620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
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Der Bericht bezieht sich auf das gleichnamige Projekt im BMBF-Programm zu anwendungsorientierter Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen an der HTWG Konstanz: Das Monitoring und die Diagnose von Kabel- und Versorgungssystemen beruht zum größten Teil auf der Statistik. Es werden Daten aufgezeichnet und mit bereits ausgewerteten oder älteren Daten aus demselben System verglichen. Der Unterschied zwischen Monitoring und Diagnose ist, dass die Diagnose bei abgeschalteter Spannung erfolgt und das Monitoring ein ständiges Überwachen ist. Ziel der Teilentladungsmessungen an betriebsgealterten Mittelspannungskabel war es einen Vergleich von Teilentladungsmessungen mit 50Hz und 0,1Hz zu erstellen. Dabei wurden Teilentladungsmessungen bei stark voneinander abweichenden Prüfbedingungen untersucht. Des weiteren wurden Verlustleistungsmessungen (tan ð) bei verschiedenen Prüfobjekten mit 50Hz und 0,1Hz durchgeführt.
In der automobilen Kompaktklasse werden trockenlaufende Stufenlosgetriebe bisher nicht eingesetzt. Dies ist vor allem auf die nicht zufriedenstellende Übertragbarkeit von Leistung im Zusammenhang mit einem ausreichenden Stellbereich (Getriebespreizung) der Umschlingungsmittel zurückzuführen. Neben Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Verbundkeilriemen, die für diesen Zweck eingesetzt werden, müssen vor allem jedoch konstruktive Lösungen für eine Leistungssteigerung gefunden werden. Es soll das Konzept eines Doppelriemen- (Twinbelt-) Getriebes untersucht werden. Durch die Verwendung zweier Riemen statt eines einzelnen kann nahezu eine Verdoppelung der übertragbaren Leistung erwartet werden, was die Einsatzmöglichkeiten für das Getriebe wesentlich erweitert. Als problematisch ist vor allem die Bauraumfrage des zusätzlichen Riementriebs, sowie der erhöhte Aufwand in der Getriebesteuerung zu sehen. Außerdem müssen für eine rentable Fertigung des Getriebes die notwendigen zusätzlichen Bauteile auf ein Minimum reduziert werden. Neben der theoretischen und konstruktiven Auslegung der zu entwickelnden Komponenten des Twinbelt-Getriebes und der Bauraumuntersuchung für die Anwendung in der automobilen Kompaktklasse ist auch die Entwicklung eines Komponenten-Prüfstandes durchzuführen. Der Prüfstand soll die Untersuchung der Funktionalität dieser neuen Getriebebauform, aber auch die Versuche in bezug auf die notwendigen Verstell- und Anpresssysteme, sowie das Betriebsverhalten der eingesetzten Riemen ermöglichen.
Public-key cryptographic algorithms are an essential part of todays cyber security, since those are required for key exchange protocols, digital signatures, and authentication. But large scale quantum computers threaten the security of the most widely used public-key cryptosystems. Hence, the National Institute of Standards and Technology ( NIST ) is currently in a standardization process for post-quantum secure public-key cryptography. One type of such systems is based on the NP-complete problem of decoding random linear codes and therefore called code-based cryptography. The best-known code-based cryptographic system is the McEliece system proposed in 1978 by Robert McEliece. It uses a scrambled generator matrix as a public key and the original generator matrix as well as the scrambling as private key. When encrypting a message it is encoded in the public code and a random but correctable error vector is added. Only the legitimate receiver can correct the errors and decrypt the message using the knowledge of the private key generator matrix. The original proposal of the McEliece system was based on binary Goppa codes, which are also considered for standardization. While those codes seem to be a secure choice, the public keys are extremely large, limiting the practicality of those systems. Many different code families were proposed for the McEliece system, but many of them are considered insecure since attacks exist, which use the known code structure to recover the private key. The security of code-based cryptosystems mainly depends on the number of errors added by the sender, which is limited by the error correction capability of the code. Hence, in order to obtain a high security for relatively short codes one needs a high error correction capability. Therefore maximum distance separable ( MDS ) codes were proposed for those systems, since those are optimal for the Hamming distance. In order to increase the error correction capability we propose q -ary codes over different metrics. There are many code families that have a higher minimum distance in some other metric than in the Hamming metric, leading to increased error correction capability over this metric. To make use of this one needs to restrict not only the number of errors but also their value. In this work, we propose the weight-one error channel, which restricts the error values to weight one and can be applied for different metrics. In addition we propose some concatenated code constructions, which make use of this restriction of error values. For each of these constructions we discuss the usability in code-based cryptography and compare them to other state-of-the-art code-based cryptosystems. The proposed code constructions show that restricting the error values allows for significantly lower public key sizes for code-based cryptographic systems. Furthermore, the use of concatenated code constructions allows for low complexity decoding and therefore an efficient cryptosystem.
