Bücher veröffentlicht von Karlsruher Institut Fur Technologie

Der deutsche Kunst- und Bauhistoriker sowie Kunstkritiker Wilhelm Lübke (1826-1893) lehrte an den bedeutenden Polytechnika des 19. Jahrhunderts in Berlin, Zürich und Stuttgart. Von 1885 bis zu seinem Tod war er außerdem Professor für Kunstgeschichte am Polytechnikum in Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Den Rahmen vorliegender Publikation bilden ein Einblick in die Biografie und den Werdegang Wilhelm Lübkes sowie ein umfassendes Schriftenverzeichnis.¿ The German art and architecture historian and art critic WilhelmLübke (1826-1893) taught at the important 19th century polytechnics in Berlin, Zurich and Stuttgart. From 1885 until his death, he was also Professor of Art History at the Karlsruhe Polytechnic, now the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). This publication provides an insight into the biography and career of Wilhelm Lübke as well as a comprehensive list of his writings.

In diesem Buch wird ein Optimierungsverfahren für das Tourenplanungsproblem mit alternativen Lieferorten und -zeiten entwickelt und bewertet. Ausgangspunkt ist eine Untersuchung der logistischen Herausforderungen der B2C-Logistik.Den existierenden Zustellkonzepten wird ein serviceorientierter Ansatz zur Seite gestellt und in Form eines webbasierten Informationssystems umgesetzt. Das mit diesem Ansatz verbundene Tourenplanungsproblem wird mathematisch modelliert. Ein darauf aufbauendes Branch-and-Price-Lösungsverfahren wird vorgestellt. Darin werden Heuristiken, Lineare Programmierung und Constraint Programming zu einem Gesamtverfahren kombiniert.Das Verfahren wird anhand modifizierter Testinstanzen aus der Literatur in algorithmischer Hinsicht bewertet. Für die Untersuchung des Kostensenkungspotentials werden realitätsnahe künstliche Szenarien erzeugt. Es wird gezeigt, daß die Einführung von alternativen Lieferorten und -zeiten zu deutlichen Kostensenkungen und kleineren Flottengrößen führt.

Höhere Effizienz erzielen SOFC-Brennstoffzellen, je geringer die internen elektrochemischen Verluste sind. Diese Arbeit untersucht isolierende Zweitphasen an der Kathoden/Elektrolyt-Grenzfläche die während der Herstellung entstehen. Vollzellen und Modellsystemen werden elektrochemisch charakterisiert, elektronenmikroskopisch analysiert und tomographisch rekonstruiert. Ein FEM-Modell deckt leistungsbegrenzende Faktoren auf. Als Ergebnis wird eine optimierte Herstellungsroutine vorgeschlagen. Solid oxide fuel cells (SOFC) achieve high efficiencies, the lower the internal electrochemical losses are. This work investigates insulating secondary phases at the cathode/electrolyte interface that are formed during fabrication. Full cells and model systems are electrochemically characterized, analyzed by electron microscopy and reconstructed by tomography. A FEM model reveals performance limiting factors. As a result, an optimized production routine is proposed.

Fission product yield data play an important role in simulations of nuclear fission reactors, aimed at fuel cycle and safety analyses. The respective evaluated data libraries still have shortcomings regarding the treatment of energy dependencies and uncertainty information. This work has been aimed at the development of a fission model for future fission product yield evaluations as well as its validation on the levels of cross-sections, fission product yields and time dependent decay radiation.

Mit dem heutigen Stand der Technik werden für den Betrieb von Permanentmagnet-Synchronmaschinen in Elektro- und Hybridfahrzeugen Winkelsensoren eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Konzept zur geberlosen Regelung vorgeschlagen. Es konnte der robuste Betrieb mit neu- und weiterentwickelten geberlosen Verfahren am Maschinenprüfstand nachgewiesen werden. Der Betriebsbereich der geberlosen Regelung konnte mit den vorgestellten Verfahren deutlich vergrößert werden. With the current state of the art angle sensors are used for the operation of permanent magnet synchronous machines in electric and hybrid vehicles. In the present work, a new concept for sensorless control is proposed. The robust operation could be proven with new and further developed sensorless procedures on the machine test bench. The operating range of sensorless control could be significantly increased with the presented methods.

