620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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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%.
Im Team zum fliegenden Traum
(2024)
In recent years, the demand for accurate and efficient 3D body scanning technologies has increased, driven by the growing interest in personalised textile development and health care. This position paper presents the implementation of a novel 3D body scanner that integrates multiple RGB cameras and image stitching techniques to generate detailed point clouds and 3D mesh models. Our system significantly enhances the scanning process, achieving higher resolution and fidelity while reducing the cost, time and effort required for data acquisition and processing. Furthermore, we evaluate the potential use cases and applications of our 3D body scanner, focusing on the textile technology and health sectors. In textile development, the 3D scanner contributes to bespoke clothing production, allowing designers to construct made-to-measure garments, thus minimising waste and enhancing customer satisfaction through fitting clothing. In mental health care, the 3D body scanner can be employed as a tool for body image analysis, providing valuable insights into the psychological and emotional aspects of self-perception. By exploring the synergy between the 3D body scanner and these fields, we aim to foster interdisciplinary collaborations that drive advancements in personalisation, sustainability, and well-being.
Patterns are virtually simulated in 3D CAD programs before production to check the fit. However, achieving lifelike representations of human avatars, especially regarding soft tissue dynamics, remains challenging. This is mainly since conventional avatars in garment CAD programs are simulated with a continuous hard surface and not corresponding to the human physical and mechanical body properties of soft tissue. In the real world, the human body’s natural shape is affected by the contact pressure of tight-fitting textiles. To verify the fit of a simulated garment, the interactions between the individual body shape and the garment must be considered. This paper introduces an innovative approach to digitising the softness of human tissue using 4D scanning technology. The primary objective of this research is to explore the interactions between tissue softness and different compression levels of apparel, exerting pressure on the tissue to capture the changes in the natural shape. Therefore, to generate data and model an avatar with soft body physics, it is essential to capture the deform ability and elasticity of the soft tissue and map it into the modification options for a simulation. To aim this, various methods from different fields were researched and compared to evaluate 4D scanning as the most suitable method for capturing tissue deformability in vivo. In particular, it should be considered that the human body has different deformation capabilities depending on age, the amount of muscle and body fat. In addition, different tissue zones have different mechanical properties, so it is essential to identify and classify them to back up these properties for the simulation. It has been shown that by digitising the obtained data of the different defined applied pressure levels, a prediction of the deformation of the tissue of the exact person becomes possible. As technology advances and data sets grow, this approach has the potential to reshape how we verify fit digitally with soft avatars and leverage their realistic soft tissue properties for various practical purposes.
Analog integrated circuit sizing still relies heavily on human expert knowledge as previous automation approaches have not found wide-spread acceptance in industry. One strand, the optimization-based automation, is often discarded due to inflated constraining setups, infeasible results or excessive run times. To address these deficits, this work proposes a alternative optimization flow featuring a designer’s intuition for feasible design spaces through integration of expert knowledge based on the gm/ID-method. Moreover, the extensive run times of simulation-based optimization flows are overcome by incorporating computationally efficient machine learning methods. Neural network surrogate models predicting eleven performance parameters increase the evaluation speed by 3 400× on average compared to a simulator. Additionally, they enable the use of optimization algorithms dependent on automatic differentiation, that would otherwise be unavailable in this field. First, an up to 4× more efficient way for sampling training data based on the aforementioned space is detailed. After presenting the architecture and training effort regarding the surrogate models, they are employed as part of the objective function for sizing three operational amplifiers with three different optimization algorithms. Additionally, the benefits of using the gm/ID-method become evident when considering technology migration, as previously found solutions may be reused for other technologies.
This article presents a modified method of performing power flow calculations as an alternative to pure energy-based simulations of off-grid hybrid systems. The enhancement consists in transforming the scenario-based power flow method into a discrete time-dependent algorithm with the inclusion of bus and controller dynamics.
Werkzeugmaschinen sind im Bereich des Maschinen- und Anlagenbau die größte Branche, mit denen auch in Unternehmen anderer Bereiche (z. B. Automobilbau, Aerospace) wesentliche Teile der Bruttowertschöpfung stattfinden. (Destatis, 2022) Das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen beeinflusst in entscheidendem Maße die Produktivität der Produktionsanlage und die Qualität der darauf erzeugten Werkstücke. Sowohl fremderregte Schwingungen (z. B. Unwucht, Pulsation, periodisch schwankende Prozesskräfte) als auch selbsterregte Schwingungen (z. B. Rattern) führen zu schlechter Qualität der gefertigten Bauteile. Das dynamische Verhalten vonWerkzeugmaschinen wird durch die Masse, Dämpfung und Steifigkeit der einzelnen Komponenten (z. B. Maschinenbett, Ständer, Schlitten) als auch der im Kraftfluss liegenden Fügestellen (z. B. Führungen, Antriebe) beeinflusst. In diesem Beitrag werden die Auswirkungen von konstruktiven Modifikationen der Dämpfung in Gestellbauteilen bezüglich des dynamischen Verhaltens an der Zerspanstelle näher beleuchtet.
We present the results of an extensive characterization of the performance and stability of a third-order continuous-time delta-sigma modulator with active coefficient error compensation. Using our previously published coefficient tuning technique, process variation induced R-C time-constant (TC) errors in the forward signal path can be compensated indirectly using continuously tunable DACs in the feedback path. To validate our technique experimentally with a range of real TC variations, we designed a modulator with discretely configurable integration capacitor arrays in a 0.35-μm CMOS process. We configured the capacitors of the fabricated device for a range of total TC variations from -28.4 % to +19.3 % and measured the signal-to-noise ratio (SNR) as a function of the input amplitude before and after compensating the variations electrically using the feedback DACs. The results show that our tuning technique is capable of restoring the desired nominal modulator performance over the entire parameter variation range, including the system’s nominal maximum stable amplitude (MSA).
Verteilnetzbetreiber müssen verschiedene Maßnahmen ergreifen, um den Herausforderungen der zunehmenden Installation dezentraler Erzeugungsanlagen zu begegnen. Die meisten dieser Maßnahmen führen zwar zur Einhaltung der Spannungsgrenzwerte, sie läsen jedoch nicht das Problem der Rückspeisung in die überlagerte Netzebene und die damit verbundenen Leistungsverluste. Im Projekt „Demo-rONT-Alternative“ wurde ein Prototyp für einen fernsteuerbaren Kabelverteiler entwickelt, um die Trennstellenverschiebung automatisiert durchführen zu können.
Der Erfolg der Energiewende in Deutschland setzt eine zunehmende Anzahl an dezentralen elektrischen Erzeugungsanlagen (EZA) voraus. Diese dezentralen EZA, wie Photovoltaikanlagen oder Blockheizkraftwerke, bringen für Verteilnetzbetreiber große Herausforderungen mit sich. Im Rahmen des geförderten Forschungsprojekts „Demonstrator Automatisierte Kabelverteil (KV) als Alternative zum regelbaren Ortsnetztransformator (DEMO rONT-Alternative)“ wurde ein neuer Ansatz für die Lösung der bestehenden Problematik erforscht. Dieser besteht in der aktiven Änderung der Topologie der Netzgebiete je nach elektrischer Last und PV-Einspeisung (Trennstellenverlagerung).
Der ›AM Field Guide‹ gibt einen ersten strukturierten Überblick in die komplexe und vielschichtige Welt der additiven Fertigungsverfahren. Getrennt nach den Materialien Polymere, Metalle und weitere Materialien werden die gängigsten jeweils auf dem Markt angebotenen AM-Verfahren schematisch dargestellt und der Verfahrenskern in Kurzform beschrieben. Neben den hier dargestellten Hauptverfahren gibt es viele Derivate und Sonderverfahren, die ebenfalls ein gesetzt werden jedoch nicht explizit gezeigt sind. Zu beachten ist, dass in dem jungen Bereich der additiven Fertigung viele Hersteller ihren AM-Anwendungen eigene Namen geben, so dass eine allgemeingültige umfassende Klassifizierung nur ansatzweise erreichbar ist.