Foil-air bearings (FABs) are predominantly used for high-speed, oil-free applications. Offering many advantages such as friction loss at high speeds, stability and price, they lack, however, load capacity as well as start-up and coast-down friction wear resistance.
The friction losses of FABs have been studied experimentally by many authors. In order to predict the friction and, consequently, the lifespan of a FAB, the start-up and coast-down regimes are modelled in such a way that allows for accurate, efficient simulation and later optimisation of lift-off speed and wear characteristics. The proposed simulation method applies the Kirchhoff-Love plate theory to the top foil mapping [20]. This system of differential equations is coupled with the underlying compliant foil to simulate the displacement due to the pressure buildup. Consequently, this coupled system allows for simulation from almost zero rounds per minute (rpm) to full speed. The underlying simulation model uses the finite difference method for spatial discretisation and a temporal explicit Runge-Kutta method.
Difficulties to overcome are the smooth combination of various friction regimes across the sliding surfaces as well as the synchronous coupling of Reynolds, deformation and kinematic equations with highly non-linear terms. Introducing an exponential pressure component based on Greenwood and Tripp’s theory avoids impingement between the rotor and foil.
Schlussbericht Verbundprojekt "Verfahren zur Schwermetallelimination in sauren Beizabwässern"
(2003)
Im Vorhaben zur "Schwermetallelimination aus sauren Beizabwässern" sollen zwei 2-stufige Laborreaktoren aufgebaut und betrieben werden, um in diesem Maßstab, die zur Reinigung der Abwässer notwendigen mikrobiologischen, physikalisch-chemischen und biophysikalischen Prozesse zu optimieren. Schadstoffabbau, Schwermetallausfällung und Biosorption wurden in einem Durchflusssystem so aufeinander abgestimmt, daß bei minimaler Verweilzeit die mikrobiellen Umsetzungen von Nitrat zu molekularem Stickstoff (Denitrifikation) und von Sulfat zu Sulfid (Sulfatreduktion) ablaufen und dabei die Schwermetalle als Hydroxide, Carbonate oder Sulfide effizient ausgefällt werden. Dabei muß außerdem die Versorgung der Mikroorganismen durch eine eigene Kohlenstoff- und Energiequelle gewährleistet sein. Die auf der Laborreaktorebene gewonnenen Erkenntnisse sollten dann in den Technikumsmaßstab (100 1) übertragen werden. Nach der Erprobung dieser Anlage im Dauerbetrieb und Ausweitung der gewonnenen Erfährungen sollte eine industrielle Anlage (300 1) konzipiert werden. Als erstes Ziel war ein Nitratabbau von 3500 mg NO3/l d angestrebt, während als weitergehendes Ziel eine flexible Strategie zur Prozeßführung bei variierenden Konzentrationen der Abwasserinhaltsstoffe unter Einhaltung der durch den Rahmen-Abwasser-VwV Anhang 40 vorgeschriebenen Einleitungsgrenzwerte ermittelt werden sollte
The intentions of the so-called "More Electrical Aircraft" (MEA) are higher efficiency and lower weight. A main topic here is the application of electrical instead of hydraulical, pneumatical and mechanical systems. The necessary power electronic devices have intermediate DC-links, which are typically supplied by a three-phase system with active B6 and passive B12 rectifiers. A possible alternative is the B6 diode bridge in combination with an active power filter (APF). Due to the parallel arrangement, the APF offers a higher power density and is able to compensate for harmonics from several devices. The use of the diode bridge rectifier alone is not permitted due to the highly distorted phase current. The following investigations are dealing with the development of an active power filter for a three-phase supply with variable frequency from 360 to 800 Hz. All relevant components such as inductors, EMC-filters, power modules and DC-link capacitor are designed. A particular focus is put on the customized power module with SiC-MOSFETs and SiC-diodes, which is characterized electrically and thermally. The maximum supply frequency slope has a value of 50 Hz/ms, which requires a high dynamic and robustness on the control algorithm. Furthermore, the content of 5th and 7th harmonics must be reduced to less than 2 %, which demands a high accuracy. To cope with both requirements, a two-stage filter algorithm is developed and implemented in two independent signal processors. Simulations and laboratory experiments confirm the performance and robustness of the control algorithm. This work comprehensively presents the design of aerospace rectifiers. The results were published in conferences and patents.
