TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42215 ER - TY - THES A1 - Grönke, Martin T1 - Synthesis and characterization of layered transition metal trihalides MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) and CrX₃ (X = Cl, Br, I) T1 - Synthese und Charakterisierung von Übergangsmetalltrihalogeniden MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) und CrX₃ (X = Cl, Br, I) N2 - The investigation of novel structure-to-property relations of many transition metal trihalides MX₃ by downscaling to promising monolayer is still pending. However, the production of two-dimensional MX₃ sheets that are both high crystalline and thin is an experimental challenge. This thesis is focused on the rational synthesis planning and the derived targeted preparation of thin MX₃ nanosheets (≤ 100 nm) on suitable substrates by chemical vapor transport (CVT) as well as their characterization by complementary analytical methods. CVT of nanosheets directly on substrates benefits of low timescales, less material consumption and only few structural distortions. For the determination of optimal growth conditions, the CVT processes of investigated compounds were initially simulated by using the Calphad method (program package TRAGMIN). Thus, the occurring transport efficient gas species and temperature dependent, dominating vapor transport equilibria were calculated to optimize the growth process in a direct and straightforward way. Based on prior simulation results single crystalline sheets of MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) and CrX₃ (X = I, Br, Cl) were successfully prepared at temperatures between 573 – 1023 K on YSZ (yttrium stabilized zirconia) or sapphire substrates. The adjustable CVT parameters (transport duration, temperatures or weighed starting material) were optimized with respect to the targeted synthesis of either bulk or nanosheets at substrates. Microsheets with thicknesses of less than 4 μm (α-TiCl₃) and about 20 nm thin nanosheets (α-RuCl₃, CrCl₃ and CrI₃) down to ultrathin flakes (≈ 3 nm, α-MoCl₃ and CrBr₃) were obtained by CVT. As a highlight, monolayers of α-RuCl₃ and CrCl₃ were isolated successfully by means of a subsequent delamination. The MX₃ sheets morphology and dimension was described by optical and electron microscopy, highlighting their two-dimensional nature. By several X-ray spectroscopy and diffraction techniques the desired composition (M:X = 1:3), high crystallinity and phase-purity of thick and thin MX₃ platelets was confirmed subsequently. With respect to MX₃ nanosheets a slight increase (α-RuCl₃, α-MoCl₃ and CrBr₃) or decrease (CrCl₃) in phonon energies was observed in comparison to their bulk counterparts. The magnetic properties of CrCl₃ micro- and nanosheets were determined to be solely ferromagnetic and thus different than those of the bulk samples. Finally, the structure-to-property relations were investigated at a first example. The catalytic properties of α-TiCl₃ microsheets were investigated by gas-phase polymerization of ethylene. By downscaling the catalysts thickness by CVT, we obtained an activity improvement of 24 % in comparison to bulk α-TiCl₃. N2 - Die Untersuchung von neuartigen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen durch Miniaturisierung bis hin zu Monolagen steht für viele Übergangsmetalltrihalogenide MX₃ noch aus. Zudem ist die Herstellung der für diese Untersuchungen notwendigen zweidimensionalen Schichten, die gleichzeitig hochkristallin und dünn sind, eine experimentelle Herausforderung. Diese Dissertation beschreibt die rationale Syntheseplanung und die daraus abgeleitete gezielte Darstellung von dünnen MX₃ Nanoschichten (≤ 100 nm) auf geeigneten Substraten mittels chemischem Gasphasentransport (chemical vapor transport, CVT) sowie deren umfassende Charakterisierung mittels komplementärer analytischer Methoden. Das Wachstum von Nanoschichten auf einem Substrat mittels CVT zeichnet sich durch niedrige Zeitskalen, einen geringen Materialverbrauch bei gleichzeitig hoher Qualität der abgeschiedenen Kristalle aus. Für die Bestimmung der optimalen Wachstumsbedingungen wurde der CVT Prozess aller untersuchen Verbindungen zunächst unter Anwendung der Calphad-Methode (Programmpaket TRAGMIN) modelliert. Dadurch konnten die jeweiligen transportwirksamen Gasspezies und die temperaturabhängigen, dominierenden Transportgleichgewichte bestimmt und die Synthesebedingungen optimiert werden. Basierend auf diesen Simulationsergebnissen wurden einkristalline Schichten von Verbindungen MCl₃ (M = Ru, Mo, Ti, Cr) und CrX₃ (X = Cl, Br, I) in Temperaturbereichen zwischen 573-1023 K auf YSZ- (Yttrium stabilisiertes Zirkondioxid) oder Saphir-Substraten abgeschieden. Im Anschluss wurden die CVT Parameter (Transportzeit, Temperaturen oder Einwaage) zur gezielten Abscheidung von entweder Bulk-Material oder Nanoschichten optimiert. Es wurden sowohl Mikroschichten mit Schichtendicken um 4 µm (TiCl₃), um 20 nm dünne Nanoschichten (RuCl₃, CrCl₃ und CrI₃) als auch ultradünne Schichten um 