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Beitrag zur Analyse des Eigenspannungsverhaltens von Composite-Hochdruckspeichern mit metallischem Liner

Beitrag zur Analyse des Eigenspannungsverhaltens von Composite-Hochdruckspeichern mit metallischem Liner von John,  Sebastian
Bei der Auslegung von Hochdruckspeichern kommen, auf Grund ihrer hohen spezifischen Festigkeit, vermehrt Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz. Durch eine hohe Streuung von Material- und Produktionsparametern sowie unterschiedlichster Belastungsszenarien in der Anwendung gestaltet sich jedoch eine Aussage über die Lebensdauer als auch eine Festlegung sinnvoller Prüffristen als schwierig. Die angefertigte Arbeit soll dazu beitragen, künftig genauere Aussagen über das Alterungs- und Beanspruchungsverhalten tätigen zu können. Im Fokus der Untersuchungen steht ein Behälterdesign, bestehend aus einem metallischen Liner und einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffverbund (Typ III), wobei die Lebensdauer maßgeblich durch die Lastwechselfestigkeit des metallischen Liners und dem darin vorherrschenden Eigenspannungszustand bestimmt wird. Durch eine alterungsbegleitende Eigenspannungsanalyse wird angestrebt, unter Einsatz eines Betriebsfestigkeitsmodells, verbesserte Aussagen zur Lebensdauerabschätzung von Typ III-Behältern geben zu können.Kernstück der Untersuchungen bildete ein Prüfprogramm zur künstlichen Alterung von Typ III Atemluftbehältern, worin Änderungen des Eigenspannungszustandes kontinuierlich erfasst und analysiert wurden. Im Rahmen von Vorversuchen und Simulationen konnten mechanische Lastspitzen ermittelt sowie das beanspruchungsbedingte Bauteilverhalten untersucht werden. Weiterhin wurden die einer Eigenspannungsmessung zu Grunde liegenden Messgrößen definiert, entsprechende Messverfahren abgeleitet und getestet. Schwerpunkt lag dabei auf der Entwicklung eines zerstörungsfreien Messverfahrens auf Grundlage einer experimentellen Modalanalyse.Bei der Analyse von Behältern im Neuzustand wurde zunächst die Höhe des initialen Eigenspannungszustandes und die fertigungsbedingte Streuung erfasst. Weiterhin wurden real gealterte Behälter untersucht, wobei im Vergleich eine deutlich geringere Eigenspannung nachgewiesen wurde. Prüfbegleitend zum Programm der künstlichen Alterung wurde das Eigenspannungs-, Material- und Verformungsverhalten einer Vielzahl von Prüfmustern untersucht. Eine Auswertung der Daten führt zu dem Schluss, dass bei den künstlich gealterten Behältern ein Anstieg der Eigenspannung zu verzeichnen ist.Das erfasste Eigenspannungsverhalten wurde im Folgenden in ein erarbeitetes Betriebsfestigkeitsmodell implementiert. Durch einen Abgleich mit experimentell ermittelten Lastwechselfestigkeiten wurde die Genauigkeit des Modells verifiziert. Die Nachstellung verschiedener Belastungsszenarien zeigt, dass durch die Berücksichtigung einer über der Lebensdauer veränderlichen Eigenspannung die Anzahl ertragbarer Lastwechsel bis zum Versagen sowie damit verbundene Überlebenswahrscheinlichkeiten mit einer erhöhten Genauigkeit abgeschätzt werden können.
