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Laser welding of hidden T-joints, connecting the web-sheet through the face-sheet of the joint can provide advantages like increased lightweight potential in manufacturing sandwich structures with thin-walled cores. However, maintaining the correct positioning of the beam relative to the joint is challenging. A method to reduce the effort of positioning is using optical coherence tomography (OCT), that interferometrically measures the reflection distance inside of the keyhole during laser deep penetration welding. In this study new approaches for targeted data processing of the OCT-signal to automatically detect misalignments are presented. It is shown that considering multiple components from the inference pattern and the respective signal intensities improve the detection accuracy of misalignments.
Das Ziel des vorliegenden Papers ist die Darstellung eines Konzepts zur Lösung des Oracle Problems im Kontext der Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energieproduktionsformen. Der vorgeschlagene Ansatz setzt auf die Authentifizierung des Stroms, der für die Produktion des Wasserstoffs verwendet wird, durch eine Vielzahl an umliegenden Akteuren mit gleichen Stromgewinnungsanlagen, welche die Authentizität der Stromproduktion bezeugen. Das Konzept setzt auf einen Authenticity-Score, welchen jedes Zertifikat erhält, sowie einen Trust-Score, der jedem Zeugen zugeschrieben wird. Jedes Zertifikat muss von verschiedenen Akteuren mit ausreichenden Trust-Score bezeugt werden, um einen Authenticity-Score zu erhalten, der über einer festgelegten Schwelle liegt und somit nachweist, dass der produzierte Wasserstoff tatsächlich „grün“ ist.
Kurzfassung: Die Erfassung des anliegenden Sohlwasserdrucks ist wesentlich für die Einschätzung der Stand-sicherheit einer Stauanlage. An der Talsperre Carlsfeld gab es 22 automatisierte Sohlwasserdruckmessstellen, deren Sensoren nach dem Prinzip der Schwingsaite arbeiteten und verloren eingebaut wurden. Viele dieser Messstellen waren für Handmessungen nicht ohne weiteres zugänglich, was dazu führte, dass die automatisch erfassten Messwerte zum Teil nur selten oder gar nicht validiert werden konnten. Diese Situation erforderte Handlungsbedarf und führte zu einem Neu- bzw. Umbau des gesamten Sohlwasserdruckmesssystems gemäß den allgemein anerkannten Regeln der Technik. In diesem Beitrag soll von der Planung bis zur Umsetzung in den Jahren 2021 bis 2022 sowie über Besonderheiten berichtet werden.
Automatisierte und vernetzte Fahrfunktionen sind bei vielen Herstellern / OEMs bereits verbaut.
Dabei ändert sich der Charakter dieser Funktionen von der reinen Anzeige über unterstützende Eingriffe hin zur automatisierten Bewältigung von Fahraufgaben. Wir zeigen wie diese Fahraufgaben durch die Vernetzung der Fahrzeuge mit der Infrastruktur, aber auch mit anderen Verkehrsteilnehmern zur Steigerung der Effizienz und Verkehrssicherheit beitragen kann. Dafür werden bestehende und in der Entwicklung befindliche Nachrichtentypen untersucht und deren Beiträge zur Mobilität der Zukunft herausgearbeitet. Abschließend werden die Testkorridore
in verschiedenen sächsischen Städten betrachtet, die speziellen Arbeitsinhalte dargestellt und ein Ausblick auf weitere Entwicklungen und den Betrieb solcher Testfelder am Beispiel Sachsen vorgenommen.
Bitcoin's energy consumption and social costs in relation to its capacity as a settlement layer
(2021)
Bitcoin runs on energy. The decentralized network’s amount of energy consumption has resulted in multifaceted discussions about its efficiency and environmental impact. To put Bitcoin’s energy consumption into perspective, we propose to relate (a) the energy consumption in TWh and (b) resulting social costs in the form of carbon emissions to the Dollar value settled on the Bitcoin network. Both metrics allow to relate and quantify the capacity of Bitcoin as a settlement layer to the network’s energy consumption and resulting carbon missions, or social costs. We find that in early 2021 Bitcoin (a) settles between $2,333 and $7,555 for each Dollar spent on energy and (b) that, on average, a Dollar settled on the Bitcoin blockchain causes in social costs between 0.007% and 0.01%, depending on the estimated energy consumption converted into the costs of carbon emissions. These results help to assess the efficiency, cost and sustainability of Bitcoin and may allow a comparison of Bitcoin with existing settlement base layers such as Fedwire or gold
Entwicklung eines CO2-Laser Bearbeitungsprozesses für die Herstellung optischer Faserendflächen
(2023)
In der Medizintechnik, insbesondere in der minimal invasiven Chirurgie, wird der Laser häufiger als ein ideales Werkzeug genutzt, um operative Eingriffe mit kleinstmöglichem Trauma sehr effizient durchzuführen. Dabei muss die Strahlung des Lasers in der minimal invasiven Laserchirurgie in eine medizinische Lasersonde eingekoppelt und zumeist mithilfe eines Katheters zum Ort der Behandlung geführt werden. Mit der Entwicklung von Laserquellen hin zu höheren Ausgangsleistungen, besserer Laserstrahlqualität und stärkerer Fokussierbarkeit ist auch die Entwicklung neuer Lichtwellenleiter notwendig. Im Rahmen eines geförderten ZIM-Projektes wurden neuartige Verfahrensprinzipien zur Herstellung von proximalen Endflächen durch Laserpolieren und die Realisierung unterschiedlicher End-Cap-Formen zur Laserstrahlformung am distalen Faserende entwickelt. Positive Begleiterscheinungen der neuentwickelten Lasertechnologien sind u.a. die Verbesserung der Oberflächenrauheit, der Abbau mechanischer Spannungen an den Endflächen und eine hohe Reproduzierbarkeit.
We propose a method for edge detection in images with multiplicative noise based on Ant Colony System (ACS). To adapt the Ant Colony System algorithm to multiplicative noise, global pheromone matrix is computed by the Coefficient of Variation. We carried out a performance comparison of the edge detection Ant Colony System algorithm among several techniques, the best results were found in the gradient and the coefficient of variation.