Eine Organisation hin zur Klimaneutralität zu transformieren, ist nicht nur Neuland für praktisch jeden, der loslegt: Es geht los mit dem „Wollen“, also dem Ziel, dann wird der Weg skizziert, und schließlich muss es auch noch jemand umsetzen. Aus ihren Projekten der Begleitung von Organisationen auf dem Weg zur Klimaneutralität erscheint den Autoren folgende Erfahrung des Geschäftsführers Philipp Tiefenbach der Dorfbäckerei Tiefenbach, St. Johann-Würtingen, besonders treffend: „Machen ist wie Wollen, nur krasser.“ Für eine Kommune gerät dieser Prozess zu einem „wicked problem“. Sechs Lösungswege für Kommunen erscheinen attraktiv.
Die additive Fertigung hat sich in den vergangenen Jahren wesentlich weiterentwickelt. Dabei wurde die Prozesstechnologie, Anlagen und die Werkstoffe optimiert. Für die industrielle Anwendung auch bei größeren Stückzahlen in der flexiblen Fertigung fehlen noch automatisierte Lösungen für die gesamte Prozesskette. In diesem Beitrag werden Werkzeuge und Technologie für die Reinigung interner Strukturelemente dargestellt.
Sägen ist ein häufig unterschätzter spanender Prozess. Oft kommt das Sägen nur zum Zuschnitt von Rohteilen zum Einsatz. Bei der Bearbeitung von Leichtbauwerkstoffen werden damit jedoch Schichten in Toleranz direkt auf die montagefertigen Konturen zugeschnitten. Zur Steigerung von Qualität und Zuverlässigkeit des Fertigungsprozesses werden maschineninterne und sensorische Daten überwacht, ausgewertet und in den Prozess zurückgekoppelt. Daher kommt es auf die gezielte Kontrolle der entscheidenden Parameter mit möglichst wenigen und robusten Schnittstellen an. Im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojektes (Hochschule Reutlingen, Hema Frickenhausen, Pragmatic Minds Kirchheim) wurde dies für einen Bandsägeprozess erforscht und umgesetzt.
Lehrbuch zur CAD-Software Creo Parametric und zur Produktdatenverwaltung mit Windchill.
3D-Volumenmodellierung, 3D-Flächenmodellierung, Blechmodellierung, Baugruppen- und Zeichnungserstellung, Definition von Normteilen, Erstellen von Animationen und dynamischen Analysen.
Verfahren zum Umgang mit großen Baugruppen und zur flexiblen Modellierung, Konstruk-tionsvarianten "Top-Down" und "Bottom-Up", Organisation von Konstruktionsprojekten über Skeletttechnik.
Neu: Konstruktion von und mit Mehrkörperobjekten, Rahmenkonstruktion in der Profilumgebung (AFX), intelligente Verbindungen (IFX), Live Simulation und Generatives Design.
This paper presents a modular and scalable power electronics concept for motor control with continuous output voltage. In contrast to multilevel concepts, modules with continuous output voltage are connected in series. The continuous output voltage of each module is obtained by using gallium nitride (GaN) high electron motility transistor (HEMT)s as switches inside the modules with a switching frequency in the range between 500 kHz and 1 MHz. Due to this high switching frequency a LC filter is integrated into the module resulting in a continuous output voltage. A main topic of the paper is the active damping of this LC output filter for each module and the analysis of the series connection of the damping behaviour. The results are illustrated with simulations and measurements.
This paper presents a machine learning powered, procedural sizing methodology based on pre-computed look-up tables containing operating point characteristics of primitive devices. Several Neural Networks are trained for 90nm and 45nm technologies, mapping different electrical parameters to the corresponding dimensions of a primitive device. This transforms the geometric sizing problem into the domain of circuit design experts, where the desired electrical characteristics are now inputs to the model. Analog building blocks or entire circuits are expressed as a sequence of model evaluations, capturing the sizing strategy and intention of the designer in a procedure, which is reusable across different technology nodes. The methodology is employed for the sizing of two operational amplifiers, and evaluated for two technology nodes, showing the versatility and efficiency of this approach.
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.
Der hohe Stellenwert von Energiedienstleistungen steht für Energieversorger außer Zweifel. Der Handlungsbedarf bleibt aber nach wie vor immens, erforderliche Change-Prozesse werden erst in wenigen Fällen aktiv und gezielt gestaltet. Dies sind die zentralen Ergebnisse einer gemeinsamen empirischen Studie vom "Reutlinger Energiezentrum für Dezentrale Energiesysteme und Energieeffizienz (REZ) an der Hochschule Reutlingen und der international tätigen Unternehmensberatung kwp consulting group.
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.
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.
Industrielle Produktionseinrichtungen haben mit rund 40% einen signifikanten Anteil am Gesamtenergiebedarf in Deutschland. Daher wurden und werden sie sowohl technologisch als auch energetisch optimiert. Häufig geht die technologischwirtschaftliche Optimierung auch mit der Reduzierung des Energie und Materialverbrauchs einher. Zudem macht der Ausbau der regenerativen Energiequellen die Energieerzeugung zunehmend volatiler, sodass nicht nur die Senkung des absoluten Energieverbrauchs, sondern auch eine höhere Flexibilität (Steuerung der Leistung über der Zeit) zunehmend interessanter wird. Dadurch ändert sich oft die installierte Leistung sowie die Gestaltung der Verlustleistungsabfuhr, was die Dimensionierung von Anlagen, zum Beispiel von spanenden Werkzeugmaschinen, beeinflusst.
A methodology for designing planar spiral antennas with a feeding network embedded within a dielectric is presented. To avoid a purely academic work which may not be manufactured with available standard technologies, the approach takes into account manufacturing process requirements by choice of used materials in the simulation. General design rules are provided. They encompass amongst others, selection criteria for dielectric material, aspects to consider when sketching the radiating element design, as well as those for the implementation of the feeding network. A rule of thumb, which maybe helpful in the determination of the antenna supporting substrate’s height, has been found. The appeal of the method resides in the fact that it eases up the design process and helps to minimize errors, saving time and money. The approach also enables the design of a compact and small-size spiral antenna as antenna-in-package (AiP), and provides the opportunity to assemble the antenna with other RF components/systems on the same layer stack or on the same integration platform.
In this work, a brushless, harmonic-excited wound-rotor synchronous machine is investigated which utilizes special stator and rotor windings. The windings magnetically decouple the fundamental torque-producing field from the harmonic field required for the inductive power transfer to the field coil. In contrast to conventional harmonic-excited synchronous machines, the whole winding is utilized for both torque production and harmonic excitation such that no additional copper for auxiliary windings is needed. Different rotor topologies using rotating power electronic components are investigated and their efficiencies have been compared based on Finite-Element calculation and circuit analysis.
Despite strong political efforts in Europe, industrial small- and medium sized enterprises (SMEs) seem to neglect adopting practices for energy effciency. By taking a cultural perspective, this study investigated what drives the establishment of energy effciency and corresponding practices in SMEs. Based on 10 ethnographic case studies and a quantitative survey among 500 manufacturing SMEs, the results indicate the importance of everyday employee behavior in achieving energy savings. The studied enterprises value behavior related measures as similarly important as technical measures. Raising awareness for energy issues within the organization, therefore, constitutes an essential leadership task that is oftentimes perceived as challenging and frustrating. It was concluded that the embedding of energy efficiency in corporate strategy, the use of a broad spectrum of different practices, and the empowerment and involvement of employees serve as major drivers in establishing energy effciency within SMEs. Moreover, the findings reveal institutional influences on shaping the meanings of energy effciency for the SMEs by raising attention for energy effciency in the enterprises and making energy effciency decisions more likely. The main contribution of the paper is to offer an alternative perspective on energy effciency in SMEs beyond the mere adoption of energy-effcient technology.
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.
