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Boost converters suffer from a bandwidth limitation caused by the right-half plane zero (RHPZ), which occurs in the control-to-output transfer function. In contrast, there are many applications that require superior dynamic behavior. Further, size and cost of boost converter systems can be minimized by reduced voltage deviations and fast transient responses in case of large signal load transients. The key idea of the proposed ΔV/Δt-intervention control concept is to adapt the controller output to its new steady state value immediately after a load transient by prediction from known parameters. The concept is implemented in a digital control circuit, consisting of an ASIC in a 110 nm-technology and a Xilinx Spartan-6 field programmable gate array (FPGA). In a boost converter with 3.5V input voltage, 6.3V output voltage, 1.2A load, and 500 kHz switching frequency, the output voltage deviations are 2.8x smaller, scaling down the output capacitor value by the same factor. The recovery times are 2.4x shorter in case of large signal load transients with the proposed concept. The control is widely applicable, as it supports constant switching frequencies and allows for duty cycle and inductor current limitations. It also shows various advantages compared to conventional control and to selected adaptive control concepts.
Externe Ladeinfrastruktur kann rechtskonform aus dem Stromnetz einer öffentlichen Liegenschaft versorgt werden. Bisher war die Vorgabe, die Versorgung über einen eigenen (neuen) Netzanschlusspunkt zu realisieren. Die hier vorgestellte Lösung ist ökologisch, wirtschaftlich und technisch deutlich günstiger und dient als Muster für die weitere Erschließung landeseigenen Parkraums in ganz Baden-Württemberg. Ein virtuelles Kraftwerk ermöglicht den gemeinschaftsdienlichen Betrieb.
This article proposes several modified quasi Z-source dc/dc boost converters. These can achieve soft-switching by using a clamp-switch network comprised of an active switch and a diode in parallel with a capacitor connected across one of the inductors of the Z-source network. In this way, ringing at the transistor switching node is mitigated, and the voltage at the turn-on of the transistor is reduced. Even a zero voltage switching (ZVS) of the main transistor is possible if the capacitor in the clamp-switch network is adequately chosen. The proposed circuit structure and operating mode are described and validated through simulations and measurements on a low-power prototype.
Der elektrische Wirkungsgrad stellt eines der wichtigsten Bewertungskriterien für BHKW dar, da über diese Größe ausgedrückt wird, wie viel des Wertproduktes „elektrische Energie“ bezogen auf die eingesetzte oder aufzuwendende Brennstoffenergie produziert werden kann. Ein hoher elektrischer Wirkungsgrad ist somit gleichbedeutend mit hohen Erlösen aus dem Verkauf der erzeugten elektrischen Energie und damit eine grundlegende Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs. Folglich sind die Hersteller von BHKW bestrebt, den elektrischen Wirkungsgrad ihrer Geräte kontinuierlich zu verbessern und nach oben zu treiben. Dieses Bemühen zeigt sich eindrucksvoll an der Entwicklung der mechanischen Effizienz von Gasmotoren der Firma GE Jenbacher. Während mit Motoren der Baureihe 6 im Leistungsbereich 1,8 – 4,4 MWel im Jahr 1988 eine mechanische Effizienz von 34% erreichbar war, liegt dieser Wert mittlerweile bei etwa 47,5%. Diese enorme Steigerung konnte im Wesentlichen durch eine Erhöhung des mittleren effektiven Zylinderarbeitsdrucks von etwa 10 bar im Jahr 1988 auf derzeit 24 bar erzielt werden. Dabei hilft der Magerbetrieb, der gleichzeitig ein Zurückdrängen der NOx-Emissionen bewirkt, die Klopfgrenze zu höheren Drücken hin zu verschieben. Eine sichere Zündung des Gas-Luft-Gemisches wird durch die Vorkammerzündung erreicht.
Willingness-to-pay for alternative fuel vehicle characteristics : a stated choice study for Germany
(2016)
In the light of European energy efficiency and clean air regulations, as well as an ambitious electric mobility goal of the German government, we examine consumer preferences for alternative fuel vehicles (AFVs) based on a Germany-wide discrete choice experiment among 711 potential car buyers. We estimate consumers’ willingness to-pay and compensating variation (CV) for improvements in vehicle attributes, also taking taste differences in the population into account by applying a latent class model with 6 distinct consumer segments. Our results indicate that about 1/3 of the consumers are oriented towards at least one AFV option, with almost half of them being AFV-affine, showing a high probability of choosing AFVs despite their current shortcomings. Our results suggest that German car buyers’ willingness-to-pay for improvements of the various vehicle attributes varies considerably across consumer groups and that the vehicle features have to meet some minimum requirements for considering AFVs. The CV values show that decision-makers in the administration and industry should focus on the most promising consumer group of ‘AFV aficionados’ and their needs. It also shows that some vehicle attribute improvements could increase the demand for AFVs cost-effectively, and that consumers would accept surcharges for some vehicle attributes at a level which could enable their private provision and economic operation (e.g. fast-charging infrastructure). Improvement of other attributes will need governmental subsidies to compensate for insufficient consumer valuation (e.g. battery capacity).
”I have never seen one who loves virtue as much as he loves beauty,” Confucius once said. If beauty is more important as goodness, it becomes clear why people invest so much effort in their first impression. The aesthetic of faces has many aspects and there is a strong correlation to all characteristics of humans, like age and gender. Often, research on aesthetics by social and ethic scientists lacks sufficient labelled data and the support of machine vision tools. In this position paper we propose the Aesthetic-Faces dataset, containing training data which is labelled by Chinese and German annotators. As a combination of three image subsets, the AF-dataset consists of European, Asian and African people. The research communities in machine learning, aesthetics and social ethics can benefit from our dataset and our toolbox. The toolbox provides many functions for machine learning with state-of-the-art CNNs and an Extreme-Gradient-Boosting regressor, but also 3D Morphable Model technolo gies for face shape evaluation and we discuss how to train an aesthetic estimator considering culture and ethics.
Bei der Zerspanung mit geometrisch definierter Schneide (z.B. Drehen, Fräsen, Bohren, Reiben, Sägen, Hobeln, Stoßen, Räumen) werden Zerspanwerkzeuge mit einer definierten Schneidengeometrie verwendet. Die Werte der einzelnen geometrischen Maße basieren auf Richt- und Erfahrungswerten. Die Definition der einzelnen Geometriemerkmale (z.B. Winkel) sind in DIN 6581 enthalten. In den letzten Jahren wurden zur Ermittlung des Prozessverhaltens unterschiedlicher Geometrieparameter Forschungsprojekte durchgeführt, die die Einflüsse der Schneidengestaltung untersuchen (z.B. Zabel 2010). Die Schneidengeometrie wird in der Regel mit den Verfahren Schleifen, Erodieren oder Laserbearbeitung erzeugt. Die Werkzeuge werden auf Universal- oder Spezial(werkzeugschleif)maschinen hergestellt und aufbereitet. Die Ausstattung und der Automatisierungsgrad richtet sich nach den zu bearbeitenden Merkmalen der Werkzeuge und deren Häufigkeit.