Additive Fertigung, auch generische Fertigung oder 3D-Druck, ist eine der Schlüsseltechnologien der nächsten Jahre bzw. Jahrzehnte. Sie findet dort Anwendung, wo konventionelle Fertigungstechnologien an ihre Grenzen stoßen, wo nur kleine Stückzahlen oder kostenintensive Materialien benötigt werden. Diesem Thema widmet sich auch die Hochschule Mittweida seit vielen Jahren in Lehre und Forschung. Einen kurzen Überblick über die erzielten Forschungsergebnisse in den Bereichen Lasermikrosintern, Selective Laser (Micro) Melting, (Hochrate) Micro Cladding, Laserauftragschweißen, FDM-Druck (leitfähiger) Strukturen auf Textilien und Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-Rotationsdruckverfahrens soll dieser Beitrag geben.
Hochkontrast-Ultrakurzpulsmessungen für fortgeschrittene Industrieanwendungen und Laserentwicklung
(2021)
Femtosekunden-Ultrakurzpulslaser haben eine immer größere Bedeutung für eine Vielzahl von Materialbearbeitungsprozessen.
Dabei adressieren auch immer mehr Untersuchungen die Abhängigkeit der Prozessqualität von der Laserpulsdauer [1-3], welche im Allgemeinen durch die Halbwertbreite des Pulses beschrieben wird. Über die Annahme einer Gauss- oder Sech2-förmigen Pulsform lässt sich dann die Spitzenleistung und Spitzenintensität eines Laserpulses bestimmen. Bei dieser Betrachtung wird jedoch meist vernachlässigt, dass Femtosekunden-Laserquellen auch Pulsenergien im Untergrund des Hauptpeaks im Picosekunden-Bereich haben können, welche mit herkömmlichen Pulsmessmethoden, wie z.B. kommerziellen, kollinearen SHG-Autokorrelatoren nur schwer zu identifizieren sind. Hier zeigen wir unterschiedlichste Messungen mit dem neuen Hochkontrast-Autokorrelator der APE GmbH und demonstrieren deren Nutzen zum Identifizieren der tatsächlichen Pulsenergie im Femtosekunden-Hauptpeak.
Pulsed laser processing of vacuum component surfaces is a promising method for electron cloud mitigation in particle accelerators. By generating a hierarchically structured surface, the escape probability of secondary electrons is reduced. The choice of laser treatment parameters – such as laser power, scanning speed and line distance – has an influence on the resulting surface morphology as well as on its performance. The impact of processing parameters on the surface properties of copper is investigated by Secondary Electron Yield (SEY) measurements, Scanning Electron Microscopy (SEM), ablation depth measurements in an optical microscope and particle release analysis. Independent of the laser wavelength (532nm and 1064nm), it was found that the surface morphology changes when varying the processing parameters. The ablation depth increases and the SEY reduces with increasing laser fluence. The final application requires the capability to treat tens of meters of vacuum pipes. The limiting factors of this type of surface treatment for the applicability in particle accelerators are discussed.
Die am Liebensteinspeicher zur Datenübertragung eingesetzte LoRa-Funktechnik ist seit Juni 2020 im Dauerbetrieb. Durch die Funktechnologie war eine schnelle, zuverlässige und kostengünstige Automatisierung der Wasserstandsmessung möglich. Durch Verwendung von zwei Frequenzbereichen werden sichere Verbindungen auch unter erschwerten Bedingungen ohne externe Sendeantennen ermöglicht. Dies erhöht die Sicherheit gegen Vandalismus. Das Übertragungsverfahren wurde auf eine besonders stromsparende Betriebsweise optimiert. Durch die Kombination von modernen Sensoren und Funkdatenübertragung hat sich die Zuverlässigkeit der Wasserstandsmessung gegenüber dem früheren System erhöht, der Wartungsaufwand verringert. Die Aussagekraft der Messergebnisse verbesserte sich durch die Kombination mit Temperatursensoren
Für Prozessstabilität und Optimierung industrieller automatisierter Produktionsabläufe hat die Hiersemann Prozessautomation das System CEMODAS® - Central Modular Data System - entwickelt und industriell in mehreren Anwendungen im Einsatz. Dieses System umfasst in der Grundversion Module zur Betriebs- (BDE) und Qualitätsdatenerfassung (QDE) inkl. Auswertung dieser Daten. Durch die Integration von Schnittstellen zu verschiedenen Automationssystemen ermöglicht das System Datenauswertungen, wie NEE und OEE, von gesamten Produktionslinien und Werken. Weiterhin ist der Instandhaltungsassistent als sog. Helpdesk entwickelt worden, der Warn- und Fehlerinformationen für Instandhaltungszwecke erfasst. Die Informationen werden aktiv an Devices, wie PC, Laptop, Mobile Phone oder Watches, übertragen und beinhalten zudem ein Ticket-System.
Aktuell wird an der Integration von Methoden der künstlichen Intelligenz KI in das System gearbeitet.
Ultrakurzpuls-Laser haben sich in den vergangenen Jahren weit verbreitet, um hochpräzise Mikrostrukturen direkt in nahezu jedem Material zu realisieren. Trotz der derzeitigen Verfügbarkeit von UKP-Hochleistungslasern (bis zu mehreren hundert Watt) ist es immer noch eine Herausforderung, große Flächen, wie sie für Prägezylinder für Rolle-zu-Rolle Anwendungen benötigt werden, in einer für die industrielle Produktion akzeptablen Bearbeitungszeit zu strukturieren. In diesem Beitrag wurde ein hochkompakter ps-Laser mit Repetitionsraten von bis zu 8 MHz und einer mittleren Leistung von 500 W durch ein diffraktives optisches Element (DOE) auf 16 parallele Strahlen verteilt. Die Leistung wurde durch einen akusto-optischen Modulator pro Strahl moduliert.
