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Background: This paper presents a novel approach for a hand prosthesis consisting of a flexible, anthropomorphic, 3D-printed replacement hand combined with a commercially available motorized orthosis that allows gripping.
Methods: A 3D light scanner was used to produce a personalized replacement hand. The wrist of the replacement hand was printed of rigid material; the rest of the hand was printed of flexible material. A standard arm liner was used to enable the user’s arm stump to be connected to the replacement hand. With computer-aided design, two different concepts were developed for the scanned hand model: In the first concept, the replacement hand was attached to the arm liner with a screw. The second concept involved attaching with a commercially available fastening system; furthermore, a skeleton was designed that was located within the flexible part of the replacement hand.
Results: 3D-multi-material printing of the two different hands was unproblematic and inexpensive. The printed hands had approximately the weight of the real hand. When testing the replacement hands with the orthosis it was possible to prove a convincing everyday functionality. For example, it was possible to grip and lift a 1-L water bottle. In addition, a pen could be held, making writing possible.
Conclusions: This first proof-of-concept study encourages further testing with users.
This work provides a series of methane adsorption isotherms and breakthrough curves on one 5A zeolite and one activated carbon. Breakthrough curves of CH4 were obtained from dynamic column measurements at different temperature and pressure conditions for concentrations of 4.4 – 17.3 mol.‐% in H2/CH4 mixtures. A simple model was developed to simulate the curves using measured and calculated data inputs. The results show that the model predictions agree very well with the experiments.
The separation of nitrogen and methane from hydrogen-rich mixtures is systematically investigated on a recently developed binder-free zeolite 5A. For this adsorbent, the present work provides a series of experimental data on adsorption isotherms and breakthrough curves of nitrogen and methane, as well as their mixtures in hydrogen. Isotherms were measured at temperatures of 283–313 K and pressures of up to 1.0 MPa. Breakthrough curves of CH4, N2, and CH4/N2 in H2 were obtained at temperatures of 300–305 K and pressures ranging from 0.1 to 6.05 MPa with different feed concentrations. An LDF-based model was developed to predict breakthrough curves using measured and calculated data as inputs. The number of parameters and the use of correlations were restricted to focus on the importance of measured values. For the given assumptions, the results show that the model predictions agree satisfactorily with the experiments under the different operating conditions applied.
Regarding the importance of adsorptive removal of carbon monoxide from hydrogen-rich mixtures for novel applications (e.g. fuel cells), this work provides a series of experimental data on adsorption isotherms and breakthrough curves of carbon monoxide. Three recently developed 5A zeolites and one commercial activated carbon were used as adsorbents. Isotherms were measured gravimetrically at temperatures of 278–313 K and pressures up to 0.85 MPa. Breakthrough curves of CO were obtained from dynamic column measurements at temperatures of 298–301 K, pressures ranging from 0.1 MPa to ca. 6 MPa and concentrations of CO in H2/CO mixtures of 5–17.5 mol%. A simple mathematical model was developed to simulate breakthrough curves on adsorbent beds using measured and calculated data as inputs. The number of parameters and the use of correlations to evaluate them were restricted in order to focus the importance of measured values. For the given assumptions and simplifications, the results show that the model predictions agree satisfactorily with the experimental data at the different operating conditions applied.
As a basis for the evaluation of hydrogen storage by physisorption, adsorption isotherms of H2 were experimentally determined for several porous materials at 77 K and 298 K at pressures up to 15 MPa. Activated carbons and MOFs were studied as the most promising materials for this purpose. A noble focus was given on how to determine whether a material is feasible for hydrogen storage or not, dealing with an assessment method and the pitfalls and problems of determining the viability. For a quantitative evaluation of the feasibility of sorptive hydrogen storage in a general analysis, it is suggested to compare the stored amount in a theoretical tank filled with adsorbents to the amount of hydrogen stored in the same tank without adsorbents. According to our results, an “ideal” sorbent for hydrogen storage at 77 K is calculated to exhibit a specific surface area of >2580 m2 g−1 and a micropore volume of >1.58 cm3 g−1.
Im Rahmen einer Master Thesis wurde ausgehend von einem vorhandenen System On Chip Design, welches eingehende EKG-Datensignale verarbeitet, das bestehende System so erweitert dass es komplett über den standardisierten SPI-Bus steuerbar und auslesbar ist.
Im ASIC Design Center der Hochschule Offenburg wird ein Design Kit für die UMC 0.18μm Faraday Technologie aufbereitet. Dabei werden alle benötigten Dateien, welche für einen zunächst rein digitalen Chipentwurf unter Verwendung der Synopsys, Cadence und Mentor Tools benötigt werden, für den UMC 0.18μm Prozess zusammengestellt.
Compliance Due Diligence
(2017)
Nahezu jedes Unternehmen hat heute auf seiner Homepage einen eigenen Bereich integriert, in welchem Compliance- und Integrity-Maßnahmen vorgestellt werden. Auslöser hierfür dürften wohl nicht nur die immer strengeren Gesetze sein, sondern vielmehr Unternehmensskandale, welche in den Unternehmen für Unruhe sorgten. Man denke hierbei beispielsweise an die Korruptionsskandale bei MAN oder Siemens sowie aktuell der Volkswagen Abgas-Skandal. Die Folgen können weitreichend sein. Schadensersatzzahlungen, Auftragsverluste oder auch große Image-Schäden sind die Folgen. Zu erkennen ist ebenfalls, dass auch immer mehr mittelständische Unternehmen das Thema Compliance für sich entdecken. Es ist also keinesfalls davon auszugehen, dass nur die großen Unternehmen hohen Haftungsrisiken ausgesetzt sind. Dennoch sind konkrete Compliance-Programme in diesen meist eher vorhanden und konkret ausgestaltet.
Die touristische Entwicklung in den deutschen Urlaubsorten gestaltet sich derzeit in der Regel sehr positiv. Dies ist einerseits sehr erfreulich und sollte Anlass für das Marketing geben, diese Situation zu verfestigen und zu verstärken; andererseits zeigt eine nähere Betrachtung, dass sich die Besucherströme in erster Linie auf die Hauptsaisonzeiten der jeweiligen Urlaubsgebiete konzentrieren. Für viele Bäderorte, vor allem etwa auch die der Ost- und Nordseeküste, sind dies die Ferienzeiten im Sommer. So verzeichnen viele Hotels und Restaurants bis zu 70 % ihrer Jahreseinnahmen in dieser nur dreimonatigen Periode. Das Problem besteht nun in den übrigen Jahreszeiten vor allem darin, dass bei geringem Umsatz trotzdem Personal und Einrichtungen vorgehalten werden müssen. Auch die vorhandenen gemeindlichen und privaten Infrastrukturen werden in den Nebensaisonzeiten nicht genügend ausgelastet. Läden und Geschäfte leiden zum Teil unter der geringen Gästezahl. Manche Urlaubsorte wirken, so vor allem im Winter, oft in diesen Zeiten wie ausgestorben. Entwicklungsbedarf entsteht nun darin, auch Angebote zu schaffen, die einen Ferienaufenthalt im Herbst, Winter und Frühjahr attraktiver machen. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der folgenden Ausführungen, entsprechende innovative Lösungsansätze aufzuzeigen.
Datengetriebenes Targeting
(2020)
The aim of this paper is to identify indicators at country level that could prove useful in improving the effectiveness of fraud detection in European Structural and Investment Funds. We analyse data for 454 funds, belonging to the period 2014-2020, from the 28 countries that were members of the European Union in 2014. Explanatory results suggest the convenience of tracking funds, especially in countries with higher GDP and higher transparency levels, and the lesser relevance of the number of irregularities for countries with higher GDP and those receiving larger funds. Fraud and fraud detection rates in individual funds vary significantly across states. Federal states, such as the Federal Republic of Germany, are comparatively successful in detecting fraud in EU funds.