Aktualisiert: 2021-01-13
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Überwachung hydrodynamischer Gleitlager basierend auf der Körperschallanalyse

Überwachung hydrodynamischer Gleitlager basierend auf der Körperschallanalyse von Mokhtari Molk Abadi,  Noushin
Bei Getrieben der Luftfahrt ist die Schadensfrüherkennung von Verschleißkomponenten unerlässlich. Jedoch stellt die zuverlässige und effektive Überwachung hydrodynamischer Gleitlager die Luftfahrt-Industrie vor große Herausforderungen. Die in den meisten Anwendungen zum Einsatz kommenden Messgrößen sind entweder nicht ausreichend sensitiv oder erfüllen nicht die Anforderungen an begrenztem Bauraum. Die Körperschalltechnologie (engl. acoustic emission technology; kurz: AE technology) erfüllt beide Kriterien und wird daher in dieser Arbeit eingesetzt. Um die Überwachung automatisiert durchführen zu können, eignen sich Verfahren des maschinellen Lernens, welche auf Grundlage mathematischer Algorithmen Muster in einer Datenreihe erkennen und anschließend den Systemzustand eigenständig und automatisch beurteilen.Hydrodynamische Gleitlager verwenden zur Lagerung den durch die Relativbewegung zwischen Welle und Gleitlagermaterial entstehenden tragenden Schmierfilm. Versagt dieser tragende Schmierfilm durch ungünstige Betriebsbedingungen wie z. B. hohe Lasten, geringe Drehzahlen, hohe Temperaturen oder Start-Stopp-Betrieb, so kommen die Gleitpartner in Kontakt und es entsteht Misch- oder Festkörperreibung. Diese beiden Reibungszustände verursachen Verschleiß und verringern so die Lebensdauer hydrodynamischer Gleitlager. Diese Arbeit gliedert sich somit in zwei wesentliche Bereiche: Reibungsuntersuchungen zur Entwicklung eines Reibungszustandsklassifikators und Verschleißuntersuchungen zur Schätzung des aktuellen Verschleißvolumens mithilfe der AE-Analyse und maschineller Lernverfahren.Die Reibungszustände Flüssigkeits-, Misch- und Festkörperreibung werden durch geeignete Experimente unter variabler Drehzahl, Last und Temperatur an den im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Gleitlagerprüfständen erzeugt. Die während dieser Experimenten erzeugten Muster werden anschließend durch Vorverarbeitung der AE-Signale, Merkmalsbildung aus dem Zeit-, Frequenz und Zeit-Frequenzbereich und Verwendung unterschiedlicher Klassifikatoren wie k-Nächste-Nachbar (kNN) oder Support Vektor Maschinen (SVM) der korrekten Reibungsklasse zugeordnet. Mithilfe von AE-Merkmalen und taktiler Oberflächenmessungen als Validierung wird die Möglichkeit der Überwachung von  Einlaufverschleiß während Kurzeitversuchen gezeigt. Zudem werden Langzeitversuche bei konstanter Drehzahl, Last und Temperatur durchgeführt und anschließend ein Modell zur Schätzung des Verschleißvolumens anhand der AE-Analyse entwickelt. Der integrierte AE-Effektivwert (engl. Root Mean Square; kurz: RMS) wird dabei als unabhängige Variable und das Verschleißvolumen des Gleitlagers als abhängige Variable eines Regressionsmodells verwendet. Aus diesen Ergebnissen ergeben sich weitere Fragestellungen wie z. B. die Lokalisierung der Anstreifvorgänge über den Gleitlagerumfang. Dies geschieht durch die Fusionierung des AE-Signals und des Nullimpulssignals eines Inkrementalgebers sowie die Auswertung der entstehenden Amplitudenmodulation.
Aktualisiert: 2021-01-07
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Modellierung und Regelung von dielektrischen Mehrschicht-Elastomerwandlern

Modellierung und Regelung von dielektrischen Mehrschicht-Elastomerwandlern von Hoffstadt,  Thorben
Elektromechanische Wandler auf Basis Dielektrischer Elastomere (DE) lassen sich als Aktoren, Generatoren und Sensoren vielfältig einsetzen. Die intrinsischen Materialeigenschaften bieten deutliche Vorteile gegenüber konventionellen elektromagnetischen Wandlern, u. a. hinsichtlich der Energieeffizienz und -dichte sowie der damit verbundenen Miniaturisierungsmöglichkeit. Durch die Erforschung intelligenter Ansteuerungs- und Regelungsverfahren, z. B. für einen kombinierten Aktor-Sensor-Betrieb, können das Potential der neuartigen Wandler und die damit verbundenen Vorteile weiter ausgeschöpft werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden durch ganzheitliche Betrachtung des Gesamtsystems aus Ansteuerelektronik und DE-Wandler neue, modellbasierte Schätzer und Regelungen entwickelt, die den Aktor-Sensor-Betrieb im geschlossenen Regelkreis ermöglichen.Mit den DE-Stapelwandlern werden nachfolgend mehrschichtige Wandler herangezogen, die sich gegenüber anderen Ausführungsformen durch hohe Kraftdichten auszeichnen. Aufgrund des