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Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die Machbarkeit der Anwendung resistiver Sensoren auf textilen Materialien zur Messung des Auflagedrucks auf kompressiblen Untergründen. Die Recherche hat gezeigt, dass es bereits Anwendungen im medizinischen und
weiteren Sektoren, wie zum Beispiel im Sport, gibt. Die Arbeit konzentriert sich auf die Möglichkeit der direkten Herstellung von Sensoren auf Textilien.
Zwei Herstellungsverfahren für leitfähige Strukturen auf textilen Substraten werden untersucht. Die verwendeten Verfahren zur Herstellung leitf¨ahiger Strukturen auf Textilien umfassen das Pulverdruckverfahren und die Stickerei. Die Stickerei ermöglicht die Platzierung von leitfähigen Fäden bzw. Kabeln auf Textilien, während der Pulverdruck mit funktionalen Pulvern leitfähige Strukturen auf Textilien erzeugt.
Obwohl es bereits eine Vielzahl von Messsystemen für die Erfassung des Auflagedrucks gibt, zielt diese Arbeit darauf ab, Sensoren auf einem textilen Substrat speziell für den Einsatz in einer Auflagedruck-Messmatte im Reitsport zu entwickeln.
Die experimentelle Untersuchung umfasst Zugversuche und Druckbelastungstests. Zunächst werden Zugversuche durchgeführt, um die Dehnungseigenschaften der Textilien zu bestimmen, sowie die Änderung des elektrischen Widerstandes von aufgebrachten Pulverstrukturen bei Dehnung. Darüber hinaus werden zyklische Zugversuche durchgeführt, um die Stabilität der aufgetragenen leitfähigen Strukturen zu überprüfen. Mithilfe dieser Informationen wurde ein Trägermaterial aus mehreren textilen Substraten für weitere Versuche gewählt.
Des Weiteren wird die Änderung des elektrischen Widerstands von aufgebrachten Stick- und Pulverstrukturen während zyklischen Druckbelastungstests auf kompressiblen Untergrund untersucht und verglichen.
Die Ergebnisse der Druckbelastungstests deuten darauf hin, dass die Stick- und Pulverstrukturen eine Veränderung des elektrischen Widerstands während zyklischer Druckbelastung aufweisen. Es wurde beobachtet, dass der elektrische Widerstand während der Belastung
der Pulverstrukturen abnimmt und nach der Entlastung ansteigt. Die gestickten Strukturen weisen gegenteiliges Verhalten auf. Dies eröffnet interessante Möglichkeiten für die Entwicklung von textilen Sensorlösungen zur Erfassung von Auflagedruck auf kompressiblen Untergründen.
Die Bachelorarbeit zeigt die Komplexität und Herausforderungen bei der Entwicklung von resistiven Sensoren auf textilen Materialien für medizinische und sportliche Anwendungen.
Die Automobilproduktion ist ein sehr komplexer und umfangreicher Prozess mit vielen Einflussfaktoren. Das verdeutlicht diese Ausarbeitung anhand der Lackiererei der Volkswagen Sachsen GmbH in Zwickau sowie der Integration des Multifunktionsspeichers in den Produktionsprozess. In dieser Diplomarbeit liegt der Fokus auf der Analyse der Engpässe der Lackiererei und der Anforderungen für eine Stückzahlerhöhung der Produktion auf 1600 Fahrzeugen pro Tag über eine Wochenendfahrweise. Diese Untersuchungen des IST-Standes, des SOLL-Standes sowie die Einbindung der Erfahrungen der Mitarbeiter in den einzelnen Bereichen, bildeten die realitätsnahe Grundlage für die Festlegung der Lagerverwaltung in der Halle 3a sowie für Optimierungsmaßnahmen in der Fördertechnik.
Diese Diplomarbeit stellt die Voraussetzung für eine Festlegung der Platzreservierungen im Hochregallager konzeptionell und technisch bereit. Darüber hinaus wird die Fördertechnik in der Anbindung des Multifunktionsspeichers optimiert. Diese Umbaumaßnahmen erfolgen in den Ein- und Auslagerprozessen von KTL-Karosserien.