In der genossenschaftlichen FinanzGruppe werden neben Verbundunternehmen wie zum Beispiel der DZ Bank rund 45 bis 50 Genossenschaftsbanken von der künftigen Berichtspflicht nach der sogenannten CSR-Richtlinie betroffen sein. Dieser Artikel gibt Hinweise zu Auswirkungen der neuen Gesetzeslage, aber auch zu Chancen und Potenzialen. Diskutiert wird insbesondere, was das neue Gesetz bzw. der Regierungsentwurf von 2016 besagt, und was die Vorgaben konkret für Genossenschaftsbanken bedeuten. Der Beitrag diskutiert zudem Synergien, Chancen und Potenziale: Das Thema Nachhaltigkeit kann wertvolle Impulse für eine zielgerichtete Weiterentwicklung des eigenen Geschäftsmodells bieten, beispielsweise wie neue Kundengruppen und/oder neue Ertragspotenziale mit Hilfe von neuen Produkten beziehungsweise Geschäftsfeldern erschlossen werden können.
In Zeiten großer Veränderungen haben genossenschaftlich organisierte KMU die Möglichkeit, auf komplexe Herausforderungen mit kooperativen Lösungsansätzen zu reagieren, vor allem wenn dabei die Kraft und Kreativität der Gemeinschaft genutzt wird. Getreu dem Motto „Was einer alleine nicht schafft, das schaffen viele“ des Genossenschaftsvorreiters Friedrich Wilhelm Raiffeisen ist gemeinschaftliches unternehmerisches Handeln identitätsstiftend und motivierend, woraus wiederum eine sich selbst verstärkende Eigendynamik entstehen kann. Wie Mittelstand, Politik und Gesellschaft davon profitieren, stellen Prof. Dr. Tobias Popovic und Prof. Dr. Thomas Baumgärtler in diesem Beitrag dar.
Sowohl die Entwicklung neuer als auch die Weiterentwicklung bestehender Quartiere sind mit vielfältigen Herausforderungen verbunden. Durch weitere Klimaschutzmaßnahmen und ein zunehmendes Umweltbewusstsein steigen die energetischen Anforderungen an Wohn- und Gewerbeimmobilien. Die besonders für Deutschland ungünstige demografische Entwicklung bedingt eine weiter zunehmende Urbanisierung, bedingt durch Migration und Zuzug älterer Menschen in Städte, die künftig noch mehr altersgerechte Wohnungen und Pflegeeinrichtungen etablieren müssen. Hinzu kommen die steigenden Anforderungen aus der digitalen Transformation und einer Informationsgesellschaft, die sich mit Konnektivität, Schnelllebigkeit, Individualisierungstendenzen und veränderten Konsumgewohnheiten auseinandersetzen muss.
Die Coronakrise hat weltweit das Wirtschafts- und Gesellschaftsleben in bisher ungekannter Weise verändert. Die ohnehin bereits komplexen Herausforderungen in Zeiten des Klimawandels sind damit noch gestiegen. Genossenschaftliche Innovationsökosysteme können Lösungsansätze für die gravierenden Veränderungen im unternehmerischen, kommunalen und gesellschaftlichen Umfeld schaffen.
Eine Mitte November veröffentlichte EU-Richtlinie sieht vor, dass ab 2017 Unternehmen mit durchschnittlich mehr als 500 Mitarbeitern bestimmte Nachhaltigkeitsangaben im Lagebericht veröffentlichen müssen. Auf den ersten Blick scheint hier weiterer administrativer Ballast für die wenigen betroffenen Genossenschaftsbanken zu entstehen. Doch daraus ergeben sich für die Institute auch Chancen. Es lohnt sich zu prüfen, ob ein aktives Nachhaltigkeitsmanagement sinnvoll erscheint.
Nachhaltigkeit in der DNA
(2014)
Der demografische Wandel wird betriebs- und volkswirtschaftlich vielfach mit dem Fachkräftemangel in Zusammenhang gebracht. Diese Sichtweise scheint jedoch verkürzt. Die Alterung der Gesellschaft wird die Geschäftsmodelle von Finanzdienstleistern in den nächsten Jahren auf den Prüfstand stellen. Dies gilt vor allem für regionalverankerte Institute. Ein frühzeitiges Gegensteuern auf den Ebenen Strategie, Kunden- und Mitgliederstruktur, Produktportfolio sowie Marketing und Vertrieb kann jedoch den Markterfolg langfristig sichern.
Sind Mitglieder eine aussterbende Spezies? Der demografische Wandel zeigt dringenden Handlungsbedarf
(2012)
Wurzeln, Werte und Visionen
(2018)
Massive Umwälzungen im Marktumfeld, verstärkt durch disruptive Technologien, stellen viele Unternehmen vor die existenzielle Frage, wie sie ihr etabliertes Geschäftsmodell zukunftsfähig weiterentwickeln können beziehungsweise wie sie sich unter Umständen grundlegend neu aufstellen müssen. Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambiguität (kurz VUKA) sind in diesem Kontext jene ungünstigen Begleiterscheinungen, die auch genossenschaftliche Unternehmen beeinflussen. Die vielfältigen Herausforderungen im Unternehmensumfeld, wie beispielsweise ungünstige demografische Entwicklungen, eine zunehmende Urbanisierung bei steigendem Bedarf an regionaler Daseinsvorsorge, Wettbewerbsdruck durch neue Geschäftsmodelle und Konkurrenten infolge der Künstlichen Intelligenz beziehungsweise Digitalisierung – zum Beispiel durch FinTechs – bedingen die Suche nach Orientierung, nach einem strategischen Kompass sowohl für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Am Beispiel der kanadischen Metropole Vancouver zeigt sich, dass auch in Zeiten einer immer komplexer werdenden Welt Wirtschaftswachstum, Nachhaltigkeit und Lebenswert positiv korrelieren können und innerhalb weniger Jahrzehnte regional umsetzbar sind. Die Stadt setzt dabei überwiegend auf zentral gesteuerte Aktivitäten der „Vancouver Economic Comission“, die alle gesellschaftlichen und unternehmerischen Anspruchsgruppen auf der Basis werteorientierten Handelns konsequent das Ziel verfolgen lässt, Vancouver zu einer global anerkannten Stadt für innovatives, kreatives und nachhaltiges Business zu entwickeln. Das Streben Vancouvers weist dabei Parallelen zu genossenschaftlichen Wesensprinzipien sowie zu im deutschsprachigen Raum bereits existierenden Ansätzen genossenschaftlicher Innovationsökosysteme auf. Letztere haben bereits an verschiedenen Stellen bewiesen, dass sie das Potenzial haben in Zeiten komplexer Herausforderungen zukunftsfähige Lösungen für die Menschen in der Region gemeinschaftlich zu entwickeln. Gleichzeitig lassen sich mittels innovativer Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle neue Ertragsquellen erschließen.
Strategen genossenschaftlicher oder kooperativer Banken und Unternehmen sollten nachfolgende Fragen bewegen:
• Was können deutsche Städte, Gemeinden und Regionen von Vancouver hinsichtlich des Aufbaus und der Gestaltung dynamischer Innovationsökosysteme lernen?
• Welche Rolle können Genossenschaften in Innovationsökosystemen spielen?
• Wie könnten die Innovationsprinzipien, -methoden und -formate in der jeweiligen Region erfolgversprechend eingesetzt werden?
Infolge des stetigen Wandels auf den Märkten und der heutigen Gesellschaft durch die Digitalisierung verändern sich auch die Maßnahmen im Bereich Marketing (Kaiser 2019). In den Unternehmen befinden sich Marketingaktivitäten stetig in der Umwandlung, um sich den sich verändernden Gegebenheit anzupassen. Die vielfältigen Möglichkeiten, die das Internet heutzutage bietet, sind ein wesentlicher Grund dafür, dass Käufer und Verbraucher der klassischen Werbung immer weniger Vertrauen schenken und stattdessen Empfehlungen von Freunden, Bekannten oder Experte folgen (Kaiser 2019). Diese Entwicklung wird im digitalen Bereich durch die Influencer Kooperationen bedient. Mit der Ausweitung von Onlineangeboten haben sich die Grenzen der Unternehmenskommunikation immer weiter verschoben und umfassen nun neue Kommunikationspartner, die Influencer (Herzmann 2015, S. 9). Influencer sind sogenannte Meinungsführer und Multiplikatoren in den Sozialen Medien. Das Thema der Zusammenarbeit mit Influencern ist schon lange nichts Neues mehr. Wenn man als Unternehmen Aufmerksamkeit erlangen möchte, kann dies mit Hilfe von Meinungsmachern erreicht werden. Denn Influencer haben mehr als nur Reichweite zu bieten, sie haben echte Anhänger und Fans, die auf die Glaubwürdigkeit der Influencer vertrauen, wodurch eine enge Bindung entstehen kann. Infolgedessen, dass es neue Kooperationspartner gibt, müssen die Kommunikationsinhalte und -strukturen im Unternehmen anders aufbereitet werden. Wer sich für Influencer Kooperationen in der Kommunikation entscheidet, muss sich des Stellenwerts erst einmal bewusst werden. Denn insbesondere durch das Beziehungsmanagement zu Influencern kann die digitale Reputation aufgebaut werden und maßgeblich zum Erfolg der Organisation führen (Herzmann 2015, S. 11). Wer sein Produkt oder seine Marke voranbringen will und auf eine genaue Zielgruppe ausrichten möchte, kommt nicht um das Thema Influencer herum. Denn Meinungsmacher haben extrem viele Facetten und kommunizieren über Social Media Kanäle.