Die Additive Fertigung bietet großes Potenzial zur Erschließung neuer, flexibler und innovativer Fertigungsprozesse mit kurzen Durchlaufzeiten. Erhöhte Komplexität und die Integration von Funktionen in Bauteile wird gefördert. Zur Steigerung der Konkurrenzfähigkeit und weiteren Ausweitung des Einsatzgebietes sind automatisierte Fertigungsschritte nach dem Bauprozess erforderlich. Werkzeugmaschinen spielen auch in der Prozesskette der Additiven Fertigung eine zentrale Rolle bei der Erzeugung von genauen Funktionsflächen. Dabei ist evtl. eine andere Auslegung aufgrund reduzierter Zerspanvolumen und geringeren Flächen möglich.
Today the optimization of metal forming processes is done using advanced simulation tools in a virtual process, e.g. FEM-studies. The modification of the free parameters represents the different variants to be analysed. So experienced engineers may derive useful proposals in an acceptable time if good initial proposals are available. As soon as the number of free parameters growths or the total process takes long times and uses different succeeding forming steps it might be quite difficult to find promising initial ideas. In metal forming another problem has to be considered. The optimization using a series of local improvements, often called a gradient approach may find a local optimum, but this could be far away from a satisfactory solution. Therefore non-deterministic approaches, e.g. Bionic Optimization have to be used. These approaches like Evolutionary Optimization or Particle Swarm Optimization are capable to cover a large range of high dimensional optimization spaces and discover many local optima. So the chance to include the global optimum increases when using such non-deterministic methods. Unfortunately these bionic methods require large numbers of studies of different variants of the process to be optimized. The number of studies tends to increase exponentially with the number of free parameters of the forming process. As the time for one single study might be not too small as well, the total time demand will be inacceptable, taking weeks to months even if high performance computing will be used. Therefore the optimization process needs to be accelerated. Among the many ideas to reduce the time and computer power requirement Meta- and Hybrid Optimization seem to produce the most efficient results. Hybrid Optimization often consists of global searches of promising regions within the parameter space. As soon as the studies indicate that there could be a local optimum, a deterministic study tries to identify this local region. If it shows better performance than other optima found until now, it is preserved for a more detailed analysis. If it performs worse than other optima the region is excluded from further search. Meta-Optimization is often understood as the derivation of Response Surfaces of the functions of free parameters. Once there are enough studies performed, the optimization is done using the Response Surfaces as representatives e.g. for the goal and the restrictions of the optimization problem. Having found regions where interesting solutions are to be expected, the studies available up to now are used to define the Response Surfaces. In many cases low degree polynomials are used, defining their coefficients by least square methods. Both proposals Hybrid Optimization and Meta-Optimization, sometimes used in combination often help to reduce the total optimization processes by large numbers of variants to be studied. In consequence they are highly recommended when dealing with time consuming optimization studies.
Verification of an active time constant tuning technique for continuous-time delta-sigma modulators
(2022)
In this work we present a technique to compensate the effects of R-C / g m -C time-constant (TC) errors due to process variation in continuous-time delta-sigma modulators. Local TC error compensation factors are shifted around in the modulator loop to positions where they can be implemented efficiently with finely tunable circuit structures, such as current-steering digital-to-analog converters (DAC). We apply our technique to a third-order, single-bit, low-pass continuous-time delta-sigma modulator in cascaded integrator feedback structure, implemented in a 0.35-μm CMOS process. A tuning scheme for the reference currents of the feedback DACs is derived as a function of the individual TC errors and verified by circuit simulations. We confirm the tuning technique experimentally on the fabricated circuit over a TC parameter variation range of ±20%. Stable modulator operation is achieved for all parameter sets. The measured performances satisfy the expectations from our theoretical calculations and circuit-level simulations.
Despite the unstoppable global drive towards electric mobility, the electrification of sub-Saharan Africa’s ubiquitous informal multi-passenger minibus taxis raises substantial concerns. This is due to a constrained electricity system, both in terms of generation capacity and distribution networks. Without careful planning and mitigation, the additional load of charging hundreds of thousands of electric minibus taxis during peak demand times could prove catastrophic. This paper assesses the impact of charging 202 of these taxis in Johannesburg, South Africa. The potential of using external stationary battery storage and solar PV generation is assessed to reduce both peak grid demand and total energy drawn from the grid. With the addition of stationary battery storage of an equivalent of 60 kWh/taxi and a solar plant of an equivalent of 9.45 kWpk/taxi, the grid load impact is reduced by 66%, from 12 kW/taxi to 4 kW/taxi, and the daily grid energy by 58% from 87 kWh/taxi to 47 kWh/taxi. The country’s dependence on coal to generate electricity, including the solar PV supply, also reduces greenhouse gas emissions by 58%.
The coupling of the heat and power sector is required as supply and demand in the German electricity mix drift further and further apart with a high percentage of renewable energy. Heat pumps in combination with thermal energy storage systems can be a useful way to couple the heat and power sectors. This paper presents a hardware-in the-loop test bench for experimental investigation of optimized control strategies for heat pumps. 24-hour experiments are carried out to test whether the heat pump is able to serve optimized schedules generated by a MATLAB algorithm. The results show that the heat pump is capable of following the generated schedules, and the maximum deviation of the operational time between schedule and experiment is only 3%. Additionally, the system can serve the demand for space heating and DHW at any time.
In kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) werden Energieeffizienz-Potentiale in geringerem Maße ausgeschöpft als in Großunternehmen. Zugleich bilden KMU den überwältigenden Anteil deutscher Unternehmen. Die Steigerung der Energieeffizienz verspricht einen substanziellen Beitrag zur Umweltentlastung. Energiemanagement wird gemeinhin als wesentlicher Treiber von Energieeffizienz Maßnahmen in Deutschland betrachtet. Im Kontext von Unternehmen wird Energiemanagement üblicherweise synonym mit dem Energiemanagement-standard ISO 50001 betrachtet. Problematisch zeigt sich diese Perspektive mit Blick auf KMU, für die eine aufwändige Implementierung eines solchen System in den überwiegenden Fällen nicht infrage kommt. Vor diesem Hintergrund darf sich eine Förderung von Energiemanagement in KMU jedoch nicht entmutigen lassen. Im Rahmen des Projekts wurde ein bedarfsgerechtes und an den Bedürfnissen von KMU orientiertes Konzept von Energiemanagement für KMU entwickelt. Die Ausarbeitung erfolgte in einem sogenannten Reallabor, das gleichsam als Partner-Netzwerk die Ergebnisse des Projekts kooperativ produziert hat. Das Reallabor setzte sich zusammen aus den koordinierenden Partnern aus der Wissenschaft (REZ Hochschule Reutlingen, Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP), sechs KMU aus der Region Reutlingen und einem Sounding-Board bestehend aus vier weiteren Partnern.