In der Diplomarbeit wird die Hardwareentwicklung eines Slavemoduls als ein Bestandteil eines Batterie-Management-Systems behandelt. Das BMS soll zukünftig in Energiespeichern aus Second-Life Lithium-Ionen Batteriemodulen eingesetzt werden. Dabei werden in der Arbeit die Konzeption, die Bauteilauswahl, die Schaltungsentwicklung und die Evaluation der Hardware behandelt.
Zur Herstellung von Mikro- und Submikrostrukturen werden im lithografischen Prozess fotosensitive Polymerlacke verwendet. Im i-line-Bereich wird mit einer Belichtungswellenlänge von 365 nm gearbeitet, wofür typische Lacke auf der Basis von Novolak mit Dicken zwischen 1 und 6 µm zum Einsatz kommen. Ein wesentlicher Anspruch an diese Fotolacke ist deren sehr gute Haftung auf unterschiedlichen Substraten, wie beispielsweise thermische- oder CVD-Oxide auch während sich anschließender Prozesse, wie der Implantation. Bei Dicken von ca. 5-6 µm können diese Lacke Probleme im Haftungsverhalten zeigen, was zur Delamination von strukturierten Lackgebieten führen kann.
Gegenstand der Arbeit ist es, das mechanische Verhalten von klassischem Novolak-Lack mit einem chemisch verstärkten i-line-Lack bei Infineon in Dresden zu vergleichen. Dafür wurde zuerst eine Fotomaske mit unterschiedlichen Teststrukturen entworfen. Danach wurden die unterschiedlichen Geometrien dieser Testmaske in Kombination mit unterschiedlichen Untergründen mit Hilfe von Defektdichteuntersuchungen hinsichtlich ihrer Haftung bewertet. Dann am Ende wurden die mechanischen und viskoelastischen Materialeigenschaften der Polymere nach der Implantation untersucht.
Mit der Unterzeichnung des Pariser Klimaschutzübereinkommens im Jahr 2016 haben sich Deutschland sowie die Europäische Union dazu verpflichtet, Anstrengungen zu unternehmen, die Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur zu begrenzen. Ein wichtiger Faktor ist dabei die Emission von Treibhausgasen, von denen in der Bundesrepublik Deutschland ein großer Teil bei der Deckung des Energiebedarfs von Gebäuden erzeugt wird. Steigende Energiepreise sind ein weiterer Grund, um eine Optimierungsbetrachtung im Energieverbrauch von Gebäuden durchzuführen. Untersuchungen aus der Forschung schätzen die Einsparmöglichkeiten durch optimierte Regelverfahren in der Heizungstechnik als signifikant ein. Hierzu bieten sich die mittlerweile weit verbreiteten Gebäudeautomationssysteme an.
Die vorliegende Arbeit hat das Ziel der Untersuchung alternativer Ansätze der bedarfsgerechten Regelung versorgungstechnischer Anlagen in der Gebäudetechnik, mit Schwerpunkt auf der automatischen Ermittlung des Wärmebedarfs in der gewerblichen Heizungstechnik durch bereits im Objekt eingesetzte Sensorik.
Hierfür wurden nach einer Recherche zu alternativen Regelkonzepten in der Fachliteratur die weiter zu untersuchenden Regelansätze in einem methodisch durchgeführten Vergleich ausgewählt. Regelungsansätze mit der grundlegenden Funktionsweise der Berücksichtigung der Spreizung von Vor- und Rücklauftemperatur haben sich dabei als vielversprechend herausgestellt.
Die weitere Untersuchung erfolgte anhand eines Simulationsmodells. Dieses wurde auf der Grundlage eines real geplanten und errichteten Gebäudes gebildet. Dabei kamen die Programme MATLAB und Simulink sowie die Bibliothek Simscape zum Einsatz. Auf Basis der zu betrachtenden Regelungsansätze wurden Regelungen entworfen und in das Modell integriert.
In der Gesamtbetrachtung zeigte sich, dass bei Anwendung der entwickelten Regelungen, im Vergleich zu konventionellen Regelungsmethoden in der Heizungstechnik, eine Optimierung im Betriebsverhalten möglich ist.
