Universität Stuttgart
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Item Open Access Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 16. Oktober 2008 und Erste Satzung zur Änderung der Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 18. August 2009 und Zweite Satzung zur Änderung der Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 02. März 2010 und Dritte Satzung zur Änderung der Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 16. August 2010(2008)Auf Grund von § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes vom 1. Januar 2005 (GBl. S. 1), zuletzt geändert durch das Gesetz zur Umsetzung der Föderalismusreform im Hochschulbereich vom 20. November 2007 (GBl. S. 505) hat der Senat der Universität Stuttgart am 7. Mai 2008 die nachstehende Neufassung der Promotionsordnung beschlossen. Der Rektor hat seine Zustimmung gemäß § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes am 16. Oktober 2008, Az.: 7841.170, erteilt. Auf Grund von § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes vom 1. Januar 2005 (GBl. S. 1), zuletzt geändert durch das Gesetz zur Umsetzung der Föderalismusreform im Hochschulbereich vom 03. Dezember 2008 (GBl. S. 435) hat der Senat der Universität Stuttgart am 22. Juli 2009 die nachstehende Erste Satzung zur Änderung der Promotionsordnung vom 16. Oktober 2008 (Amtliche Bekanntmachung Nr. 72/08) beschlossen. Der Rektor hat seine Zustimmung gemäß § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes am 18. August 2009, Az.: 7841.170, erteilt. Auf Grund von § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes (LHG) hat der Senat der Universität Stuttgart am 24. Februar 2010 die nachstehende Zweite Satzung zur Änderung der Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 16. Oktober 2008 (Amtliche Bekanntmachungen Nr. 72/2008), zuletzt geändert durch Satzung vom 18. August 2009 (Amtliche Bekanntmachungen Nr. 46/2009), beschlossen. Der Rektor hat seine Zustimmung gemäß § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes am 02. März 2010 , Az.: 7841.170, erteilt. Auf Grund von § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes (LHG) hat der Senat der Universität Stuttgart am 21.07.2010 die nachstehende Dritte Satzung zur Änderung der Promotionsordnung der Universität Stuttgart vom 16. Oktober 2008 (Amtliche Bekanntmachungen Nr. 72/2008), zuletzt geändert durch Satzung vom 02. März 2010 (Amtliche Bekanntmachungen Nr. 4/2010), beschlossen. Der Rektor hat seine Zustimmung gemäß § 38 Abs. 4 des Landeshochschulgesetzes am 16. August 2010, Az.: 7841.170, erteilt.Item Open Access Analyse der Echtzeitfähigkeit und des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES 2.0(2011) Cont, ArminOpenGL ES 2.0 (Open Graphics Library for Embedded Systems 2.0) ist eine Schnittstelle zur Entwicklung von 2D- und 3D-Computergrafik-Anwendungen. Die Spezifikation von OpenGL ES 2.0 definiert eine Reihe von Befehlen, mit denen Daten zum und vom OpenGL ES-System übermittelt werden können, mit denen das Zeichnen von Grafiken angestoßen werden kann (Rendering) und Einstellungen für das Rendering durchgeführt werden können. Üblicherweise verwenden OpenGL ES-Systeme für das Rendering physische Grafikkarten (GPUs). Keines der heute verfügbaren OpenGL ES-Systeme mit physischer GPU unterstützt aber die Priorisierung von Anwendungen hinsichtlich der Ausführung von OpenGL ES-Befehlen oder Einschränkungen von Anwendungen hinsichtlich der Nutzung von GPU-Ressourcen. Insbesondere bietet OpenGL ES weder einen konfigurierbaren Scheduler noch die Möglichkeit, Echtzeitgarantien für die Ausführung von OpenGL ES-Befehlen zu erfüllen. Ziel dieser Arbeit ist es, zu untersuchen, inwieweit dennoch sichergestellt werden kann, dass Befehle sicherheitskritischer Anwendungen rechtzeitig ausgeführt werden können. Dazu werden relevante Befehle bestimmt, deren Laufzeitverhalten und Ressourcenverbrauch analysiert wird. Außerdem werden spezielle Szenarien untersucht, um festzustellen, inwiefern das Verhalten von OpenGL ES-Systemen die rechtzeitige Ausführung kritischer Befehle verhindern kann. Schließlich werden Untersuchungsmethoden und Metriken für die Prognose des