Millimeter wave radio channels: properties, multipath modeling and simulations. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (xxi, 145 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022
In dieser Arbeit werden drei grundlegende Probleme der Modellierung von Drahtloskanälen für die Anwendung bei der Funkkanalmodellierung im Millimeterwellenbereich (mmWave) untersucht, nämlich (i) die Frequenzabhängigkeit der Ausbreitung, (ii) der Einfluss der Antennenrichtwirkung auf die Definition des Kanalmodells und (iii) der Einfluss der Systembandbreite auf die Funkkanalmodellierung. Die detaillierte Beschreibung dieser Probleme lautet wie folgt: (i) Frequenzabhängigkeit der Ausbreitung. Mehrband-Messkampagnen werden mit Richtantennen durchgeführt, die eine omnidirektionale Abtastung der Ausbreitungsumgebung vornehmen. Während der Messungen werden die Tx-Rx-Systeme an festen Positionen platziert und die Ausbreitungsumgebung bleibt so statisch wie möglich. Mit Hilfe von synthetisierten omnidirektionalen Verzögerungs-Leistungsprofilen soll untersucht werden, ob es eine Frequenzabhängigkeit in der Mehrwegeausbreitungsstatistik gibt, z.B. in der Verzögerung und der Winkelspreizung. (ii) Einfluss der Antennenrichtwirkung auf die Definition des Kanalmodells. Es werden Messungen des schnellen Schwunds durchgeführt, die ein Szenario emulieren, bei dem eine Funkverbindung über ein einzelnes Mehrwege-Cluster aufgebaut wird, das mit Antennen mit unterschiedlichen Strahlbreiten ausgeleuchtet wird. Das Hauptziel ist hier die Untersuchung des Einflusses der räumlichen Filterung auf den schnellen Schwund aufgrund der hohen Antennenrichtwirkung. Insbesondere wird die Auswirkung auf Variationen der Empfangssignalstärke und die Gültigkeit der Annahme der schmalbandigen Stationarität im weiteren Sinne (sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich) untersucht. (iii) Einfluss der Systembandbreite auf die Funkkanalmodellierung. Messungen des schnellen Schwunds werden verwendet, um Mehrwege-Cluster in einem Hörsaal-Szenario auszuleuchten. Das primäre Ziel ist es, den Einfluss einer hohen Systembandbreite auf die Variationen der Empfangssignalstärke, die Zufälligkeit des Kreuzpolarisationsverhältnisses und die Reichhaltigkeit der Mehrwegstreuung zu untersuchen. Basierend auf der Charakterisierung realistischer Funkkanäle führen die in dieser Dissertation vorgestellten Ergebnisse zu dem Verständnis, dass beim Übergang zu höheren Frequenzen die Frequenz x selbst keine signifikante Rolle bei der Definition der Kanalmodellierungsmethodik spielt. Vielmehr ist es von grundlegender Bedeutung, wie ein Ausbreitungskanal ausgeleuchtet wird. Daher zeigt sich, dass mmWave-Systemeigenschaften wie eine hohe Antennenrichtcharakteristik und Systembandbreite einen hohen Einfluss auf die Definition des Kanalmodells haben. Im Allgemeinen ist die Skalierung der Schwundtiefe als Funktion der Systembandbreite ziemlich gut verstanden. Wir zeigen, dass die hohe Antennenrichtwirkung von mmWave-Systemen zu einer weiteren Reduzierung der Schwundtiefe führt. Zusätzlich erforschen wir einige neue Richtungen in diesem Forschungsbereich, die auf der Analyse der Statistik zweiter Ordnung des Kanalimpulsantwort-Vektors basieren. Unsere Ergebnisse unterstreichen, dass die Schwund-Statistiken der auflösbaren Kanalabgriffe in einem mmWave-Funkkanal nicht als Rayleigh-Rice-verteilte Zufallsvariablen modelliert werden können. Dies liegt vor allem daran, dass durch die hohe Antennenrichtwirkung und Bandbreite von mmWave-Systemen Kanäle mit spärlichen Streubedingungen ausgeleuchtet werden. Folglich ist die Annahme komplexer Gaus’scher Zufallsvariablen, die mit Rayleigh-Rice Schwundverteilungen verbunden ist, nicht mehr gültig. Des Weiteren wird gezeigt, dass die hohe Antennenrichtwirkung und Bandbreite von mmWave-Systemen auch die Gültigkeit der Annahme von Stationarität im weiteren Sinne im Slow-Time-Bereich von mmWave-Funkkanälen in Frage stellt. Die in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnisse sind neuartig und bieten theoretisch konsistente Einblicke in den gemessenen Funkkanal.