Weitere Ansätze zur technischen Realisierung sowie einer Ausweitung der Thematik auf kühlungstechnische Anlagen scheinen sinnvoll.
Untersuchung einer transformatorbasierten elektrischen Last für die Erprobung von Wechselrichtern
(2023)
Die Erprobung von Einzelkomponenten erfordert eine umfassende Reihe an Prüfungen. Nicht selten bedeutet die Prüfung eines neuen Prototyps, dass vorhandene Prüfstände angepasst werden müssen, um dem Lastenheft der Auftraggeber zu entsprechen. Diese Anpassungen zielen darauf, das Prüfobjekt unter gleichzeitiger Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte auch in seinen Grenzbereichen zu belasten. Aktuell werden entweder Prüfstandssysteme eingesetzt, welche sich durch niedrige Kosten auszeichnen, aber eine geringe elektrische Leistung im Vergleich zur Nennleistung des Prüflings besitzen oder Testsysteme, welche die elektrischen Parameter des Prüflings ausreizen, aber deutlich kostenintensiver und somit für Langzeittests ungeeignet sind.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung eines transformatorbasierten Lastsystems zur Erprobung von Wechselrichtern. Dabei gilt es zu analysieren, wie sich ein Wechselrichter im Betrieb mit einem Transformator verhält und unter welchen Bedingungen und mit welchen Einschränkungen eine Belastung im Nennleistungsbereich realisierbar ist.
Die Entwicklungen im Bereich der Elektromobilität hat in den letzten Jahren zu einem rasanten Anstieg an Elektrofahrzeugen auf den Straßen geführt. Im Zuge dieser Entwicklung rückt die Frage nach einer ökologisch und wirtschaftlich sinnvollen Weiternutzung der Fahrzeugbatterien immer weiter in den Fokus.
Bei der Fahrzeugentwicklung Sachsen GmbH werden die Second-Life-Batterien unter anderem in mobilen Energiespeichern, sowie in hauseigenen Prototypenfahrzeugen verbaut. Hierfür wurde ein BMS entwickelt, welches sich durch eine hohe Modularität und Flexibilität in der Verschaltung mit den Slaves auszeichnen. In dieser Arbeit ist die Konzeption, Entwicklung und Inbetriebnahme der dazugehörigen Master-Grundplatine beschrieben, die zur Überwachung, Steuerung und Diagnose der Batteriemodule dient.
Im Rahmen eines Funktionsmusteraufbaus wurde eine rückspeisefähige Energieversorgung für einen Motor entwickelt (1ph, 110-230V).
Für eine präzise Regelung und anschließende Evaluierung ist eine Mikrocontroller-Implementierung der Mess- und Regelstrategien notwendig.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde hierfür die Steuersoftware für die Speisung und Rückspeisung eines 400V-Zwischenkreises in Bezug auf das Netz (1ph, 230V), sowie geeignete Hardware zur Erfassung der Mess- und Regelgrößen prototypisch entwickelt und deren Effizienz erprobt.
Mit der Diplomarbeit wurde ein Versuchsstand zur Ansteuerung eines Drehstromverbrauchers mittels dSPACE-System ausgebaut und in Betrieb genommen.
Dafür mussten Simulationen von Steuerverfahren für Wechselrichter im Software-Modul MATLAB/Simulink entwickelt werden, welche anschließend auf auf das DS1103 PPC Controller Board programmiert wurden. Mit Hilfe der Experimentier- und Visualisierungssoftware ControlDesk wurden Bedien- und Messoberflächen für verschiedene Steuerverfahren erstellt. Darüber hinaus wurde eine Versuchsanleitung mit einem Musterprotokoll gestaltet.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine EMS-Konfiguration in Bezug auf die verwendete Batterietechnologie, für den Einsatz in stationären Batteriespeichern, entwickelt. Das Ziel dabei war es, eine variable EMS-Konfiguration umzusetzen, welche die Einstellungen aller relevanten System- und Betriebsparameter mit minimalem, wiederkehrenden Programmieraufwand zulässt. Hierfür wurden zunächst Anforderungen an die Funktionalität der Konfiguration und an die Hardware, auf die diese integriert wurde, aufgestellt. Anhand der Hardwareanforderungen wurden anschließend acht Systeme ausgewählt und gegenübergestellt. Die Bewertung dieser Systeme erfolgte nach einem Punktesystem. Als Ergebnis der Gegenüberstellung ergab sich, dass die Systeme in den Kategorien wie z.B. „Architektur und Betriebssystem“ oder „Speicher“ geringe oder gar keine Unterschiede aufweisen. Größere Unterschiede hingegen gab es in der Kategorie „Schnittstellen“, da alle acht Lösungsvarianten unterschiedliche Konfigurationen besaßen. Nach der Bewertung der acht Systeme erfolgte eine Auswertung. In dieser wurden die Lösungsvarianten verglichen und anhand der vergebenen Punkte die Zielhardware ausgewählt. Als Ergebnis und somit Zielhardware auf die die EMS-Konfiguration integriert werden soll, wurde der IPC „DA-1100“ ausgewählt.
