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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.
Problemstellung:
Zur Einhaltung der Verordnung (EU)2019/1781 müssen gegenwärtige Einphasenmaschinen konstruktiv angepasst werden. Um die Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten, sind Anlaufprüfungen mit unterschiedlichen Belastungs- und Trägheitsmomenten nötig. Besonders von Bedeutung sind hier die Anlaufzeiten der Maschinen, Abschaltzeiten und Abschaltspannungen des Anlaufkondensators.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, darzustellen wie mit einfachen Mitteln ein Prüfstand für diese Aufgabe umgesetzt werden kann. Des Weiteren wird auf Besonderheiten und Probleme bei Prüfungen von Einphasenmaschinen eingegangen. Die Vorgehensweise der Anlaufprüfung wird exemplarisch an einem Modell vollzogen. Es erfolgt eine Auswertung der Messergebnisse und der Vergleich mit berechneten Werten. Abschließend wird noch eine Fehlerbetrachtung durchgeführt.
Die Messungen haben gezeigt, dass die hier betrachteten Maschinen alle vorgegebenen Parameter einhalten. Es wurden Kennlinien für maximale konstante Belastungsmomente und Trägheitsmomente im Anlauf erstellt. Zusätzlich wird eine Berechnungsmöglichkeit der Anlaufzeit aufgezeigt.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Modellierung eines hydraulischen Antriebs, der aus drei Hauptkomponenten besteht: dem Frequenzumrichter, dem Elektromotor und der Pumpe. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Modellbildung für Elektromotoren, insbesondere für Asynchron- und Synchronmotoren.
Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Möglichkeiten, ein Gebäude, in welchem Menschen mit körperlichen und / oder geistigen Einschränkungen betreut untergebracht sind, mit Hilfe eines Gebäudeautomationssystems energieeffizienter zu machen und den Wohnkomfort der Bewohner zu erhöhen.
Es soll verdeutlicht werden, dass sich die Verringerung des Energieverbrauchs und eine gleichzeitige Steigerung des Wohnkomforts nicht gegenseitig ausschließt, sondern beides mit Hilfe intelligenter Regelungen gleichzeitig umsetzbar 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.
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 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.
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 Diplomarbeit behandelt die Firmwareentwicklung für die Bluetooth-Anbindung eines Maschinenüberwachungssensors. Mittels Bluetooth werden die gemessenen Beschleunigungswerte zur Weiterverarbeitung übermittelt. Da der Maschinenüberwachungssensor batteriebetrieben ist, wird die Bluetooth Low Energy Spezifikation verwendet. Bei dem Mikrocontroller handelt es sich um einen Multi-Band Wireless System-On-Chip.
Im Rahmen der Diplomarbeit wird eine Komponentenarchitektur erstellt, um basierend darauf die Firmware zu entwickeln. Die zu implementierenden Hauptkomponenten bestehen aus dem Einlesen der Vibrationswerte, sowie dem Aufbau der Bluetooth-Kommunikation und dem Senden der gemessenen Werte. Erstellt, getestet und analysiert wird die Firmware auf einem Evaluation-Board. Abschließend erfolgt ein Funktionstest, bei welchem die Vibrationswerte an einen Master gesendet werden. Hierfür werden am Master, nach erfolgreichem Verbinden mit dem Evaluation-Board, die Daten empfangen und angezeigt.
Zur Volkswagen Sachsen GmbH gehört neben dem Fahrzeugwerk Zwickau, dem Motorenwerk Chemnitz und der Gläsernen Manufaktur Dresden auch der Sonderfahrzeugbau Sankt Egidien. Am Standort Sankt Egidien finden die Entwicklung und der Umbau von Sonderfahrzeugen der Volkswagen AG statt. Dazu zählen unter anderen Taxen, Kommandofahrzeuge der Feuerwehr, Fahrschul-, Polizei- und verdeckte Kriminalpolizeifahrzeuge.
Um die Entwicklung der verschiedensten Sonderfahrzeugumfänge zu gewährleisten, werden Erprobungsfahrzeuge aufgebaut. Ein Grundfahrzeug wird organisiert, teilweise zurück gebaut, elektrische Leitungen und elektronische Bauteile werden neu montiert. Nach dem Umbau findet eine ausgiebige Testung statt. Sinn und Zweck der Erprobung ist das Sicherstellen aller Funktionen und der Kompatibilität dieser Komponenten im Verbund mit dem Grundfahrzeug sowie das allumfängliche Testen neuerer Software. Elektronische Bussignale werden ausgewertet, Fehlerspeicher ausgelesen und dokumentiert. Nur bei einwandfreiem Betrieb werden Kundenfahrzeuge aufgebaut.