Das Software-System MODES ist ein Programmwerkzeug zur Planung und Optimierung von Energieversorgungsanlagen bezüglich Auslegung und Energiemanagement. Es ermöglicht die integrierte Betrachtung von Wärme- und Elektroenergie unter Einschluss von erneuerbaren Energieträgern. Da für die Eingabeparameter nicht nur feste Werte, sondern auch Unschärfebereiche eingegeben werden können, ist ein stochastische Behandlung der Ergebnisse möglich. Neben der technischen erfolgt ebenfalls die in der Praxis unumgängliche wirtschaftliche Simulation. Damit ist mit Hilfe von MODES eine numerische, mehrkriterielle technische und energiewirtschaftliche Bewertung von Energieversorgungssystemen möglich. Es handelt sich um den Abschlußbericht des entsprechenden Projektes für das Bundesministerium für Bildung und Forschung, Förderkennzeichen 1707499. Vertrauliche Stellen wurden aus dem vorliegenden Text herausgenommen.
An der HTWG Konstanz sind bis zu dem o.g. Projekt keine Aktivitäten auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung von Fahrrädern unternommen worden. Mit Projektbeginn ist die Möglichkeit einen Fahrradrahmen mit Knotenpunkten aus Kunststoffspritzguss herzustellen untersucht und zum Patent angemeldet worden. Ziele: Ziel des Vorhabens war es zu untersuchen, ob im Bereich von Tourenfahrrädern der Preisklasse um die 1000 DM Verkaufspreis ein Rahmen kostengünstiger als durch hart verlöten oder verschweißen von Stahl- bzw. Aluminiumrohren zu realisieren ist. Dabei ist eine 10-15%-ige Einsparung als Zielsetzung angesehen worden. Ergebnisse: Es sind fünf Generationen von Prototypen gebaut worden und in entsprechenden DIN-Versuchen untersucht worden. Derzeit werden Langzeitversuche an 14 Fahrrädern vorgenommen um die Dauerhaltbarkeit der Konstruktion zu überprüfen.
Das Ziel dieser Arbeit war die Konzeption eines untergeordneten Stadtbusnetzes der Stadt Konstanz. Dabei wurde auf einem bereits entwickelten Entwurf eines übergeordneten Netzes aufgesetzt. Durch die Kombination dieser beiden entstand ein Gesamtbusnetz.
Im ersten Schritt wurde eine breit gefächerte Bestandsanalyse durchgeführt, inbegriffen war dabei eine Analyse des übergeordneten Busnetzes. Die gebündelten Ergebnisse gaben den Rahmen für die Konzeption vor. Danach folgte der schrittweise Entwurf der einzelnen Linien des untergeordneten Netzes. Im letzten Schritt der Konzeption wurden die Linien an wichtigen Umsteigeknoten und Parkräumen aufeinander abgestimmt.
Aus der genannten Analyse resultierten diverse Anforderungen für die Konzeption eines neuen Busnetzes. Hierbei konnte die Anbindung an die Bahn und das neu entstehende Mobilitätszentrum besonders hervorgehoben werden. Das Ergebnis der Konzeption waren elf Buslinien, die dem untergeordneten Netz zugewiesen werden können. Gemeinsam mit den fünf Linien des übergeordneten Entwurfs bilden sie ein Gesamtstadtbusnetz. Dabei wurden die Streckenverläufe der Linien aufeinander abgestimmt, sodass ein breitgefächertes Netz an Direktverbindungen entstehen konnte. Mithilfe der Abstimmung an Umsteigeknoten konnten sinnvolle Umsteigerelationen geschaffen werden, wodurch die Direktverbindungen zu einer flächendeckenden Anbindung der Stadtteile an relevante Ziele im Stadtgebiet erweitert wurden.
Auf theoretischer Ebene wurde hier aufgezeigt, wie ein neues Buskonzept der Stadt Konstanz gestaltet sein kann. Das vorliegende Konzept sollte in einer separaten Arbeit auf eine tatsächliche Umsetzbarkeit geprüft werden.