kapazitiven Verhaltens der DE-Wandler wird zu deren Ansteuerung ein auf das elektrische Verhalten abgestimmter, bidirektionaler Sperrwandler eingesetzt. Dieser ist in der Lage, die hohen erforderlichen Feldstärken und die damit verbundenen Spannungen im unteren Kilovoltbereich energieeffizient im bidirektionalen Betrieb bereitzustellen.Zunächst werden modellbasierte Regelungskonzepte für die Strom- und Spannungsregelung des Sperrwandlers entworfen und validiert, die von den anwendungsspezifischen Regelungen des DE-Wandlers als Schnittstelle verwendet werden. Ein Fokus der modellbasierten Regelung liegt dabei auf der Reduzierung der erforderlichen Messtechnik, indem benötigte (Regel-) Größen mit dem Modell geschätzt werden, sodass auf die Strommessung für den geregelten Betrieb des Sperrwandlers verzichtet werden kann. Anschließend wird ein valides Modell des DE-Wandlers hergeleitet und parametriert, welches auf der Betrachtung einer Leistungsbilanz beruht, um das dynamische, mechanische Verhalten des Elastomers mit dem elektrischen Verhalten des DE-Wandlers vorteilhaft zu koppeln. Dieses Modell bildet einerseits die Grundlage für den Entwurf der Regelungskonzepte. Andererseits werden die für den Betrieb der Regelungen erforderlichen Zustands- und Störgrößen ebenfalls mithilfe modellbasierter Schätzer auf Basis eines erweiterten Kalman-Filters bestimmt. Neben einer sensorbasierten Ausführung des Schätzers, dem die Klemmenspannung und die Verformung des DE-Wandlers als Messgrößen zur Verfügung stehen, wird auch ein selbstsensierender Schätzer für den kombinierten Aktor-Sensor-Betrieb entwickelt, der aus den gemessenen elektrischen Klemmengrößen das mechanische Wandlerverhalten schätzt. Im Gegensatz zu existierenden Verfahren erfordert dieser Ansatz keine überlagerte Spannungsanregung für die Schätzung.Abschließend werden eine Positions- sowie eine universale Energieregelung entworfen, mit der die Aktorkraft, Verformung oder Spannung durch eine Vorsteuerung geregelt werden kann. Aufgrund des schaltenden Verhaltens des Sperrwandlers werden Gleitzustandsregelungen ausgelegt. Diese stellen ein für die spezifische Strecke prädestiniertes Entwurfsverfahren dar. Neue Optimierungen und Arbeitspunktadaptierungen erlauben hoch dynamische sensorbasierte und selbstsensierende Regelungsvorgänge mit Bandbreiten von bis zu 300 Hz bei hoher stationärer Regelgüte und deutlich reduzierter Schalthäufigkeit.
Aktualisiert: 2020-12-24
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Mikroplastik im Wasserkreislauf

Mikroplastik im Wasserkreislauf von Anger,  Philipp, Bannick,  Claus Gerhard, Barthel,  Anne-Kathrin, Braun,  Ulrike, Braunbeck,  Thomas, Dittmar,  Stefan, Eisentraut,  Paul, Elsner,  Martin, Gnirß,  Regina, Grummt,  Tamara, Hanslik,  Lisa, Huppertsberg,  Sven, Ivleva,  Natalia P., Jekel,  Martin, Klöckner,  Philipp, Knepper,  Thomas P., Köhler,  Heinz R, Krais,  Stefanie, Kuckelkorn,  Jochen, May,  Elisabeth, Müller,  Yanina Katharina, Niessner,  Reinhard, Obermaier,  Nathan, Oehlmann,  Jörg, Pittroff,  Marco, Reemtsma,  Thorsten, Ruhl,  Aki Sebastian, Schmieg,  Hannah, Schmitt,  Thomas, Schür,  Christoph, Storck,  Florian Rüdiger, Strobel,  Claudia, Triebskorn,  Rita, Wagner,  Martin, Wagner,  Stephan, Witzig,  Cordula Sonja, Zumbülte,  Nicole
Das interdisziplinäre Forschungsprojekt MiWa widmete sich grundlegenden Fragestellungen zur Analytik und Wirkung von Mikroplastik-Partikeln im Wasserkreislauf. Es wurden Methoden der Umweltprobennahme, der Probenaufbereitung und verschiedene Detektionsverfahren zur Charakterisierung und Quantifizierung von Mikroplastik intensiv untersucht, miteinander verglichen und weiterentwickelt. Öko- und humantoxikologische Untersuchungen dienten dem Zweck, die potenziell von Mikroplastik ausgehende Gefährdung für die aquatische Umwelt und den Menschen zu analysieren und zu bewerten. Eine Harmonisierung und Standardisierung von Methoden der Probennahme, Probenaufbereitung und Mikroplastik-Detektion sind trotz der erheblichen Fortschritte derzeit nur teilweise möglich. Die ökotoxikologischen Studien zeigen zwar die Aufnahme von Mikroplastik-Partikeln durch einige Organismen, jedoch konnte bisher keine schädigende Wirkung nachgewiesen werden. Dabei wurden für eine Auswahl aquatischer Modellspezies sowohl Szenarien direkter als auch indirekter Exposition innerhalb einer Nahrungskette betrachtet. Interaktionen mit menschlichen Modellzellen wurden bislang nur bei Mikroplastik-Partikeln mit Größen weit unterhalb von 1 µm (also Nanoplastik) beobachtet. Eine umfassende Bewertung ist bislang nicht möglich.