Integriert in ein ultrahochpräzises Zylindergravursystem wurden die 16 Spots mit einer Genauigkeit von < 1 μm synchronisiert. Auf der Zylinderoberfläche wurden in einem Spot-zu-Spot Abstand von 20 μm Einzelspotdurchmesser von 13 μm erreicht. Verschiedene funktionale Mikrostrukturen wurden als Master realisiert.
Gesundheit hat sich vor allem durch die Corona-Pandemie in unserem Bewusstsein verankert und ist für viele Menschen zum Lebensziel geworden. Damit einhergehend rückten auch die Potenziale von digitalen Assistenzsystemen und KI-Algorithmen auf Basis des Maschinellen Lernens in den Fokus der Wahrnehmung. Eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration mit einem guten Safety Engineering sowie der Einbezug motivationaler Aspekte von Kreativität und Mitgestaltung können nachhaltige Arbeitsplatzstrategien unterstützen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie sich der Wandel von Arbeit in der Zukunft auswirken wird und wie dieser Wandel gesundheitsförderlich in einer hybriden Arbeitsgesellschaft gelingen kann?
Durch Anwendung von Röntgenbeugung (XRD) unter Verwendung von Synchrotronstrahlung konnte der erste direkte Nachweis lokaler Kristallisation dünner Co-Fe-B-Schichten (10 nm), hervorgerufen durch Laserbestrahlung (λ = 1064 nm), erbracht werden. Untersucht wurde die Abhängigkeit der Kristallisation von verschiedenen Bestrahlungsparametern, wie Scangeschwindigkeit und Intensität (cw). Zudem wurde ein Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren des Heizens im Vakuumofen durchgeführt, wobei hier Heiztemperatur und –dauer variiert wurden. Eine systematische Untersuchung dünner Co-Fe-B-Schichten mit unterschiedlicher Stöchiometrie und zusätzlichen verschiedenen benachbarten Schichten aus Ru, Ta und MgO mit Hilfe von XRD und SQUIDMagnetometrie ermöglichte die detaillierte Aufklärung der Kristallisationszusammenhänge.
Herstellung von Mikrostrukturen zur Beeinflussung des Bahndrehimpulses elektromagnetischer Strahlung
(2021)
Am Laserinstitut Hochschule Mittweida wird seit mehreren Jahren zur laserbasierten Herstellung mikrooptischer Bauelemente geforscht. Mit dem verwendeten Maskenprojektionsverfahren können, je nach Maskenform und Bewegungsregime, unterschiedliche optisch wirksame Strukturen erzeugt werden. Durch die Entwicklung zweier neuer Verfahrensvarianten der Fluorlaser-Mikrostrukturierung wird die Herstellung von sogenannten Mikro-Spiralphasenplatten und Fork-Gittern ermöglicht. Die Verfahrensvarianten sind dabei sehr flexibel bezüglich der realisierbaren Strukturgeometrie. Mit einem Satz Masken können Spiralphasenplatten mit unterschiedlichen Konfigurationen hergestellt werden. Für die Erzeugung von Fork-Gittern, dem beugungsoptischen Pendant der Spiralphasenplatten, müssen spezielle Kalziumfluorid-Masken angefertigt werden, was ebenfalls mittels Fluorlaser-Mikrostrukturierung erfolgt.
Das Fügen von gesinterter technischer Keramik ist eine Herausforderung, insbesondere, wenn die Fügezone die gleichen Eigenschaften wie die Keramik ausweisen soll. Am ifw Jena werden daher Schweißversuche an intransparenten Keramiken mit Ultrakurzpulslasern durchgeführt. Aufgrund der schmalen Schweißnähte (< 100 μm) und der kurzen Prozesszeit können Risse sowie Poren vermieden und eine signifikante Erwärmung des Grundkörpers ausgeschlossen werden. Potentiell soll es dadurch ermöglicht werden auch thermisch empfindliche Komponenten in der Keramik versiegeln zu können.
Früher war die Verfügbarkeit von Eingangsdaten für Vertiefte Überprüfungen an Stauanlagen oft begrenzt. Der Anspruch an diese Daten musste daher oft dem Genauigkeitsgrad der zum Teil nur unvollständig zur Verfügung stehenden Daten genügen. Die Eingangsgrößen beruhten häufig auf manuellen Messungen, Berechnungen und Zeichnungen und die technischen Möglichkeiten, diese zu digitalisieren, waren beschränkt. Inzwischen hat sich dies deutlich verändert. Mit dem Fortschritt der Technologien und dem Aufkommen von automatisierten Mess-systemen stehen umfangreiche Daten meist digital zur Verfügung, was einerseits zu einer höheren Sicherheit bei der Beurteilung der Zuverlässigkeit von Stauanlagen führen kann. Andererseits ist mit der hohen Verfügbar-keit von Eingangsdaten zugleich der Anspruch an die Auswertung, Qualität und Aktualität der Daten gestiegen, was einen erheblich höheren Aufwand bei der Bearbeitung einer Vertieften Überprüfung bedeuten kann.
In den letzten Jahren haben sich für die additive Fertigung von metallischen Werkstoffen mit pulver- und drahtbasierten Schmelzverfahren Hochenergiestrahlverfahren mittels Laser- und Elektronenstrahl durchgesetzt. Dabei eröffnet die additive Herstellung z.B. durch Laser powder bed fusion (LPBF), auch als Selective Laser Melting (SLM) bekannt, vollkommen neue Designmöglichkeiten und Fertigungsstrategien. Zur wirtschaftlichen Herstellung größerer Bauteile bietet sich die Hybridbauweise unter Nutzung von Fügeverfahren, wie z.B.das LB- und EB-Schweißen, an. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit vergleichenden Untersuchungen zur Schweißbarkeit von aus Pulver additiv gefertigtem Material und der konventionellen Gusslegierung aus AlSi10Mg als Referenz. Unabhängig von der verwendeten Energiequelle (10 kW Monomode Faserlaser; 15 kW Elektronenstrahl) kam es beim pulverbasierten LPBF-Material zu einer ausgeprägten Porenbildung in den Schweißnähten, die beim Elektronenstrahlschweißen durch Nutzung einer Mehrspot-Technik reduziert werden konnte.