In this TDP we describe a new tool created for testing the strategy layer of our soccer playing agents. It is a complete 2D simulator that simulates the games based on the decisions of 22 agents. With this tool, debugging the decision and strategy layer of our agents is much more efficient than before due to various interaction methods and complete control over the simulation.
In the future, the tool could also serve as a measure to run simulations of game series much faster than with the 3D simulator. This way, the impact of different play strategies could be evaluated much faster than before.
In den vergangenen Jahren ist das technische Gas Schwefelhexafluorid (SF6) immer wieder Gegenstand von Diskussionen des Klimaschutzes und der technischen Notwendigkeit für den Betrieb von Schaltanlagen gewesen und wird dies wohl auch noch für längere Zeit bleiben. Das Gas, welches sich aus einem Schwefelatom und sechs Fluoratomen zusammensetzt, wird seit Ende der sechziger 1960er Jahre in Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannung eingesetzt. So günstig dessen Eigenschaften im technischen Einsatz auch sind, so klimaschädlich ist es beim Entweichen in die Atmosphäre. SF6 ist das Klimagas mit dem größten bekannten Treibhauspotenzial, es weist ein CO2-Äquivalent (GWP) von 23.900 und eine atmosphärische Lebensdauer von ca. 3.200 Jahren auf. Neben nur wenig verbliebenen Anwendungen in Industrie, Militär und Medizin kommt es heute hauptsächlich bei der elektrischen Energieversorgung als Isolier- und Lichtbogenlöschgas in Schaltanlagen von Übertragungs- und Verteilnetzen zum Einsatz. Grund genug die technische Notwendigkeit, mögliche Alternativen und Konsequenzen drohender Verbote zu diskutieren. In diesem Artikel werden zunächst die Grundlagen moderner SF6- Hochspannungsschaltanlagen vorgestellt, die Klimabelastung durch entweichendes SF6 evaluiert, ein Überblick über den Stand der Forschung gegeben und mögliche Konsequenzen eines Verbotes von Schwefelhexafluorid in der Energieversorgung diskutiert.
Modelbasierte Zustandsschätzung elektrischer Betriebsmittel der Mittel- und Niederspannungsebenen
(2022)
Im Projekt MOBCOM wird ein neues Verfahren zur Zustandsüberwachung von elektrischen Betriebsmitteln in Niederspannungsnetzen und Anlagen entwickelt. Mittels PLC (power line communication) Technologie werden hochfrequente transiente Vorgänge auf dem Stromkanal und dessen Übertragungseigenschaften erfasst und bewertet.
In dem Abschlussbericht wird ein Prototyp für Powerline-Kommunikation zur Netzüberwachung beschrieben. Der Prototyp basiert auf einem PLC-Empfänger, welcher den Kanal misst, um so Informationen über den PLC-Kanal und den aktuellen Zustand des Stromnetzes zu erhaltet. Der PLC-Empfänger verwendet das Kommunikationssignal, um eine genaue Schätzung des Stromkanals zu erhalten und liefert Informationen zur Erkennung von Teilentladungen und anderen Anomalien im Netz. Diese Überwachung des Stromnetzes macht sich die bestehende PLC-Infrastruktur zunutze und verwendet die ohnehin übertragenen Datensignale, um eine Echtzeitmessung der Kanalübertragungsfunktion und des empfangenen Rauschsignals zu erhalten. Da dieses Signal im Vergleich zu einfacheren Messsensoren mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird, enthält es wertvolle Informationen über mögliche Beeinträchtigungen im Netz, die behoben werden müssen. Während die Kanalmessungen auf einem empfangenen PLC-Signal beruhen, können Informationen über Teilentladungen oder andere Störquellen allein durch einen PLC-Empfänger gesammelt werden, d. h. ohne eine PLC-Übertragung. Es wurde ein Prototyp auf Basis von Software Defined Radio entwickelt, der die gleichzeitige Kommunikation und Erfassung für ein Stromnetz implementiert.
Im Projekt MOBCOM wird ein neues Verfahren zur Zustandsüberwachung von elektrischen Betriebsmitteln in Niederspannungsnetzen und Anlagen entwickelt. Mittels PLC (power line communication) Technologie werden hochfrequente transiente Vorgänge auf dem Stromkanal und dessen Übertragungseigenschaften erfasst und bewertet. Durch Ableiten bestimmter Parameter soll zustandsbedingte Wartung vorhergesagt und so der Ausfall von Betriebsmittel vermieden werden.
The increasing use of artificial intelligence (AI) technologies across application domains has prompted our society to pay closer attention to AI’s trustworthiness, fairness, interpretability, and accountability. In order to foster trust in AI, it is important to consider the potential of interactive visualization, and how such visualizations help build trust in AI systems. This manifesto discusses the relevance of interactive visualizations and makes the following four claims: i) trust is not a technical problem, ii) trust is dynamic, iii) visualization cannot address all aspects of trust, and iv) visualization is crucial for human agency in AI.
In this paper, the J-integral is derived for temperature-dependent elastic–plastic materials described by incremental plasticity. It is implemented using the equivalent domain integral method for assessment of three-dimensional cracks based on results of finite-element calculations. The J-integral considers contributions from inhomogeneous temperature fields and temperature-dependent elastic and plastic material properties as well as from gradients in the plastic strains and the hardening variables. Different energy densities are considered, the Helmholtz free energy and the stress-working density, providing a physical meaning of the J-integral as a fracture criteria for crack growth. Results obtained for a plate with two different crack configurations each loaded by a cool-down thermal shock show domain-independence of the incremental J-integral for different energy densities even for high temperature gradients and significant temperature-dependence of the yield stress and the hardening exponent in the presence of large scale yielding. Hence, the derived J-integral is an appropriate parameter for the assessment of cracks in thermomechanically loaded components.
Dort, wo Modelle der operativen Energiesystemanalyse untereinander Überschneidungen aufweisen, stellt sich zunächst die Frage, ob sie bei gleichgearteten Fragestellungen auch die gleichen Antworten liefern. Dies zu beantworten war erstes Ziel des hier beschriebenen Vorhabens. Das zweite Ziel war, im Falle von Differenzen zu ermitteln, worin diese begründet liegen. Es waren nicht nur die Modelle selbst, sondern auch das methodische Vorgehen zur Modellerstellung und Simulation in Betracht zu ziehen. Die darauf aufbauende Identifikation von individuellen Optimierungspotenzialen war das dritte Ziel. Da die operative Energiesystemanalyse noch ein recht junger Forschungsbereich ist, existiert darüber hinaus Klärungsbedarf, welches Modell sich für welche Untersuchungen besonders eignet und welches methodische Vorgehen sich empfiehlt. Die Beantwortung dieser Fragen stellte das vierte Ziel des Vorhabens dar.
Simulation based studies for operational energy system analysis play a significant role in evaluation of various new age technologies and concepts in the energy grid. Various modelling approaches already exist and in this original paper, four models representing these approaches are compared in two real-world hybrid energy system scenarios. The models, namely TransiEnt, µGRiDS, and OpSim (including pandaprosumer and mosaic) are classified into component-oriented or system-oriented approaches as deduced from the literature research. The methodology section describes their differences under standard conditions and the necessary parameterization for the purpose of creating a framework facilitating a closest possible comparison. A novel methodology for scenario generation is also explained. The results help to quantify primary differences in these approaches that are also identified in literature and qualify the influence of the accuracy of the models for application in a system-wide analysis. It is shown that a simplified model may be sufficient for the system-oriented approach especially when the objective is an optimization-based control or planning. However, from a field level operational point of view, the differences in the time series signify the importance of the component-oriented approaches.