Im Rahmen des Reallabors wurden jene Bausteine definiert, die Energiemanagement für KMU ausmachen. Sensibilität und Basiswissen ist für KMU unumgänglich in den Bereichen: 1. Motivation für Energieeffizienz & Klimaneutralität, 2. Organisation-Entscheiden-Verhalten, 3. Energie-Daten Management und 4. Energieeffizienz-Maßnahmen (Querschnitt-Technologien). Den vier festgelegten Bausteinen wurden unterschiedliche Inhalte Schwerpunkte zugeordnet. Die Bausteine und Schwerpunkte wurden jeweils begründet und mit konkreten Lehr-, Lern- und Sensibilisierungszielen benannt. Parallel zur Festlegung der Bausteine und Schwerpunkte von Energiemanagement wurden Lehr-, Lern- und Sensibilisierungs-Materialien ausgearbeitet, bestehend aus Leitfäden und Checklisten. Die Ausarbeitung wurde jeweils mit Themen-Workshops parallel begleitet. Die entwickelten Lehr-, Lern- und Sensibilisierungs-Materialien wurden in und mit den Partnerunternehmen getestet. Alle Materialien stehen mit Abschluss des Projekts für die Verbreitung zur freien Verfügung.
Der zukünftige Beitrag zur Umweltentlastung hängt von der breiten Umsetzung außerhalb des Projektkontexts ab. Die Sensibilisierung und Qualifizierung für Energiemanagement schafft eine nachhaltige Energiesparkultur in KMU. Eine breite Anwendung des entwickelten Konzepts im Rahmen von moderierten Unternehmens-Netzwerken fördert die nachhaltige Befähigung von KMU Energieeffizienz zu planen und umzusetzen.
Universelle OTA-Testbench
(2014)
Es wird eine universell einsetzbare Testbench zur Simulation von integrierten Schaltungen innerhalb der OTA-Schaltungsklasse (Operational Transconductance Amplifier; Transkonduktanzverstärker) vorgestellt. Transkonduktanzverstärker sind in der analogen Schaltungstechnik weit verbreitet und daher von großer Bedeutung. Sie treten sowohl als eigenständige Schaltungen innerhalb eines Chips, sowie als Bestandteil anderer Schaltungen (z.B. als erste und zweite Stufe von Operationsverstärkern) auf. Es kann davon ausgegangen werden, dass heute kaum ein analoger oder Mixed-Signal-Chip gefertigt wird, in dem keine Transkonduktanzverstärker verbaut sind. Die Entscheidungsfindung des Entwicklers bei der Auslegung eines OTAs beruht maßgeblich auf einer anwendungsspezifischen Simulation. Die Erstellung einer eigenen Testbench für jede Anwendung bedeutet allerdings einen hohen Zeitaufwand und erschwert den Vergleich der Simulationsergebnisse unterschiedlicher Schaltungsvarianten. Durch eine universelle Testbench kann zum einen der Zeitaufwand verringert werden, zum anderen können nun Simulationsergebnisse direkt miteinander verglichen werden. Hierdurch wird die Entscheidungsfindung des Entwicklers objektiviert und beschleunigt. Neben dem Vergleich unterschiedlicher Schaltungen innerhalb einer Technologie ist auch der Vergleich einer Schaltung in unterschiedlichen Technologien denkbar. Die Idee einer universell anwendbaren Testbench lässt sich auch auf andere analoge Schaltungsklassen anwenden und damit als Prinzip verallgemeinern.
The experimental characterization of the thermal impedance Zth of large power MOSFETs is commonly done by measuring the junction temperature Tj in the cooling phase after the device has been heated, preferably to a high junction temperature for increased accuracy. However, turning off a large heating current (as required by modern MOSFETs with low on-state resistances) takes some time because of parasitic inductances in the measurement system. Thus, most setups do not allow the characterization of the junction temperature in the time range below several tens of μs.
In this paper, an optimized measurement setup is presented which allows accurate Tj characterization already 3 μs after turn-off of heating. With this, it becomes possible to experimentally investigate the influence of thermal capacitances close to the active region of the device. Measurement results will be presented for advanced power MOSFETs with very large heating currents up to 220 A. Three bonding variants are investigated and the observed differences will be explained.
This paper aims at presenting a solution that enables end customers of the energy system to participate in new local micro-energy-markets by providing them with a distributed, decentralized, transparent and secure Peer to Peer (P2P) payment system, which functions automatically applying new concepts of Machine to Machine (M2M) communication technologies. This work was performed within the German project VK_2G, funded by the DBU. The key results were: Providing means to perform microtransactions in a P2P fashion between end consumers and prosumers in local communities at low cost in a transparent and secure manner; Developing a platform with pre-defined smart contracts able to be tailored to different end customers ‘needs in an easy way and; Integrating both the market platform as well as the local control of generation and loads. This solution has been developed, integrated and tested in a laboratory prototype. This paper discusses this solution and presents the results of the first test.
The aim of this work is the development of artificial intelligence (AI) application to support the recruiting process that elevates the domain of human resource management by advancing its capabilities and effectiveness. This affects recruiting processes and includes solutions for active sourcing, i.e. active recruitment, pre-sorting, evaluating structured video interviews and discovering internal training potential. This work highlights four novel approaches to ethical machine learning. The first is precise machine learning for ethically relevant properties in image recognition, which focuses on accurately detecting and analysing these properties. The second is the detection of bias in training data, allowing for the identification and removal of distortions that could skew results. The third is minimising bias, which involves actively working to reduce bias in machine learning models. Finally, an unsupervised architecture is introduced that can learn fair results even without ground truth data. Together, these approaches represent important steps forward in creating ethical and unbiased machine learning systems.
In this work, a comparison between different brushless harmonic-excited wound-rotor synchronous machines is performed. The general idea of all topologies is the elimination of the slip rings and auxiliary windings by using the already existing stator and rotor winding for field excitation. This is achieved by injecting a harmonic airgap field with the help of power electronics. This harmonic field does not interact with the fundamental field, it just transfers the excitation power across the airgap. Alternative methods with varying number of phases, different pole-pair combinations, and winding layouts are covered and compared with a detailed Finite-Element-parameterized model. Parasitic effects due to saturation and coupling between the harmonic and main windings are considered.
The increase in distributed energy generation, such as photovoltaic systems (PV) or combined heat and power plants (CHP), poses new challenges to almost every distribution network operator (DNO). In the low-voltage (LV) grids, where installed PV capacity approaches the magnitude of household load, reverse power flow occurs at the secondary substa-tions. High PV penetration leads to voltage rise, flicker and loading problems. These problems have been addressed by the application of various techniques amongst which is the deployment of step voltage regulators (SVR). SVR can solve the voltage problem, but do not prevent or reduce reverse power flows. Therefore, the application of SVR in low voltage grids can result in significant power losses upstream. In this paper we present part of a research project investi-gating the application of remote-controlled cable cabinets (CC) with metering units in a low-voltage network as a possible alternative for SVR. A new generation of custom-made remote-control cable cabinets has been deployed and dynamic network reconfigurations (NR) have been realized with the following objectives: (i) reduction of reverse power flow through the secondary substation to the upstream network and therefore a reduction of upstream losses, (ii) reduction of the voltage rise caused by distributed energy resources and (iii) load balancing in the low-voltage grid. Secondary objec-tives are to improve the DNO's insight into the state of the network and to provide further information on future smart grid integration.