Der Tagungsband enthält die gesammelten Beiträge zu den Vorträgen der 7. Fachtagung am 20. Februar 2019 in Karlsruhe. In 13 Artikeln wird über den Stand der Forschung und neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Antriebstechnik für mobile Arbeitsmaschinen berichtet. Der Tagungsband zeichnet sich durch Fachbeiträge zu hybriden, energieeffizienten und alternativen Antrieben in diversen mobilen Arbeitsmaschinen sowie zum Schwerpunktthema der elektro-hydraulischen Linearantriebe aus. This book contains the collected conference proceedings to the lectures of the 7th symposium on 20th February 2019 in Karlsruhe. The state of research and new developments in the field of drive technology for mobile machines are reported in 13 articles. The conference proceedings are characterised by technical contributions on hybrid, energy-efficient and alternative drives in various mobile machines as well as on the main topic of electro-hydraulic linear drives.

Kaltgewalzte Wolframbleche gelten als vielversprechende Halbzeuge für Hochtemperaturanwendungen. Die Korrelation von Mikrostrukturmerkmalen mit dehnratensensitiven, mechanischen Eigenschaften unterschiedlich stark kaltgewalzter Wolframbleche erlaubt Rückschlüsse auf die plastischen Verformungsmechanismen zu ziehen. Damit lässt sich die gleichzeitige Festigkeitssteigerung und Duktilisierung der technisch reinen Wolframbleche bei Raumtemperatur sowie deren Hochtemperaturverhalten erklären. Cold rolled tungsten sheets are regarded as promising materials for high-temperature applications. The correlation of microstructural features with strain rate sensitive, mechanical properties of differently thick cold rolled tungsten sheets allows conclusions to be drawn on the plastic deformation mechanisms. Thus, the simultaneous increase in strength and ductility of the technically pure tungsten sheets at room temperature as well as their high-temperature behavior can be explained.

Sieben Aufsätze über Vitruv und seine Anleitungen zum Bau von Basiliken, über die Basilica und ihre architektonische Ableitung von der griech. Stoa, über die Basilica Aemilia am Forum Romanum, über maßstäbliche Planzeichnungen in der Antike und fragwürdige Basilica-Rekonstruktionen. Seven Essays on Vitruvius and his Instructions on the Building of Basilicas, on The Basilica and here architectural Derivation of the greek Stoa, on the Basilica Aemilia at the Forum Romanum, on Architectural Scale Plans in the Antiquity und on dubious Reconstructions of Basilicas.

Metamaterialien, aus gezielt gestalteten Basiszellen aufgebaute Materialien, zeigen Effektiveigenschaften, die in erster Linie durch die Struktur getrieben werden und weniger von den Materialeigenschaften ihrer Konstituenten abhängen. In dieser Arbeit wird untersucht welches Potential sich durch die gezielte Ausnutzung von strukturellen Instabilitäten auf der Mikroebene ergibt und wie diese Materialien auf den verschiedenen relevanten Größenskalen modelliert werden können. Metamaterials, composed of structural building blocks, derive their effective properties from the structure, rather than from their constituent materials they are built from. By designing and analysing a mechanical unstable metamaterial, the potentials given by structural instabilities are investigated. Furthermore the possibilities in modelling the stability behaviour and the effective properties of such materials on the different length-scales are intensively discussed throughout this work.

Im torusförmigen Reifenhohlraum können sich stehende Wellen ausbilden, die zu sehr hohen Schalldruckpegeln führen. Zur Untersuchung dieser Hohlraummoden werden Versuche mit Impulsanregung, an einem Reifen-Innentrommelprüfstand und unter realen Betriebsbedingungen am Gesamtfahrzeug durchgeführt. Neben Grundlagenuntersuchungen zur Identifizierung der Hohlraummoden und zur Analyse verschiedener Systemzustände werden einige Anregungsmechanismen sowie wichtige Einflussfaktoren vorgestellt. In the toroidal tire cavity, standing waves can occur, leading to very high amplitudes. To investigate the cavity modes, experimental investigations are performed with pulse excitation, on a tire inner-drum test bench and under real operating conditions with a vehicle. At first, fundamental examinations are presented that focus on the identification of cavity modes and on the different system states. In a next step, various excitation mechanisms and important influencing factors are considered.

