"Engineering"
| Begriff | Engineering |
| Metakey | Studiengang/Studienrichtung (institution:field_of_study) |
| Typ | Keyword |
| Vokabular | HSLU |
48 Inhalte
- Seite 1 von 4
How Sizing of Thermal Energy Storage affects District Heating Networks and the Decarbonisation of Energy Demand substituting Peak Load with Base Load
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- Titel
- How Sizing of Thermal Energy Storage affects District Heating Networks and the Decarbonisation of Energy Demand substituting Peak Load with Base Load
- Autor/in
- Datierung
- 25.08.2023
- Beschreibung
- Diese Arbeit widmet sich der Herausforderung, wie Wärmebedarf von Fernwärmenetzen dekarbonisiert werden kann. Ziel der Konzeptstudie ist es, den durch Spitzenlast gedeckten Energiebedarf durch weniger kohlenstoffintensive Wärme des Grundlastsystems zu substituieren. Die grundlegende Forschungsfrage lautet daher: Wie kann die Integration von thermischen Energiespeichern zur Dekarbonisierung von Fernwärmenetzen beitragen? Zwei mögliche Bewältigungsstrategien – Peak-Shaving und Load-Shifting – werden dazu untersucht und verglichen.
Zunächst wird ein Dimensionierungstool vorgestellt, womit das Leistungsverhältnis so angepasst werden kann, dass die Grundlast einen bestimmten Anteil des Energiebedarfs deckt. Auf der Grundlage eines Energiebilanzmodells wird anschliessend das Substitutionspotential für verschiedene Kapazitäten des thermischen Energiespeichers berechnet. Bei einem angenommenen Energiesplit von 80 % Grundlast und 20 % Spitzenlast und einer moderaten Substitution von weniger als 5 % führt das vorgeschlagene Load-Shifting zu einer deutlich geringeren Grösse des thermischen Energiespeichers im Vergleich zum Peak-Shaving-Ansatz. Es wird angenommen, dass dies auf die höheren (Ent-)Ladezyklen im Frühjahr und Herbst zurückzuführen ist, wenn die Nachfrage um die Grundlast-Nennleistung schwankt und die «Täler» helfen, die nachfolgenden «Spitzen» zu decken.
Im zweiten Teil der Arbeit wird die wirtschaftliche Analyse einer Systemkombination aus Biomasse zur Deckung der Grundlast und Erdgas für die Spitzenlast durchgeführt. Der Preisunterschied, der für die Substitution von 5 % des Energiebedarfs durch einen thermischen Pufferspeicher erforderlich ist, beträgt 0,07-0,10 EUR/kWh. Die Analyse der Kohlenstoffreduktion zeigt, dass diese Substitution einen Verstärkungsfaktor aufweist. Dieser drückt aus, wie viel mehr Kohlenstoff im Vergleich zur substituier-ten Energie eingespart wird. Der Verstärkungsfaktor hängt von den lokalen Standards ab und beträgt für die Schweiz 2,2 und für das Vereinigte Königreich 3,3.
In this dissertation, the challenge of how heating demand can be decarbonised is researched, focusing on district heating networks in particular. The aim of this concept design study is to substitute the energy demand met by peak load with the less carbon-intensive heat produced by base load systems. Thus, the fundamental research question is: How can the integration of thermal energy storage contribute to the decarbonisation of district heating networks? Two possible coping strategies – the peak shaving and the load shifting approach – are investigated and compared.
First, a sizing tool which helps to tailor the power ratio to meet a certain split of energy demand is introduced. Based on an energy balance model with fixed order control, the potential energy substitution for various capacities of the thermal energy storage is calculated. For an assumed energy split of 80% base load, 20% peak load, and for a moderate substitution below 5%, the proposed load shifting solution leads to a significantly smaller sized thermal energy storage compared to the peak shaving approach. This is assumed to originate from higher (dis)charging cycles during the spring and the autumn, when demand oscillates around the rated base load power and “valleys” help to cover subsequent “peaks”.
In the second part of this dissertation, the economic analysis of a system combination relying on biomass to cover base load and natural gas for peak load is carried out. The price difference needed for substitution of 5% of the energy demand using a tank thermal energy storage is found to amount to EUR 0.07–0.10/kWh (i.e., natural gas surpassing biomass). The carbon reduction analysis shows that this substitution results in an amplification factor which expresses how much more carbon is saved compared to energy substituted (both measured in percentages as compared to the original system). The amplification factor depends on local standards and was found to be 2.2 for Switzerland and 3.3 for the UK.
- Diese Arbeit widmet sich der Herausforderung, wie Wärmebedarf von Fernwärmenetzen dekarbonisiert werden kann. Ziel der Konzeptstudie ist es, den durch Spitzenlast gedeckten Energiebedarf durch weniger kohlenstoffintensive Wärme des Grundlastsystems zu substituieren. Die grundlegende Forschungsfrage lautet daher: Wie kann die Integration von thermischen Energiespeichern zur Dekarbonisierung von Fernwärmenetzen beitragen? Zwei mögliche Bewältigungsstrategien – Peak-Shaving und Load-Shifting – werden dazu untersucht und verglichen.
