6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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Infradar-Localization: single-chip infrared- and radar-based Monte Carlo localization. This paper proposes a novel approach for indoor robot localization that leverages a fusion of information from single-chip infrared (Time-of-Flight) and radar sensors. The aim of our research is the development of a cost-effective and lightweight system that can achieve high-precision robot localization. Unlike traditional localization methods based on LiDARs or cameras, our proposed system uses single-chip infrared and radar sensors to overcome the limitations of high cost and bulky hardware. Specifically, we employ a Doppler radar-based velocity motion model for the estimation of the robot's ego-motion, eliminating the need for additional sensors such as IMU or wheel encoders. Next, we describe a hybrid sensor model for single-chip infrared and radar sensors that provides robust and accurate environmental perception with dynamic outlier removal. Finally, we integrate these components into a Monte Carlo localization framework to generate accurate real-time estimation of the robot's position and orientation. This is the first time a single-chip infrared and radar fusion based framework has been applied to robot localization, to the best of our knowledge. Through a comprehensive experimental evaluation, we demonstrate the system's high accuracy and efficiency, achieving an average localization error of 9 cm in diverse indoor environments. This remarkable performance, combined with the low-cost and lightweight nature of our proposed solution, positions it as a highly promising alternative for a wide range of applications, including robotics, smart homes, and autonomous vehicles. The significant advancements of this novel approach offer vast potential to revolutionize the field of localization, enabling more precise and cost-effective navigation systems.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Entwicklung eines Lehrsystems, bestehend aus einer Lasteinheit. Dabei setzt sich die Lasteinheit aus einer Motor-Frequenzumrichter-Kombination zusammen.
Es ist sind Steuerprogramme zu entwickeln, die Funktionen, wie eine Lastsimulation, bieten. Zudem ist die Entwicklung einer GUI vorgesehen, die zur Beobachtung und Steuerung dient. Die Programment-
wicklung findet im TIA-Portal, in STARTER und in LabVIEW statt. Neben der Programmentwicklung ist eine abschließende Antriebsauslegung durchzuführen. Für die erfolgreiche Programmentwicklung wurde im ersten Schritt ein Programm im TIA-Portal implementiert, wobei dies nur grobe Züge des Endprogramms enthielt und für erste Tests zuständig war. Eine Reglerparametrierung wurde mithilfe des TIA-Programms und des Programms STARTER durchgeführt. Im Anschluss wurden die Programm-teile nach LabVIEW portiert und das Hauptprogramm bis zur endgültigen Funktionsfähigkeit erweitert. Die Antriebsauslegung wurde mithilfe von entsprechend großen Lasten und Temperaturaufnahmen durchgeführt. Das Ergebnis ist ein lauffähiges LabVIEW-Programm mit GUI, das Lasten simulieren und Bremsungen von gekoppelten Motoren durchführen kann. Die Bremsung wurde schließlich für die größtmögliche Leistungsentnahme und Antriebsauslegung eingesetzt. Der Antrieb kam bisher nicht zum Einsatz.
Deep Learning basierte Segmentierung und Transformation von Spike-Rauschen in der MR-Bildgebung
(2023)
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bildgebendes Diagnoseverfahren, das auf starken Magnetfeldern und sensiblen Detektoren basiert. Es kann zu Spike-Rauschen kommen, das die Bildqualität negativ beeinflusst. In dieser Arbeit wird untersucht, ob neuronale Netzwerke das Spike-Rauschen reduzieren können, um die Bildqualität zu verbessern. Dazu wird eine Bildverarbeitungspipeline entworfen, bestehend aus den Teilbereichen Detektion, Segmentierung und Transformation. Verschiedene neuronale Netzarchitekturen werden für jeden Teilbereich ausgewählt und auf Basis verschiedener Daten trainiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Detektion und Segmentierung basierend auf der L1-Norm die besten Ergebnisse liefern. Es werden bestimmte Netzwerkarchitekturen ausgewählt, um die Transformation durchzuführen. Die gesamte Pipeline reduziert das Rauschen erheblich, aber weitere Tests sind erforderlich, um die Robustheit der Implementierung sicherzustellen.
Die Projektarbeit „Auslegung einer regenerativen Stromversorgung inklusive eines Stülpmembranspeichers anhand der Stadt Haßfurt“ handelt von einer Analyse der Realdaten, welche von der Stadtwerk Haßfurt GmbH zur Verfügung gestellt wurden. Außerdem wurden der Ausbaustand der elektrischen Energieversorgung sowie die Auslegung eines Stülpmembran-speichers für die Kleinstadt Haßfurt untersucht. Auf die Funktion des Stülpmembranspeichers wird ebenso genauer eingegangen.
In dieser Projektarbeit wird die Wärmeversorgung der Stadt Haßfurt über Solarthermieanlagen vorgestellt. Dabei werden vorerst zwei mögliche Herstellverfahren des Stülpmembranspeichers präsentiert. Mit Hilfe der Wärmeverbrauchsdaten der Stadtwerke Haßfurt werden Solarkollektoren ausgelegt. Das Ziel der Auswertung ist die benötigte Menge und Kosten der Solarthermieanlagen für ganz Haßfurt und für ein Neubaugebiet zu bestimmen.
Diese Projektarbeit behandelt den Aufbau eines regenerativen Wärmenetzes und die Wärmenetzplanung für die Stadt Haßfurt und ihr Neubaugebiet. Die Studie untersucht die mögliche Gestaltung eines Wärmenetzes zur Nutzung überschüssiger Wärmeenergie, die in einem Stülpmembranspeicher gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden kann. Darüber hinaus werden in der Projektarbeit Kostenaspekte und die damit verbundenen Wärmegestehungskosten analysiert. Die Ergebnisse dieser Studie bieten wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung einer nachhaltigen Wärmeversorgung in der Stadt Haßfurt.
