Qucosa: Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
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High performance drive for electric vehicles – System comparison between three and six phase permanent magnet synchronous machines
Get PDFIn this paper, three different system topologies for a high performance electric vehicle drive are compared to each other. Next to the classical three phase permanent magnet synchronous machine in different connection schemes, also one topology containing a six phase machine has been included into the study. Suitable inverter topologies are discussed as well as the design of the multiphase winding of the six phase machine. For each of the topologies under investigation, identical types of power semiconductor devices available on the market have been defined as well as an identical active volume of the inverter. The three system topologies (three phase single star machine with parallel inverters, three phase machine in H-bridge / six leg connection, six phase double star machine) have been compared to each other regarding their performance as well as their active short circuit and no-load characteristics. It has been shown by means of simulation that the six phase PSM structure offers some remarkable advantages with regard to its three phase counterparts which makes it adequate for high performance electric vehicle drive applications.:I. Introduction
II. Inverter Topologies
II.a) Three Phase, Single Star with Parallel Inverter (m3)
II.b) Three Phase, H-bridge (m3h)
II.c) Six Phase, Double Star (m6)
III. Design of Electrical Machine
IV. Simulation Results
IV.a) Peak Performance
IV.b) Induced Back-e.m.f.
IV.c) Stationary Short Circuit Condition
V. System Comparison
VI. Conclusio
Philosophische Probleme und soziale Auswirkungen der künstlichen Intelligenz
Get PDFDie Begriffe der künstlichen Intelligenz und ihrer zentralen Komponente, der Wissensverarbeitung, werden aus der Sicht eines Informatikers der 1980er Jahre konzeptionell beschrieben. Nach dem Aufzeigen prinzipieller Möglichkeiten und Grenzen der Technologie erfolgt die Diskussion zu Fragestellungen im weltanschaulichen und gesellschaftlichen Kontext.:1. Einleitung
2. Was ist künstliche Intelligenz?
3. Wissensverarbeitung als Grundlage der künstlichen Intelligenz
4. Möglichkeiten und Grenzen der Wissensverarbeitung
5. Philosophische Probleme und soziale Auswirkungen der künstlichen Intelligenz
6. Schlussbemerkunge
Entwicklung und Evaluierung eines Rahmenkonzepts zum Programmierenlernen an Hochschulen
Get PDFEntwicklung und Erprobung eines Rahmenkonzepts zum Programmierenlernen an Hochschulen. Das Programmierenlernen ist bereits seit den 1980er Jahren Gegenstand der allgemeinen Hochschullehre. Dennoch besitzt es auch nach über vierzig Jahren eine hohe Aktualität für die Forschung im Bereich des Lehrens und Lernens. Robins (2019) gibt einen umfassenden Überblick zum aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet. Darin wird deutlich, dass es unter den Lehrenden für Grundlagenkurse zum Programmierenlernen kaum Übereinstimmung bezüglich der Methodik, zu allgemein akzeptierten Lehrinhalten und zur Diagnostik der Erreichung von Lernzielen gibt. Konsenz besteht darin, dass für das Programmierenlernen komplexe kognitive Anforderungen in den Teilbereichen des Programmverstehens und des Programmschreibens bestehen, da beim Programmieren dynamische Abläufe generischer Problemlöseprozesse mit den Mitteln formaler Programmiersprachen zu beschreiben sind. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein lernpsychologisch fundiertes Rahmenmodell zum Programmierenlernen zu entwerfen und dieses im realen Lehrbetrieb an einer Hochschule zu erproben.:1. Problemstellung und Ziele
2. Programmierenlernen unter Nutzung einer aufgabenbasierten Methodik
2.1. Die Spezifika des Programmierenlernens
2.2. Methodiken aufgabenbasierten Lernens
2.3. Lernhandlungen zum Programmierenlernen
3. Die Gestaltung von Aufgabenfolgen zum Programmierenlernen
3.1. Strukturierung der Lernziele
3.2. Entwicklung von Lernaufgaben