Das am LHM etablierte Verfahren des Mikro-SLM ist eine Weiterentwicklung des bereits seit mehreren Jahren in der Industrie etablierten „makroskopischen“ Selektiven Laserschmelzen (SLM). Unter Verwendung von idealen Parametern wurden unter Zuhilfenahme der VDI3405 Bauteile, Teststrukturen unterschiedlicher Art und Struktur und ein Demonstrator aus den Edelstahlpulvern 316L und 17-4PH angefertigt. Die Besonderheiten des Verfahrens sind der geringe Fokusdurchmesser von <30 μm und die geringen Pulverkorngrößen von <10 μm. Dadurch können Bauteile mit extrem kleinen Strukturauflösungen realisiert werden.
Ökologischer Wandel und Transformation: Neue Herausforderungen für die Hochschulkommunikation
(2021)
Die fortschreitende Digitalisierung, neue Wettbewerbssituationen und die Transformation zu nachhaltigen Organisationen stellen neue Herausforderungen für sämtliche Organisationsformen dar.
Dieser, sich stetig wandelnde Zustand ist längst Alltag für Unternehmen, die ihre Kommunikation mit integrierten Konzepten darauf angepasst haben.
Hochschulen dagegen fehlt es an einem integrierten Kommunikationskonzept, das der neuen Situation gerecht wird und dabei hilft, sich im zunehmenden Wettbewerbsumfeld nachhaltig zu platzieren. Der Beitrag diskutiert daher zunächst den Status quo der Hochschulkommunikation und untersucht, inwiefern Anknüpfungspunkte und Elemente zur Einführung eines integrierten Kommunikationskonzepts vorliegen. Die Untersuchung erfolgt durch eine Befragung der Verantwortlichen für Hochschulkommunikation mit dem Ziel,
Anknüpfungspunkte zu diskutieren, wie und mit welchem Konzept sich Hochschulen kommunikativ auf die stetig wachsenden Herausforderungen und die Transformation des Umfeldes einstellen können.
Die Überwachung von Staubauwerken stellt Stauanlagenbetreiber vor viele Herausforderungen. Insbesondere aufgrund der Kosten und des Zeitaufwandes werden Staubauwerke oft nur ein- bis zweimal im Jahr durch trigonometrische Messungen überwacht. Seit einigen Jahrzehnten liefern jedoch Radarsatellitendaten nützliche Informationen zum Infrastrukturmonitoring. Satellitendaten der Copernicus Sentinel-1 Mission erlauben es, mittels der Technik der Persistent Scatterer Interferometrie (PSI), Deformationsmessungen von Staubauwerken im Millimeterbereich mit einem zeitlichen Abstand von 6 bis 12 Tagen durchzuführen. In einem Verbundprojekt zwischen der Friedrich-Schiller-Universität Jena und dem Ruhrverband soll ein Dienst entwickelt werden, der bisherige Überwachungsstrategien der Anlagen durch Nutzung der PSI Technik verbessert. Zudem sollen neuartige Geräte genutzt werden, die die Sichtbarkeit der Stauanlagen im Satellitenbild erhöhen sowie Methoden der künstlichen Intelligenz genutzt werden, um Deformationen im Falle von Extremwetterereignissen besser vorhersagen zu können.
Für die Erfassung von Sohlgeometrien in Talsperren existieren unterschiedliche komplementäre Messsysteme. Die komplexen Verfahren wurden an zwei Talsperren unterschiedlicher Talsperrenklassen angewendet und verglichen. Dabei spielte, neben der Festlegung von Grenzen für die Anwendbarkeit, vor allem die Abgrenzung des notwendigen Datenumfanges im Spannungsfeld von Verarbeitbarkeit und ausreichender Datenpräzision eine zentrale Rolle. In Erweiterung dessen wurde ein Messkonzept entwickelt, um die Aufnahme sowie die Verarbeitung der Daten zu vereinheitlichen. Weiterhin wurde das Ziel verfolgt, die Datenaufnahme einer praxisnahen Lösung zuzuführen. Dieses sollte, trotz der unterschiedlichen Datengrundlagen und ggf. Untersuchungsziele, einen standardisierten Ablauf für Sohlaufnahmen an Talsperren ermöglichen.
Das pulverbasierte Multi Jet Fusion Verfahren (MJF) hat sich seit der Einführung 2016 in der additiven Serienfertigung etabliert. Einige Anwendungsfelder von MJF-Bauteilen werden jedoch durch eine prozessbedingt körnige Oberfläche mit Rauheiten von Ra > 5 μm eingeschränkt. Ziel dieser Forschungsarbeit ist daher die Identifikation und Charakterisierung von Methoden zur Reduzierung der Rauheit sowie zur Anpassung der optischen und haptischen Oberflächeneigenschaften. Im Mittelpunkt steht die Glättung durch Laserstrahlpolieren (LSP). Damit ist es möglich, den PA12-Kunststoff lokal aufzuschmelzen und die Rauheit auf Ra < 1 μm zu reduzieren. Anschließend können zusätzlich Verfahren wie Metallisieren oder Pulverbeschichten eingesetzt werden, um funktionelle Eigenschaften der Bauteiloberflächen anzupassen.
Long-range tertiary interactions between RNA tetraloops and their receptors stabilize the folding of ribosomal RNA and support the maturation of the ribosome. Here, we use FRET-assisted structure prediction to develop a structural model of the GAAA tetraloop receptor (TLR) interaction and its dynamics. We build the docked TLR de novo, label the RNA in silico and compute FRET histograms based on MD simulations. The predicted mean FRET efficiency is remarkably consistent with single-molecule experiments of the docked tetraloop. This hybrid approach of experiment and simulation will promote the elucidation of dynamic RNA tertiary contacts and accelerate the discovery of novel RNA and RNA-protein interactions as potential future drug targets.