Bei der nachfolgenden Projektarbeit handelt es sich um einen Teil des Gesamtprojekts einer regenerativen Energieversorgung der Stadt Haßfurt. In diesem Bericht wird ein Versorgungssystem aus Photovoltaik- und Windenenergieanlagen mit einem ausreichend dimensionierten Energiespeicher für die Stadt Haßfurt ausgelegt. Darüber hinaus wird eine Bewirtschaftungsstrategie erstellt, mit der das Gesamtsystem finanziert werden kann, indem überschüssiger Strom bei Höchstpreisen an der Strombörse vermarktet wird.
Um eine nachhaltige und effiziente Wärmeversorgung im Gebäudesektor zu erreichen, bieten Wärme- und Kältenetze der fünften Generation eine vielversprechende Möglichkeit. Diese können mit einer Vielzahl regenerativer Energien auf einem niedrigen Temperaturniveau gespeist werden. Mit Hilfe dezentraler Wärmepumpen in den Gebäuden wird die niedertemperierte Energie für die Heizung und Brauchwarmwasser-erwärmung nutzbar gemacht. Zudem bietet die bidirektionale Arbeitsweise dieser Netze eine Bereitstellung von Kälte. Um Erkenntnisse im Hinblick auf die Ökonomie von Wärmenetzen der fünften Generation zu erlangen, erfolgt im Rahmen dieser Arbeit eine simulationsbasierte Analyse der Wirtschaftlichkeit sowie die Entwicklung möglicher Geschäftsmodelle. Dabei wird für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eine angepasste Berechnungsmethodik, basierend auf der Richtlinie VDI 2067, entwickelt. Um Informationen zu realisierten Netzen zu erhalten, wird zunächst eine Marktrecherche kalter Wärmenetze in Deutschland durchgeführt. Dabei werden sowohl technische als auch wirtschaftliche Aspekte beleuchtet. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die Festlegung der analysierten Energiesysteme sowie der betrachteten Geschäftsmodelle. Die Energiebereitstellung des ersten Systems erfolgt mit Hilfe eines Geothermiekollektorfeldes. Das zweite System wird durch die Kombination aus einem Geothermiekollektorfeld, einer zentralen Luft-Wärmepumpe und einem Elektroheizkessel versorgt. Für die Komponenten der kalten Wärmenetze werden mit Hilfe von Produktrecherchen Kostenkurven ermittelt. Für die entwickelten Kostenkurven erfolgt eine Validierung. Die Geschäftsmodelle werden anhand der Liefergrenze der dezentralen Wärmepumpen unterschieden. Beim ersten Geschäftsmodell liegt die Leistungsgrenze vor der Hauseinführung und stellt somit die Energie auf einem niedrigen Temperaturniveau bereit. Im zweiten Geschäftsmodell wird die Leistungsgrenze hinter der Wärmepumpe gezogen, sodass die nutzbare Energie bereitgestellt wird. Die Betrachtung der Energiesysteme und Geschäftsmodelle wird durch zwei fiktive Quartiere ermöglicht. Eines davon mit primärer Wohnbebauung, das andere bestehend aus Wohn-, Büro- und Verwaltungsgebäuden.
Es wird aufgezeigt, dass ein wirtschaftlicher Betrieb kalter Wärmenetze realisiert werden kann. Unter Berücksichtigung von Fördergeldern und eines bestimmten Ertrags des Betreibers resultieren Wärmegestehungskosten für den Abnehmer von rund 0,25 €/kWh. Die Wärmegestehungskosten können anhand realer Daten verifiziert werden. In der Arbeit wird der sensitive Einfluss verschiedener Parameter, wie beispielsweise des Strompreises, der Dimensionierung oder Effizienz der Komponenten auf die Wirtschaftlichkeit der Energiesysteme untersucht. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine pauschale Festlegung des besten Energiesystems und Geschäftsmodells nicht möglich ist. Demnach bedarf es entsprechend den Randbedingungen eines Projektes einer individuellen Betrachtung zur Ermittlung des idealen Systems und Geschäftsmodells.
Weiterentwicklung eines gasbetriebenen Wirbelschicht-Sinterreaktor für kleinste Keramikbauteile
(2023)
Diese Arbeit optimiert einen gasbetriebenen Wirbelschicht-Sinterreaktor für kleinste Keramikbauteile. Der Reaktor nutzt das Prinzip der Wirbelschicht, um die zu sinternden keramischen Bauteile in der Schwebe zu halten und ermöglicht so eine erhebliche Beschleunigung der Prozesszeit im Vergleich zu konventionellen Brennöfen. Ziel dieser Arbeit war es, den bestehenden Forschungs-reaktor zu optimieren, indem der Brenner neu ausgerichtet, ein neues konisches Brennrohr konstruiert und eine neue Vorrichtung zur Probenentnahme entwickelt wurde. Die Anlage wurde erfolgreich verbessert und ermöglicht nun den Schwebezustand der Bauteile sowie eine schnellere Aufheizung. Es wurde auch eine Vorrichtung zur Probenentnahme konstruiert und die Bauteile auf Maßhaltigkeit und Bildung von Agglomeraten untersucht. Allerdings muss das Material des Brennrohrs ersetzt werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die Anlage erfolgreich verbessert wurde und das Sintern der Bauteile nun möglich ist.
Ziel dieser Arbeit ist es, eine Software zu entwickeln, die Trajektorien von mechatronischen Systemen berechnet. Der bei der Entwicklung der Antriebsregelung zugrunde liegende Standard unterstützt diverse Bewegungsprofile. Das in aktuellen Systemen verwendete sowie drei weitere Bewegungsprofile werden in der Programmiersprache MATLAB abgebildet. Anschließend werden die implementierten Berechnungsfunktionen in ein Simulink-Modell der Antriebsregelung eingebunden. Hierbei werden die entstehenden Leistungsverluste vom Zwischenkreis bis zum Motor modelliert und ausgewertet. Dabei wird untersucht, ob die Auswahl des Bewegungs-profils einen Einfluss auf die entstehenden Leistungsverluste hat und zu einer Verringerung der mechanischen und elektrischen Belastung führt. Die Auswertung zeigt, dass bei einem rucklimitierten Bewegungsprofil mit einem konstanten prozentualen Rampenanteil von 5 % am Beschleunigungstrapez eine Reduktion der aufgenommenen Energie, des Stroms sowie der Leistungsverluste im Gegensatz zum bestehenden Bewegungsprofil erreicht werden kann.