IC layout automation with self-organized wiring and arrangement of responsive modules (SWARM)
(2019)
Focused on automating analog IC layout, the multi-agent-system Self-organized Wir ing and Arrangement of Responsive Modules (SWARM) combines the powers of pro-cedural generators and algorithmic optimization into a novel bottom-up meets top-down flow of supervised layout module interaction. Provoking self-organization via the effect of emergence, examples show SWARM finding even optimal placement solutions and producing constraint-compliant layout blocks which fit into a specified zone.
Heat pumps are a vital element for reaching the greenhouse gas (GHG) reduction targets in the heating sector, but their system integration requires smart control approaches. In this paper, we first offer a comprehensive literature review and definition of the term control for the described context. Additionally, we present a control approach, which consists of an optimal scheduling module coupled with a detailed energy system simulation module. The aim of this integrated two part control approach is to improve the performance of an energy system equipped with a heat pump, while recognizing the technical boundaries of the energy system in full detail. By applying this control to a typical family household situation, we illustrate that this integrated approach results in a more realistic heat pump operation and thus a more realistic assessment of the control performance, while still achieving lower operational costs.
Bis zum Jahr 2050 soll in Baden Württemberg mit dem Ziel „50-80-90“ der Energiebedarf um 50% reduziert werden, die erneuerbaren Energien sollen zu 80% an der Energieversorgung beteiligt sein und die Emissionen von Treibhausgasen um 90% sinken.Entsprechende Ziele sind für andere Regionen und Länder in ähnlicher Weise festgelegt.
Damit diese Ziele erreicht werden, muss bei der Gebäudewärmeversorgung ein konsequenter Umbau stattfinden. Hier spielt die Sektorenkopplung mit Hilfe von Wärmepumpen (WP) eine entscheidende Rolle. Zur Abschätzung des Potenzials sowie des Aufwandes für einen großflächigen Einsatz von Wärmepumpen ist es unmöglich, eine spezifische und angepasste Dimensionierung der Wärmepumpensysteme für jedes einzelne Gebäude durchzuführen. Stattdessen müssen auf Seiten der Bebauung Referenzgebäude definiert und auf Seiten der Wärmepumpensysteme mittlere Leistungsdaten der am Markt befindlichen Modelle verwendet werden. Während die Festlegung von Referenzgebäuden verschiedentlich in der Literatur zu finden ist, widmet sich der erste Teil der Veröffentlichung der Vorstellung von Korrelationsfunktionen für die thermische und elektrische Leistung sowie die Leistungszahl (COP) von Wärmepumpen, die auf Basis von Herstellerdaten in Abhängigkeit der Quellen- und Vorlauftemperatur ermittelt wurden.
Konkret wurden als Ausgangsbasis für die Korrelationsfunktionen Datenblätter verschiedener Sole- und Luft-Wasser Wärmepumpen (SWP, LWP) zusammengestellt und ausgewertet. Die Grundlage hierfür war die Liste „Wärmepumpen mit Prüfnachweis eines unabhängigen Prüfinstituts“ des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA).
Heat pumps in combination with a photovoltaic system are a very promising option for the transformation of the energy system. By using such a system for coupling the electricity and heat sectors, buildings can be heated sustainably and with low greenhouse gas emissions. This paper reveals a method for dimensioning a suitable system of heat pump and photovoltaics (PV) for residential buildings in order to achieve a high level of (photovoltaic) PV self-consumption. This is accomplished by utilizing a thermal energy storage (TES) for shifting the operation of the heat pump to times of high PV power production by an intelligent control algorithm, which yields a high portion of PV power directly utilized by the heat pump. In order to cover the existing set of building infrastructure, 4 reference buildings with different years of construction are introduced for both single- and multi-family residential buildings. By this means, older buildings with radiator heating as well as new buildings with floor heating systems are included. The simulations for evaluating the performance of a heat pump/PV system controlled by the novel algorithm for each type of building were carried out in MATLAB-Simulink® 2017a. The results show that 25.3% up to 41.0% of the buildings’ electricity consumption including the heat pump can be covered directly from the PV installation per year. Evidently, the characteristics of the heating system significantly influence the results: new buildings with floor heating and low supply temperatures yield a higher level of PV self-consumption due to a higher efficiency of the heat pump compared to buildings with radiator heating and higher supply temperatures. In addition, the effect of adding a battery to the system was studied for two building types. It will be shown that the degree of PV self-consumption increases in case a battery is present. However, due to the high investment costs of batteries, they do not pay off within a reasonable period.
In this paper, we address the novel EDP (Expert Design Plan) principle for procedural design automation of analog integrated circuits, which captures the knowledge-based design strategy of human circuit designers in an executable script, making it reusable. We present the EDP Player, which enables the creation and execution of EDPs for arbitrary circuits in the Cadence® Virtuoso® Design Environment. The tool provides a generic version of an instruction set, called EDPL (EDPLanguage), enabling emulation of a typical manual analog sizing flow. To automate the design of a Miller Operational Amplifier and to create variants of a Smart Power IC, several EDPs were implemented using this tool. Employing these EDPs leads to a strong reduction of design time without compromising design quality or reliability.
The Virtual Power Plant Neckar-Alb is a demonstration platform for operation, optimization and control of distributed energy resources, which are able to produce, store or consume electric energy. A heterogeneous set of distributed energy devices has been installed at the Campus of Reutlingen University by the Reutlingen Energy Centre (REZ) of the School of Engineering. The distributed energy devices have been combined to local microgrids and connected to an operative central power plant with additional participants. The demonstration platform serves students, researchers and industry experts for education and investigation of new technologies, devices and software.
A digital twin - a replica of energy devices - was established in the computing environment of MATLAB and Simulink. It simulates continuously their operation and is time synchronized and connected to the cenral energy management and control system of a virtual power plant. The model can be used as a platform for testing device performance in various conditions, working schedules and new optimization options.
Anders als Digital-ICs, die hochautomatisiert entworfen werden können, ist der Entwurf analoger ICs bis heute Handarbeit. Übliche auf Optimierung basierende Automatisierungsverfahren scheitern. Die Ursachen wurden jetzt in einem Forschungsprojekt untersucht, um neue Ansätze zur Entwurfsautomatisierung analoger ICs abzuleiten.
This paper presents an approach for the implementation of a modular and scalable power electronics device for controlling electric drives in the field of electric vehicles using wide bandgap semiconductor devices. The main idea is to achieve the required output currents or voltages by connecting adequately designed hardware modules in parallel or in series. This particular design is based on the fact that the single modules generate a continuous and specified output voltage from a given dc voltage, e.g. an intermediate circuit or battery voltage. The main benefit is, that different current or voltage requirements can be satisfied based on a single module thus decreasing development and production costs. The current paper focuses on the connection in parallel of such modules. A control architecture is illustrated and a first proof of concept is given.
This paper discusses the optimal control problem for increasing the energy efficiency of induction machines in dynamic operation including field weakening regime. In an offline procedure optimal current and flux trajectories are determined such that the copper losses are minimized during transient operations. These trajectories are useful for a subsequent online implementation.
In this work design rules for a novel brushless excitation system for externally excited synchronous machines are discussed. The concept replaces slip rings with a fullbridge active rectifier and a controller mounted on the rotor. An AC signal induced from the stator is used to charge the rotor DC link. The DC current for the rotor excitation is provided from this DC link source. Finite element analysis of an existing machine is used to analyze the practicability of the excitation system.
A novel brushless excitation concept for synchronous machines with a rotating power converter is proposed in this paper. The concept does not need an auxiliary winding or any other modification to the machine structure apart from an inverter with a DC link capacitor and a controller on the rotor. The power required for the rotor excitation is provided by injecting harmonics into the stator winding. Thus, a voltage in the field coil is induced. The rotor inverter is controlled such that the alternating current charges the DC link capacitor. At the same time the inverter supplies the DC field current to the field coil. The excitation concept is first developed in theory, then presented using an analytical model and FEA, and lastly investigated with a prelimininary experimental setup.