3 nm (MoCl₃ und CrBr₃) erhalten. Ein weiteres Highlight der Arbeit ist die erfolgreiche Isolierung von RuCl₃ und CrCl₃ Monolagen mittels nachgeschalteter Delamination. Die Morphologie und Dimensionen der Schichten wurden mittels optischer- und Elektronenmikroskopie bestimmt. Durch Röntgenspektroskopie und Beugungsmethoden konnte die gewünschte Zusammensetzung (M:X = 1:3) sowie eine hohe Kristallinität und Phasenreinheit der Bulk-Materialien und dünnen Schichten bestätigt werden. Dünne MX₃ Schichten unterschieden sich durch eine Verschiebung von Photonen-Energie zu höheren (RuCl₃, MoCl₃, CrBr₃) oder niedrigeren Werten (CrCl₃) im Vergleich zum Bulk-Material. Die magnetischen Eigenschaften von CrCl₃ Mikroschichten zeigten ausschließlich ferromagnetische Ordnungszustände, im Gegensatz zu anti-ferromagnetischem Bulk-CrCl₃. Die katalytischen Eigenschaften von TiCl₃ Mikroschichten wurden anhand von Polymerisationsreaktionen von Ethylen bestimmt. Für die TiCl₃ Dünnschichten wurde ein Anstieg der Aktivität von 24 %, im Vergleich zum Bulk-Material, beobachtet. KW - Crystal KW - Thermodynamic KW - Vapor phase KW - Synthesis KW - Simulation KW - Kristall KW - Thermodynamik KW - Gasphase KW - Synthese KW - Simulation KW - Syntheseplanung KW - Übergangsmetallverbindungen KW - Metallhalogenide KW - Rutheniumhalogenide KW - Molybdänhalogenide KW - Gasphasenreaktion Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52828 ER - TY - THES A1 - Blasl, Martin T1 - Elektrooptisch induzierte Wellenleiter in paranematischen Flüssigkristallen T1 - Electro-optically induced waveguides in paranematic liquid crystals N2 - In dieser Arbeit wird die Entwicklung einer neuartigen fasergekoppelten Wellenleiterweiche beschrieben, womit erstmals das Anwendungspotential elektrooptisch induzierter Wellenleiter für komplexe faseroptische Anwendungen aufgezeigt wird. Die entwickelte Wellenleiterweiche kann das Licht einer Glasfaser auf zwei Glasfasern sowohl wechselseitig schalten als auch mit steuerbarem Leistungsverhältnis aufteilen. Hierzu wird das Prinzip elektrooptisch induzierter Wellenleiter genutzt. Bei diesem Prinzip entsteht in einer aus elektrooptischem Material bestehenden Schicht durch die lokale Brechzahländerung infolge eines elektrischen Feldes oberhalb einer Elektrode ein reversibler Wellenleiter. In den mittels Halbleitertechnologien gefertigten Wellenleiterstrukturen dient das flüssigkristalline Nematogen 5CB als elektrooptisches Material. Hierbei besitzt dessen paranematische Phase eine hohe Transmission über einen breiten Wellenlängenbereich, einen ausgeprägten elektrooptischen Kerr-Effekt und eine Relaxationszeitkonstante kleiner einer Mikrosekunde. Neben dem Kerr-Effekt treten in paranematischen Flüssigkristallen elektrooptische Effekte höherer Ordnung und ein für die Anwendung kritischer feldinduzierter nematisch-paranematischer Phasenübergang auf. In diesem Zusammenhang wird die Eignung paranematischer Flüssigkristalle hinsichtlich der Verwendung in elektrooptisch induzierten Wellenleitern mittels des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Dünnschichtrefraktometers untersucht. N2 - The objective of this thesis is to develop a novel fibre coupled waveguide switch, whereby the potential of electro-optically induced waveguides for complex fibre-optic applications is demonstrated for the first time. The developed waveguide switch allows the switching of light from an optical input fibre to one of two optical output fibres, as well as variable power splitting. For this, the working principle of electro-optically induced waveguides is applied. In a layer made of an electro-optical material, the electrical field above an electrode causes an optical waveguide due to the locally increased refractive index. In the waveguide structures fabricated by means of semiconductor technologies, the nematogenic liquid crystal 5CB is used as electro-optic material, which provides a good transmission over a broad wavelength range, a huge electro-optical Kerr-effect and a response time below one microsecond. In addition to the electro-optical Kerr-effect in paranematic liquid crystals, higher-order electro-optical effects occur as well as the nematic-paranematic phase transition, which is critical for the application in the electro-optically induced waveguides. In this context, the applicability of paranematic liquid crystals is investigated by means of a thin film refractometer developed within the presented work. KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Paranematisch KW - Wellenleiter KW - Halbleitertechnologie KW - Electrooptics KW - Liquid crystal KW - Paranematic KW - Waveguide KW - Semiconductor technology KW - Elektrooptik KW - Flüssigkristall KW - Halbleitertechnologie KW - Lichtwellenleiter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40845 ER - TY - THES A1 - Stegler, Martin T1 - Studies on the influence of mechanical stress on the properties of silicon sensor modules for the ATLAS Phase-II Upgrade T1 - Untersuchung des Einfluss von mechanischem