Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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Nur maximal ein Fünftel aller Menschen in Deutschland, die Maschinen entwickeln, technische Innovationen vorantreiben, optimieren oder reparieren, sind weiblich. Der Anteil von Frauen in technischen Berufen liegt derzeit bei etwa 20 Prozent (1). Vergleichbar niedrig ist auch die Zahl der Journalistinnen, die sich technischen Themen verschrieben haben. Technik und auch der Technikjournalismus sind hierzulande immer noch Männerdomänen.
‚Making Media‘
(2021)
What is Design Theory?
(2021)
An der H-BRS, einer Hochschule für Angewandte Wissenschaften mit ca. 9.000 Studierenden, wurde die OER-Kultur bewusst als Teil der Strategie zur Digitalisierung der Lehre in drei Schritten etabliert: (1) Gemeinsame Strategiebildung als Teil eines partizipativ erarbeiteten Hochschulentwicklungsplans: Verankerung von OER in der Digitalisierungsstrategie. (2) Basierend auf der Vernetzung der Expertinnen und Experten erfolgreiche Einwerbung von OER-Projekten, die exemplarisch vorgestellt werden. (3) Dauerhafte strategische Verankerung, basierend auf kontinuierlicher interner und externer Netzwerkarbeit, Etablierung von digitalen Austauschplattformen für die Lehrenden, Transfer des OER-Gedankens (Kooperation, Austausch, Mehrfachnutzen) auf die Hochschuldidaktik sowie regelmäßige Ausschreibungen von Fördermaßnahmen.
Suitability of Current Sensors for the Measurement of Switching Currents in Power Semiconductors
(2021)
This paper investigates the impact of current sensors on the measurement of transient currents in fast-switching power semiconductors in a double pulse test (DPT environment. We review previous research that assesses the influence of current sensors on a DPT circuit through mathematical modeling. The developed selection aids can be used to identify suitable current sensors for transient current measurements of fast-switching power semiconductors and to estimate the error introduced by their insertion into the DPT circuit. Afterwards, this analysis is extended by including further elements from real DPT applications to increase the consistency of the error estimation with practical situations and setups. Both methods are compared and their individual advantages and drawbacks are discussed. Finally, a recommendation on when to use which method is derived.
In this paper, the electrochemical alkaline methanol oxidation process, which is relevant for the design of efficient fuel cells, is considered. An algorithm for reconstructing the reaction constants for this process from the experimentally measured polarization curve is presented. The approach combines statistical and principal component analysis and determination of the trust region for a linearized model. It is shown that this experiment does not allow one to determine accurately the reaction constants, but only some of their linear combinations. The possibilities of extending the method to additional experiments, including dynamic cyclic voltammetry and variations in the concentration of the main reagents, are discussed.
Start-ups als Arbeitgeber
(2021)
Small Critics
(2021)
Feuilletonistisches Geschehen findet nicht mehr ausschließlich in den Kultur-Ressorts der überregional erscheinenden Zeitungen, im TV oder im Rundfunk statt. Eine kaum zu überblickende Anzahl von Akteur*innen, (Semi-)Professionellen und Amateur*innen diskutieren etwa – über die verschiedenen Social Media-Plattformen hinweg – die Verleihung des Literaturnobelpreises an Peter Handke, rezensieren Neuerscheinungen und kritisieren die Lesungen der Tage der deutschsprachigen Literatur in Klagenfurt zeitsynchron auf Twitter. Die klassischen Feuilleton-Debatten werden also mittlerweile über die Grenzen der Zeitungsressorts und Rundfunkformate hinweg in die Feeds von Social Media getragen, so dass diejenigen, die einen entsprechenden Diskurs verfolgen wollen, transmedial lesen, hören und zuschauen müssen. Feuilletonistische Kommunikation entwirft sich mithin, so die These des Bandes, als dynamische, sich fortwährend aktualisierende und transmedial angelegte Textur, die die klassische Printzeitung und die etablierten Rundfunk-Angebote genauso miteinbezieht wie die verschiedenartigen Beiträge, die zu einzelnen Themen von mehr oder weniger professionellen Akteur:innen vor allem digital eingespeist werden. Den dabei entstehenden Beiträgen, die sich zu je eigenen Medienkonzeptionen verweben, ist dabei gemeinsam, dass sie schnell konsumierbar, volatil und transitorisch sind, dass sie in großer Anzahl und mit hoher Frequenz produziert werden und auf unterschiedliche Art und Weise an der Herstellung von Gegenwart beteiligt sind – sie sind Small Critics. (Verlagsangaben)