Ein virtuelles Kraftwerk ist ein Verbund von Energieanlagen, koordiniert von einem gemeinsamen Leitsystem, um eine bessere Ausnutzung wetterabhängiger Energiequellen oder die gemeinsame Vermarktung von erzeugtem Strom zu ermöglichen. Der Demonstrator Virtuelles Kraftwerk Neckar-Alb ist eine Demonstrationsplattform für Forschung und Lehre, die Anlagen auf dem Campus der Hochschule Reutlingen und verteilte Anlagen in der Region Neckar-Alb integriert.
The field of additive manufacturing has experienced an incredible surge over the last few years. Affordable end-user printers, which open a wide variety of new production opportunities, have spread throughout the so called "maker community", while overblown reports about the possibilities on offer have whipped up a real hype. Although new ways of making products have now become available, what can actually be achieved often lags behind people's expectations. On the one hand, this is down to component quality and the materials being used, while on the other hand, most printers found in the end-user sphere use the FDM or DLP process, which significantly restricts the printing methods that can be utilized.
This book covers the fundamental knowledge of layout design from the ground up, addressing both physical design, as generally applied to digital circuits, and analog layout. Such knowledge provides the critical awareness and insights a layout designer must possess to convert a structural description produced during circuit design into the physical layout used for IC/PCB fabrication.
Novel design for a coreless printed circuit board transformer realizing high bandwidth and coupling
(2019)
Rogowski coils offer galvanic isolation and can measure alternating currents with a high bandwidth. Coreless printed circuit board (PCB) transformers have been used as an alternative to limit the additional stray inductance if a Rogowski coil can not be attached to the circuit. A new PCB transformer layout is proposed to reduce cost, decrease additional stray inductance, increase the bandwidth of current measurements and simplify the integration into existing designs.
Improved inductive feed-forward for fast turn-on of power semiconductors during hard switching
(2019)
A transformer is used to increase the gate voltage during turn-on, thus reducing the necessary bias voltage of the gate driver. Counteracting the voltage dependency of the gate capacitance of high-voltage power devices, faster transitions are possible. The additional transformer only slighly increases the over-voltage during turn-off.
Nowadays, the demand for a MEMS development/design kit (MDK) is even more in focus than ever before. In order to achieve a high quality and cost effectiveness in the development process for automotive and consumer applications, an advanced design flow for the MEMS (micro electro mechanical systems) element is urgently required. In this paper, such a development methodology and flow for parasitic extraction of active semiconductor devices is presented. The methodology considers geometrical extraction and links the electrically active pn junctions to SPICE standard library models and subsequently extracts the netlist. An example for a typical pressure sensor is presented and discussed. Finally, the results of the parasitic extraction are compared with fabricated devices in terms of accuracy and capability.
Due to the lack of sophisticated component libraries for microelectromechanical systems (MEMS), highly optimized MEMS sensors are currently designed using a polygon driven design flow. The advantage of this design flow is its accurate mechanical simulation, but it lacks a method for an efficient and accurate electrostatic analysis of parasitic effects of MEMS. In order to close this gap in the polygon-driven design flow, we present a customized electrostatic analysis flow for such MEMS devices. Our flow features a 2.5D fabrication-process simulation, which simulates the three typical MEMS fabrication steps (namely deposition of materials including topography, deep reactive-ion etching, and the release etch by vapor-phase etching) very fast and on an acceptable abstraction level. Our new 2.5D fabrication-process simulation can be combined with commercial field-solvers such as they are commonly used in the design of integrated circuits. The new process simulation enables a faster but nevertheless satisfactory analysis of the electrostatic parasitic effects, and hence simplifies the electrical optimization of MEMS.
The Dual Active Bridge (DAB) is a very promising topology for future power converters. However, careless operation can lead to a DC component in the transformer current. The problem is further exacerbated when the phase shift changes during operation. This work presents a study of DC bias effects on the DAB with special regard to transient effects introduced by sudden shifts in the output load. We present a simple yet effective approach to avoid DC bias entirely.
Im Projekt "Heat4SmartGrid" soll untersucht werden, ob und wie mit Hilfe von Wärmepumpen der Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung in Baden-Württemberg (BW) gesteigert werden und gleichzeitig das Verteilnetz druch eine intelligente Steuerung der Wärmepumpensysteme entlastet werden kann.
Hierzu ist im AP 1 für das Jahr 2050 ein Wärmebedarf in BW von 35 TWh errechnet worden, bei 40 TWh im Jahr 2030. Im Vergleich zum Jahr 2015 ergibt sich so ein Rückgang um 30% zum Jahr 2030 und bis zum Jahr 2050 um 40%. Weiterhin steigt auf Grund von energetischer Sanierung im Gebäudebestand das technische Potenzial für Wärmepumpen, ausgehend von 8 TWh im Jahr 2015, auf 20 TWh bis 2030 umd auf 23 TWh bis 2040. Insgesamt könnten so 63% aller Wohnanteile in BW durch Wärmepumpen mit thermischer Energie versorgt werden Der Einsatz von Wärmepumpensystemen ist somit ein wichtiger Baustein für das Gelingen der Wärmewende.
Zur Steuerung der Wärmepumpen sind in AP 2 Betriebsmodei in Abhängigkeit von Anwendung und Gebäudetyp entwickelt worden. Diese werden mittels Korrelationsfunktionen für die Heizleistung für Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen bestimmt. Hierauf aufbauend sind für die in AP 1 ermittelten Gebäudetypen die erreichbare Jahresarbeitszahl der beiden Wärmepumpentechnologien ermittelt worden.
Zur intelligenten system- und netzdienlichen Steuerung dieser Wärmepumpensysteme werden Prognosen über die lokale Erzeugung und den lokalen Verbrauch benötigt, die in AP 5 erarbeitet werden. In Abhängigkeit der Prognoseanwendung sind sowohl univariate (elektrische Last und thermische Brauchwarmwasserlast) als auch multivariate Prognosemodelle (PV-Erzeugung und thermische Heizwarmwasserlast) implementiert worden.
Power loss measurement of power electronic components and overall systems is sometimes difficult by use of electrical quantities and in few applications even not possible. The calorimetric power loss measurement is an established method to identify the overall system losses with a suitable accuracy. This paper presents a novel method with an open chamber calorimeter under accurate air mass flow, air pressure, humidity measurement and temperature control. The benefits are the approximately halved measurement time compared to established systems and the possibility to control the chamber temperature. So it is possible to measure the power losses at different ambient temperatures.
Bei der spanenden Bearbeitung metallischer Werkstücke mit Werkzeugmaschinen ist die Produktivität und Qualität der erzeugten Werkstücke wesentliches Kriterium für die Wirtschaftlichkeit. Zur Erreichung dieser Ziele sind genaue Kenntnisse der Leistungsfähigkeit und Eigenschaften der eingesetzten Produktionsmittel erforderlich. Dazu sind seit geraumer Zeit unterschiedliche Methoden der Untersuchung z.B. der statischen und dynamischen Maschineneigenschaften bekannt. Dazu gehören die Messung der statischen und dynamischen Nachgiebigkeit, die Aufnahme der Eigenschwingungen mittels der experimentellen Modalanalyse. Diese Methoden werden häufig nur im Laborbetrieb angewandt. In diesem Beitrag werden Kriterien dargestellt, die bei der Übertragung der Analyse auf den realen Betrieb noch zu berücksichtigen sind, um die Ergebnisse interpretieren zu können.
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.
Die Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) in kleinen und mittleren Unternehmen der Galvanotechnik stellt ein erklärtes Ziel des Landes Baden-Württemberg und des Forschungsprojekts GalvanoFlex_BW dar. Als komplexe Energieeffizienzmaßnahme stellt die Kraft-Wärme-Kopplung erhöhte Anforderungen an die Unternehmen und das professionelle Umfeld (Beratung, Service, Handwerk, Contracting). Hemmnisse zur Umsetzung der Technologie finden sich daher sowohl innerhalb der Unternehmen als auch außerhalb. Die Hemmnisse bei der Umsetzung der Kraft-Wärme-Kopplung in der Galvanotechnik sind auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen, wie hohe Komplexität der KWK-Technologie, schwierige Bewertung des Gesamtnutzens im Unternehmen, mangelnde personelle Ausstattung oder auch fehlende Unternehmerentscheidungen. Empfehlungen der Forschungspartner zu deren Überwindung können aus den Ergebnisses der sozial-wissenschaftlichen Begleitforschung gewonnen werden.