Stress auf die Eigenschaften von Siliziumsensormodulen für das ATLAS Phase-II Upgrade N2 - The subject of this thesis is the development and test of silicon strip detectors for the high luminosity upgrade of the tracking detector of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. Special emphasis is devoted to the understanding of the impact of mechanical stress on the electrical properties and the particle detection performance of detector modules. First simulations were done to estimate the maximum expected stress on a sensor when operated at -30 °C within the future silicon strip tracking detector ITk, at ATLAS. The maximum stress in a worst case scenario is expected to be 27 MPa. Tensile strength tests were done to estimate the maximum stress which can be applied to a silicon strip sensor. Silicon shards, with a thickness and dopand concentration corresponding to the ITk sensor specifications break at >23 MPa, wafers at >700 MPa and sensors at ~ 400 MPa. The huge variations lead to the assumption, that the tensile stregth, which is highly dependent on the quality of the crystal lattice, is due to different cutting technology. Wafers, irradiated with a fluence equivalent of a lifetime dose of an ITk sensor, show no stress dependency of the youngs modulus. The tensile strength of irradiated wafers is decreased by ~ 6,6 %. No damage on silicon sensors from mechanical stress is expected for sensor modules installed it the ITk. The electrical properties of silicon strip sensors were studied for applied mechanical stress on ATLAS07 sensors up to 60 MPa. The specifications of the sensors are similar to the specification of strip sensors in the future silicon strip tracker barrel region of the ATLAS detector. The leakage current changes at 50 MPa by -1.7 %, the bias resistance by +0.8 % and the interstrip resistance by -25 %. The depletion voltage and the implant resistance are not affected by mechanical stress. Except for the interstrip resistance the results can be explained by piezoresistive effects. Silicon strip modules were build and studied in particle test beams. These modules consists of an ATLAS07 or an ATLAS12 sensor and an analogue readout to study the influence of stress on the module performance. The sensor module noise is independent from the applied stress. An effect of stress on the signal strength was seen. The ATLAS07 sensor module signal strength was decreased and the ATLAS12 sensor module signal strength was increased with a slope of ~0,6 MPa^-1. The average cluster size of the ATLAS07 sensor module was increased by 0,25 % MPa^-1 and the average cluster size of the ATLAS12 sensor module was decreased by 0,06 % MPa^-1 with applied stress. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden Silizium Streifen Module für das Luminositäts Upgrade des ATLAS Spurdetektor am Large Hadron Collider LHC untersucht. Schwerpunkt ist die Auswirkung von mechanischer Spannung auf die Eigenschaften des Silizium Sensors und die Modulleistung. Dazu wurde zuerst die maximale Verspannung eines Silizium Sensors unter Betriebsbedingungen bei -30 °C am zukünftigen Silizium Streifen Spurdetektor ITk, am ATLAS, simuliert. Die zu erwartende mechanische Belastung beträgt 27 MPa. Im Anschluss wurde die maximale mechanische Verspannung von Silizium Scherben, Wafern und Sensoren bestimmt. Siliziumscherben mit einer Dicke und Dotierung, welcher der Spezifikation der ITk Sensoren entspricht brechen bereits bei 23 MPa. Wafer derselben Dicke und Dotierung brechen bei >700 MPa und Sensoren bei ~ 400 MPa. Ein signifikanter Unterschied der untersuchten Strukturen, welcher die unterschiedlichen Resultate erklären kann, ist die Kantenbeschaffenheit. Bestrahlte Wafer wurden untersucht um die mechanische Stabilität bei einer Strahlenbelastung nach 10 Jahren HL-LHC Betrieb abzuschätzen. Es wurde keine Veränderung des Elastizitätsmoduls gemessen, die maximale Spannung wurde jedoch um ~ 6,6 % gesenkt. Es wird kein Schaden durch die mechanische Belastung aufgrund des Kühlens des Sensormoduls erwartet. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften von ATLAS07 Sensoren untersucht. Die Spezifikationen dieser Sensoren gleichen denen von Sensoren welche am ITk verbaut werden. Es wurden mechanische Spannungen bis zu 60 MPa untersucht. Bei einer mechanischen Spannung von 50 MPa wurde eine Änderung des Leckstromes um -1.7 %, des Bias Widerstandes um +0.8 % und des Zwischenstreifenwiderstandes um -25 % gemessen. Die Verarmungsspannung und der Widerstand des Implantats ändern sich nicht. Die Ergebnisse können mit Ausnahme des Zwischenstreifenwiderstandes durch Piezoresistivität erklärt werden. Abschließend wurden Modulprototypen mit variabler Sensorverspannung, bestehend aus ATLAS07 Sensoren und ATLAS12 Sensoren mit einer analogen Auslese, hergestellt und im Teilchenstrahl studiert. Damit konnten spannungsabhängige Einflüsse auf die Sensorparameter untersucht werden. Es wurde keine Abhängigkeit von der mechanische Spannung für das Rauschen festgestellt. Die