- Urheberrechtshinweis
- Mennel Stefan, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 19.09.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Moderne Methoden der Erdbebenbemessung von Hochbauten
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- Titel
- Moderne Methoden der Erdbebenbemessung von Hochbauten
- Autor/in
- Datierung
- 20.01.2023
- Beschreibung
- Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit modernen Methoden der Erdbebenbemessung
von Hochbauten. Für die Bemessung wird ein Referenzgebäude
gewählt, welches mit einem Untergeschoss, einem Erdgeschoss, vier Obergeschossen
und je sechsWohnungen pro Geschoss einem gewöhnlichen Hochbau
entspricht. Für den gewählten Standort existiert eine öffentliche spektrale Mikrozonierungsstudie,
die für die Bestimmung der Erdbebeneinwirkung verwendet wird.
Das Tragwerkskonzept sowie die Tragwerksanalyse werden nach den heutigen
Normen der SIA 260 ff. erstellt. Für die Erdbebenbemessung werden zwei Berechnungsmodelle
angewendet. Einerseits ein Plattenstapelmodell, welches im
Programm Cedrus-8 modelliert und danach mit dem Programm Statik-8 in ein
Stabmodell umgewandelt wird und andererseits Ersatzstabmodelle, welche das
Bauwerk als Mehr- oder Einmassenschwinger abbilden.
Die erste Erdbebenbemessung erfolgt nach dem Ersatzkraftverfahren. Zuerst
werden verschiedene moderne Methoden der Erdbebenbemessung vorgestellt
und die Grundlagen und Voraussetzungen behandelt. Danach wird das Ersatzkraftverfahren
am Referenzgebäude durchgeführt, gefolgt von der Kapazitätsbemessung
an einer ausgewählten Stahlbetontragwand. Die Bemessung ergibt eine
nach Kapazitätsbemessung korrekte konstruktive Durchbildung der ausgewählten
Stahlbetontragwand.
Die zweite Erdbebenbemessung baut mit der «Kapazitätsspektrum-Methode»
(Capacity Spectrum Method) auf der Kapazitätsbemessung auf. Die Pushover-
Kurve wird mit dem nichtlinearen Finite Element (nlFE) Programm IDEA StatiCa
Detail für die ausgewählte Stahlbetontragwand bestimmt, in eine Kapazitätskurve
umgewandelt und mit dem elastischen Bemessungsspektrum überlagert. Die
grafische Bemessung ergibt, dass der Nachweis der Standsicherheit erfüllt ist.
Um den Einfluss von Öffnungen in Erdbebenwänden auf das Verformungsverhalten
des Tragwerks unter Erdbebenbeanspruchung zu untersuchen, werden
der ausgewählten Stahlbetontragwand Öffnungen zugefügt und danach die Kapazitätsspektrum-
Methode durchgeführt. Es resultiert eine doppelt so grosse
Verformung der Stahlbetontragwand infolge Öffnungen.
This master thesis deals with modern methods of seismic design of buildings.
For the design, a reference building is chosen, which corresponds to an ordinary
building with a basement, a first floor, four upper floors and six apartments per
floor. A public spectral microzonation study exists for the selected site, which is
used to determine the earthquake action.
The structural concept as well as the structural analysis are prepared according
to the current standards of SIA 260 ff. Two calculation models are used for the
earthquake design. On the one hand, a plate stack model, which is modeled in the
program Cedrus-8 and then converted into a member model using the program
Statik-8, and on the other hand, equivalent member models, which represent the
structure as a multi- or single-mass oscillator.
The first seismic design is performed using the equivalent force method. First,
different modern methods of seismic design are presented, and the fundamentals
and prerequisites are discussed. Then, the equivalent force method is performed
on the reference building, followed by the capacity design on a selected reinforced
concrete bearing wall. The design results in a correct structural design of the
selected reinforced concrete bearing wall according to the capacity design.
The second seismic design builds on the capacity design using the «Capacity
Spectrum Method». The pushover curve is determined using the nonlinear finite
element (nlfe) program IDEA StatiCa Detail for the selected reinforced concrete
bearing wall, converted into a capacity curve, and superimposed with the elastic
design spectrum. The graphical design shows that the verification of stability is
fulfilled.
To investigate the influence of openings in earthquake walls on the deformation
behavior of the structure under earthquake loading, openings are added
to the selected reinforced concrete bearing wall and then the capacity spectrum
method is performed. The result is a double deformation of the reinforced concrete
bearing wall due to openings.
