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- product inhibition (1)
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- range of motion (1)
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- remote, model-based laboratory (1)
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Durch die Umstrukturierung in der Automobilindustrie hinsichtlich Elektromobilität steigen die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen an die Zulieferunternehmen von Automobilherstellern. Um im Wettbewerb konkurrenzfähig zu sein, müssen die jeweiligen Prozesse stetig geprüft und optimiert werden. Anhand dieser Masterarbeit wird daher die Produktion von Komfortaktuatoren bezüglich Wirtschaftlichkeit sowie Kapazitätserweiterung analysiert und demnach ein Konzept zur Fertigungsoptimierung entwickelt.
Für diese Konzeptentwicklung wird zunächst die bestehende Produktion der Komfortaktuatoren anhand der Prozesskette bezüglich des Automatisierungsgrades erforscht. Eine Taktzeitanalyse der Endmontage weist den Engpass am manuellen Handarbeitsplatz auf, an dem die Bestückung des Transferträgers stattfindet. Die Betrachtung des Produktionsvolumens zeigt die Verdopplung der Stückzahlen ab 2024 bei den Aktuatoren mit Getriebelage rechts. Um diese Produktionsstückzahlen zu fertigen und den Engpass auszugleichen, ist eine Automatisierung der bestehenden Endmontage erforderlich. Die wirtschaftliche Investition in die Automatisierung bedeutet eine erhöhte Amortisationszeit, die sich je nach Stückzahlen zwischen acht und 15 Jahre befindet.
Eine geringere Kapitalrückflussdauer kann mit der Erweiterung der Fertigungslinie mit einem höheren Automatisierungsgrad sowie einer geringeren Taktzeit erreicht werden. Der benötigte Platzbedarf für diese Erweiterung der Fertigungslinie wird auf ungefähr 5,7 m abgeschätzt. Mit einer kompakten Anordnung der Fertigungsstationen kann dieser Einbau erfolgen. Für die Entwicklung des Transfersystems wird eine Anforderungsliste erstellt und anhand dieser ein Transfer-Konzept innerhalb der Fertigungslinie entwickelt. Aufgrund der Kostenschätzung und des Platzbedarfs erzielt das Konzept mit einem Transferträger die höhere Wertigkeit. Mit dem in dieser Masterarbeit erarbeiteten planerischen Konzept zur Fertigungsoptimierung wird eine Einsparung der Vorgabezeit von 11,3 min im Vergleich zum aktuellen Stand erzielt. Die Kosten der Neubau-Stationen und die anfallenden Umbaumaßnahmen werden auf etwa 950.000 € geschätzt. Der zeitliche Beginn dieser Erweiterungsmaßnahmen ist auf Anfang 2023 terminiert.
The Project "Schluckspecht" of the University of Offenburg consists of participating in the European marathon called "Shell Eco-Marathon"(SEM) which consists of designing and building from the beginning a vehicle with the greatest possible energy efficiency. The University of Offenburg has participated in this project since 1998.
The team that forms the Schluckspecht project is made up of around 30 students from the faculties of mechanical engineering, process engineering, electrical engineering, medical technology and computer science, as well as the degree in Audiovisual Communication. The team was founded in 1998 and since then students have been developing and building high efficiency vehicles to participate in the European marathon Shell Eco.
In this project, students can put into practice all the theoretical knowledge obtained during their studies. Also can be learned how to work interdisciplinarity as a team, a skill that for now, many companies or require or seek.
The following topics are discussed in the Schluckspecht project, which are also ideal for the work of students:
-Conception construction and production of high efficiency vehicles.
-Computational design and manufacture of lightweight components and sets.
-Development of lightweight components and sets from renewable raw materials.
-Construction and development of special test benches, for example: motor test bench.
-Implementation and optimization of control strategies for autonomous driving
-Mechanical and electrical integration of sensors for autonomous driving
-Ergonomic studies and optimization of the driver's cabin.
The objective of the project is to develop and manufacture research vehicles that make individual mobility as efficient as possible from an energy point of view. To achieve this, current and future issues of the industry are discussed. In this project, both the theoretical and practical part of the light construction of vehicles and the reduction of friction, the variety of propulsion concepts (electric thrusters, fuel cells, diesel/petrol engines, Stirling engines) and autonomous driving are investigated. The services of the University of Offenburg together with some external partners are grouped together to make this wonderful project work.
Das Black Forest Formula Team hat es sich nach der Neugründung im Jahre 2019 zum Ziel gemacht, mit einem eigens konstruierten Elektro-Rennwagen beim Formula Student Germany (folgend FSG genannt) Wettbewerb teilzunehmen.
Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde bereits ein Fahrzeugrahmen konstruiert und in der Schweißwerkstatt der Hochschule Offenburg fertig geschweißt. Da bei der Konstruktion der Hauptfokus auf das Fertigstellen eines Rahmens gesetzt wurde, verfolgt diese Bachelorarbeit das Ziel, den Rahmen mittels der Finite Elemente Methode zu analysieren und erste Verbesserungsvorschläge für das Nachfolgerfahrzeug zu erarbeiten. Um sich seinen Möglichkeiten bewusst zu werden, wurde zunächst das Reglement ausgiebig studiert. Nach ausgiebiger Recherche wurde das CAD-Modell des Rahmens für die Simulation vorbereitet, folglich durch verschiedene Lasteinwirkungen simuliert und dessen Auswirkungen analysiert. Um die Simulationsergebnisse zu validieren, wurden die in der Simulation vorkommenden Lasteinwirkungen in der Realität nachgestellt und miteinander verglichen.
Für zukünftig folgende Fahrzeugrahmen werden Verbesserungs- bzw. Optimierungsmethoden erarbeitet, um vor allem das Fahrzeuggewicht zu zu reduzieren und die Steifigkeit möglichst hoch zu halten.
Es ist von großem Nutzen, wenn energieeffiziente Leichtbaufahrzeuge einen effizienten und leichten Antrieb besitzen. Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotor des Schluckspecht S5 erfüllt diese Anforderungen nur teilweise. Aus diesem Grund wird der Motor zukünftig durch einen leichteren und effizienteren ethanolbetriebenen Ottomotor ersetzt. Da der Versuchsmotor keineswegs an die Anforderungen des Shell Ecomarathons angepasst ist und bis auf dessen Hubraum von 125 cm³ kaum Motordaten vorhanden sind, gilt es den Versuchsmotor verbrauchsoptimal zu applizieren. Die vorliegende Abschlussarbeit befasst sich mit den experimentellen Untersuchungen und einigen Optimierungen des ethanolbetriebenen Ottomotors am Motorenprüfstand. Um in Zukunft die Durchführung der Untersuchungen zu gewährleisten und den bestmöglichen Betrieb des Versuchsmotors zu garantieren, ist es elementar alle optimierten Bauteile für den Kraftstoff Ethanol auszulegen. Neben der Überarbeitung des Kraftstoffsystems liegt das Hauptaugenmerk hierbei auf der Optimierung des Kolbens und der Nockenwelle. Durch den optimierten Kolben soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors erhöht und durch die optimierte Nockenwelle die Ventilsteuerzeiten perfektioniert werden. Demnach besteht die Aufgabe die Bauteile zu besorgen, die Fertigung zu koordinieren und den Umbau der optimierten Komponenten zu realisieren. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer Kupplung, welche in Zukunft zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor montiert werden soll. Ein zentrale Tätigkeit ist die Fehlerbeseitigung am Motorenprüfstand, sodass der Versuchsalltag reibungslos abläuft. Die letzte Tätigkeit umfasst die Durchführung der experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors sowie das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf garantieren. Das Betriebskennfeld hinsichtlich der Last und Drehzahl wird mittels verschiedener Einstellparameter appliziert. Zur Unterstützung dienen dabei die Kalibrierungssoftware EcoCal und die Indizierungssoftware IndiCom.
Vorherige Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Biegesteifigkeit von Sprintschuhsohlen eine Leistungssteigerung bewirken kann. Der zugrunde liegende Mechanismus ist die sogenannte Getriebefunktion, die ein Potential zur effektiveren horizontalen Kraftentfaltung bietet. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Biegesteifigkeiten auf die Beschleunigungsleistung, die kinematischen und kinetischen Eigenschaften der Getriebefunktion, sowie erstmals die Kraftentwicklung der Wadenmuskulatur zu beschreiben. Dreizehn männliche Athleten wurden mittels Ganzkörper Bewegungsanalyse in Kombination mit der Messung der Muskelaktivierung und der Bodenreaktionskraft während des zweiten Schritts einer 5 Meter Beschleunigung bei voller Anstrengung in handelsüblichen Schuhmodellen mit geringer Steifigkeit (C), mit gesteigerter Vor- und Mittelfußsteifigkeit (M) und mit zusätzlich gesteigerter Mittelfußsteifigkeit (S) untersucht. Für die Beschleunigungsleistung, sowie die kinematischen und kinetischen Parameter am Sprunggelenk wurde eine teilweise signifikante Verringerung bei gesteigerter Biegesteifigkeit festgestellt. Dieser negative Effekt konnte durch die zusätzliche Steigerung der Mittelfußsteifigkeit ausgeglichen und teilweise sogar umgekehrt werden. Die Kraftentwicklung der Wadenmuskulatur wurde durch die unterschiedliche Biegesteifigkeit nicht signifikant verändert. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass neben der Größe der Biegesteifigkeit auch der Ort und/oder die Relationen zwischen den lokalen Biegesteifigkeiten Einfluss auf die biomechanische Performance hat. Zukünftige Studien müssen klären, welche der Modifikationen tatsächlich Einfluss nimmt.