Diese Arbeit befasst sich mit dem maximal erreichbaren Ausgangslichtstrom von LED-Projektoren, welcher durch die physikalischen Gegebenheiten im System begrenzt wird. Mit dem Ziel, den Ausgangslichtstrom weiter zu steigern, wird die Beleuchtungseinheit LED-basierter Projektoren durch die Verbesserung bestehender Technologien und die Ausarbeitung neuer Konzepte systematisch weiterentwickelt. This work deals with the maximum achievable output flux of LED-projectors which is limited by physics. With the objective of increasing the output flux further, the illumination unit of LED-based projectors is enhanced systematically by improving existing technologies and developing new concepts.

This work presents an approach for the architecture analysis of energy efficiency for static and self-adaptive software systems. It introduces a modeling language that captures consumption characteristics on an architectural level. The outlined analysis predicts the energy efficiency of systems described with this language. Lastly, this work introduces an approach for considering transient effects in design time architecture analyses.

When complex IT systems are being developed, the usage of several programming and modelling languages can lead to inconsistencies that yield faulty designs and implementations. To address this problem, this work contributes a classification of consistency preservation challenges and an approach for preserving consistency. It is formalized using set theory and monitors changes to avoid matching and diffing problems. Three new languages that follow this preservation approach are presented.

Diese Arbeit widmet sich der Entwicklung zweier neuer Methoden zur Bestimmung von Zustandsmengen für lineare parametervariante Systeme. Erzeugt werden diese Zustandsmengen in Form von Intervallvektoren durch Intervallbeobachter auf Basis von unbekannten, aber beschränkten Unsicherheiten der Ein-/ Ausgangsgrößen und der Parameter. In Kombination mit einem neuartigen Intervallmodell des Wechselrichters wird die Wirksamkeit der Methoden am Beispiel der Asynchronmaschine gezeigt. The topic of this publication is the design of two new set-based methods for the determination of the states of linear parameter-varying systems. These sets are computed by interval observers based on unknown but bounded inputs, outputs and parameters. The effectiveness of the methods is demonstrated by the state estimation of an induction motor that is achieved by combining the interval observers with a novel model of a voltage source inverter.

Diese Arbeit untersucht Katalysatorheizstrategien auf die Emissionen während des Heizbetriebs, aber auch bei sich unmittelbar anschließender Lastaufschaltung bei verschiedenen Motortemperaturen. Es wird ein Brennverfahren vorgestellt, das auf die Erwärmung des Brennraums abzielt, ohne das Katalysatorheizen zu vernachlässigen. Die Untersuchungen finden an einem Ottomotor statt. Es wird auf die entstehenden Emissionen eingegangen. Außerdem wird die Flammenausbreitung experimentell bewertet. This work describes the influence of catalytic converter heating strategies on the emissions during heating operation, as well as during the subsequent load demand at different engine start temperatures. A novel strategy is presented, that provides heating of the combustion chamber, without decreasing the catalyst converter heating significantly. The studies were carried out on a gasoline engine. Emissions were examined in detail. In addition, the flame propagation is evaluated experimentally.

In dieser Arbeit werden drei verschiedene Aktuierungsarten von einkristallinen Ni-Mn-Ga Legierungen vorgestellt. Sie werden im folgenden als magneto-mechanische, magneto- thermische und thermo-mechanische Aktuierung bezeichnet. Diese Aktuierungsprinziepien basieren auf dem magnetischen Formgedächtniseffekt (MSM-Effekt) und der Kopplung zwischen den magnetischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften von Ni-Mn-Ga Legierungen. Die magnetische Dehnung von 10 % kann dabei erreicht werden. In this work, the actuation principles of single-crystal Ni-Mn-Ga alloys based on the magnetic shape memory effect (MSM-effect) and the coupling between their magnetic, mechanical and thermal properties, are investigated. The MSM effect is generated by the magnetically induced reorientation of the crystal structure. Thereby, the magnetic strain up to 10 % can be reached.