This book discusses the development of the Rosenbrock—Wanner methods from the origins of the idea to current research with the stable and efficient numerical solution and differential-algebraic systems of equations, still in focus. The reader gets a comprehensive insight into the classical methods as well as into the development and properties of novel W-methods, two-step and exponential Rosenbrock methods. In addition, descriptive applications from the fields of water and hydrogen network simulation and visual computing are presented. (Verlagsangaben)
In this contribution, we perform computer simulations to expedite the development of hydrogen storages based on metal hydride. These simulations enable in-depth analysis of the processes within the systems which otherwise could not be achieved. That is, because the determination of crucial process properties require measurement instruments in the setup which are currently not available. Therefore, we investigate the reliability of reaction values that are determined by a design of experiments.
Specifically, we first explain our model setup in detail. We define the mathematical terms to obtain insights into the thermal processes and reaction kinetics. We then compare the simulated results to measurements of a 5-gram sample consisting of iron-titanium-manganese (FeTiMn) to obtain the values with the highest agreement with the experimental data. In addition, we improve the model by replacing the commonly used Van’t-Hoff equation by a mathematical expression of the pressure-composition-isotherms (PCI) to calculate the equilibrium pressure.
Finally, the parameters’ accuracy is checked in yet another with an existing metal hydride system. The simulated results demonstrate high concordance with experimental data, which advocate the usage of approximated kinetic reaction properties by a design of experiments for further design studies. Furthermore, we are able to determine process parameters like the entropy and enthalpy.
Qualitätsregelkarte
(2021)
In diesem Paper wird ein Modell eines Photovoltaik(PV)-Diesel-Hybrid-Systems aufgebaut. Dieses System besitzt neben einer PV-Anlage einen Batteriespeicher und ist an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Bei einem Ausfall aller drei Energiequellen stellt ein Dieselgenerator die Stromversorgung sicher. Mit Hilfe des erstellten Modells wird der Einfluss der unterschiedlichen Jahreszeiten und Wetterbedingungen auf den PV-Ertrag und das gesamte System im Zeitraum von Februar 2016 bis Februar 2017 untersucht. Die Messdaten dafür stammen von einem Krankenhaus in Akwatia, Ghana. Das Krankenhaus besitzt bereits eine PV-Anlage und einen Dieselgenerator als Backup.
Ein weiterer Aspekt der Untersuchung ist der Einfluss der Stromausfälle, die in dieser Region häufig vorkommen, auf den Einsatz des Generators.
Resultat der Untersuchung ist die Relevanz saisonaler und infrastruktureller Einflüsse auf die Betriebsweise des Systems. Mit Hilfe des erstellten Modells wurde analysiert, dass besonders während der Regenzeit im August die PV-Leistung sinkt und folglich viel Energie durch das öffentliche Stromnetz und den Generator bereitgestellt werden muss. Ein weiterer signifikanter Einbruch im PV-Ertrag ist zur Zeit des Harmattans im Januar zu verzeichnen.
In view of the rapid growth of solar power installations worldwide, accurate forecasts of photovoltaic (PV) power generation are becoming increasingly indispensable for the overall stability of the electricity grid. In the context of household energy storage systems, PV power forecasts contribute towards intelligent energy management and control of PV-battery systems, in particular so that self-sufficiency and battery lifetime are maximised. Typical battery control algorithms require day-ahead forecasts of PV power generation, and in most cases a combination of statistical methods and numerical weather prediction (NWP) models are employed. The latter are however often inaccurate, both due to deficiencies in model physics as well as an insufficient description of irradiance variability.