The Projekt-Sweaty is a project of the University of Applied Sciences of Offenburg, an autonomous robot is being developed that competes against a set of several international colleges and universities in the RoboCup.
"Sweaty" is a soccer-playing humanoid robot who participated in the RoboCup World Cup in Brazil for the first time in 2014.
RoboCup is a competition aimed at developing a robot soccer team that surpasses the human world champion team. The competition started in 1997 the first official RoboCup games and conferences were held with great success. More than 40 teams took part and more than 5,000 spectators attended. RoboCup’s rules change to promote advances in robot science and technology and to bring the league’s challenges closer to the real world.
Building a robot that plays football will not in itself generate a significant social and economic impact, but the realization will certainly be considered an important success for the field of robotics.
Thanks to the interaction of all the faculties, the team consists of professors and students from the fields of mechanical and process engineering, electrical engineering, information technology, and information and media technology. Students can use the project during their studies and use the knowledge acquired in practice to implement and through their own creative ideas complement.
Hintergrund: Im Laufsport sind Verletzungen, die durch Überlastungen an den unteren Extremitäten entstehen, weitverbreitet. Dabei spielt auch laufinduzierte Ermüdung eine große Rolle. Eine zunehmende Ermüdung beim Laufen und die daraus folgenden kinematischen Veränderungen des Laufverhaltens können das Bewegungs- und Stützsystem stärker belasten und somit zu einer Überlastung und Instabilität der unteren Extremitäten führen. Allerdings sind die genauen Auswirkungen der Ermüdung auf die kinematischen Veränderungen nicht ausreichend untersucht. Ziel: Daher war das Hauptziel der vorliegenden Arbeit zu untersuchen wie sich die, durch einen 10km Lauf ausgelöste, Ermüdung auf die Variabilität ausgewählter Raum-Zeit-Parameter von Freizeit- und Leistungsläu-fern auswirkt. Methodik: Dafür wurden dreidimensionale Bewegungsdaten von 24 Probanden (aufgeteilt in Freizeitläufer und Leistungsläufer) erfasst. Alle Pro-banden liefen einen 10 km-Lauf auf einem Laufband. Die Variabilität der ausgesuchten Parameter wurde mit Hilfe der Standardabweichung und des Variationskoeffizienten ermittelt. Die statistische Analyse erfolgte durch eine zweifache Varianzanalyse mit Messwiederholung. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigten, dass die laufinduzierte Ermüdung einen Einfluss auf die Variabilität hat. Jedoch sind die Verläufe der Ergebnisse schwer zu interpretieren, da kein klares Muster zu erkennen ist. Ausblick: Zukünftige Arbeiten sollten vor allem unterschiedliche Sichtweisen zur Bewertung der Variabilität in einen kohärenten Rahmen bringen, um besser beurteilen zu können wann und welche Variabilität, je nach Parameter, einen positiven oder negativen Einfluss auf die Stabilität des menschlichen Gangs hat.
Einseitig transtibiale Amputationen führen häufig zu frühzeitigen degenerativen Erkrankungen wie Arthrose im nicht betroffenen Bein. Die genauen Prozesse, welche zu dieser Erkrankung führen, sind aktuell nicht ausreichend geklärt. Ziel dieser Literaturarbeit war es, ausgewählte biomechanische Parameter auf deren langfristige Auswirkungen auf das Knie- und Hüftgelenk der nicht betroffenen unteren Extremität zu untersuchen. Um die biomechanischen Arthroserisiken zu erfassen, wurden die beiden Maxima der vertikalen Bodenreaktionskraft sowie die externen maximalen Gelenksmomente in der Sagittal- und Frontalebene untersucht. Bestandteil dieser Untersuchung war sowohl der Vergleich dieser Parameter zwischen der nicht betroffenen Extremität der Amputierten mit einer gesunden Kontrollgruppe als auch der Vergleich zwischen der betroffenen und nicht betroffenen Extremität der einseitig amputierten Probanden. Es wurde eine systematische Literatursuche unter Verwendung der Datenbank PubMed durchgeführt, welche ein Suchergebnis von 288 Studien umfasste. Im Rahmen der Arbeit wurden ausschließlich Studien eingeschlossen, die einseitig transtibial amputierte Probanden im ebenerdigen Gehen mit einer passiven Prothese und mit einer selbstgewählten oder einer Gehgeschwindigkeit im Bereich von 0,70-1,40 m/s untersuchten. Ausgeschlossen wurden unter anderem Studien, welche die Nutzung von in den Knochen eingebrachten Prothesen und das Gehen mit zusätzlichem Gewicht untersuchten. Unter Berücksichtigung der zuvor definierten Ein- und Ausschlusskriterien erfolgte die Untersuchung der Fragestellungen anhand von 24 Studien. Die nicht betroffene Extremität der amputierten Probanden wies bis zu 19 % höhere vertikale Bodenreaktionskräfte auf als die Kontrollgruppe. Es wurden ebenfalls erhöhte maximale Adduktionsmomente an dem Knie- und Hüftgelenk der einseitig transtibial Amputierten im Vergleich zu der Kontrollgruppe festgestellt. Der Vergleich der beiden unteren Gliedmaßen der einseitig transtibial Amputierten ergab reduzierte Maxima der vertikalen Bodenreaktionskraft, reduzierte maximale Knieflexions- und Knieadduktionsmomente sowie reduzierte maximale Hüftadduktionsmomente der betroffenen Extremität verglichen zu der nicht betroffenen Seite. Die Ergebnisse dieser Literaturarbeit stimmten weitestgehend mit den Untersuchungsergebnissen weiterer Autoren überein. Die vermutlichen Risikofaktoren für das Auftreten von Arthrose in der allgemeinen Bevölkerung sowie in der untersuchten Population sind das externe maximale Knieadduktionsmoment in Kombination mit asymmetrischen Belastungen der unteren Extremitäten. Speziell für die einseitig transtibial Amputierten könnten Ursachen wie Muskelschwächen, mangelndes Vertrauen in die Prothese und Schmerzen Einfluss auf die Asymmetrie haben. Zukünftig kann eine Verbesserung des Gangbildes und der Symmetrie der Belastungen mit Hilfe von angetrieben Prothesen, welche durch eine aktive Abstoßbewegung der betroffenen Extremität ein physiologischeres Gangbild erzeugen können, erreicht werden. Darüber hinaus eignet sich die Betrachtung von Studien der einseitig transfemoral amputierten Population, um weitere Einblicke in die Kompensationsstrategien und ihre Auswirkungen bei einseitig amputierten Menschen zu erhalten.
In dieser Arbeit wird eine numerische Strömungssimulation an einem Doppeldiffusor des Formula Student Rennwagens der Hochschule Offenburg durchgeführt. Das primäre Ziel der Arbeit ist die Ermittlung des Abtriebswertes des Doppeldiffusors. Weitere Aufgaben sind die Darstellung der Luftströmung und die Ermittlung der Einflussfaktoren auf den Doppeldiffusor.
Der allgegenwärtige Einsatz von numerischen Strömungssimulationen, wie sie in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrt vorkommen, führt zu einem deutlichen Anstieg der benötigten Möglichkeiten und erhöhten Ansprüche an die Programme. Dadurch können mittlerweile auch komplexe Szenarien zuverlässig simuliert werden, was durch die stetige Steigerung der Rechenleistung weiter an Bedeutung gewinnt. Da auch das Verhalten von nicht newtonschen Fluiden immer präziser über speziell erstellte rheologische Modelle vorhergesagt werden kann, gilt es nun zu prüfen, ob und wie gut diese Modelle in einer Simulation umgesetzt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Simulation anhand eines konkreten Anwendungsfalles erstellt. Dabei wird das Viskositätsverhalten von drei scherverdünnenden Fluiden in einer Rohrleitung mit Querschnittreduzierung untersucht und dabei die Vorgehensweise geschildert. So wird unter anderem gezeigt, wie die Geometrie und deren Vernetzung durchzuführen ist und erklärt, welche Einstellungen für das gewünschte Strömungsverhalten erforderlich sind. Für die Beschreibung der Fluide werden dabei sowohl programmeigene Modelle als auch erweiterte Modelle verwendet, die in der Software implementiert werden müssen.
Bei dem Vergleich der Ergebnisse werden letztlich die Druckverluste, die in der Geometrie entstehen und verschiedene Schubspannungsverläufe mit den Messwerten aus der Literatur verglichen.