In den letzten Jahren hat das Gebiet der additiven Fertigung einen unglaublichen Schub erfahren. Es haben sich kostengünstige Endkonsumerdrucker in der sogenannten "Makerszene" verbreitet, die vielfältige neue Fertigungsmöglichkeiten bieten. Überzogene Berichterstattungen über diese Möglichkeiten haben einen wahren Hype ausgelöst. Trotz der entstandenen neuen Chancen zur Fertigung von Produkten bleiben die realisierbaren Möglichkeiten oft hinter den Erwartungen zurück. Einerseits liegt das an der Teilequalität und an den zur Verfügung stehenden Materialien. Andererseits kommen im Endkonsumerbereich überwiegend Drucker auf der Basis des FDM- oder DLP-Verfahrens zum Einsatz, damit ergibt sich folglich eine sehr eingeschränkte Verfahrenspalette.
Bei der spanenden Bearbeitung metallischer Werkstücke ist Verschleiß der Werkzeuge entscheidend für die Qualität der erzeugten Bauteiloberflächen und die Kosten der eingesetzten Werkzeuge. Damit ist der Werkzeugverschleiß und dessen Ursachen maßgebliches Auflegungskriterium für die Zerspanprozesse. Verschleiß wird dabei durch eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter beeinflusst. Neben dem Werkstückwerkstoff, dem Schneidstoff und der Beschichtung sowie der Werkzeuggeometrie, sind die Schnittgeschwindigkeit, der Vorschub, die radiale und axiale Zustellung und die Prozessmedien ausschlaggebend für die Standzeit der Werkzeuge. Weitere Effekte gehen von den Eigenschaften des Werkstücks, Werkzeugs und der Maschinen aus. diese sind verantwortlich für die Entstehung von durch Instabilitäten verursachten Verschleiß. Im Folgenden wird die Systematik der Untersuchung unterschiedlich additivierter Kühlschmierstoffe auf den Verschleiß untersucht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlspannung eines Stromrichters, an den eine Last, insbesondere in Form einer Drehfeldmaschine wie Asynchronmaschine, angeschlossen ist, bestimmt und ggf. kompensiert wird, wobei eine Ausgangsspannung an dem Stromrichter stufen- oder schrittweise erhöht und der sich hierbei als Sprungantwort einstellende Strom gemessen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehfeldmaschine beispielsweise in Form einer Asynchronmaschine, mit einer Leistungselektronik umfassend einen tromrichter sowie einer Kompensationseinrichtung zum Kompensieren der Fehlspannung des Stromrichters, sowie weiterhin ein Verfahren zum Betreiben und/oder Steuern einer solchen Drehfeldmaschine, bei dem die Fehlspannung des Stromrichters bestimmt und kompensiert wird.
After more than three decades of electronic design automation, most layouts for analog integrated circuits are still handcrafted in a laborious manual fashion today. Obverse to the highly automated synthesis tools in the digital domain (coping with the quantitative difficulty of packing more and more components onto a single chip – a desire well known as More Moore), analog layout automation struggles with the many diverse and heavily correlated functional requirements that turn the analog design problem into a More than Moore challenge. Facing this qualitative complexity, seasoned layout engineers rely on their comprehensive expert knowledge to consider all design constraints that uncompromisingly need to be satisfied. This usually involves both formally specified and nonformally communicated pieces of expert knowledge, which entails an explicit and implicit consideration of design constraints, respectively.
Existing automation approaches can be basically divided into optimization algorithms (where constraint consideration occurs explicitly) and procedural generators (where constraints can only be taken into account implicitly). As investigated in this thesis, these two automation strategies follow two fundamentally different paradigms denoted as top-down automation and bottom-up automation. The major trait of top-down automation is that it requires a thorough formalization of the problem to enable a self-intelligent solution finding, whereas a bottom-up automatism –controlled by parameters– merely reproduces solutions that have been preconceived by a layout expert in advance. Since the strengths of one paradigm may compensate the weaknesses of the other, it is assumed that a combination of both paradigms –called bottom-up meets top-down– has much more potential to tackle the analog design problem in its entirety than either optimization-based or generator-based approaches alone.
Against this background, the thesis at hand presents Self-organized Wiring and Arrangement of Responsive Modules (SWARM), an interdisciplinary methodology addressing the design problem with a decentralized multi-agent system. Its basic principle, similar to the roundup of a sheep herd, is to let responsive mobile layout modules (implemented as context-aware procedural generators) interact with each other inside a user-defined layout zone. Each module is allowed to autonomously move, rotate and deform itself, while a supervising control organ successively tightens the layout zone to steer the interaction towards increasingly compact (and constraint compliant) layout arrangements. Considering various principles of self-organization and incorporating ideas from existing decentralized systems, SWARM is able to evoke the phenomenon of emergence: although each module only has a limited viewpoint and selfishly pursues its personal objectives, remarkable overall solutions can emerge on the global scale.
Several examples exhibit this emergent behavior in SWARM, and it is particularly interesting that even optimal solutions can arise from the module interaction. Further examples demonstrate SWARM’s suitability for floorplanning purposes and its application to practical place-and-route problems. The latter illustrates how the interacting modules take care of their respective design requirements implicitly (i.e., bottom-up) while simultaneously paying respect to high level constraints (such as the layout outline imposed top-down by the supervising control organ). Experimental results show that SWARM can outperform optimization algorithms and procedural generators both in terms of layout quality and design productivity. From an academic point of view, SWARM’s grand achievement is to tap fertile virgin soil for future works on novel bottom-up meets top-down automatisms. These may one day be the key to close the automation gap in analog layout design.
Im Projekt "Heat4SmartGrid" soll untersucht werden, ob und wie mit Hilfe von Wärmepumpen der Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung in Baden-Württemberg (BW) gesteigert werden und gleichzeitig das Verteilnetz durch eine intelligente Steuerung der Wärmepumpensysteme entlastet werden kann. Hierzu ist im AP 1 für das Jahr 2050 ein Wärmebedarf in BW von 35 TWh errechnet worden, bei 40 TWh im Jahr 2030. Im Vergleich zum Jahr 2015 ergibt sich so ein Rückgang um 30 % zum Jahr 2030 und bis zum Jahr 2050 um 40 %. Weiterhin steigt auf Grund von energetischer Sanierung im Gebäudebestand das technische Potenzial für Wärmepumpen, ausgehend von 8 TWh im Jahr 2015, auf 20 TWh bis 2030 und auf 23 TWh bis 2040. Insgesamt könnten so 63 % aller Wohnanteile in BW durch Wärmepumpen mit thermischer Energie versorgt werden. Der Einsatz von Wärmepumpensystemen ist somit ein wichtiger Baustein für das Gelingen der Wärmewende. Zur Steuerung der Wärmepumpen sind in AP 2 Betriebsmodi in Abhängigkeit von Anwendung und Gebäudetyp entwickelt worden. Diese werden mittels Korrelationsfunktionen für die Heizleistung für Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen bestimmt. Hierauf aufbauend sind für die in AP 1 ermittelten Gebäudetypen die erreichbare Jahresarbeitszahl der beiden Wärmepumpentechnologien ermittelt worden. Zur intelligenten system- und netzdienlichen Steuerung dieser Wärmepumpensysteme werden Prognosen über die lokale Erzeugung und den lokalen Verbrauch benötigt, die in AP 5 erarbeitet werden. In Abhängigkeit der Prognose-anwendung sind sowohl univariate (elektrische Last und thermische Brauchwarmwasserlast) als auch multivariate Prognosemodelle (PV-Erzeugung und thermische Heizwarmwasserlast) implementiert worden.