3.3. Dokumentation von Aufgabensets
3.4. Implementierung der Aufgabenfolgen mit Hilfe von Jupyter Notebook
3.5. Diagnose des Lernfortschritts unter Nutzung eines kognitiven Modells zur Abbildung der Kompetenzaspekte
4. Begleitende Untersuchungen des Programmierkurses im Lehrbetrieb der Hochschule
4.1. Machbarkeitsstudie zur Erfassung der Programmierkompetenz unter Nutzung des 5-S-Modells
4.2. Machbarkeitsstudie zur Zuverlässigkeit der angeleiteten Selbstbewertung von Lernstandserhebungen
4.3. Machbarkeitsstudie zur Erfassung der produktiven Grundeinstellung unter Nutzung von Skalen aus Bildungsstudien
4.4. Ergebnisse der Lernstandserhebungen im Kontext der Lehr-Lern-Situation
4.5. Interviews mit Studierenden und Lehrkräften als Retrospektive zur Lehrveranstaltung
4.6. Zusammenfassung
5. Zusammenfassung und Ausblick
5.1. Das kombinierte Rahmenmodell zum Programmierenlernen
5.2. Gestaltung von Aufgabenfolgen zum Programmierenlernen
5.3. Modellbasierte Diagnose des Lernstandes als Bestandteil eines Feedback-Prozesses
5.4. Themen weiterführender Forschung
5.5. Reflektion dieser Arbeit unter Nutzung der IOOI-Methode
5.6. Fazi
Laying performance characteristics, egg quality, and integument condition of Saxonian chickens and German Langshan bantams in a free-range system
Get PDFIndigenous poultry breeds represent an important animal genetic resource. However, their characteristics in respect of performance, product quality, and integument condition are often poorly investigated. Therefore, the local breeds Saxonian chickens (SaChi) and German Langshan bantam chickens (GLB) of different plumage colors were characterized. The high-performing hybrid strain of Lohmann brown chickens (LB) served as the control group. For each group, 60 hens and 6 roosters were studied in an extensive free-range system from 21 to 80 wk of life. The plumage and foot pad quality were scored on 9 distinct observation dates and the measurements of the egg quality were performed at 7 different time periods.
The number of eggs per hen housed in the first laying year was significantly lower in the SaChi (146.4 ± 30.8) and the GLB chickens (107.8 ± 20.4) when compared to the LB chickens (295.0 ± 16.8) (P < 0.001). Regarding laying performance, we detected effects of plumage color within both local breeds (P < 0.001). Within 4/7 plumage colors, effects of the breeder were also found (P ≤ 0.037). The eggs of the local chicken breeds showed lower egg weights (P < 0.001), shell breaking strength (P ≤ 0.041), albumen consistency (P < 0.001), and a lower egg shape index (P < 0.001), but higher proportions of yolk (P < 0.001) when compared to the eggs of the LB chickens. The logistic regression models for the plumage and footpad condition demonstrated that the SaChi and GLB hens underwent less plumage loss and footpad swelling than the LB hens (P < 0.001).
Overall, this study shows that the laying performance of the local breeds was significantly lower, but there were noticeable advantages in terms of egg composition and animal welfare indicators when compared to a high-performing hybrid strain. In further studies and the use in extensive production systems, the observed performance differences between plumage colors and breeders should be taken into account
Momentum work and the energetic foundations of physics: I. Newton’s laws of motion tailored to processes
Get PDFModern physics is based on Newton’s laws of motion, which describe interaction via forces. In this paper, we argue that interaction needs to be described in terms of processes. By introducing the momentum work and the associated momentum energy in mechanics, we present a coherent formulation of the process equations for mechanics and thermodynamics. This naturally leads to a simple derivation of the Lorentz-transformed mass, according to which any object changes its mass in real terms when its velocity is changed. Momentum work requires a revision of Newton’s laws of motion. For the first time in the history of physics, the elastic collision between objects, such as particles, can be described as a temporal process, not as interaction via force = counter-force. The mechanism of energy conversion during the elastic collision and other mechanical processes, such as free fall, becomes clear and demonstrates the validity of the principle of energy conservation on microscale at any point in time. The results suggest that physics can be rebuilt on a more coherent footing of dynamic processes up to quantum-process thermodynamics