Mit der beim Fraunhofer IPM erforschten Digitalen Holographie können sekundenschnelle und sub-mikrometergenaue Höhenvermessungen von Oberflächen durchgeführt werden. Der am Institut verfügbare Sensor HoloTop NX ist dabei so kompakt und leicht, dass dieser über Koordinatenmessgeräte oder Werkzeugwechsler von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Um auch Hinterschneidungen und große Innenzylinder vermessen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit eine selbstreferenzierende Umlenkeinheit zur Anpassung der Messrichtung des Sensors entwickelt und integriert. Die Umlenkeinheit setzt sich aus vielen funktionellen Bestandteilen zusammen, bei denen es sich um Spiegel, Schrittmotoren, Schleifringe, Zahnräder, Gleit- und Rillenkugellager handelt. Bei der Problembehandlung während der Montage werden Unstimmigkeiten analysiert und anschließend Lösungsoptionen ermittelt und umgesetzt. Über die zusammengestellte Steuereinheit und die Arduino-Plattform wird die Möglichkeit geschaffen, die integrierten Schrittmotoren gezielt anzusteuern. Referenzmarkierungen auf dem Spiegel ermöglichen mittels numerischem Fokussieren die Selbstreferenzierung der Umlenkeinheit – sie werden durch Sputtern erzeugt und bei Messungen erprobt. Abschließend wird bei der Charakterisierung des Systems der Einfluss von Schrittverlusten, Schrittfehlern und dem Spiel im Zahnrad und Kugellager auf die Positioniergenauigkeit der Umlenkeinheit untersucht.
Grey-box modelling combines physical and data-driven models to benefit from their respective advantages. Neural ordinary differential equations (NODEs) offer new possibilities for grey-box modelling, as differential equations given by physical laws and neural networks can be combined in a single modelling framework. This simplifies the simulation and optimization and allows to consider irregularly-sampled data during training and evaluation of the model. We demonstrate this approach using two levels of model complexity; first, a simple parallel resistor-capacitor circuit; and second, an equivalent circuit model of a lithium-ion battery cell, where the change of the voltage drop over the resistor-capacitor circuit including its dependence on current and State-of-Charge is implemented as NODE. After training, both models show good agreement with analytical solutions respectively with experimental data.
In dieser Arbeit wird das Verformungsverhalten und die Stabilität des Frontflügels des Formula Student Rennwagens der HS Offenburg untersucht. Die Analyse wird mittels der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt (Programm: ANSYS Workbench). In der Simulation wird das Modell mit verschiedenen statischen Kräften belastet, unter anderem die Kräfte aus dem technischen Reglement und die auftretende Abtriebskraft. Neben der Verformung werden auch verschiedene Stabilisierungsmöglichkeiten analysiert. Zusätzlich zu den Simulationsergebnissen selbst werden in dieser Arbeit der Simulationsvorbereitungsprozess sowie die Konstruktion des Frontflügels und Grundlagen der FEM beschrieben. Eine Besonderheit bildet dabei die Verwendung des ANSYS Composite PrePost um die verwendeten Verbundwerkstoffe zu untersuchen.
Technologie spielt im Sport schon immer eine große Rolle. Mit steigender Leistungsdichte im Spitzensport wird versucht mithilfe technischer Hilfsmittel dem Sportler die optimalen Umstände zu ermöglichen. Dazu gehört nicht nur Technik im Sportequiptment, sondern auch Sportuntersuchungen wie Leistungsdiagnostiken. Im Laufsport zählen dazu Ausdauer- und Krafttests. Bei Ausdauertests werden physiologische Parameter wie Laktat, Herzfrequenz oder Sauerstoffaufnahme gemessen. Zusätzlich wird die Lauftechnik für einen kurzen Zeitpunkt analysiert. Wie sich diese unter anhaltender Belastung verhält, wird nicht untersucht. Mit neuen Technologien im Bereich Bewegungsanalyse, können immer schneller größere Datensätze ausgewertet werden. Aus diesem Grund wird in dieser Studie die Lauftechnik über mehrere Zeitpunkte aufgezeichnet und nach Ermüdungserscheinungen untersucht.
Dazu wurde am Institut für angewandte Trainingswissenschaften (IAT) während einer komplexen Leistungsdiagnostik im März 2021 bei einem Laufbandstufentest (4x2000m oder 4x3000m) die Lauftechnik von 15 Elite- und Elitenachwuchsläufer:innen (m=8, w=7) mithilfe eines 3D-Bewegungsanalyse Systems nach Veränderungen in Winkelstellung und Bodenreaktionskraft untersucht. Als physiologische Vergleichsparameter wurde Herzfrequenz und Laktat aufgenommen.
Bei der Analyse der Daten wurden diese in der Gruppe betrachtet. Dabei haben sich schwach signifikante Veränderungen (p=0,047) der vertikalen Bodenreaktionskraft links am Ende der Stufe aufgezeigt. Weitere signifikante Unterschiede (p=0,020) sind im maximalen Kniehub links zu einem größerer Hüftwinkel am Ende sichtbar. Da sonst keine signifikanten Unterschiede zu sehen sind, lässt sich, bei dem hier durchgeführten Protokoll, nicht statistisch gesichert feststellen, ob auftretende Ermüdungserscheinungen die Lauftechnik beeinflussen und verändern. Um festzustellen, ob es geschlechts- oder protokollanhängige Effekte hinsichtlich einer ermüdungsbedingte Lauftechnikveränderung gibt, wurde auch dies statistisch untersucht.
Hier zeigten sich jeweils in einzelnen Parametern signifikante Unterschiede (Parameter TO\_knee\_left; p=0,026) in der Geschlechtsspezifik und in der protokollabhängigen Untersuchung (Parameter TSw\_hip\_left; p=0,04)
Für weitere Studien zur Untersuchung von Lauftechnikveränderung sollten umfangreichere physiologische Daten zur genaueren Betrachtung der Ermüdung verwendet werden. Grundsätzlich müsste das Protokoll auf eine maximale Ausbelastung (beispielsweise Dauerstufentest von 10-15km oder Ausbelastungs-/Abbruchtest) ausgelegt sein.
Grundlegend ist festzustellen, dass sich Simi-Shape als 3D-Bewegungsanalyse-Methode eignet, um spezifische Parameter in der Lauftechnik zu diagnostizieren, gerade hinsichtlich der Effizienz im Auswerteprozess.
Diese Arbeit stellt eine Übersicht an Messverfahren einer komplexen biomechani-schen Bewegungsanalyse, die für eine „Return to Sport“-Entscheidung nach der operativen Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes genutzt werden, dar. Zu Beginn wurde die Datenbank PubMed nach auswertbaren Studien durchsucht. Danach erfolgte an Hand zuvor festgelegter Ein- und Ausschlusskriterien die Identifizierung von 64 Studien, welche der Thematik dieser Arbeit entsprechen. Die Extraktion der Informationen erfolgte in drei Blöcken. Zum einen wurden die biografischen Daten der Probandengruppe verglichen, um einen Überblick der am häufigsten an einer Ruptur des vorderen Kreuzbandes betroffen Personengruppe und deren Eigenschaften zu erhalten. Zum anderen wurden die angewendeten Messysteme für die Durchführung der komplexen biomechanischen Bewegungsanalyse aufgelistet und beschrieben. Dabei wurde in die drei Untergruppen Kinematik, Kinetik und EMG differenziert. Abschließend wurde der Testzeitpunkt im Bezug zum Return to Sport aus den einzelnen Studien entnommen und dargestellt. Durch die Auswertung der extrahierten Daten waren die folgenden Tendenzen sichtbar. Über die Hälfte der Studien wiesen eine Probandengruppe, die sowohl aus Frauen, als auch aus Männern besteht, auf. Auffällig ist außerdem, dass das Alter der Teilnehmer in Studien mit einem sehr großen Probandenumfang zwischen 23 und 27 Jahren mit einem BMI von 23 bis 27 kg/m² lag, was auf den Trainingszustand und eine damit verbundene erhöhte Belastung des vorderen Kreuzbandes besonders in diesem Alter hinweisen könnte. Die Analyse der kinematischen Auffälligkeiten im Rahmen einer komplexen biomechanischen Bewegungsanalyse erfolgte in den meisten Fällen mittels eines Motion Captur Systems. Während die Analyse der kinetischen Veränderung überwiegend mittels Druckmessplatten durchgeführt wurde. In beiden Bereichen fiel die Verwendung von alternativen Messmethoden auf. Selten wurden dynamische EMG-Messungen zur Betrachtung der Muskelaktivitäten angewendet. In der Darstellung der Testzeitpunkte wurde die Terminologie-Problematik des Begriffs „Return to Sport“ deutlich. Überraschend war der geringe Anteil an Studien, die eine komplexe biomechanische Bewegungsanalyse zur Feststellung, ob der Sportler für den Return to Sport bereit ist, verwendeten. Dies könnte auf die schwere Realisierbarkeit für eine Anwendung in der Praxis hinweisen.
Pure orbital blowout fractures occur within the confines of the internal orbital wall. Restoration of orbital form and volume is paramount to prevent functional and esthetic impairment. The anatomical peculiarity of the orbit has encouraged surgeons to develop implants with customized features to restore its architecture. This has resulted in worldwide clinical demand for patient-specific implants (PSIs) designed to fit precisely in the patient’s unique anatomy. Material extrusion or Fused filament fabrication (FFF) three-dimensional (3D) printing technology has enabled the fabrication of implant-grade polymers such as Polyetheretherketone (PEEK), paving the way for a more sophisticated generation of biomaterials. This study evaluates the FFF 3D printed PEEK orbital mesh customized implants with a metric considering the relevant design, biomechanical, and morphological parameters. The performance of the implants is studied as a function of varying thicknesses and porous design constructs through a finite element (FE) based computational model and a decision matrix based statistical approach. The maximum stress values achieved in our results predict the high durability of the implants, and the maximum deformation values were under one-tenth of a millimeter (mm) domain in all the implant profile configurations. The circular patterned implant (0.9 mm) had the best performance score. The study demonstrates that compounding multi-design computational analysis with 3D printing can be beneficial for the optimal restoration of the orbital floor.