Ressourcenverbrauchs von OpenGL ES-Befehlen und die Ermittlung der dafür notwendigen systemspezifischen Kennzahlen entwickelt. Die Untersuchung werden auf einigen realen OpenGL ES-Systeme durchgeführt. Dabei wird gezeigt, dass insbesondere das Speicherbelegungsverhalten und die Nutzung der Renderpipeline mit Problemen verbunden sind, die der Erfüllung von Echtzeitgarantien im Wege stehen und nicht auf der Ebene von OpenGL ES gelöst werden können.Item Open Access Investigating superconductivity by tunneling spectroscopy using oxide heterostructures(2017) Fillis-Tsirakis, Evangelos; Mannhart, Jochen (Prof. Dr.)Item Open Access Eine OSLC-Plattform zur Unterstützung der Situationserkennung in Workflows(2015) Jansa, PaulDas Internet der Dinge gewinnt immer mehr an Bedeutung durch eine starke Vernetzung von Rechnern, Produktionsanlagen, mobilen Endgeräten und weiteren technischen Geräten. Derartige vernetzte Umgebungen werden auch als SMART Environments bezeichnet. Auf Basis von Sensordaten können in solchen Umgebungen höherwertige Situationen (Zustandsänderungen) erkannt und auf diese meist automatisch reagiert werden. Dadurch werden neuartige Technologien wie zum Beispiel "Industrie 4.0", "SMART Homes" oder "SMART Cities" ermöglicht. Komplexe Vernetzungen und Arbeitsabläufe in derartigen Umgebungen werden oftmals mit Workflows realisiert. Um eine robuste Ausführung dieser Workflows zu gewährleisten, müssen Situationsänderungen beachtet und auf diese entsprechend reagiert werden, zum Beispiel durch Workflow-Adaption. Das heißt, erst durch die Erkennung höherwertiger Situationen können solche Workflows robust modelliert und ausgeführt werden. Jedoch stellen die für die Erkennung von Situationen notwendige Anbindung und Bereitstellung von Sensordaten eine große Herausforderung dar. Oft handelt es sich bei den Sensordaten um Rohdaten. Sie sind schwer extrahierbar, liegen oftmals nur lokal vor, sind ungenau und lassen sich dementsprechend schwer verarbeiten. Um die Sensordaten zu extrahieren, müssen für jeden Sensor individuelle Adapter programmiert werden, die wiederum ein einheitliches Datenformat der Sensordaten bereitstellen müssen und anschließend mit sehr viel Aufwand untereinander verbunden werden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein Konzept erarbeitet und entwickelt, mit dessen Hilfe eine einfache Integration von Sensordaten ermöglicht wird. Dazu werden die Sensoren über eine webbasierte Benutzeroberfläche oder über eine programmatische Schnittstelle in einer gemeinsamen Datenbank registriert. Die Sensordaten werden durch REST-Ressourcen abstrahiert, in RDF-basierte Repräsentationen umgewandelt und mit dem Linked-Data Prinzip miteinander verbunden. Durch die standardisierte Schnittstelle können Endbenutzer oder Anwendungen über das Internet auf die Sensordaten zugreifen, neue Sensoren anmelden oder entfernen.Item Open Access Behavior of sulfur oxides in air and oxy-fuel combustion(2019) Spörl, Reinhold; Scheffknecht, Günter (Univ.-Prof. Dr. techn.)This thesis evaluates the behavior of sulfur oxides in pulverized fuel (PF) fired air and oxy-fuel systems. Sulfur oxides are responsible for certain operational problems and considerable gas cleaning requirements in air as well as oxy-fuel firing. A better understanding of the related issues will allow for a technical and economical optimization of the oxy-fuel combustion technology. A range of experimental investigations studying the stability and retention of sulfur oxides in ashes and deposits, acid gas (SO2, SO3, and HCl) control in air and oxy-fuel combustion by dry sorbent injection, and SO3 formation were conducted. The experimental work is in parts supported by theoretical considerations and thermodynamic equilibrium simulation. Studies for different coals and lignites showed that in practically relevant oxy-fuel configurations the exclusion of airborne N2 from combustion leads to an increase of the SO2 concentrations in oxy-fuel, compared to air firing, by a factor of about 3.4 to 4.2, referring to dry, and of about 2.9 to 3.5, when referring to wet flue gas conditions. The increased SO2 levels in oxy-fuel combustion are