PARETO-Diagramm
(2021)
Multi-epoch searches for relativistic binary pulsars and fast transients in the Galactic Centre
(2021)
Die Kommunikation der Gegenwart ist dominant digital geleitet. Die Benutzung der Zeichen ist hier an mediale Artefakte gebunden, denen dabei das Kriterium des Mikroformatischen sowohl im Hinblick auf ihre Objektivationen als auch in Hinsicht auf ihre Inhalte zukommt. Der Beitrag nimmt diese Beobachtung zum Ausgang, um am Beispiel von WhatsApp eine Kommunikationspraktik medienästhetisch zu betrachten, die ihrerseits vehement die Gegenwärtigkeit der Kommunikation bestimmt.
The lattice Boltzmann method (LBM) is an efficient simulation technique for computational fluid mechanics and beyond. It is based on a simple stream-and-collide algorithm on Cartesian grids, which is easily compatible with modern machine learning architectures. While it is becoming increasingly clear that deep learning can provide a decisive stimulus for classical simulation techniques, recent studies have not addressed possible connections between machine learning and LBM. Here, we introduce Lettuce, a PyTorch-based LBM code with a threefold aim. Lettuce enables GPU accelerated calculations with minimal source code, facilitates rapid prototyping of LBM models, and enables integrating LBM simulations with PyTorch's deep learning and automatic differentiation facility. As a proof of concept for combining machine learning with the LBM, a neural collision model is developed, trained on a doubly periodic shear layer and then transferred to a different flow, a decaying turbulence. We also exemplify the added benefit of PyTorch's automatic differentiation framework in flow control and optimization. To this end, the spectrum of a forced isotropic turbulence is maintained without further constraining the velocity field.
Korrelationsdiagramm
(2021)
ISHIKAWA Diagramm
(2021)
In diesem Video wird der Aufbau und Nutzen eines Fischgräten-Diagramms zur Visualisierung von Ursachen oder Einflüssen auf eine Wirkung (Problem) oder ein Ziel (Lösung) gezeigt.
Die Vorteile liegen in der stammbaumähnlichen Darstellung aller möglichen Ursachen oder Einflüsse als Übersichtssammlung und in der fallweisen Eingrenzungsmöglichkeit je nach Relevanzeinschätzung.
Photovoltaic (PV) power data are a valuable but as yet under-utilised resource that could be used to characterise global irradiance with unprecedented spatio-temporal resolution. The resulting knowledge of atmospheric conditions can then be fed back into weather models and will ultimately serve to improve forecasts of PV power itself. This provides a data-driven alternative to statistical methods that use post-processing to overcome inconsistencies between ground-based irradiance measurements and the corresponding predictions of regional weather models (see for instance Frank et al., 2018). This work reports first results from an algorithm developed to infer global horizontal irradiance as well as atmospheric optical properties such as aerosol or cloud optical depth from PV power measurements.
In this study, we investigate the thermo-mechanical relaxation and crystallization behavior of polyethylene using mesoscale molecular dynamics simulations. Our models specifically mimic constraints that occur in real-life polymer processing: After strong uniaxial stretching of the melt, we quench and release the polymer chains at different loading conditions. These conditions allow for free or hindered shrinkage, respectively. We present the shrinkage and swelling behavior as well as the crystallization kinetics over up to 600 ns simulation time. We are able to precisely evaluate how the interplay of chain length, temperature, local entanglements and orientation of chain segments influences crystallization and relaxation behavior. From our models, we determine the temperature dependent crystallization rate of polyethylene, including crystallization onset temperature.
Im Interview mit Florian Kluge und Daniel Lohmann geht es um Interventionen als Teil einer Phase Null. Die beiden Architekturprofessoren der Alanus-Hochschule in Alfter und der TH Köln sehen die Intervention als Schnittstelle zwischen Architektur und Gesellschaft.
In contrast to the German power supply, the energy supply in many West African countries is very unstable. Frequent power outages are not uncommon. Especially for critical infrastructures, such as hospitals, a stable power supply is vital. To compensate for the power outages, diesel generators are often used. In the future, these systems will increasingly be supplemented by PV systems and storage, so that the generator will have to be used less or not at all when needed. For the design and operation of such systems, it is necessary to better understand the atmospheric variability of PV power generation. For example, there are large variations between rainy and dry seasons, between days with high and low dust levels - caused by sandstorms (harmattan) or urban air pollution.
