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Technische Universität
Dresden |
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Themen für Diplomarbeiten
Beachten Sie bitte auch die aktuellen Angebote im Treppenaufgang vor dem Raum BAR II/53 oder fragen Sie die Arbeitsgruppenleiter nach möglichen Themen!
Elektronik- bzw. Sensor-Entwurf In Zusammenarbeit mit der Dresdner Firma InfraTec GmbH werden folgende zwei Themen angeboten:
1. Untersuchungen zum Strombetrieb pyroelektrischer Detektoren
2. Pyroelektrische Detektoren auf der
Basis des ternären Systems PIN-PMN-PT
Ausarbeitung und Entwicklung eines Floorplanners für dreidimensionale Schaltkreise Der Entwurf dreidimensionaler Schaltkreise (3D-ICs) ist eine vielversprechende Möglichkeit, um Anforderungen an moderne Elektronik bezüglich hoher Leistung, heterogener Integration sowie reduzierten Herstellungskosten gerecht zu werden. Für die Layoutsynthese ist das Floorplanning ein wichtiger Designschritt, der im Rahmen des 3D-IC-Entwurfs sorgfältig zu optimieren ist. Ausgehend von vorhandenen Untersuchungen und einer implementierten Datenstruktur soll im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik für dreidimensionales Floorplanning erarbeitet und entwickelt werden.
Evaluierung von neuartigen Materialien für Verbindungsstrukturen dreidimensionaler Schaltkreise Für den Entwurf dreidimensionaler Schaltkreise (3D-ICs) stellen die vertikalen Verbindungsstrukturen, die sog. Through-Silicon Vias, eine kritische Komponente dar. Neuartige Strukturen, wie Kupfer-Kohlenstoff-Nanoröhren, erzeugen geringeren Stress als bisher übliche Materialien und bieten weitere Vorteile. Im Rahmen dieser Arbeit soll, ausgehend von vorhandenen Untersuchungen zu Materialeigenschaften und effizienten Simulationsmodellen, deren Verwendbarkeit in 3D-ICs bewertet werden. Dazu sind zuerst vorhandene Simulationsmodelle auf deren Verwendbarkeit zu prüfen und gegebenenfalls zu erweitern. Anschließend müssen unter Umsetzung des (angepassten) Modells Simulationen des mechanischen Stress und der thermischen Leitung durchgeführt werden.
Weiterentwicklung eines Versuchsstands für Elektromigrationsuntersuchungen Untersuchungen zur Zuverlässigkeit mikroelektronischer Leitbahnen in integrierten Schaltungen sind bei erhöhten Temperaturen und mit erhöhten Strömen durchzuführen, um in relativ kurzer Zeit Ergebnisse zu erhalten. Zu diesem Zweck ist ein Versuchsstand entwickelt und aufgebaut worden. Ziel der Arbeit ist es, den Versuchsstand in Betrieb zu nehmen und so zu erweitern, dass an verschiedenen Teststrukturen Elektromigrationsmessungen durchgeführt werden können.
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.
Integration von Prolog zur Verbesserung der Constraint-Verwaltung beim Entwurf integrierter Analogschaltungen Beim Entwurf integrierter Schaltkreise müssen eine Vielzahl von Randbedingungen (Constraints) berücksichtigt werden. Heutige Entwurfswerkzeuge unterstützen neben der Definition von Constraints auch die Formulierung neuer Constraint-Typen. Ein wichtiger Teilaspekt bei der Verwaltung von Randbedingungen innerhalb eines Designs ist die Transformation, d. h. die Umwandlung von Constraints in mehrere andere Constraints. Ziel der Arbeit ist die theoretische und praktische Untersuchung, wie Prolog zur Transformation in die Cadence-Designumgebung integriert werden kann.
Erstellung einer Klassifikation für Randbedingungen in analogen integrierten Schaltungen Der Entwurf analoger integrierter Schaltungen ist im Vergleich zu dem digitaler Module noch immer wenig automatisiert. Eine wichtige Ursache dafür bilden die vielen Arten von Randbedingungen (Constraints), die während des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden müssen. Durch neue technische Anforderungen und Entwicklungen wird es notwendig, immer neue Typen von Constraints zu definieren. Ihre Klassifikation ist daher eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente automatische Verwaltung und Berücksichtigung der Randbedingungen. Im Rahmen dieser Arbeit soll anhand praktisch verwendeter Constraint-Typen eine solche Klassifikation erarbeitet und untersucht werden.