responsible for an increased stability of sulfates in oxy-fuel power boiler systems so that for example the decomposition temperature CaSO4 rises by about 50 to 80 °C, depending on flue gas atmospheres. The enhanced stability of sulfates in deposits at high temperatures when operating with increased SO2 levels was experimentally demonstrated. Compared to air firing, a considerable increase of the sulfur retention in the ash by 10 to 12 percentage points has been observed for oxy-fuel recycle combustion of Lusatian lignites. This leads to lower SO2 emissions and higher SO3 levels in process ashes and deposits. The results indicate that for fuels, such as the used lignites, the temperature level at which fouling by sulfatic deposits is problematic may be shifted to higher temperatures in oxy-fuel combustion and that the sintering of deposits by sulfation may be more pronounced. In contrast, in air and oxy-fuel combustion experiments with a hard coal with a low sulfur retention potential differences in the SO3 contents and degrees of sulfation of ashes and deposits were small. Besides higher SO3 contents and sulfation degrees, no other significant changes between the deposit samples from air and oxy-fuel combustion were identified. Experiments on dry sorbent injection in air and oxy-fuel mode showed that an increase of the average flue gas residence time in the furnace by flue gas recirculation and, to a lesser extent, the higher sulfate stability enhance the desulfurization efficiency in oxy-fuel recycle combustion considerably. SO2 capture efficiencies in oxy-fuel recycle combustion of 50 % to more than 80 % at moderate molar sulfur to calcium ratios between 1.7 and 2.9 were reached, when injecting CaCO3 and Ca(OH)2 together with the fuel or directly to the furnace. Under comparable injection conditions, the oxy-fuel performance was by as much as 29 percentage points higher than in air firing. Also an efficient SO3 and HCl control by DSI could be demonstrated. Experiments on formation of SO3 show that higher SO2 levels in oxy-fuel firing are the most important parameter responsible for the observed increase of the SO3 concentrations.Item Open Access Nonlinear optical microspectroscopy with few-cycle laser pulses(2017) Wan, Hui; Wrachtrup, Jörg (Prof. Dr.)Nonlinear optical (NLO) microscopy is a powerful tool in physics, chemistry, and material science it probes intrinsic optical properties of the sample without the need of labeling. In order to investigate the ultrafast processes in nonlinear materials with high spatial resolution, we need to combine both ultrashort pulses and techniques focusing them to the diffraction limit. Previously, few-cycle laser pulses have often been tightly focused using conventional microscope objectives. However, the propagation of an ultrashort pulse in optical materials, particularly in the glass of a high numerical aperture (N.A.) microscope objective, results in spatial and temporal distortions of the pulse electric field, which can severely affect its quality in the focus. By purely passive group delay dispersion (GDD) and third-order dispersion (TOD) management, in this thesis, we experimentally demonstrate in-focus diffraction-limited and bandwidth-limited few-cycle pulses by using high N.A. objectives. Based on these achievements, the performance of a novel few-cycle NLO microscope for both second-harmonic generation (SHG) imaging and microspectroscopy in the frequency- and time-domains was characterized. The inverse linear dependence of SHG intensity on the in-focus pulse duration was demonstrated down to 7.1 fs for the first time. The application of shorter in-focus pulses for the enhancement of SHG image contrast was successfully demonstrated on a single collagen (type-I) fibril as a biological model system for studying protein assemblies under physiological conditions. Beyond imaging, a collagen fibril has been found to act as a purely non-resonant χ(2) soft matter under the present excitation conditions, and its ratio of forward- to epi-detected SHG intensities allowed for the estimation of the fibril thickness, which corresponds well with atomic force microscopy (AFM) measurements. The ultrafast dephasing of the localized surface plasmon resonance (LSPR) in the metallic nanoparticles, that only occurs on a time scale of a few femtoseconds, has gained a lot of attraction in the field of nanoplasmonics. This thesis is the first systematic experimental demonstration of time-resolving ultrashort plasmon dephasing in single gold nanoparticles by using interferometric SHG spectroscopy with in-focus 7.3 fs excitation pulses in combination with linear scattering spectroscopy performed on the same nanoparticle. For nanorods, nanodisks, and nanorectangles, strong plasmon resonance enhanced SHG is observed, where the SHG intensity strongly depends on the spectral overlap between the LSPR band and the excitation laser spectrum. For single nanorods and nanorectangles, the polarization dependence of the SHG intensity was found to follow second-order dipole scattering, and the effect of size and shape on the LSPR properties was directly observed in the time-domain. Good agreement between experimental and simulated values of dephasing times and resonance wavelengths is obtained, which confirms that a common driven damped harmonic oscillator model for the LSPR in the nanoparticle can qualitatively explain both the linear scattering spectra in the frequency-domain and the SHG response in the time-domain. Resonance bands in linear transmission and scattering spectra have also been observed for nanoholes with sizes smaller than the wavelength of the incident light in a metal film, which are assigned to LSPR modes of the electric field distribution around the nanohole with qualitatively similar resonance properties as a nanoparticle. The polarization-resolved nonlinear optical properties of the single nanoholes with different shapes and symmetries were also reported. The objective of this thesis has been systematic SHG studies of the size effect in the LSPR of single nanoholes in metal films and of their ultrafast dephasing dynamics. Although, enhancement of both the forward- and epi-detected SHG emissions from single rectangular nanoholes are observed,however,no ultrafast dephasing dynamics of LSPRs in rectangular nanoholes could be time-resolved with our in-focus 7.3 fs excitation laser pulses, which indicates that contributions from LSPR enhanced SHG to the detected SHG signal are negligible. More work needs to be done in order to overcome the current experimental limitations. However, in this thesis, the polarization dependence of the forward- and epi-detected SHG intensity from the single rectangular nanohole was found to follow that of a second-order dipole pattern. While the SHG dipole pattern observed for rectangular nanoparticles is oriented parallel to its long-axis, the SHG dipole pattern of its complementary rectangular nanohole is oriented perpendicular to its long-axis. This observation represents the first experimental demonstration of Babinet’s principle in second-order nonlinear scattering of a single rectangular nanohole in a gold film.Item Open Access Konkurrenz und Diffusion von Technologien auf Märkten unter Standardisierungsdruck : Modellbildung, Simulation und Prognose(2019) Valentowitsch, Johann; Burr, Wolfgang (Prof. Dr.)Die Häufigkeit und Intensität technologischer Standardkriege hat in Folge rasanter Entwicklungen auf den Gebieten der Informations- und Kommunikationstechnologien in den letzen Jahren spürbar zuge-nommen. Aus diesem Grund rückten in jüngster Vergangenheit Prozesse der Technologiediffusion und -adoption verstärkt in den Fokus der wirtschaftswissenschaftlichen Forschung. Trotz zahlreicher Beiträge auf diesem Gebiet ist unser heutiges Verständnis von den zugrunde liegenden Wettbewerbs- und Marktdynamiken jedoch nach wie vor stark limitiert. Wie in dieser Arbeit ausführlich gezeigt wird, sind die meisten konventionellen Difffusionsmodelle heute nicht in der Lage, die volle Bandbreite der kompetitiven Dynamiken zu erfassen, die sich im Rahmen technologischer Standardkriege regelmäßig auf Märkten unter Standardisierungsdruck entfalten. Aus heutiger Sicht bleibt die Modellbildung häufig darauf beschränkt, einfache Generationenfolgen