On-chip metallization, especially in modern integrated BCD technologies, is often subject to high current densities and pronounced temperature cycles due to heat dissipation from power switches like LDMOS transistors. This paper continues the work on a sensor concept where small sense lines are embedded in the metallization layers above the active area of a switching LDMOS transistor. The sensors show a significant resistance change that correlates with the number of power cycles. Furthermore, influences of sense line layer, geometry and the dissipated energy are shown. In this paper, the focus lies on a more detailed analysis of the observed change in sense line resistance.
Der AM Field Guide gibt einen ersten strukturierten Überblick in die komplexe und vielschichtige Welt der additiven Fertigungsverfahren. Getrennt nach den Materialien Polymere, Metalle und weitere Matrialien werden die gängisten jeweils auf dem Markt angebotenen AM-Verfahren schematisch dargestellt und der Verfahrenskern in Kurzform beschrieben. Neben den hier dargestellten Hauptverfahren gibt es viele Derivate und Sonderverfahren, die ebenfalls eingesetzt werden, jedoch nicht explizit gezeigt sind. Zu beachten ist, dass in dem jungen Bereich der additiven Fertigung viele Hersteller ihren AM-Anwendungen eigene Namen geben, so dass eine allgemeingültige umfassende Klassifizierung nur ansatzweise erreichbar ist.
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.
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. Dieser 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.
Annotations of subject IDs in images are very important as ground truth for face recognition applications and news retrieval systems. Face naming is becoming a significant research topic in news image indexing applications. By exploiting the uniqueness of name, face naming is transformed to the problem of multiple instance learning (MIL) with exclusive constraint, namely the eMIL problem. First, the positive bags and the negative bags are automatically annotated by a hybrid recurrent convolutional neural network and a distributed affinity propagation cluster. Next, positive instance selection and updating are used to reduce the influence of false-positive bag and to improve the performance. Finally, max exclusive density and iterative Max-ED algorithms are proposed to solve the eMIL problem. The experimental results show that the proposed algorithms achieve a significant improvement over other algorithms.
Nowadays robust, energy-efficient multisensor microsystems often come with heavily restricted power budgets and the characteristic of remaining in certain states for a longer period of time. During this time frame there is no continuous clock signal required which gives the opportunity to suspend the clock until a new transition is requested. In this paper, we present a new topology for on-demand locally clocked finite state machines. The architecture combines a local adaptive clocking approach with synchronous and asynchronous components forming a quasi synchronous system. Using adaptive and local clocking comes with the advantages of reducing the power consumption while saving design effort when no global clock tree is needed. Combining synchronous and asynchronous components is beneficial compared to previous fully asynchronous approaches concerning the design restrictions. The developed topology is verified by the implementation and simulation of a temperature-ADC sensor system realized in a 180 nm process.
Die Mesago Messe Frankfurt als Veranstalter der Formnext 2018 haben von Prof. Dr.-Ing. Steffen Ritter von der Hochschule Reutlingen eine anschauliche Übersicht erstellen lassen, welche die Vielfalt der unterschiedlichen Verfahren zur additiven Fertigung verständlich erklärt. Die kleine, zweisprachige Broschüre mit dem Titel „AM Field Guide“ bietet auf 12 Seiten strukturierte Vergleichsdarstellungen von insgesamt 19 gängigen 3-D-Druck Technologien für Kunststoffe, Metalle sowie andere Werkstoffe und dazu noch einen Überblick über die Phasen und Prozessschritte in Projekten für Bauteile, die additiv hergestellt werden.
Lithographical hotspot (LH) detection using deep learning (DL) has received much attention in the recent years. It happens mainly due to the facts the DL approach leads to a better accuracy over the traditional, state-of-the-art programming approaches. The purpose of ths study is to compare existing data augmentation (DA) techniques for the integrated circuit (IC) mask data using DL methods. DA is a method which refers to the process of creating new samples similar to the training set, thereby helping to reduce the gap between classes as well as improving the performance of the DL system. Experimental results suggest that the DA methods increase overall DL models performance for the hotspot detection tasks.
Rattern unerwünscht
(2018)
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.
This paper presents a digitally controlled boost converter IC for high output voltage and fast transient applications. Thus, it is well applicable in automotive and industrial environments. The 3V-to-6V input voltage, 6.3V output voltage, 1A boost converter IC is fabricated in a 180nm BCD technology. Digital control enables cost savings, advanced control concepts, and it is less parameter sensitive compared to common analog control. A 90 ns latency, 6-bit delay line ADC operates with a window concept, meeting high resolution requirements, e.g. in car battery applications. An output voltage live tracking is included for extending the ADC conversion window. A charge pump DAC provides high resolution, monotonicity, and short 128 ns conversion time. Further, a standard digital PI controller is enhanced by a simple but effective ΔV/Δt-intervention control. It results in 2.8x reduced output voltage deviations in case of load steps, scaling down the output capacitor value by the same factor.
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.
This paper presents a wide-Vin step-down parallel-resonant converter (PRC), comprising an integrated 5-bit capacitor array and a 300-nH resonant coil, placed in parallel to a conventional buck converter. Soft-switching resonant converters are beneficial for high-Vin multi-MHz converters to reduce dominant switching losses, enabling higher switching frequencies. The output filter inductor is optimized based on an empirical study of available inductors. The study shows that faster switching significantly reduces not only the inductor value but also volume, price, and even the inductor losses. In addition, unlike conventional resonant concepts, soft-switching control as part of the proposed PRC eliminates input voltage-dependent losses over a wide operating range, resulting in 76.3% peak efficiency. At Vin = 48 V, a loss reduction of 35% is achieved compared with the conventional buck converter. Adjusting an integrated capacitor array, and selecting the number of oscillation periods, keeps the switching frequency within a narrow range. This ensures high efficiency across a wide range of Vin = 12–48 V, 100–500-mA load, and 5-V output at up to 25-MHz switching frequency. Thanks to the low output current ripple, the output capacitor can be as small
as 50 nF.
This paper presents a dc–dc converter for integration in the power management unit of an ultra-low power microcontroller. The converter is designed to significantly reduce the wake-up energy and startup delay of the supplied core. The use of a minimized output capacitor is the key factor to save the wake-up energy. The converter is buffered with only 56 nF and guarantees a stable output of 1.2 V with a voltage ripple smaller than 30 mV. The controller of the proposed dc–dc converter is based on a predictive peak current control that allows the system to control the energy transfer at extremely low power consumption. The proposed circuit is implemented in 130 nm CMOS technology with an area of only 0.14 mm². It achieves a high conversion efficiency of 92.1% and a small quiescent current of 440 nA. It operates from 1.8 to 3.3 V with a maximum load of 2.65 mA.
Rattern nicht erwünscht
(2018)
A procedural approach to automate the manual design process in analog integrated circuit design
(2018)
This paper presents a novel approach to automating the design of analog integrated circuits: (1) the Expert Design Plan (EDP), a procedural generator, and (2) the EDP Language, a high-level description language for writing an EDP. An EDP is a parameterizable, executable script, which reproduces a designer’s course of action when designing a circuit. Thus, an EDP formalizes the design expert’s knowledge-based strategy and makes it reusable. Since it is essential that an EDP represents a circuit designers’ way of thinking and working as close as possible, the designers themselves should be enabled to create the EDP. Therefore, our approach provides a input method through a domain-specific language called EDP Language (EDPL). Using this language is intuitive and requires no special training. In an exemplary implementation of our approach, a common-source amplifier is automatically sized using a set of only 10 instructions. Even in the first usage our EDP approach has appeared to be more efficient than the manual sizing process.