Die Entwicklung der EMS-Konfiguration umfasste neben der softwareseitigen Integration der Komponenten auch die Entwicklung und Optimierung neuer und bestehender Controller. Hierfür wurde in OpenEMS der Controller „FixActivePower“ so optimiert, dass dieser in drei verschiedenen Modi die Batterie laden und entladen kann. Für die Diagnose von Fehlern wurde mit dem neu entwickelten Controller „errorcollection“ eine Möglichkeit geschaffen, Fehler während des Betriebes zu erkennen und zu protokollieren. Mittels des Controllers „SymmetricPeakShaving“ wird das Peak-Shaving am Netz angewendet. Dieser wurde so optimiert, dass die Netzleistung permanent verstätigt wird und die Ladeleistung nicht größer als die Leistungsgrenze eingestellt werden kann.
Insgesamt wurden zwei von zwei Anforderungen und drei von fünf Wünschen an die EMS-Konfiguration erfüllt. Somit wurden lediglich zwei der Wünsche nicht umgesetzt.
Zusammengefasst steht die EMS-Konfiguration für die Anwendung des Peak-Shaving am Netz zur Verfügung. Außerdem kann über diese die Batterie beliebig geladen bzw. entladen werden.
Bisherige Spritzgießwerkzeuge werden in der Regel passiv bzw. indirekt geheizt. Mit dem Einsatz einer SiSiC-Keramik als Werkzeugeinsatz, eröffnet sich auf Grund dessen thermischer sowie elektrischer Eigenschaften eine neuartige aktive Heizmethode mit elektrischer Energie. Für die kurzzeitige, impulsive Bereitstellung des elektrischen Stroms kommen hierbei Superkondensator-Module zum Einsatz.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss verschiedener Versuchsparameter und Randbedingungen auf die Erwärmung des Aktivteils sowohl theoretisch als auch praktisch zu untersuchen. Zu diesem Zwecke wird allem voran eine Versuchsumgebung / Testfeld für verschiedene Probekörper unterschiedlicher Geometrien und Oberflächenbearbeitung entworfen und implementiert. Anhand dieser Laborversuche werden verschiedene Kontaktierungsmöglichkeiten untersucht und beurteilt.
Mit den Ergebnissen der anschließenden FEM-Analysen wurden Design-Regeln zur Erhöhung der Wirksamkeit der aktiven Heizmethode erarbeitet. Die erarbeiteten Verbesserungen der Kontaktierung zwischen Kupfer und Keramik wurden in einem Feldversuch an einer Spritzgießmaschine erfolgreich getestet. Den Abschluss bildet die Vorstellung verschiedener Entwürfe für ein neues Aktivteil, welche die aus der Simulation entstandenen Design-Regeln berücksichtigen und die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses steigern sollen.
Bevor neue Systeme in Fahrzeugen eingesetzt werden können, müssen diese bestimmte Richtlinien wie festgelegte Konzernnormen von OEMs und vorgeschrieben Prüfungen bestehen. Eine davon ist die HV-Spannungsversatzprüfung.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von einer kompakten Prüfeinrichtung, um diese Tests durchführen zu können. Dabei wird auf die Schaltungsentwicklung mit Bestimmung der notwendigen Parameter, Auslegung und Auswahl der verwendeten Bauelemente, auf das Wärmemanagement sowie auf die Inbetriebnahme der Prüfeinrichtung eingegangen. Zum Schluss werden noch Verbesserungs- und Optimierungsvorschläge für die entwickelte Platine dargelegt.