Entwicklung eines Haptik-Simulationsmodells für Human-Machine-Interface (HMI) Produkte Haptik bedeutet in diesem Sinne die Auslegung von Kraft-Weg-Diagramm, Schaltzeit und taktilem Betätigungsgefühl. Hinzu kommen für den Nutzer die Wahrnehmung der zu betätigenden Oberfläche (Bediengefühl) sowie akustische Eigenschaften bei der Betätigung. Die hier vorgegebene Aufgabenstellung beinhaltet die Entwicklung eines Haptik-Simulationsmodells für elektromechanische Schalter. Hierzu sind zunächst die heute vorhandenen Systeme modellhaft zu untersuchen und zu beschreiben. Das Simulationsmodell soll zum einen in der Lage sein, die Auswirkung der Veränderung bestimmter Parameter auf die Haptik auszuweisen. Zum anderen sollen Abweichungen zwischen idealisiertem Entwurf und tatsächlichem Funktionsverhalten im Sinne einer Haptik-Systemoptimierung aufgezeigt werden. Das beinhaltet die Definition der Wichtungsparameter eines Bediensystems und heißt letztlich, wie diese gezielt zu ändern sind, um bestimmte Haptikvorgaben zu erfüllen. Zudem müssen das zu erstellende Modell und die resultierenden Ergebnisse folgende Aspekte von Schaltersystemen ausreichend berücksichtigen:
Simulation der dynamischen Vorgänge in Uhrenbaugruppen Die komplexen mechanischen Vorgänge in Uhren sind vom Uhrmacher nur schwer zu erfassen. Häufig entwickeln Uhrmacher neue Uhrwerke "aus dem Bauch heraus". Dabei ist das Ergebnis abhängig von der Erfahrung des jeweiligen Entwicklers. Um den Konstrukteuren die Arbeit zu erleichtern, soll in Zusammenarbeit mit sächsischen Uhrenherstellern die Bewegungen mechanischer Baugruppen einer Uhr simuliert werden.
Einflüsse von Spitzenlagern auf Übertragungsverhalten von Getrieben Die in Uhren eingebauten Spitzenlager beeinflussen das Übertragungsverhalten der komplizierten Getriebe. Abhängig von der Lagergeometrie verändert sich zum Beispiel der Gang und Energie im Gangregler der Uhr. Einige der Effekte sind zurzeit noch ungeklärt. Mit Hilfe moderner Simulationsmethoden sollen diese Effekte untersucht werden.
Elektrodynamischer Kurzhubantrieb für kleine Werkzeugmaschinen Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektrodynamische Direktantriebe z. B. für die Nutzung in kleinen Werkzeugmaschinen entwickelt. Ausgehend von einem gegebenen Magnetkreis-, Führungs- und Aufbaukonzept soll ein derartiger translatorischer Antrieb mit einem Hub von 10 mm entwickelt, aufgebaut und getestet werden. Dabei sind die folgenden Teilaufgaben zu lösen:
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien- bzw. Diplomarbeit) sowie den Vorkenntnissen und Neigungen des Bearbeiters ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse kann ein ähnlicher, bereits realisierter Antriebsmodul im Labor besichtigt werden. Nähere Auskünfte erteilt gern:
Magnetkreisentwurf für kleine elektrodynamische Planarantriebe Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien- bzw. Diplomarbeit) ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse kann ein bereits realisierter, jedoch translatorischer Antriebsmodul im Labor besichtigt werden. Nähere Auskünfte erteilt gern:
Läuferführung für kleine elektrodynamische Planarantriebe Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design kleine elektrodynamische Planarantriebe für die Nutzung als XY-Vorschubantrieb in kleinen Werkzeugmaschinen entwickelt. In diesen ist der Läufer planar relativ zum Ständer zu führen, z. B. durch eine planare Gleit-, Wälz-, aerostatische oder Federführung. Nach einer anfänglichen Analyse in der Literatur beschriebener Planarführungen sollen Prinziplösungen derartiger Führungen für einen in der Entwicklung befindlichen Planarantrieb entwickelt, grob dimensioniert und vergleichend bewertet werden, u. a. hinsichtlich Führungsgenauigkeit, Bauraum, Dämpfungseigenschaften, Verschleißverhalten, Fertigungsaufwand und Kosten. Die für den Planarantrieb am geeignetsten erscheinende Führungslösung soll anschließend im Detail dimensioniert, konstruktiv in den Antrieb integriert, aufgebaut und getestet werden. Bei Interesse an der Aufgabenstellung kann die Läuferführung eines bereits beispielhaft realisierten translatorischen Antriebs im Labor besichtigt werden. Nähere Auskünfte erteilt gern:
Wegmesssystem für kleine elektrodynamische Planarantriebe Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design kleine elektrodynamische Planarantriebe für die Nutzung als xy-Vorschubantrieb in kleinen Werkzeugmaschinen entwickelt. In diesen sind die Läuferpositionen in x- und y-Richtung sowie in einem begrenzten Winkelbereich Δφ bei Verdrehung um die z-Achse zu messen, um sie regeln zu können. Dabei sind eine Reihe unterschiedlicher Messkonzepte (z. B. einzelne Sensoren je Richtung vs. integrierte xyφ-Sensoren, inkrementale vs. absolute Messung) und Sensorprinzipe nutzbar. Für einen geplanten Planarantrieb soll ein geeignetes Wegmesssystem gefunden, aufgebaut und im Antrieb getestet werden, wobei die folgenden Teilaufgaben zu lösen sind:
Abhängig vom Arbeitsumfang (Studien- bzw. Diplomarbeit) ist ggf. eine Fokussierung auf ausgewählte Teilaufgaben möglich. Bei Interesse an der Aufgabenstellung kann das Wegmesssystem eines bereits beispielhaft realisierten translatorischen Antriebs im Labor besichtigt werden.