- Die vorliegende Masterthesis befasst sich mit modernen Methoden der Erdbebenbemessung
- Urheberrechtshinweis
- Markoš Danijela, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 19.09.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Innovating the field technician experience in the business ecosystem for smart digital services
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- Titel
- Innovating the field technician experience in the business ecosystem for smart digital services
- Autor/in
- Datierung
- 12.09.2022
- Beschreibung
- This paper addresses the role of digital technologies in the development of business ecosystems through smart services based on a single case study of a multinational manufacturing company which is developing a global field service solution. The research bridges the gap by focusing on enabling platforms and the empowerment of the field service technician highlighting the role of technology as an enabler for value creation. It takes the field service solution back reporting package and through the lens of service design tools such as service blueprint analyses the experience and pain points of the technicians. In addition, the maturity of the digital services and the smartness of the business ecosystem were assessed based on (West et al., 2018; Neuhüttler et al., 2018), the field service engineer’s experience was improved and the role of technology and IT to achieve a smart state was defined. It was found that smart in terms of technology cannot be considered smart services if they do not take into account the adoption of those by the customers/users. For that, both the business and the IT department should work together. It was found that digitalization strategy is usually creating value for IT and the global business while it often does not have a correlation with value creation for the customers. The research question is:
“How to innovate the field service technician experience in the business ecosystem through smart digital services”
Abstract deutsch fehlt
- This paper addresses the role of digital technologies in the development of business ecosystems through smart services based on a single case study of a multinational manufacturing company which is developing a global field service solution. The research bridges the gap by focusing on enabling platforms and the empowerment of the field service technician highlighting the role of technology as an enabler for value creation. It takes the field service solution back reporting package and through the lens of service design tools such as service blueprint analyses the experience and pain points of the technicians. In addition, the maturity of the digital services and the smartness of the business ecosystem were assessed based on (West et al., 2018; Neuhüttler et al., 2018), the field service engineer’s experience was improved and the role of technology and IT to achieve a smart state was defined. It was found that smart in terms of technology cannot be considered smart services if they do not take into account the adoption of those by the customers/users. For that, both the business and the IT department should work together. It was found that digitalization strategy is usually creating value for IT and the global business while it often does not have a correlation with value creation for the customers. The research question is:
- Urheberrechtshinweis
- Gil Fombella Pilar, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 31.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Neues Deckensystem für den Hochbau
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- Titel
- Neues Deckensystem für den Hochbau
- Autor/in
- Datierung
- 20.01.2023
- Beschreibung
- Das Ziel dieser Arbeit ist, ein neuer Deckenaufbau zu entwickeln, welcher bezüglich der Nachhaltigkeit besser ist als der konventionelle Deckenaufbau. Der neue Deckenaufbau wird bei einem Referenzobjekt angewendet, um die Dimensionen gemäss der Projektstufe Bauprojekt zu bestimmen. Zusätzlich wird für das Referenzobjekt der Abtrag von horizontaler Einwirkung konzeptionell gelöst. Das betrachtete Gebäude ist mit der Nutzungskategorie C3 gemäss der SIA-Norm 261 [1] definiert.
Der neue Deckenaufbau sieht vor, dass der Unterlagsboden statisch mitwirkt und nicht wie bei der konventionellen Decke nur als Auflast eingerechnet wird. Im Gegensatz zum konventionellen Deckenaufbau sollen im neuen die Leitungen nicht in der Stahlbetondecken verlegt werde, sondern im Unterlagsboden. Durch die Mitwirkung des Unterlagsbodens kann die bisherige Dicke der Stahlbetondecke reduziert werden und somit Baumaterialien gespart werden. Eine Mitwirkung des Unterlagsboden bedingt eine Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und des Betons vom Unterlagsboden (Unterlagsbeton). Durch die Verbindung kann die Decke als gekoppelter Biegeträger betrachtet werden. Der Unterlagsbeton soll aus vorfabrizierten Elementen hergestellt werden, damit diese bei Umbauten entfernt werden können und falls erwünscht die Leitungen ersetz werden können.
Die Verbindung zwischen der Stahlbetondecke und dem Unterlagsbeton (Kopplungsträger) sind schrittweise ermittelt worden. Die Differentialgleichung des Systems ergab erst Erkenntnisse der Wirkung vom System, welche dann mit zweidimensionalen Berechnungen verifiziert worden sind. Die Dimensionen der einzelnen Bauteile sind mit den Auswirkungen einer dreidimensionalen Berechnung ermittelt. Beim Kopplungsträger sind zwei Varianten untersucht worden. Die erste Variante sieht eine Stahlverbindung vor und die zweite eine Stahlbetonverbindung. Für die Dimensionierung sind die verschiedenen Bauphasen (Bauzeit, Endzustand und Umbau) in Betracht gezogen worden.
Wenn nur die statisch wirkenden Bauteile in der Nachhaltigkeitsberechnung miteinbezogen werden, dann ist der neue Deckenaufbau nicht nachhaltiger. Wenn die Dämmung in die Betrachtung einfliesst, kann der neue Deckaufbau nachhaltiger sein als der konventionelle Deckenaufbau.
Das neue Deckensystem kann je nach Kriterien eines Projektes ein guter Lösungsansatz sein. Damit dieser umgesetzt werden kann, müsste aufbauend auf dieser Arbeit eine Detailbemessung erfolgen und falls möglich sollten Versuche mit dem neuen Deckenaufbau durchgeführt werden. Der Deckenaufbau muss noch durch einen Bauphysiker kontrolliert und bearbeitet werden, damit die bauphysikalischen Werte im Vergleich zum konventionellen Deckenaufbau nicht verschlechtert werden.
Abstract englisch fehlt
- Das Ziel dieser Arbeit ist, ein neuer Deckenaufbau zu entwickeln, welcher bezüglich der Nachhaltigkeit besser ist als der konventionelle Deckenaufbau. Der neue Deckenaufbau wird bei einem Referenzobjekt angewendet, um die Dimensionen gemäss der Projektstufe Bauprojekt zu bestimmen. Zusätzlich wird für das Referenzobjekt der Abtrag von horizontaler Einwirkung konzeptionell gelöst. Das betrachtete Gebäude ist mit der Nutzungskategorie C3 gemäss der SIA-Norm 261 [1] definiert.
- Urheberrechtshinweis
- Cadonau Mauro, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 31.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Alternative zur Chinegga-Brücke in Stalden VS – Entwurf und Bemessung einer Bogenbrücke
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- Titel
- Alternative zur Chinegga-Brücke in Stalden VS – Entwurf und Bemessung einer Bogenbrücke
- Autor/in
- Datierung
- 17.02.2023
- Beschreibung
- Der Entwurf einer Brücke erfordert ein hohes Mass an Kreativität verknüpft mit einem breiten
Fachwissen. Nur so lässt sich ein ganzheitlich funktionierendes, ästhetisch ansprechendes und
trotzdem ökonomisch und ökologisch sinnvolles Tragwerk entwickeln. Viele Faktoren wie die
Randbedingungen, geometrische Anordnungen, Steifigkeiten und Materialität haben Einfluss auf den
Entwurf und sind oft direkt oder indirekt miteinander verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig. Ein
Entwurf ist somit ein stark iterativer Prozess, wobei eine perfekte Lösung nicht existiert, es aber
trotzdem erwünscht ist, ein der Ideallösung nahes Resultat zu erhalten.