https://doi.org/10.22032/dbt.56740
Multivariate assessment of linear and non-linear causal coupling pathways within the central-autonomic-network in patients suffering from schizophrenia. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (viii, 153 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Im Bereich der Zeitreihenanalyse richtet sich das Interesse zunehmend darauf, wie Einblicke in die Interaktions- und Regulationsprozesse von pathophysiologischen- und physiologischen Zuständen erlangt werden können. Neuste Fortschritte in der nichtlinearen Dynamik, der Informationstheorie und der Netzwerktheorie liefern dabei fundiertes Wissen über Kopplungswege innerhalb (patho)physiologischer (Sub)Systeme. Kopplungsanalysen zielen darauf ab, ein besseres Verständnis dafür zu erlangen, wie die verschiedenen integrierten regulatorischen (Sub)Systeme mit ihren komplexen Strukturen und Regulationsmechanismen das globale Verhalten und die unterschiedlichen physiologischen Funktionen auf der Ebene des Organismus beschreiben. Insbesondere die Erfassung und Quantifizierung der Kopplungsstärke und -richtung sind wesentliche Aspekte für ein detaillierteres Verständnis physiologischer Regulationsprozesse. Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung kurzfristiger unmittelbarer zentral-autonomer Kopplungspfade (top-to-bottom und bottom to top) durch die Kopplungsanalysen der Herzfrequenz, des systolischen Blutdrucks, der Atmung und zentraler Aktivität (EEG) bei schizophrenen Patienten und Gesunden. Dafür wurden in dieser Arbeit neue multivariate kausale und nicht-kausale, lineare und nicht-lineare Kopplungsanalyseverfahren (HRJSD, mHRJSD, NSTPDC) entwickelt, die in der Lage sind, die Kopplungsstärke und -richtung, sowie deterministische regulatorische Kopplungsmuster innerhalb des zentralen-autonomen Netzwerks zu quantifizieren und zu klassifizieren. Diese Kopplungsanalyseverfahren haben ihre eigenen Besonderheiten, die sie einzigartig machen, auch im Vergleich zu etablierten Kopplungsverfahren. Sie erweitern das Spektrum neuartiger Kopplungsansätze für die Biosignalanalyse und tragen auf ihre Weise zur Gewinnung detaillierter Informationen und damit zu einer verbesserten Diagnostik/Therapie bei. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit zeigen signifikant schwächere nichtlineare zentral-kardiovaskuläre und zentral-kardiorespiratorische Kopplungswege und einen signifikant stärkeren linearen zentralen Informationsfluss in Richtung des Herzkreislaufsystems auf, sowie einen signifikant stärkeren linearen respiratorischen Informationsfluss in Richtung des zentralen Nervensystems in der Schizophrenie im Vergleich zu Gesunden. Die detaillierten Erkenntnisse darüber, wie die verschiedenen zentral-autonomen Netzwerke mit paranoider Schizophrenie assoziiert sind, können zu einem besseren Verständnis darüber führen, wie zentrale Aktivierung und autonome Reaktionen und/oder Aktivierung in physiologischen Netzwerken unter pathophysiologischen Bedingungen zusammenhängen.