Kraftregelung eines elektrodynamischen Lineardirektantriebs Gegenwärtig werden am Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design elektrodynamische Lineardirektantriebe für kleine Werkzeugmaschinen entwickelt, die nicht nur positionsgeregelt als Vorschubantrieb, sondern kraftgeregelt auch zum Realisieren gewünschter Prozesskräfte genutzt werden können. Ausgehend von der für einen ersten entwickelten Vorschubmodul bereits realisierten Lageregelung soll eine Kraftregelung für einen ähnlichen, derzeit in der Entwicklung befindlichen Antrieb simulationsgestützt (z. B. mit Simulink) entworfen, in der bereits vorliegenden Mikrokontrollerhardware programmtechnisch umgesetzt und mit dem neuen Antrieb getestet und optimiert werden. Die Istkraft soll dabei nicht durch einen relativ teuren Kraftsensor, sondern aus anderen gemessenen elektrischen und mechanischen Größen ermittelt werden. Bei Bearbeitung der Aufgabe als Diplomarbeit soll weiterhin die vorliegende Hardware schaltungstechnisch und konstruktiv überarbeitet und dadurch den Erfordernissen des neuen Antriebs angepasst werden. Bei Interesse an der Aufgabenstellung kann der o. g. bereits vorliegende Linearantrieb im lagegeregelten Betrieb im Labor besichtigt werden. Nähere Auskünfte erteilt gern:
Konstruktion eines Versuchsstandes zum Testen von Formgedächtnisaktoren (SMA) Es ist bekannt, dass Formgedächtnisaktoren bei Temperaturänderung ihr Gefüge umwandeln. Dabei verändern sich die geometrischen Abmessungen und es kann mechanische Arbeit verrichtet werden. Der Umwandlungsprozess kann über den Energieeintrag linear gesteuert werden, sodass der Aktor auch Zwischenpositionen anfahren kann. Diese Steuermöglichkeit soll im Versuchsstand nachgewiesen und ihre Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen überprüft werden. Dazu sind folgende Teilaufgaben zu lösen:
Vorrichtung zur elektrischen Zellstimulation In Kooperation mit dem Max-Bergmann-Zentrum der TU Dresden wurde ein System zur magnetfeldfreien elektrischen Stimulation zellulärer Prozesse für Anwendungen im Tissue En-gineering entwickelt. Dieses System ist mit einer Perfusionskammer zu kombinieren, damit gleichzeitig mit den elektrischen auch lösliche Stimuli gegeben werden können.
Modell der elektrischen Zellstimulation In Kooperation mit dem Max-Bergmann-Zentrum der TU Dresden wurde ein System zur magnetfeldfreien elektrischen Stimulation zellulärer Prozesse für Anwendungen im Tissue Engineering entwickelt. Für dieses System gibt es ein elektromagnetisches Netzwerkmodell, dessen Ergebnisse gut mit Messungen übereinstimmen. Ergänzend ist ein elektromagnetisches Finite-Elemente-Modell zu entwickelt und zu validieren.
Kurzschlussauslöser mit MSM-Aktor In Vorarbeiten wurde ein innovativer Kurzschlussauslöser mit magnetischem Formgedächtnisaktor mit Hilfe von Simulationsmodellen entwickelt. Die Aufgabe besteht darin, den Entwurf zu optimieren, einen Demonstrator zu entwerfen, aufzubauen und messtechnisch zu charakterisieren.