The Timed-Up-and-Go (TUG) test aims to assess mobility, balance, walking ability, and fall risk during walking. The instrumentalization of the TUG is already described in the literature and is beginning to be implemented in the industry. The products proposed by Zhortech and Digitsole, namely connected insoles, as well as additional sensors placed on the sternum and the right and eventually left femur allow the instrumentalization of the test.
An algorithm of detection and evaluation of the TUG has been developed in two versions. The first one (V1) aiming simply to calculate the total duration of the test. A second version is an improvement of V1, allowing to segment the TUG in three sub-phases: Sit-Stand, walking, Stand-Sit. These algorithms have been declined in a variant with the five sensors mentioned, and one without the sensor of the left femur.
The performance of the algorithms was compared to manual labeling performed on video. The comparison includes a bland-Altman plot and a correlation for the total test duration, but also for the sub-phase’s duration according to the two variants.
The TUG duration shows very good results regarding the limits of agreements (lLoA = -0.33 s and uLoA+0.6 s). The bias of 0.13 s indicated that the algorithm overrates the duration of the TUG. The results of the TUG subphases are less accurate. Although the correlation coefficient is between 0.76 and 0.96 for the different subphases, the limits of agreements are still very high, between -0.71 s and -0.5 s for the lLoA and +0.39 s and +0.58 s for the uLoA. These limits of agreements indicated that the Sit-Stand and Stand-Sit transition are not accurate enough yet. The dispersion is high for a transition that could last between about one and six seconds. The two variants, with and without a sensor on the left femur, present similar results.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Fertigung der beiden vorderen Radkästen des Fahrzeugs einschließlich konstruktiver Auslegung und Berechnung aufgezeigt. Zu Beginn der Bachelorthesis ist bereits eine Vorauslegung der Radkasten-Konstruktion auf Basis der Strömungsoptimierung vorhanden, welche für die Auslegung und Fertigung dieser Arbeit herangezogen wird.
Über eine geeignete Konzeptfindung hinsichtlich den an die Radkästen gestellten Anforderungen und über die fertigungsgerechte Auslegung des auf Leichtbau getrimmten Bauteils wird demzufolge die eigentliche Fertigung mittels CFK-Prepreg erläutert.
Die Konzeptionsphase beinhaltet nach einer Wettbewerbsanalyse sowie dem Belehren über diverse Analogien die generelle Lösungsfindung des Konzepts über eine Nutzwertanalyse.
Im Bereich der Konstruktion wird die vorhandene Vorauslegung weiter optimiert und zusammen mit den benötigten Aussparungen sowie den Befestigungselementen für den Verbau beschrieben. Hinsichtlich Konstruktion wird zudem eine gewisse Bauteilfestigkeit vorausgesetzt, die über eine Modalanalyse abgesichert wird. Betreffend Befestigung werden 3D-Druck-Teile modelliert und eingesetzt. Zur Umsetzung der Befestigung an der Radnabe wird darüber hinaus die Radverschraubung so überarbeitet, dass eine simultane Befestigung des Radkastens und des Rades ermöglicht wird.
Für die Fertigung der Radkästen wird auf die CFK-Prepreg Technologie zurückgegriffen, für welche im Vorfeld diverse Versuchs- und Einstellparameter geklärt werden. Zu den Parametern zählen in erster Linie die angefahrenen Druck- und Temperaturwerte für die Aushärtung sowie ein präziser Aufbau der einzelnen Lagen für die Prepreg-Fertigung.
Konstruktiv besteht ein Radkasten aus zwei Hälften, die im Anschluss der Fertigung mittels geeigneter Verbindungsteile und über das Verfahren des Nasslaminierens zusammengefügt werden.
Den Abschluss der Bachelorthesis bildet das Einpflegen des vollständigen CAD-Modells sowie der Verbau der beiden Radkästen am Gesamtfahrzeug.
Im Rahmen einer Kraftstoffumstellung des Fahrzeuges Schluckspecht 5 wird diesem ein neuer Antriebsstrang verliehen. In einer bereits bestehenden Hinterachsbaugruppe sind funktionale Optimierungen vorgenommen worden, welche den Fahrzeugeinbau des Antriebsstrangs beschleunigen.
Durch die bestmögliche Ausrichtung und Justierung aller am Antriebsstrang verwendeten Bauteile konnte das erhöhte Reibmomentaufkommen an der Radnabe um 60 % verringert werden. Um diesen Zustand reproduzierbar zu gestalten, steht dem Team Schluckspecht ab sofort eine Montageanleitung bereit. Diese stellt ein Schritt-für-Schritt-Dokument für die Reibmoment-Reduzierung im Antriebsstrang dar.
Die mechanische Bearbeitung der am Schaltvorgang beteiligen Zahnräder sorgt für ein besseres axiales Einfinden bei einem Gangwechsel. Eine neue Getriebehalterung soll dafür Sorge tragen, dass sich auftretende Verspannungen aus dem Antriebsstrang nicht in die Getriebeeinheit übertragen. Ob der Schaltvorgang des Fahrzeuges damit reibungslos vollzogen werden kann, muss in Versuchen im Nachgang bestätigt werden.
Eine 3D-gedruckte Polradabdeckung verhindert potenzielle Gefahrenstellen durch sich drehende Teile am Motorblock. Dieses Bauteil wurde nach den dafür vorgesehenen Sicherheitsstandards entwickelt.
Da es sich beim Schluckspecht 5 um ein Leichtbaufahrzeug handelt, musste die Anforderung einer geringen Masse mit gleichzeitig genügend Steifigkeit stets beachtet werden. Außerdem darf keine der vorgenommenen Arbeiten den Wirkungsgrad des Fahrzeuges negativ beeinflussen.
Entwicklung eines Kompaktantriebs auf Basis eines Zykloidgetriebes für den humanoiden Roboter Sweaty
(2021)
Besonders der Antrieb von nichtstationären Robotern stellt in der Praxis eine große Herausforderung dar. Es werden oft hohe Drehmomente bei relativ geringen Drehzahlen benötigt. Die Masse der Antriebe muss dabei so gering wie möglich sein. Es ist somit eine drehmomentstarke Kombination aus einem Motor und einem Getriebe unerlässlich. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines drehmomentstarken Kompaktantriebs auf Basis eines Zykloidgetriebes. Das Ziel ist es, Drehmomente von bis zu 30N·m mit einer Drehzahl von 0,5 s−1 bei einer möglichst geringen Masse zu erzielen. Es werden der Aufbau, die Funktionsweise und die Belastungsprinzipien von Zykloidgetrieben erklärt und mehrere Prototypen eines Getriebes angefertigt. Diese unterscheiden sich in der Fertigungstoleranz der Zykloidenscheibe so, dass der Einfluss der Toleranz auf das Getriebespiel untersucht werden kann. Bei einem Untermaß von −0,04mm ergibt sich dabei das geringste Spiel mit 0,83°.
Um die eine Aussage über die Festigkeit des Getriebes treffen zu können, wird zudem ein, auf der Hertzschen Flächenpressung basierendes, analytisches Berechnungsmodell entwickelt. Dieses wird in einem Python-Skript umgesetzt, sodass die Flächenpressungen des Prototypengetriebes berechnet werden können. Es zeigt sich hierbei, dass die Aufnehmertascheen der Zykloidenscheibe stärker belastet sind als die Verzahnung.
Mit Hilfe eines Prüfstands werden die Getriebe unter der Verwendung von unterschiedlichen Schmierstoffen getestet. Die Tests zeigen, dass die Schmierung des Getriebes einen starken Einfluss auf die Verschleißbildung hat. Bei einem niedrigviskosen Öl kommt es im Versuch zu einem Schmierfilmabriss und somit zu einem verstärkten Verschleiß im Getriebe. In den Tests kommt es zu keiner Grübchenbildung bei den Getrieben. Es zeigt sich jedoch, dass die Kugellager im Getriebe einer hohen Belastung ausgesetzt sind.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird final ein Kompaktantrieb entwickelt. Dieser besitzt zwei um 180° versetzte, optimierte Zykloidenscheiben mit einer geköpften und verkürzten Epizykloide. Um die Verschleißbildung zu minimieren, werden die beiden Scheiben gehärtet und manganphosphatiert. Zudem wird ein Getriebefließfett mit einer besonders niedrigen Viskosität eingesetzt. Das Ergebnis der Arbeit ist ein drehmomentstarker Kompaktantrieb mit einem Spitzendrehmoment von bis zu 42N · m bei einem Gewicht von nur 0,550 kg.