In the course of a more intensive energy generation from regenerative sources, an increased number of energy storages is required. In addition to the widespread means of storing electric energy, storing energy thermally can contribute significantly. However, limited research exists on the behaviour of thermal energy storages (TES) in practical operation. While the physical processes are well known, it is nevertheless often not possible to adequately evaluate its performance with respect to the quality of thermal stratification inside the tank, which is crucial for the thermodynamic effectiveness of the TES. The behaviour of a TES is experimentally investigated in cyclic charging and discharging operation in interaction with a cogeneration (CHP) unit at a test rig in the lab. From the measurements the quality of thermal stratification is evaluated under varying conditions using different metrics such as normalised stratification factor, modified MIX number, exergy number and exergy efficiency, which extends the state of art for CHP applications. The results show that the positioning of the temperature sensors for turning the CHP unit on and off has a significant influence on both the effective capacity of a TES and the quality of thermal stratification inside the tank. It is also revealed that the positioning of at least one of these sensors outside the storage tank, i.e. in the return line to the CHP unit, prevents deterioration of thermal stratification, thereby enhancing thermodynamic effectiveness. Furthermore, the effects of thermal load and thermal load profile on effective capacity and thermal stratification are discussed, even though these are much smaller compared to the effect of positioning the temperature sensors.
In der Mikroelektronik werden Chips häufig in Mold-Gehäusen verpackt. Die elektrischen Verbindungen vom Chip zu den Anschlussbeinchen des Gehäuses werden mit Bonddrähten realisiert. Für die Berechnung der Gleichgewichtstemperatur in einem Bonddraht bei konstantem Strom sowie von Temperaturverläufen bei transienten Strömen ist die herkömmliche FEM-Methode langsam und unhandlich. Daher wurde der Bondrechner entwickelt, der ein zylindersymmetrisches Ersatz-Modell für das Package in geeigneten mathematischen Gleichungen abbildet.
Im Gegensatz zum Bondrechner der ersten Generation [1], der auf den Gleichungen von [2] basiert, bietet ein neuer mathematischer Ansatz die Möglichkeit, eine endliche effektive Package-Größe, sowie einen endlichen Wärmeübergang zwischen Bonddraht und Mold-Masse zu berücksichtigen. Ebenso wurde die Berechnung der Interaktion von mehreren benachbarten Drähten verfeinert. Die Berechnung von beliebigen transienten Pulsformen mittlerer Länge wurde ebenfalls verbessert. Eine quadratische Komponente in der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes des Drahtmaterials kann jetzt ebenfalls berücksichtigt werden.
Die Ergebnisse wurden erfolgreich mit FEM-Berechnungen verglichen und die Geschwindigkeit der Berechnung ist um Größenordnungen schneller als mit kommerziellen FEM-Programmen.
This paper investigates the electrothermal stability and the predominant defect mechanism of a Schottky gate AlGaN/GaN HEMT. Calibrated 3-D electrothermal simulations are performed using a simple semiempirical dc model, which is verified against high-temperature measurements up to 440°C. To determine the thermal limits of the safe operating area, measurements up to destruction are conducted at different operating points. The predominant failure mechanism is identified to be hot-spot formation and subsequent thermal runaway, induced by large drain–gate leakage currents that occur at high temperatures. The simulation results and the high temperature measurements confirm the observed failure patterns.
Electromigration (EM) is becoming a progressively severe reliability challenge due to increased interconnect current densities. A shift from traditional (post-layout) EM verification to robust (pro-active) EM aware design - where the circuit layout is designed with individual EM-robust solutions - is urgently needed. This tutorial will give an overview of EM and its effects on the reliability of present and future integrated circuits (ICs). We introduce the physical EM process and present its specific characteristics that can be affected during physical design. Examples of EM countermeasures which are applied in today’s commercial design flows are presented. We show how to improve the EM-robustness of metallization patterns and we also consider mission proiles to obtain application-oriented current density limits. The increasing interaction of EM with thermal migration is investigated as well. We conclude with a discussion of application examples to shift from the current post layout EM verification towards an EM aware physical design process. Its methodologies, such as EM-aware routing, increase the EM-robustness of the layout with the overall goal of reducing the negative impact of EM on the circuit’s reliability.
Purpose
Injury or inflammation of the middle ear often results in the persistent tympanic membrane (TM) perforations, leading to conductive hearing loss (HL). However, in some cases the magnitude of HL exceeds that attributable by the TM perforation alone. The aim of the study is to better understand the effects of location and size of TM perforations on the sound transmission properties of the middle ear.
Methods
The middle ear transfer functions (METF) of six human temporal bones (TB) were compared before and after perforating the TM at different locations (anterior or posterior lower quadrant) and to different degrees (1 mm, ¼ of the TM, ½ of the TM, and full ablation). The sound-induced velocity of the stapes footplate was measured using single-point laser-Doppler-vibrometry (LDV). The METF were correlated with a Finite Element (FE) model of the middle ear, in which similar alterations were simulated.
Results
The measured and calculated METF showed frequency and perforation size dependent losses at all perforation locations. Starting at low frequencies, the loss expanded to higher frequencies with increased perforation size. In direct comparison, posterior TM perforations affected the transmission properties to a larger degree than anterior perforations. The asymmetry of the TM causes the malleus-incus complex to rotate and results in larger deflections in the posterior TM quadrants than in the anterior TM quadrants. Simulations in the FE model with a sealed cavity show that small perforations lead to a decrease in TM rigidity and thus to an increase in oscillation amplitude of the TM mainly above 1 kHz.
Conclusion
Size and location of TM perforations have a characteristic influence on the METF. The correlation of the experimental LDV measurements with an FE model contributes to a better understanding of the pathologic mechanisms of middle-ear diseases. If small perforations with significant HL are observed in daily clinical practice, additional middle ear pathologies should be considered. Further investigations on the loss of TM pretension due to perforations may be informative.
Electronic design automation approaches can roughly be divided into optimizers and procedures. While the former have enabled highly automated synthesis flows for digital integrated circuits, the latter play a vital (but mostly underestimated role) in the analog domain. This paper describes both automation strategies in comparison, identifying two fundamentally different automation paradigms that reflect the two basic design practices known as “top-down” and “bottom-up”. Then, with a focus on the latter, the history of procedural approaches is traced from their
early beginnings until today’s evolvements and future prospects to underline their practical importance and to accentuate their scientific value, both in itself and in the overall context of EDA.