Histogramm
(2021)
Turbulent compressible flows are traditionally simulated using explicit time integrators applied to discretized versions of the Navier-Stokes equations. However, the associated Courant-Friedrichs-Lewy condition severely restricts the maximum time-step size. Exploiting the Lagrangian nature of the Boltzmann equation’s material derivative, we now introduce a feasible three-dimensional semi-Lagrangian lattice Boltzmann method (SLLBM), which circumvents this restriction. While many lattice Boltzmann methods for compressible flows were restricted to two dimensions due to the enormous number of discrete velocities in three dimensions, the SLLBM uses only 45 discrete velocities. Based on compressible Taylor-Green vortex simulations we show that the new method accurately captures shocks or shocklets as well as turbulence in 3D without utilizing additional filtering or stabilizing techniques other than the filtering introduced by the interpolation, even when the time-step sizes are up to two orders of magnitude larger compared to simulations in the literature. Our new method therefore enables researchers to study compressible turbulent flows by a fully explicit scheme, whose range of admissible time-step sizes is dictated by physics rather than spatial discretization.
Im letzten Vortrag vor seinem plötzlichen Tod im Jahr 2018 gelang es Eric McLuhan, Sohn Marshall McLuhans, auf eindrückliche Weise sowohl die Positionen als auch Perspektiven einer bereits mehrere Jahrzehnte umfassenden interdisziplinären und internationalen Media Ecology miteinander zu verknüpfen. Dieses Forschungsfeld thematisiert Medien nicht primär in einer eher traditionellen beziehungsweise konservativen Funktion als Vermittler von Informationen, sondern fokussiert bewusst die materielle und technologische Anwesenheit und Form von Medien innerhalb einer Kultur und betrachtet deren Einfluss auf Psyche und Verhalten von Individuen innerhalb mediatisierter Gesellschaften.
Der Band möchte einen Raum schaffen für die Fortschreibung des McLuhan’schen Denkens im Kontext einer (post-)modernen Media Ecology. Inhaltlich flankiert wird Eric McLuhans hier erstmals im deutschsprachigen Diskurs publizierter Vortrag durch Beiträge von Oliver Ruf und Tobias Held sowie durch ein von Lars C. Grabbe geführtes Interview mit Eric McLuhans Sohn Andrew McLuhan. (Verlagsangaben)
Digitale Medienkompetenz
(2021)
Die Kunst, Kunst zu zeigen
(2021)
Der Einsatz von Remote-Laboren in ingenieurwissenschaftlichen Studiengängen ermöglicht Studierenden an einigen Hochschulen die ortsunabhängige Nutzung von Laboren, Maschinen und Robotern. Remote-Labore eignen sich in besonderer Weise dafür, den digitalisierungsbedingten Anforderungen und dem Qualifikationsbedarf aus Wirtschaft und Industrie zu begegnen. Die Onlinebedienung von Laboren bietet viele Ansatzpunkte für den Erwerb digitaler Kompetenzen, wie beispielsweise das Sammeln und Analysieren von Big Data, das Entwickeln geeigneter Schnittstellen für den Onlinezugriff oder den korrekten Einsatz zur Verfügung stehender softwarebasierter Messtechnik. Auch während der Coronapandemie im Sommersemester 2020, als der reguläre Zugang zu Laboren aufgrund der Kontaktbeschränkungen nicht erlaubt war, ermöglichten Remote-Labore den Studierenden praktische Erfahrungen. Jedoch stellen nicht nur die didaktischen, sondern auch die technischen und organisatorischen Aspekte ingenieurwissenschaftliche Studiengänge bei der Umsetzung von Remote-Laboren vor anspruchsvolle Aufgaben. Der nachfolgende Beitrag greift diese Aspekte auf und beschreibt anhand ausgewählter Beispiele, wie die Umsetzung und Integration von Remote-Laboren in Studium und Lehre gelingen kann, aber auch welche Herausforderungen nach wie vor bestehen.