The level shifter and the floating gate supply for high-side transistors are a major challenge in high-voltage DCDC converters. This paper presents a high speed and power-efficient level shifter for voltages of up to 50V, suitable for both PMOS and NMOS power FETs. A switching node falling edge detection allows both, a sensitive and safe signal detection. This enables a robust operation during steep dv / dt transitions and a power consumption as low as 4.1 pJ per switching cycle, which is a reduction of more than 40% compared to prior art. An active clamping circuit prevents common mode displacement currents into the high-side supply. The level shifter is implemented in a 180nm BiCMOS technology. Measurements confirm a 50V 120MHz high-speed operation of the level shifter with a rising / falling propagation delay of 1.45 ns / 1.3 ns, respectively. The dv / dt robustness has been confirmed by measurements for transitions up to 6V/ ns.
A wide-bandwidth galvanically isolated current sensing circuit with an integrated Rogowski coil in 180nm CMOS is presented. Exploiting the high-frequency properties of an optimized on-chip Rogowski coil, currents can be measured up to a bandwidth of 75 MHz. The analog sensor front-end comprises a two-stage integrator, which allows a chopper frequency below signal bandwidth, resulting in 2.2 mVrms output noise. An additional integrated Hall sensor extends the measurement range towards DC.
Due to their superior fast-switching performance, GaN transistors show enormous potential to enable compact power electronics in applications like renewable energy, electrical cars and home appliances by shrinking down the size of passives. However, fast switching poses challenges for the gate driver. Since GaN transistors have a low threshold voltage Vt of ~1V, an unintended driver turn-on can occur in case of a unipolar gate control as shown for a typical half-bridge in Fig. 24.2.1 (top left). This is due to coupling via the gate-drain capacitance (Miller coupling), when the low-side driver turns on, causing a peak current into the gate. This is usually tackled by applying a negative gate voltage to enhance the safety margin towards Vt, resulting in a bipolar gate-driving scheme. In many power-electronics applications GaN transistors operate in reverse conduction, carrying the inductor current during the dead time t, when the high-side and low-side switch are off (as illustrated at a high-side switch in Fig. 24.2.1, bottom left). As there is no real body diode as in silicon devices, the GaN transistor turns on in reverse operation with a voltage drop VF across the drain-source terminals (quasi-body diode behavior). As a negative gate voltage adds to VF, 63% higher reverse-conduction losses were measured for a typical GaN switch in bipolar gate-drive operation. This drawback is addressed by a three-level gate voltage (positive, 0V, negative), which at the same time provides robustness against unintended turn-on similar to the bipolar gate driver, proven in [1] for a discrete driver.
This paper presents a fully integrated gate driver in a 180-nm bipolar CMOS DMOS (BCD) technology with 1.5-A max. gate current, suitable for normally OFF gallium nitride (GaN) power switches, including gate-injection transistors (GIT). Full-bridge driver architecture provides a bipolar and three-level gate drive voltage for a robust and efficient GaN switching. The concept of high voltage energy storing (HVES), which comprises an on-chip resonant LC tank, enables a very area-efficient buffer capacitor integration and superior gatedriving speed. It reduces the component count and the influence of parasitic gate-loop inductance. Theory and calculations confirm the benefits of HVES compared to other capacitor implementation methods. The proposed gate driver delivers a gate charge of up to 11.6 nC, sufficient to drive most types of currently available GaN power transistors. Consequently, HVES enables to utilize the fast switching capabilities of GaN for advanced and compact power electronics.
A novel gate driving approach to balance the transient current of parallel-connected GaN-HEMTs
(2018)
To enable higher current handling capability of GaN-based DC/DC converters, devices have to be used in parallel. However, their switching times differ, especially if their threshold voltages are not identical, which causes unbalanced device current. This paper focuses on the homogeneous distribution of turn-on switching losses of GaN-HEMTs connected in parallel. By applying a new gate driver concept, the transient current is distributed evenly. The effectiveness of this concept is demonstrated by double pulse measurements, for switching currents up to 45A and a voltage of 400V. A uniform current distribution is achieved, including a reduction of the turn-on losses by 50% compared to a conventional setup.
The hotspot detection has received much attention in the recent years due to a substantial mismatch between lithography wavelength and semiconductor technology feature size. This mismatch causes diffraction when transferring the layout from design onto a silicon wafer. As a result, open or short circuits (i.e. lithography hotspots) are more likely to be produced. Additionally, increasing numbers of semiconductors devices on a wafer required more time for the lithography hotspot detection analysis. In this work, we propose a fast and accurate solution based on novel artificial neural network (ANN) architecture for precise lithography hotspot detection using a convolution neural network (CNN) adopting a state of-the-art technique. The experimental results showed that the proposed model gained accuracy improvement over current state-of-theart approaches. The final code has been made publicly available.
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.
We present a dual active bridge topology suitable for wide voltage range applications covering all combinations of 200V to 600V on the input and 20V to 60V on the output with constant power of 1kW.We employ a stepped inductance scheme to adjust the effective inductance of the converter, thus extending the efficient operation range. Using a variable switching frequency between 35 kHz and 150 kHz with operation-point-dependent limits further increases the performance of the converter. A prototype was built and the proposed changes have been compared to a fixed frequency, fixed inductance implementation. Measurements show a maximum loss reduction of 40 %, leading to a peak efficiency of 97% while maintaining constant output power over the entire working area.
Many GaN power transistors contain a PN junction between gate and the channel region close to the source. In order to maintain the on-state, current must continuously be supplied to the junction. Therefore, the commonly recommended approach uses a gate bias voltage of 12V to compensate the Miller current through a boost circuit. For the same purpose, a novel gate driving method based on an inductive feed forward has been presented. With this, stable turn-on can be achieved even for a bias voltage of only 5V. The effectiveness of this concept is demonstrated by double pulse measurements, switching currents up to 27A and a voltage of 400V. For both approaches a compact design with low source inductance is characterized. In addition to the significant reduction of the gate bias voltage and peak gate current, the new approach reduces the switching losses for load currents >23 A.
Die vorliegende Aufgabensammlung beinhaltet Übungs- und Prüfungsaufgaben zur Vorlesung Strömungsmaschinen (drei Semesterwochenstunden einschließlich der Übungsveranstaltungen), die als Teilvorlesung im Rahmen des Moduls Kraft- und Arbeitsmaschinen im 4. Semester des Bachelorstudiengangs Maschinenbau an der Fakultät Technik der Hochschule Reutlingen angeboten wird. Der Bachelorstudiengang Maschinenbau ist als allgemeiner Maschinenbau ohne spezielle Vertiefung konzipiert, daher erfolgt die Vermittlung von Lerninhalten aus allen wesentlichen Bereichen des Maschinenbaus. Notwendige Voraussetzungen zur Erreichung der Lernziele der Teilvorlesung Strömungsmaschinen sind fundierte Kenntnisse aus den Modulen Mathematik I, Mathematik II, Physik, technische Thermodynamik und Fluidmechanik.
Dass die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) einen unverzichtbaren Baustein der Energiewende darstellt, ist mittlerweile unstrittig, da sie mit Hilfe von Blockheizkraftwerken (BHKW) die Erzeugung von elektrischer Energie komplementär zum Angebot von PV- und Windkraftanlagen mit einem hohen Maß an Energieeffizienz leisten kann. Die ausgezeichnete Energieeffizient von BHKW nutzen deshalb bereits viele Unternehmen zur Senkung ihrer Energiekosten.
This article presents a two-level optimisation approach for the management of controllable and distributed converters with storage systems across different energy sectors. It aims at the reduction of electrical peak load and at the economical optimisation of the electrical energy exchange with the grid, based on a dynamic external incentive, e.g. through dynamic energy price tariffs. By means of a secure, standardised and lean communication with two different internal price signals, an optimal flexibility provision shall be achieved. The two-level optimisation approach consists of a centralised and several distributed decentralised entities. At the centralised level, the distributed flexibilities are invoked for optimal scheduling on the basis of an internal price algorithm for stimulating the decentralised entities. Based on that internal incentive and on the expected demands for electricity, heating and cooling, the decentralised optimisation algorithms provide optimal generation schedules for the energy converters. The suggested interaction between the central and decentral entities is successfully tested and the principle potential for peak shaving and the adaption to dynamic energy-related market prices could be demonstrated and compared to different energy management strategies such as the standard heat-led operation. Further, variations of the system parameters such as load shifting potential, installed capacity and system diversification are evaluated against cost saving potential for the energy supply and overall system performance.