Im Rahmen dieser Projektarbeit wurde eine Versorgungsanalyse zum Standort Haßfurt durchgeführt. Die Versorgungsanalyse basiert dabei auf realen Daten der Haßfurter Stadtwerke. Die Energieversorgung besteht dabei aus den erneuerbaren Energien Wind, Solar und Biomasse. Zur Überbrückung von Flauten wird ein geotechnischer Speicher eingesetzt. Dies könnte zum Beispiel ein Pumpspeicher sein. Bei der Berechnung wird ein Optimum der Stromgestehungskosten, durch Variation der Anteile von Wind und Solar am Versorgungssystem, gesucht. Die Kalkulationsparameter, also zum Beispiel die Herstellkosten der Windenergieanlagen, wurden relativ pessimistisch angesetzt. Als Ergebnis der Versorgungsanalyse kommen Stromgestehungskosten von ca. 52 ct/kWh zustande. Im Vergleich mit dem Marktpreisniveau des Jahres 2022 von im Durchschnitt ca. 24 ct/kWh, zeigt sich, dass dieses System so nicht wirtschaftlich ist. Zur Kostenreduktion kann eine
Überschussvermarktung genutzt werden, die die Kosten je nach Marktpreisniveau sogar soweit senken kann, dass mit dem Versorgungs-system Geld verdient werden kann.
In dieser Studienarbeit wurde für Haßfurt berechnet mit welcher Speichertechnologie der Strombedarf vollständig am kostengünstigsten gedeckt werden kann. Betrachtet wurden ein Batteriespeicher, eine P2G2P-Anlage und ein geotechnischer Speicher. Zur Umwandlung der Energie aus erneuerbaren Energiequellen stehen PV-, Windkraft- und KWK-Anlagen zur Verfügung. Mithilfe eines Excel-Tools wurde
berechnet wie viel Leistung installiert werden muss und wie groß ein entsprechender Speicher sein muss. Durch den Verkauf von Überschüssen entstehen Einnahmen die den Kosten für den Anlagenpark gegenüber-stehen. Dadurch können die Gesamtkosten gesenkt werden. Verwendet man einen Batteriespeicher, so fallen Kosten für eine Kilowattstunde von rund 24 Cent an. Mit einer P2G2P Anlage lassen sich die Kosten auf ca. 14 ct/kWh reduzieren. Mit dem geotechnischen Speicher werden die geringsten Kosten pro Kilowattstunde mit ungefähr 10 ct/kWh erreicht.
Die gewählten Kostenansätze für den Ausbau des Anlagenparks sowie Zinsen und Betriebskosten wurden sehr optimistisch gewählt. Deshalb wird erwartet, dass die in der Realität auftretenden Stromgestehungs-kosten etwas höher liegen.
Basierend auf einem bionischen Gelenkmechanismus nach dem Vorbild eines Spinnenbeins wurde ein SCARA-Gelenkroboter mit zwei bionischen Gelenken und einem konventionellen Höhenantrieb entwickelt. Hierbei entstand ein Soft-Roboter-System, das eine natürliche Nachgiebigkeit bei einer Kollision mit dem Werker aufweist. Die Forschungsarbeiten gliederten sich in die Teilbereiche Konstruktion, Elastomerkom-ponenten und Regelungstechnik. Nach Abarbeitung dieser Teilpakete wurde ein Demonstrator aufgebaut und dessen Leistungsdaten ermittelt. In einer abschließenden Bewertung konnte der BioFlexRobot mit bestehenden Systemen verglichen werden. Der vorliegende Bericht fasst die Forschungsergebnisse zusammen.
Bei der Projektarbeit handelt es sich um einen Gesamtlösungsansatz zur regenerativen Auslegung einer Kleinstadt. Bei dem Projekt wurde dabei das Konzept für die Stadt Roth ausgelegt. In diesem Beitrag wird sich mit dem Schwerpunkt der Wärmeversorgung mittels Solarkollektoren beschäftigt. Zusätzlich wird ein Konzept für die Speicherauslegung und die Bewirtschaftung vorgestellt.
Capability of scheduled maintenance to detect electromagnetic and lightning protection degradation
(2022)
Due to the growing use of low-conductivity composite materials for airframes and skin, the shielding effectiveness of aircraft has been weakened within recent years. As a result, the importance of electromagnetic hazards and associated effects on flight safety have increased dramatically. Especially high intensity electromagnetic fields are likely to interfere with sensitive avionic systems, while lightning strikes produce high-energetic charges and currents which might cause physical damages and induced transients on onboard wirings and equipment-internal circuits. To ensure safe flight and landing conditions, additional protection measures are required to be introduced in aircraft design. However, aging and degradation effects of mentioned electromagnetic and lightning protection features can't be avoided, thus, specific scheduled maintenance actions within appropriate intervals must be defined during certification process to retain every single aircraft in a serviceable condition. As there's a lack of database to validate expected preliminary degradation and aging behavior until the first scheduled inspection, most maintenance definitions just rely on in-service and maintenance experience of similar aicraft.
Hence, within this thesis, current regulations and practical implementations of lightning and electromagnetic protection on Airbus rotorcraft shall be investigated in order to perform 3D simulations for determination of the correlation of electromagnetic protection failure and wiring-induced transients. As a final aim, maintenance improvements for minimization of adverse degradation impact on helicopter safety can be achieved.