Development of Polymer-Ceramic Composite Materials for the Winding Insulation of Highly Utilized and Energy-Efficient Electrical Machines
Get PDFThe electromagnetic utilization of an electrical machine can be increased by raising the current density, with a limitation resulting from the maximum permissible temperature of the winding insulation. Conventional insulating materials only have a low specific thermal conductivity, which results in large temperature gradients in the winding cross section and consequently hotspots. This article presents the development and characterization of ceramic-like composite materials based on filled polysiloxanes for
the dip coating of lamination stacks and the impregnation of the winding of electrical machines. The specific equivalent thermal conductivity is determined on composite winding samples, the thermal cycle stability is examined and the microstructure is analyzed with the scanning electron microscope. The manufacturability
and the partial discharge behavior are examined based on test samples. The results of tests on an electric traction machine are used to show the potential for increasing the power density
Proceedings of the 26th Bilateral Student Workshop CTU Prague and HTW Dresden - User Interfaces & Visualization
Get PDFThis technical report publishes the proceedings of the 26th Bilateral Student Workshop CTU Prague and HTW Dresden - User Interfaces & Visualization -, which was held on the 1st and 2nd December 2023. The workshop offers a possibility for young scientists to present their current research work in the fields of computer graphics, human-computer-interaction, robotics and usability. The workshop is intended to be a platform to bring together researchers from both the Czech Technical University in Prague (CTU) and the University of Applied Sciences Dresden (HTW). The German Academic Exchange Service offers its financial support to allow student participants the bilateral exchange between Prague and Dresden.:1) Václav Pavlovec: Multi-Boundary Labeling, pp. 2–5
2) Philipp Ballin: Influence of Speed, Direction, and Intensity of Vibrotactile Animations onto Emotional Level, pp. 6–14
3) Niklas Maximilian Kothe, Leon Kolosov: Errors In Pictures, pp. 15–21
4) Jan Trávníček: Automatic Sports Equipment Rental Service, pp. 22–26
5) Jimmy Orawetz, Felix Mühlberg: Capturing and Reproducing Atmospheres, pp. 27–32
6) Vojtěch Leischner: Time Based Audio-movement Graph, pp. 33–37
7) Markéta Machová: Balancing Exercises for Seniors in VR with Interactive Elements, pp. 38–41
8) Radka Olyšarová: MediaPipe Based Leg Tracking Method for Sensorimotor Walking Exercise for Elderly in VR, pp. 42–46
9) Vojtěch Radakulan: Application of Diegetic and Non-Diegetic Navigation in Virtual Reality, pp. 47–51Dieser Tagungsband enthält die Beiträge des 26. Bilateralen Studentenworkshops der CTU Prag und der HTW Dresden zu User Interfaces & Visualization, der am 1. und 2. Dezember 2023 stattfand. Der Workshop bietet jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre aktuellen Forschungsarbeiten in den Bereichen Computergrafik, Mensch-Computer-Interaktion, Robotik und Usability zu präsentieren. Der Workshop soll eine Plattform sein, um Forschende der Tschechischen Technischen Universität Prag (CTU) und der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW) zusammenzubringen. Der Deutsche Akademische Austauschdienst stellt die finanzielle Unterstützung bereit, um den studentischen Teilnehmenden den bilateralen Austausch zwischen Prag und Dresden zu ermöglichen.:1) Václav Pavlovec: Multi-Boundary Labeling, pp. 2–5