Die vorliegende Arbeit folgt im Grundsatz den Projektphasen gemäss der SIA Norm 260. Das Ziel
dabei ist es, eine alternative Variante zur bereits bestehenden Chinegga-Brücke zu entwerfen.
Das Kapitel 2 beinhaltet die Grundlage des Entwurfs in Form einer Nutzungsvereinbarung. Darin
enthalten sind die wichtigsten Randbedingungen und Anforderungen an das zu planende Bauwerk.
Im Kapitel 3 wird eine Variantenstudie durchgeführt. Vorgängig werden die Randbedingungen und
Bewertungskriterien für die Varianten analysiert und diskutiert. Anschliessend werden vier
unterschiedliche Brückenstrukturen aufgezeigt: Ein Durchlaufträger im Freivorbau, eine
Sprengwerkbrücke, eine Bogenbrücke mit untenliegendem Tragwerk und eine Schrägkabelbrücke.
Dabei werden jeweils die Linienführung, die Haupttragstruktur, das Bauverfahren und die wichtigsten
Querschnitte aufgezeigt. Der Abschluss des Kapitels beinhaltet die Diskussion der Varianten und eine
begründete Wahl des Tragwerkes: Die Brücke soll mit einem Bogentragwerk durchgeführt werden.
Im vierten Kapitel ist anschliessend das gewählte Tragwerk der Bogenbrücke als erstes zu optimieren
und anzupassen. In der Linienführung, sowie in der Geometrie des Bogens und der Anordnung der
Stützen sind noch Verbesserungen vorzunehmen. Da eine Brücke stark abhängig vom Bauverfahren
ist, werden im Entwurf auch die Bauphasen und die Verfahrenstechniken untersucht und
anschliessend gewählt. Sobald die Lagerung der Brücke definiert ist, können mit den festgelegten
Feldlängen und Bogengeometrien die Querschnittsabmessungen bestimmt werden. Die Fahrbahn
wird als Spannbeton geplant, wozu hier auch ein Vorspannkonzept entwickelt wird.
Das fünfte Kapitel beinhaltet einige Nachweise im Grenzzustand der Tragsicherheit sowie der
Gebrauchstauglichkeit. Der Fahrbahnträger und der Bogen werden an den massgebenden Stellen auf
Biegung bemessen, wobei auch die Bogenstabilität miteinbezogen wird. Im Fahrbahnträger wird
zudem ein Querkraftnachweis erbracht. Ein weiterer Nachweis wird im Grenzzustand der
Gebrauchstauglichkeit geführt. Es wird eine Vorlandstütze auf ihr Verformungsvermögen überprüft.
Abrundend zu den Nachweisen werden Hinweise zur konstruktiven Durchbildung am
Verbindungspunkt zwischen Stütze und Fahrbahn gemacht.
Abschliessend werden im Kapitel 6 die Arbeit zusammengefasst und die Erkenntnisse und
Folgerungen aufgezeigt.
The design of a bridge requires a high degree of creativity combined with broad expertise. Only in
this way a holistically functioning, aesthetically pleasing and yet economically and ecologically
sensible structure can be developed. Many factors such as the boundary conditions, geometric
arrangements, stiffnesses and materiality have an influence on the design and are often directly or
indirectly linked and influence each other. A design is thus a highly iterative process, where a perfect
solution does not exist, but it is still desirable to obtain a result close to the ideal solution.
In principle, the present work follows the project phases according to the SIA standard 260. The aim
here is to design an alternative variant to the already existing Chinegga-Bridge.
Chapter 2 contains the basis of the design in the form of a user agreement. This contains the most
important boundary conditions and requirements for the structure to be designed.
In chapter 3, a variant study is carried out. First, the boundary conditions and evaluation criteria for
the variants are analyzed and discussed. Subsequently, four different bridge structures are
presented: a continuous girder in free cantilever construction, a rigid-frame bridge, an arch bridge
with the supporting structure below, and a cable-stayed bridge. In each case, the street-alignment,
the main support structure, the construction method and the main cross sections are shown. The
chapter concludes with a discussion of the variants and a justified choice of the supporting structure:
the bridge is to be built with an arched supporting structure.
In the fourth chapter, the selected structure of the arch bridge is to be optimized and adapted first.
Improvements are still to be made in the alignment, as well as in the geometry of the arch and the
arrangement of the supports. Since a bridge is strongly dependent on the construction method, the
construction phases and the process techniques are also examined in the design and subsequently
selected. Once the bearing of the bridge is defined, the section dimensions can be determined with
the field lengths and arch geometries established. The carriageway is planned as prestressed
concrete, for which a prestressing concept is also developed here.
The fifth chapter contains some verifications in the ultimate limit state and the serviceability limit
state. The carriageway girder and the arch are designed for bending at the relevant points, whereby
the arch stability is also included. In addition, a shear force check is performed in the carriageway
girder. A further check is performed in the serviceability limit state. The deformation capacity of an
edge support is checked. To round off the verifications, information is provided on the design of the
connection point between the column and the carriageway.