Ba$_{0,5}$Sr$_{0,5}$Co$_{0,8}$Fe$_{0,2}$O$_{3-d}$ (BSCF) zeichnet sich durch seine exzellente und energieeffiziente Bereitstellung von reinem Sauerstoff aus. Jedoch treten Instabilitäten in den elektrischen Eigenschaften und im Sauerstofftransport auf, welche auf strukturelle Änderungen im Kristallgitter zurückzuführen sind. Durch Dotierung mit Y, Ti und Nb soll die Stabilität des Gitters gewährleistet werden. Inwiefern die elektro¬chemischen Eigenschaften beeinflusst werden ist die zentrale Fragestellung dieser Arbeit. Ba$_{0,5}$Sr$_{0,5}$Co$_{0,8}$Fe$_{0,2}$O$_{3-d}$ (BSCF) is the most promising material für energy efficient oxygen separation membranes. But its electrical and transport properties are unstable at temperatures below 840 °C. Reasons are structural changes to secondary phases in the cubic lattice. By doping with Y, Ti and Nb the cubic lattice shall be stabilized. Goal of this work are analyses of the dopant's influences on BSCF's electrochemical properties.

Mit einem dreistufigen Untersuchungskonzept, bestehend aus einer Online-Befragung, Probandenfahrten mit einem Versuchsfahrzeug und mehreren Fahrsimulationen, wird die Wahrnehmung sowie das Fahr- und Blickverhalten in Arbeitsstellen längerer Dauer auf Bundesautobahnen analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sind in einem Modellansatz zusammengeführt, der es ermöglicht, in Abhängigkeit von den eingesetzten Arbeitsstellenelementen die Position im Fahrstreifen abzuschätzen. A three-staged study consisting of an online poll, experiment test drives with an experimental vehicle, and several tests in a driving simulator help analyze perception as well as driving- and viewing-behavior in long lasting construction zones on federal autobahn. This gained knowledge is later adapted into a model approach. This helps determine the car position within the lane depending on the present elements within road construction zones.

Die Tragfähigkeit von axial beanspruchten Vollgewindeschrauben kann nach derzeitigem Stand der Technik zutreffend bestimmt werden. Hingegen weisen die Berechnungsmodelle für die axiale Steifigkeit große Unterschiede auf. In dieser Forschungsarbeit wurden unterschiedliche Prüfmethoden zur Ermittlung der axialen Steifigkeit erprobt und analysiert. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse wurde schließlich eine Prüfmethode identifiziert und darauf beruhende Berechnungsmodelle entwickelt. The load-bearing capacity of axially loaded fully threaded screws can be determined correctly according to the acknowledged rules of technology. Whereas the currently available calculation models for the axial stiffness are clearly different from one another. In this research, different test methods for the determination of the axial stiffness were tested and analysed. Based on the test results, a test method was finally identified and calculation models were developed.

We worked on different magnetic molecules containing 3d and 4f magnetic centers. Their growth on metallic surfaces, topographies, spin states, magnetic properties and electron transport were locally investigated by using scanning tunneling microscopy (STM) at temperatures down to 30mK. The main achievement of this dissertation reveals the abrupt switching of crystal fields during formation of molecular contacts.

A survey of the German population addressed attitudes towards scenarios of big data practices, i.e. price discrimination in retail, credit scoring, differentiations in health insurance and in employment, with features of using internet data, automated decision-making, and selling of data. The study analysed behavioural adaptations, protection measures, relations to demographics, personal value orientations, knowledge about computers, and attitudes about privacy and data protection.

This work presents an efficient solution procedure for the elastohydrodynamic (EHD) contact problem considering structural dynamics. The contact bodies are modeled using reduced finite element models. Singly diagonal implicit Runge-Kutta (SDIRK) methods are used for adaptive time integration. The structural model is coupled with the nonlinear Reynolds Equation using a monolithic coupling approach. Finally, a reduced order model of the complete nonlinear coupled problem is constructed.

Die Wiederverwendung von Prozessmodellen bietet sich zur Reduzierung des hohen Modellierungsaufwands an. Allerdings ist das Auffinden von ähnlichen Modellen in großen Modellsammlungen manuell nicht effizient möglich. Hilfreich sind daher Suchmöglichkeiten nach relevanten Modellen, die als Vorlage zur Modellierung genutzt werden können. In dieser Arbeit werden Ansätze beschrieben, um innerhalb von Prozessmodellbibliotheken nach ähnlichen Modellen und Aktivitäten zu suchen. The reuse of process models is a promising technique to reduce modelling effort. Yet, finding similar models in large model collections is not feasible manually. A search functionality for relevant models, which can be used as a template, is therefore helpful. This work describes multiple techniques for finding similar process models and acitvities in process model repositories.