Signalstärke hingegen zeigte eine Abhängigkeit von der mechanischen Verspannung des Sensors. Diese Abhängigkeit fiel unterschiedlich für das ATLAS07 Sensormodul und das ATLAS12 Sensor Modul aus. Das ATLAS07 Sensor Module zeigte einen Anstieg der Signalstärke um ~0,6 MPa^-1, das ATLAS12 Sensor Modul ein Abfallen der Signalstärke um ~0,6 MPa^-1. Die durchnschnittliche Breite des Ladungsclusters nahm für das ATLAS07 Sensor Modul um 0,25 % MPa^-1 zu und für das ATLAS12 Sensor Modul um 0,06 % MPa^-1 ab. KW - ATLAS KW - Piezoresistivity KW - Stress KW - Silicon KW - ITk KW - Silizium KW - Sensormodul KW - LHC KW - Silicium KW - Sensor KW - Piezowiderstand KW - ATLAS Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-53230 ER - TY - RPRT A1 - Kaucher, Christian A1 - Kunath, Martin A1 - Winkler, Herwig T1 - Zukunft elektrochemischer Speicher für Hybridantriebe - Studienreport am Beispiel von Hybridrangierlokomotiven T1 - Future of electrochemical energy storage systems for hybrid drive - Study report on the example of hybrid shunter locomotives N2 - Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist derzeit eines der großen Zukunftsthemen der Automobilindustrie. Das Thema ist nicht nur für den Automobilsektor relevant, sondern bietet auch Potential für andere Bereiche der Mobilität. Ein Beispiel ist die Umrüstung von Diesel-Rangierlokomotiven und Diesel-Triebwagen auf hybride Antriebe. In verschiedenen Projekten konnte bereits gezeigt werden, dass sich Emissionen und Kraftstoffverbrauch so erheblich reduzieren lassen. Als wichtigste Komponente des hybriden oder elektrischen Antriebsstrangs ist der Energiespeicher zu sehen. Er bestimmt wesentlich über die erzielbare Reichweite sowie die Verbrauchs- und Leistungsparameter des Fahrzeugs. In dieser Studie wird daher ein Überblick über aktuell verfügbare und sich in Entwicklung befindende Speichertechnologien sowie eine Einschätzung zu deren Weiterentwicklung gegeben. Der Fokus liegt dabei auf der Eignung der Speicher für die Anwendung in Hybridrangierlokomotiven. Zu diesem Zweck wurde einerseits eine umfassende Recherche in aktueller Fachliteratur durchgeführt. Andererseits erfolgte eine Befragung von Experten für elektrochemische Speicher aus Wissenschaft und Industrie. Darauf aufbauend erfolgte eine Bewertung der Eignung aktueller und zukünftiger Speichertechnologien für die Verwendung in Hybridrangierlokomotiven. Zur Visualisierung der zukünftigen Entwicklungen wurde eine Produkt- und Technologie-Roadmap für die relevanten Technologien erstellt. N2 - The electrification of the powertrain is one of the major concerns of automotive industry. However, the topic also offers a high potential for other sectors of the mobility industry. One example is the retrofitting of shunters and locomotives that are diesel-engined into diesel-electric locomotives. Different projects already revealed that emissions and fuel consumption can be reduced significantly. The most important component of hybrid or electric powertrains is the battery. The battery defines certain parameters, e.g. operating range, energy consumption and performance. Hence, this research study gives an overview on existing and evolving energy storage technologies as well as information on their estimated progression. The focus will be on the applicability of such technologies for hybrid shunter locomotives. Therefore, an extensive literature review in the latest journals has been performed. Moreover, a survey with experts for electrochemical energy storage systems in science and industry was done. Using the conducted information, the applicability of each technology was assessed. Finally, a product and technology roadmap has been prepared, visualizing the development of the most important technologies. T3 - Studienreports des Lehrstuhls für Produktionswirtschaft - 2 KW - Hybridantriebe KW - Rangierlokomotive KW - Roadmap KW - Elektromobilität KW - Elektrochemische Speicher KW - Elektrolokomotive KW - Hybridantrieb KW - Elektrochemische Energiequelle KW - Energiespeicherung KW - Elektromobilität Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-45213 ER - TY - RPRT A1 - Schwarick, Martin A1 - Rohr, Christian A1 - Heiner, Monika T1 - MARCIE manual N2 - This manual gives an overview on MARCIE – Model Checking And Reachability analysis done effiCIEntly. MARCIE was originally developed as a symbolic model checker for stochastic Petri nets, building on its predecessor – IDDMC – Interval Decision Diagram based Model Checking – which has been previously developed for the qualitative analysis of bounded Place/Transition nets extended by special arcs. Over the last years the tool has been enriched to allow also quantitative analysis of extended stochastic Petri nets. We concentrate here on the user viewpoint. For a detailed introduction to the relevant formalisms, formal definitions and algorithms we refer to related literature. T3 - Computer science reports / Institut für Informatik - 2016,02 KW - Petri nets KW - Model checking KW - Model Checking KW - Petri-Netz Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40568 ER - TY - THES A1 - Warnecke, Martin T1 - Optimierung der Instandhaltungsplanung mit genetischen Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherverhaltens bei der Verfügbarkeitsprognose von Kraftwerksanlagen T1 - Optimization of maintenance scheduling with genetic algorithms regarding the storage behavior during the availability prognosis of power plants N2 - In Zeiten des liberalisierten Strommarktes muss sich der Kraftwerkserrichter und -betreiber die Wahl seiner Primärenergie und die Auslegung jedes einzelnen Kraftwerks hinsichtlich Emissionen und last but not least die Errichtungs- und späteren Betriebskosten genau überlegen. Simulationen unter der Annahme verschiedener Szenarien sind bei diesem Marktumfeld zwingend erforderlich. Das Spannungsfeld zwischen Errichtungskosten, davon teilweise abhängiger Verfügbarkeit, Instandhaltungsphilosophie und Betriebskosten bildet die Motivation für die Instandhaltungsoptimierung und Simulationen zur Verfügbarkeitsprognose, die Thema dieser Arbeit sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Planung der zeitbezogenen Instandhaltungsstrategie, bei der die Inspektion der Komponente nach einer vorgeschriebenen Zeitspanne erfolgt, die sich aus den Betriebs- und Herstellererfahrungen ableitet. Diese Problemstellung ist besonders anspruchsvoll, weil es durch Synergieeffekte zu starken Wechselwirkungen der Komponenten untereinander kommt. So besitzt jede Komponente ihre eigene theoretisch optimale Inspektionsperiode, im Verbund kann es jedoch sein, dass es wegen Freischaltungen oder Stillstandszeiten günstiger ist, einige Komponenten gemeinsam instandzuhalten und dabei eine einzelne Baugruppe vorzuziehen oder zurückzustellen. Die hieraus entstehenden Wechselwirkungen bilden eine nichtlineare, gemischt-ganzzahlige Berechnungsvorschrift für die Kostenabschätzung. Für die Optimierung dieser Instandhaltungsplanung wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuer Ansatz entwickelt. Nachdem festgestellt wurde, dass klassische Optimierungsverfahren dieses Problem der Instandhaltungsoptimierung nicht zufriedenstellend lösen können, wurde eine Lösung auf Basis von „Genetischen Algorithmen“ entwickelt. Gleichzeitig zur Instandhaltungsoptimierung wurde aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten am Lehrstuhl die Methodik der Verfügbarkeitsprognose komplexer kraftwerkstechnischer Anlagen weiterentwickelt und um die neue Komponente "Speicher" (ggf. mit Verlusten) erweitert. Mit dem Speichermodell wird die Verhaltensweise eines Speichers in die aufwandsreduzierte Monte-Carlo-Methode integriert. N2 - In the age of the liberalized energy market the power plant raisers and operators have to consider several factors when choosing the fuel type and dimensioning their power plants, e.g. emissions, erection cost and last but not least operating cost. Simulations assuming different scenarios are required. The rivaling aspects of erection cost, partially dependant availability, maintenance philosophy and operating cost are motivating the optimization of maintenance scheduling and the availability prognosis which are the topic of this thesis. The focus of this thesis is on the scheduling of the time based maintenance strategy. This strategy defines the time spans between the repeating inspections of each component. This is based on the experience of operators and manufacturers. The mathematic problem itself is especially challenging because of strong interdependencies between the single components due to synergy effects. Each component has its own theoretically optimal lifetime and maintenance period. Yet as part of a compound it might be more cost efficient in the long run to maintain some components together shifting some of them forward or backward. The thereby caused interdependencies constitute a non-linear, mixed-whole-numbered calculation of the cost approximation. For the optimization of this maintenance scheduling a new approach was developed. It was realized that the problem couldn’t be solved satisfyingly with classic optimization algorithms. Afterwards a solution based on “genetic algorithms” was developed. In the meantime the methods for the availability prognosis of complex power plant facilities were enhanced. Especially a new component with storage behavior (with optional losses) was added to the prognosis tool. This storage model integrates the behavior of a storage into the computing time reduced Monte-Carlo-Method. KW - Kraftwerk KW - Instandhaltung KW - Optimierung KW - Instandhaltung KW - Genetische Algorithmen KW - Verfügbarkeit KW - Monte-Carlo-Methode KW - Kraftwerk KW - Maintenance KW - Genetic algorithms KW - Availability KW - Monte-Carlo-Method KW - Power plant Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5961 ER - TY - THES A1 - Handreg, Martin T1 - Entwurf von künstlichen neuronalen Netzen zur Regelung von Prozessgrößen in einer Schmelzwanne für Flachglas T1 - Design of artifical neural networks for