https://doi.org/10.22032/dbt.57589
Dynamische Messung von sicherheitstechnisch relevanten Explosionsdrücken. - Braunschweig : Physikalisch-Technische Bundesanstalt, 2023. - xii, 127 Seiten. - (PTB-Bericht)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
ISBN 978-3-944659-29-9
Literaturverzeichnis: Seite 120-127
Die Zündschutzart „druckfeste Kapselung“ ist ein im Bereich des Explosionsschutzes häufig verwendetes Schutzprinzip, bei dem verhindert werden soll, dass eine eventuell im Inneren eines Gerätes auftretende Explosion nach außen dringt, um eine dort potenziell vorhandene explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden. Bei der Konformitätsbewertung solcher Geräte ist die dynamische Messung von Explosionsdrücken eine der wesentlichen Prüfungen und im Einzelnen von sicherheitstechnischer Relevanz. Im Kontext der gegenseitigen Anerkennung von Messergebnissen ist es darüber hinaus von sehr großer Bedeutung, eine vergleichbare Qualität bei der Messung zu gewährleisten. Ringvergleichsprogramme haben gezeigt, dass diese vergleichbare Qualität nicht durchweg gegeben ist. Die Identifizierung der relevanten Einflussgrößen bei der Messung von Explosionsdrücken, die daraus resultierenden Folgen für die Vergleichbarkeit und die Diskussion von Maßnahmen zum Umgang mit diesen Einflussfaktoren sind wesentlicher Gegenstand dieser Arbeit. Dafür wurden einerseits die Messungen und Prüfparameter der am Ringvergleich teilnehmenden Prüflaboratorien analysiert. Andererseits wurden eigene experimentelle Untersuchungen unter Verwendung unterschiedlicher Prüfmuster, Prüfaufbauten und Prüfparameter durchgeführt. Mit dem Einfluss von Anfangsdruck und -temperatur des explosionsfähigen Gemisches, dem Einfluss des Thermoschockes sowie der Beschleunigungsempfindlichkeit der Drucksensoren ergeben sich drei signifikante Einflussgrößen im Zuge dieser Studien. Im Ergebnis resultieren aus den Untersuchungen anwendbaren Korrekturrechnungsverfahren für die Messgröße, geeignete Präparationsmöglichkeiten für die Drucksensoren sowie Filter- und Verrechnungsverfahren für die Messdaten, um die Einflussgrößen zu reduzieren und die Vergleichbarkeit zu erhöhen. Darüber hinaus wird mittels einer Messunsicherheitsbetrachtung aufgezeigt, dass die üblicherweise verwendete Messkette eine hohe Genauigkeit aufweist und damit eine eher untergeordnete Rolle bezüglich einer Einflussgröße auf den Explosionsdruck einnimmt. Diese Arbeit trägt allgemein zum praktischen und metrologischen Verständnis bei der dynamischen Messung sicherheitsrelevanter Explosionsdrücke bei, nicht zuletzt dadurch, dass die resultierenden Erkenntnisse die internationale Normung im Bereich der druckfesten Kapselung aktiv unterstützen.
Invasive and parametric simulation methods for integrated circuit analysis. - Ilmenau, 2023. - 197 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Der Entwurf integrierter Schaltungen (ICs) und Systeme ist eine der großen Herausforderungen unserer Zeit. Durch neue Anwendungen werden immer komplexere ICs in Alltagsgegenständen wie z.B. Mobiltelefonen eingesetzt. Dazu werden nicht nur moderne Halbleitertechnologien sondern auch neue Entwurfsmethoden benötigt. Der Entwurf von Analog/Mixed-Signal (AMS) Schaltungen wird durch Low-Level Effekte beeinträchtigt, die die Leistungsfähigkeit der ICs beeinträchtigen. Im Systementwurf auf Blockebene werden Effekte wie z.B. Rauschen oder parasitäre Kopplungen nicht berücksichtigt. Diese Effekte werden meist nur für einzelne Komponenten untersucht, können jedoch im Systemkontext zu Fehlern führen. Die Kernidee dieser Arbeit ist die Nutzung von Modellerweiterungen, mit denen solche Effekte oder Prüfmodule eingewoben werden können. Diese Änderungen von Parametern oder Struktur werden dazu verwendet, ein System zu untersuchen. In dieser Arbeit werden dazu verschiedene Ansätze vorgestellt: Zur Vermeidung von falsch-positiven Verifikationsergebnissen wird das Konzept der Akzeptanzregionen auf Betriebsbedingungen genutzt. So können die Betriebsbedingungen einer Schaltung mit denen eines Modells im Sinne einer Metrik verglichen werden. Diese Regionen werden dazu verwendet, Prüfmodule zu erzeugen, die Risiko einer falsch-positiven Verifikation vermeiden. Diese Arbeit führt neue invasive Analysemethoden ein, d.h. Methoden, die die Modellerweiterungen nutzen. Die Performance von AMS-Komponenten wird durch Layout-Effekte, d.h. durch parasitäre Elemente, beeinträchtigt. Den daraus entstehenden Problemen wird mit erfahrungs-basiertem, iteratives Vorgehen begegnet. In dieser Arbeit wird eine Methode gezeigt, die parasitären Elemente anhand ihrer Kritikalität ordnet und damit die Optimierung stark vereinfacht. In diesem Kontext wird eine Methode vorgestellt, mit der Symmetriebedingungen für diese Elemente extrahiert werden. Manche Paare von parasitären Kopplungen können sich in einer Schaltung gegenseitig kompensieren. Die gezeigte Methode identifiziert diese Paare zur Optimierung des Layouts. Das Konzept der invasiven Analyse wird dazu genutzt, eine verallgemeinerte Sensitivitätsanalyse zu entwickeln. Durch das Einfügen von Störmodulen kann für verschiedene Angriffspunkte die gerade noch tolerierbare Störamplitude gefunden werden. Dadurch wird ein Sensitivitätsranking dieser Stellen erzeugt. Alle gezeigten Methoden werden anhand industrieller oder industrie-relevanter Beispiele wie einem RFID-Frontend, einer Abtaststufe eines Bildsensors oder einer Power-Management-Schaltungen demonstriert. Die Ergebnisse dieser Arbeit fließen in verschiedenen Forschungs- und Industrieprojekte ein.