Photovoltaik
(2022)
In den vergangenen Jahren ist der Wandel der Energiepolitik immer deutlicher geworden und immer mehr Energie wird durch erneuerbare Quellen versorgt. Dazu kommt aktuell die Ukraine Krise als auch die Corona-Krise, die die Nachfrage und die Rentabilität erneuerbarer Energien steigern. In diesem Zusammenhang soll ein Konzept erarbeitet werden, welches eine vollständig erneuerbare energetische Versorgung der Stadt Roth sicherstellt. Hierfür wird vor allem auf Wind- und
Solartechnik gesetzt, da hier das größte Ausbaupotential besteht. Ein Problem dieser Techniken ist, dass diese nicht zeitlich planbar sind, sondern stark wetterabhängig sind. Im Sommer ist die eingespeiste Solarenergie deutlich höher als die Verbrauchte. Die Windenergie hingegen ist im Winter stärker als im Sommer. Somit ergänzen sich beide Technologien. In wind- oder sonnenreichen Zeiten ist die überschüssige Energie für Zeiten geringer Stromeinspeisung zu speichern. Hierfür hat Herr Prof. Dr. Ing. Matthias Popp in seinen Forschungsarbeiten ein Speicherkonzept „Stülpmembranspeicher (siehe Abbildung Titelseite) [3] erarbeitet. Hierdurch kann elektrische und thermische Energie gespeichert werden. Für die Versorgung der Stadt
Roth sollen Solaranlagen, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke und BHKWs
verwendet werden. Mit bereits vorhandenen und potenziellen Anlagen soll anschließend eine Speicherauslegung – und Dimensionierung stattfinden. Hierfür sind diverse Daten auszuwerten und Verluste zu ermitteln.
In diesem Bericht wird das Vorgehen für die Auswertung von Biomasseverbrauchsdaten erläutert und die Ergebnisse gewertet. Zudem wird der Strommarkt von 2018 bis 2021 analysiert und daraus Kenntnisse für die Bewirtschaftungsstrategie des Speichers gezogen. Am Ende wird dadurch das Kosteneinsparpotential berechnet. Das Ergebnis ist das die rein regenerative Versorgung der Stadt Roth ab einem Strommarktpreis von 120 €/MWh günstiger ist als die Beschaffung von Strom über den Strommarkt.
In der vorliegenden Arbeit wird eine softwaregestützte Methode zur Bestimmung von Wirbelstromverlusten eines Permanentmagneten, innerhalb einer rotierenden elektrischen Synchronmaschine, untersucht. Die Berechnung der Magnetverluste wird mit der FEMAG Erweiterungssoftware AMELA durchgeführt, deren Grundlage eine quasistatische Feldberechnung bildet. Da Wirbelströme räumlich verteilt sind, liefert eine reine zweidimensionale Magnetverlustberechnung mit FEMAG-DC bislang nur
ungenügend genaue Ergebnisse, zudem können keine Magnetsegmentierungen
eingebracht werden. Analytische Ansätze zur Berechnung der Verlust-anteile, die zur Erwärmung der Maschine führen, werden aufgezeigt. Die Verlustleistungen der einzelnen Wärmequellen werden in ein thermisches Modell der Maschinen eingetragen, um die statische Magnettemperatur zu ermitteln. Die Ergebnisse lassen sich anhand von Messungen der Maschine, in Form einer indirekten Bestimmung der Magnettemperatur, verifizieren. Ist eine Entmagnetisierung des Magneten aufgrund
von übermäßiger thermischer Belastung zu erwarten, werden geeignete
Segmentierungsmaßnahmen vorgestellt und aus fertigungstechnischer Sicht bewertet. Die Ursache und Ausprägung der Wirbelströme wird aufgezeigt, sowie Einflüsse beschrieben, die bei der Berechnung berücksichtigt werden müssen.
Im Rahmen der Energiewende nimmt die Bedeutung der dezentralen
Energieversorgung immer weiter zu. Für Energieversorger und Betriebe stellt dies eine neue Herausforderung dar, da bisher eine zentrale Energieversorgung Stand der Technik ist. In dieser Arbeit wird die Frage diskutiert, welche Investition für das Bauunternehmen Max Bögl wirtschaftlich ist, um eine dezentrale Versorgung des Unternehmens sicher zu stellen. Besonderes Augenmerk wird auf die Speicherung der
elektrischen Energie mit Hilfe von Batterien gelegt. Dazu wird im ersten Teil der Arbeit erörtert, welche Speicher aktuell am Markt angeboten werden. Der zweite Teil der Arbeit beinhaltet eine Versorgungsanalyse. In dieser wird auf Basis des Energiebedarfs der letzten drei Jahren errechnet, welche Investition in Photovoltaik,Biomasse-Dampf, Wasserstoff-und Batteriespeicher am wirtschaftlichsten ist.
Die vorliegende Projektarbeit ist Teil des Gesamtprojektes, welches die regenerative Energieversorgung der Stadtwerke Roth mittels Solar, Wind, Wasserkraft und mit Biogas befeuerten Blockheizkraftwerken sicherstellt. Dabei wird eine Versorgungssystemauslegung mit zugehöriger Speicherdimensionierung durchgeführt. In dieser Arbeit werden die Windkraft und eine Systembewirtschaftungsstrategie genauer beleuchtet. Bei der Standortermittlung für Windenergieanlagen wurde der Suchradius auf den Landkreis Roth ausgeweitet, da im Bereich Stadt Roth keine Möglichkeit für Neuanlagen besteht. Hierbei konnten mögliche Standorte für Windenergieanlagen ermittelt werden. Ob der Standort für eine Windenergieanlage zugelassen ist, wird im Genehmigungsverfahren entschieden. Die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten betragen hier ca. 6,7 m/s. Bei der zukünftigen Energieversorgung werden Neuanlagen im Bereich Windkraft und Photovoltaik benötigt. 92 % dieser übernehmen Windkraftanlagen, 8% übernehmen Photovoltaikanlagen. Die Windkraftanlagen haben hierbei eine Nabenhöhe von 160 m, eine Generatornennleistung von 3 MW und einen Rotordurchmesser von 150 m. Es werden elf Neuanlagen benötigt. Im Gesamtsystem entstehen Stromgestehungskosten von 20,39 ct/kWh.
Die Systembewirtschaftungsstrategie errechnet mit Wetterprognosen und Strommarktpreisen eine lukrative Ein- und Verkaufsstrategie für die im Speichersystem gespeicherte Energie. Hierbei ist die Versorgungs-sicherheit der Stadtwerke Roth stets gegeben. Bei einem Strommarktpreis von 150 €/MWh ergäben sich durch die strategische Vermarktung reine Stromgestehungskosten von 7,8 ct/kWh.