Finally, chapter 6 summarizes the work and highlights the findings and conclusions.
- Der Entwurf einer Brücke erfordert ein hohes Mass an Kreativität verknüpft mit einem breiten
- Urheberrechtshinweis
- Büeler Martin, Hochschule Luzern - Departemet Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 30.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Blanket Cooling of a Fusion Reactor
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- Titel
- Blanket Cooling of a Fusion Reactor
- Autor/in
- Datierung
- 17.02.2023
- Beschreibung
- The use of digital tools for design is becoming a more common approach to engineering solutions. In many instances it is more cost effective than iterating laboratory measurement set-ups through estima-tion and trial and error. Numerical simulation software when properly applied helps to constrain the field of consideration by focusing resources on a starting point closer to the solution. However, numer-ically simulated physics is neither exact and results must be validated either by available theory and/or empirical measurement. This thesis utilizes numerical simulations with COMSOL Multiphysics and compares them with experimental measurements for a high-power heat exchanger. The development of the simulation and experimental set-up are described, and an outlook is offered based on results and observations. Future development is given by the author and CFS as recommendation for the continued research of this technology and its applications.
Abstract Deutsch fehlt
- The use of digital tools for design is becoming a more common approach to engineering solutions. In many instances it is more cost effective than iterating laboratory measurement set-ups through estima-tion and trial and error. Numerical simulation software when properly applied helps to constrain the field of consideration by focusing resources on a starting point closer to the solution. However, numer-ically simulated physics is neither exact and results must be validated either by available theory and/or empirical measurement. This thesis utilizes numerical simulations with COMSOL Multiphysics and compares them with experimental measurements for a high-power heat exchanger. The development of the simulation and experimental set-up are described, and an outlook is offered based on results and observations. Future development is given by the author and CFS as recommendation for the continued research of this technology and its applications.
- Urheberrechtshinweis
- Beaufait Robert, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 23.05.2023
- Übergeordnete Sets
- 1
Performance Margin Estimation based on Motion Primitives for an Agricultural Robot
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Performance Margin Estimation based on Motion Primitives for an Agricultural Robot
- Autor/in
- Datierung
- 17.06.2022
- Beschreibung
- Diese Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von Schutzalgorithmen gegen die Überschreitung
von Leistungsgrenzen bei autonomen landwirtschaftlichen Robotern. Genauer gesagt, geht es um die
Entwicklung einer Geschwindigkeitskontrolle, die auf die wichtigsten Herausforderungen und
Gefahren reagiert, mit denen ein solcher Roboter während eines Geländeeinsatzes konfrontiert
werden könnte: mangelnde Leistung, Schlupf, seitliches/rückwärtiges Kippen und
Geländeunebenheit.
Mit Hilfe bestehender Forschungsarbeiten, die die optimale Geschwindigkeit für Geländefahrzeuge
definieren, und der Verwendung von Grenzfaktoren, die auf den Umgebungsbedingungen basieren,
wird eine Methode zum Schutz der Leistungsgrenzen vorgeschlagen.
Die Idee ist, dass die eingestellte Geschwindigkeit der Maschine eine optimale Geschwindigkeit –
basierend auf dem Schlupf aufgrund des Geländetyps ist – abzüglich des Höchstwerts unter
mehreren geschwindigkeitsbegrenzenden Faktoren. Die Faktoren basieren auf der verfügbaren
Leistung, dem Roll-und Nickwinkel und der Geländeunebenheit, die den Roboter in Schwingungen
versetzt.
This research focuses on the development of an envelope protection for an autonomous agricultural
robot. More specifically, it focuses on creating a speed control that responds to the main challenges
and dangers such a robot could face during an off-road operation: lack of power, slippage, side/back
tipping, and terrain roughness.
With the aid of existing research that defines the optimum velocity for off-road vehicles and the use
of limiting factors based on the environmental conditions, a method for the envelope protection is
proposed.
The idea is that the set speed of the machine will be an optimum velocity – based on the slippage
due to the terrain type – minus the maximum value amongst several velocity-limiting factors. The
factors are based on the available power, roll angle, pitch angle, and terrain roughness that vibrates
the robot.
- Diese Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von Schutzalgorithmen gegen die Überschreitung
- Urheberrechtshinweis
- Ribeiro Holanda Lima Daniel, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 02.11.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Competitive Intelligence in agilen Innovationsprozessen
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Competitive Intelligence in agilen Innovationsprozessen
- Autor/in
- Datierung
- 17.06.2022
- Beschreibung
- Bei agilen Innovationsprozessen liegt der Fokus oft beim Kunden und seinen Bedürfnissen. Mitbewerber
werden aber oft vernachlässigt. Diese Arbeit erforscht die Ursachen für die Vernachlässigung und untersucht
die Schwierigkeiten im Umgang mit Informationen über Mitbewerber. Dazu werden anhand des
Problemlösungszyklus des Systems Engineering die Untersuchungsfelder Theorie, Good Practice und
Situationsanalyse bei CKW erforscht. Diese breite Auseinandersetzung ermöglicht ein grundlegendes
Verständnis der Problemsituation und schafft so die Basis für die Lösungsfindung. Das Ziel dieser Arbeit
besteht schliesslich in der Definition eines agilen Frameworks, welches Innovatoren die Schwierigkeiten
abnehmen und den Nutzen von Mitbewerberinformationen aufzeigen soll. Das Design Thinking-
Vorgehensmodell ermöglichtes eine offene und explorative Vorgehensweise zur Lösungsfindung. Die
Lösung bildet schliesslich das Competitive Intelligence Toolbook, welches praxisorientiert aufzeigt, wie
Informationen über Mitbewerber schnell und effektiv zum eigenen Vorteil genutzt werden können.