von Technologien abzubilden. Bei dieser Form von Technologiesubstitution lassen sich jedoch nicht, die für Standardkriege typischen, erbittert geführten Dominanzkämpfe beobachten, die sich in Folge von mangelnder Interkomplementarität zwishen den konkurrierenden Technologien im Markt herausbilden. Zur Beschreibung derartiger Prozesse bedarf es daher anderer Modelle, die eine stärkere Fokussetzung auf die eigentlichen Wettbewerbsprozesse und Marktdynamiken setzen. Um den gegenwärtigen Mangel an wettbewerbsorientierten Modellen zu begegen, wird in dieser Arbeit unter Heranziehung von ökonomischen Adoptions- und Diffusionstheorien sowie unter Berücksichtigung der mittlerweile sehr umfangreichen Forschungsergebnisse auf den Gebieten der Standard- und Netzwerkforschung ein neues Modell formuliert, das sich zur Analyse von Diffusionsdynamiken auf Märkten unter Standardisierungs- und Wettbewerbsdruck heranziehen lässt. Mit Hilfe des neuen Modells kann gezeigt werden, dass die Adoption neuer Technologien durch drei wesentliche Faktoren erklärt werden kann, nämlich durch das innovative und imitative Verhalten der Innovationsnachfrager auf der einen Seite sowie das Größenverhältnis der konkurrierenden Anwendernetzwerke zueinander auf der anderen Seite. Der im Rahmen des Modells implementierte Adoptionsmechanismus leitet sich dabei vornehmlich aus der Klasse so genannter Mixed-Influence-Diffusionsmodelle ab. Allerdings erweitert das neue Modell den klassischen Mixed-Influence-Gedanken, indem es den Betrachtungshorizont auf mehrere Diffusionstechnologien ausweitet und dabei marktliche Interdependenzen zwischen den Technologien im Diffusionsprozess zulässt. Die Modellierung in dieser Arbeit verfolgt somit einen integrativen Ansatz, der unterschiedliche theoretische Sichtweisen in einem kompakten Modell vereinen soll. Um das aufgestellte Wettbewerbsmodell zu validieren, werden ökonomische Zeitreihendaten zu ausgewähtlen Standardkriegen verwendet, die in der Vergangenheit zu temporären Technologie-Lock-ins auf den jeweiligen Märkten geführt haben. Wie mit Hilfe dieser Datenreihen gezeigt werden kann, erklärt das neue wettbewerbsorientierte Modell dabei einen Großteil der beobachteten Adoptionsvarianz in den Daten und führt insgesamt betrachtet zu einem guten Daten-Fit. Zudem weisen ex ante Prognosen der Adoptionsraten, die auf Basis des Wettbewerbsmodells generiert wurden, eine höhere Genauigkeit auf als Schätzungen, die auf Grundlage des zu Referenzzwecken mitbetrachteten Standardmodells von Bass erstellt wurden. Aufgrund seiner hohen Prädiktabilität bietet das aufgestellte Wettbewerbsmodell zahlreiche Eisatzmöglichkeiten in Wissenschaft und Praxis. Diese werden im Rahmen der Arbeit ausführlich diskutiert und auf ihren Nutzen für die betriebswirtschaftliche Prognosepraxis hin untersucht.Item Open Access Ein Beitrag zur Stützung eines Software GNSS Empfängers mit MEMS-Inertialsensoren(2016) Gäb, Michael; Kleusberg, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)Die genaue Bestimmung von Position und Geschwindigkeit mit einem globalen Navigationssatellitensystem (engl. Global Navigation Satellite System) (GNSS) in Echtzeit bildet eine essentielle Grundlage für viele Anwendungen in der Navigation. Bei mobilen Navigationsanwendungen finden häufig GNSS-Messungen unter ungünstigen Beobachtungsbedingungen statt, so dass Fehler in den Ergebnissen auftreten können. In diesem Fall ist der GNSS-Empfänger in Bewegung, so dass die Empfangsumgebung sich ständig ändert. So können Objekte, wie z.B. Gebäude, Bäume, Tunnel usw. zu Reflektionen, Dämpfung bzw. Abschattung der GNSS-Signale führen. Eine hohe zusätzliche Dynamik bzgl. der beobachteten Dopplerfrequenzverschiebung erfährt das empfangene GNSS-Signal durch die Bewegung des GNSS-Empfängers. Das beeinflusst die Signalnachführung (Tracking) und verursacht Fehler bei der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung oder eine Bestimmung ist sogar unmöglich. Eine Verbesserung der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung wird durch die gleichzeitige Messung mit einem GNSS-Empfänger und einem inertialen Navigationssystem (engl. Inertial Navigation