Background: Increasing awareness of the importance of evidence-based medicine is demonstrated not only by an increasing number of articles addressing it but also by a specialty-wide evidence-based medicine initiative. The authors critically analyzed the quality of reporting of randomized controlled trials published in this Journal over a 21-year period (1990 to 2010).
Methods: A hand search was conducted, including all issues of Plastic and Reconstructive Surgery from January of 1990 to December of 2010. All randomized controlled trials published during this time period were identified with the Cochrane decision tree for identification of randomized controlled trials. To assess the quality of reporting, a modification of the checklist of the Consolidated Standard of Reporting Trials Statement was used.
Results: Of 7121 original articles published from 1990 to 2010 in the Journal, 159 (2.23 percent) met the Cochrane criteria. A significant increase in the absolute number of randomized controlled trials was seen over the study period (p < 0.0001). The median quality of these trials from 1990 to 2010 was "fair," with a trend toward improved quality of reporting over time (p = 0.127).
Conclusions: A favorable trend is seen with respect to an increased number of published randomized controlled trials in Plastic and Reconstructive Surgery. Adherence to standard reporting guidelines is recommended, however, to further improve the quality of reporting. Consideration may be given to providing information regarding the quality of reporting in addition to the "level of evidence pyramid," thus facilitating critical appraisal.
A balcony photovoltaic (PV) system, also known as a micro-PV system, is a small PV system consisting of one or two solar modules with an output of 100–600 Wp and a corresponding inverter that uses standard plugs to feed the renewable energy into the house grid. In the present study we demonstrate the integration of a commercial lithium-ion battery into a commercial micro-PV system. We firstly show simulations over one year with one second time resolution which we use to assess the influence of battery and PV size on self-consumption, self-sufficiency and the annual cost savings. We then develop and operate experimental setups using two different architectures for integrating the battery into the micro-PV system. In the passive hybrid architecture, the battery is in parallel electrical connection to the PV module. In the active hybrid architecture, an additional DC-DC converter is used. Both architectures include measures to avoid maximum power point tracking of the battery by the module inverter. Resulting PV/battery/inverter systems with 300 Wp PV and 555 Wh battery were tested in continuous operation over three days under real solar irradiance conditions. Both architectures were able to maintain stable operation and demonstrate the shift of PV energy from the day into the night. System efficiencies were observed comparable to a reference system without battery. This study therefore demonstrates the feasibility of both active and passive coupling architectures.
It is the purpose of this paper to address ethical issues concerning the development and application of Assistive Technology at Workplaces (ATW). We shall give a concrete technical concept how such technology might be constructed and propose eight technical functions it should adopt in order to serve its purpose. Then, we discuss the normative questions why one should use ATW, and by what means. We argue that ATW is good to the extent that it ensures social inclusion and consider four normative domains in which its worth might consists in. In addition, we insist that ATW must satisfy two requirements of good workplaces, which we specify as (a) an exploitation restraint and (b) a duty of care.
An der FH Offenburg arbeiten seit Ende 1989 in einem Team die Professoren Dr. Jansen, Dr. Schüssele, die wissenschaftlichen Mitarbeiter Bernd Reinke, Martin Jörger und die Diplomanden Hans Fiesel, Otmar Feißt an dem Entwurf eines Nachrichtenempfängers. Im Rahmen dieses Projekts, genannt GPS-Projekt (GPS = Global Positioning System), wurde im Herbst 1990 ein experimenteller Empfänger in Betrieb genommen. Nachdem die Testergebnisse gezeigt hatten,daß das Konzept der Anlage stimmte, ging es nun um die Miniaturisieriung, Integration und Optimierung der Schaltung. Außerdem sollte der bisher verwendete PC durch einen auf der Platine befindlichen Mikroprozessor ersetzt werden. Im Zusammenhang mit dem GPS-Projekt wurden bisher im Offenburger ASIC-Labor eine Analogschaltung auf einem B500, drei LCA Designs und diverse GAL's entwickelt.
Zur Zeit arbeiten mehrere Diplomanden an der zweiten Generation des Empfängers. Meine Aufgabe besteht darin, die dort noch in drei LCA's untergebrachte digitale Logik sowie einen Teil des bisherigen PC-Interface in einem IMS Gate Forrest zu integrieren. Außerdem muß die Logik von 8 Bit auf einen 16 Bit breiten Datenbus umgestellt und an die neue Peripherie des Mikroprozessors angepasst werden. Damit soll die jetzige Digital-Platine noch weiter verkleinert werden. Wesentlich ist dabei die Umsetzung der zahlreichen Zähler- und Registerstrukturen in einem Gate Forrest. Als Arbeitsmittel stehen Apollo Workstations mit Mentor Software zur Verfügung.
Das duale Krankenversicherungssystem, mit der Gesetzlichen und Privaten Krankenversicherung (GKV und PKV), ist sehr heterogen, und beide agieren in einem unterschiedlichen komplexen rechtlichen und strukturellen Rahmen. In der GKV sind rund 90 % der Bevölkerung versichert. Der folgende Beitrag zum Kundenmanagement in Krankenversicherungen fokussiert daher die GKV. Viele Maßnahmen des Kundenmanagements, insbesondere bezüglich der Services, haben jedoch trotz der unterschiedlichen Rahmenbedingungen sowohl in der GKV als auch in der PKV Relevanz und werden von Marktteilnehmern beider Systeme ergriffen.
Accelerated transformation of the society and industry through digi-talization, artificial intelligence and other emerging technologies has intensified the need for university graduates that are capable of rapidly finding breakthrough solutions to complex problems, and can successfully implement innovation con-cepts. However, there are only few universities making significant efforts to com-prehensively incorporate creative and systematic tools of TRIZ (theory of in-ventive problem solving) and KBI (knowledge-based innovation) into their de-gree structure. Engineering curricula offer little room for enhancing creativity and inventiveness by means of discipline‐specific subjects. Moreover, many ed-ucators mistakenly believe that students are either inherently creative, or will in-evitably obtain adequate problem-solving skills as a result of their university study. This paper discusses challenges of intelligent integration of TRIZ and KBI into university curricula. It advocates the need for development of standard guidelines and best-practice recommendations in order to facilitate sustainable education of ambitious, talented, and inventive specialists. Reflections of educa-tors that teach TRIZ and KBI to students from mechanical, electrical, process engineering, and business administration are presented.
This paper presents the results of the idea generation experiment that repeats the study originally conducted at RMIT. In order to establish the influence that the experimental treatments make on the number and the breadth of solution ideas proposed by problem solvers with different knowledge levels, students from different years of study were recruited. Ninety students from the Offenburg University of Applied Sciences, Germany were divided into three groups. All students were asked to generate ideas on cleaning lime deposits from the inside of a water pipe and were given 16 minutes to record their individual ideas. Students of two experimental groups were shown some words for two minuted each. The Su-Field group was exposed to the eight fields of MATCEMIB. The Random Word group was shown eight random words every two minutes. The Su-Field group outperformed both the Control group and the Random Word group in the number of ideas generated. It was also found that the students from the Su-Field group proposed significantly broader solutions than the students from the Control and Random Word groups. The overall results of the experiment support the conclusions made by the RMIT researchers that simple ideation techniques can significantly improve idea generation and that the systematised Substance-Field Analysis is a suitable heuristic for engineering students.
Structured Innovation with TRIZ in Science and Industry - Creating Value for Customers and Society
(2016)
The design of control systems of concentrator photovoltaic power plants will be more challenging in the future. Reasons are cost pressure, the increasing size of power plants, and new applications for operation, monitoring and maintenance required by grid operators, manufacturers and plant operators. Concepts and products for fixed-mounted photovoltaic can only partly be adapted since control systems for concentrator photovoltaic are considerable more complex due to the required high accurate sun-tracking. In order to assure reliable operation during a lifetime of more than 20 years, robustness of the control system is one crucial design criteria. This work considers common engineering technics for robustness, safety and security. Potential failures of the control system are identified and their effects are analyzed. Different attack scenarios are investigated. Outcomes are design criteria that encounter both: failures of system components and malicious attacks on the control system of future concentrator photovoltaic power plants. Such design criteria are a transparent state management through all system layers, self-tests and update capabilities for security concerns. The findings enable future research to develop a more robust and secure control system for concentrator photovoltaics when implementing new functionalities in the next generation.