Mit steigender Anzahl an batterie- und akkubetriebenen Geräten fordern Konsumenten sowie Regulatoren in Hinsicht auf Ökologie, Ressourcenschonung aber auch Ökonomie, immer umweltfreundlichere Produkte. Den Herstellern ist es dabei schon möglich, besonders langlebige Komponenten zu entwickeln. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die entsprechende Lebensdauer eines Akkus / der Batterie schwierig realisierbar ist. Momentan entscheidet hauptsächlich die Zellchemie und der physikalische Aufbau der Elektroden über die Anzahl der möglichen dynamischen Belastungen der Zelle, bevor diese als nicht mehr sinnvoll einsetzbar gilt. Neuere Erfahrungen zeigen, dass moderne Doppelschichtkondensatoren (EDLC) dynamischen Belastungen standhalten, jedoch als vollständiger Batterieersatz für viele Anwendungsbereiche ungeeignet sind. Volumen und Kosten steigen mit dem Energieinhalt des Speichers um ein Vielfaches gegenüber dem von Akkumulatoren / Batterien. Mit einer geeigneten Elektronik und einem auf die Belastung abgestimmten Powermanagements ist es möglich, einen hybriden Speicher aufzubauen und damit die Vorteile beider Zelltypen zu vereinen.
Bisherige Systemlösungen haben momentan den Nachteil, dass bei steigender Lastspannung die Ausnutzung der gespeicherten Energie im EDLC und vor Allem die Kosten/Nutzen-Faktoren noch optimiert werden müssen. In dieser Arbeit wird ein zum Funktionsnachweis vorliegender Prototyp einer bisher noch nicht angewendeten Topologie eines gestapelten Wandlers inbetriebgenommen, getestet, verbessert und durch ein geeignetes Power Management erweitert. Weiterhin wird das System an real auftretenden Lastprofilen eines Pedelecs getestet.
Mit der Arbeit Entwurf einer Software zur Auswertung und Meldung kritischer Geräteparameter bei Funkrauchwarnmeldern konnte in der Analysephase gezeigt werden, dass Potential und Bedarf für eine automatisierte Wartung von Rauchwarnmeldern bestehen.
Durch die Einschätzung der juristischen Situation und der geplanten Veränderungen an der sächsischen Bauordnung wurde die Notwendigkeit zur automatisierten Wartung konkretisiert, wenn mit dem vorhandenen Personal der Unternehmen eine höhere Quantität erreicht werden sollen.
Durch Entwurf und Umsetzung wurde ermittelt, dass eine Fernwartung von Rauchwarnmeldern mit eigener Infrastruktur auch für kleine und mittlere Unternehmen offensteht. Diese ist durch den Entwurf im .NET Framework nicht nur plattformübergreifend, sondern kann durch die geräteunabhängige Auslegung auch entkoppelt von der Plattform eines Herstellers genutzt werden. Durch die Messungen und Tests konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass die benötigte Menge an Auswertungen innerhalb der gegebenen Zeitspanne eines Tages erfolgen kann und sogar weit übertroffen wurde.
Dynamische Differenzkalorimeter gehören zu den am weit verbreitetsten Messgeräten in der Thermoanalyse. Aufgrund ihrer einfachen Handhabung und einer Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten sind sie ein wichtiger Bestandteil der Forschung und Industrie. Zu Beginn wurde eine ausgiebige Literaturrecherche zu den wichtigsten thermodynamischen und gerätespezifischen Grundlagen der Dynamischen Differenzkalorimetrie durchgeführt. Ziel war es, die Kontinuität und das Betriebsverhalten des Prototyps zu verbessern. Durch das einzigartige Konzept einer dualen Messsystematik mussten die Einflüsse individuell berücksichtigt und untersucht werden. Des Weiteren wurden die Optimierungen anhand von Benchmarks validiert und eingeordnet.