Im ersten Abschnitt der Arbeit wird das Power-to-Gas-to-Power Verfahren analysiert. Der zweite Abschnitt der Studienarbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob sich der Firmenstandort von Max-Bögl in Sengenthal bei mittleren Stromkosten im Großhandel von 50 €/MWh wirtschaftlich und dabei CO2 neutral mit Strom versorgen kann.
The time available to bring a new product to market is getting shorter and shorter. To keep up, virtual prototypes have become an essential part in the product development cycle. We wanted to create a configuration interface to allow for a fast and easy configuration of said prototypes. We want to evaluate how the created interface performs when used with valid or invalid data and how accurately the requirements for the software were met. As a basis for this analysis we have created an approach to develop a user interface (UI) based on the existing Vivifly application and have extended it with some functionality. We used the approach to perform a set of software tests to evaluate its functionality. The tests focus on the behaviour of the UI and its output, when the user interacts with it. This is done by either testing the UI as it was intended or with inputs, that usually would not be entered. The results of the software tests show that although a large part of the requirements have been implemented, some special cases have not yet been considered and need additional information. Out of the 22 test cases seven did encounter a problem while performing them.
Ziel dieser Bachelorarbeit ist ein ganzes Teilprojekt in sich selbst abzuwickeln, um Datensicherung zur Daten- und Programmsicherung aller Steuerungen der Anlagen bei Firma KOSH durchzuführen. Die verschiedenen Arten von Steuerungen und HMIs, die in Betrieb sind, sind zu analysieren und dazu erforderliche Software und Hardware, die zur Durchführung der Datensicherheit notwendig ist, muss festgelegt und für den Einsatz organisiert werden. Die Datensicherungen sollen zuerst lokal auf einem Laptop und später im Cloud-System von Version Dog für eine spätere Verwendung im Falle von Schäden oder Ausfall an der SPS gespeichert werden. Die Entwicklung und Umsetzung des Projektes soll mit verschiedenen internen und externen Kollegen geplant werden. Die Möglichkeit von Ersatzteilen als Backup oder eine zukünftige Umstellung auf moderne Steuerungen, wie neue Generation von Siemens oder Bosch Steuerungen anstelle der alten Bosch Rexroth-Steuerungen ist zu berücksichtigen. Daher ist eine Kostenabschätzung für die Möglichkeiten und Herstelleroptionen für einen Umstieg auf neue Modelle oder das Vorhalten von Ersatzteilen als Backup zu recherchieren und zu analysieren.
Within the scope of this dissertation a program shall be developed to automatically retrace a given operational cycle of a train set. The program shall be programmed with „Python“. At least two rail vehicles are linked together. The profile contains the setpoint values of the speed as well as the setpoint values of the traction force of both rail vehicles. The last ones are transferred into the control units of both vehicles. A controller shall be implemented to regulate the real value of the speed of the train set when there is a difference to the setpoint value. The real values of speed and traction force of both vehicles as well as the setpoint values shall be saved in a file.
Furthermore, a mode shall be implemented to continuously settle an operating point for the train set. This operating point is defined by a setpoint value of the traction force of the first vehicle and a setpoint value of the speed of the train set. The results of the executed operational cycles show that an automatical retracing is well possible. The accuracy of the operational cycle depends much on the accuracy of the calculated given profile of the setpoint values of the traction force of both vehicles. Interferences are quickly and safely compensated. It is possible to steadly settle any operating point for the train set. Therefore this mode is suitible for approaching all possible operating points in a simple and cost effective way.
The aim of this bachelor thesis is the analysis of the performance of motion algorithms to increase the productivity of industrial robots.
The robot which is therefor used is the COMAU NJ60-2.2 robot, which is controlled by the SINUMERIK 840D sl machine tool control. The Laser Tracker Hexagon Leica Absolute Tracker AT960-SR is used as the measuring instrument. To assess the performance, motion programs are programmed, each of which is executed comparatively with the CC_ROCO compensation cycle activated and deactivated. The test strategy is based on the ISO 9283 standard. Measurements are made of the path characteristics and of the settling performance. Special attention is paid to the differences that result from the use of the compensation cycle. The measurements are initially carried out on the digital twin of the SINUMERIK ONE controller and following on the real robot.
The results of the measurements show that the use of the extension function does not have any negative decisive consequences on the path accuracy or the transient response, but it positively influences the duration of time.
In der Arbeit wird eine Versorgungsanalyse für den Industriestandort Sengenthal von Max Bögl durchgeführt. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Verbindung des Stromsek-tors mit dem Mobilitätssektor. Bei der Versorgungsanalyse wird die Möglichkeit der CO2-neutralen Selbstversorgung betrachtet. Beim Mobilitätssektor wird die Dienstwa-genflotte in den Betrachtungen elektrifiziert und eine Bewertung eines Teils der LKW-Flotte mit Wasserstoffantrieb vollzogen. Hierfür werden verschiedene Szenarien be-trachtet in denen die Freiheitsgrade (PV-Leistung, BDKW-Leistung, Batteriekapazität, P2G2P-Leistung, Anzahl E-Autos und Anzahl H2-LKWs) variiert werden. Neben der Variation der Freiheitsgrade findet auch eine Änderung der Randdaten statt. Bei die-sen werden zuerst Berechnungen auf Basis der realen Daten aus dem betrachteten Analysezeitraum durchgeführt und anschließend eine Veränderung vorgenommen, um mögliche zukünftige Änderungen abbilden zu können. Bei der Auswertung kann fest-gestellt werden, dass die Umsetzung der regenerativen Selbstversorgung technisch möglich ist. Bei der Untersuchung der Wirtschaftlichkeit können positive Szenarien festgestellt werden. Diese sind abhängig von äußeren Einflussfaktoren, wie den Be-zugspreisen an der Strombörse. Bei den im Jahr 2022 vorliegenden Bedingungen kann die Umsetzung wirtschaftlich abgebildet werden.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung wie ein moderner Industriebetrieb wirtschaftlich eine CO2-neutrale Selbstversorgung mit elektrischer Energie realisieren kann. Zusätzlich wird im 1. Teil der Arbeit die Windkraft als Möglichkeit der Energieerzeugung genauer analysiert und geprüft zu welchen Kosten elektrische Energie erzeugt werden kann.