Perception of Color Break-Up. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xxv, 232 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Hintergrund. Ein farbverfälschender Bildfehler namens Color Break-Up (CBU) wurde untersucht. Störende CBU-Effekte treten auf, wenn Augenbewegungen (z.B. Folgebewegungen oder Sakkaden) während der Content-Wiedergabe über sogenannte Field-Sequential Color (FSC) Displays oder Projektoren ausgeführt werden. Die Ursache für das Auftreten des CBU-Effektes ist die sequenzielle Anzeige der Primärfarben über das FSC-System. Methoden. Ein kombiniertes Design aus empirischer Forschung und theoretischer Modellierung wurde angewendet. Mittels empirischer Studien wurde der Einfluss von hardware-, content- und betrachterbasierten Faktoren auf die CBU-Wahrnehmung der Stichprobe untersucht. Hierzu wurden zunächst Sehleistung (u. a. Farbsehen), Kurzzeitzustand (u. a. Aufmerksamkeit) und Persönlichkeitsmerkmale (u. a. Technikaffinität) der Stichprobe erfasst. Anschließend wurden die Teilnehmenden gebeten, die wahrgenommene CBU-Intensität verschiedener Videosequenzen zu bewerten. Die Sequenzen wurden mit einem FSC-Projektor wiedergegeben. Das verwendete Setup ermöglichte die Untersuchung folgender Variablen: die Größe (1.0 bis 6.0˚) und Leuchtdichte (10.0 bis 157.0 cd/m2) des CBU-provozierenden Contents, das Augenbewegungsmuster des Teilnehmenden (Geschwindigkeit der Folgebewegung: 18.0 bis 54.0 ˚/s; Amplitude der Sakkade: 3.6 bis 28.2˚), die Position der Netzhautstimulation (0.0 bis 50.0˚) und die Bildrate des Projektors (30.0 bis 420.0 Hz). Korrelationen zwischen den unabhängigen Variablen und der subjektiven CBU-Wahrnehmung wurden getestet. Das ergänzend entwickelte Modell prognostiziert die CBU-Wahrnehmung eines Betrachters auf theoretische Weise. Das Modell rekonstruiert die Intensitäts- und Farbeigenschaften von CBU-Effekten zunächst grafisch. Anschließend wird die visuelle CBU-Rekonstruktion zu repräsentativen Modellindizes komprimiert, um das modellierte Szenario mit einem handhabbaren Satz von Metriken zu quantifizieren. Die Modellergebnisse wurden abschließend mit den empirischen Daten verglichen. Ergebnisse. Die hohe interindividuelle CBU-Variabilität innerhalb der Stichprobe lässt sich nicht durch die Sehleistung, den Kurzzeitzustand oder die Persönlichkeitsmerkmale eines Teilnehmenden erklären. Eindeutig verstärkende Bedingungen der CBU-Wahrnehmung sind: (1) eine foveale Position des CBU-Stimulus, (2) eine reduzierte Stimulusgröße während Sakkaden, (3) eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit des Auges und (4) eine niedrige Bildrate des Projektors (Korrelation durch Exponentialfunktion beschreibbar, r2 > .93). Die Leuchtdichte des Stimulus wirkt sich nur geringfügig auf die CBU-Wahrnehmung aus. Generell hilft das Modell, die grundlegenden Prozesse der CBU-Genese zu verstehen, den Einfluss von CBU-Determinanten zu untersuchen und ein Klassifizierungsschema für verschiedene CBU-Varianten zu erstellen. Das Modell prognostiziert die empirischen Daten innerhalb der angegebenen Toleranzbereiche. Schlussfolgerungen. Die Studienergebnisse ermöglichen die Festlegung von Bildraten und Eigenschaften des CBU-provozierenden Content (Größe und Position), die das Überschreiten vordefinierter, störender CBU-Grenzwerte vermeiden. Die abgeleiteten Hardwareanforderungen und Content-Empfehlungen ermöglichen ein praxisnahes und evidenzbasiertes CBU-Management. Für die Vorhersage von CBU kann die Modellgenauigkeit weiter verbessert werden, indem Merkmale der menschlichen Wahrnehmung berücksichtigt werden, z.B. die exzentrizitätsabhängige Netzhautempfindlichkeit oder Änderungen der visuellen Wahrnehmung bei unterschiedlichen Arten von Augenbewegungen. Zur Modellierung dieser Merkmale können teilnehmerbezogene Daten der empirischen Forschung herangezogen werden.