In agile innovation processes, the focus is often on the customer and his needs. Competitors, however, are
often neglected. This thesis explores the reasons for this neglect and examines the difficulties in dealing with
information about competitors. For this purpose, the problem-solving cycle of systems engineering is used to
explore the fields of investigation theory, good practice and situation analysis at CKW. This broad
examination enables a fundamental understanding of the problem situation and thus creates the basis for
finding a solution. Finally, the goal of this work is to define an agile framework that will help innovators
overcome the difficulties and demonstrate the benefits of competitor information. Finally, the solution is the
Competitive Intelligence Toolbook, which shows in a practice-oriented way how information about
competitors can be used quickly and effectively to one's own advantage.
- Bei agilen Innovationsprozessen liegt der Fokus oft beim Kunden und seinen Bedürfnissen. Mitbewerber
- Urheberrechtshinweis
- Sager Markus-Antonio, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 19.10.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
PARALLEL MULTI-DEVICE FIRMWARE UPDATE OVER THE AIR WITH A LORAWAN NETWORK
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- PARALLEL MULTI-DEVICE FIRMWARE UPDATE OVER THE AIR WITH A LORAWAN NETWORK
- Autor/in
- Datierung
- 17.06.2022
- Beschreibung
- Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Demonstrator-Infrastructur entwickelt, welches als
Konzeptachweises den Prozess eines «Firmware updadates over the air» in einem LoRaWAN
Netzwerk an mehrere «Nodes» gleichzeitig aufzeigen kann. Neben einer selbst entwickelten
Hardware, die jene Nodes im Feld simuliert, und einem FirmwareOverTheAirUpdate-server (FUOTA),
wurde ein Protokoll erarbeitet, das mit Hilfe von vordefinierten Spezifikationen der LoRa-Alliance
ermöglicht, Firmware Patches parallel an eine Gruppe von Nodes zu senden. Ein speziell entwickelter
Bootloader kann diesen Patch dann mit der aktuellen Firmware zu einer neuen Firmwareversion
zusammenführen. Der schlussendlich entwickelte Demonstrator umfasst einen FUOTA-server,
LoRaWAN Netzwerkserver, Gateway und eine LoRaWAN node. Der Demonstrator ist einer der ersten
kompletten Beispielimplementierung des Konzepts «Firmware update over the air» in einem
LoRaWAN Netzwerk und kann für zukünftige Entwicklungen und Recherchen als Anleitung dienen.
In the scope of this thesis, a demonstrator infrastructure was developed as a proof-of-concept, which
can demonstrate the process of a firmware update over the air in a LoRaWAN network to several
nodes simultaneously. Besides a self-developed hardware, which simulates the nodes in the field and
a FirmwareOverTheAirUpdate-server (FUOTA), a protocol was developed that allows to send firmware
patches in parallel to a group of nodes using predefined specifications of the LoRa-Alliance. A
specially developed bootloader can then merge these patches with the current firmware to create a
new firmware version. The final version of the developed demonstrator includes a FUOTA server,
LoRaWAN network server, gateway and a LoRaWAN node. The demonstrator is one of the first
complete example implementations of the concept of firmware update over the air in a LoRaWAN
network and can serve as a basis for future developments and research.
- Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Demonstrator-Infrastructur entwickelt, welches als
- Urheberrechtshinweis
- Obrist Corsin, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 05.10.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Validierung der Echtzeitfähigkeit von ROS 2 in der mobilen Robotik
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Validierung der Echtzeitfähigkeit von ROS 2 in der mobilen Robotik
- Autor/in
- Datierung
- 17.06.2022
- Beschreibung
- In den letzten Jahren ist die Bedeutung von mobilen Robotern schnell gewachsen. Mit dieser neuen
Art von Roboter entstehen neue Anforderungen bei der Entwicklung. Ein Tool, das sich in diesem
Bereich für die Softwareentwicklung durchgesetzt hat, ist das Robot Operating System (ROS).
Anfänglich von und für Hochschulen entwickelt, kommt ROS nach und nach auch mehr in
industriellen Anwendungen zum Einsatz. Diese bringen jedoch auch neue Herausforderungen mit
sich. Um die damit einhergehenden Ansprüche zu erfüllen ist die erste Version von ROS, ROS 1,
komplett überarbeitet worden. Daraus entstanden ist ROS 2. Ziel dieser neuen Version ist es,
zuverlässige und deterministische Applikationen entwickeln zu können, die beispielsweise auch in
sicherheitskritischen Anwendungen zum Einsatz kommen können.
Ziel dieser Master-Thesis ist es, sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Limitationen von ROS 2
für Echtzeitanwendungen mittels Versuche an zwei verschiedenen Versuchsaufbauten aufzuzeigen
und einzuordnen. Hierzu wird auch eine Speicher Programmierbare Steuerung (SPS), ein industriell
weit verbreitetes System, beigezogen.
Basierend auf den Resultaten der Experimente kann aufgezeigt werden, dass das Verhalten bezüglich
zeitlicher Vorgaben stark durch den/die Entwickler:in beeinflusst wird. Dies beginnt mit dem
Aufsetzen des Betriebssystems und geht weiter über diverse Einstellmöglichkeiten im Quellcode der
zu entwickelnden Anwendung. Ebenfalls muss der Einbindung von externer Hardware (z.B. Sensoren)
grosse Beachtung beigemessen werden.