Aktualisiert: 2020-12-16
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Myra Warhaftig — Architektin und Bauforscherin

Myra Warhaftig — Architektin und Bauforscherin von Gretsch,  Sarah, Schlusche,  Günter, Sonder,  Ines
Myra Warhaftig war eine bemerkenswerte Architektin und Bauforscherin, deren Bauten und Publikationen viel bewirkt haben und immer noch viel bewirken und deren Forschungen wohl auch in Zukunft noch einiges bewirken werden. Sie hat einen ganz eigenen und bis heute wichtigen Ansatz der Architektur aufgegriffen bzw. vorangetrieben, nämlich die Grundrissforschung, die Verbesserung und Optimierung des Wohnungsgrundrisses für die Emanzipation der Frau, für die Reorganisation des Familienlebens. Ihr zweiter Arbeitsschwerpunkt lag in der historischen Bauforschung. Durch ihre Arbeiten und Recherchen sind viele jüdische Architektinnen und Architekten, die von den Nationalsozialisten verfolgt, entrechtet, diskriminiert, vertrieben, deportiert und ermordet wurden, vor dem endgültigen Vergessen bewahrt und wieder rehabilitiert worden. Diese Publikation dokumentiert die Ergebnisse des wissenschaftlichen Symposiums „Myra Warhaftig Architektin und Bauforscherin“, das von der Gesellschaft zur Erforschung des Lebens und Wirkens deutschsprachiger jüdischer Architekten vom 17. bis zum 18.5.2018 am Institut für Architektur der Technischen Universität Berlin durchgeführt wurde.
Aktualisiert: 2021-01-12
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Willkommene Perspektiven

Willkommene Perspektiven von Hübel,  Christian, Jeutner,  Markus, Möller,  Claudia, Pahl-Weber,  Elke, Schoen,  Susanne, Thomaier,  Susanne, Wendt-Schwarzburg,  Helke
Welche Bedarfe, Ideen und Lösungen sehen hochqualifizierte Migrant*innen für eine nachhaltige Stadtentwicklung? Inwiefern eignet sich Urban Design Thinking als ko-kreative Methode und Impuls für städtische Transformationsprozesse? Was bringen solche ko-kreativen Stadtentwicklungsprozesse mit bestimmten Bevölkerungsgruppen einer Stadt wie Mannheim und wie fügen sie sich in die Stadtpolitik ein? Wie kann man andere Städte dafür interessieren, was im Mannheimer Reallabor erprobt und erarbeitet wird?Diese neugierigen Fragen waren der Ausgangspunkt zu einem Forschungs- und Entwicklungsprozess, der sich zwischen 2016 und 2019 in der Stadt Mannheim im Rahmen des Forschungsprojekts Migrants4Cities. Hochqualifizierte Migrant*innen gestalten Zukunftsstädte entfaltete. Migrants4Cities hat mit Urban Design Thinking in einem ko-kreativen Arbeitsprozess zu zentralen Stadtentwicklungsthemen in Mannheim real experimentiert und versteht sich daher als Reallabor. Die Antworten, die das Verbundteam aus der Stadt Mannheim, dem Fachgebiet für Bestandsentwicklung und Erneuerung von Siedlungseinheiten der Technischen Universität Berlin und dem inter 3 Institut für Ressourcenmanagement auf die eingangs formulierten Fragen gefunden hat, werden in diesem Sammelband präsentiert.Das Buch zeigt auf, warum Ko-Kreation auch in der Stadtentwicklung zunehmend an Bedeutung gewinnt und wie mit Urban Design Thinking solche ko-kreativen, am Bedarf der Menschen ausgerichtete Arbeitsprozesse im städtischen Kontext strukturiert und umgesetzt werden können. Es bietet anschauliche Einblicke, wie Urban Design Thinking im Projekt Migrants4Cities eingesetzt wurde, welche Personen in die Arbeit eingebunden waren, was den Arbeitsprozess ausgezeichnet hat und welche Ergebnisse erarbeitet wurden. Basierend auf diesen Erfahrungen wird der ko-kreative Ansatz in Mannheim reflektiert in Bezug auf: die Besonderheiten in der Anwendung von Urban Design Thinking, die Einbindung solcher Vorgehensweisen in die Routinen städtischer Governance, die Mobilisierung und Einbindung der Migrant*innen sowie den Transfer von Ergebnissen in andere Städte.Ermöglicht wurde Migrants4Cities durch die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms Nachhaltige Transformation urbaner Räume.