2) Philipp Ballin: Influence of Speed, Direction, and Intensity of Vibrotactile Animations onto Emotional Level, pp. 6–14
3) Niklas Maximilian Kothe, Leon Kolosov: Errors In Pictures, pp. 15–21
4) Jan Trávníček: Automatic Sports Equipment Rental Service, pp. 22–26
5) Jimmy Orawetz, Felix Mühlberg: Capturing and Reproducing Atmospheres, pp. 27–32
6) Vojtěch Leischner: Time Based Audio-movement Graph, pp. 33–37
7) Markéta Machová: Balancing Exercises for Seniors in VR with Interactive Elements, pp. 38–41
8) Radka Olyšarová: MediaPipe Based Leg Tracking Method for Sensorimotor Walking Exercise for Elderly in VR, pp. 42–46
9) Vojtěch Radakulan: Application of Diegetic and Non-Diegetic Navigation in Virtual Reality, pp. 47–5
Promoting and Advancing Hydrogen Fuel Cell Technologies: The Open Fuel Cell Design Platform as an Open Hardware Initiative for Research, Development, and Education
Get PDFThe 'Open Fuel Cell' (OFC) is an open hardware initiative of the Chairs of Energy Technology and Manufacturing Technology at the University of Duisburg-Essen and the Hydrogen and Fuel Cell Center ZBT. We documented the manufacturing of a passive proton-exchange membrane fuel cell (PEMFC) using easily accessible materials and instruments, such as 3D-printers and com-puter numerical control (CNC) milling machines. Materials and construction pro-tocols can be downloaded at https://openfuelcell.org/. The OFC can be operated with a commercially available small hydrogen storage container. While the OFC can be used to operate low power electrical consumers (LED light strips, small fan) the main purpose is to offer a low-cost experimental environment to explore the electrochemical correlations of a PEMFC as well as the engineering involved in the construction and design of such a cell and thereby to spark the fascination for hydrogen technologies. However, we are confronted not just with inquiries from schools but also from universities of applied sciences. Their funding often does not allow to purchase standard fuel cell test rigs and they intend to use the OFC both in research and teaching. We present the OFC as an open science plat-form on which schools, universities, maker spaces and businesses can build upon. We hope to have launched an open hardware system that grows through commu-nity contributions, propelling a fast transition to a carbon-free energy system
Momentum work and the energetic foundations of physics: II. The ideal gas law derived via processes
Get PDFIn Paper I of this series, the elastic collision was described via simultaneous processes, where the energy is conserved at any moment. In this paper, we critically review the kinetic theory of gases, which was developed based on Newtonian mechanics, and show that it violates the principle of the conservation of energy. By placing the energy conservation at the beginning of the deductive formalism, we derive the ideal gas law via equally strong simultaneous counter-processes at the walls, namely, momentum work and volume work. Several new insights into the state variables of an ideal gas are obtained: (i) pressure cannot be expressed via the kinetic energy of an ideal gas, and (ii) temperature can be interpreted as a particle-related (microscopic) state variable. The historical choice to set a zero point of the potential energy for a confined ideal gas needs to be corrected, and the internal energy of an ideal gas turns out to include more forms of energy than specified in the kinetic theory of gases. Finally, and importantly, we show that the process approach to an ideal gas and thus to collisions is experimentally confirmed
Modellierung und automatische Validierung von Anschauungsmodellen für die buildingSMART „BIM-Klassen der Verkehrswege“ mit card_1