The communication system of a large-scale concentrator photovoltaic power plant is very challenging. Manufacturers are building power plants having thousands of sun tracking systems equipped with communication and distributed over a wide area. Research is necessary to build a scalable communication system enabling modern control strategies. This poster abstract describes the ongoing work on the development of a simulation model of such power plants in OMNeT++. The model uses the INET Framework to build a communication network based on Ethernet. First results and problems of timing and data transmission experiments are outlined. The model enables research on new communication and control approaches to improve functionality and efficiency of power plants based on concentrator photovoltaic technology.
Die direkte Vermarktung von Strom aus Wind und Sonne stellt einen wichtigen Schritt der Energiewende dar. Einerseits kann durch die Marktintegration die Unabhängigkeit von EEG-Subventionen gelingen. Andererseits wird über diese Mechanismen die Stromerzeugung an der Nachfrage orientiert, wodurch zur Stabilität des Stromnetzes beigetragen wird. Ein Beispiel dafür ist die lokale Vermarktung von PV-Strom in einem Mietshaus. Für deren Umsetzung benötigen die Akteure ein Mess- und Steuerungssystem, dass vor Ort Zähler- und Anlagendaten erfasst und die Abrechnung der Mieter vereinfacht. Außerdem sollte es Kennwerte wie beispielsweise den PV-Anteil berechnen und gegebenenfalls ein Blockheizkraftwerk steuern. Weder die Zählersysteme der Messstellenbetreiber noch die Steuerungssysteme von PV- oder Blockheizkraftwerken erfüllen diese Anforderungen ausreichend. In der Forschung ist man währenddessen bereits einen Schritt weiter und arbeitet an technischen Systemen, die für wesentlich komplexere Energiesystem- und Markttopologien ausgelegt werden. In dieser Arbeit werden die neuen technischen Anforderungen der Direktvermarktung in einem Mietshaus identifiziert und mit dem Stand aktueller Marktprodukte sowie dem System »OpenMUC« aus der Forschung verglichen.
The design of control systems in large-scale CPV power plants will be more challenging in the future. Reasons are the increasing size of power plants, the requirements of grid operators, new functions, and new technological trends in industrial automation or communication technology. Concepts and products from fixed-mounted PV can only partly be adopted since control systems for sun-tracking installations are considerable more complex due to the higher quantity of controllable entities. The objective of this paper is to deliver design considerations for next generation control systems. Therefore, the work identifies new applications of future control systems categorized into operation, monitoring and maintenance domains. The key-requirements of the technical system and the application layer are identified. In the resulting section, new strategies such as a more decentralized architecture are proposed and design criteria are derived. The contribution of this paper should allow manufacturers and research institutes to consider the design criteria in current development and to place further research on new functions and control strategies precisely.
In the present study, in vitro toxicity as well as biopersistence and photopersistence of four artificial sweeteners (acesulfame, cyclamate, saccharine, and sucralose) and five antibiotics (levofloxacin, lincomycin, linezolid, marbofloxacin, and sarafloxacin) and of their phototransformation products (PTPs) were investigated. Furthermore, antibiotic activity was evaluated after UV irradiation and after exposure to inocula of a sewage treatment plant. The study reveals that most of the tested compounds and their PTPs were neither readily nor inherently biodegradable in the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)-biodegradability tests. The study further demonstrates that PTPs are formed upon irradiation with an Hg lamp (UV light) and, to a lesser extent, upon irradiation with a Xe lamp (mimics sunlight). Comparing the nonirradiated with the corresponding irradiated solutions, a higher chronic toxicity against bacteria was found for the irradiated solutions of linezolid. Neither cytotoxicity nor genotoxicity was found in human cervical (HeLa) and liver (Hep-G2) cells for any of the investigated compounds or their PTPs. Antimicrobial activity of the tested fluoroquinolones was reduced after UV treatment, but it was not reduced after a 28-day exposure to inocula of a sewage treatment plant. This comparative study shows that PTPs can be formed as a result of UV treatment. The study further demonstrated that UV irradiation can be effective in reducing the antimicrobial activity of antibiotics, and consequently may help to reduce antimicrobial resistance in wastewaters. Nevertheless, the study also highlights that some PTPs may exhibit a higher ecotoxicity than the respective parent compounds. Consequently, UV treatment does not transform all micropollutants into harmless compounds and may not be a large-scale effluent treatment option.
The formation and analysis of ten microporous triazolyl isophthalate based MOFs, including nine isomorphous and one isostructural compound is presented. The compounds 1 M – 3 M with the general formula [ M ( R 1 - R 2 - trz - ia ) ] ∞ 3 ·x H 2 O (M 2+ = Co 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ ; R 1 = H, Me; R 2 = 2py, 2pym, prz (2py = 2-pyridinyle; 2pym = 2-pyrimidinyle; prz = pyrazinyle)) crystallize with rtl topology. They are available as single crystals and also easily accessible in a multi-gram scale via refluxing the metal salts and the protonated ligands in a solvent. Their isomorphous structures facilitate the synthesis of heteronuclear MOFs; in case of 2 M , Co 2+ ions could be gradually substituted by Cu 2+ ions. The Co 2+ :Cu 2+ ratios were determined by ICP-OES spectroscopy, the distribution of Co 2+ and Cu 2+ in the crystalline samples are investigated by SEM-EDX analysis leading to the conclusions that Cu 2+ is more favorably incorporated into the framework compared to Co 2+ and, moreover, that the distribution of the two metal ions between the crystals and within the crystals is inhomogeneous if the crystals were grown slowly. The various compositions of the heteronuclear materials lead to different colors and the sorption properties for CO 2 and N 2 are dependent on the integrated metal ions.
For the treatment of bone defects, biodegradable, compressive biomaterials are needed as replacements that degrade as the bone regenerates. The problem with existing materials has either been their insufficient mechanical strength or the excessive differences in their elastic modulus, leading to stress shielding and eventual failure. In this study, the compressive strength of CPC ceramics (with a layer thickness of more than 12 layers) was compared with sintered β-TCP ceramics. It was assumed that as the number of layers increased, the mechanical strength of 3D-printed scaffolds would increase toward the value of sintered ceramics. In addition, the influence of the needle inner diameter on the mechanical strength was investigated. Circular scaffolds with 20, 25, 30, and 45 layers were 3D printed using a 3D bioplotter, solidified in a water-saturated atmosphere for 3 days, and then tested for compressive strength together with a β-TCP sintered ceramic using a Zwick universal testing machine. The 3D-printed scaffolds had a compressive strength of 41.56 ± 7.12 MPa, which was significantly higher than that of the sintered ceramic (24.16 ± 4.44 MPa). The 3D-printed scaffolds with round geometry reached or exceeded the upper limit of the compressive strength of cancellous bone toward substantia compacta. In addition, CPC scaffolds exhibited more bone-like compressibility than the comparable β-TCP sintered ceramic, demonstrating that the mechanical properties of CPC scaffolds are more similar to bone than sintered β-TCP ceramics.
Ziel der Investitionsmaßnahme Enerlab 4.0 war die Bereitstellung einer umfangreichen in-operando und post-mortem Diagnostik für dezentrale Energieerzeuger und -Speicher, z. B. Batteriezellen und Photovoltaikzellen. Diese sind wichtige Komponenten für verschiedene Bereiche der Industrie 4.0 – von autonomen Sensoren über energieautarke Produktion bis hin zur Qualitätskontrolle. Zu diesem Zweck wurde die apparative Ausstattung der Hochschule Offenburg erweitert, und zwar sowohl für in-operando Diagnostik (elektrische Zyklierer, Impedanzspektrometer, Temperaturprüfschränke) als auch für post-mortem Diagnostik (Glovebox, Probenpräparationen für vorhandene Werkstoffanalytik und chemische Analytik). Be-reits vorhandene Geräte aus anderen laufenden oder abgeschlossenen Projekten wurden in die neue Infrastruktur integriert. Im Ergebnis entstand ein modernes und leistungsfähiges Batterie- und Photovoltaiklabor, welches in zahlreichen laufenden und neuen Vorhaben genutzt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes (SOC) einer aufladbaren Batterie (106) eines vorgegebenen Batterietyps oder eines damit in einem physikalischen Zusammenhang stehenden Parameters, insbesondere einer in der Batterie enthaltenen Restladungsmenge Q, wobei das Verfahren mittels eines spannungsgeführten Batteriemodells (102) arbeitet, welches für die betreffende Batterie (106) oder einen entsprechenden Batterietyp parametriert wird. Es muss lediglich die Batteriespannung Umess gemessen und dem Batteriemodell (102) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gesundheitszustandes (SOH) einer Batterie (102), wobei das Batteriemodell (102), das auch zur Bestimmung des SOC verwendet wird, einen modellierten Batteriestrom Imodliefert. Aus diesem können modellierte Ladungsmengen während Lade- und Entladephasen der Batterie (106) bestimmt und mit gemessenen Ladungsmengen, die aus dem gemessenen Batteriestrom Imessbestimmt werden, verglichen werden. Da das Batteriemodell (102) nicht altert, kann hierdurch der SOH der Batterie bestimmt werden.