Most Question-answering (QA) systems rely on training data to reach their optimal performance. However, acquiring training data for supervised systems is both time-consuming and resource-intensive. To address this, in this paper, we propose TFCSG, an unsupervised similar question retrieval approach that leverages pre-trained language models and multi-task learning. Firstly, topic keywords in question sentences are extracted sequentially based on a latent topic-filtering algorithm to construct unsupervised training corpus data. Then, the multi-task learning method is used to build the question retrieval model. There are three tasks designed. The first is a short sentence contrastive learning task. The second is the question sentence and its corresponding topic sequence similarity judgment task. The third is using question sentences to generate their corresponding topic sequence task. The three tasks are used to train the language model in parallel. Finally, similar questions are obtained by calculating the cosine similarity between sentence vectors. The comparison experiment on public question datasets that TFCSG outperforms the comparative unsupervised baseline method. And there is no need for manual marking, which greatly saves human resources.
3D assisted 2D face recognition involves the process of reconstructing 3D faces from 2D images and solving the problem of face recognition in 3D. To facilitate the use of deep neural networks, a 3D face, normally represented as a 3D mesh of vertices and its corresponding surface texture, is remapped to image-like square isomaps by a conformal mapping. Based on previous work, we assume that face recognition benefits more from texture. In this work, we focus on the surface texture and its discriminatory information content for recognition purposes. Our approach is to prepare a 3D mesh, the corresponding surface texture and the original 2D image as triple input for the recognition network, to show that 3D data is useful for face recognition. Texture enhancement methods to control the texture fusion process are introduced and we adapt data augmentation methods. Our results show that texture-map-based face recognition can not only compete with state-of-the-art systems under the same precon ditions but also outperforms standard 2D methods from recent years.
This paper covers test and verification of a forecast-based Monte Carlo algorithm for an optimized, demand-oriented operation of combined heat and power (CHP) units using the hardware-in-the-loop approach. For this purpose, the optimization algorithm was implemented at a test bench at Reutlingen University for controlling a CHP unit in combination with a thermal energy storage, both in real hardware. In detail, the hardware-in-the-loop tests are intended to reveal the effects of demand forecasting accuracy, the impact of thermal energy storage capacity and the influence of load profiles on demand-oriented operation of CHP units. In addition, the paper focuses on the evaluation of the content of energy in the thermal energy storage under practical conditions. It is shown that a 5-layer model allows to determine the energy stored quite accurately, which is verified by experimental results. The hardware-in-the-loop tests disclose that demand forecasting accuracies, especially electricity demand forecasting, as well as load profiles strongly impact the potential for CHP electricity utilization on-site in demand-oriented mode. Moreover, it is shown that a larger effective capacity of the thermal energy storage positively affects demand-oriented operation. In the hardware-in-the-loop tests, the fraction of electricity generated by the CHP unit utilized on-site could thus be increased by a maximum of 27% compared to heat-led operation, which is still the most common modus operandi of small-scale CHP plants. Hence, the hardware-in-the-loop tests were adequate to prove the significant impact of the proposed algorithm for optimization of demand-oriented operation of CHP units.
Virtual prototyping of integrated mixed-signal smart-sensor systems requires high-performance co-simulation of analog frontend circuitry with complex digital controller hardware and embedded real-time software. We use SystemC/TLM 2.0 in combination with a cycle-count accurate temporal decoupling approach to simulate digital components and firmware code execution at high speed while preserving clock cycle accuracy and, thus, real-time behavior at time quantum boundaries. Optimal time quanta ensuring real-time capability can be calculated and set automatically during simulation if the simulation engine has access to exact timing information about upcoming communication events. These methods fail in case of non-deterministic, asynchronous events resulting in a possibly invalid simulation result. In this paper, we propose an extension of this method to the case of asynchronous events generated by blackbox sources from which a-priori event timing information is not available, such as coupled analog simulators or hardware in the loop. Additional event processing latency and/or rollback effort caused by temporal decoupling is minimized by calculating optimal time quanta dynamically in a SystemC model using a linear prediction scheme. For an example smart-sensor system model, we show that quasi- periodic events that trigger activities in temporally decoupled processes are handled accurately after the predictor has settled.
Virtual prototyping of integrated mixed-signal smart sensor systems requires high-performance co-simulation of analog frontend circuitry with complex digital controller hardware and embedded real-time software. We use SystemC/TLM 2.0 in conjunction with a cycle-count accurate temporal decoupling approach (TD) to simulate digital components and firmware code execution at high speed while preserving clock-cycle accuracy and, thus, real-time behavior at time quantum boundaries. Optimal time quanta ensuring real-time capability can be calculated and set automatically during simulation if the simulation engine has access to exact timing information about upcoming inter-process communication events. These methods fail in the case of non-deterministic, asynchronous events, resulting in potentially invalid simulation results. In this paper, we propose an extension to the case of asynchronous events generated by blackbox sources from which a priori event timing information is not available, such as coupled analog simulators or hardware in the loop. Additional event processing latency or rollback effort caused by temporal decoupling is minimized by calculating optimal time quanta dynamically in a SystemC model using a linear prediction scheme. We analyze the theoretical performance of the presented predictive temporal decoupling approach (PTD) by deriving a cost model that expresses the expected simulation effort in terms of key parameters such as time quantum size and CPU time per simulation cycle. For an exemplary smart-sensor system model, we show that quasi-periodic events that trigger activities in TD processes are handled accurately after the predictor has settled.
When a bonding wire becomes too hot, it fuses and fails. The ohmic heat that is generated in the wire can be partially dissipated to a mold package. For this cooling effect the thermal contact between wire and package is an important parameter. Because this parameter can degrade over lifetime, the fusing of a bonding wire can also occur as a long-term effect. Another important factor is the thermal power generated in the vicinity of the bond pads. Nowadays, the reliability of bond wires relies on robust dimensioning based on estimations. Smaller package sizes increase the need for better predictive methods.
The Bond Calculator, a new thermo-electrical simulation tool, is able to predict the temperature profiles along bond wires of arbitrary dimensions in dependence on the applied arbitrary transient current profile, the mold surrounding the wire, and the thermal contact between wire and mold.
In this paper we closely investigated the spatial temperature profiles along different bond wires in air in order to make a first step towards the experimental verification of the simulation model. We are using infrared microscopy in order to measure the thermal radiation generated along the bond wire. This is easier to perform quantitatively in air than in the mold package, because of the non-negligible absorbance of the mold material in the infrared wavelength region.
We discuss the fabrication technologies for IC chips in this chapter. We will focus on the main process steps and especially on those aspects that are of particular importance for understanding how they affect, and in some cases drive, the layout of ICs. All our analyses in this chapter will be for silicon as the base material; the principles and understanding gained can be applied to other substrates as well. Following a brief introduction to the fundamentals of IC fabrication (Sect. 2.1) and the base material used in it, namely silicon (Sect. 2.2), we discuss the photolithography process deployed for all structuring work in Sect. 2.3. We will then present in Sect. 2.4 some theoretical opening remarks on typical phenomena encountered in IC fabrication. Knowledge of these phenomena is very useful for understanding the process steps we cover in Sects. 2.5–2.8. We examine a simple exemplar process in Sect. 2.9 and observe how a field-effect transistor (FET) – the most important device in modern integrated circuits—is created. To drive the key points home, we provide a review of each topic at the end of every section from the point of view of layout design by discussing relevant physical design aspects.