Die Ruptur des vorderen Kreuzbandes (VKB) im Knie ist eine häufige, schwerwiegende und mit hohen Kosten verbundene Verletzung im Sport. Eine erfolgreiche Rehabilitation und Rückkehr in den Wettkampfsport ist trotz zahlreicher wissenschaftlicher Erkenntnisse schwierig. Um das Wiederverletzungsrisiko zu minimieren und den optimalen Zeitpunkt für ein Back To Sport (BTS) zu definieren, werden in der Literatur sehr umfangreiche Assessments vorgegeben, die hohe Anforderungen an Gerätschaften, Geld und Zeit stellen. Durch ein bereitgestelltes Lasersystem für den Olympiastützpunkt (OSP) Freiburg-Schwarzwald wurde überprüft, ob ein einziger funktioneller Test mit dem Lasersystem ein BTS-Assessment ersetzen kann. Dafür wurde eine kleine Studie mit 10 Kreuzbandpatienten durchgeführt. Die Studienteilnehmer wurden durch ein umfangreiches Assessment geführt, wie sie aus aktuellen Studien vorgegeben wird, und absolvierten einen funktionellen Sprungtest mit dem Lasersystem. Um Zusammenhänge der Sprungtest- und der Assessmentergebnisse festzustellen, wurde eine Korrelationsanalyse durchgeführt. Diese zeigte, dass einzelne Tests aus dem Assessment signifikante Zusammenhänge mit den Ergebnissen des Sprungtests hatten. Zukünftig könnte man in Erwägung ziehen, diese zu ersetzen.
The German government is aiming to increase the share of renewable energies in the electricity supply to 80% in 2050. To date, however, neither the technical requirements nor the market requirements to implement this aim are provided: Germany is struggling to establish the technical requirements and the market requirements to meet this goal. As an important incentive mechanism, the German government has used and continues to use support measures, such as guaranteed feed-in tariffs, and continuously adapts these to market developments and requirements of the European Union. The purpose of the study is to outline a concept for the implementation of regional flexibility markets in Europe based on a thorough review of technical solutions. The method of a comprehensive review of research in regional flexibility markets of electricity, distribution, and pricing from the study is applied to summarize and discuss the opportunities, risks, and future potentials of grid distribution technology. Based on the insights, a new market-based supply and distribution scheme for electricity, which is aimed to benefit of a fully regenerative, decentral and fairly priced electricity markets on the European level is presented. The study suggests a blockchain based pricing mechanism which shall allow equal market access for consumer, providers, and grid operators and rewards regenerative production and short-distance transmission.
Considering the literature for aqueous rechargeable Zn//MnO2 batteries with acidic electrolytes using the doctor blade coating of the active material (AM), carbon black (CB), and binder polymer (BP) for the positive electrode fabrication, different binder types with (non-)aqueous solvents were introduced so far. Furthermore, in most of the cases, relatively high passive material (CB+BP) shares ~30 wt% were applied. The first part of this work focuses on different selected BPs: polyacrylonitrile (PAN), carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), cellulose acetate (CA), and nitrile butadiene rubber (NBR). They were used together with (non-)aqueous solvents: DI-water, methyl ethyl ketone (MEK), and dimethyl sulfoxide (DMSO). By performing mechanical, electrochemical and optical characterizations, a better overall performance of the BPs using aqueous solvents was found in aqueous 2 M ZnSO4 + 0.1 M MnSO4 electrolyte (i.e., BP LA133: 150 mAh·g−1 and 189 mWh·g−1 @ 160 mA·g−1). The second part focuses on the mixing ratio of the electrode components, aiming at the decrease of the commonly used passive material share of ~30 wt% for an industrial-oriented electrode fabrication, while still maintaining the electrochemical performance. Here, the absolute CB share and the CB/BP ratio are found to be important parameters for an application-oriented electrode fabrication (i.e., high energy/power applications).
This paper shows the results of an in-depth techno-economic analysis of the public transport sector in a small to midsize city and its surrounding area. Public battery-electric and hydrogen fuel cell buses are comparatively evaluated by means of a total cost of ownership (TCO) model building on historical data and a projection of market prices. Additionally, a structural analysis of the public transport system of a specific city is performed, assessing best fitting bus lines for the use of electric or hydrogen busses, which is supported by a brief acceptance evaluation of the local citizens. The TCO results for electric buses show a strong cost decrease until the year 2030, reaching 23.5% lower TCOs compared to the conventional diesel bus. The optimal electric bus charging system will be the opportunity (pantograph) charging infrastructure. However, the opportunity charging method is applicable under the assumption that several buses share the same station and there is a “hotspot” where as many as possible bus lines converge. In the case of electric buses for the year 2020, the parameter which influenced the most on the TCO was the battery cost, opposite to the year 2030 in where the bus body cost and fuel cost parameters are the ones that dominate the TCO, due to the learning rate of the batteries. For H2 buses, finding a hotspot is not crucial because they have a similar range to the diesel ones as well as a similar refueling time. H2 buses until 2030 still have 15.4% higher TCO than the diesel bus system. Considering the benefits of a hypothetical scaling-up effect of hydrogen infrastructures in the region, the hydrogen cost could drop to 5 €/kg. In this case, the overall TCO of the hydrogen solution would drop to a slightly lower TCO than the diesel solution in 2030. Therefore, hydrogen buses can be competitive in small to midsize cities, even with limited routes. For hydrogen buses, the bus body and fuel cost make up a large part of the TCO. Reducing the fuel cost will be an important aspect to reduce the total TCO of the hydrogen bus.
With the increasing share of renewable energies and the nuclear phase-out, the energy transition is accelerating. From the perspective of building technology, there is great potential to support this transition given its large share in total energy consumption and the increasing number of flexible and controllable components and storages. However, a question often asked at the plant level is: "How do we use this flexibility to support the regional grid?". In this work, a grid-supportive controller of a real-world building energy plant was developed using mathematical optimisation methods and its technical feasibility was demonstrated. The results could convince actors from the energy industry and academia about the practicality of these methods and offer tools for their implementation.
This work presents the results of experimental operation of a solar-driven climate system using mixed-integer nonlinear model predictive control (MPC). The system is installed in a university building and consists of two solar thermal collector fields, an adsorption cooling machine with different operation modes, a stratified hot water storage with multiple inlets and outlets as well as a cold water storage. The system and the applied modeling approach is described and a parallelized algorithm for mixed-integer nonlinear MPC and a corresponding implementation for the system are presented. Finally, we show and discuss the results of experimental operation of the system and highlight the advantages of the mixed-integer nonlinear MPC application.
Die freie Achillessehne wird bis heute meist als homogene Struktur betrachtet. Jedoch gibt es viele anatomische Studien, die einen verdrehten Aufbau der Achillessehne aufzeigen. Des Weiteren gibt es Studien der Achillessehne in vivo (hier nur in der Sagittalebene), als auch in vitro, bei denen heterogene Verschiebungen nachgewiesen wurden. So stellt sich die Frage, ob die Achillessehne wirklich als homogene Struktur betrachtet werden kann oder ob der besondere Aufbau einen maßgeblichen Einfluss auf die Physiologie hat. In dieser Studie sollen nun mit Hilfe von Ultraschalluntersuchungen Bewegungen in der Transversalebene der Achillessehne aufgenommen werden. Eine solche Studie gab es bisher noch nicht und könnte deswegen weitere wichtige Informationen über die Achillessehne liefern. Durch lokale, isolierte Stimulationen des musculus gastrocnemius medialis (GM) und musculus gastrocnemius lateralis (GL), soll gezeigt werden, ob es zu heterogenen Bewegungsmustern in der Achillessehne kommt. Analysiert werden die Ultraschallaufnahmen mittels einem 2D Speckle Tracking Verfahren, das auch in anderen Studien in der Sagittalebene verwendet wurde, seinen Ursprung jedoch in der Kardiologie findet. In dieser Pilotstudie wurden fünf Proband:innen (29,2 ± 8,5 Jahre) untersucht. Als Ergebnis wurden bei fast allen Proband:innen lokal unterschiedliche Bewegungsmuster in der Achillessehne bei isolierter Stimulation des GM und GL erfasst. In den drei Stimulationen, die pro Muskel durchgeführt wurden, waren die Ergebnisse innerhalb eines Probanden jeweils sehr ähnlich. Um die Funktionsweise und deren Einfluss nun noch genauer zu analysieren, gilt es in der Zukunft weitere Parameter in das Grundkonzept dieser Studie hinzuzufügen und mehr Proband:innen zu testen.
Ziel der folgenden Bachelorarbeit ist es, eine Steuerung für einen Motorenprüfstand zu entwickeln. Dieser wurde von Aaron Maier geplant und konstruiert. Die Steuerung soll es ermöglichen, die Motoren des Prüfstands sowohl manuell als auch automatisiert anzusteuern. Dabei sollen die Parameter Drehmoment, Drehzahl, Spannung, Strom sowie die Temperatur der Motoren automatisiert, oder auf Knopfdruck erfasst und abgelegt werden. Die Arbeit umfasst die Auswahl der benötigten Hardwarekomponenten, das Verbauen dieser Komponenten in einem Bedienpult, die elektrische Verschaltung dieser Komponenten, die Programmierung des Microkontrollers und das Erstellen einer Dokumentation.