Im Batterielabor der Hochschule Offenburg wurde ein neues Verfahren zur Bestimmung von Ladezustand und Gesundheitszustand von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Es beruht auf der Auswertung von Spannungs- und Strommessungen mit einem mathematischen Batteriemodell. Das Verfahren ist genauer und robuster als Standardverfahren, die auf Ladungszählung beruhen. Zudem ist es numerisch einfacher umzusetzen als andere modellbasierte Verfahren. Wir demonstrieren die Methode mit einer Heimspeicherzelle und einer Elektrofahrzeugzelle.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes (SOC) einer aufladbaren Batterie (106) eines vorgegebenen Batterietyps oder eines damit in einem physikalischen Zusammenhang stehenden Parameters, insbesondere einer in der Batterie enthaltenen Restladungsmenge Q, wobei das Verfahren mittels eines spannungsgeführten Batteriemodells (102) arbeitet, welches für die betreffende Batterie (106) oder einen entsprechenden Batterietyp parametriert wird. Es muss lediglich die Batteriespannung Umess gemessen und dem Batteriemodell (102) als Eingangsgröße zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gesundheitszustandes (SOH) einer Batterie (102), wobei das Batteriemodell (102), das auch zur Bestimmung des SOC verwendet wird, einen modellierten Batteriestrom Imodliefert. Aus diesem können modellierte Ladungsmengen während Lade- und Entladephasen der Batterie (106) bestimmt und mit gemessenen Ladungsmengen, die aus dem gemessenen Batteriestrom Imessbestimmt werden, verglichen werden. Da das Batteriemodell (102) nicht altert, kann hierdurch der SOH der Batterie bestimmt werden.
The invention relates to a method and to a device for determining the state of charge (SOC) of a rechargeable battery (106) of a specified battery type or a parameter physically related thereto, in particular a remaining charge amount Q contained in the battery, the method operating by means of a voltage-controlled battery model (102), which is parameterized for the battery (106) in question or a corresponding battery type. It is merely necessary to measure the battery voltage Umess and to provide said battery voltage to the battery model (102) as an input variable. The invention further relates to a method and to a device for determining the state of health (SOH) of a battery (102), wherein the battery model (102) also used to determine the SOC provides a modeled battery current Imod. Modeled charge amounts during charging and discharging phases of the battery (106) can be determined from said modeled battery current and can be compared with measured charge amounts, which are determined from the measured battery current Imess. Because the battery model (102) does not age, the SOH of the battery can thereby be determined.
Ziel des Projekts STABIL war die Vorhersage der Alterung und Verbesserung der Lebensdauer von mobilen und stationären Lithium-Ionen-Batterien. Batterien sind zentrale Komponenten der Elektromobilität und der stationären Speicherung von regenerativem Strom. Die im Stand der Technik unzureichende Lebensdauer der Batterie ist heute wesentlicher Kostentreiber. Im Projekt wurde daher in einem skalenübergreifenden und interdisziplinären Ansatz das Verhalten von einzelnen Batteriezellen und ganzen Batteriesystemen unter zwei unterschiedlichen systemischen Randbedingungen untersucht.
Ziel des LiBaLu-Teilprojekts Modellierung und Simulation war die Unterstützung der Elektroden- und Zellentwicklung mit Hilfe umfangreicher Computersimulationen im Sinne des computergestützten Engineering (CAE). Zwei verschiedene Schwerpunkte standen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Zum einen wurde das mechanistische Verständnis der komplexen Elektrochemie in Lithium-Luftbatterien durch mikrokinetische Modelle aufgeklärt. Auf Basis von postulierten Mehrschrittmechanismen wurden makroskopische Eigenschaften (Entlade-/Ladekennlinien, Zyklovoltammogramme) vorhergesagt und mit experimentellen Daten der Projektpartner verglichen. Zum anderen wurde das Design der Prototypzelle mit Hilfe numerischer Simulationen untersucht und optimiert. So konnten z. B. optimale Schichtdicken oder die Rolle von Gastransportlimitierungen identifiziert werden.
Fast charging of lithium-ion batteries remains one of the most delicate challenges for the automotive industry, being seriously affected by the formation of lithium metal in the negative electrode. Here we present a physicochemical pseudo-3D model that explicitly includes the plating reaction as side reaction running in parallel to the main intercalation reaction. The thermodynamics of the plating reaction are modeled depending on temperature and ion concentration, which differs from the often-used assumption of a constant plating condition of 0 V anode potential. The reaction kinetics are described with an Arrhenius-type rate law parameterized from an extensive literature research. Re-intercalation of plated lithium was modeled to take place either via reverse plating (solution-mediated) or via an explicit interfacial reaction (surface-mediated). At low temperatures not only the main processes (intercalation and solid-state diffusion) become slow, but also the plating reaction itself becomes slower. Using this model, we are able to predict typical macroscopic experimental observables that are indicative of plating, that is, a voltage plateau during discharge and a voltage drop upon temperature increase. A spatiotemporal analysis of the internal cell states allows a quantitative insight into the competition between intercalation and plating. Finally, we calculate operation maps over a wide range of C-rates and temperatures that allow to assess plating propensity as function of operating condition.
Passive hybridization refers to a parallel connection of photovoltaic and battery cells on the direct current level without any active controllers or inverters. We present the first study of a lithium-ion battery cell connected in parallel to a string of four or five serially-connected photovoltaic cells. Experimental investigations were performed using a modified commercial photovoltaic module and a lithium titanate battery pouch cell, representing an overall 41.7 W-peak (photovoltaic)/36.8 W-hour (battery) passive hybrid system. Systematic and detailed monitoring of this system over periods of several days with different load scenarios was carried out. A scaled dynamic synthetic load representing a typical profile of a single-family house was successfully supplied with 100 % self-sufficiency over a period of two days. The system shows dynamic, fully passive self-regulation without maximum power point tracking and without battery management system. The feasibility of a photovoltaic/lithium-ion battery passive hybrid system could therefore be demonstrated.
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Stromversorgungsvorrichtung, insbesondere vom öffentlichen Stromnetz unabhängige Photovoltaik-Stromversorgungsvorrichtung, mit einem positiven (204) und einem negativen (206) Lastanschluss für den Anschluss einer elektrischen Last, mit einer Mehrzahl von photovoltaischen Zellen (104) und einer wiederaufladbaren Batterie (5), welche wenigstens zwei in Serie geschaltete Batteriezellen (112) umfasst. Nach der Erfindung sind die photovoltaischen Zellen (104) zu einer der Anzahl der Batteriezellen (112) entsprechenden Anzahl von seriell verbundenen Teilstrings (108) verschaltet und jeder Teilstring (108) ist mit einem positiven Teilstringanschluss mit einem Pluspol und mit einem negativen Teilstringanschluss mit einem Minuspol einer zugeordneten Batteriezelle (112) oder mehreren zugeordneten parallel geschalteten Batteriezellen (112) verbunden. Dabei kann jeder Teilstring (108) zwischen dem positiven und negativen Teilstringanschluss eine maximale Leerlaufspannung erzeugen, die kleiner oder gleich einer vorgegebenen Ladeschlussspannung der zugeordneten Batteriezelle (112) oder der zugeordneten parallel geschalteten Batteriezellen (112) ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zum Laden einer wiederaufladbaren Batterie, die zur Realisierung einer derartigen Photovoltaik-Stromversorgungsvorrichtung geeignet ist.
