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Technische Universität Dresden
Institut für Feinwerktechnik und
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Themen für Diplomarbeiten

 

Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote vor dem Raum BAR II/26 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!

 

 


Arbeitsgruppe Entwurfsautomatisierung
 

 

Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf

In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH werden folgende Themen angeboten:

(1) Charakterisierung und optimaler Betrieb von pulsbaren Infrarot-Strahlern: In modernen NDIR-Gassensoren werden pulsbare IR-Strahler eingesetzt, in der Regel thermische Emitter, aber zunehmend auch IR-LEDs. Die Herausforderung hier ist ein langzeitstabiler Betrieb unter wechselnden Umgebungstemperaturen. Gegenstand der Aufgabe ist die Charakterisierung von Strahlern sowie Untersuchungen zur optimalen Betriebsweise.

(2) Konstruktion und Aufbau von Demonstratoren für Fabry-Pérot-(FP)-Mikrospektrometer: Infrarot-Detektoren besitzen durchstimmbare FP-Filtern, mit denen sich spektrometrische Sensoren für verschiedene Anwendungsgebiete realisieren lassen. Es soll ein Messedemonstrator für einen ausgesuchten Anwendungsfall entworfen, aufgebaut und getestet werden.

(3) Entwurf einer Serienmesstechnik für geregelte Fabry-Pérot-(FP)-Detektoren: Die Aufgabe umfasst den Entwurf und ggf. den Aufbau eines Prototypen zur Serienmessung der geregelten Varianten der FP-Detektoren.

(4) Modernisierung eines Goniometer-Messplatzes: Die Empfindlichkeit der Detektoren ist  winkel- bzw. richtungsabhängig, ein wichtiger Vergleichsparameter ist hierbei der Field Of View (FOV). Die Richtcharakteristik von Strahlern ist ein weiterer messtechnischer Aspekt. Der bereits existierende Goniometer-Messplatz ist hierfür nur bedingt einsetzbar. Die motorgetriebene Ausrichtung und die rechnergestützte Datenaufnahme & -aufbereitung sollen modernisiert werden.

(5) Verfahren und Algorithmen für die Multimodenauswertung mit FP-Mikrospektrometern: FP-Mikrospektrometer arbeiten als durchstimmbare schmalbandige Filter, indem eine einzelne Interferenzordnung der zugrundeliegenden Fabry-Pérot-Interferometer-(FPI)-Struktur isoliert wird. Der nutzbare Durchstimmbereich ist hierbei durch den sogenannten Freien Spektralbereich (FSR) begrenzt. In der Arbeit sollen Ansätze erarbeitet werden, mit denen es möglich ist, mehrere Interferenzordnungen des FPI gleichzeitig für die Messung zu nutzen und damit den erfassbaren Spektralbereich zu erweitern (Multiplex-Betrieb).

 

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Jens Lienig
BAR II/20D, Tel. 463 34742
Jens.Lienigtu-dresden.de

 

 

Bestimmung von Reibparametern

Verschleißvorgänge in mechatronischen Systemen werden unter anderem durch Reibung hervorgerufen. Deshalb ist die genaue Charakterisierung von Parametern für Reibvorgänge erforderlich. Häufig sind die auftretenden Reibkräfte abhängig von Geschwindigkeit, Normalkraft und Oberflächenbeschaffenheit. Um den Reibprozess zu modellieren, sind deshalb zahlreiche Messungen erforderlich. Diese sind an einem zu erstellenden Versuchsaufbau durchzuführen.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

 

 

Verdrahtungsdichtevorhersage mittels globalen Verdrahtungswerkzeugs

Bei der Platzierung der Standardzellen in modernen integrierten Schaltungen ist die Verdrahtbarkeit ein zentrales Optimierungsziel. In der Regel ermöglicht erst diese Optimierung eine erfolgreiche Verdrahtung. Zur möglichst genauen Abschätzung der Verdrahtungsdichte können globale Verdrahtungsalgorithmen (Global Routing) eingesetzt werden. Dabei werden auf einem groben Raster für alle Netze Verdrahtungspfade ermittelt.