In Germany, mobility is currently in a state of flux. Since June 2019, electric kick scooters (e-scooters) have been permitted on the roads, and this market is booming. This study employs a user survey to generate new data, supplemented by expert interviews to determine whether such e-scooters are a climate-friendly means of transport. The environmental impacts are quantified using a life cycle assessment. This results in a very accurate picture of e-scooters in Germany. The global warming potential of an e-scooter calculated in this study is 165 g CO2-eq./km, mostly due to material and production (that together account for 73% of the impact). By switching to e-scooters where the battery is swapped, the global warming potential can be reduced by 12%. The lowest value of 46 g CO2-eq./km is reached if all possibilities are exploited and the life span of e-scooters is increased to 15 months. Comparing these emissions with those of the replaced modal split, e-scooters are at best 8% above the modal split value of 39 g CO2-eq./km.
In recent years, significant progress was made on switched-capacitor DCDC converters as they enable fully integrated on chip power management. New converter topologies overcame the fixed input-to-output voltage limitation and achieved high efficiency at high power densities. SC converters are attractive to not only mobile handheld devices with small input and output voltages, but also for power conversion in IoTs, industrial and automotive applications, etc. Such applications need to be capable of handling high input voltages of more than 10V. This talk highlights the challenges of the required supporting circuits and high voltage techniques, which arise for high Vin SC converters. It includes level shifters, charge pumps and back-to-back switches. High Vin conversion is demonstrated in a 4:1 SC DCDC converter with an input voltage as high as 17V with a peak efficiency of 45 %, and a buckboost SC converter with an input voltage range starting from 2 up to 13V, which utilizes a total of 17 ratios and achieves a peak efficiency of 81.5 %. Furthermore a highly integrated micro power supply approach is introduced, which is connected directly to the 120/230 Vrms mains, with an output power of 3mW, resulting in a power density >390μW/mm², which exceeds prior art by a factor of 11.
Optimization-based analog layout automation does not yet find evident acceptance in the industry due to the complexity of the design problem. This paper presents a Self-organized Wiring and Arrangement of Responsive Modules (SWARM), able to consider crucial design constraints both implicitly and explicitly. The flexibility of algorithmic methods and the expert knowledge captured in PCells combine into a flow of supervised module interaction. This novel approach targets the creation of constraint-compliant layout blocks which fit into a specified zone. Provoking a synergetic self-organization, even optimal layout solutions can emerge from the interaction. Various examples depict the power of that new concept and the potential for future developments.
Despite 30 years of Electronic Design Automation, analog IC layouts are still handcrafted in a laborious fashion today due to the complex challenge of considering all relevant design constraints. This paper presents Self-organized Wiring and Arrangement of Responsive Modules (SWARM), a novel approach addressing the problem with a multi-agent system: autonomous layout modules interact with each other to evoke the emergence of overall compact arrangements that fit within a given layout zone. SWARM´s unique advantage over conventional optimization-based and procedural approaches is its ability to consider crucial design constraints both explicitly and implicitly. Several given examples show that by inducing a synergistic flow of self-organization, remarkable layout results can emerge from SWARM’s decentralized decision-making model.
This paper evaluates experimentally the susceptibility of IT-networks under influences and the threats of HPEM (High Power Electromagnetic) and IEMI (Intentional Electromagnetic Interferences). As HPEM source a PBG 5 (Pulse Burst Generator) adapted to a TEM (Transversal Electromagnetic) Horn type antenna and a 90 cm IRA (Impulse Radiating Antenna) type antenna is used. Different network cable types and categories with different lengths are used. The immunity of the IT network is examined and the breakdown failure rate of the system is defined for a PRF (Pulse Repetition Frequency) of 500 s-1 in duration of 10 seconds. Series of measurements were carried out and disturbances of keyboards, mouse, switches, distortions on monitors and failures of the IT network and, even crash of PCs were observed. It is shown amongst other that by increasing the pulse repetition rate or frequency, generic test IT-networks are more susceptible to interference. Obtained results provide another view of the susceptibility analysis of modern generic IT-networks against UWB-Threats.
Durch schnell schaltende Leistungsendstufen werden durch kapazitive Umladeströme Störungen ins Substrat und in empfindliche Schaltungselemente eingekoppelt, die dort zur Störung der Funktion führen können. In dieser Arbeit werden Substratstrukturen zur gezielten Ableitung dieser Störungen vorgestellt und ihre Wirksamkeit mit Hilfe von Device Simulation evaluiert. Ohne Ableitstrukturen kann eine Potentialanhebung des Substrats bis zu 20 V entstehen. Die Untersuchungen belegen, dass die Potentialanhebung durch p-Typ Guard-Ringe um 75 %, durch leitende Trenches um 88 % sowie durch Rückseitenmetallisierung um nahezu 100 % reduziert werden kann.
Substrate coupling is a critical failure mechanism especially in fast-switching integrated power stages controlling high-side NMOS power FETs. The parasitic coupling across the substrate in integrated power stages at rise times of up to 500 ps and input voltages of up to 40V is investigated in this paper. The coupling has been studied for the power stage of an integrated buck converter. In particular, dedicated diverting and isolation structures against substrate coupling are analyzed by simulations and evaluated with measurements from test chips in 180nm high-voltage BiCMOS. The results are compared regarding effectiveness, area as well as implementation effort and cost. Back-side metalization shows superior characteristics with nearly 100% noise suppression. Readily available p-guard ring structures bring 75% disturbance reduction. The results are applicable to advanced and future power management solutions with fully integrated switched-mode power supplies at switching frequencies >10 MHz.
The deterioration of the shielding performance of electromagnetic interference finger stock gaskets in a corrosive environment is investigated. The visualization of the real contact area shows a drastic reduction of the engaged active contact region between fingers and their mating surfaces in presence of corrosives residues. In fact, additional openings occur besides the “Tlike” holes due to the porous nature of gaskets. This leads to a strong degradation of the shielding effectiveness. Modified Bethe’s theory is used to estimate the equivalent circuit parameters while the shielding effectiveness in terms of ratio between two transfer functions is obtained upon applying the filter theory. Quantitative measurements carried out for different gasket types show a good agreement with calculated results, demonstrating thus the validity of the approach.