Das Makro-SLM ist eine Weiterentwicklung des etablierten laser-pulverbettbasierten 3D-Drucks von Metallbauteilen (auch SLM oder L-PBF). Durch die Steigerung von Laserleistung, Spotdurchmesser, Schichtdicke und Pulverkorngröße werden Strukturauflösung im Millimeter- statt wie üblich im Mikrometer-Bereich erzeugt. Dies wiederum ermöglicht eine enorme Steigung der Aufbaurate bis aktuell 1.300 cm³/h. Es ähnelt damit den Strukturauflösungen und Aufbauraten beim Auftragschweißen. Das stützende Pulverbett bietet jedoch den Vorteil komplexere Geometrien zu realisieren. Makro-SLM vereint damit die Vorteile beider Welten: hohe Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitig hoher Produktivität. Ziel ist es, mit dem Makro-SLM komplexe, endkonturnahe Metallbauteile in Kubikmeter-Dimensionen herstellen. In der vorliegenden Veröffentlichung werden das neue Anlagenkonzept erläutert und prozesstechnische sowie mechanische Kennwerte benannt. Abschließend werden verschiedene aktuelle Anwendungen vorgestellt und ein Ausblick zu den geplanten Entwicklungen gegeben.
Im Zuge der Erneuerung der Dammdichtung am Staudamm Roßhaupten wurde ein neues – in Deutschland erstmalig eingesetztes – faseroptisches Temperaturüberwachungssystem implementiert. Der Einbau, der im sogenannten Retrofit-Verfahren durchgeführt wurde, erfolgte schon vor Beginn der Dichtungserneuerung, so dass bereits der Erfolg des Einbaus der Dichtwand überwacht werden konnte. Durch diesen frühen Einsatz des Systems konnten die vermuteten Zonen erhöhter Durchlässigkeit innerhalb der natürlichen Kerndichtung, während der Herstellung des neuen Dichtungselements, eindeutig nachgewiesen werden. Nach Abschluss der Sanierungsmaßnahme wurde das faseroptische Leckortungssystem in den Regelbetrieb übergeführt. Um eine optimale Dammüberwachung zu gewährleisten, werden permanent Messungen in Echtzeit durchgeführt und diese automatisch evaluiert, so dass mögliche Durchsickerungsbereiche frühzeitig erkannt und entsprechend Alarme ausgelöst werden können. Die aktuellen Messwerte und allfällige Alarme können in einem Onlineportal visualisiert werden.
Das Ziel dieser Arbeit ist es bei der Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern und Galvo-Scansystemen sowohl die Prozesszeit zu minimieren als auch die Bearbeitungsqualität zu maximieren. Unter Betrachtung des Gesamtsystems aus Laser und Scanner wird unter Variation der zeitlichen und räumlichen Energieeinbringung die Bearbeitungsstrategie optimiert. Anhand von Simulationen werden Einflüsse auf die Prozesszeit wie Scangeschwindigkeit, Regelungsstrategie des Scannersystems, Position Synchronized Output (PSO) analysiert. Weiterhin wird durch reale Applikationsversuche die Bearbeitungsqualität bestimmt und komplexe Zusammenhänge dargestellt.
Deichbauwerke sind bedingt durch Auswirkungen des Klimawandels erhöhten Anforderungen hinsichtlich ihrer Standfestigkeit ausgesetzt. Beispielsweise können lange niederschlagsfreie Phasen zu irreversiblen Rissbildungen
führen und von zunehmend volatilen Starkregenereignissen flankiert werden.
Preiswert herzustellende Sensoren, eingebettet in repräsentativen Bereichen des Deiches, ermöglichen die Online-Überwachung von Durchfeuchtungszuständen. Als Elektrodenmaterialien kommen Karbonfasermatten in spezieller Konfektionierung zum Einsatz, die für den Praxiseinsatz bei der Sanierung oder den Neuaufbau von Deichen geeignet sind. Die Entwicklung der Messtechnik am KSI Meinsberg wird von Untersuchungen begleitet, bei der die Sensoren in Experimenten an einem Versuchsdeich an der TU Dresden mit vorgegebenen Einstauszenarien getestet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass impedimetrische Sensoren den Wassergehalt von Deichbaumaterialien realistisch abbilden können.
In den vergangenen Jahren wurde die Bauwerksüberwachung an Stauanlagen der EnBW Energie Baden-Württemberg AG auf eine digitale Plattform umgestellt. Mit den im System vorhandenen umfangreichen Daten wachsen die Herausforderungen, die Vollständigkeit und Konsistenz zu überwachen. Weiter ergeben sich mit dem nun vorliegenden heterogenen Datensatz neue Möglichkeiten der übergreifenden Datenanalyse und der Bewertung von Abhängigkeiten von Einwirkungen und Reaktionen sowie verschiedener Messstellen untereinander. Parallel dazu haben sich die Anwendungen zur Analyse umfangreicher Daten deutlich weiterentwickelt und von reinen IT-Expertensystemen zu Endanwenderprodukten gewandelt. Dadurch können heute selbst Fachexperten relativ einfach und schnell Auswertungen erstellen, die ein tieferes Verständnis der Datenbasis ermöglichen. In diesem Beitrag werden die Überwachung der Datenübertragung und -qualität mittels Microsoft Power BI
sowie die visuelle Analyse von Korrelationen umfangreicher Datenreihen mithilfe von Visplore vorgestellt.
„PerspektiveArbeit Lausitz (PAL)“ als Kompetenzzentrum für die Arbeit der Zukunft in Sachsen und Brandenburg entwickelt Einführungsstrategien von datenbasierten Assistenzsystemen für Unternehmen in der Strukturwandelregion Lausitz. Der gemeinsame Anspruch des transdisziplinären Verbundes ist es, Arbeit in den beteiligten Unternehmen der Region nachhaltig, menschengerecht und wettbewerbsfähig zu gestalten. Wissens- und Technologietransfer haben dabei sowohl die Aufgabe, die unterschiedlichen Kompetenzen der beteiligten Forschungspartner, Unternehmen und Netzwerkpartner zu erschließen und weiterzuentwickeln als auch die Öffentlichkeit zu informieren und in den digitalen Transformationsprozess der Wirtschaft einzubinden. Das umfasst neben der Aufbereitung von Wissen für unterschiedliche Zielgruppen im Verbund und in der Öffentlichkeit auch die Organisation von Settings zum Austausch von Wissen. In diesem Artikel werden beispielhaft ausgewählte Transferformate und die bisher damit gesammelten Erfahrungen vorgestellt.