Ein am Institut entwickelter und in C++ implementierter Platzierungsalgorithmus soll um ein globales Verdrahtungswerkzeug erweitert werden, das als fertig verwendbare Bibliothek vorliegt. Die Vorhersage der Verdrahtungsdichte ist bei der Platzierung zu berücksichtigen. Eine gegebene Benchmark-Sammlung ermöglicht die Verifikation der Ergebnisse.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de

 

 

Entwicklung eines Verfahrens zur Transformation von Randbedingungen

Beim Entwurf analoger integrierter Schaltungen müssen eine Vielzahl von Randbedingungen berücksichtigt werden. Oftmals hängt der Zustand dieser Randbedingungen von Designparametern ab, die je nach Entwurfsschritt und verwendetem (Software-)Werkzeug nicht direkt manipuliert werden können. Um diese Randbedingungen dennoch berücksichtigen zu können, müssen sie zuerst transformiert werden. Dabei werden sie in eine Menge neuer Randbedingungen umgewandelt, die schließlich doch direkt beeinflusst werden können. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung und Untersuchung eines Verfahrens zur automatischen Transformation von Randbedingungen.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Andreas Krinke
BAR II/27, Tel.
463 34705
Andreas.Krinketu-dresden.de

 

 

Charakterisierung der Elektromigrationsauswirkungen von Wechselstrom in digitalen Netzen

Die stetige Miniaturisierung der integrierten Schaltungen (ICs) mit jedem neuen Technologieknoten (90nm, 45nm, 32nm, 22nm, …) verschärft die Auswirkungen von Elektromigration (EM). Elektromigration ist ein Materialtransport in integrierten IC-Leiterbahnen, der wesentlich durch zu hohe Stromdichten ausgelöst wird. Durch die fortschreitende Verkleinerung der Querschnittsfläche fallen mehr und mehr Leiterbahnen in den heutigen Prozessorkernen aus. Früher waren vor allem Gleichstromnetze von EM betroffen, heute jedoch tritt dieser Effekt auch in den digitalen Netzen auf. Wechselstrombelastungen führen zwar zu einem gewissen Grad an Selbstheilung, jedoch ist dieser Prozess unvollständig. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Modell zu entwickeln und zu verifizieren, welches den Zusammenhang von Wechselstrombelastungen und EM-Auswirkungen charakterisiert.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Layouterzeugung mit freien Technologien und kommerziellen Entwurfswerkzeugen

Im Schaltungsentwurf unterliegen speziell die Technologien und Bibliotheken der einzelnen Chiphersteller einer strengen Geheimhaltung. Das erschwert die Forschung und Entwicklung in der Entwurfsautomatisierung, da die Verifikationsmöglichkeiten an aktuellen Technologien fehlen. Aus diesem Grund existieren sogenannte „FreePDKs“ und „Open Cell Libraries“. Diese sind für akademische Forschungszwecke frei zugänglich und sollen am Institut verfügbar gemacht werden. Dazu sind Synthese-, Platzierungs- und Verdrahtungsschritte mit kommerziellen Werkzeugen von „Cadence“ oder „Synopsys“ auszuführen. Als Schaltungsbeschreibungen können frei verfügbare Designs wie die des „OpenSPARC-T1“-Microcontrollers genutzt werden.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Weiterentwicklung eines Verdrahtungswerkzeuges

Integrierte Schaltungen können aus mehreren tausenden bis hunderttausenden Standardzellen bestehen, die nach der Platzierung verdrahtet werden müssen. Um diesen Prozess anhand von Teststrukturen bzw. Schaltungen besser am Institut untersuchen zu können, wurde ein eigenes Verdrahtungswerkzeug entwickelt. Ziel dieser Aufgabe ist es, die aktuelle Implementierung in C/C++ weiterzuentwickeln. Dabei soll sowohl Laufzeit und Verdrahtbarkeit verbessert werden als auch die Berücksichtigung von Randbedingungen.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Untersuchung von kommerziellen Verdrahtungswerkzeugen hinsichtlich ihrer Beeinflussbarkeit

Im digitalen Schaltungsentwurf existieren Entwurfswerkzeuge deren Funktionsumfang sehr universell gestaltet ist. Ein Beispiel dafür sind die bereitgestellten Schnittstellen eines Verdrahtungswerkzeuges. Bei diesem können Randbedingungen wie die Leiterbahnbreite extern vorgegeben werden und der Verdrahter berücksichtigt diese bereits während der Layoutgenerierung. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Schnittstellen genauer zu untersuchen und zu charakterisieren. Dabei ist zu analysieren, in wie weit kommerzielle Tools am Markt durch externe Randbedingungen beeinflussbar sind und wie sich diese Randbedingungen im späteren Layout auswirken.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Grundsteinlegung und Implementierung eines „timing-driven Placers“