System) (INS) ermöglicht. Kostengünstige INS beinhalten heute Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (engl. Micro Electro Mechanical Systems) (MEMS), die als MEMS-Inertialsensoren bezeichnet werden. Die gemeinsame Nutzung der Messdaten von GNSS und INS wird als GNSS/INS-Integration bezeichnet. Diese Arbeit befasst sich mit der Tiefen GNSS/INS-Integration, so dass mit der Information eines INSs in die Tracking Loop des GNSS-Empfängers eingegriffen wird, um Verbesserungen beim Tracking des Signals und der daraus bestimmten GNSS-Beobachtungen zu erzielen. Dieser Eingriff wird auch als Stützung (engl. aiding) bezeichnet. Die Stützung erfolgt über die Regelgrößen (Dopplerfrequenz und Codephase) in der Tracking Loop für den jeweiligen Kanal des GNSS-Empfängers. Dazu werden die Regelgrößen zunächst prädiziert, bevor diese beim Tracking des empfangenen GNSS-Signals berücksichtigt werden können. Für die Prädiktion müssen die Position und Geschwindigkeit des Satelliten und des Empfängers vorliegen. Außerdem müssen die Uhrenfehlerrate des Satelliten und des Empfängers bekannt sein. Aus diesen Größen kann die Dopplerfrequenz und daraus die Rate der Codephase berechnet werden. Die zeitliche Integration der Codephasenrate ergibt die aktuelle Codephase. Aus den Ephemeriden des GNSS-Satelliten kann die Position, die Geschwindigkeit und die Uhrenfehlerrate für einen zeitnahen beliebigen Zeitpunkt berechnet werden. Die Uhrenfehlerrate des Empfängers wird hierbei mittels einer Extrapolation vorausbestimmt. Mit den MEMS-Inertialsensoren kann die Position und Geschwindigkeit des Empfängers fortgeführt werden. Diese Fortführung erfolgt über eine Lose GNSS/INS-Integration mittels einer Strapdown-Rechnung und einem Kalman-Filter für 15 Fehlerzustände. Als Stützwerte für den Kalman-Filter dienen hier die Position und Geschwindigkeit des SGEs. Die Stützung sollte bei einem Signalabriss oder für die Stabilisierung des Trackings eingeschaltet werden. Die Stützungsmethode wird mit einem Software GNSS-Empfänger (SGE) und einer Inertiale Messeinheit (engl. inertial measurement unit) (IMU) aus MEMS-Inertialsensoren (MEMS-IMU) in der Landfahrzeugnavigation getestet und analysiert. Der SGE ist für die Signale des globalen Positionierungssystem (engl. Global Positioning System) (GPS) mit dem C/A-Code auf der L1-Frequenz entwickelt und bestimmt die Position und Geschwindigkeit mit einer Messrate von 1 kHz. Die MEMS-IMU beeinhaltet 6 Freiheitsgrade mit jeweils einem 3-achsigen MEMS-Beschleunigungs- und MEMSDrehratensensor. Die Messrate des MEMS-Beschleunigungssensors beträgt 1 kHz und die Messrate des MEMS-Drehratensensors beträgt 800 Hz. Mit diesem Messsystem ist es möglich, die Prädiktion der Regelgrößen für jede Millisekunde durchzuführen, so dass diese bei jedem Tracking-Durchlauf mit dem C/A-Code vorliegen. Aufgrund der hohen Messraten können nur wenige Minuten Messdaten erfasst werden und die Auswertung erfolgt in der Nachbearbeitung (engl. post-processing). Die Stützungsmethode wird durch Fahrten mit einem Messfahrzeug getestet. Dazu werden Messfahrten mit verschiedenen Fahrmanöver ausgeführt, um im empfangenen GPS-Signal unterschiedliche Raten in der Dopplerfrequenz zu erzeugen. Eine Fahrt unter Bäumen ermöglicht den Einfluss des zeitlichen Verlaufs im Signal-Rauschverhältnis (engl. signal-to-noise ratio) (S/N) des empfangenen GPS-Signals auf die Stützungsmethode zu untersuchen. Bei dieser Messfahrt treten auch immer wieder kurzzeitige Signalabrisse auf. Die in der vorliegenden Arbeit dokumentierten Messfahrten und Ergebnisse zeigen, dass die Stützung für einen SGE erfolgreich in der Landfahrzeugnavigation durchgeführt werden kann. Die prädizierten Regelgrößen werden für die verschiedenen Messfahrten zuverlässig berechnet und das Tracking kann damit stabilisiert und sogar bei einem Signalabriss vorgesteuert werden. Außerdem können Ausreißer direkt in den Beobachtungen minimiert werden, so dass Verbesserungen in der Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung des SGEs erzielt werden können.Item Open Access Automated composition of adaptive pervasive applications in heterogeneous