Um auch zukünftig die steigenden Datenraten und die damit verbundene Kanalbandbreite in optischen Systemen der Telekommunikationsbranche zur Verfügung zu stellen, sind neue Ansätze bei der Datenübertragung notwendig. In dieser Arbeit wird ein Verfahren untersucht, dass die breitbandige, digitale Datenübertragung über einen solchen neuen Ansatz, den substratintegrierten Wellenleiter (SIW), ermöglicht.
Zur Untersuchung war es zunächst notwendig, die Anforderungen an das Verfahren, anhand der gegebenen Rahmenbedingungen, festzustellen. Für das anschließend erstellte Konzept wurde eine Marktrecherche zu den zur Umsetzung notwendigen Komponenten durchgeführt. Anhand dieser Auswahl konnte mittels einer Transientensimulation die allgemeine Tauglichkeit des Verfahrens nachgewiesen werden, noch bevor es in einen Schaltplan überführt wurde. Das aus dem Schaltplan erzeugte Layout wurde zur Beseitigung etwaiger Störstellen mit einem 3D Feldsimulator untersucht und steht zur Freigabe für eine Leiterplattenproduktion bereit. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein untersuchtes und in die Praxis umsetzbares Verfahren, mit dem ein breitbandiges, digitales Signal über einen substratintegrierten Wellenleiter übertragen werden kann. Jedoch eignet sich die Implementierung des Verfahrens nicht für die direkte Umsetzung in zukünftigen Projekten. Dies liegt zum einen am erhöhten Schaltungs-aufwand gegenüber den aktuell verwendeten Verfahren und zum anderen am Mangel geeigneter, momentan auf dem Markt verfügbarer Komponenten, die die benötigte Bandbreite zur Verfügung stellen.
In der Arbeit wird die regenerative Selbstversorgung mit marktorientiertem Überschussexport für die Energiezelle Max Bögl am Standort Sengenthal untersucht. Dafür stehen neben einer freiausbaubaren Solarerzeugung die Speichermöglichkeiten Power-To-Gas-To-Power (P2G2P) und Batterie zur Herstellung der physikalischen Selbstversorgungs-fähigkeit zur Verfügung. Es wird die analytische Suche nach der kostengünstigsten Konstellation zwischen dem PV-Ausbau und den beiden flexiblen Einheiten P2G2P und Batterie durchgeführt, um eine wirtschaftliche Lösung zu finden.
Im Rahmen des Energietechnik Projekts im sechsten Semester an der Technischen Hochschule Georg Simon Ohm wurde, unter Leitung von Professor Popp und der Begleitung durch Josef Bayer von Max Bögl, eine regenerative Versorgungsanalyse beim Unternehmen Max Bögl erstellt. Zur Durchführung dieser Analyse wurde zunächst mithilfe der
Tabellenkalkulationssoftware Excel ein Tool erstellt. Mithilfe des Tools wurden, auf Basis der Versorgungsverlaufsaufzeichnungen der Jahre 2018 bis 2020 des Unternehmens Max Bögl, verschiedene Szenarien zur regenerativen Selbstversorgung betrachtet. Dabei wurde das
Szenario mit den geringsten Stromgestehungskosten gesucht. Die Versorgung basiert in den Szenarien auf den regenerativen Energie-quellen Wind, Sonne und einem Biomassedampfkraftwerk. Um die Umsetzbarkeit aufgrund des volatilen Charakters dieser Quellen zu gewährleisten und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, wurden verschiedene Speichersysteme miteinbezogen. Zum Einsatz kamen dabei eine Lithium-Ionen-Batterie und eine Power-to-Gas-to-Power Anlage. Die Wirtschaftlichkeit der Szenarien basiert dabei auf dem Verkauf von Strom an der Strombörse. Dazu wird im Tool eine Speicherung der
Überschüsse aus Wind, Sonne und Biomassedampfkraftwerk zu Markttief-preisen und dem Verkauf dieser zu Markthochpreisen simuliert. In dieser Arbeit wird das Szenario mit den niedrigsten Stromentstehungs-kosten mit der Kombination aus Wind, Sonne, Dampfkraftwerk, Batterie und Power-to-Gas-to-Power betrachtet und die Ergebnisse vorgestellt.
Der vorliegende Bericht erläutert die Funktionsweise eines selbst entwickelten Analyseprogramms im Rahmen einer von Studenten der Technischen Hochschule Nürnberg durchgeführten Forschungsarbeit. Mit Hilfe dieses Analyseprogramms wurden mögliche Szenarien untersucht, die den Ausbau der Energieanlagen der Firma Max Bögl am Standort Sengenthal betreffen. Ziel der Analyse war es, ein Szenario zu finden, welches die niedrigsten Stromgestehungskosten für das Unternehmen verursacht. Die Ausbauszenarien beruhen hierbei auf regenerativen Energiequellen und sollen eine vollständige Eigenstromversorgung ermöglichen. Überschüsse sollen dabei marktorientiert ins örtliche Verteilnetz eingespeist und Defizite mit Speichertechnologien gedeckt werden. Die Studienarbeit gibt einen Einblick in die Vorgehensweise bei der Entwicklung des Programms und erläutert die Funktionsweise bei der Berechnung der jeweils niedrigsten Stromgestehungskosten.
Die Firmengruppe Max Bögl ist ein deutsches Bauunternehmen, welches auch international agiert. Der Firmensitz befindet sich in Sengenthal, Bayern. Dieser Standort soll zukünftig selbständig und CO2 neutral mit Strom versorgt werden. Dafür wurden bereits PV- und Windkraftanlagen errichtet und es sollen weitere PV-Anlagen errichtet werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit Batteriespeicher, eine P2G2P-Anlage oder ein Biomasse-Dampfkraftwerk zuzubauen. Welche Option die kostengünstigste ist und ob diese auch wirtschaftlich umsetzbar ist, wird im Rahmen eines Energieprojektes von der Technischen Hochschule Nürnberg untersucht.