process control in a float glass melting furnace N2 - In der vorliegenden Arbeit wird die Eignung von Künstlichen Neuronalen Netzen hinsichtlich der Modellierung des komplexen Prozessverhaltens in einer Flachglasschmelzanlage analysiert. Die Identifikation und das Training der neuronalen Prozessmodelle erfolgen mit Messdaten einer Schmelzwanne für Flachglas. Im Vordergrund steht die Evaluation einer geeigneten Netzstruktur und die Parametrierung der Netzparameter. Dabei wird der Einfluss der einzelnen Netzparameter in Bezug auf die Genauigkeit der Netze eingehend untersucht. Anhand von Testdaten wird nachgewiesen, dass die qualitätsbestimmenden Temperaturen und der Glasstand mit Künstlichen Neuronalen Netzen hinreichend genau berechnet werden können. Auf Basis der entwickelten neuronalen Prozessmodelle wird anschließend eine modellbasierte prädiktive Regelstrategie beschrieben. Neben der Auswahl des Gütekriteriums und des Optimierungsalgorithmus zur Berechnung zukünftiger Stellgrößen werden Richtlinien zur Dimensionierung der verfügbaren Reglerparameter abgeleitet. N2 - This thesis analyzes the suitability of Artificial Neural Networks for modeling the complex process in a float glass melting plant. The identification and training of the neural process models are being carried out with real float glass furnace data. The focus is on the evaluation of an appropriate network structure and parameter configuration. With respect to the network precision the effect of parameter changes will be investigated and it will be shown that it is possible to calculate the relevant temperatures and the glass level in an accurate way. The results will be validated by test data. In the second step, a model-based predictive control strategy to determine future control signals is described and a selection of the performance criterion, the numerical optimization program and guidance for the available control parameters are given. KW - Künstliches Neuronales Netz KW - Prädiktive Regelung KW - Levenberg-Marquardt-Algorithmus KW - Flachglas KW - Schmelzprozess KW - Artifical Neural Networks KW - Predictive control KW - Algorithm of Levenberg-Marquardt KW - Floatglas KW - Melting process KW - Neuronales Netz KW - Flachglas KW - Schmelzen Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-39471 ER - TY - RPRT A1 - Bähr, Martin A1 - Buhl, Johannes A1 - Radow, Georg A1 - Schmidt, Johannes A1 - Bambach, Markus A1 - Breuß, Michael A1 - Fügenschuh, Armin ED - Fügenschuh, Armin T1 - Stable honeycomb structures and temperature based trajectory optimization for wire-arc additive manufacturing N2 - We consider two mathematical problems that are connected and occur in the layer-wise production process of a workpiece using Wire-Arc Additive Manufacturing. As the first task, we consider the automatic construction of a honeycomb structure, given the boundary of a shape of interest. In doing this we employ Lloyd’s algorithm in two different realizations. For computing the incorporated Voronoi tesselation we consider the use of a Delaunay triangulation or alternatively, the eikonal equation. We compare and modify these approaches with the aim of combining their respective advantages. Then in the second task, to find an optimal tool path guaranteeing minimal production time and high quality of the workpiece, a mixed-integer linear programming problem is derived. The model takes thermal conduction and radiation during the process into account and aims to minimize temperature gradients inside the material. Its solvability for standard mixed-integer solvers is demonstrated on several test-instances. The results are compared with manufactured workpieces. N2 - Wir betrachten zwei verbundene mathematische Probleme, welche bei der schichtweisen Herstellung eines Werkstücks mittels des Lichtbogendraht-Auftragschweißen, einem additiven Fertigungsverfahren, auftreten. Als erste Aufgabe betrachten wir die automatische Konstruktion einer Wabenstruktur unter Berücksichtigung des Randes einer gewünschten Form. Dabei setzen wir Lloyds Algorithmus in zwei verschiedenen Varianten ein. Zur Berechnung der einbezogenen Voronoi-Parkettierung betrachten wir die Verwendung einer Delaunay-Triangulation und alternativ dazu der Eikonal-Gleichung. Wir vergleichen und modifizieren diese Ansätze mit dem Ziel, ihre jeweiligen Vorteile zu kombinieren. In der zweiten Aufgabe wird dann, um einen optimalen Weg für das Werkzeug zu finden, der eine minimale Produktionszeit zusammen mit einer hohen Qualität des Werkstücks garantiert, ein gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) hergeleitet. Das Modell berücksichtigt Wärmeleitung und Strahlung während des Prozesses und zielt darauf ab, Temperaturgradienten innerhalb des Materials zu minimieren. Die Lösbarkeit für Standard-MILP-Löser wird in mehreren Testfällen demonstriert. Die Ergebnisse werden mit real gefertigten Werkstücken verglichen. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 10, 2019 KW - Eikonal equation KW - Centroidal Voronoi tessellation KW - Additive manufacturing KW - Heat transmission KW - Mixed-integer linear programming KW - Geometric optimization KW - Additive Fertigung KW - Gemischt-ganzzahlige Programmierung KW - Geometrische Optimierung KW - Eikonal-Gleichung KW - Zentrierte Voronoi-Parkettierung KW - Wärmeleitung KW - Rapid Prototyping KW - Eikonal KW - Ganzzahlige Optimierung KW - Geometrische Optimierung KW - Wärmeleitung Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-50796 SN - 2627-6100 ER - TY - THES A1 - Ohlerich, Martin T1 - Investigations of the physics potential and detector development for the ILC T1 - Untersuchungen zum Physikpotential und zur Detektorentwicklung für den ILC N2 - The International Linear Collider offers a lot of different interesting challenges concerning the physics of elementary particles as well as the development of accelerator and detector technologies. In this thesis, we investigate two rather separate topics - the precision measurement of the Higgs boson mass and of its coupling to the neutral gauge boson Z and the research and development of sensors for BeamCal, which is a sub-detector system of the ILC detector. After the Higgs boson has been found, it is important to determine its properties with high precision. We employ the Higgs-strahlung process for this purpose. A virtual Z boson is created in the electron-positron collisions, which emits a Higgs-boson while becoming on-shell. Using the so-called recoil technique, we determine the Higgs boson mass by reconstructing the Z boson momentum and using the center-of-mass energy of the colliding leptons. This technique allows to measure the Higgs boson mass without considering the Higgs boson decay, i.e. it can be applied even to a Higgs boson invisibly decaying. Monte-Carlo studies including a full detector simulation and a full event reconstruction were performed to simulate the impact of a realistic detector model on the precision of the Higgs boson mass and production cross-section measurement. Also, an analytical estimate of the influence of a given detector performance on the Higgs boson mass measurement uncertainty is given. We included a complete sample of background events predicted by the Standard Model, which may have a detector response similar to the signal events. A probabilistic method is used for the signal-background separation. Several other probabilistic methods were used to investigate and improve the measurement of the Higgs-strahlung cross-section and the Higgs boson mass from the recoil mass spectrum obtained after the signal-background separation. For a Higgs boson mass of 120 GeV, a center-of-mass energy of 250 GeV and an integrated luminosity of 50/fb, a relative uncertainty of 10% is obtained for the cross-section measurement, and a precision of 118 MeV for the Higgs boson mass. The original motivation to use the recoil technique for a Higgs boson mass measurement independent on its decay modes could not be completely confirmed. For a Higgs boson mass of 180 GeV and 350 GeV, a statistics corresponding to 50/fb is not sufficient to achieve the necessary significance of the recoil mass peak above the background. The BeamCal is a calorimeter in the very forward region, about 3 m away from the nominal interaction point and surrounding the beam pipe. Due to its location, a lot of beamstrahlung pair particles will hit this calorimeter, representing a challenge for the operational reliability of the sensors under such harsh radiation conditions. We investigated single-crystal and polycrystalline CVD diamond, gallium arsenide and radiation-hard silicon as sensor candidates for their radiation hardness and found that diamond and gallium arsenide are promising. We used a 10 MeV electron beam of few nA to irradiate the samples under investigation up to doses of 5 MGy for diamond, up to about 1.5 MGy for gallium arsenide and up to about 90 kGy for silicon. We measured in regular periods the CCD to characterize the impact of the absorbed dose on the size of the signal, which is generated by electrons of a Sr-90 source crossing the sensor. Additional measurements such as the dark current and the CCD as functions of the voltage completed the characterization of the sensor candidates. For the single-crystal CVD diamond, also the thermally stimulated current was measured to determine amongst others the defect density created by irradiation. In the diamond samples, evidence for strong polarization effects inside the material was found and investigated in more detail. A phenomenological model based on semi-conductor physics was developed to describe the sensor properties as a function of the applied electric field, the dose and the dose rate. Its predictions were compared with the results of the measurements. Several parameters such as time scales and cross-sections were determined using this model, which led to ongoing investigations. N2 - Der Internationale Linear Collider (ILC) bietet eine Vielfalt an interessanten Herausforderungen für die Elementarteilchenphysik, die