https://doi.org/10.22032/dbt.57446
Untersuchung bremseninduzierter niederfrequenter Schwingungs- und Geräuschphänomene an Kraftfahrzeugen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XXXI, 244 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Das Bremsenknarzen ist ein niederfrequentes Geräuschphänomen bei Personenkraftwagen, welches in die Teilbereiche Schwingungsanregung, -übertragung und -abstrahlung an die Umwelt zu unterteilen ist. Die Schwingungsübertragung im Fahrzeugfahrwerk wird von schwingungstechnischen Eigenschaften, wie der Übertragungsfunktion der gekoppelten Körper oder durch die Dämpfung in Gelenken, Buchsen und Festkörpern beeinflusst. Bei der Schwingungsentstehung spielen Reibzonenprozesse und die Bremsmaterialpaarung, die Anpressdruckverteilung zwischen Bremsbelag und -scheibe sowie Steifigkeiten des Bremssystems und des Fahrwerkes eine wichtige Rolle. Die Geräuschabstrahlung wird beispielsweise durch die Fahrzeugkarosserie beeinflusst. Einflüsse auf die Knarzgeräuschintensität können in allen aufgeführten Bereichen gefunden werden. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Identifzierung und Bewertung von Einflussgrößen, die im Wesentlichen dem Teilbereich der Geräuschentstehung zuzuordnen sind. Anhand von Untersuchungen, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführt werden, kann bewertet werden, wie stark sich die unterschiedlichen Einflussgrößen entlang der Knarzwirkkette auf das niederfrequente Geräusch auswirken. Aus den Untersuchungen ergibt sich, dass die Effektivität von Geräuschgegenmaßnahmen im Bereich der Knarzanregung besonders hoch ist. Im Vergleich zu Maßnahmen, die auf die Knarzschwingungsübertragungskette oder die Knarzabstrahlung wirken, ist hier das Potenzial zur Verringerung oder Vermeidung der Knarzerscheinungen deutlich höher. Eine Literaturrecherche und die oben dargestellten Untersuchungen zeigen die Notwendigkeit der Fokussierung auf die Knarzschwingungsanregung und damit auf die Reibmechanismen. Zur Beschreibung dieser wird die Reibzone von Scheibenbremsen bei knarzrelevanten Betriebsbedingungen, also bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten und Bremsdrücken, In-Situ betrachtet. Die In-Situ Betrachtung ist eine Methode, bei der Vorgänge unmittelbar am Ort und direkt während eines ablaufenden Prozesses beobachtet werden. Bezogen auf Reibprozesse im Kontaktbereich zwischen einer Bremsscheibe und einem Reibbelag bedeutet dies, dass die Reibzonenvorgänge direkt beobachtet werden. Zur Auswertung der Reibzonenprozesse werden in der vorliegenden Arbeit besondere Methoden entwickelt und angewandt.