Aktualisiert: 2020-09-24
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Spatial Commons. Die Nachbarschaft und ihre Gewerberäume als sozial-räumliches Gemeingut

Spatial Commons. Die Nachbarschaft und ihre Gewerberäume als sozial-räumliches Gemeingut von Bretfeld,  Nada, Heilgemeir,  Anna, Pelger,  Dagmar, Stollmann,  Jörg
Der sogenannte Wrangelkiez in Kreuzberg ist eines der am stärksten von Gentrifizierung bedrohten Stadtviertel Berlins, verfügt aber zugleich über eine der widerstandsfähigsten Bewohnerschaften der Stadt. Die urbane Nachbarschaft wird in der vorliegenden Publikation unter dem Gesichtspunkt der Commons und des (Dis-)Commonings betrachtet. Dies geschieht aus dreierlei Perspektiven: Planung, Gemeinwesenarbeit und Bildungsarbeit. In der vorliegenden als Bildungsmaterial und Forschungsdokumentation zugleich konzipierten Publikation wird die Nachbarschaft auf ihre Potentiale ihrer Re-/Produktion von sozial-räumlichen Beziehungsgeflechten, Zugangssystemen aber auch in Bezug auf die Risiken der Abschöpfung nachbarschaftlich hergestellter "Güter" untersucht: In welchem Zusammenhang stehen der Raum der Nachbarschaft, das Beziehungsgefüge der Nachbar_ innen und die täglichen Handlungen, die beides verbinden? Mit welchen Mitteln wird der urbane Raum als Ort der Interaktion und Teilhabe gemeinschaftlich erzeugt und erhalten? Welche geplanten oder ungeplanten Prozesse haben Einfluss auf die räumliche Struktur sowie auf den Alltag der Bewohner_innen und Nutzer_innen? Wer bedient sich der kollektiv erzeugten Werte im Raum bzw. wem werden sie zur Verfügung gestellt? Die Publikation wurde durch Weiterbearbeitung der Ergebnisse des im Sommersemester 2017 durchgeführten Recherche- und Kartierungsseminars „Spatial Commons. Hin und weg vom Kiez“ erstellt sowie auf Grundlage der Ergebnisse eines "Fachtags zur Bedeutung von Gewerberäumen als Orte des Gemeinschaffens für die Nachbarschaft" im November 2018.