Diese Arbeit untersucht zwei verschiedene Szenarien. Zuerst wird der Ausbau an PV-Anlagen mit zusätzlichen Batteriespeichern betrachtet. Das zweite untersuchte Konzept besteht aus dem Ausbau von PV-Anlagen mit der zusätzlichen Errichtung von Batteriespeichern und einem Biomasse-Dampfkraftwerk.
Das Ergebnis dieser Untersuchungen ist, dass das zuerst analysierte Szenario in der Umsetzung deutlich zu teuer ist. Das zweite Szenario mit dem Dampfkraftwerk ist in der Umsetzung deutlich günstiger, aber in der Umsetzung aus rein wirtschaftlicher Sicht aktuell immer noch zu teuer. Durch geänderte politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen kann es aber in Zukunft eine Alternative zu dem Strombezug aus dem Netz darstellen.
Im Rahmen des Moduls Smart Energy wird eine regenerative Versorgungsanalyse zur Energiezelle Max Bögl am Standort Sengenthal durchgeführt. Die Firma Max Bögl stellt dafür Daten zur Verfügung, worunter Leistungszeitreihen des Verbrauchs und verschiedener Energieanlagen des Jahres 2019 inbegriffen sind. Zu der elektrischen Energieerzeugung zählen eine BHKW-Anlage sowie die am Standort befindlichen Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen. Wie es in der Energiewirtschaft üblich ist, beinhalten diese Daten Leistungszeitreihen auf Viertelstundenbasis. Das Ziel dieser Studienarbeit ist es eine Systemgestaltung zu konfigurieren, die eine Selbstversorgung der Energiezelle gewährleistet.
This study examines the effects of using different types of visualization for task in- structions within engineering studies. Participant observation and guided group interviews were used to determine both the learning difficulties of students and their expectations towards the educational use of 3D models.Comparing between three different modes of representation of the same model (2D drawings, per-spective 3D models and stereoscopicobject representations), the performance of task execution, the speed for task handling and the perceived cognitive workload of one taskwere measured. 183 students take part in the study. It was found, that the participants that used stereoscopic object-representations per-ceived task less complex than the groups using perspective 3D or paper based 2D-representations.
Die Performance der Kontaktverfolgung, Isolation und Quarantäne bleibt deutlich hinter den Möglichkeiten zurück und trägt zu wenig zur Reduktion der Reproduktionszahlen bei. In Kombination mit einer nachlassenden Mitwirkung der Bevölkerung könnte bald ein Punkt erreicht sein, an dem wir nur noch auf die Impfung warten können. Wir müssen schnellstmöglich auf ein Niveau der Neuinfektionen zurückzukehren, auf dem die Gesundheitsämter einen Beitrag leisten können. Wir brauchen eine Stelle, die für durchgängig (!) pfeilschnelle (!) Abläufe im Gesamtprozess (Test-Zugang, schnellste Auswertung und Mitteilung von Testergebnissen, umgehende Isolierung, Kontaktverfolgung, Testung der Kontakte sowie wirksame Quarantäne.) verantwortlich zeichnet. Dabei sollten Kompetenzen zu Management, Organisation, zeitlichen Abläufen, 24/7-Betrieb, Drive-In-Testing, detektivischer Arbeit, IT-Einsatz und mathematisch basierter Optimierung des Gesamtprozesses im Vordergrund stehen.
Potential- und Speicheranalyse im Bereich regenerative Energien in Oberfranken (Abschlussbericht)
(2020)
Im Folgenden werden die Fragestellungen aufgeführt, welche sich aus dem Ablauf ergeben und welche im Laufe des Projekts geklärt werden sollen:
1) Wie viel Strom wird heute im Untersuchungsgebiet verbraucht (Zuhilfenahme der Bachelorarbeit von Fr. Katharina Will)?
2) Wie viele Windkraft-, Wasserkraft-, Bio-/ Klärgas-, Photovoltaik- und Speicheranlagen bestehen bereits heute und wie viel Strom wird dadurch erzeugt und speichertechnisch umgesetzt?
3) Welche Jahre von 1980 bis 2019 sind die wettertechnisch ungünstigsten für die Nutzung von Windkraft und Photovoltaik?
4) Wie viel Strom muss noch zusätzlich aus Sonnen- und Windkraft erzeugt werden, um den gegenwärtigen Strombedarf aus reinen regenerativen Quellen zu decken? Wie kann diese regenerative Energieversorgung, unter Berücksichtigung der geringsten Stromgestehungskosten und der wettertechnisch ungünstigsten Zeiträume, zu den bereits bestehenden Energiespeichern ausgelegt werden?
5) Wie ist der aktuelle Stand der Technik bzgl. Photovoltaik und wie hoch sind die Kosten für solche Anlagen?
Analyse des besten Stromversorgungsmix des Untersuchungsgebietes um Ansbach durch reine regenerative Stromversorgung, anhand des ungünstigsten Wetterjahres der letzten 40 Jahre mit Vertiefung der aktuellen Technik der Wasserkraft in der gesamten Metropolregion Nürnberg wie auch der Kostenfaktoren für Laufwasserkraftwerke
Das Projekt wird im Rahmen des Seminars „Projekt Energietechnik“ des sechsten Semesters Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg durchgeführt. Die Projektarbeit untersucht die Möglichkeiten einer autarken regenerativen Energieversorgung in einer mittelfränkischen Region. Hierbei wird einerseits das Energieerzeugungspotential der Energieträger Wind, Sonne, Biomasse und Laufwasser und andererseits der Verbrauch des Untersuchungsgebiets analysiert. Bei der Gegenüberstellung der Jahreswerte für die Energieerzeugung und des
Energieverbrauchs von 1980 bis 2019 fällt der volatile Verlauf der Zeitreihen auf. Um die Überschüsse in der Erzeugung besser ausnutzen zu können und gleichzeitig die Defizite decken zu können, werden mehrere Speichertechnologien verglichen. Mit Hilfe eines Excel-Tools von Herrn Prof. Dr. Popp werden Daten der letzten 40 Jahre analysiert und verrechnet. Dabei werden die Jahre mit extremen Energiedefiziten herausgefunden, in denen die größten Speicherleerungen stattfinden.