Simulation-based degradation assessment of lithium-ion batteries in a hybrid electric vehicle
(2017)
Covert and Side-Channels have been known for a long time due to their versatile forms of appearance. For nearly every technical improvement or change in technology, such channels have been (re-)created or known methods have been adapted. For example the introduction of hyperthreading technology has introduced new possibilities for covert communication between malicious processes because they can now share the arithmetic logical unit (ALU) as well as the L1 and L2 cache which enables establishing multiple covert channels. Even virtualization which is known for its isolation of multiple machines is prone to covert and side-channel attacks due to the sharing of resources. Therefore itis not surprising that cloud computing is not immune to this kind of attacks. Even more, cloud computing with multiple, possibly competing users or customers using the same shared resources may elevate the risk of unwanted communication. In such a setting the ”air gap” between physical servers and networks disappears and only the means of isolation and virtual separation serve as a barrier between adversary and victim. In the work at hand we will provide a survey on weak spots an adversary trying to exfiltrate private data from target virtual machines could exploit in a cloud environment. We will evaluate the feasibility of example attacks and point out possible mitigation solutions if they exist.
Several cloud schedulers have been proposed in the literature with different optimization goals such as reducing power consumption, reducing the overall operational costs or decreasing response times. A less common goal is to enhance the system security by applying specific scheduling decisions. The security risk of covert channels is known for quite some time, but is now back in the focus of research because of the multitenant nature of cloud computing and the co-residency of several per-tenant virtual machines on the same physical machine. Especially several cache covert channels have been identified that aim to bypass a cloud infrastructure's sandboxing mechanism. For instance, cache covert channels like the one proposed by Xu et. al. use the idealistic scenario with two alternately running colluding processes in different VMs accessing the cache to transfer bits by measuring cache access time. Therefore, in this paper we present a cascaded cloud scheduler coined C 3 -Sched aiming at mitigating the threat of a leakage of customers data via cache covert channels by preventing processes to access cache lines alternately. At the same time we aim at maintaining the cloud performance and minimizing the global scheduling overhead.
Covert channels have been known for a long time because of their versatile forms of appearance. For nearly every technical improvement or change in technology, such channels have been (re-)created or known methods have been adapted. For example, the introduction of hyperthreading technology has introduced new possibilities for covert communication between malicious processes because they can now share the arithmetic logical unit as well as the L1 and L2 caches, which enable establishing multiple covert channels. Even virtualization, which is known for its isolation of multiple machines, is prone to covert- and side-channel attacks because of the sharing of resources. Therefore, it is not surprising that cloud computing is not immune to this kind of attacks. Moreover, cloud computing with multiple, possibly competing users or customers using the same shared resources may elevate the risk of illegitimate communication. In such a setting, the “air gap” between physical servers and networks disappears, and only the means of isolation and virtual separation serve as a barrier between adversary and victim. In the work at hand, we will provide a survey on vulnerable spots that an adversary could exploit trying to exfiltrate private data from target virtual machines through covert channels in a cloud environment. We will evaluate the feasibility of example attacks and point out proposed mitigation solutions in case they exist.
Ultra-low-power passive telemetry systems for industrial and biomedical applications have gained much popularity lately. The reduction of the power consumption and size of the circuits poses critical challenges in ultra-low-power circuit design. Biotelemetry applications like leakage detection in silicone breast implants require low-power-consuming small-size electronics. In this doctoral thesis, the design, simulation, and measurement of a programmable mixed-signal System-on-Chip (SoC) called General Application Passive Sensor Integrated Circuit (GAPSIC) is presented. Owing to the low power consumption, GAPSIC is capable of completely passive operation. Such a batteryless passive system has lower maintenance complexity and is also free from battery-related health hazards. With a die area of 4.92 mm² and a maximum analog power consumption of 592 µW, GAPSIC has one of the best figure-of-merits compared to similar state-of-the-art SoCs. Regarding possible applications, GAPSIC can read out and digitally transmit the signals of resistive sensors for pressure or temperature measurements. Additionally, GAPSIC can measure electrocardiogram (ECG) signals and conductivity.
The design of GAPSIC complies with the International Organization for Standardization (ISO) 15693/NFC (near field communication) 5 standard for radio frequency identification (RFID), corresponding to the frequency range of 13.56 MHz. A passive transponder developed with GAPSIC comprises of an external memory storage and very few other external components, like an antenna and sensors. The passive tag antenna and reader antenna use inductive coupling for communication and energy transfer, which enables passive operation. A passive tag developed with GAPSIC can communicate with an NFC compatible smart device or an ISO 15693 RFID reader. An external memory storage contains the programmable application-specific firmware.
As a mixed-signal SoC, GAPSIC includes both analog and digital circuitries. The analog block of GAPSIC includes a power management unit, an RFID/NFC communication unit, and a sensor readout unit. The digital block includes an integrated 32-bit microcontroller, developed by the Hochschule Offenburg ASIC design center, and digital peripherals. A 16-kilobyte random-access memory and a read-only 16-kilobyte memory constitute the GAPSIC internal memory. For the fabrication of GAPSIC, one poly, six-metal 0.18 µm CMOS process is used.
The design of GAPSIC includes two stages. In the first stage, a standalone RFID/NFC frontend chip with a power management unit, an RFID/NFC communication unit, a clock regenerator unit, and a field detector unit was designed. In the second stage, the rest of the functional blocks were integrated with the blocks of the RFID/NFC frontend chip for the final integration of GAPSIC. To reduce the power consumption, conventional low-power design techniques were applied extensively like multiple power supplies, and the operation of complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors in the sub-threshold region of operation, as well as further innovative circuit designs.
An overvoltage protection circuit, a power rectifier, a bandgap reference circuit, and two low-dropout (LDO) voltage regulators constitute the power management unit of GAPSIC. The overvoltage protection circuit uses a novel method where three stacked transistor pairs shunt the extra voltage. In the power rectifier, four rectifier units are arranged in parallel, which is a unique approach. The four parallel rectifier units provide the optimal choice in terms of voltage drop and the area required.
The communication unit is responsible for RFID/NFC communication and incorporates demodulation and load modulation circuitry. The demodulator circuit comprises of an envelope detector, a high-pass filter, and a comparator. Following a new approach, the bandgap reference circuit itself acts as the load for the envelope detector circuit, which minimizes the circuit complexity and area. For the communication between the reader and the RFID/NFC tag, amplitude-shift keying (ASK) is used to modulate signals, where the smallest modulation index can be as low as 10%. A novel technique involving a comparator with a preset offset voltage effectively demodulates the ASK signal. With an effective die area of 0.7 mm² and power consumption of 107 µW, the standalone RFID/NFC frontend chip has the best figure-of-merits compared to the state-of-the-art frontend chips reported in the relevant literature. A passive RFID/NFC tag developed with the standalone frontend chip, as well as temperature and pressure sensors demonstrate the full passive operational capability of the frontend chip. An NFC reader device using a custom-built Android-based application software reads out the sensor data from the passive tag.
The sensor readout circuit consists of a channel selector with two differential and four single-ended inputs with a programmable-gain instrumentation amplifier. The entire sensor readout part remains deactivated when not in use. The internal memory stores the measured offset voltage of the instrumentation amplifier, where a firmware code removes the offset voltage from the measured sensor signal. A 12-bit successive approximation register (SAR) type analog-to-digital-converter (ADC) based on a charge redistribution architecture converts the measured sensor data to a digital value. The digital peripherals include a serial peripheral interface, four timers, RFID/NFC interfaces, sensor readout unit interfaces, and 12-bit SAR logic.
Two sets of studies with custom-made NFC tag antennas for biomedical applications were conducted to ascertain their compatibility with GAPSIC. The first study involved the link efficiency measurements of NFC tag antennas and an NFC reader antenna with porcine tissue. In a separate experiment, the effect of a ferrite compared to air core on the antenna-coupling factor was investigated. With the ferrite core, the coupling factor increased by four times.
Among the state-of-the-art SoCs published in recent scientific articles, GAPSIC is the only passive programmable SoC with a power management unit, an RFID/NFC communication interface, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR ADC, and an integrated 32-bit microcontroller. This doctoral research includes the preliminary study of three passive RFID tags designed with discrete components for biomedical and industrial applications like measurements of temperature, pH, conductivity, and oxygen concentration, along with leakage detection in silicone breast implants. Besides its small size and low power consumption, GAPSIC is suitable for each of the biomedical and industrial applications mentioned above due to the integrated high-performance microcontroller, the robust programmable instrumentation amplifier, and the 12-bit analog-to-digital converter. Furthermore, the simulation and measurement data show that GAPSIC is well suited for the design of a passive tag to monitor arterial blood pressure in patients experiencing Peripheral Artery Disease (PAD), which is proposed in this doctoral thesis as an exemplary application of the developed system.
