Die Arbeit befaßt sich mit der Beschreibung der linearen optischen Eigenschaften von heterogenen absorbierenden Materialien, insbesondere von Clustermaterialien. Das Ziel der Arbeit besteht in der Ausarbeitung einer analytischen Methode zur Berechnung des optischen Verlustes (Extinktion) des heterogenen Materials. Die präsentierte Methode basiert auf der klassischen Beschreibung der Licht-Materie-Wechselwirkung mit Hilfe dielektrischer Funktionen. Das Modell berücksichtigt eine mögliche Absorption in der Einbettmatrix, Mehrfachstreungseffekte in Systemen mit dichtgepackten Clustern und die Clusterstatistik. Um die Absorption in der Einbettmatrix beschreiben zu können, wird die Mie-Theorie der Lichtstreuung an einem sphärischen Teilchen in einer nichtabsorbierenden Umgebung erweitert. Die Clusterstatistik wird dadurch berücksichtigt, daß die optischen Eigenschaften eines makroskopischen Clustersystems als eine Mittelung der Eigenschaften kleinerer Clusteraggregate berechnet werden. Die zur Berechnung verwendeten Clusteraggregate, deren statistische Eigenschaften der Probenherstellungsmethode entsprechen, werden mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulation des Clusterwachstums auf Oberflächen generiert. Nach einer Beschreibung des theoretischen Apparats werden numerische Beispiele dargestellt, die die Anwendung der Methode demonstrieren. Die Extinktion von Eisenclustern in Fulleritmatrix wird in der Einzelteilchennäherung berechnet und mit experimentellen Daten verglichen. Die Extinktionskoeffizienten von Silberclustern in zwei molekularen Matrizen werden mit der Berücksichtigung der Clusterstatistik und Mehrfachstreungseffekten berechnet. Der Vergleich mit den experimentellen Werten läßt auf den Einfluß der betrachteten Effekte auf charakteristische Merkmale in den Spektren von makroskopischen Clustersystemen schlißen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit DC/DC-Wandlern zur Einbindung von Doppelschichtkondensatoren in das Fahrzeugenergiebordnetz. Zunächst werden die Anforderungen an derartige DC/DC-Wandler anhand dreier entsprechender Beispielanwendungen zusammengestellt und verglichen. Für die Anwendung zur Entkopplung transienter Hochleistungsverbraucher, wie beispielsweise eine elektrische Lenkung, wird ein DC/DC-Wandler-Konzept entwickelt. Es findet ein Vergleich von drei geeigneten Topologien mittels einer hierfür erarbeiteten Methode statt, mit dem Ziel die beste Lösung für den betrachteten Anwendungsfall zu ermitteln. Um adäquate Kritierien für die Wahl der Schaltfrequenz und der Induktivitäten von Speicherdrosseln aufzustellen, erfolgt eine Untersuchung des Einflusses des Drosselstromwechselanteils auf das Schaltverhalten der MOSFETs sowie auf bestimmte Bereiche der EMV-Störemissionen. Als Methoden zur Optimierung des Synchrongleichrichterbetriebs werden das Parallelschalten von Schottky-Dioden und Synchrongleichrichtern sowie die Variation der Ausschalttotzeiten von Synchrongleichrichtern untersucht. Weiterhin wird unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Anwendung und Topologie ein Konzept für die Regelung des Wandlers entwickelt. Abschließend findet eine Vorstellung ausgewählter Aspekte zur Umsetzung des DC/DC-Wandler-Konzepts sowie der Ergebnisse experimenteller Untersuchungen statt.

Bei dem 3D-Multimaterialdruck handelt es sich um ein Verfahren, mit dem es erstmals möglich ist, mehrere Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Arbeitsgang zu verdrucken. Um die geometrischen und physikalischen Beschränkungen aufzubrechen, wurde an der Professur Elektrischen Energiewandlungssysteme und Antriebe ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich wird, ganze elektromagnetische Energiewandler in einem Arbeitsgang herzustellen. Gleichzeitig lassen sich völlig neue Bauformen von Maschinen realisieren. Durch den Austausch von konventionellen Isolationsmaterialien durch Keramikisolation, werden die thermischen Eigenschaften von Elektromotoren signifikant verbessert.