Ziel der Diplomarbeit ist es den Erprobungsprozess zu optimieren, indem ein „Konzept“ für eine kostengünstigere und „einfachere“ Testmöglichkeit für elektronische und elektrische Komponenten entsteht. Dafür soll die Bordnetzstruktur eines ID.3 Fahrzeuges in Form eines HIL aufgebaut werden. Dieser soll den Großteil der elektrischen Komponenten des Grundfahrzeuges, sowie eines verdeckten Polizeiwagens abbilden. Nach Inbetriebnahme des HIL müssen auftretende Ereignisspeichereinträge ausgelesen, analysiert und bestmöglich behoben werden. Zusätzlich soll eine Prüfmatrix erstellt werden, um das Erproben von Bauteilen und Softwareständen zu erleichtern. Es soll dem Anwender ermöglicht werden, strukturiert Bauteile am HIL zu testen und die Ergebnisse korrekt zu bewerten.
Zentraler Bestandteil der Diplomarbeit ist die Konzeptentwicklung zur Umrüstung eines Querverschiebewagens innerhalb eines Karosseriespeichers. Dabei soll das bisher verwendete Kommunikationssystem PROFIBUS durch den neueren Ethernet-Standard PROFINET ersetzt werden. Gleichermaßen ist es notwendig, eine neue Konzeption für die Datenübertragung zu ermitteln, da die verbaute Stromschiene nicht dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Unterstützung von Industrial Ethernet und eine sichere Kommunikation in Echtzeit sind notwendige Voraussetzungen, die es zu berücksichtigen gilt. Im Rahmen der Modernisierungsplanung werden die Vor- und Nachteile ausgewählter Möglichkeiten erörtert und anschließend ein Konzept inklusive Einbindung in die bestehende Anlage für das resultierende Ergebnis erstellt.
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.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein prognosebasiertes Dimensionierungsverfahren für Speichersysteme im Einsatzfall Lastspitzenkappung mit "Begrenzung der Jahreshöchstlast" entwickelt. Ausgehend von den theoretischen Überlegungen zum möglichen Ablauf der Dimensionierung, konnte das Verfahren erfolgreich in ein MS VBA Programm implementiert werden, welches dann die zur Speicherdimensionierung notwendigen Berechnungen vollständig automatisiert durchführt.
Dieses umfasst auch ein entwickeltes Näherungsverfahren zur Bestimmung des optimalen Speicherenergieinhaltes sowie die Erzeugung von verschiedenen Modifikationen eines vorliegenden Lastgangs. Dabei besteht noch Optimierungspotenzial hinsichtlich der Verarbeitungsgeschwindigkeit, da die Simulation von Jahreslastgängen mit einer hohen Anzahl an Lastgangvariationen mehrere Stunden bis Tage in Anspruch nehmen kann.
Für die Bewertung des Verfahrens und der erstellten Algorithmen erfolgte ein umfangreicher Test am Beispiel der Lastgangdaten einer realen Industrieanlage zur Fahrzeugproduktion. Dabei wurde ausschließlich die im Programm implementierte, häufig genutzte Variante der Lastspitzenkappung bei jährlicher Abrechnung betrachtet und die benötigten Simulationsparameter aus aktuellen Großprojekten, Stromtarifen und der Literatur recherchiert.
Die weiteren Möglichkeiten zur Reduzierung der Netzentgelte sind noch nicht im Programm enthalten, können jedoch aufgrund der im Rahmen der Arbeit geschaffenen Programmstruktur einfach eingebunden werden.
Das Thema der Diplomarbeit ist die Untersuchung auf Realisierbarkeit, inwiefern sich ein Elektrodenkessel zur alternativen Wärmeerzeugung neben den aktuellen Wärmeerzeugern Gasheizhaus und Blockheizkraftwerk in das bestehende Versorgungsnetz eines Fahrzeugwerkes integrieren lässt, um diese mit verminderter Last und damit mit geringerem Erdgaseinsatz betreiben zu können.
Der Klimawandel und damit einhergehend der CO2-Ausstoß ist in aller Munde und vor allem die Schwer- sowie Automobilindustrie haben auf diese Emissionen einen erheblichen Einfluss. Weiterhin ist seit Beginn des Jahres 2022 die Energieversorgung Europas immer volatiler geworden, sodass nach Alternativen zur konventionellen Erdgasverbrennung gesucht wurde und folglich ein Konzept erarbeitet werden soll, wie man den herkömmlichen Erdgaseinsatz substituieren oder zumindest minimieren kann, indem man die Wärmeversorgung eines Fahrzeugwerkes umstellt und auf eine geeignete Power-to-Heat Lösung als Alternative setzt.
Dazu sollen zuerst Grundlagen gelegt und ein Überblick über die vorhandene Elektroenergie- und Wärmeenergieinfrastruktur geschaffen werden. Im Anschluss erfolgt eine Prüfung des Umspannwerkes und der untergeordneten Schaltanlagen sowie eine Betrachtung der werkseigenen Wärmeenergieerzeugungsanlagen. Anhand dieser Vorbetrachtungen soll dann schließlich die Integration einer geeigneten Power-to-Heat-Lösung überprüft und ein Grobkonzept erstellt werden, welches in weiteren Planungsschritten detailliert wird, was jedoch nicht mehr Bestandteil dieser Arbeit darstellen soll.