The increasing share of renewable energy with volatile production results in higher variability of prices for electrical energy. Optimized operating schedules, e.g., for industrial units, can yield a considerable reduction of energy costs by shifting processes with high power consumption to times with low energy prices. We present a distributed control architecture for virtual power plants (VPPs) where VPP participants benefit from flexible adaptation of schedules to price forecasts while maintaining control of their operating schedule. An aggregator trades at the energy market on behalf of the participants and benefits from more detailed and reliable load profiles within the VPP.
A simple determination of the error voltage compensation map for motor parameter identification
(2018)
This paper proposes a new method for determining the error voltage compensation map in a parameter identification procedure of three-phase induction motors with an inverter. The compensation curve depending on the motor current is determined using a simple procedure based on given reference voltage steps and the corresponding steady state values of the stator current of the induction motor.
Lehr- und Übungsbuch sowie Nachschlagewerk zur CAD-Software Creo Parametric und zu den Grundlagen der Produktdatenverwaltung mit Windchill. Vermittelt werden die Volumenmodellierung, die 3D Flächenmodellierung, die Blechmodellierung, die Baugruppen- und Zeichnungserstellung, das Erstellen von Animationen, die Definition und Anwendung kinematischer sowie dynamischer Analysen und die Definition von Baugruppen, die Konstruktionsvarianten "Top-Down" und "Bottom-Up" sowie die Organisation von Konstruktionsprojekten über Skelett Techniken.
Weiter werden die Grundlagen des Produktdatenmanagements im Konstruktionsbereich unter Windchill vermittelt. Alle Verfahren werden handlungsorientiert an einem weitgehend durchgehenden Modellierungsprojekt erarbeitet. Aufgrund des ausführlichen Inhalts- und Sachwortverzeichnisses sowie einer Vielzahl an Bildern ist das Buch als Grundlage für Vorlesungen, Schulungen oder Praktika und insbesondere auch zum Selbststudium sowie als Nachschlagewerk geeignet.
A fully passive RFID temperature sensor SoC with an accuracy of ±0.4°C (3σ) from 0°C to 125°C
(2018)
This paper presents a fully passive 13.56 MHz RFID temperature sensor system-on-chip. Its power management unit (PMU) operates over a large temperature range using a zero temperature coefficient (TC) bias source. On-chip temperature sensing is accomplished with low voltage, low power CMOS circuitry and time-domain signal processing. Two operating modes have been defined to study supply noise sensitivity: command mode and listening mode, which represent sensor operation during RFID command transfer and listening, respectively. Besides a standard readout command, a customized serial readout command is utilized to distinguish the data from both modes. In command mode, the sensor suffers from interference from the RFID command packet and outputs interference as well, while the sensor outputs no interference in listening mode. Measurements show that sensor resolution in listening mode is improved by a factor of approximately 16 compared to command mode. The chip was fabricated in a standard 0.35 µm CMOS technology and chip-on-board mounted to a tuned RFID transponder coil on an aluminium core FRA4 PCB substrate. Real-time wireless temperature sensing has been demonstrated with a commercial HF RFID reader. With a two-point calibration, the SoC achiesves a 3σ sensing accuracy of ±0.4°C from 0° C to 125° C.
Dieses Lehr- und Übungsbuch führt in die wesentlichen Grundlagen der Festigkeitslehre ein. Es zeigt die wichtigsten Konzepte und Arbeitsabläufe eines ingenieursgerechten Festigkeitsnachweises. Besonderer Wert wird auf eine anschauliche Vermittlung des Lehrstoffs aus Sicht des Ingenieurs gelegt. Aus Gründen der Verständlichkeit wird daher auf mathematische Herleitungen weitgehend verzichtet und stattdessen der Schwerpunkt auf eine werkstoffkundliche Betrachtungsweise gelegt. Dies wird durch umfangreiche Werkstoff- und Kennwerttabellen dokumentiert.
Dieses Lehr- und Übungsbuch führt in die wesentlichen Grundlagen der Festigkeitslehre ein. Es zeigt die wichtigsten Konzepte und Arbeitsabläufe einer ingenieursgerechten Festigkeitsabsicherung. Besonderer Wert wird auf eine anschauliche Vermittlung des Lehrstoffs aus Sicht des Ingenieurs gelegt. Aus Gründen der Verständlichkeit wird daher auf mathematische Herleitungen verzichtet und stattdessen der Schwerpunkt auf eine werkstoffkundliche Betrachtungsweise gelegt. Dies wird durch umfangreiche Werkstoff- und Kennwerttabellen dokumentiert. Mehr als 140 praxisorientierte Übungsaufgaben von unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad mit Kurzlösungen und Schwierigkeitsbewertung vertiefen das Verständnis und helfen den Lernerfolg zu sichern.
Ziel eines aktuellen Forschungsprojektes an der Hochschule Reutlingen, das gemeinsam mit dem Ingenieurbüro Ganssloser und der Universität Tübingen durchgeführt wird, ist es, Flexibilitäten in Unternehmen, die im Verbund als virtuelles Kraftwerk am Strommarkt agieren, zu erkennen und nutzbar zu machen. Zu diesem Zweck soll eine Steuerbox für Industrie- und Gewerbebetriebe entwickelt werden, die einerseits mit der zentralen Leitwarte des virtuellen Kraftwerks kommuniziert und andererseits die Anlagen des Unternehmens so steuert, dass die zur Verfügung stehenden Flexibilitäten möglichst optimal genutzt werden. Die Hochschule Reutlingen beschäftigt sich innterhalb des Projekts mit der Erkennung und Beschreibung von Flexibilitäten in Unternehmen.
The maintenance issue of batteries and the limited power level of energy harvesting is addressed by the presented integrated micropower supply. Connected to the 120/230-VRMS mains, it provides a 3.3-V ac output voltage, suitable for applications such as the Internet-of Things and smart homes. The micropower supply consists of a fully integrated ac–dc and dc–dc converter with one external low-voltage surface mount device buffer capacitor, resulting in an extremely compact size. Fabricated in a low-cost 0.35-μm 700-V complimentary metal-oxide-semiconductor technology, it covers a die size of 7.7 mm². The ac–dc converter is a direct coupled, full-wave rectifier with a subsequent series regulator. The dc–dc stage is a fully integrated capacitive 4:1 converter with up to 17-V input and 47.4% peak efficiency. The power supply comprises several high-voltage control circuits including level shifters and various types of charge pumps (CPs). A source supplied CP is utilized that supports a varying switching node potential. The overall losses are discussed and optimized, including flying capacitor bottom-plate losses. The power supply achieves an output power of 3 mW, resulting in a power density of 390 μW/mm². This exceeds prior art by a factor of 11.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Optimierung des Betriebs eines in einem Regelkreis für einen Aufwärtswandler vorgesehenen digitalen Reglers (30) zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: Auswerten (S1) mindestens einer Ausgangsgröße des digitalen Reglers im Betrieb des Aufwärtswandlers. Schätzen (S2) des instantanen Lastwiderstandswertes (RL) in der Strecke des Regelkreises anhand der mindestens einen ausgewerteten Ausgangsgröße. Einstellen (S3) mindestens eines Reglerkoeffizienten des digitalen Reglers anhand des geschätzten instantanen Lastwiderstandswertes (RL) im Betrieb des Aufwärtswandlers. Erfindungsgemäß bedingt eine Veränderung in der Einstellung des mindestens einen Reglerkoeffizienten eine Veränderung der Transitfrequenz im Regelkreis. Ferner wird ein Regelkreis für einen Aufwärtswandler mit einem digitalen Regler zur Verfügung gestellt, welcher eingerichtet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit computerausführbarem Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung gestellt.