This review concentrates on findings described in the recent literature on the response of cells and tissues to electromagnetic fields (EMF). Models of the causal interaction between different forms of EMF and ions or biomolecules of the cell will be presented together with our own results in cell surface recognition. Naturally occurring electric fields are not only important for cell-surface interactions but are also pivotal for the normal development of the organism and its physiological functions. A further goal of this review is to bridge the gap between recent cell biological studies (which, indeed, show new data of EMF actions) and aspects of EMF-based therapy, e.g., in wounds and bone fractures. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) betrachtet die Fähigkeit eines elektrischen Gerätes, in seiner elektromagnetischen Umgebung störungsfrei zu funktionieren, ohne diese dabei unzulässig zu stören. Zur Prüfung der Elektromagnetischen Verträglichkeit werden verschiedene Messumgebungen verwendet. Die Messung der strahlungsgebundenen Störfestigkeit und Störaussendung kann zum Beispiel in einer Modenverwirbelungskammer (MVK) erfolgen. Bei der Störfestigkeitsmessung wird der Prüfling einem externen Prüffeld ausgesetzt und untersucht, ob dieser die definierten Kriterien für einen störungsfreien Betrieb erfüllt. Für das Prüffeld muss vor der Messung nachgewiesen werden, dass die Anforderungen an dessen Homogenität eingehalten werden. Einen entscheidenden Einfluss auf die Homogenität des Prüffeldes hat der sogenannte Rührer. Bei einer MVK handelt es sich prinzipiell um einen Hohlraumresonator, in den ein mechanischer Rührer, d.h. ein elektrisch großer, drehbarer Streukörper integriert wird. Durch die Drehung des Rührers verändert sich die Feldverteilung in der MVK, was auch als Verwirbelung bezeichnet wird. Prinzipiell ergibt sich für jede Stellung des Rührers ein inhomogenes Feld mit lokalen Minima und Maxima. Ein Ziel bei der Verwendung von Modenverwirbelungskammern ist es, mit Hilfe geeigneter Verfahren Rührerstellungen zu finden, deren Feldverteilungen in Überlagerung ein möglichst homogenes Prüffeld erzeugen. Zum Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit der Technischen Universität Dresden gehört seit 2010 eine Modenverwirbelungskammer. Die Charakterisierung dieser MVK sowie eine weiterführende Untersuchung zur Wahl der Rührerstellungen bilden die Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit. / In 2010 the Chair of Electromagnetic Theory and Compatibility of Technical University Dresden could extend its laboratories by a reverberation chamber with the dimensions 5.3 m, 3.7m and 3.0 m. Since then, a detailed characterisation of the chamber as well as further investigations have been the main emphasis of the authors research. The submitted doctoral thesis presents the obtained results. With the design, the fundamentals of operation and further characterisation of the reverberation chamber, given in Chapter 1 and 2, it aims to give an introduction and better understanding of reverberation chambers. On this basis, the authors research focused on methods for determining the independent stirrer positions in reverberations chambers. The results of the investigations are presented and summarised in chapter 3. One scope of Electromagnetic Compatibility are radiated immunity measurements. Besides the GTEM cell and the anechoic chamber the reverberation chamber gains in importance as an alternative measurement environment. A reverberation chamber is a shielded room with reflecting walls and one or more integrated mechanical stirrers. By rotating the stirrer the spatial boundary conditions for the electromagnetic field quantities are altered. The resulting change of the spatial field distribution depends on the location within the chamber and the geometry of the stirrer. Each stirrer position yields an inhomogeneous field distribution created by interfering waves. A general aim is to find a set of stirrer positions, whose superimposed field distributions create a more uniform test field. In practice, the given requirements for the homogeneity of the test field shall, with regards to an optimisation of measurement time, be realized with a minimum number of stirrer positions. In this context the term ’independent stirrer positions’ was established and describes stirrer positions, whose field distributions are linearly uncorrelated and therefore assumed to be practical for creating a more homogeneous test field using only a minimal number of stirrer positions. A general method for determining the number of independent stirrer positions in reverberation chambers is presented. The method uses a certain number of measurement positions in a defined test volume in order to characterize the spatial field distribution inside the chamber. Using the Pearson correlation coefficient the field distributions of the stirrer positions are tested for linear correlation and pairs of independent stirrer positions are determined. On this basis, cliques of pairwise independent stirrer positions are identified using appropriate algorithms. It is shown that the general method yields detailed information about the number and distribution of the independent stirrer positions and is therefore particularly suitable to evaluate other methods. Finally, the standard method according to IEC 61000-4-21 as well as selected alternative methods, that have been proposed in the past, are evaluated and compared based on the results of the general method.