https://doi.org/10.22032/dbt.56990
Beitrag zur analytischen und experimentellen Untersuchung des Reifen-Fahrbahnkontaktes in Bezug auf partikelförmige Emissionen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XIX, 152 Blätter, Blatt XIX-XXXIX)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Im Zuge eines ständig wachsenden Umweltbewusstseins werden anthropogene Schadstoffemissionen zunehmend kritisch begutachtet. Dies betrifft insbesondere auch Emissionen, die mit dem Individualverkehr in Verbindung stehen. In der Vergangenheit hat besonders das Schädigungspotential von Abgasemissionen einen hohen Bekanntheitsgrad erlangt. Infolge der gesetzlichen Festlegung von Abgasgrenzwerten und den daraus resultierenden technischen Abhilfemaßnahmen, konnte die Schadstoffbelastung der Außenluft, trotz erheblich gestiegenem Fahrzeugaufkommen, deutlich reduziert werden. Abgasferne Feinstaubemissionen, die durch den Abrieb von Bremsen, Reifen und der Fahrbahn erzeugt werden, unterliegen hingegen keiner Regulierung. Es wird jedoch angenommen, dass diese bereits die größte fahrzeugbezogene Feinstaubquelle darstellen. Hieraus folgen Regulierungsbestrebungen, die in Bezug auf Bremsstaubemissionen bereits ein fortgeschrittenes Stadium erreicht haben. Die Regulierung von Reifenemissionen wird, aufgrund der Vielzahl der Einflussgrößen, gegenwärtig als zu komplex eingestuft. Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebstranges ist damit zu rechnen, dass Abgas- und Bremsstaubemissionen an Bedeutung verlieren werden. Folglich könnte der Reifen als letzte fahrzeugbezogene Schadstoffquelle verbleiben. Der Reifenabrieb gilt zudem als insgesamt größte Mikroplastikquelle. Aufgrund dieser Vorrausetzungen ist mit einem erheblichen medialen und politischen Druck zu rechnen, der in Richtung einer Regulierung abzielt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Identifikation und Beschreibung von Einflussgrößen, die mit dem Emissionsprozess von Reifenpartikeln in Verbindung stehen. Dies umfasst die Entstehung und Messung von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt. Hierfür wurden Methoden erarbeitet, die eine prozessübergreifende Einflussgrößenbewertung ermöglichen. Die Arbeit ist in drei Themenkomplexe untergliedert. Der erste Themenkomplex ist der Analyse der Partikel-Strömungs-Interkation gewidmet. Das Verständnis des Partikelverhaltens in Abhängigkeit der Partikelgröße und den Strömungseigenschaften ist insbesondere für die Bewertung der Messfähigkeit von Reifenemissionen sowie deren Ausbreitung in der Umwelt von Relevanz. Der zweite Themenkomplex behandelt die Messung von Reifenemissionen im Fahrversuch, wobei der Zusammenhang zwischen dem Fahrzustand und der Partikelentstehung im Vordergrund steht. Abschließend wird eine Simulationsmethode beschrieben, die es erstmalig erlaubt, die Entstehung von Reifenemissionen vorherzusagen und deren Ausbreitung in der Umwelt nachzuvollziehen. Das Ziel der Arbeit bestand darin, die wichtigsten Einflussgrößen, die sowohl die Emission von Reifenpartikeln als auch deren Immissionswirkung betreffen, qualitativ zu beschreiben.
https://doi.org/10.22032/dbt.56991
Ein Beitrag zur material- und werkstoffbezogenen Designakustik : Untersuchung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Materialeigenschaften und deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten unter Berücksichtigung der Akzeptanz von nichtstationären Schädigungsgeräuschen bei Leichtbauwerkstoffen und -strukturen mittels designakustischer Werkstoffcharakterisierung. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (241 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Ziel der Arbeit ist die designakustische Charakterisierung von Materialien unter Berücksichtigung der Zusammenhänge mechanischer und akustischer Eigenschaften. Ausgehend von diesen sollen deren Auswirkungen auf die Attraktivität von Gebrauchsobjekten untersucht werden, indem die technischen Merkmale mit Gestaltungsprinzipien, wie sie im Industriedesign Anwendung finden, verkoppelt werden. Grund dafür ist die Intention ein Werkzeug zu entwickeln, welches Gestaltern im Ingenieur- und Designbereich bei der Auswahl, Bewertung und