Berücksichtigung von Wirbelströmen in Dynamik-Modellen elektromagnetischer Aktoren Stand der Technik bei der Simulation elektromagnetischer Aktoren sind Dynamikmodelle, die auf die Ergebnisse statischer FE-Berechnungen in Form von Kennfeldern zurückgreifen. Ein Nachteil dieses Modellierungsansatzes ist die fehlende Berücksichtigung von Wirbelströmen. Hierfür soll ein Ansatz angepasst und erprobt werden. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: · Literaturrecherche zum Stand der Technik bei der Dynamiksimulation mit Bezug zu Wirbelströmen, · Vergleich der beschriebenen Ansätze zur Berücksichtigung der Wirbelströme, · Anpassung eines geeigneten Ansatzes an den oben genannten Modelltyp. · Erprobung dieses Ansatzes anhand eines Beispiels für ein ruhendes System ohne Bewegungsinduktion, · Auswertung der Simulationsergebnisse.
Finite-Elemente-Dynamikmodell eines elektromagnetischen Linearaktors Stand der Technik bei der Dynamiksimulation elektromagnetischer Aktoren sind Netzwerkmodelle. Sie haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Die ständige Weiterentwicklung von Hardware und Software macht mittlerweile auch die Finite-Elemente-Methode (FEM) für diese Modellierungaufgabe interessant. An einem Beispiel soll das Vorgehen erprobt und untersucht werden. Das dynamische Verhalten eines einfachen Linearaktors ist mit der FEM einschließlich des Bewegungsvorganges des Ankers zu modellieren. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: · Literaturrecherche zur Dynamiksimulation mit der FEM, · Konzipieren eines 2D-FE-Modells für einen elektromagnetischen Linearaktor mit explizit vorgegebener linearer Bewegung, · Umsetzen des Modells in COMSOL Multiphysics mit deformierten Netzen, · Erarbeiten eines Netzwerkmodells des Aktors mit Kennfeldern aus dem stationär gelösten FE-Modell, · Vergleich und Bewertung von FE- und Netzwerkmodell.
Untersuchung und Charakterisierung neuartiger mikromechanischer Druck-sensoren Mikromechanische Drucksensoren der Infineon Technologies AG werden in der Au-tomobilindustrie für Anwendungen in der Sicherheitstechnik und im Motormanagement einge-setzt. Eine aktuelle Aufgabe bei der Weiterentwicklung dieser Sensoren besteht in der Berück-sichtung von Prozessschwankungen in Simulationsmodellen. In der Studien- bzw. Diplomarbeit sind solche Modelle zu erarbeiten. Der Einfluss der Prozessschwankungen auf die Sensorfunktion ist anhand der Modelle mit geeigneten Methoden zu untersuchen. Zur Überprüfung der entwickel-ten Modelle besteht die Möglichkeit, die Entwicklung von Drucksensoren zu begleiten und diese mit eigenen Messungen zu charakterisieren.
Eigenversorgung von Niederspannungs-Schaltgeräten Die Eigenversorgung von Niederspannungs-Schaltgeräten wird für gewöhnlich mit Transformator-Netzteilen realisiert. Kondensatornetzteile sind im geforderten Leistungsbereich kompakter, billiger und produzieren weniger Verlustleistung. Im Rahmen der Arbeit ist ihre Eignung theoretisch und experimentell zu untersuchen.
Modellierung eines natürlich belüfteten Gerätegehäuses mit FLUENT-ANSYS-Kopplung, COMSOL Multiphysics und analytischem Modell Trotz aller Fortschritte in Rechen- und Simulationstechnik ist die Modellierung von natürlich belüfteten Gerätegehäusen nach wie vor eine Herausforderung. Aufbauend auf Vorarbeiten ist ein beispielhaft gewähltes Gehäuse mit der Finite-Volumen-Methode (ANSYS-FLUENT), der Finite-Elemente-Methode (COMSOL Multiphysics), einem Netzwerkmodell (SimX oder PSpice) und analytisch zu berechnen. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: · Modellierung mit der Finite-Volumen-Methode unter Verwendung von FLUENT-ANSYS, · Modellierung mit der Finite-Elemente-Methode unter Verwendung von COMSOL Multiphysics, · Erarbeiten eines Netzwerkmodells mit SimX, · Erarbeiten eines analytischen Modells, · Vergleich der Ergebnisse und Bewertung der Ansätze und Ergebnisse.
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.