Zum jetzigen Entwicklungsstand von ROS 2 eignet sich das Tool für Anwendungen mit weichen
Echtzeitanforderungen. Dies sind Anwendungen, bei der eine gestellte zeitliche Anforderung an das
System bis zu einem gewissen Grad resp. zu einer gewissen Anzahl überschritten werden darf. Für
Anwendungen mit harten Echtzeitanforderungen, bei denen die zeitlich gestellten Anforderungen
jeder Zeit eingehalten werden müssen, sind andere Systeme wie beispielsweise eine SPS zu
bevorzugen. Dies kann sich jedoch mit der laufenden Weiterentwicklung von ROS 2 in der Zukunft
ändern.
In recent years, the importance of mobile robots has grown rapidly. With this new type of robot, new
development requirements arise. One tool that has gained acceptance in software development is the
Robot Operating System (ROS). Initially developed by and for universities, ROS is gradually being
used increasingly in industrial applications. However, this also brings new challenges. The first
version of ROS, ROS 1, was completely revised in order to meet the demands. The goal of this new
version is to be able to develop reliable and deterministic applications that can also be used in
safety-critical applications, for example.
This master thesis aims to demonstrate and classify the performance and the limitations of ROS 2 for
real-time applications through tests on two different test setups. For this purpose, a programmable
logic controller (PLC), a widely used industrial system, is used for comparison.
Based on the results of the experiments, it can be shown that the developer strongly influences the
behaviour concerning time specifications. This starts with setting up the operating system and
continues with various setting options in the application's source code to be developed. Likewise,
integrating external hardware (e.g. sensors) must be given great attention.
At the current stage of the development of ROS 2, the tool is suitable for applications with soft realtime
constraints. These are applications where a set time constraint on the system may be exceeded
up to a certain degree or a certain number of times. For applications with hard real-time constraints,
where the time requirements must always be met, other systems such as PLCs are preferable.
However, this may change in the future with the ongoing development of ROS 2.
- In den letzten Jahren ist die Bedeutung von mobilen Robotern schnell gewachsen. Mit dieser neuen
- Urheberrechtshinweis
- Grossmann Marco, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 21.09.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Prinzipien von Low-Tech Gebäuden in warmen Klimaregionen weltweit im Kontext des Klimawandels
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Prinzipien von Low-Tech Gebäuden in warmen Klimaregionen weltweit im Kontext des Klimawandels
- Autor/in
- Datierung
- 16.06.2022
- Beschreibung
- Low-Tech Gebäude zeichnen sich durch ihre einfachen, aber sehr dauerhaften und ressourcenschonenden
Grundsätze. Dabei ist der Einsatz von Technik in Low-Tech Gebäuden auf ein Minimum reduziert.
Neben den Grundsätzen zeichnen sich Low-Tech Gebäude zudem mit einem sehr geringem
Gesamtenergieverbrauch.
Aus den bisherigen Vorarbeiten im Masterstudium (Vertiefungsmodul 1 und Vertiefungsmodul 2) konnten
Erkenntnisse aus der Thematik Normierung von Belegungen mit Fokus auf internationale Bauten in warmen
Klimaregionen und der Analyse von Wärmeströmen in einzelnen Bauteilen gewonnen werden und als
Grundlage für diese Masterthesis genutzt werden. Mit den Erkenntnissen aus den beiden Vorarbeiten wird als
letzter Schritt die Wirksamkeit der Prinzipien in warmen Klimaregionen weltweit ermittelt und untersucht.
Dabei sind vier Standorte in verschiedenen Klimaregionen vordefiniert. Um auch die Thematik «Zukunft»
miteinbeziehen zu können, werden die Prinzipien neben dem aktuellen Klima, auch mit den Klimaszenarien
(RCP Szenarien aus den IPCC Klimaprognosen) aus der Zukunft analysiert.
Das Klima wurde in vier Haupteigenschaften aufgeteilt. Die Aussentemperatur, Feuchtigkeit,
Globalstrahlung und die Bewölkung. Die Feuchtigkeit und die Globalstrahlungen bleiben auch mit den
Zukunftsprognosen (RCP 4.5 und 8.5 Szenarien) ähnlich wie das aktuelle Klima. Die Aussentemperaturen
werden sich Standortbedingt stärker oder schwächer verändern. Vor allem in warmen Klimaregionen wird
sich der Klimawandel besonders ausgeprägt definieren. Die Bewölkung wird sich ähnlich wie die
Aussentemperaturen standortbedingt verändern.
Das Ziel dieser Masterthesis ist es, Grundlagen für Bauten in warmen Klimaregionen mittels eines Kataloges
für einfache Gebäudetypen (Simple House, Apartment und Office) zu definieren und zu erweitern.
Mit den Ergebnissen aus den zahlreichen Gebäudesimulationen, (vier Klimastandorte, drei Gebäudetypen,
zwei RCP Szenarien, zwei Betrachtungszeiträume, drei veränderbare Parameter an der Gebäudestruktur)
konnten allgemeine Aussagen über das Potential von Gebäudetypen (vordefinierte Gebäudetypen)
hinsichtlich der veränderbaren Parameter getroffen werden. Im Kapitel 4 wurde ein Potentialkatalog mit den
entsprechenden Daten aus den Ergebnissen erstellt.