Die digitale Schaltungserstellung wird oft iterative ausgeführt, da das initiale Ergebnis meist nicht allen Taktvorgaben genügt. Diesem Problem kann durch ein „timing-driven Placment“, also eine taktgesteuerte Platzierung, entgegen gewirkt werden. Dabei platziert man zeitkritische Standardzellen möglichst nahe aneinander, sodass die Mehrheit der Taktrandbedingungen eingehalten werden können. Ziel dieser Arbeit ist es, den Stand der Technik aufzuarbeiten und grundlegende Einflussfaktoren herauszuarbeiten. Außerdem soll ein geeigneter Platzierungsalgorithmus ausgewählt und später in C/C++ implementiert werden. Durch diese Arbeit soll der Grundstein für einen „timing-driven Placer“ gelegt werden.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Entwicklung eines Platzierungsalgorithmus zur Berücksichtigung von Elektromigration

Elektromigration (EM) führt mehr und mehr zum Ausfall von Leiterbahnen in integrierten Schaltungen (ICs). Die Lebensdauer einer Leiterbahn hängt stark von den auftretenden Stromdichten ab. Die kontinuierlichen Strukturverkleinerungen erhöhen die Stromdichte und somit auch die EM-Auswirkungen. Deshalb sollte EM bereits während der Layoutsynthese berücksichtigt werden. Der Platzierungsschritt bietet dazu Potenzial, da dort die Lage der einzelnen Standardzellen festgelegt wird. In dieser Arbeit soll ein Platzierungsalgorithmus entworfen werden, der auf dem Stand der Technik aufbaut und EM berücksichtigt.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Steve Bigalke
BAR II/27, Tel.
463 34705
steve.bigalketu-dresden.de

 

 

Finite-Elemente-Rechnung für Elektromigrationsuntersuchungen

Die Vorhersage der Lebensdauer von Leitbahnen, welche durch Elektromigration begrenzt ist, ist eine wichtige Voraussetzung für den Entwurf moderner integrierter Schaltkreise. Da für diese Vorhersage wichtige Parameter nicht exakt gemessen werden können, sind Simulationen erforderlich. Ziel der Arbeit ist es, mit Hilfe von freien Software-Paketen eine Methodik zur Berechnung Elektromigrations-relevanter Parameter zu entwickeln.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Matthias Thiele
BAR II/32, Tel.
463 36263
Matthias.Thieletu-dresden.de

  

 

 

 


Arbeitsgruppe Entwurf elektronischer Systeme
 

 

Entwurf einer ultra-low-power Mikrocontrollerplattform für Sensorikanwendungen (ab Juni 2017)
Das räumlich verteilte Erfassen physikalischer Größen ist Grundlage für viele aktuelle Geräte. Beispiele hierfür sind das Messen der Temperatur oder Beleuchtungsstärke bei der Gebäudeautomation oder das Erfassen der Temperatur von Freileitungen. Diesen Anwendungen ist oft gemein, dass sie sehr stromsparend ausgelegt sein müssen, da sie dezentral mit Energie versorgt werden. In der der Diplomarbeit soll für solche Anwendungsfälle eine Sensorplattform erarbeitet werden.
 Hierzu sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Analyse typischer Sensoranwendungen,

  • Ableiten eines Verbrauchszyklenmodells,

  • Recherche aktueller stromsparender Mikrocontrollerfamilien, Auswahl geeigneter Bauelemente unter Berücksichtigung der Programmierumgebung,

  • Schaltungsentwicklung einer typischen Sensoranwendung, Leiterplattenentwurf, Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung,

  • Charakterisieren und Dokumentieren der erreichten Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

 