environments(2012) Schuhmann, Stephan Andreas; Rothermel, Kurt (Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.)Distributed applications for Pervasive Computing represent a research area of high interest. Configuration processes are needed before the application execution to find a composition of components that provides the required functionality. As dynamic pervasive environments and device failures may yield unavailability of arbitrary components and devices at any time, finding and maintaining such a composition represents a nontrivial task. Obviously, many degrees of decentralization and even completely centralized approaches are possible in the calculation of valid configurations, spanning a wide spectrum of possible solutions. As configuration processes produce latencies which are noticed by the application user as undesired waiting times, configurations have to be calculated as fast as possible. While completely distributed configuration is inevitable in infrastructure-less Ad Hoc scenarios, many realistic Pervasive Computing environments are located in heterogeneous environments, where additional computation power of resource-rich devices can be utilized by centralized approaches. However, in case of strongly heterogeneous pervasive environments including several resource-rich and resource-weak devices, both centralized and decentralized approaches may lead to suboptimal results concerning configuration latencies: While the resource-weak devices may be bottlenecks for decentralized configuration, the centralized approach faces the problem of not utilizing parallelism. Most of the conducted projects in Pervasive Computing only focus on one specific type of environment: Either they concentrate on heterogeneous environments, which rely on additional infrastructure devices, leading to inapplicability in infrastructure-less environments. Or they address homogeneous Ad Hoc environments and treat all involved devices as equal, which leads to suboptimal results in case of present resource-rich devices, as their additional computation power is not exploited. Therefore, in this work we propose an advanced comprehensive adaptive approach that particularly focuses on the efficient support of heterogeneous environments, but is also applicable in infrastructure-less homogeneous scenarios. We provide multiple configuration schemes with different degrees of decentralization for distributed applications, optimized for specific scenarios. Our solution is adaptive in a way that the actual scheme is chosen based on the current system environment and calculates application compositions in a resource-aware efficient manner. This ensures high efficiency even in dynamically changing environments. Beyond this, many typical pervasive environments contain a fixed set of applications and devices that are frequently used. In such scenarios, identical resources are part of subsequent configuration calculations. Thus, the involved devices undergo a quite similar configuration process whenever an application is launched. However, starting the configuration from scratch every time not only consumes a lot of time, but also increases communication overhead and energy consumption of the involved devices. Therefore, our solution integrates the results from previous configurations to reduce the severity of the configuration problem in dynamic scenarios. We prove in prototypical real-world evaluations as well as by simulation and emulation that our comprehensive approach provides efficient automated configuration in the complete spectrum of possible application scenarios. This extensive functionality has not been achieved by related projects yet. Thus, our work supplies a significant contribution towards seamless application configuration in Pervasive Computing.Item Open Access Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen zum Überlastschutz in Werkzeugmaschinen(2009) Dennig, Hans-Jörg; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Große Kollisionskräfte aufgrund eines Bedien- oder Programmierfehlers sind ein zentrales Problem bei der modernen Produktion mit hocheffizienten Werkzeugmaschinen. Dadurch entstehen teure