In this paper an RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (system on chip) for biomedical applications is presented. A brief overview of the system design, layout techniques and verification method is dis-cussed here. The SoC includes an integrated 32 bit microcontroller, sensor interface circuit, analog to digital converter, integrated RAM, ROM and some other peripherals required for the complete passive operation. The entire chip is realized in CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.52mm x 3.24 mm.
A new RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (System on chip) for biomedical applications is presented here. The proposed SOC consists of an integrated 32 bit microcontroller, RFID/NFC frontend, sensor interface circuit, analog to digital converter and some peripherals such as timer, SPI interface and memory devices. An energy harvesting unit supplies the power required for the entire system for complete passive operation. The complete chip is realized on CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.5 mm × 3.0 mm.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
In this paper, a complete passive transponder device has been discussed which is meant to monitor leakage in silicone breast implants. The passive tag operates in the HF frequency range of 13.56MHz using RFID ISO 15693 standard. The complete system consists of the transponder, reader and a PC. This paper focusses on the development of such a state of the art passive RFID transponder to monitor the wellness of the silicone breast implants periodically in order to detect leakage in the same. Keyword: RFID (Radio frequency identification device), EM (Electromagnetic) field, Passive Transponder, Silicone breast implants.
Team description papers of magmaOffenburg are incremental in the sense that each year we address a different topic of our team and the tools around our team. In this year’s team description paper we focus on the architecture of the software. It is a main factor for being able to keep the code maintainable even after 15 years of development. We also describe how we make sure that the code follows this architecture.
In the past two decades much has been published on whiplash injury, yet both the confusion regarding the condition, and the medicolegal discussion about it have increased. In this paper, functional imaging research results are summarized using MRIcroGL3D visualization software and assembled in an image comprising regions of cerebral activation and deactivation.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von H2 und CO und/oder CO2, die eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne, jeweils mit einer Bodenseite und einer der Bodenseite gegenüberliegenden oberen Seite, ein in der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2 enthaltenden Gases in das Medium der Begasungskolonne, eine Abführeinrichtung zum Abführen eines CH4 enthaltenden Gases aus der Entgasungskolonne, eine Verbindungsleitung zwischen Begasungskolonne und Entgasungskolonne im Bereich der Bodenseiten, eine Pumpe zum Überführen von Medium über die Verbindungsleitung von der Begasungskolonne in die Entgasungskolonne, und eine Rückführleitung zwischen der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne im Bereich der oberen Seiten zum Rückführen von Medium aus der Entgasungskolonne in die Begasungskolonne aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 in einer Vorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in der Vorrichtung bereitgestellten Mediums, wobei das Medium in einem Kreislauf über eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne geführt wird, wobei die Kolonnen jeweils über eine Verbindungsleitung im Bereich ihrer Bodenseiten und über eine Rückführleitung im Bereich der den Bodenseiten gegenüberliegenden oberen Seiten miteinander verbunden sind, worin das Medium sich in der Begasungskolonne absteigend und in der Entgasungskolonne aufsteigend bewegt, worin dem Medium in der Begasungskolonne ein H2 enthaltendes Gas zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von H2 und CO und/oder CO2, die eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne, jeweils mit
einer Bodenseite und einer der Bodenseite gegenüberliegenden oberen Seite, ein in der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2 enthaltenden Gases in das Medium der Begasungskolonne, wobei die Zuführeinrichtung im Bereich der Bodenseite der Begasungskolonne angeordnet ist, eine Abführeinrichtung zum Abführen eines CH4 enthaltenden Gases aus der Entgasungskolonne, eine Verbindungsleitung zwischen Begasungskolonne und Entgasungskolonne im Bereich der Bodenseiten, eine Pumpe zum Überführen von Medium über die Verbindungsleitung von der Begasungskolonne in die Entgasungskolonne, und eine Rückführleitung zwischen der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne im Bereich der oberen Seiten zum Rückführen von Medium
aus der Entgasungskolonne in die Begasungskolonne aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2 in einer Vorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in der Vorrichtung bereitgestellten Mediums, wobei das Medium in einem Kreislauf über eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne geführt wird, wobei die Kolonnen jeweils über eine Verbindungsleitung im Bereich ihrer Bodenseiten und über eine Rückführleitung im Bereich der den Bodenseiten gegenüberliegenden oberen Seiten miteinander verbunden sind, worin das Medium sich in der Begasungskolonne absteigend und in der Entgasungskolonne aufsteigend bewegt, worin dem Medium im Bereich der Bodenseite der Begasungskolonne ein H2 enthaltendes Gas zugeführt wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von H2und CO und/oder CO2, die eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne, jeweils mit einer Bodenseite und einer der Bodenseite gegenüberliegenden oberen Seite, ein in der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen, eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2enthaltenden Gases in das Medium der Begasungskolonne, eine Abführeinrichtung zum Abführen eines CH4enthaltenden Gases aus der Entgasungskolonne, eine Verbindungsleitung zwischen Begasungskolonne und Entgasungskolonne im Bereich der Bodenseiten, eine Pumpe zum Überführen von Medium über die Verbindungsleitung von der Begasungskolonne in die Entgasungskolonne, und eine Rückführleitung zwischen der Begasungskolonne und der Entgasungskolonne im Bereich der oberen Seiten zum Rückführen von Medium aus der Entgasungskolonne in die Begasungskolonne aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von CO und/oder CO2in einer Vorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in der Vorrichtung bereitgestellten Mediums, wobei das Medium in einem Kreislauf über eine Begasungskolonne und eine Entgasungskolonne geführt wird, wobei die Kolonnen jeweils über eine Verbindungsleitung im Bereich ihrer Bodenseiten und über eine Rückführleitung im Bereich der den Bodenseiten gegenüberliegenden oberen Seiten miteinander verbunden sind, worin das Medium sich in der Begasungskolonne absteigend und in der Entgasungskolonne aufsteigend bewegt, worin dem Medium in der Begasungskolonne ein H2enthaltendes Gas zugeführt wird.
The majority of anterior cruciate ligament (ACL) injuries in team sports are non-contact injuries, with cutting maneuvers identified as high-risk tasks. Young female handball players have been shown to be at greater risk for ACL injuries than males. One risk factor for ACL injuries is the magnitude of the knee abduction moment (KAM). Cutting technique variables on foot placement, overall approach and knee kinematics have been shown to influence the KAM. Since injury risk is believed to increase with increasing task complexity, the purpose of the study was to test the effect of task complexity on technique variables that influence the KAM in female handball players during fake-and-cut tasks.
Landing heel first has been associated with elevated external knee abduction moments (KAM), thereby potentially increasing the risk of sustaining a non-contact ACL injury. Apart from the foot strike angle, knee valgus angle (VAL) and vertical center of mass velocity at initial ground contact (IC) have been associated with increased KAM in females across different sidestep cuts. While real-time biofeedback training has been proven effective for gait retraining [4], the highly dynamic, non-cyclical nature of cutting maneuvers makes real-time feedback unsuitable and alternative approaches necessary. This study aimed at assessing the efficacy of immediate software-aided feedback on cutting technique in reducing KAM during handball-specific cutting maneuvers.
The purpose of this study was to 1) compare knee joint kinematics and kinetics of fake-and-cut tasks of varying complexity in 51 female handball players and 2) present a case study of one athlete who ruptured her ACL three weeks post data collection. External knee joint moments and knee joint angles in all planes at the instance of the peak external knee abduction moment (KAM) as well as moment and angle time curves were analyzed. Peak KAMs and knee internal rotation moments were substantially higher than published values obtained during simple change-of-direction tasks and, along with flexion angles, differed significantly between the tasks. Introducing a ball reception and a static defender increased joint loads while they partially decreased again when anticipation was lacking. Our results suggest to use game-specific assessments of injury risk while complexity levels do not directly increase knee loading. Extreme values of several risk factors for a post-test injured athlete highlight the need and usefulness of appropriate screenings.