Die neue EU-Medizinprodukteverordnung 2017/745, die Medical Device Regulation (MDR), wird nach einer vierjährigen Übergangsphase zum 26. Mai 2021 für sämtliche Medizintechnikhersteller rechtswirksam (Vgl. Europäische-Kommission, 2020). Die MDR ersetzt die bis dato geltende Medical Device Directive (MDD). Ein wesentlicher Bestandteil der MDR für Medizintechnikhersteller ist die verpflichtende Konzeption und Einführung eines Qualitätsmanagementsystems. Die R&E Stricker Reha-Entwicklungen GmbH hat bis zu Beginn dieses Projektes noch kein Qualitätsmanagementsystem in ihrer Unternehmensstruktur implementiert. Da dies allerdings mit der MDR verpflichtend wird, soll durch diese Arbeit ein auf die Firma Stricker angepasstes Qualitätsmanagementsystem erarbeitet werden. Zusätzlich werden durch die MDR erweiternde wie auch neue Anforderungen an die verschiedenen Unternehmensbereiche der Medizintechnikhersteller gestellt (Vgl. Johner Institut GmbH, 2020a). Durch neu konzipierte und implementierte Prozesse sollen jene Anforderungen bzw. der gesamte Bereich des Qualitätsmanagements der Firma Stricker ausgebaut werden.
Bifaziale Photovoltaikmodule werden durch ihre höhere Leistung, bezogen auf den Flächenbedarf immer attraktiver. Die meisten der bislang hergestellten Photovoltaik Module sind Monofazial ausgeführtund schöpfen damit nicht ihr vollständiges Potential aus. Weiterhin bestehen die konventionell hergestelltenPhotovoltaik(PV) Module aus einem Verbund aus Glas und Kunststoff sowie verschiedenen Metallen, was die Entsorgung oder ein Recycling kostenaufwendig und kompliziert gestaltet. Die Firma Apollon greift diese Punkte auf und versucht, beides in dem NICE-Modul(Siehe Anhang 12.1)zu vereinen,nämlich ein bifaziales Modul, bei dem die PV-Zellen zwischen zwei Glasplatten, anstelle von zwei Kunststoffen eingespannt werden. Die Hochschule Offenburg ist F&E-Partner der Firma Apollon und betreibt ein kleines Labor zur Herstellung von NICE-Modulen. Zu Testzwecken werden diese der Witterung ausgesetzt und so der Energieertrag,sowie deren Lebensdauer unter geltenden Witterungsbedingungen ermittelt. In der Masterarbeit von Benjamin Smith[1]stellte sich heraus, dass sich bei den Modulen nach weniger als zwei Wochen im Freien die Klebefläche zwischen den Glasplatten löste. Somit fielen die Module beim Witterungstest unter realen Bedingungen durch.Im Anschluss an die Arbeit von Benjamin Smith besteht diese Arbeit darin,einen Außenteststand zu konzipieren und aufzubauen, um das in Zwischenzeit neu entworfene Klebe-konzept, welches einem TC 50 Test standhielt, auf die Lebensdauer im Freien und das PV Modul selbst auf den elektrischen Ertrag zu untersuchen. Für den elektrischen Ertrag werden Strom-und Spannungsverlauf aufgezeichnet. Außerdem musste für eine Charakterisierung der Module die Bestrahlungsstärke,der Temperaturverlauf, sowie die Inho-mogenität der Bestrahlungsstärke auf der Rückseite und die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Um eine Alterung des Modulwechselrichters auszuschließen, werden speziell dafür die Wechselspannung und Leistung auf der Ausgangsseite des Modulwechselrichters aufgezeichnet. Sämtliche modulrelevanten Messwerte werden im 3-5 s Intervall abgespeichert und sind auf einem Webserver sowie für eine spätere Datenanalyse als .csv Datei abrufbar. Somit eignet sich die Messeinrichtung lediglich für eine Bilanzierung,nicht aber für eine Leistungsmessung.
Für den Außenteststand musste eine Unterkonstruktion, geeignet für bifaziale Module entworfen und aufgebaut werden. Die Konstruktion ist vollständig aufgebaut. Das Messsystem wurde auf deren Funktion erfolgreich geprüft und steht bis auf die Strahlungsinhomogenitätsmessung im Technikum am Campus Nord der Hochschule Offenburg bereit zur Inbetriebnahme.
Die vorliegende, schriftliche Dokumentation befasst sich mit der Entwicklung, Konstruktion und Ausarbeitung eines speziellen Sonderbetriebsmittels im Bereich der Umformtechnik.
Aus Gründen der Materialersparnis soll ein Stanzwerkzeug zur Herstellung von asymmetrischen Blech-Rohlingen dahingehend optimiert werden, dass die Schneid-Elemente pro Ar-beitsgang eine Drehung um 180° durchführen können. Durch diese Maßnahme soll erreicht werden, dass zwischen den ausgeschnittenen Rohlingen weniger Abfallmaterial anfällt, wo-durch Materialkosten im laufenden Fertigungsprozess eingespart werden können.
Die Arbeit beinhaltet das systematische Erfassen von Anforderungen und prozessbedingten Gegebenheiten, die Erarbeitung von Lösungskonzepten, sowie das Ausarbeiten eines aus-gewählten Konzepts als detaillierte Konstruktion. Letztgenannte umfasst das Erstellen funktions- und fertigungsgerechter Einzelkomponenten und Baugruppen, die Auslegung und Auswahl benötigter Zukauf-Komponenten, sowie das Ableiten fertigungsgerechter technischer Zeichnungen.
Als Nachweis der Funktion der erarbeiteten Vorrichtung werden sowohl eine Bewegungssimulation, als auch entsprechende Nachweisrechnungen der Bauteilfestigkeit unter Berücksichtigung wirkender Prozesskräfte durchgeführt.
Resultat dieser Arbeit ist eine erwiesenermaßen funktionsfähige Konstruktion, die sämtliche von Seiten des Auftraggebers gestellten Anforderungen erfüllt.
Das Team Schluckspecht der Hochschule Offenburg fährt seit 1998 bei dem Wettbewerb Shell-Eco-Marathon beachtliche Erfolge mit Leichtbaufahrzeugen ein. Seit der ersten Teilnahme an diesem Wettbewerb, werden die Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt und den von der Rennleitung vorausgesetzten Bedingungen an-gepasst. Im Jahr 2020 soll der mittlerweile schon 17 Jahre alte Schluckspecht 3 durch den neu entwickelten Schluckspecht 6 ersetzten werden.
Zu Beginn dieser Bachelorthesis liegt bereits eine gefertigte Negativform des Monocoques aus glasfaserverstärktem Kunststoff vor. Das Ziel der Bachelorthesis ist die Fertigung des Monocoques aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Nach der Recherche zu den theoretischen Grundlagen erfolgen das Planen und Durchführen von Versuchen. Die Versuche dienen zur Lösungsfindung der zuvor festgelegten Aufgabenstellungen für die Fertigung des Monocoques. Es werden Versuche zu den im Fahrzeug zu platzierenden Inlays, der Fensterbefestigung, den Ab-schusskanten und Übergängen am Fahrzeug und dem Kabelkanal durchgeführt. Anhand der Versuchsergebnisse wird die Zielvariante für das zu fertigende Monocoque festgelegt. Alle relevanten festgelegten Maßnahmen müssen mit den im Projekt beteiligten Bauteilverantwortlichen abgeklärt werden. Die Bearbeitung der Negativform beinhaltet das Versteifen mit Holzstreben und eine Wärmebehandlung. Daraufhin werden zwei Backvorgänge zum Aushärten des Fahrzeugs durchgeführt. Abgeschlossen wird die Fertigung mit dem Finishing des Monocoques. Die Herausforderung dieses Projekts besteht darin, das angeeignete Wissen zunächst auf die Versuche und schlussendliche auf die Fertigung des gesamte Monocoque zu übertragen.
3D–Druck hat sich in den letzten Jahren extrem schnell entwickelt und bekommt eine immer größer werdende Bedeutung in der Industrie. Es ist ein Verfahren womit schnell und kostengünstig Modelle, Prototypen, aber auch fertige und einsatzfähige Produkte hergestellt werden können.
Auch Industrieroboter spielen in der Fertigung und Montage eine immer größer werdende Rolle und können flexibel für verschiedene Arbeiten eingesetzt werden.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden diese beiden Systeme miteinander kombiniert. Es wird aufgezeigt, wie ein FDM-Druckkopf für die Anwendung an einem Industrieroboter konzipiert, konstruiert und in Betrieb genommen wird, um Drucke am Industrieroboter durchführen zu können.
Aufgabe dieser Arbeit ist es, eine Fertigungskombination aus zwei unterschiedlichen Fügetechniken zu untersuchen. Bei den beiden Fügetechniken handelt es sich einmal um das Ultraschallschweißen von Polyamid und das Fügen einer Schneidklemmverbindung, kurz SKV. Diese beiden Verfahren sollen in einer Anlage kombiniert werden. Die sogenannte Schneidklemmverbindung ist eine Kontaktiertechnik aus dem Elektronikbereich, welche seit einigen Jahren verstärkt im Bereich Automotive eingesetzt wird. Die Kombination dieser beiden Verfahren soll es ermöglichen, eine höhere Produktqualität zu erzeugen und Maschinen- sowie Fertigungskosten zu senken.