Generierung akustischer Gebrauchseigenschaften unterstützt. Ausgehend davon, dass die kleinsten, zeitlich beschränkten und nicht stationären Signalanteile, wie sie bei der Schädigung von Strukturen entstehen, die Ursachen für die harmonischen, wahrnehmbaren Nutzungsgeräusche von Gebrauchsgütern sind, wurde das Deformationsverhalten von kurz- und langfaserverstärkten Kompositwerkstoffen untersucht, welche mit Sicht auf deren Verbreitung im industriellen Bereich ausgewählt wurden. Die Experimente zur Untersuchung des zeitlichen und spektralen Verhaltens wurden dabei mittels eines standardisierter Biegeversuchs durchgeführt, welcher mit geeigneter Hard- und Software für die Datenakquisition instrumentiert wurde. Zur Definition dieser Methode wurden mehrere referenzielle Experimente mittels Schallemissionsanalyse, Akustischer Kamera, Hochgeschwindigkeitskamera und verschiedener Mikrofon- und Messhardware durchgeführt. Parallel wurden die entsprechenden signaltheoretischen und psychoakustischen Aspekte untersucht. So konnten die untersuchten Materialien aus akustischer Sicht charakterisiert und hinsichtlich entsprechender Merkmale gruppiert werden. Daraus ergab sich die Erkenntnis, dass die akustische bzw. designakustische Klassifizierung von Werkstoffen von der konventionellen, herkunfts- oder verfahrensorientierten Werkstoffklassifikation abweichen kann. Die Ergebnisse flossen mit Sicht auf diese Erkenntnis in die Entwicklung des Werkzeugs für die designakustische Analyse und Diagnose ein. Bei der vorgeschlagenen Methode wird aus einer repräsentativen Datenmenge einer materialspezifischen Versuchsreihe auf Basis eines eigens dafür entwickelten Modells ein designakustischer Archetyp synthetisiert, der die generelle Charakteristik der Einzelbruchereignisse und der Gesamtschädigung repräsentiert. Ausgehend von der These, dass visuelle und akustische Prinzipien in gleicher bzw. ähnlicher Form wirken und bei Kenntnis und Anwendung die Prognostizierbarkeit der Wirkung und Akzeptanz beim Nutzer ermöglichen, wurden die technischen Merkmale der Archetypen mit eigens eingeführten designakustischen Komplementärpaaren verkoppelt. Diese korrelieren mit entsprechenden gestalterischen Merkmalen aus der visuellen Kompositionstheorie, wie sie im Industriedesign Anwendung findet, wodurch die Übersetzbarkeit des Modells in technische und gestalterische Richtung gewährleistet wird. Die Ergebnisse wurden entsprechend visualisiert und anhand einer ersten Probandenbefragung validiert. Die Weiterentwicklung und Erweiterung der Datenbank zur gezielten Gestaltung von Gebrauchsakustik durch Ingenieure und Designer wäre perspektivisch sinnvoll. Die Ergebnisse liefern einen Beitrag zum noch jungen Feld der Designakustik und zum interdisziplinären Verständnis.
https://doi.org/10.22032/dbt.55770
Reduction of crystalline defects in III-V thin buffer layers grown on Si(100) and Ge(100) substrates by MOCVD for solar fuels. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (XII, 145 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Die Heteroepitaxie von III-V auf Si und Ge Substraten eignet sich für kostengünstige, qualitativ hochwertige Epitaxieschichten, die eine geeignete Bandlücke für Mehrfachsolarzellen aufweisen. Jedoch ist die III-V-Heteroepitaxie auf diesen Substraten aufgrund von Antiphasengrenzen, die durch polares III-V Wachstum auf den unpolaren Substraten entstehen, eine Herausforderung. Außerdem müssen Kristalldefekte, die sich an der Heterogrenzfläche III-V/Substrate bilden können und dann in den III-V-Schichten die solare Konversionseffizienz erheblich beeinträchtigen, unbedingt vermieden werden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Präparation von Si- und Ge-Oberflächen mit wohldefinierten Heterogrenzflächen sowie das nachfolgende Wachstum von GaP- und III-P- Schichten mit geringen Defektdichten mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung, die präzise kontrollierte, auf industriellen Maßstab skalierbare Epitaxie von III-V-Halbleitern mit hoher Reinheit ermöglicht. Für das Wachstum von GaP auf Si wurde die Ausbildung von Doppelstufen auf der Arsen-terminierten Si(100)-Oberfläche und die dazugehörige