Aktualisiert: 2021-01-12
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Wohnhaft im Verborgenen

Wohnhaft im Verborgenen von Eichhorst,  Finya, Gunia,  Anne, Kelling,  Emily, Löw,  Martina, Pelger,  Dagmar, Runge,  Farina, Schütze,  Alina, Stollmann,  Jörg, Wagner,  Lisa, Wulf,  Jonas
Die Kommunen in Deutschland sind verpflichtet, Obdachlose vor Straßenobdachlosigkeit zu bewahren. Häufig kommen sie dieser Verpflichtung nach, indem sie die Kosten für Hostelsbetten übernehmen. In diesem Zusammenhang stellt die Berliner Hostelwirtschaft mit wohnungslosen Menschen eine versteckte Form der Wohnungslosigkeit dar, die weder in der Stadt sichtbar ist noch in der öffentlichen Debatte berücksichtigt wird. Die meisten Menschen wissen nicht einmal davon. In diesem Projekt wird untersucht, wie die Hostelwirtschaft funktioniert: Welche Akteure sind beteiligt und wie hängen sie voneinander ab? Wie ist das Hostelphänomen auf verschiedenen Ebenen räumlich strukturiert? Welche Codes und Conventions bilden die Grundlage seiner Organisation? Die Ergebnisse bestätigen unsere Vermutung und zeigen, dass die Verborgenheit für die Existenz der Hostelwirtschaft konstitutiv ist - auf der Ebene der Stadt, der Nachbarschaft, des Gebäudes und der Innenräume. Wir verstehen diese Dynamik als eine neue Raumproduktion prekären Wohnens in Berlin, die sich im Verborgenen abspielt und deren räumliche Charakteristika in einer Karte festgehalten sind, die Teil der Publikation ist.
Aktualisiert: 2020-10-29
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Design and comparison of two brushless DC drives for an electric propulsion system of solar-power unmanned aerial vehicles

Design and comparison of two brushless DC drives for an electric propulsion system of solar-power unmanned aerial vehicles von Dong,  Rong
Das elektrische Antriebssystem als Kernkomponente von unbemannten Solarflugzeugen (UAVs, Unmanned Aerial Vehicles) für Langzeitflüge erfordert eine hohe Leistungsdichte und robuste Antriebstechnik. Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDCM) mit hoher Leistungs- und Drehmomentdichte sowie dafür angepasste Regelalgorithmen werden daher bevorzugt in UAVs eingesetzt.Diese Dissertation zielt darauf ab, einen verbesserten BLDCM mit nur 4 eingebetteten Magnetblöcken zu entwerfen, um 8 Pole zu realisieren im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur mit 8 Magnetblöcken. Das Verhalten beider BLDCM-Designs wurde analytisch ermittelt und die Motormodelle mit Hilfe von Finite-Elemente-Software in ANSYS verifiziert. Design und Konstruktion der Prototypen mit der vorgeschlagenen und der herkömmlichen Magnetstruktur wurden durchgeführt und es wurde ein Prüfstand für einen umfassenden Leistungsvergleich aufgebaut.Da die vorgeschlagene Magnetstruktur zu einem Magnetkreis führt, bei dem die entgegengesetzten Pole keine Spiegelsymmetrie aufweisen, wurden die Längs- und Querinduktivität durch Finite-Elemente-Modellanalyse und Experimente absolut und differentiell untersucht. Weiterhin wurden Wirkungsgradkennfelder erstellt und das thermische Verhalten untersucht, um ein umfassendes Verständnis der beiden Motoren zu erhalten.Um das sensorbedingte Ausfallrisiko zu eliminieren, wurde eine schnelle analoge Isolationsschaltung mit hoher Linearität und Stabilität zur Messung der gepulsten Spannungen bei 270V Gleichspannung entwickelt, um eine sensorlose Steuerungsstrategie zu realisieren. Die Schaltung verwendet einen linearen Optokoppler mit integrierter Rückkopplungsfotodiode, sowie einen PI-Regler mit schnellen Operationsverstärkern im Rückkopplungspfad.Ein 3D-Statormodell wurde erstellt, um die mechanischen Resonanzfrequenzen und die mögliche Anregung durch die elektromagnetische Radialkraft zu analysieren, die zu Vibrationen und Geräuschen bei der vorgeschlagenen und herkömmlichen Rotorstruktur führt. Es wurde auch eine analytische Modalanalyse durchgeführt, um die Genauigkeit von FEM-Simulationen und experimentellen Ergebnissen mit dem Impulshammer zu vergleichen und zu validieren.
