SAE J2534 sowie die Erstellung einer dynamischen Funktionsbibliothek gegeben. Weiterhin wird der strukturelle Aufbau der dynamischen Funktionsbibliothek, die serielle Datenübertragung zwischen Personal Computer und Diagnosegerät sowie ein Programm zum Einstellen der Verbindungsparameter beschrieben.
Untersuchungen zur Einführung eines Lastmanagements an einer Silizium-Nitrit-Beschichtungsanlage
(2009)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der energetischen Analyse einer Silizium-Nitrit-Beschichtungsanlage in Hinblick auf die Einführung eines Lastmanagements. Zielstellung ist der grundlegende Entwurf von Verfahrensweisen bezüglich verschiedener Prozessvarianten, wie Erst- und Wiederanlauf, sowie die Untersuchung nach weiteren möglichen Optimierungspotentialen der Anlage. Im Grundlagenkapitel werden zunächst die Einordnung des Lastmanagements und die Abgrenzung des Systems vorgenommen. Eine Vorstellung der Anlage in Form einer Grob-Analyse schließt sich an. Weiterhin wird ein Messkonzept erstellt, und eine Definition von normierten Zuständen verfasst. Eine Fein-Analyse an ausgewählten Komponenten erfolgt im darauffolgenden Kapitel. Auf Grund der gewonnenen Ergebnisse und weiterer Parameteranpassungen wird in einem anschließenden Kapitel eine energetische Dimensionierung entworfen. Weiterhin findet eine Überprüfung der bisherigen Anschlussprojektierung statt. Bei der modulübergreifenden Betrachtung am Schluss der Arbeit können weitere Optimierungsansätze aufgezeigt werden, und die Arbeit abrunden.
In dieser Diplomarbeit wird der Einsatz eines Berechnungsverfahrens zur Rotorpositionsbestimmung mit einer digitalen Lagesensorik für den Betrieb einer mit Permanentmagneten erregten Synchronmaschine vorgestellt. Beginnend, erfolgt mit der theoretischen Fehler und Toleranzanalyse die Untersuchung des derzeitigen Systems zur digitalen Rotorpositionsbestimmung für den Integrierten Motor-Generator, der als elektrischer Antrieb im Hybrid eingesetzt wird. Es wurde eine Fehlerklassifizierung aus dem Signalfluss der digitalen Lagesensorik abgeleitet und anschließend eine ausführliche Beschreibung der einzelnen Klassen durchgeführt. Neben dieser werden die Auswirkungen nicht idealer Sensorflankenwinkel auf die elektr. Sekorbreiten für eine mech. Umdrehung des Geberrades grafisch dargestellt. Auf diese Analyse aufbauend konnte ein Simulationsmodell erstellt werden mit dem die Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur Rotorpositionsbestimmung ermöglicht wird. Das Modell erlaubt die Simulation mit synthetisch generierten Signalen, welche mit den verschiedenen Einflussfaktoren aus den Fehlerklassen kombinierbar sind. Des Weiteren können sehr schnell Messdaten am Prüfstand oder bei einem Fahrzyklus aufgezeichnet werden, welche darauffolgend als Eingangsgrößen für das Modell dienen und die Entwicklung eines Berechnungsverfahrens absichern. Der entwickelte Algorithmus basiert auf einem Referenzsignal, welches einem angenommenen Winkelverlauf für eine gleichförmig beschleunigte Rotation des Rotors entspricht und mit dem über die Zeitstempel einer mech. Umdrehung die Sensorflankenwinkel berechnet werden. Eine erste Validierung des Verfahrens konnte mit Messdaten vom Maschinenprüfstand erzielt werden und erlaubte gleichzeitig für den Integrierten Motor Generator unter den gegebenen Fertigungsbedingungen die Analyse der Struktur der Sektorbreiten. Als Schlussfolgerung aus den Ergebnissen konnte die Erkenntnis gewonnen werden, dass mit diesem Berechnungsverfahren die Vergrößerung der Fertigungstoleranzen für das Geberrad möglich sind und die Herstellungskosten diesbezüglich gesenkt werden können. Abschließend ist im Abschnitt 7.2 Ausblick auf ein weiteres Berechnungsverfahren hingewiesen, das als Referenzsignal den Winkelverlauf eines Zahnsegmentes des Geberrads über ein Polynom abbildet und das Potential besitzt die Genauigkeit der berechneten Sensorflankenwinkel weiter zu verbessern.
Es ist eine schnelle E/A-Baugruppe mit folgenden Eigenschaften zu entwerfen: - 48 Bit breiter Speicher mit 1024 Adressen - Zugriffszeit von Minimum 20ns - Soll- Istwert-Vergleicher auf 48 Bitbreite - Im Differenzfall Speicherung des Fehlers - Auswertezyklus von Minimum 20ns und Ablaufsteuerung von 50ns als kleinsten Taktschritt - eine programmierbare Mess-Schaltung, Mess-Schritte 20ns - ~20s - die Ablauf- und Auswertelogik ist in einem FPGA zu implementieren - Der Zugriff auf die E/A-Baugruppe vom Funktionsprüfsystem erfolgt über einen seriellen Bus Die Aufgabe umfasst die Entwicklung der benötigten Hardware einschließlich Recherche zu Preisen und Beschaffbarkeit der verwendeten Bauelemente. Der Stromlaufplan ist in OrCAD Capture zu zeichnen. Die Programmierung des Actel FPGAs erfolgt mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL in der Entwicklungsumgebung Libero IDE. Das Firmware-Design wird mit der Simulationssoftware ModelSim getestet.