Dimerorientierung durch Variation der Prozessparameter (Temperatur, Druck, Arsenquelle) genau kontrolliert. Um die Kristallqualität der GaP-Pufferschicht zu verbessern, wurde die Pulsabfolge der Ga- und P-Präkursoren für die Nukleation modifiziert, indem die ersten fünf TEGa-Pulse durch TMAl ersetzt wurden. Die kristallinen Defekte wurden mittels “Electron channeling contrast imaging” (ECCI) untersucht. Die quantitative Analyse der Defekte zeigte, dass bei GaP, das auf einer GaP/AlP Nukleationsschicht gewachsen wurde, im Durchschnitt die Dichte von Durchstoß-versetzungen (engl. threading dislocations, TDs) und Stapelfehlern (engl. stacking faults, SFs) um eine bzw. zwei Größenordnungen reduziert werden konnte, verglichen mit Pufferschichten, die auf einer binären GaP Nukleationsschicht gewachsen wurden. Bei der Heteroepitaxie von III-P/Ge(100) ist ein erster Prozessschritt vor dem eigentlichen Wachstum entscheidend, bei dem die Ge(100):As-Oberfläche dem TBP-Precursor ausgesetzt wird, um die As-Atome durch P-Atome zu ersetzen. Unterschiedliche molare Flüsse des TBP-Precursors während dieses Prozessschritts beeinflussen die chemische Zusammensetzung sowie die Oberflächenrekonstruktion der Ge(100):As-Oberflächen; außerdem wirken sich die molaren Flüsse des TBP-Angebots auf die Bildung von Defekten in der III-P-Schicht aus. Diese Arbeit hat somit gezeigt, dass beim Wachstum von III-V-Verbindungshalbleitern auf Si und Ge eine genau kontrollierte Heterogrenzfläche erforderlich ist, um die hohe Kristallqualität der III-V-Schichten zu erreichen.
https://doi.org/10.22032/dbt.55641
Aushärteüberwachung von Klebstoffen durch luftultraschallinduzierte und geführte Wellen. - Ilmenau, 2023. - 1 Band (verschiedene Seitenzählung)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023
Klebstoffsysteme finden zunehmend Anwendung in den verschiedensten Industriesegmenten und substituieren oder ergänzen oftmals konventionell angewandte Verbindungsverfahren wie das Schweißen und Nieten. Gleichzeitig bestehen zahlreiche, genormte Prüfverfahren, um die Aushärtung von Klebstoffen zu charakterisieren. Diese beschränken sich auf die Untersuchung von Probenkleinstmengen im Labor auf Basis von z. B. rheologischen und kalorimetrischen Verfahren. Die dabei erzielten Ergebnisse können aufgrund ungleicher Rahmenbedingungen nicht direkt auf die Gegebenheiten in einem industriellen Produktionsumfeld übertragen werden. Die zu Grunde liegenden Ursachen sind vielfältig. In den meisten Fällen ist etwa ein direkter Messzugang zum Klebstoff bedingt durch die vorhandenen Fügepartner nicht gegeben und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit weichen gleichermaßen wie die betrachtete Menge an Klebstoff von den genannten Laborprüfungen ab. Im industriellen Umfeld kaum etabliert, aber im Stand der Technik und Wissenschaft beschrieben, sind hingegen zerstörungsfreie Methoden zur Prüfung von applizierten Klebstoffen. Zu diesen gehören beispielsweise die Terahertz-, berührende Ultraschall- und Kernspinresonanztechnik. Wesentliche Nachteile wie eine nicht berührungslose Arbeitsweise, die die Untersuchung klebriger Oberflächen behindert, eine geringe Eindringtiefe, aus der Informationen gewonnen werden können, einschränkende Anforderungen an die elektrische Leitfähigkeit der untersuchbaren Materialsysteme sowie letztlich hohe Systemkosten sind Gründe für eine geringe Anwenderakzeptanz. Diesen Verfahren steht ein neuer Prüfansatz auf Basis mittels Luftultraschall induzierter, geführter Wellen entgegen. Dieser erlaubt eine verhältnismäßig kostengünstige, wegintegrale Aushärteüberwachung von Klebstoffen über lange Strecken hinweg, ohne einen direkten Zugang zum Klebstoff zu erfordern. Die vorliegende Dissertation erforscht das Messprinzip und die damit verbundenen Vor- und Nachteile, demonstriert unmittelbar die Verfahrenseignung durch Betrachtung unterschiedlicher Klebstoffsysteme, untersucht den Einfluss wesentlicher Prüfrahmenbedingungen, zeigt Anwendungsmöglichkeiten sowie erkannte Limitationen auf und bietet anschließend Umgehungsstrategien zur Überwindung der genannten Limitationen z. B. durch Anwendung von sogenannten Pulskompressionsmethoden an.