Höhere Drehzahlen, neue Anwendungen in elektrischen Fahrzeugen und der damit verbundene Leichtbau führen zu stärkeren Schwingungsphänomenen in elektrischen Drehfeldmaschinen. Besondere Bedeutung kommt dabei lateralen Rotorschwingungen zu, die sich akustisch bemerkbar machen und im Extremfall sogar zum Versagen des gesamten Systems führen können. In diesem Beitrag wird ein neuartiges Modell vorgestellt, welches rotordynamische Phänomene beliebiger Drehfeldmaschinen in transienten Fahrzuständen unter Berücksichtigung der vollen elektromagnetischen Kopplung abbilden kann. Im vorliegenden Beitrag wird eine FEM-Validierung des vorgeschlagenen Modells präsentiert. Danach wird ein Szenario vorgestellt, bei dem magnetisch angefachte Lateralschwingungen aufklingen. / Higher Speeds, new applications in electric vehicles and the need for lightweight structures lead to increasing occurrence of vibration phenomena in rotating field electrical machines. Lateral rotor oscillations take a particular role in this context, as they produce noise and may cause the entire system to fail in an extreme case. In this contribution, a novel modelling approach is presented, which allows for the fully coupled simulation of transient rotordynamics in all kinds of rotating field machines. This paper includes a FEM-validation of the proposed model. After that a scenario where self-excited lateral oscillations occur is presented.

This dissertation aims at designing a three-phase voltage source inverter based on the SiC devices and mainly the SiC-MOSFET. The designed inverter offers a possibility to drive the power inverter with a very high efficiency, which can reach up to 99% for 16 kW rated power. The design is dedicated to the electric vehicle application, and it aims at • Providing a comparative study on some of the current discrete SiC devices in terms of the total losses and the thermal conductivity. In addition, a behavioral study of the effective channel mobility with temperature variation in the SiC MOSFET will be investigated. • Designing a gate driver which fits with the driving requirements of the SiC-MOSFET and provides a trade-off between the switching losses and the EMI behavior. • Designing a three-phase voltage source inverter with 16 kW rated power; the design includes minimizing the inverter losses and extracts the EMI model of the power inverter by considering the effects of the parasitic parameters; moreover a short guideline for selecting the heat-sink based on the static network is introduced. • Proposing a new and simplified carried-based PWM, this will reduce the harmonics in the output waveforms and enhance the utilization of the DC-link voltage. • Proposing a new strategy for compensating the dead-time effect in carrier based-PWM and to find out the proper dead-time level in VSI based on SiC –MOSFET. • Designing faults diagnosis and protection circuits in order to protect the power inverter from the common faults; overcurrent, short-circuit, overvoltage, and overtemperature faults.

The inspiral and merger of two black holes is among the most exciting and extreme events in our universe. Being one of the loudest sources of gravitational waves, they provide a unique dynamical probe of strong-field general relativity and a fertile ground for the observation of fundamental physics. While the detection of gravitational waves alone will allow us to observe our universe through an entirely new window, combining the information obtained from both gravitational wave and electro-magnetic observations will allow us to gain even greater insight in some of the most exciting astrophysical phenomena. In addition, binary black-hole mergers serve as an intriguing tool to study the geometry of space-time itself. In this dissertation we study the merger process of binary black-holes in a variety of conditions. Our results show that asymmetries in the curvature distribution on the common apparent horizon are correlated to the linear momentum acquired by the merger remnant. We propose useful tools for the analysis of black holes in the dynamical and isolated horizon frameworks and shed light on how the final merger of apparent horizons proceeds after a common horizon has already formed. We connect mathematical theorems with data obtained from numerical simulations and provide a first glimpse on the behavior of these surfaces in situations not accessible to analytical tools. We study electro-magnetic counterparts of super-massive binary black-hole mergers with fully 3D general relativistic simulations of binary black-holes immersed both in a uniform magnetic field in vacuum and in a tenuous plasma. We find that while a direct detection of merger signatures with current electro-magnetic telescopes is unlikely, secondary emission, either by altering the accretion rate of the circumbinary disk or by synchrotron radiation from accelerated charges, may be detectable. We propose a novel approach to measure the electro-magnetic radiation in these simulations and find a non-collimated emission that dominates over the collimated one appearing in the form of dual jets associated with each of the black holes. Finally, we provide an optimized gravitational wave detection pipeline using phenomenological waveforms for signals from compact binary coalescence and