Im Fokus dieser Arbeit steht die Schneidklemmverbindung. Die Energie, welche durch das Ultraschallschweißen der Fügepartner in das Bauteil gelangt, kann dafür sorgen, dass sich die Kontaktierung der Schneidklemme verschlechtert. Dieser Einfluss soll durch verschiedene Messungen sichtbar und bewertbar gemacht werden. Zusätzlich wird die Schweißnaht der Fügepartner untersucht, um die Vorteile und Nachteile gewisser Designkriterien besser einschätzen zu können.
Inhaltlich wird das Unternehmen Robert Bosch GmbH vorgestellt sowie die Aufgabenstellung erläutert. Das Kapitel 2 dieser Arbeit beinhaltet Informationen bezüglich der in der Fertigung bisher verwendeten Prozesse und beschäftigt sich außerdem mit den Grundlagen zur Untersuchung dieses neuen Kombinationsprozesses sowie mit den bisher vorliegenden Ergebnissen. Das darauffolgende Kapitel legt dar, wodurch der untersuchte Prozess kostensparend sein könnte. Weiterhin befasst sich dieses Kapitel mit der ultraschallgerechten Konstruktion, den verwendeten Schweißanlagen und den geforderten Anforderungen. Kapitel 4 beschreibt, wie die Prüfkörper der zwei Messreihen präpariert und bearbeitet werden, um neue Erkenntnisse des Verbundprozesses hinsichtlich der Schneidklemme zu erhalten. Die tatsächlichen Messungen und deren Auswertung finden sich im Kapitel 5. Die beiden Messreihen werden getrennt voneinander betrachtet und ausgewertet. In Kapitel 6 werden die Ergebnisse der Prüf- und Testverfahren diskutiert und bewertet. Das letzte und abschließende Kapitel fasst die gesamte Arbeit nochmals zusammen und gibt einen Ausblick in Richtung neuer Prüfkörper und deren Konstruktion.
Konstruktion, Fertigung und experimentelle Optimierung einer Lenkung für ein Leichtbaufahrzeug
(2021)
Diese Bachelorthesis umfasst die Fertigung eines nach Ackermann ausgelegten Lenksystems für ein Leichtbaufahrzeug. Der besondere Fokus dieser Arbeit liegt beim Einbau der Komponenten in das Chassis. Dabei werden die nötigen Vorrichtungen und das Vorgehen beschrieben, um sicherzustellen, dass die Lenkkinematik nach ihrer ursprünglichen Auslegung funktioniert und alle Teile des Fahrwerks möglichst effizient betrieben werden können. Weiterhin wird beschrieben, wie die Komponenten der Lenkung während des Montage- und Fertigungsprozesses weiterentwickelt wurden. Abschließend wird die montierte Lenkung experimentell getestet, um die Qualität der Arbeit beurteilen zu können.
The Lattice Boltzmann Method is a useful tool to calculate fluid flow and acoustic effects at the same time. Although the acoustic perturbation is much smaller than normal pressure differences in fluid flow, this direct calculation is a great advantage of the Lattice Boltzmann Method (LBM). But each border used in calculation produces a multitude of reflections with the acoustic waves, which lead to an unusable result. Therefore, it is worked on different absorbing techniques.
In this thesis three absorbing layer techniques are described, explained and reviewed with different simulations. The absorbing layers are implemented in a basic LBM code in C++, and with this umpteen simulations within a box were performed to compare the different absorbing layers. The Doppler effect and a cylinder flow are also examined to compare the damping efficiencies.
The three studied absorbing techniques are the sponge layer, the perfectly matched layer and a force based Term II absorbing layer. The sponge layer is easy to implement but gives worse results than a calculation without any absorbing layer. The perfectly matched layer and a force based absorbing term provide very good results but the perfectly matched layer has problems with instability. The force based absorbing layer represents the best compromise between the additional computation time due the absorbing layer and the achieved damping efficiency.
Lithium‐ion battery cells are multiscale and multiphysics systems. Design and material parameters influence the macroscopically observable cell performance in a complex and nonlinear way. Herein, the development and application of three methodologies for model‐based interpretation and visualization of these influences are presented: 1) deconvolution of overpotential contributions, including ohmic, concentration, and activation overpotentials of the various cell components; 2) partial electrochemical impedance spectroscopy, allowing a direct visualization of the origin of different impedance features; and 3) sensitivity analyses, allowing a systematic assessment of the influence of cell parameters on capacity, internal resistance, and impedance. The methods are applied to a previously developed and validated pseudo‐3D model of a high‐power lithium‐ion pouch cell. The cell features a blend cathode. The two blend components show strong coupling, which can be observed and interpreted using the results of overpotential deconvolution, partial impedance spectroscopy, and sensitivity analysis. The presented methods are useful tools for model‐supported lithium‐ion cell research and development.
This article presents a comparative experimental study of the electrical, structural and chemical properties of large‐format, 180 Ah prismatic lithium iron phosphate (LFP)/graphite lithium‐ion battery cells from two different manufacturers. These cells are particularly used in the field of stationary energy storage such as home‐storage systems. The investigations include (1) cell‐to‐cell performance assessment, for which a total of 28 cells was tested from each manufacturer, (2) electrical charge/discharge characteristics at different currents and ambient temperatures, (3) internal cell geometries, components, and weight analysis after cell opening, (4) microstructural analysis of the electrodes via light microscopy and scanning electron microscopy, (5) chemical analysis of the electrode materials using energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, and (6) mathematical analysis of the electrode balances. The combined results give a detailed and comparative insight into the cell characteristics, providing essential information needed for system integration. The study also provides complete and self‐consistent parameter sets for the use in cells models needed for performance prediction or state diagnosis.
Druckluft ist verdichtete atmosphärische Luft und wird in der Industrie sowie im Handwerk als Energieträger genutzt. Den vielfältigen Vorteilen stehen aber auch einige Nachteile gegenüber, wobei der wichtigste der Preis ist. Druckluft gilt als eine der teuersten Energieformen und die Energiekosten stellen den größten Kostenfaktor bei der Produktion dar. In der vorliegenden Arbeit soll eine modellprädiktive Regelung eines Druckluftsystems entworfen und implementiert werden. Das ökonomische Regelziel besteht darin, die Energiekosten bei der Erzeugung von Druckluft zu senken. Die Implementierung umfasst unterschiedliche Varianten eines Druckluftsystems. Dazu zählen folgende Auslegungsvarianten:
• Ein Druckluftsystem mit frequenzgeregeltem Kompressor
o Mit einem Schraubenkompressor
o Mit zwei Schraubenkompressoren
• Ein Druckluftsystem mit binärgeregeltem Kompressor
o Schraubenkompressor
o Kolbenkompressor
Basierend auf den erstellten Modellen wird ein modellprädiktiver Regler entworfen und implementiert. Die modellprädiktive Regelung leistet einen entscheidenden Beitrag zur Prozessoptimierung. Der Optimierungsalgorithmus erhöht bei niedrigen Strompreisen das Druckniveau im Behälter und profitiert bei hohen Preisen vom gespeicherten Luftvolumen. Die Flexibilität des Systems ist begrenzt. Mit zunehmender Behältergröße konvergieren die Kosten der Drucklufterzeugung gegen einen parameterabhängigen Wert des Systems. Außerdem bestimmen die Systemparameter die Lösbarkeit des Optimierungsproblems. Im Vergleich zu den frequenzgeregelten Kompressoren sind die binärgeregelten Kompressoren nur unter modifizierten Annahmen einsetzbar, ansonsten kann das Optimierungsproblem nicht gelöst werden.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein Radträger für ein Leichtbaufahrzeug entwickelt werden. Dieser soll ein niedriges Gewicht sowie eine hohe Steifigkeit aufweisen und fertigbar sein.
Dabei wird über einen iterativen Prozess aus Simulation, Topologieoptimierung und Neukonstruktion ein neues Radträgerdesign entwickelt.
Zu Beginn der Arbeit wird auf die wissenschaftlichen Grundlagen eingegangen. Dabei spielen vor allem das Thema Leichtbau sowie die finite Elemente Methode eine Rolle. Es wird auf Prinzipien der Konstruktion eingegangen, um das Bauteil fertigungsgerecht und auch effizient zu gestalten.
Im nächsten Kapitel wird der aktuelle Stand der Technik genauer untersucht. Hierbei wird der Entwicklungsprozess der aktuellen Radträger-Varianten untersucht und diese mittels FEM nachgerechnet. Zuvor werden noch die für die Simulation benötigten wirkenden Kräfte berechnet und Plausibilitätstests durchgeführt, bei denen Computersimulationen mit realen Messwerten auf deren Richtigkeit überprüft werden.
In den letzten Kapiteln geht es um die Entwicklung des Radträgers. Hier werden einige Konzepte entwickelt und mittels FEM-Simulationen getestet. Durch den Einsatz von Topologieoptimierungen wird versucht, das Gewicht des Radträgers bei gleichbleibender Steifigkeit zu senken.