Die zunehmende erneuerbare Stromerzeugung erfordert Anstrengungen, um den Angebotsschwankungen und der Verteilungsproblematik entgegen zu wirken. Eine dezentrale und am Bedarf orientierte Stromerzeugung mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann einen wesentlichen Beitrag leisten, um diese Schwankungen auszugleichen und die Netze zu entlasten. Zu diesem Zweck ist aber ein Steuerungssystem für die KWK-Anlagen erforderlich, das sowohl für die Deckung des Wärmebedarfs im Objekt sorgt, als auch gewährleistet, dass die elektrische Energie genau zu den Zeiten erzeugt wird, zu denen sie im Objekt benötigt wird. Die Entkopplung von Stromerzeugung und Deckung des Wärmebedarfs kann dabei über den standardmäßig vorhandenen Wärmespeicher erfolgen. Dieser stellt damit das zentrale Element der Gesamtanlage dar, für die das Steuerungssystem zur Eigenstromoptimierung im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelt und erprobt werden soll.
Im Rahmen des vorliegenden Zwischenberichtes werden die Ergebnisse des 2. des auf insgesamt drei Jahre angelegten Forschungsprojektes vorgestellt. Im Einzelnen sind die Themen Prognose, Bestimmung des Energieinhaltes im Wärmespeicher, stromoptimiertes Steuerungssystem, Aufbau der Feldtestanlagen, Simulation und sozialwissenschaftliche Begleitforschung beschrieben.
Bei den umfangreichen Arbeiten zur Wärme- und Strombedarfsprognose hat sich gezeigt, dass die naive Prognose, die auf der Übernahme der Daten der Vortage beruht, aufgrund des starken Einflusses des individuellen Nutzerverhaltens eine nur schwer zu verbessernde Vorhersagegüte aufweist. Zur Bestimmung des Energieinhaltes im Wärmespeicher wird eine Sigmoidfunktion zur Beschreibung des Temperaturverlaufs über der Speicherhöhe verwendet. Schwierig ist dabei die Anpassung der vier Funktionsparameter mit nur drei Temperaturmesswerten, was jedoch durch geeignete Randbedingungen erreicht werden kann. Das stromoptimierte Steuerungssystem verwendet die Wärmebedarfskurven bei minimalem und maximalem Energieinhalt des Wärmespeichers als Begrenzungen des Optimierungsbereiches, um so die Deckung des Wärmebedarfs zu jeder Zeit zu gewährleisten. Die zwei im Projekt zur Verfügung stehenden Feldtestanlagen wurden mit zusätzlicher Mess- und Steuerungstechnik nachgerüstet, um das entwickelte Steuerungssystem implementieren und testen zu können. Das Simulationsmodell ist im Hinblick auf verschiedene Speicherkonfigurationen erweitert und auf Basis am BHKW-Prüfstand der Hochschule gewonnener Versuchsdaten verifiziert worden, und im Zuge der sozialwissenschaftlichen Begleitforschung werden die Ergebnisse einer im Rahmen des Projektes angefertigten Studie zu den Hemmnissen der KWK vorgestellt.
Die zunehmende erneuerbare Stromerzeugung erfordert Anstrengungen, um den damit verbundenen Angebotsschwankungen und der zusätzlichen Netzbelastung entgegen zu wirken. Eine dezentrale und am Bedarf orientierte Stromerzeugung mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann hier einen wesentlichen Beitrag leisten, um eine sichere und konstante Stromversorgung zu gewährleisten und die Netze zu entlasten. Zu diesem Zweck ist jedoch ein Steuerungssystem erforderlich, das die KWK-Anlagen in die Lage versetzt, sowohl die Deckung des Wärmebedarfs im Objekt aufrecht zu erhalten, als auch die elektrische Energie genau zu den Zeiten zu erzeugen, in denen sie benötigt wird. Die Entkopplung von Stromerzeugung und Deckung des Wärmebedarfs kann dabei über den standardmäßig vorhandenen Wärmespeicher erfolgen. Dieser stellt damit das zentrale Element der Gesamtanlage dar, für die das Steuerungssystem zur Eigenstromoptimierung im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelt und erprobt wurde.
Der Wärmespeicher einer KWK-Anlage kann genutzt werden, um den Betrieb des BHKWs in die Zeiten des Stromverbrauchs zu verlagern. Die Ad-hoc-Zuschaltfunktion verbessert das Ergebnis gegenüber eines auf Basis von Prognosen erstellten Fahrplans. Zu beachten sind allerdings eine erhöhte Anzahl BHKW-Starts und erhöhte Wärmeverluste am Speicher. Die deutlich besten Ergebnisse werden für BHKW mit Leistungsmodulation erzielt.
In dem vorliegenden Zwischenbericht sind die Arbeiten und Ergebnisse zusammengefasst, die im Rahmen des Projektes GalvanoFlex_BW während der ersten acht Projektmonate der insgesamt 2 1/2 jährigen Laufzeit durchgeführt und erzielt wurden. Ziel des Projektes ist die Untersuchung und Verbesserung der Energieeffizienz in Industrieunternehmen mit dem speziellen Fokus auf der Einführung stromoptimiert betriebener KWK-Anlagen. Entsprechend des Arbeits- und Zeitplans sind die Literaturrecherche, die Festlegung von Prozesstypen, die Datenerfassung, die Strategieentwickung zur stromoptimierten KWK, die Optimierung der Schnittstelle zwischen KWK und Gleichrichtern, der Aufbau der Branchenplattform und die sozial-wissenschaftliche Begleitforschung beschrieben. Der aktuelle Projektstand deckt sich dabei im Wesentlichen mit den Vorgaben aus dem vorgelegten Zeitplan.
Dieser Bericht fasst die wesentlichen Arbeiten und Ergebnisse zusammen, die in dem Verbundvorhaben „GalvanoFlex_BW“ im Kalenderjahr 2018 durchgeführt und erzielt wurden. Dazu lässt sich zunächst sagen, dass die Messwertaufnahme und –auswertung abgeschlossen ist. Es wurden verschiedene Messkampagnen bei der Fa. NovoPlan durchgeführt. Bei C&C Bark konnte man teilweise auf bestehende Daten zurückgreifen, die punktuell durch weitere Messungen ergänzt wurden. Bei der Fa. Hartchrom konnten aufgrund von Personalmangel keine Messungen durchgeführt werden. Die aufgenommenen Daten wurden in eine Effizienzbewertung überführt, aus der im Folgenden allgemeine Aussagen abgeleitet werden sollen. Dazu ist ein Simulationsprogramm aufgesetzt worden, das in der Lage ist, Prozessketten energetisch abzubilden und zu optimieren. Zudem sollen aus den Messdaten verbesserte Profile für den Wärmebedarf in den Unternehmen entwickelt werden, die daraufhin der KWK-Optimierung zur Verfügung gestellt werden. Im Zuge der Entwicklung und Bewertung stromoptimierter KWK- Strategien ist ein bestehendes Simulationsmodell entsprechend weiterentwickelt worden. Konkret wurde das Modell um eine verbesserte Lastprognose für Strom und Wärme für Industriebetriebe ergänzt, und das Optimierungsverfahren wurde um eine zweite Dimension erweitert. Während bislang allein die Optimierung der Eigenstromdeckung mit einer Begrenzung der BHKW-Starts als Nebenbedingung möglich war, ist jetzt die Kappung der elektrischen Lastspitze zusätzlich in der Zielfunktion integriert. Gerade bei Industrieunternehmen lässt sich auf diese Weise eine weitere, zum Teil nicht unerhebliche Energiekosteneinsparung erreichen, was durch die ersten Berechnungen anhand der drei im Reallabor vertretenden Betriebe bestätigt wird. Die Ergebnisse werden unter AP 8 (Umsetzung) diskutiert. Der Dialog mit weiteren Unternehmen und Institutionen außerhalb des Vorhabens konnte über die Branchenplattfom weitergeführt werden. In 2018 wurden zwei Veranstaltungen dieser Art durchgeführt, und im Frühjahr 2019 wird ein weiterer Workshop zu diesem Thema durchgeführt. Die sozialwissenschaftliche Begleitforschung wurde mit der zweiten Phase der Firmenbefragungen ebenfalls planmäßig weitergeführt. Mit Blick auf die Umsetzung eines BHKW-Konzeptes haben sich dabei zwei wichtige Punkte wie folgt gezeigt: Zum einen muss die umsetzende Firma eine gewisse „Energieeffizienz-Reife“ besitzen, die sich u.a. in der Erfahrung bei der Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen zeigt, da die Installation eines BHKWs eine äußerst komplexe Maßnahme darstellt. Zum anderen müssen andere unternehmensspezifische Kontextfaktoren hinzukommen, wie z.B. aus anderen Gründen durchzuführende bauliche Maßnahmen, so dass gewisse zeitliche Entscheidungsfenster entstehen, in denen die Umsetzung von KWK-Maßnahmen sinnvoll sind.