Wir stellen einen kommerziellen Prototyp eines auf Multipasszellen basierenden Spektralverbreiterungs- und -komprimierungssystems vor. Er ist in der Lage 40 fs-Impulse von einem 250 fs-Treiberlaser mit hervorragender Effizienz von 92 % zu erzeugen, was zu einer Verfünffachung der Spitzenleistung führt. Bei der maximalen Eingangsleistung (10 W) ist die Stabilität so hoch wie die Stabilität des Treiberlasers.
Wir präsentieren erste Ergebnisse mit einem Prototyp der nächsten Ausbaustufe unseres kommerziellen Spektralverbreiterungs- und -komprimierungssystems basierend auf der Multipasszellentechnologie. Er ist für 2,0 mJ Eingangsenergie bei 0,9 ps Impulsdauer ausgelegt und soll komprimierte Ausgangsimpulse von unter 100 fs liefern. Bei der vollen Eingangsenergie wurde eine spektrale Verbreiterung auf 30 nm Bandbreite bei -10 dB mit einem Fourier-Transformlimit von 0.11 ps erzielt wurde. Die Transmission der Durchschnittsleistung betrug dabei 90,5 %
AnthroWorks3D: Digitalisierung von Skelettfundstücken und die virtuell osteologische Untersuchung
(2021)
In der Anthropologie werden körperliche Überreste von Menschen historischer und rezenter Zeiträume mit dem Ziel der Aufdeckung ihrer Lebensumstände untersucht. Das Projekt AnthroWorks3D der Hochschule Mittweida verbindet Methoden der Videospielentwicklung und Osteologie, um das Knochenmaterial schonend und hoch-auflösend durch eine 3D-Scanpipeline zu digitalisieren und virtuell, ortsunabhängig und parallel zu vermessen mit dem Ziel, den Verschleiß am Knochenmaterial zu minimieren und die Fundstücke möglichst vielen Forschen-den zugänglich zu machen. Die virtuelle Vermessung wurde in einem ersten Test in Zusammenarbeit der Abtei-lung für historische Anthropologie und Humanökologie des Johann-Friedrich-Blumenbach-Instituts für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen evaluiert. Dabei schätzen über die Hälfte der befragten Anthropo-logen den Prototypen als Alternative zur physischen Untersuchung ein, besonders in Anwendungsfeldern, in denen das Knochenmaterial nur schwer zugänglich ist.
Eine der großen Herausforderungen in der Industrie 4.0 ist die anforderungsgerechte Integration des Menschen. Es wird auch weiterhin Aufgaben in der Produktion geben, die seine hohe Flexibilität und manuelle Geschicklichkeit erfordern. Dabei kommen zunehmend neuartige technische Assistenzsysteme zum Einsatz, wie z.B. kollaborierende Roboter und Exoskelette. Diese sollen den Menschen im Fertigungsprozess optimal unterstützen. Dazu müssen sie möglichst ergonomisch gestaltet werden, um eine effiziente Mensch-Maschine-Interaktion sicherzustellen. Die menschengerechte Arbeitsgestaltung ist somit weiterhin von großer Bedeutsamkeit, auch wenn sich die Rolle des Menschen im Rahmen von Industrie 4.0 und der voranschreitenden Digitalisierung in der Fertigung verändert. Anhand von drei Beispielen wird aufgezeigt, wie dieses mit Hilfe von digitalen Menschmodellen und 3D-Simulation gelingen kann.
Die Kohärenztomographie im eXtremem Ultraviolettbereich (XCT) ist eine neue Methode zur 3D-Vermessung von Nanostrukturen mit Nanometer-Auflösung. Sie verwendet das interferometrische Prinzip der optischen Kohärenztomographie
(OCT) um mittels Fourier-Transformation Strukturinformationen zu extrahieren. Ein speziell entwickelter Phasenrekonstruktionsalgorithmus (PR-XCT) ermöglicht artefaktfreie XCT. Experimentell wurden axiale Auflösungen von 24 nm erreicht, laterale Auflösungen von etwa 23 μm und hohe Materialempfindlichkeit. Der PR-XCT-Algorithmus erlaubt quantitative Informationen und markierungsfreie Identifizierung vergrabener Strukturen im Nanometerbereich. Optimierung der Modellparameter ermöglicht zusätzliche Erkenntnisse über Oberflächenrauhigkeit und Schichtdicken.
We report on our recent progress in creating a new type of compact laser that uses thulium-based fiber CPA technology to emit a central wavelength of 2 μm. This laser can produce pulse energies of >100 μJ and an average power of >15 W. It is designed to be long-lasting and is built for industrial use, making it a great fit for integration into laser machines used for materials processing. These laser parameters are ideal for working with semiconductors like silicon, allowing for tasks such as micro-welding, cutting of filaments, dicing, bonding and more.
We demonstrate a thulium-based fiber amplifier delivering pulses tunable between <120fs and 2ps duration at up to 228 μJ of pulse energy at a center wavelength of 1940 nm and 500-kHz repetition rate. Due to the excellent long-term stability, this system proves the ability of this technology to be integrated into ultra-fast material processing machines.
Die vorliegende Arbeit behandelt den Aufbau und die Charakterisierung von Prüfzubehör für das Aufladen von Elektrofahrzeug-Batterien an einem Wechselstrom-Anschluss. Die gemessenen Störspannungspegel dieses Prüfzubehörs zeigen die Eignung für Zulassungs-Messungen nach der internationalen Vorschrift UN ECE – R 10. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung an zukünftige Anforderungen oder an das Laden am Gleichstromanschluss.