Entwicklung eines Verfahrens zum Kalibrieren von Farbsensoren

Unter Verwendung integrierter Farbsensoren lassen sich Geräte zum Bestimmen von Farbkoordinaten aufbauen. Diese gestatten beispielsweise die akustische Ausgabe der Farbe von Oberflächen in natürlicher Sprache. Zu einem am IFTE entwickelten Gerät zum Messen von Farbkoordinaten ist eine Kalibrierprozedur zu erarbeiten und umzusetzen. Hierzu sind zunächst Farbsysteme zu recherchieren, zu bewerten und auszuwählen, mit denen Farbabstände quantifiziert werden können. Darauf aufbauend ist ein Kalibrierverfahren für den vorliegenden Farbsensor abzuleiten und umzusetzen. Weiterhin sind Kriterien zur Bewertung des Kalibrierergebnisses festzulegen. Anhand dieser Kriterien ist im Anschluss die Qualität der Farberkennung vor- und nach der Kalibrierung zu beurteilen..
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Recherche, Bewertung und Auswahl geeigneter Farbsysteme und Farbabstandsformeln,

  • Entwickeln und Umsetzen einer Kalibrierprozedur für das vorliegende Farbmessgerät,

  • Auswahl von Kriterien zum Charakterisieren des Farbmessgerätes,

  • Bewerten der Ergebnisse der Farberkennung des Gerätes. 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

  

Implementieren technischer Maßnahmen zur Reduktion des Energieverbrauchs am Beispiel einer LED-Arbeitsplatzleuchte

Durch den Einsatz helligkeitsadaptiver und anwesenheitssensitiver LED-Arbeitsplatz­ leuchten lässt sich der Energieverbrauch im Vergleich zu konventionellen Lösungen deutlich reduzieren. Im IFTE wurden hierzu in verschiedenen Forschungsarbeiten funktionsfähige Lösungen erarbeitet. In der Diplomarbeit sollen diese Verfahren schaltungstechnisch zusammengefasst und unter besonderer Berücksichtigung der Kosten in einer LED-Arbeitsplatzleuchte umgesetzt werden.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Einarbeiten in den Stand der Technik und den gegenwärtigen Arbeitsstand,

  • Schaltungskonzeption unter besonderer Berücksichtigung der Kosten,

  • Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme der Ansteuerschaltung für LED-Leuchten,

  • Charakterisieren und Dokumentieren der erreichten Ergebnisse. 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

Entwicklung einer Hall-Sensor-Matrix zur Messung magnetischer Felder

Hall-Sonden dienen der Messung magnetischer Felder. Die im Magnetfeld messbare Hall-Spannung ist proportional zur magnetischen Flussdichte am Ort der Hallsonde. Diskrete uniaxiale Hall-Sensoren existieren dabei in miniaturisierten Bauformen und erlauben eine hohe räumliche Auflösung magnetischer Felder. Durch Messung mit Hall-Sensoren an verschiedenen Orten im Feldgebiet erhält man ein räumliches Bild des Magnetfeldes. Bei statischen Feldern genügt hierzu eine nacheinander an verschiedenen Orten platzierte Sonde, bei zeitlich veränderlichen Feldern ist ein Hallsonden-Array erforderlich.

Ziel der Arbeit ist der Entwurf und Aufbau eines solchen Messsystems. Schwerpunkte bilden dabei ein kompaktes Design, die Schaltungsentwicklung zur Signalverarbeitung und die Kalibrierung des Messsignals. Dabei müssen Offset-, Temperatur- und Linearitätsfelder berücksichtigt werden. In der Studien- oder Diplomarbeit sollen zunächst der Aufbau und die Kalibrierung an einem einzelnen Hall-Sensor vorgenommen werden. Anschließend ist die realisierte Lösung auf eine Anordnung von mehreren Hall-Sensoren auf einem gemeinsamen Verdrahtungsträger zu erweitern. Die Betreuung findet kooperativ durch das Fraunhofer IKTS und das IFTE statt.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Literatur-, Markt- und Patentrecherche zu geeigneten Sensoren und Lösungen,

  • Präzisierung der Anforderungen an Messbereich, Feldgebiet, räumliche und zeitliche Auflösung sowie Messgenauigkeit,

  • Auswahl eines Sensors unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften und der Anforderung an die Aufbau- und Verbindungstechnik (Robustheit, kleine Abmessungen),

  • Schaltungsentwicklung mit den Schwerpunkten Sensoreinspeisung, Signalverstärkung und Offset-Kompensation, Filterung und Temperaturkompensation (analog oder als Bestandteil der Signalverarbeitung) und Signalverarbeitung in Hinblick auf eine einfache Skalierbarkeit der Anzahl der Hall-Sensoren,