Low-tech buildings are characterized by their simple, but very durable and resource-saving principle. At the
same time, the use of technology in low-tech buildings is reduced to a minimum.
In addition to the principles, low-tech buildings are also characterized by a very low overall energy
consumption.
From the previous preliminary work in the master's program (specialization module 1 and specialization
module 2), knowledge from the topic of standardization of occupancy with a focus on international buildings
in warm climate regions and the analysis of heat flows in individual components could be taken and
incorporated as input into this master's thesis. With the knowledge gained from the two preliminary works,
the effectiveness of the principles in warm climate regions worldwide will be determined and investigated as
a final step. Four locations in different climatic regions are predefined for this purpose. In order to include the
topic "future", the principles are analyzed not only with the current climate, but also with the climate
scenarios (RCP scenarios) in the future.
The climate was analyzed in four main characteristics. The outdoor temperature, humidity, global radiation
and cloud cover. The humidity and global radiation remain similar to the current climate even with the
climate projections (RCP 4.5 and 8.5 scenarios). Outdoor temperatures will change more steeply or more
sharply depending on location. Especially in warm climate regions, climate change will be defined in a
particularly pronounced way. The cloudiness will change like the outside temperature depending on the
location.
The aim of this master thesis is to define and extend the basics for buildings in warm climate regions by
means of a catalog for simple building types (Simple House, Apartment and Office).
With the results from the numerous building simulations (four climate locations, three building types, two
RCP scenarios, two observation periods, three changeable parameters on the building structure) it is difficult
to make general statements about the potential of building types regarding the changeable parameters. In
chapter 4, a potential catalog was created with the corresponding data from the results.
- Low-Tech Gebäude zeichnen sich durch ihre einfachen, aber sehr dauerhaften und ressourcenschonenden
- Urheberrechtshinweis
- Glavas Matej, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 21.09.2022
- Übergeordnete Sets
- 1
Open-source application for design, simulation and analysis of multi-component gas adsorption processes in fixed bed columns
Name that can easily go onto 2 lines
Author that can easily go onto 2 lines as well
- Titel
- Open-source application for design, simulation and analysis of multi-component gas adsorption processes in fixed bed columns
- Autor/in
- Datierung
- 21.01.2022
- Beschreibung
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
Gastrennung und -reinigung. Jüngste Entwicklungen in der Trenntechnik haben neue Verfahrenskonzepte
und neue Adsorbentien hervorgebracht, die attraktive Eigenschaften hinsichtlich Energiebedarf, Durchsatz,
Regeneration des Adsorbens und Reinheit des Produkts bieten. Für optimal ausgelegte Adsorptionsprozesse
werden zunehmend mathematisch-physikalische Modelle und Simulationssoftware eingesetzt. Im Rahmen
dieser Masterarbeit wurde eine auf Open Source basierte Anwendung für die Auslegung, Simulation und
Analyse von Mehrkomponenten-Gasadsorptionsprozessen in Festbettkolonnen entwickelt. Das speziell
entwickelte Adsorptionsmodell wurde anhand eines gemessenen Referenzfalles für die Abtrennung von CO2
und N2 aus He an Aktivkohle erfolgreich validiert. Das Modell kombiniert Massen-, Energie- und Impulsbilanzen
mit einem linear-driving-force Ansatz für den Stoff- und Wärmetransport. Die Gleichgewichtsbeladungen
wurden mit der erweiterten Langmuir-Gleichung modelliert und die beladungsabhängigen
Adsorptionsenthalpien mittels der isosteren Methode berechnet. Basierend auf einem erstellten Konzept
wurde die Anwendersoftware mit grafischen Benutzeroberflächen in Python implementiert. Der derzeitige
Funktionsumfang der Software erlaubt im Wesentlichen die Eingabe aller definierten Parameter und Messdaten,
die Modellierung von Adsorptionsgleichgewichten, die Simulationsdurchführung des entworfenen
Adsorptionsprozesses sowie die grafische Auswertung der Simulationsergebnisse anhand von Massentransferzonen
und Durchbruchskurven.
Adsorption processes are among the most important process engineering methods for large scale gas
separation and purification tasks in industry. Recent developments in separation technology have included
new process designs and new adsorbents which offer attractive characteristics regarding energy demand,
throughput, regeneration of the adsorbent and purity of the product. For optimum designed adsorption
processes, mathematical-physical models and simulation software are increasingly used. Within this master
thesis, an open-source based application was developed for the design, simulation and analysis of multicomponent
gas adsorption processes in fixed bed columns. The specially developed adsorption model was
successfully validated using a measured reference case for the separation of CO2 and N2 from He on activated
carbon. The model combines mass, energy and momentum balances with a linear driving force approach for
mass and heat transport. The equilibrium loadings are modelled with the extended Langmuir equation and the
loading dependent enthalpies of adsorption are calculated via the isosteric method. Based on a created
concept, the user software with graphical user interfaces was implemented in Python. The current functional
framework of the software basically allows the input of all defined parameters and measurement data, the
modelling of adsorption equilibria, the simulation execution of designed adsorption process as well as the
graphical evaluation of simulation results based on mass transfer zones and breakthrough curves.
- Adsorptionsprozesse gehören zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Methoden für die großindustrielle
- Urheberrechtshinweis
- Blättler Roman, Hochschule Luzern - Departement Technik & Architektur
- Departement
- Studiengang
- Art der Arbeit
- Betreuer/Betreuerin
- Importiert am
- 11.05.2022
- Übergeordnete Sets
- 1