Get PDFDie Bachelorarbeit untersucht die praktische Umsetzung des buildingSMART-Klassenkatalogs „BIM-Klassen der Verkehrswege“ in der Software card_1 und dessen Exportmöglichkeiten im IFC-Format. Es wird gezeigt, wie ein fiktives Anschauungsmodell einer Kreuzungsszene erstellt und mithilfe des Klassenkatalogs klassifiziert wird. Zusätzlich wurde eine Kommandozeilenanwendung entwickelt, die die mit card_1 erstellten IFC-Dateien validiert, um die korrekte Zuordnung der Klassifikationen zu überprüfen. Der Modellierungsprozess wurde in einem Modellierungshandbuch dokumentiert, das die verwendeten Methoden und Werkzeuge detailliert beschreibt. Die Ergebnisse zeigen, dass card_1 IFC-Exporte nach IFC 4 und IFC 4x1 unterstützt, jedoch nicht alle Objekte mit Geometrie versehen sind. Trotz der fehlenden Geometrie werden diese Objekte semantisch im IFC-Schema abgebildet.:1. Einleitung
2. Stand der Forschung und Technik
2.1. BIM
2.1.1. Ansätze
2.1.2. BIM im Infrastrukturbau
2.2. Klassenkatalog „BIM-Klassen der Verkehrswege 2.0“
2.2.1. Anforderungen
2.2.2. Vorgehensweise der Ausarbeitung
2.2.3. Inhalt und Struktur
2.3. IFC
2.3.1. Aufbau und Struktur
2.3.2. Versionen
2.3.3. Attributierungs- und Klassifizierungsmöglichkeiten
2.4. Modellierungssoftware card_1
2.4.1. Programmphilosophie
2.4.2. Neuer Straßenentwurf (NSE) und Fachobjektstruktur
3. Methodik
3.1. Modellierungshandbuch
3.2. Modellierung mit card_1
3.2.1. Wissensbeschaffung
3.2.2. Auswahl der Klassen
3.2.3. Datenbeschaffung
3.2.4. Modellierungsvorlage
3.2.5. Modellierung
3.2.6. Attributierung
3.2.7. Verwendete Klassen
3.2.8. IFC Export
3.3. Programmierung
4. Praktische Umsetzung
4.1. Klassifizierung und Attributierung in card_1
4.2. IFC-Exportmöglichkeiten von card_1
5. Entwicklung der Kommandozeilenapplikation
5.1. Anforderungen
5.2. Programmierung und Implementierung
5.2.1. Modellstruktur des card_1 IFC Modells
5.2.2. Genutzte Bibliotheken
5.2.3. Programmablauf
6. Ergebnisse
6.1. Anschauungsmodell in card_1
6.2. Anschauungsmodell in IFC
6.3. Herausforderungen und Limitationen
6.4. Kommandozeilenapplikation
7. Zusammenfassung und Ausblick
7.1. card_1
7.2. card_1 Modell
7.3. Erweiterung der Kommandozeilenapplikation
7.4. Klassenkatalog
8. Fazit
A. Anhang
B. Verzeichnis der digitalen AnlagenThe bachelor thesis examines the practical implementation of the buildingSMART class catalog “BIM-Klassen der Verkehrswege” in the card_1 software and its export options to the IFC format. It is shown how a fictive model of an intersection scene is created and classified using the class catalog. In addition, a command line application was developed that validates the IFC files created with card_1 in order to check the correct assignment of the classifications. The modeling process was documented in a modeling guide that describes the methods and tools used in detail. The results show that card_1 supports IFC exports to IFC 4 and IFC 4x1, but not all objects are provided with geometry. Despite the lack of geometry, these objects are semantically mapped in the IFC schema.:1. Einleitung
2. Stand der Forschung und Technik
2.1. BIM
2.1.1. Ansätze
2.1.2. BIM im Infrastrukturbau
2.2. Klassenkatalog „BIM-Klassen der Verkehrswege 2.0“
2.2.1. Anforderungen
2.2.2. Vorgehensweise der Ausarbeitung
2.2.3. Inhalt und Struktur
2.3. IFC
2.3.1. Aufbau und Struktur
2.3.2. Versionen
2.3.3. Attributierungs- und Klassifizierungsmöglichkeiten
2.4. Modellierungssoftware card_1
2.4.1. Programmphilosophie
2.4.2. Neuer Straßenentwurf (NSE) und Fachobjektstruktur
3. Methodik
3.1. Modellierungshandbuch
3.2. Modellierung mit card_1
3.2.1. Wissensbeschaffung
3.2.2. Auswahl der Klassen
3.2.3. Datenbeschaffung
3.2.4. Modellierungsvorlage
3.2.5. Modellierung
3.2.6. Attributierung
3.2.7. Verwendete Klassen
3.2.8. IFC Export
3.3. Programmierung
4. Praktische Umsetzung
4.1. Klassifizierung und Attributierung in card_1
4.2. IFC-Exportmöglichkeiten von card_1
5. Entwicklung der Kommandozeilenapplikation
5.1. Anforderungen
5.2. Programmierung und Implementierung
5.2.1. Modellstruktur des card_1 IFC Modells
5.2.2. Genutzte Bibliotheken
5.2.3. Programmablauf
6. Ergebnisse
6.1. Anschauungsmodell in card_1
6.2. Anschauungsmodell in IFC
6.3. Herausforderungen und Limitationen
6.4. Kommandozeilenapplikation
7. Zusammenfassung und Ausblick
7.1. card_1
7.2. card_1 Modell
7.3. Erweiterung der Kommandozeilenapplikation
7.4. Klassenkatalog
8. Fazit
A. Anhang
B. Verzeichnis der digitalen Anlage