show that by including spin effects in the waveform templates, the detection efficiency is drastically improved as well as the bias on recovered source parameters reduced. On the whole, this disseration provides evidence that a multi-messenger approach to binary black-hole merger observations provides an exciting prospect to understand these sources and, ultimately, our universe. / Schwarze Löcher gehören zu den extremsten und faszinierensten Objekten in unserem Universum. Elektromagnetische Strahlung kann nicht aus ihrem Inneren entkommen, und sie bilden die kompaktesten Objekte, die wir kennen. Wir wissen heute, dass in den Zentren der meisten Galaxien sehr massereiche schwarze Löcher vorhanden sind. Im Fall unserer eigenen Galaxie, der Milchstrasse, ist dieses schwarze Loch ungefähr vier Millionen mal so schwer wie unsere Sonne. Wenn zwei Galaxien miteinander kollidieren, führt dies auch dazu, dass ihre beiden schwarzen Löcher kollidieren und zu einem einzelnen schwarzen Loch verschmelzen. Das Simulieren einer solchen Kollision von zwei schwarzen Löchern, die Vorhersage sowie Analyse der von ihnen abgestrahlten Energie in Form von Gravitations- und elektromagnetischen Wellen, bildet das Thema der vorliegenden Dissertation. Im ersten Teil dieser Arbeit untersuchen wir die Verschmelzung von zwei schwarzen Löchern unter verschiedenen Gesichtspunkten. Wir zeigen, dass Ungleichmässigkeiten in der Geometrie des aus einer Kollision entstehenden schwarzen Loches dazu führen, dass es zuerst beschleunigt und dann abgebremst wird, bis diese Ungleichmässigkeiten in Form von Gravitationswellen abgetrahlt sind. Weiterhin untersuchen wir, wie der genaue Verschmelzungsprozess aus einer geometrischen Sicht abläuft und schlagen neue Methoden zur Analyse der Raumzeitgeometrie in Systemen vor, die schwarze Löcher enthalten. Im zweiten Teil dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit den Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung, die bei einer Kollision von zwei schwarzen Löchern freigesetzt wird. Gravitationswellen sind Wellen, die Raum und Zeit dehnen und komprimieren. Durchläuft uns eine Gravitationswelle, werden wir in einer Richtung minimal gestreckt, während wir in einer anderen Richtung minimal zusammengedrückt werden. Diese Effekte sind allerdings so klein, dass wir sie weder spüren, noch auf einfache Weise messen können. Bei einer Kollision von zwei schwarzen Löchern wird eine grosse Menge Energie in Form von Gravitationswellen und elektromagnetischen Wellen abgestrahlt. Wir zeigen, dass beide Signale in ihrer Struktur sehr ähnlich sind, dass aber die abgestrahlte Energie in Gravitationswellen um ein Vielfaches grösser ist als in elektromagnetischer Strahlung. Wir führen eine neue Methode ein, um die elektromagnetische Strahlung in unseren Simulationen zu messen und zeigen, dass diese dazu führt, dass sich die räumliche Struktur der Strahlung verändert. Abschliessend folgern wir, dass in der Kombination der Signale aus Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung eine grosse Chance liegt, ein System aus zwei schwarzen Löchern zu detektieren und in einem weiteren Schritt zu analysieren. Im dritten und letzen Teil dieser Dissertation entwickeln wir ein verbessertes Suchverfahren für Gravitationswellen, dass in modernen Laser-Interferometerexperimenten genutzt werden kann. Wir zeigen, wie dieses Verfahren die Chancen für die Detektion eines Gravitationswellensignals deutlich erhöht, und auch, dass im Falle einer erfolgreichen Detektion eines solchen Signals, seine Parameter besser bestimmt werden können. Wir schliessen die Arbeit mit dem Fazit, dass die Kollision von zwei schwarzen Löchern ein hochinteressantes Phenomenon darstellt, das uns neue Möglichkeiten bietet die Gravitation sowie eine Vielzahl anderer fundamentaler Vorgänge in unserem Universum besser zu verstehen.

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Purpose: Previous clinical studies have suggested a positive effect of low-frequency pulsed electromagnetic fields (PEMF) on wound healing and inflammation in the eye. We tried to test the value of PEMF treatment in a hyphema animal model with well-defined conditions. Methods: After injection of citrated autologous blood for the production of hyphema, 16 rabbit eyes were treated with 10 or 20 mT for 60 min on 4 days within the postoperative week. Two control groups with hyphema alone (n = 8) and PEMF irradiation without hyphema (n = 4) were also included. The rate of resorption was recorded daily. Histopathologic evaluation was performed. Results: The incidence of endothelial cell damage and fibrotic clots was markedly reduced in the 10-mT group while the resorption time of 8 days was identical with the control group. In the 20-mT group, the complication rate and the resorption time was increased versus the control group. Conclusions: The use of PEMF treatment is of some, however, limited value as it did not reduce the resorption time of hyphema but displayed a dose-dependent, beneficial influence on some serious side effects. Future clinical studies with low-dose PEMF irradiation are justified and should determine the optimal dosage and suitable indications of PEMFs as an adjunctive treatment in ocular inflammation or trauma. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.