Miniaturhydraulische Aktuatoren nach biologischen Vorbild Hydraulisch Aktoren sind in biologischen Systemen weit verbreitet. Sie zeichnen sich gegenüber den heutigen gebräuchlichen Aktoren durch eine weitgehend reibungs- und leckagefreie Wirkungsweise aus. Aus diesem Grund ist im Rahmen der Arbeit aus der Natur ein bereits bekanntes Aktuatorprinzip, z.B. das der Speichelpumpen bei Insekten, auszuwählen und als Vorlage zur Entwicklung des miniaturhydraulischen Aktoren zu verwenden. Erste Funktionsmuster sind näher zu untersuchen und Schlussfolgerungen für weiterführende Arbeiten zu ziehen.
Konstruktion einer miniaturisierten Dosiermechanik für ein medizinisches Injektionssystem Um Patienten die regelmäßige Anwendung benötigter Medikamente so zuverlässig und bequem wie möglich zu gestalten, wird ständig nach neuen konstruktiven Ansätzen für Injektionssysteme gesucht. Im Rahmen eines solchen Forschungsprojektes ist ein mobiles Gerät zur Dosierung von medikamentösen Flüssigkeiten zu entwickeln. Dabei soll ein Funktionsmuster einer Dosiermechanik konstruiert werden, die ein genaues Dosieren ermöglicht. Weiterhin soll die Bauweise kompakt sowie die Dosis in einem vorgegebenen Umfang einstellbar sein.
Erprobung und Optimierung neuartiger Hydrogelsensoren unter Prozessbedingungen Mit Hydrogelsensoren lassen sich die Konzentrationen verschiedener Salze, Säuren, Basen oder organischer Stoffe in wässrigen Lösungen direkt messen. Das ist die Grundlage für die Entwicklung einer neuen Generation von Prozessmesstechnik. Am Beispiel einer ausgewählten Anwendung sind vorliegende Prinziplösungen für Sensoren und Messgeräte zu erproben und weiterzuentwickeln. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Prozessmesstechnik. Das interdisziplinäre, forschungsbezogene Aufgabenfeld der Arbeit umfasst · die Einarbeitung in das Sensorprinzip „Hydrogelbeschichteter Dickenscherschwinger“, · experimentelle Untersuchungen zum Sensorverhalten und · das Optimieren der konstruktiv-technologischen Lösung des Sensors und der Messverfahren.
Verhaltensbasierte Qualitätskontrolle hydrogelbeschichteter Dickenscherschwinger Hydrogelbeschichtete piezoelektrische Dickenscherschwinger (Schwingquarze) sind das funktionsbestimmende Element eines neuartigen Hydrogelsensors zur Konzentrationsmessung in Flüssigkeiten. Die Toleranzen des Beschichtungsprozesses machen nach der Fertigung eine Qualitätskontrolle anhand spezifischer Merkmale des Sensorverhaltens erforderlich. Das Ziel der Arbeit ist das Entwickeln einer praktikablen Lösung für die Qualitätskontrolle im Labor und in der Fertigung. Dazu sind folgende Schwerpunkte zu bearbeiten: · Einarbeitung in das Sensorprinzip „Hydrogelbeschichteter Dickenscherschwinger“, · Identifizieren geeigneter Verhaltensmerkmale zum Kontrollieren der Qualität · Entwickeln der Prüfverfahren und Festlegen der zulässigen Wertebereiche der Merkmale · Erprobung der Lösung im Labor
Modellierung viskoelastischer Hydrogelschichten In Forschungsarbeiten im Rahmen eines Verbundprojekts zwischen Chemikern und Feinwerktechnikern der TU Dresden sowie der SITA Messtechnik GmbH wurde ein neuartiger Hydrogelsensor zur Konzentrationsüberwachung entwickelt. Zum Erforschen der Zusammenhänge zwischen dem Aufbau und dem Verhalten des Sensorelementes (Hydrogel-beschichteter piezoelektrischer Dickenscherschwinger) ist dieses mittels eines mechanischen Mehrkörper(MKS)-Modells sowie mittels eines äquivalenten elektrischen Modells abzubilden. Die Diplomarbeit wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Festkörpermechanik (IFKM) der Fakultät Maschinenwesen betreut. Folgende Teilaufgaben sind zu lösen: · Literaturrecherche und Einarbeitung in das Gebiet der Hydrogele und in die mechanische und elektrische Modellierung von Hydrogelsensoren · Elektro-mechanische Modellierung des Hydrogelsensors · Numerische Simulation · Vergleich der numerischen Ergebnisse mit experimentell ermittelten Werten hinsichtlich mechanischer (Elastizitätsmodul, Masse) und elektrischer Kennwerte · Dokumentation
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Letzte Änderung: 27.01.2012 |
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