Beschleuniger- und die Detektortechnologie. In der vorliegenden Arbeit untersuchen wir je ein Kernthema aus der Physik und der Detektortechnologie - zum einen die Präzisionsmessung der Higgs-Bosonenmasse und der Kopplung des Higgs-Bosons an das neutrale schwere Eichboson, Z, und zum anderen die Untersuchung und Entwicklung von Sensoren für BeamCal, einem Teildetektorsystem des ILC-Detektors. Das Higgs-Boson ist ein bisher nicht entdecktes fundamentales Teilchen, welches vom elektroschwachen Standardmodell vorhergesagt wird. Sehr wahrscheinlich wird es am LHC gefunden. Danach ist es wichtig, seine Eigenschaften mit hoher Präzision zu bestimmen. Wir benutzen dafür den Higgs-Strahlungsprozess. Ein virtuelles Z-Boson wird in einer Elektron-Positron-Kollision erzeugt, welches ein Higgs-Boson emittiert und dabei auf die Massenschale übergeht. Mit Hilfe der sogenannten Rückstosstechnik bestimmen wir die Higgs-Bosonmasse durch Rekonstruktion des Impules des Z-Bosons und mittels der Schwerpunktsenergie der kollidierenden Leptonen. Diese Technik erlaubt es, die Higgs-Bosonmasse und die Kopplung an das Z-Boson zu messen ohne die Higgs-Zerfallsmoden zu betrachten, d.h. sie kann auch angewendet werden, wenn das Higgs-Boson in nicht detektierbare Teilchen zerfällt. Monte-Carlo Studien, die eine volle Detektorsimulation und eine volle Ereignisrekonstruktion enthalten, wurden durchgeführt, um den Einfluss eines realistischen Detektormodells auf die Präzision der Messgrößen abzuschätzen. Dazu wird analytisch sowie numerisch die Auswirkung der Impulsmessungspräzision auf die Messung der Higgs-Bosonmasse bestimmt. Wir fügten eine vollständige Menge an Hintergrundereignissen hinzu, wie sie vom Standardmodell vorausgesagt werden und welche eine Signatur im Detektor aufweisen, die der der Signalereignisse sehr ähnlich ist. Für die Unterscheidung von Signal- und Hintergrundereignissen wurde eine wahrscheinlichkeitsbasierte Methode benutzt. Weitere wahrscheinlichkeitstheoretische Methoden wurden verwendet, um die Messung des Higgs-Strahlungsprozesses und der Higgs-Bosonmasse aus dem Rückstossmassenspektrum nach der Signal-Hintergrund-Trennung zu untersuchen und zu verbessern. Für eine Higgs-Bosonmasse von 120 GeV, eine Schwerpunktenergie von 250 GeV und eine integrierte Luminosität von 50/fb wurde eine relative Unsicherheit von 10% für die Streuqueschnittmessung und eine Unsicherheit von 118 MeV für die Messung der Higgs-Bosonmasse erhalten. Die ursprüngliche Motivation für die Verwendung der Rückstosstechnik war die Bestimmung der Higgs-Bosonmasse unabhängig von seinen Zerfallskanälen. Diese Unabhängigkeit kann nicht vollständig bestätigt werden. Für eine Higgs-Bosonmasse von 180 GeV und für 350 GeV ist die notwendige Anzahl von Ereignissen bei 50/fb nicht ausreichend, um ein signifikantes Signal über dem Hintergrund zu erhalten. Das BeamCal ist ein Kalorimeter in der Vorwärtsregion des ILC-Detektors, etwa 3 m vom nominalen Wechselwirkungspunkt entfernt, und umgibt das Strahlrohr. Durch seine Position wird es einer großen Anzahl von Elektron-Positron-Paaren aus der Beamstrahlung ausgesetzt sein, was eine enorme Herausforderung f\"ur die Funktionstüchtigkeit und Zuverlässigkeit der Sensoren bei exterm hoher Strahlendosis bzw. -dosisrate darstellt. Wir untersuchten ein- und polykristalline CVD Diamant-, Galliumarsenid- und strahlenharte Siliziumsensormatrialen auf ihre Strahlenhärte und fanden vielversprechende Ergebnisse für Diamant und Galliumarsenid. Wir benutzten einen 10 MeV Elektronenstrahl von einigen nA, um die zu untersuchenden Sensorproben bis zu Dosen von 5 MGy für Diamant, bis etwa 1,5 MGy für Galliumarsenid und bis zu 90 kGy für Silizium zu bestrahlen. In regelmäßigen Abständen wurde die CCD mit relativistischen Elektronen aus einer Sr-90-Quelle gemessen, um den Einfluss der vom Sensor absorbierten Dosis auf die Größe des MIP-Signals zu bestimmen. Zusätzliche Messungen u.a. des Dunkelstromes und der CCD als Funktionen der angelegten Spannung vervollständigen die Charakterisierung der Sensormaterialkandidaten. Für den einkristallinen CVD Diamanten wurde auch der thermisch stimulierte Strom gemessen zur Bestimmung u.a. der Dichte der Defekte, die durch die Bestrahlung erzeugt wurden. Es wurden Hinweise auf starke Polarisationseffekte in den Diamantproben gefunden und detailierter untersucht. Um die Sensoreigenschaften als Funktion des angelegten elektrischen Feldes, der Dosis und der Dosisrate zu beschreiben, wurde ein phänomenologisches Modell entwickelt. Die Voraussagen dieses Modells wurden mit den Ergebnissen der Messungen verglichen und mehrere Parameter wie etwa Zeitkonstanten und Streuquerschnitte wurden mit Hilfe dieses Modells bestimmt. Das durch dieses Modell gewonnene Verständnis induzierte weiterführende Untersuchungen. KW - Detektor KW - Speicherring KW - Higgs-Teilchen KW - Higgs-Bosonmasse KW - Detektor KW - Detektorentwicklung KW - ILC KW - Higgs boson mass KW - Detector development KW - ILC Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-14409 ER -