  • Aufbau und Inbetriebnahme der Schaltung und

  • Kalibrierung der Sensormatrix anhand einer auszuwählenden Referenz. 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

 

Dr.-Ing. Holger Neubert

 

Entwurf einer Ansteuerelektronik für ein mehrfarbiges elektrophoretisches Display

Elektrophoretische Displays sind unter dem Namen 'Elektronisches Papier' vor allem aus E-Book-Readern bekannt. Sie haben eine geringe Stromaufnahme im aktiven Betrieb und erhalten die Displayinformationen auch nach dem Abschalten der Spannungsversorgung. Seit Kurzem sind diese Anzeigen nicht nur als Graustufendisplays erhältlich, sondern gestatten zusätzlich das Verwenden von roter Farbe bei der Informationsdarstellung. Da diese Displaytechnologie noch relativ neu ist, gibt es keine standartisierten Lösungen zur Ansteuerung der Module mit einem Mikrocontroller. Aus diesem Grund soll in der Arbeit eine Lösung entwickelt werden, die eine solche Anzeige an einem Mikrocontroller adaptiert und damit Grundlage für den weiteren Einsatz ist.
Es sind folgende Teilaufgaben zu lösen:

  • Recherche der gegenwärtigen Anbieter von dreifarbigen Displays (weiß / schwarz / rot), zu verfügbaren Displaytypen, Bezugsquellen und Preisen und zu deren Ansteuerung,

  • Bewertung der Rechercheergebnisse anhand von geeigneten Kriterien, Auswahl eines Displays,

  • Entwurf der Ansteuerelektronik für das Display in Verbindung mit einem Mikrocontroller,

  • Layout, Aufbau und Inbetriebnahme der Elektronik,

  • Entwicklung einer Softwarebibliothek für grundlegende Anzeigefunktionen (Textanzeige, Linien, Pixelgrafiken) in der Programmiersprache C / C++ auf dem Mikrocontroller unter besonderer Berücksichtigung der Darstellungsgeschwindigkeit,

  • Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse. 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Frank Reifegerste
BAR II/32, Tel.
463 36296
frank.reifegerstetu-dresden.de

  

Entwicklung von Stromquellen für LED-Beleuchtungen mit hoher Leistung
Für LED-Beleuchtungen existieren zwei gängige Verfahren zum Einstellen der Helligkeit: das Dimmen mit Pulsweitenmodulation eines festen Ausgangsstromes oder über das Ein-stellen des Ausgangsstromes. Am IFTE entwickelte Schaltungen erlauben die Kombination beider Verfahren in einem Bereich von 50 mA bis 1,5 A. Die fortschreitende Entwicklung auf dem Gebiet der Hochleistungs-LED macht ein Re-Design der Schaltung für einen Ausgangsstrom von 3 A notwendig, um auch neuere LED-Typen effektiv betreiben zu können. Die hohe Linearität der Ausgangsschaltung soll erhalten bleiben.
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Analyse der bisherigen Schaltung,

  • Modularisieren der Funktionsgruppen,

  • Recherche und Auswahl geeigneter Bauelemente,

  • Schaltungsentwicklung inklusive Simulation der analogen Schaltungsgruppen, Leiterplattenentwurf, thermischer Dimensionierung und Inbetriebnahme,

  • Charakterisieren und Dokumentieren der erreichten Ergebnisse.

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Tobias Heimpold
BAR II/29, Tel.
463 32245
tobias.heimpold
tu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Stefan Drechsel
BAR II/29, Tel.
463 32245
stefan.drechsel
tu-dresden.de

 

 

 

 


Arbeitsgruppe Feinwerktechnische Konstruktionen und Systeme
 

 

mehrere Themen sind in Abstimmung zu vergeben bezüglich:
- Entwicklungen von Modulen für additive Fertigungstechnologien
- Innovative Bandage für Frakturbehandlungen
- Entwicklung von Geräten und Technologien für spezielle medizinische Anwendungen

Aufgrund von Geheimhaltungsvereinbarungen mit der Wirtschaft können hier leider keine Details genannt werden. Bei Interesse bitte persönlich vorsprechen.


Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Markus Böhme
markus.boehmetu-dresden.de

 

 

Entwicklung und Auswertung eines Sensorsystems zur Überprüfung der Venentätigkeit

In Frakturbereichen kommt es parallel zum Entzündungsprozess zur Ausbildung einer Gewebsschwellung, welche eine zeitnahe Operation verhindert. Zur aktiven Verdrängung dieser Schwellung wird ein peristaltisch arbeitendes Kompressionssystem eingesetzt, welches die Venentätigkeit unterstützen und die zusätzliche Flüssigkeit aus dem Frakturbereich herausbefördern soll. Zur Überprüfung der Venentätigkeit können sogenannte Photoplethysmographen angewendet werden, die über einen in der Vene reflektieren IR-Strahl auf die Flüssigkeitsmenge in der Vene schlussfolgern lassen. Ein aus mehreren Sensoren bestehendes Funktionsmuster zur Messung der frakturnahen Venentätigkeit soll entwickelt werden.

 

 Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Annekathrin Päßler

BAR II/35, Tel. 463 36329

annekathrin.paesslerlBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

 

Analyse und Verbesserung einer bestehenden Temperatursensormatte zur Erkennung von Entzündungsherden

In Frakturbereichen kommt es parallel zum Entzündungsprozess zur Ausbildung einer Gewebsschwellung, welche eine zeitnahe Operation verhindert. Zur aktiven Verdrängung dieser Schwellung wird ein lokales Kühlsystem aus verschiedenen Kühlschlauchregionen eingesetzt. Um zu ermitteln, welche Kühlschläuche zur aktiven Kühlung verwendet werden müssen, soll mit Hilfe einer Temperatursensormatte die Position des Entzündungsherdes erkannt werden. Es besteht die Aufgabe, eine vorhandene textile Sensormatte auf ihre Funktion hin zu überprüfen und zu verbessern sowie eine sinnvolle Anzahl von notwendigen Sensoren zur Vermessung zu ermitteln.

 

 Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Annekathrin Päßler

BAR II/35, Tel. 463 36329

annekathrin.paesslerlBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

 

 


Arbeitsgruppe Simulation und Optimierung
 


Realisierbarkeitsstudie zu planaren magnetohydrodynamischen Flüssigmetall-Generatoren für thermodynamische Planarmaschinen

Thermodynamische Planarmaschinen (TPM) sind Wärmekraftmaschinen zur Elektroenergie-Erzeugung im Leistungsbereich zwischen 20 und 50 W, deren thermodynamisches System in ein planares Substrat integriert ist. Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist die Realisierbarkeit von planaren magnetohydrodynamischen Flüssigmetall-Generatoren (LMG) als mögliche mechano-elektrische Wandler zu untersuchen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

- Recherche zu technischen Lösungen
- Erstellung eines technischen Konzepts
- Erstellung von Simulationsmodellen für die Berechnung
- Durchführung von Simulations- und Optimierungsberechnungen für eine spezifizierte TPM
- Auslegung und Realisierungs-Beschreibung eines LMG für eine spezifizierte TPM
- Beschreibung der wesentlichen Entwicklungsaufgaben für eine technische Umsetzung
 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de


Realisierbarkeitsstudie zu thermischen Planarsystemen für thermodynamische Planarmaschinen

Thermodynamische Planarmaschinen (TPM) sind Wärmekraftmaschinen zur Elektroenergie-Erzeugung im Leistungsbereich zwischen 20 und 50 W, deren thermodynamisches System in ein planares Substrat integriert ist. Im Rahmen dieser Diplomarbeit ist die Realisierbarkeit eines thermischen Planarsystem (TPS) zur Beheizung und Kühlung von TPM zu untersuchen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

- Recherche zu technischen Gesamtsystem- und Subsystem-Lösungen

- Erstellung eines Gesamtsystem-Konzepts und Teilkonzepten für die Subsysteme

- Erstellung von Simulationsmodellen für die Subsystem- und Gesamtsystem-Berechnung

- Durchführung von Simulations- und Optimierungsberechnungen für eine spezifizierte TPM

- Auslegung und Realisierungs-Beschreibung eines TPS für eine spezifizierte TPM

- Beschreibung der wesentlichen Entwicklungsaufgaben für die technische Umsetzung
 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Roman Goldberg
BAR II/28, Tel. 463 35293
goldberg
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Vergleichstudie zu planaren mechano-elektrischen Wandlern für Kleinst-Wärmekraftmaschinen