Die digitale Universität
(2021)
Die digitale Universität muss als eine Form des Erscheinens ihrer Mitglieder in spezifischen Räumen und Handlungen verstanden werden. Die Verhandlung ihrer Bedingungen ist von brennender Aktualität: Das Feuer, das die Idee der digitalen Universität entfacht, hat das Potential, die apriorische Ebene von Universität zu verabschieden und ihre neue Setzung zu veranlassen.
Die Transformationen der Wissenschaft, ihrer Systeme und Ordnungen fokussiert sich meist auf eine Politik des Digitalen beziehungsweise eine Politik der Digitalität. Durch die jüngsten Ereignisse, die auch die Universität in eine Krisen- und Ausnahmesituation bringen, gewinnt dieser Aspekt eine besondere Brisanz. Die unumgängliche Entwicklung neuer Lehr- und Forschungsformate führt zu einem grundlegenden Strukturwandel der Universität. Diese Frage von philosophischer oder universitätstheoretischer Brisanz, muss ein ernsthaftes Nachdenken über die Idee der digitalen Universität anstoßen. Digitalität und Universität können nicht länger als voneinander getrennte und unveränderliche Begriffe und Phänomene aufgefasst werden, denn sie sind in ihrer Kombination intrinsisch miteinander verbunden. (Verlagsangaben)
Design of a Medium Voltage Generator with DC-Cascade for High Power Wind Energy Conversion Systems
(2021)
This paper shows a new concept to generate medium voltage (MV) in wind power application to avoid an additional transformer. Therefore, the generator must be redesigned with additional constraints and a new topology for the power rectifier system by using multiple low voltage (LV) power rectifiers connected in series and parallel to increase the DC output voltage. The combination of parallel and series connection of rectifiers is further introduced as DC-cascade. With the resulting DC-cascade, medium output voltage is achieved with low voltage rectifiers and without a bulky transformer. This approach to form a DC-cascade reduces the effort required to achieve medium DC voltage with a simple rectifier system. In this context, a suitable DC-cascade control was presented and verified with a laboratory test setup. A gearless synchronous generator, which is highly segmented so that each segment can be connected to its own power rectifier, is investigated. Due to the mixed AC and DC voltage given by the DC-cascade structure, it becomes more demanding to the design of the generator insulation, which influences the copper fill factor and the design of the cooling system. A design strategy for the overall generator design is carried out considering the new boundary conditions.
Ghana suffers from frequent power outages, which can be compensated by off-grid energy solutions. Photovoltaic-hybrid systems become more and more important for rural electrification due to their potential to offer a clean and cost-effective energy supply. However, uncertainties related to the prediction of electrical loads and solar irradiance result in inefficient system control and can lead to an unstable electricity supply, which is vital for the high reliability required for applications within the health sector. Model predictive control (MPC) algorithms present a viable option to tackle those uncertainties compared to rule-based methods, but strongly rely on the quality of the forecasts. This study tests and evaluates (a) a seasonal autoregressive integrated moving average (SARIMA) algorithm, (b) an incremental linear regression (ILR) algorithm, (c) a long short-term memory (LSTM) model, and (d) a customized statistical approach for electrical load forecasting on real load data of a Ghanaian health facility, considering initially limited knowledge of load and pattern changes through the implementation of incremental learning. The correlation of the electrical load with exogenous variables was determined to map out possible enhancements within the algorithms. Results show that all algorithms show high accuracies with a median normalized root mean square error (nRMSE) <0.1 and differing robustness towards load-shifting events, gradients, and noise. While the SARIMA algorithm and the linear regression model show extreme error outliers of nRMSE >1, methods via the LSTM model and the customized statistical approaches perform better with a median nRMSE of 0.061 and stable error distribution with a maximum nRMSE of <0.255. The conclusion of this study is a favoring towards the LSTM model and the statistical approach, with regard to MPC applications within photovoltaic-hybrid system solutions in the Ghanaian health sector.
Datensammelblatt
(2021)