Aktualisiert: 2020-11-05
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Wirkung von Beleuchtungsstärke und spektraler Verteilung des Lichts auf die Aufmerksamkeit am Tag

Wirkung von Beleuchtungsstärke und spektraler Verteilung des Lichts auf die Aufmerksamkeit am Tag von Rothert,  Inga
Moderne LED- und Lichtmanagementtechnologien sowie wachsendes Wissen über nicht-visuelle Wirkungen von Licht ermöglichen zukünftig, mit dem richtigen Licht zur richtigen Zeit die oft suboptimalen Lernbedingen an Schulen oder Universitäten zu verbessern. Leider herrscht noch kein Konsens, was „richtig“ bedeutet. Unter dem Begriff nicht-visuelle Wirkungen versammeln sich eine Vielzahl an unterschiedlichen Wirkungen: z.B. die Unterdrückung des Hormons Melatonin, die Verbesserung der Aufmerksamkeit oder der Einfluss auf das Wohlbefinden. Die Wirkung von erhöhten Beleuchtungsstärken oder erhöhten kurzwelligen Anteilen in der spektralen Verteilung auf die Melatoninsuppression in der Nacht ist gut belegt. Für die akute Aufmerksamkeit am Tage, Grundvoraussetzung zum Lernen, ist die Studienlage zur Wirkung von Beleuchtungsstärken und spektralen Verteilungen jedoch uneinheitlich. Im Rahmen dieser Dissertation wurden daher drei Untersuchungen zu diesem Thema durchgeführt.Im Laborversuch wurden zwei Beleuchtungsstärken bei jeweils zwei spektralen Verteilungen an jeweils 30 Probanden miteinander verglichen. Es zeigte sich, dass eine erhöhte vertikale Beleuchtungsstärke von 1 000 lx auf Augenhöhe im Vergleich zu einer Standardbeleuchtungsstärke von 200 lx vertikal auf Augenhöhe positiv auf die Aufmerksamkeit wirkt. Ein erhöhter kurzwelliger Anteil in der spektralen Verteilung von 12 000 K unterschied sich bei gleicher Beleuchtungsstärke nicht in der Wirkung von 2 200 K bezüglich der Aufmerksamkeit. Die Interaktion beider Größen deutet darauf hin, dass sich eine hohe Beleuchtungsstärke bei gleichzeitig hohem kurzwelligem Anteil (12 000 K bei 1 000 lx) nachteilig auf die Aufmerksamkeit auswirkt. Dies wurde anhand der kognitiven Tests d2R-Test und Go-NoGo-Test ermittelt. Ein Einfluss der Beleuchtung auf die subjektive Aufmerksamkeit, gemessen mit der Karolinska-Sleepiness-Scale, konnte nicht nachgewiesen werden. Im Feldversuch im Hörsaalkontext wurden weder mit subjektiven noch mit kognitiven Tests Einflüsse der Beleuchtung auf die Aufmerksamkeit beobachtet. Mögliche Erklärungen hierfür sind die weniger extremen Lichtbedingungen (hohe Beleuchtungsstärke: 400 lx vertikal auf Augenhöhe, hoher kurzwelliger Anteil: 9 000 K) als im Labor, stärkerer Einfluss von Störgrößen im Feld, ein langanhaltender Lerneffekt beim monotonen d2R-Test und die Möglichkeit, dass der potenzielle Effekt des Lichts auf die Aufmerksamkeit zu gering für einen Nachweis ist. Andere Einflussgrößen wie berichtete Anstrengung, Nahrungs- und Koffeinzufuhr sowie Krankheit und Schlafprobleme zeigten teilweise eine stärkere Wirkung auf die Aufmerksamkeit als das Licht. Diese Zusammenhänge sollten weiter erforscht werden, um den komplexen Einfluss von Licht auf den Menschen besser zu verstehen. In einem weiteren Laborversuch wurde kein Unterschied in der Wirkung von dynamischer vs. statischer Beleuchtung auf die Aufmerksamkeit gefunden. In allen Versuchen bewerteten die Probanden Lichtszenen mit hohem kurzwelligem Anteil hinsichtlich Akzeptanz schlechter als Lichtszenen mit niedrigem oder mittlerem kurzwelligem Anteil.Diese Arbeit konnte zeigen, dass tendenziell höhere Beleuchtungsstärken von Vorteil für die Aufmerksamkeit tagsüber sind. Da jedoch kein Nachweis in der realen Anwendung im Lernumfeld erbracht wurde, sollten daraus zum jetzigen Zeitpunkt noch keine Planungsempfehlungen abgeleitet werden. Sehr hohe Farbtemperaturen ab 9 000 K sollten nur mit Vorsicht eingesetzt werden, da eine geringere Nutzerakzeptanz zu erwarten ist und sie in Kombination mit hohen Beleuchtungsstärken nachteilig auf die Aufmerksamkeit wirkten.
Aktualisiert: 2020-12-10
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