Over the last two decades, the rapid advances in digitization methods put us on the fourth industrial era’s cusp. It is an era of connectivity and interactivity between various industrial processes that need a new, trusted environment to exchange and share information and data without relying on third parties. Blockchain technologies can provide such a trusted environment. This paper focuses on utilizing the blockchain with its characteristics to build machine-to-machine (M2M) communication and digital twin solutions. We propose a conceptual design for a system that uses smart contracts to construct digital twins for machines and products and executes manufacturing processes inside the blockchain. Our solution also employs the decentralized identifiers standard (DIDs) to provide self-sovereign digital identities for machines and products. To validate the approach and demonstrate its applicability, the paper presents an actual implementation of the proposed design to a simulated case study done with the help of Fischertechnik factory model.
Hybride Arbeitssysteme kombinieren idealerweise die Stärken von Menschen und Technik. Sie ermöglichen attraktive, nachhaltige Arbeitsgestaltung und präzise, wettbewerbsfähige Fertigungs- und Logistikprozesse. Der Beitrag zeigt deren systematischen Entwurf unter Nutzung klassischer Mittel sowie digitaler Techniken wie Virtual und Augmented Reality. Die Anwendungsbeispiele weisen auf die intensive Verschränkung der Gestaltungselemente Arbeitstätigkeit, Fertigungsverfahren, Betriebsmittel, Ablauf und Interaktion hin. In interdisziplinärer Zusammenarbeit entstehen sie derzeit im Rahmen des Forschungs- und Transferverbundes "PerspektiveArbeit Lausitz (PAL) – Kompetenzzentrum für die Arbeit der Zukunft in Sachsen und Brandenburg“ und des ZIM-Netzwerk-Verbundvorhabens „AuRo-Toolbox – Automations-Baukasten für flexibel einsetzbare Bauteilhandhabung zur digitalen Inbetriebnahme und digitalem Training“.
Die Industrie fordert verstärkt die mobile Einsetzbarkeit von ERP-Systemen, verbunden mit einer hohen Daten und Informationssicherheit [1]. Zur räumlich und zeitlich flexiblen Erfassung und Nutzbarmachung digitaler Daten mittels mobiler Endgeräte erfolgte im Eerbundforschungsprojekt Framework Enriched
Data Assembly – FrEDA die webbasierte Entwicklung eines praxistauglichen und industrieorientierten Frameworks. Dieses Framework ist verantwortlich für den Datenaustausch zwischen Mini- oder Kleinanwendungen (Apps) und datenbankbasierter Software (ERP-System) und findet Anwendungen in Montageprozessen und der dazugehörigen Logistik. Der Beitrag zeigt Möglichkeiten, wie an manuellen Montagearbeitsplätzen die Daten aus dem ERP-System über das Framework direkt mit den digitalen Etiketten (Electronic Shelf Label - ESL) verknüpft und visualisiert werden können. Ein Beispiel ist die Applikation der Auftragsbegleitkarte aus dem ERP-System, um damit die Prozessschritte auf den Electronic Shelf Labels am Montagearbeitsplatz automatisiert anzuzeigen.
Mittels einer entwickelten virtuellen Lernumgebung inklusive integrierten Trainingsszenarien kann methodisches Wissen zur Steigerung der Bediensicherheit von Fertigungsanlagen anschaulich vermittelt werden. Dabei
stehen vor allem die typischen Bedienhandlungen zum Betreiben oder Rüsten einer Werkzeugmaschine, wie das Betätigen von Tasten und Drehschaltern an Bedienpulten oder Arbeitsstationen im Vordergrund. Als Hardware zur Darstellung der virtuellen Szene kommt für ein voll-immersives VR-Erlebnis ein Head Mounted Display (HMD) mit zwei handgehaltenen Controllern (Eingabegeräte mit Tracking) zum Einsatz.
In der erstellten Lernumgebung „Trainingsfabrik 4.0“, welche auch als reale Trainingsfabrik 4.0 an der Fakultät Ingenieurwissenschaften der Hochschule Mittweida existiert, konnten IngenieurInnen und Studierende die Lernumgebung mit den integrierten Bedienhandlungen testen. Deutlich wurde dabei, dass Vorkenntnisse vor allem im Hardware-Umgang begünstigende Voraussetzung sind, um das eigentliche Trainingsziel „Erlernen von Bedienhandlungen“ erreichen zu können. Viele Testpersonen arbeiteten mit den Controllern in der virtuellen Szene zunächst nicht zielführend oder gar intuitiv. Das Navigieren in der Umgebung aber auch das Ausführen der Bedienhandlungen (Steuerung) wurden dadurch stark behindert, was den gewünschten Lernerfolg sowie die Akzeptanz der Technik und der Herangehensweise klar minderte. Daraus leitet sich die Notwendigkeit ab, den Lernenden zunächst den Umgang mit der HMD-Technologie sowie die Interaktion mit der VR-Softwareumgebung in einem virtuellen Übungsszenario gezielt zu veranschaulichen. Dafür wurde ein standardisiertes 2-Phasenkonzept erstellt.
Auf dem Weg zur weiteren Digitalisierung der Produktionsprozesse hilft die gezielte Adaption von Digitalisierungstechniken aus anderen Branchen und dem Consumer-Bereich. Im Fertigungsbereich stehen die Unternehmen vor der Herausforderung, bisher auf Papier geführte Daten und Dokumente in elektronischer Weise darzustellen.
Hierfür bieten Electronic Shelf Label (ESL) eine sinnvolle Ergänzung zu klassischen Displays. Diese elektronischen Etiketten, auch als „ePaper“ bekannt, eignen sich insbesondere für die dynamische Anzeige von Daten mit niedriger Änderungsfrequenz. Auch bei hellem Tageslicht sind sie ohne Stromverbrauch sehr gut lesbar. Sie benötigen keine eigene Rechenleistung und erfordern Strom nur während der funkgestützten Übertragung neuer Datensätze.