The work presents an attempt to improve the understanding of reactive drag reducing control of near-wall turbulence with respect to limitations present in a realistic application scenario. The reference reactive control scheme of opposition control is studied using direct numerical simulation through the consideration of various application oriented restrictions, i.e. local control application, limited spatial and temporal resolution of the scheme, sensor noise and control elements arrangement.

Das Hochtemperaturverformungsverhalten oxidpartikelverstärkter Stähle wurde untersucht und mit den resultierenden mikrostrukturellen Veränderungen korreliert. Aus den Ergebnissen wurde ein viskolpastisches Stoffgesetz abgeleitet und das Verformungsverhalten modelliert. The high-temperature deformation behavior of oxide dispersion strengthened steels was investigated and correlated to the resulting microstructure using electron microscopy. Viscoplastic constitutive equations were developed from the results to model the deformation behavior.

Multi-camera systems are being deployed in a variety of vehicles and mobile robots today. To eliminate the need for cost and labor intensive maintenance and calibration, continuous self-calibration is highly desirable. In this book we present such an approach for self-calibration of multi-Camera systems for vehicle surround sensing. In an extensive evaluation we assess our algorithm quantitatively using real-world data.

Value chains of bio-based chemicals are very complex. Hence, a strategic decision support tool for bioeconomic site and logistics planning is developed. It includes an integrated model and three sub-models: optimization for the locations and capacities of pretreatment plants, technical for technical and economic evaluations, risk for the evaluation of uncertainties. As a result, the model suggests a nearly optimal location and the associated logistic network for the production of biochemicals.

Diese Arbeit stellt neuartige Konzepte zur effizienten Entscheidungsunterstützung in der Rekonfiguration software-intensiver technischer Systeme mit limitiertem Wartungszugriff vor. Entgegen rein redundanzorientierter Ansätze, basiert die verfolgte Methodik auf der prädiktiven Vorausberechnung adäquater Konfigurationsalternativen im relevanten Lösungsraum. Das Wissen über Konfigurationsbeziehung wird frühzeitig manifestiert und zur autarken kosteneffizienten Abwägung der Alternativen eingesetzt. This work presents novel concepts for efficient decision support in reconfiguring software-intensive technical systems with limited maintenance access. In contrast to purely redundancy-oriented approaches, the proposed methodology is based on the predictive pre-calculation of adequate configuration alternatives in the relevant design space. The knowledge about configuration relationships is manifested early and used for the autonomic cost-efficient assessment of configuration alternatives.

Für die Mensch-Roboter-Interaktion wird in dieser Arbeit eine Methode zur Überwachung der komplexen, dynamischen Roboterumgebung vorgestellt. Die Roboterbewegung wird basierend auf dem Konzept der modellprädiktiven Regelung unter Berücksichtigung der detektierten Hindernisse und der stattfindenden Kontakte des Roboters mit seiner Umgebung geregelt, um Kollisionen zu vermeiden und angemessen auf Kontakte zu reagieren. Die Ansätze werden auf einem mobilen Manipulator validiert. For human-robot-interaction, this work proposes a method for monitoring the complex, dynamic environment of the robot. The robot motion is controlled based on the concept of nonlinear model predictive control. The controller considers the detected obstacles and intended or unintended contacts of the robot with its environment so that undesired collisions are avoided and an adequate reaction to contacts is achieved. The proposed approaches are analyzed on a mobile manipulator.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die mathematische Modellierung von Vollmantelzentrifugen zur dynamischen Simulation des Separationsvorgangs in Echtzeit. Der entwickelte Bilanzraum-Ansatz koppelt das Verweilzeitverhalten mit den Materialeigenschaften und erlaubt so eine zeit- und ortsaufgelöste Simulation für Vollmantelzentrifugen. Die tiefgreifenden Einblicke in den Trennprozess eröffnen neben einer besseren Auslegung auch neue Anwendungsfelder wie die dynamische Fließschema-Simulation. The aim of the present work is the mathematical modeling of solid bowl centrifuges for the dynamic simulation of separation processes in real time. The developed compartment model couples the residence time behavior with the material properties and thus allows a time and space-resolved simulation for solid bowl centrifuges. The profound insights into the separation process open up not only a better design, but also new fields of application such as the dynamic flowchart simulation.