Daraus kann man schließen, dass die Untersuchungsregion Speicher-technologien für die Deckung der Energiedefizite vorhalten muss, um die benötigte Energiemenge für den Verbrauch bereitzustellen. Des Weiteren wird mit Hilfe des Programms ein optimaler Mix der Erneuerbaren Energieträger berechnet. Zudem lassen sich für deren Ausbau kostenminimale Lösungen errechnen. Im Folgenden lassen sich konkrete Werte für den zahlenmäßigen Ausbau der Anlagen geben.
Außerdem behandelt diese Projektarbeit die Speichertechnologie Power-to-Gas-toPower ausführlicher. Es sollen das Prinzip, die Funktions-weise, die Verfahren und die Kosten dargestellt werden. Die Behandlung der Vor- und Nachteile und die Entwicklung in der Zukunft werden abschließend betrachtet.
Das Projekt wird im Rahmen des Seminars „Projekt Energietechnik“ des sechsten Semesters Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg durchgeführt. Die Projektarbeit untersucht die Möglichkeiten einer autarken regenerativen Energieversorgung in einer mittelfränkischen Region. Hierbei wird einerseits das Energieerzeugungspotential der Energieträger Wind, Sonne, Biomasse und Laufwasser und andererseits der Verbrauch des Untersuchungsgebiets analysiert. Bei der Gegenüberstellung der Jahreswerte für die Energieerzeugung und des
Energieverbrauchs von 1980 bis 2019 fällt der volatile Verlauf der Zeitreihen auf. Um die Überschüsse in der Erzeugung besser ausnutzen zu können und gleichzeitig die Defizite decken zu können, werden mehrere Speichertechnologien verglichen. Mit Hilfe eines Excel-Tools von Herrn Prof. Dr. Popp werden Daten der letzten 40 Jahre analysiert und verrechnet. Dabei werden die Jahre mit extremen Energiedefiziten herausgefunden, in denen die größten Speicherleerungen stattfinden.
Daraus kann man schließen, dass die Untersuchungsregion Speicher-technologien für die Deckung der Energiedefizite vorhalten muss, um die benötigte Energiemenge für den Verbrauch bereitzustellen. Des Weiteren wird mit Hilfe des Programms ein optimaler Mix der Erneuerbaren Energieträger berechnet. Zudem lassen sich für deren Ausbau kostenminimale Lösungen errechnen. Im Folgenden lassen sich konkrete Werte für den zahlenmäßigen Ausbau der Anlagen geben.
Außerdem behandelt diese Projektarbeit die Speichertechnologie Power-to-Gas-toPower ausführlicher. Es sollen das Prinzip, die Funktions-weise, die Verfahren und die Kosten dargestellt werden. Die Behandlung der Vor- und Nachteile und die Entwicklung in der Zukunft werden abschließend betrachtet.
Um den Stromverbrauch in der Region Rothenburg ob der Tauber zu einhundert Prozent möglichst kostengünstig aus regenerativen Energiequellen decken zu können, müsste ein Versorgungssystem mit geotechnischen Speichersystemen wie zum Beispiel Pumpspeicher-kraftwerken aufgebaut werden. Bezogen auf den Durchschnittsverbrauch des Jahres 2018 (≜100%) müsste dabei folgender Energiemix erreicht werden: 50,8 % Windkraft und 68,8 % Photovoltaik, 5,5 % Biomasse und 0,9 % Laufwasser. Unter der Annahme, dass Wasserkraftanlagen und Biomasseanlagen nicht weiter ausgebaut werden, müssten bei dem kostengünstigsten Versorgungssystem 91 Windkraftanlagen (Nennleistung 3,2 MW), sowie 6,2 km² Photovoltaikanlagen errichtet werden.
Die betrachtete Beispielanlage erreicht eine Nennleistung 9 kW, diese jedoch nur in den ersten Monaten des Jahres. Von Juni bis Dezember hingegen ist nahezu keine Leistung abrufbar. Bei 60 prozentiger Eigennutzung des erzeugten Stroms und Einspeisung der Überschüsse ist eine Amortisationszeit von 17 bis 18 Jahren zu erreichen. Bei vollständiger Einspeisung sind Amortisationszeiten von über 50 Jahren gegeben, wodurch diese Art der Nutzung ökonomisch nicht vertretbar ist.
Um den Stromverbrauch in der Region Rothenburg ob der Tauber zu einhundert Prozent möglichst kostengünstig aus regenerativen Energiequellen decken zu können, müsste ein Versorgungssystem mit geotechnischen Speichersystemen wie zum Beispiel Pumpspeicher-kraftwerken aufgebaut werden. Bezogen auf den Durchschnittsverbrauch des Jahres 2018 (≜100%) müsste dabei folgender Energiemix erreicht werden: 50,8 % Windkraft und 68,8 % Photovoltaik, 5,5 % Biomasse und 0,9 % Laufwasser. Unter der Annahme, dass Wasserkraftanlagen und Biomasseanlagen nicht weiter ausgebaut werden, müssten bei dem kostengünstigsten Versorgungssystem 91 Windkraftanlagen (Nennleistung 3,2 MW), sowie 6,2 km² Photovoltaikanlagen errichtet werden.
Die betrachtete Beispielanlage erreicht eine Nennleistung 9 kW, diese jedoch nur in den ersten Monaten des Jahres. Von Juni bis Dezember hingegen ist nahezu keine Leistung abrufbar. Bei 60 prozentiger Eigennutzung des erzeugten Stroms und Einspeisung der Überschüsse ist eine Amortisationszeit von 17 bis 18 Jahren zu erreichen. Bei vollständiger Einspeisung sind Amortisationszeiten von über 50 Jahren gegeben, wodurch diese Art der Nutzung ökonomisch nicht vertretbar ist.