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sind zwei planare mechano-elektrische Wandler, einer nach dem piezoelektrischen und einer nach dem elektrostatischen Prinzip für ihre Eignung als Generator für Kleinst-Wärmekraftmaschinen (on-chip) zu untersuchen. Die elektrische Abtriebsleistung soll dabei in der Größenordnung von 5 bis 50 W liegen (wird in Konzeptphase festgelegt).
Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:
• Erstellung vergleichbarer Wandlerkonzepte (z.B. aktives Wandlervolumen oder Leistung)
• Erstellung der Ersatzschaltbilder und Simulationsmodelle (z.B. LTSpice)
• Durchführung von Simulations- und Optimierungsberechnungen
• Auswertung der Simulationsergebnisse hinsichtlich
o des Strom-/Spannungsbereichs
o der Abtriebsleistung und des Wirkungsgrads
o der Anforderungen bzgl. des thermodynamischen Kreisprozesses
o des Aufwands zur Auslegung und technischen Realisierung
 

Ansprechpartner:

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Roman Goldberg
BAR II/28, Tel. 463 35293
goldberg
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Gaskältemaschinen für den Einsatz in Haushalts-Kühlgeräten
Die Kryotechnik beschreibt Kältemaschinen zur Erzeugung tiefster Temperaturen. Damit sind allgemein Temperaturen unterhalb von ‑200 °C gemeint. Die Wirkungsweise der Kryokühler basiert fast ausschließlich auf Kaltgasprozessen. Das sind im Gegensatz zu den Kompressionskälteprozessen heutiger Hausgeräte, thermodynamische Kreisprozesse ohne Phasenübergang des Arbeitsgases. Kaltgasprozesse haben prinzipiell eine deutlich größere Energieeffizienz als die Kaltdampfprozesse der Kühl-, Gefrier-, oder Klimatisierungsgeräte. Zudem ist der technische Aufbau der Gaskältemaschinen im Vergleich zu Kaltdampfmaschinen sehr einfach.

Im Rahmen der Diplomarbeit ist durch eine Prozesssimulation zu klären, ob die Kaltgastechnik durch gezielte Auslegung in den genannten Hausgeräten sinnvoll einsetzbar ist. Dazu müssen Zieltemperatur und Kälteleistung aus dem kryogenen Temperaturbereich in den Bereich der Haushaltskälte (-25 °C, 50 bis 250 W) gehoben werden.

 

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Roman Goldberg
BAR II/28, Tel. 463 35293
goldberg
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dr. rer. nat. Gunter Kaiser
BAR II/28, Tel. 463 35293
gunter.kaiserBeschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

Entwicklung eines Ersatzmodelles einer einzelnen Textilfaser

zur Parametergewinnung für ein Modell eines Faserbündels

Zur Dimensionierung eines Gelenkes, welches aus einem speziell konfektionierten Faserbündel besteht, wird derzeit ein Simulationsmodell des Faserbündels entwickelt. Die im Bündel enthaltenen Einzelfasern werden im Bündelmodell als stark abstrahiertes Fasermodell dargestellt. Dadurch können verschiedene reale Faserparameter, wie z.B. Durchmesser und „Widerstandsmoment gegen Biegung“ nicht direkt im Bündelmodell verwendet werden. Die benötigten Ersatzparameter für das abstrahierte Fasermodell soll ein extra entwickeltes, detailliertes Finite-Elemente-Modell einer Einzelfaser mit einer Streuungsbetrachtung liefern. Ziel der Arbeit ist das Finite-Elemente-Modell einer Faser zu erstellen und eine Erstellungsvorschrift für die gesuchten Ersatzparameter vorzuschlagen.

 Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Modellieren der Einzelfaser mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode

  • Verhaltensbetrachtung bei Streuung verschiedener Faserkenngrößen

  • Ableiten der Ersatzparameter für das abstrahierte Fasermodell im Bündel

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Roman Goldberg
BAR II/28, Tel. 463 35293
goldberg
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

Kennfeld-Identifikation mittels adaptiver Gaussprozesse

Für die Systemsimulation elektro-mechanischer Systeme sind hinreichend genaue Modelle nichtlinearer Wandler häufig nur mittels der Finiten Element Methode (FEM) zu realisieren. Eine direkte Einbindung der Finite Element Modelle in ein dynamisches Systemmodell ist aufgrund der extremen Berechnungszeiten nicht praktikabel. Deshalb nutzt man zu diesem Zweck Kennfelder der Wandlerübertragungsfunktionen als schnelle Ersatzmodelle. Der adaptive Gaussprozess bietet die Möglichkeit, mit einem Minimum an FEM-Berechnungen hinreichend genaue Ersatzmodelle zu gewinnen. Problematisch ist dabei zur Zeit noch die undefinierte Welligkeit der identifizierten Kennfelder. Es ist eine verallgemeinerte Vorgehensweise zu entwickeln, wie man hinreichend genaue Ersatzmodelle gewinnt und als Modell-Elemente für die Systemsimulation in das Programm SimulationX einbindet.

 

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Beseitigung der undefinierten Welligkeit in den Gaussprozess-Ersatzmodellen.

  • universelle Einbindung der Wandlerkennfelder in SimulationX-Modelle

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Alfred Kamusella
BAR II/21, Tel. 463 32695
kamusella
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

 

 


Arbeitsgruppe Elektromechanischer Entwurf
 

 

Elektrodynamischer Kurzhubantrieb

Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektro-dynamische Direktantriebe für automatisierungstechnische Anwendungen entwickelt. Ausgehend von einem gegebenen Magnetkreis , Führungs und Aufbaukonzept soll ein derartiger translatorischer Antrieb mit einem Hub von 15 mm entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Dazu ist nach einer Einarbeitung der Magnetkreis mittels magnetischen Netzwerkmodells und FEM zu dimensionieren, die Läuferführung auszulegen, der Antrieb im Detail zu konstruieren sowie nach Fertigung und Inbetriebnahme zu testen.
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien bzw. Diplomarbeit) sowie den Vorkenntnissen und Neigungen des Bearbeiters ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse können ähnliche, bereits realisierte Antriebsmodule im Labor besichtigt werden.
 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Thomas Bödrich
BAR II/33, Tel. 463 35250
Thomas.Boedrich
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

Dipl.-Ing. Johannes Ziske
BAR II/33, Tel. 463 35250
johannes.ziske
Beschreibung: Beschreibung: \\samba.zih.tu-dresden.de\ifwt\wwwroot\images\ed.giftu-dresden.de

 

 

 

 

 


Arbeitsgruppe Medizinische Gerätetechnik
 

 

Entwicklung eines Füllstandssensors für einen medizinischen Vorratsbehälter

In automatischen Medikamentendosiersystemen ist die Kenntnis der noch im Injektionsgerät verbliebenen Restmenge sehr wichtig. Diese gibt sowohl Auskunft über die Genauigkeit der soeben injizierten Dosis als auch über die weitere Verwendung des Gerätes. Auf Basis bereits vorliegender und standardisierter Glasampullen soll ein verbesserter Vorratsbehälter mit integriertem Sensor zur Messung der Restmenge entwickelt werden.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. René Richter
BAR II/35, Tel. 463 36329
Rene.Richtertu-dresden.de

 

 

Entwicklung eines elektrischen Aktor-Sensor-Systems für ein Medikamentendosiersystem

Automatische Medikamenteninjektionssysteme erlauben dem Anwender eine sichere und verbesserte Applikation des Medikamentes. Als Antriebssystems werden in diesen Geräten Elektromotoren mit nachgeschaltetem Getriebe zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung  verwendet.  Zur Vereinfachung des Gesamtsystems soll ein miniaturisierter Lineardirektantrieb entwickelt werden, der durch die multifunktionale Verwendung einzelner Komponenten eine integrierte Sensorik mit ausreichender Genauigkeit realisiert.

Folgende Teilaufgaben sind zu lösen:

  • Recherche zum Stand der Technik zu Lineardirektantrieben und Sensoren,

  • Auswahl eines Aktor-Sensor-System unter Berücksichtigung der Randbedingungen,

  • Entwicklung und Konstruktion eines Funktionsmusters,

  • Experimentelle Untersuchungen des Musters,

  • Auswertung der Ergebnisse und Vorschläge für weitere Optimierungen.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. René Richter
BAR II/35, Tel. 463 36329
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Letzte Änderung: 18.10.2016