Im Beitrag werden industrielle Anwendungsszenarien für ESL zur Unterstützung der Logistik und der manuellen Montage gezeigt. Ausgehend von Applikationen zur Beschriftung von Lagersystemen und Behältern in der Materialbereitstellung,
wird der Einsatz als digitale Auftragsbegleitkarte behandelt. Des Weiteren werden Anwendungen in der Montage sowie der Arbeitsplatz- und Maschinenbeschriftung beschrieben. Der Einsatz der ESL ist sowohl in der auftragsbezogenen Kleinserienfertigung als auch bei variantenreicher Großserienfertigung nützlich
Augmented Reality bietet Chancen zur lernwirksamen Nutzung in Lernprozessen der dualen Ausbildung. Die Virtualisierung von simulierten Fehlerfolgen aus Handlungsfehlern erweitert betriebliche Arbeitsprozesse der Kunststofftechnik um eine augmentierte Dimension. Üblicherweise durch Ausbildungspersonal verhinderte Fehlerkonsequenzen lassen sich damit in Lernprozessen nutzen. Der Beitrag zeigt, wie Zielkonflikte didaktischer Leitideen z.B. der Nachhaltigkeit auf Grundlage von Arbeitsanalysen einer Füllstudie beim Spritzgießen für die Ableitung von Zielstellungen und Gestaltung eines betrieblichen Ausbildungsprozesses genutzt werden.
Beispielhaft werden die Zielkonflikte anhand der Kühlzeit im Produktionsprozess beschrieben. Darauf aufbauend wird eine konkrete Zielstellung des Lernprozesses diskutiert. Das didaktische Konzept eignet sich sehr gut zur Förderung reflektierte Handlungskompetenz. Es eignet sich zur Fehlerdarstellung in Augmented Reality in betrieblichen Lernprozessen. Ein Transfer auf andere technische Ausbildungsbereiche mit deren Zielkonflikten ist möglich.
Der Technologiesprung zum autonomen Fahren steht kurz bevor – und damit auch die Umsetzung im öffentlichen Straßenverkehr. Was technisch bereits in greifbare Nähe gerückt ist, stellt juristisch aber eine große Herausforderung dar. Wie soll autonomes Fahren reglementiert werden? Haftungs- und Strafbarkeitsfragen müssen vollkommen neu gedacht werden – und sind vermutlich nicht rechtssicher lösbar. Gleichzeitig gerät der deutsche Gesetzgeber unter internationalen Umsetzungsdruck.
As part of the research project Trusted Blockchains for the Open, Smart Energy Grid of the Future (tbiEnergy), one of the objectives is to investigate how a holistic blockchain approach for the realization of a local energy market could be accomplished and how corresponding hardware security mechanisms can be integrated. This paper provides an overview of the implemented prototype and describes the system and its processes.
Nach Angaben der Vereinten Nationen haben mehr als 2 Milliarden Menschen keinen direkten Zugang zu sicherem Trinkwasser [1]. Da konventionelle Kläranlagen und bestehende dezentrale Systeme derzeit nicht in der Lage sind, die zunehmende Menge an Spurenstoffen anthropogenen Ursprungs wie Arzneimittelrückstände sicher und zuverlässig zu entfernen oder zurückzuhalten, droht die Anzahl weiter zu steigen. Photokatalytisch aktive Keramikfilter könnten diese Lücke schließen und damit die Wasserqualität verbessern. Das selektive Lasersintern bietet hierbei die Möglichkeit, Filterelemente aus photokatalytisch aktiver Vollkeramik herzustellen, die eine lange Lebensdauer und eine große aktive Oberfläche gewährleisten. Da die photokatalytisch aktive Phase der Keramik bei zu hohen Temperaturen schnell zerstört wird, werden die Keramikpartikel in eine Duroplast-Matrix eingehüllt, die mit niedrigen Laserleistungen aufgeschmolzen werden kann. Die damit hergestellten Grünkörper können nachträglich bei definierten Temperaturen ausgehärtet, entbindert und gesintert werden und sollen damit ihre photokatalytische Aktivität behalten
Einsatz datenbasierter Assistenzsysteme in Wertschöpfungsprozessen ist sowohl mit Chancen als auch mit Risiken für diese Prozesse bzw. für die Arbeitskräfte verbunden. Studien zeigen gegenwärtig noch Defizite im Entwicklungs-/ Implementationsprozess der Assistenzsystem auf, z. B. bei der Auswahl der Datengrundlage, der Modellerstellung und dem Trainieren von Modellen. Eine erfolgreiche Implementation von Assistenz-Lösungen erfordert ein systematisches Vorgehen, um alle relevanten Gestaltungsaspekte und deren Abhängigkeiten der Gestaltungsdimensionen Mensch – Technik – Organisation voneinander zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck wird eine Vorgehensweise entwickelt, die der notwendigen Interdisziplinarität Rechnung trägt. Diese wird in den nächsten Jahren anhand von Fallbeispielen erprobt und bewertet.
Al-Si-Legierungen werden bevorzugt zur Fertigung von Druckgusserzeugnissen eingesetzt. Die Einsatzbereiche für diese sind sehr vielschichtig und erstrecken sich über viele Branchen, wie bspw. die Automobil- und Luftfahrtindustrie. Wegen der komplexen Prozessführung und der Vielzahl an Einflussgrößen unterliegt der Gussprozess mittleren Ausschussraten von ca. 10 %. Dabei führen kleinste Defekte, wie Poren oder Gestaltabweichungen im Bereich von Dichtflächen dazu, dass die Funktionalität des Bauteils nicht mehr gegeben ist. In diesem Fall wird das Bauteil wieder der Schmelzebeschickung zugeführt und erneut gegossen. Daraus resultieren Leerzeiten in nachgelagerten Prozessschritten oder eine Überproduktion. Ein Ansatz um dies zu umgehen, stellt die Instandsetzung der Defektstellen mittels automatisiertem Laserauftragschweißen dar. In der vorliegenden Veröffentlichung erfolgte dazu eine umfassende Prozesscharakterisierung. Prozessgrenzen, die Optimierung
des Aufmischungsgrades und die Adaption des Energieeintrages beim Volumenaufbau wurden untersucht.