Im Projekt GalvanoFlex_BW sind verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz von energieintensiven Industrieunternehmen aufgezeigt und untersucht worden. Die Einführung der KWK im stromoptimierten Betrieb stellte dabei einen besonders betrachteten Aspekt dar. Neben der technischen Untersuchung ist zudem eine sozialwissenschaftliche Betrachtung vorgenommen worden, um die Einführung und Umsetzung entsprechender Maßnahmen auch unter diesem Aspekt zu betrachten. Ein zusätzlicher wichtiger Schwerpunkt des Projektes war die Übertragung des erarbeiteten Wissens an weitere Unternehmen, Institutionen etc., die nicht direkt am Projekt beteiligt waren.
Durch die Zusammenarbeit von vier Forschungs- und drei Industriepartnern sind die Arbeiten praxisorientiert auf Basis realer Messdaten sowie im Zuge von Befragungen der handelnden Personen bei den Projektpartnern im Sinne eines Reallabors durchgeführt worden.
Die Notwendigkeit zur Einsparung von Energie und damit zur Umsetzung von Effizienzmaßnahmen ist ein wichtiger Schritt, um die von der EU geplante Reduktion von Treibhausgasen zu erreichen. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass die Energiekosten auch zukünftig weiter ansteigen. Dadurch werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz zu einem wichtigen Element, eine wettbewerbsfähige Produktion zu gewährleisten. Im Rahmen des Projektes sind deshalb verschiedene Energieeffizienzmaßnahmen speziell für die Galvanotechnik recherchiert, analysiert und in einen Maßnahmenkatalog überführt worden. Des Weiteren wurde eine Bewertungsmethode entwickelt, die die Unternehmen der Galvanotechnik bei der Identifikation von sinnvollen Energieeffizienzmaßnahmen unterstützen soll.
Bei den Untersuchungen zur Umsetzung von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen konnte am Beispiel von zwei Unternehmen mit stark unterschiedlichen Strom- und Wärmebedarfswerten gezeigt werden, dass der Einsatz entsprechender Anlagen wirtschaftlich lohnenswert ist. Im günstigsten Fall ergeben sich Amortisationszeiten von etwa zwei Jahren. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Auslegung des Block-heizkraftwerkes stark von den Strom- und Wärmebedarfswerten abhängt und dass der Pufferspeicher keinesfalls zu klein ausgelegt werden sollte. Eine intelligente stromoptimierte Steuerung mit Lastspitzenmanagement kann die Wirtschaftlichkeit jedoch häufig nur noch wenig gegenüber dem wärmegeführten Betrieb verbessern. Ursache dafür ist, dass das derzeitige Förder- und Vergütungssystem für Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen nahezu keine Anreize für einen am Strombedarf und damit an der Deckung von Residuallast orientierten Betrieb bietet. Einzig bei Unternehmen mit ausgeprägten Spitzen im Strombezug, kann der gezielte Einsatz eines Blockheizkraftwerkes zu einer signifikanten Senkung des Leistungspreises führen.
Darüber hinaus ist die Einführung einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage generell als komplexe Energieeffizienzmaßnahme anzusehen, die deshalb neben den wirtschaftlichen Aspekten erhöhte Anforderungen an die Unternehmen und das professionelle Umfeld stellt, die im Rahmen der sozialwissenschaftlichen Begleitforschung untersucht worden sind. Dabei konnten Treiber aber auch Hemmnisse zur Umsetzung der Technologie sowohl innerhalb der Unternehmen als auch außerhalb identifiziert werden. Die internen Hemmnisse sind dabei auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen, wie die hohe Komplexität der KWK-Technologie, die schwierige Bewertung des Gesamtnutzens im Unternehmen, die mangelnde personelle Ausstattung und fehlende Unternehmerentscheidungen. Abhilfe schaffen, und damit als Treiber wirken, können hier ein verbessertes Beratungsangebot insbesondere seitens neutraler Stellen sowie der Anlagenbetrieb im Contracting.
Die Übertragung der im Projekt erarbeiteten Ergebnisse ist bereits während der Projektlaufzeit über die Branchenplattform im Zuge verschiedener Workshops, die speziell auf Unternehmen und Institutionen außerhalb des Projektkonsortiums ausgerichtet waren, erfolgt. Zur Verstärkung der Verbreitung des erarbeiteten Wissens ist zum Projektende eine Serie aus vier Fachartikeln in einem namhaften Branchenmagazin erschienen, und es ist eine Internetseite zum Projekt erstellt worden (www.galvanoflex_bw.de). Letztere hat dabei nicht nur die Aufgabe der Wissensverbreitung, sondern sie soll auch über das Projektende hinaus als Kontaktplattform dienen, um die Umsetzung von Effizienzmaßnahmen mit dem im Projekt generierten Wissen zu unterstützen.
Das Thema Energieflexibilität und Anpassung der eigenerzeugten Energie an die Energieerzeugung aus regenerativen Energien gewinnt an Bedeutung. Regulierbare Eigenerzeugungsanlagen können zur Stabilisierung des Netzes einen enormen Beitrag leisten. Der Aufsatz zeigt, welchen Effekt der Einsatz von BHWK auf die Galvanikbranche hat und wie nicht nur die eigenen Energiekosten reduziert, sondern auch die Möglichkeit geschaffen wird, auf Signale der Energiewirtschaft zu reagieren, ohne die Energieversorgung zu unterbrechen.