Reparaturen vor allem an der Hauptspindel und den Spindelmutter-Antrieben, was zu langen Ausfallzeiten an der betroffenen Maschine führt. Eine Umfrage bei insgesamt 23 Anwendern und Herstellern von Werkzeugmaschinen ergab, dass die Service- und Ersatzteilkosten durch eine heftige Kollision bis zu 23.000 € betragen können. Verfügbare Überlastsicherungssysteme können derzeit weder die hohen Kollisionsschäden verhindern noch die Auswirkungen eines Schadens gering halten. Es bedarf also neuer Ansätze. Um dies zu ändern, wird eine Lösung verfolgt, die vorsieht, die Vorteile elektronischer und mechanischer Überlastsicherungssysteme zu vereinen. Diese Lösung basiert darauf, dass der erste Kontakt bei einer Kollision beispielsweise zwischen Werkzeug und Werkstück erkannt und über eine nachgeschaltete Entscheidungslogik verarbeitet wird. Durch diesen kontakterkennungsbasierten Ansatz ist es möglich, Kollisionen schneller als bei herkömmlichen Schutzsystemen zu erkennen und Maßnahmen einleiten zu können. Je nach Kollisionshärte muss die Maschine dann möglichst schnell gestoppt werden, wobei abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit zwei Strategien zur Verfügung stehen. Im Bereich niedriger Vorschübe kann mittels eines steuerungsinternen Notstopps die Maschine sicher gestoppt werden, ohne dass nennenswerte Schäden auftreten. Im Fall einer Kollision mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten reicht der interne Notstopp nicht mehr aus, weshalb die Steuerung ein Signal an eine aktiv geschaltete Sicherheitskupplung/-bremse weitergibt. Das schnell schaltende Bremssystem kann vor allem den Spindelkasten inkl. Hauptspindel schützen, indem die Überlast vom Bremssystem aufgenommen wird und bleibende Verformungen verhindert werden. Dazu muss das Bremssystem mit hoher Kraft schnellstmöglich wirken. Eine Überlastkupplung, die eine hohe Axialsteifigkeit aufweist und direkt an der Schnittstelle zwischen Antriebssystem und Werkzeugschlitten in die Spindelmutter integriert ist, kann den Kraftfluss infolge einer Kollision früh unterbrechen und somit das Antriebssystem schützen. Solche Maschinenelemente zur schnellen Kopplung bzw. Entkopplung von großen Kräften sind nach dem derzeitigen Stand der Technik und Forschung nicht verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist somit die Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen am Beispiel des beschriebenen Überlastsicherungssystems für Werkzeugmaschinen mit Spindelmutter-Antrieben. Damit erfolgt eine Eingrenzung des Lösungsansatzes auf die mechanischen Komponenten. Die ebenfalls benötigte Steuerungstechnik zur Auslösung von Bremse bzw. Kupplung wird in einer weiteren Arbeit am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen entwickelt. Die Hauptanforderung an die einzelnen Systeme besteht dabei in der Verkürzung der Reaktionszeit. Maßnahmen zur Vermeidung von schwerwiegenden Beschädigungen infolge Kollisionen müssen in den ersten Millisekunden eingeleitet werden. In der vorliegenden Arbeit wird zur Lösung dieser Aufgabe als Vorgehensweise der Produktentwicklungsprozess gemäß VDI2221 gewählt. Dabei wird gezeigt, dass die Anforderungen durch eine hydraulische Betätigung des Brems- bzw. Kupplungssystems erreichbar sind. Das Herzstück bildet daher ein Hydraulikventil, das durch einen extrem schnellen Aktor geöffnet wird. Das zentrale Problem dabei ist die Optimierung der Parameter Kraft, Weg und Zeit. So müssen die eingesetzten Aktorprinzipien hohe Kräfte und Wege innerhalb kürzester Reaktionszeit aufbringen. Das schnell schaltende Bremse-Kupplung-System wird hier exemplarisch für die x-Achse einer Fräsmaschine in Fahrständerbauweise entwickelt. Die Antriebssysteme bestehen dabei aus Kugelgewindetrieben. Es steht jedoch nicht die Werkzeugmaschine im Vordergrund, sondern die Entwicklung des Bremse-Kupplung-Systems, das somit auch in weiteren Anwendungsfeldern ihren Einsatz finden kann. Für die geforderte Aufgabenstellung leiten sich jedoch aus den Eigenschaften von Werkzeugmaschinen wie z. B. Verfahrgeschwindigkeiten, Steifigkeiten etc. verschiedene Anforderungen ab, welche die Basis für die vorliegende Arbeit darstellen.