A Simple and Reliable HPTLC Method for the Quantification of the Intense Sweetener Sucralose®
(2003)
This paper describes a simple and fast thin layer chromatography (TLC) method for the monitoring of the relatively new intense sweetener Sucralose® in various food matrices. The method requires little or no sample preparation to isolate or concentrate the analyte. The Sucralose® extract is separated on amino‐TLC‐plates, and the analyte is derivatized “reagent‐free” by heating the developed plate for 20 min at 190°C. Spots can be measured either in the absorption or fluorescence mode. The method allows the determination of Sucralose® at the levels of interest regarding foreseen European legislation (>50 mg/kg) with excellent repeatability (RSD = 3.4%) and recovery data (95%).
Quantification of astaxanthin in salmons by chemiluminescence and absorption after TLC separation
(2018)
Astaxanthin is a keto-carotenoid, belongs to the chemical class of terpenes and is a yellow lipid soluble compound. The compound is present in marine animals like salmons and crustacean. Its colour is due to conjugated double bonds and these double bonds are responsible for its antioxidant effect. Its antioxidant activity is ten times stronger than other carotenoids and nearly 500 fold stronger than vitamin-E. We present a new thin layer chromatography (TLC) method to measure astaxanthin on TLC-plates (Merck, 1.05554) in the visible absorption range as well as by using chemiluminescence. For separation a solvent mixture of cyclohexane and acetone (10 + 2.4, v/v) was used. The RF-value of astaxanthin is 0.14.The limit of detection in vis-absorption is 64 ng / band and the limit of quantification is 92 ng/band. In chemiluminescence the values are 90 ng / band and 115 ng/band. The method offers two independently working measurement modes on a single plate which increase the accuracy of the quantification.
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
Ein tiefgreifendes Verständnis des zyklischen Plastizitätsverhaltens metallischer Werkstoffe ist sowohl für die Optimierung der Materialeigenschaften als auch für die industrielle Auslegung und Fertigung von Bauteilen von hoher Relevanz. Insbesondere moderne Legierungen wie Duplex-Stähle zeigen unter Lastumkehr aufgrund des komplexen mehrphasigen Gefüges sowie der Neigung zu verschiedenen Ausscheidungsreaktionen einen ausgeprägten Bauschinger-Effekt, welcher bei technischen Umformvorgängen berücksichtigt werden muss. Der Bauschinger-Effekt begründet sich maßgeblich in der Entstehung von Rückspannungen, welche aus dem unterschiedlichen Plastizitätsverhalten der austenitischen und ferritischen Phase resultieren. Instrumentierte Mikroindenter-Versuche in ausgewählten Ferrit- und Austenitkörnern haben gezeigt, dass austenitische Gefügebestandteile durch einen deutlich früheren Fließbeginn sowie eine stärkere Rückplastifizierung während der Entlastung charakterisiert sind. Zudem wurde nachgewiesen, dass Ausscheidungen im Rahmen einer 475°C-Versprödung diesen Phasenunterschied verstärken und somit in einem höheren Bauschinger-Effekt resultieren.
Ziel der folgenden Abschlussarbeit ist die Konstruktion eines Prüfstandes mit welchem Drehzahl, Drehmoment, Strom, Spannung sowie die Temperatur von Elektromotoren bestimmt werden. Die Arbeit umfasst hierbei die Auswahl der Messwelle, der Kupplung, die Auslegung eines Kühlsystems und die methodische Konstruktion des Gestells. Die Komponentenauswahl beinhaltet die Verwendung von Bewertungsschemen. Die Konstruktion umfasst die Verwendung von methodischen Konstruktionsprinzipien und die Anwendung von Schwingungsmodellen, arithmetischen Toleranzrechnungen und FEM-Analysen. Ergebnis der Arbeit ist ein funktionaler Prüfstand mit den entsprechenden Fertigungszeichnungen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Weiterentwicklung der Hinterradbaugruppe weiter vorangetrieben. Durch das genaue Betrachten verschiedener Sachverhalte entstehen neue Anpassungs- und Neukonstruktionen, mit dem Hauptaugenmerk der Antriebsfunktionalität und Elektrokomponentenbefestigung. Nach der Anpassung einer Ritzeladaption und einer Änderung der Elektromotoraufnahme wird der Antriebsstrang, in Form eines Kettentriebs, eingerichtet. Dazu wird der vorausgewählte Motor mit der angepassten Aufnahme verbunden und an die vordefinierte Stelle platziert. Zur Inbetriebnahme findet parallel eine Änderung der Radachsenaufnahme statt, um das Hinterrad mittig widerholbar ausrichten zu können. Unter dem Aspekt der der Sicherheit und Funktionalität erfolgt in Folge dessen die Konzipierung eines Radkatens und Kettenschutzes. Aus zeitlichen Gründen wird vorrangig das Konzept des Radkastens umgesetzt, weil diese Geometrie früher benötigt wird. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit ist die Konzipierung eines Bremsenhalters. Dazu findet zu-nächst eine Bauraumanalyse statt, diese zu einem groben Bauraummodell führt. Daraufhin werden verschiedene Topologie- und Formoptimierungen, für die Erzielung eines robusten Bremsenhalters, durchgeführt. Im letzten Teil des Arbeitsumfangs erfolgt die Ermittlung verschiedene Aufnahmekonzepte für die Elektrokomponenten. Neben einer Schubladenlösung für die Energiebox findet parallel die Anfertigung einer Batteriebox mit Schiebedeckelvariante statt. Die angefertigten Boxen sind durch die vollständige Ausarbeitung bereit für die Erstellung eines Anbindungskonzepts an die, ebenfalls neuentwickelte, Elektrokomponentenaufnahme.
Die verstärkte Nachfrage des Marktes nach regelbaren EC-Antrieben mit erhöhten Leistungsdichten fordert das Einsetzen von höherwertigen Elektroblechsorten. Diese weisen durch ihren höheren Siliziumgehalt höhere Härten auf, was zu neue Herausforderungen bei der Montage führt. Das Fügen sogenannter gekerbter Wellen in das Rotorlamellenpaket kann zu Partikelbildung führen, wenn die Härtedifferenz zwischen den beiden Fügepartnern zu gering ausfällt. Dieser Umstand ist zur Einhaltung der steigenden Anforderungen bezüglich technischer Sauberkeit zu vermeiden, da ansonsten kostspielige Reinigungskonzepte in der Montagelinie installiert werden müssen. Für die Montage von Lagern werden die Rotorwellen selektiv induktiv randschichtgehärtet. Hierbei müssen bspw. Lagerstellen eine Mindesthärte erreichen und Kerbzonen unbehandelt bleiben, damit eine entsprechende Umformbarkeit beim Kerben erhalten bleibt sowie der Verschleiß der Kerbwerkzeuge möglichst geringgehalten wird.
Im Rahmen dieser Masterthesis wird die induktive Wärmebehandlung untersucht. Insbesondere wird hier das induktive Hochgeschwindigkeitsvergüten zur Weiterentwicklung der Welle-Nabe-Verbindung im Kerbbereich betrachtet, um bei gleichbleibender Taktzeit die erforderte Härtedifferenz zum Rotorlamellenwerkstoff zu ermöglichen. Hierbei wird der Kerbbereich wie für die Lagermontage induktiv randschichtgehärtet und anschließend bei höheren Temperaturen angelassen (vergütet).
Die Auswertung der Versuchsergebnisse zeigt, dass mit dem vorhandenen Maschinenfuhrpark nur das Anlassen mit Selbstabschreckung die geforderten Härtetoleranzen als Kompromiss zwischen Spanfreiheit beim Fügen und Werkzeugverschleiß ermöglicht. Diese wiederum zeigen aufgrund der ununterbrochene Wärmeleitung eine in Axialrichtung ausgeweiteten Wärmeeinflusszone, die zu unscharfen Härteübergängen im Vergleich zu nach dem Anlassen aktiv gekühlter Rotorwellen führt. Eine höhere Härte in der Kerbzone führt zu einem kleineren Kerbaufwurf unter gleichbleibenden Kerbbedingungen. Der Nachweis einer Prozessfähigkeit für die Härte ist nicht üblich und kann auch aufgrund der hohen Unsicherheit des Härteprüfverfahrens nicht erbracht werden. Das Anlassen verschlechtert nur geringfügig den Rundlauf. Die Einpresskräfte von Rotorlamellenpaketen hängt von der Höhe des Kerbaufwurfs ab und steigt entsprechend mit deren Zunahme. Für eine serientaugliche Umsetzung ist in Abhängigkeit des Anforderungsprofils eine Rücksprache mit der Designabteilung bezüglich axiale Härteübergang und Kerbeindringtiefe notwendig. Für eine dauerhafte Lösung wird die Verwendung eines Mittelfrequenzgenerators für den Anlassprozess empfohlen.
PHOTOPUR hat die Entwicklung eines photokatalytischen Prozesses zur Beseitigung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) aus dem Reinigungswasser von Spritzgeräten zum Ziel. Am INES wurde eine Energieversorgung für die photokatalytische Reinigung in zwei Bachelorarbeiten entwickelt und als Demosystem aufgebaut. Das Gesamtsystem ist nun als mobile Einheit verfügbar und wurde zuletzt um das Reaktormodul für den photokatalytischen Prozeß erweitert und den Partnern für intensive Tests übergeben.
Die angestrebten Klimaschutzziele erfordern, dass Erneuerbare Energien längerfristig zur Hauptenergiequelle der Energieversorgung werden. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, ist es angebracht konventionelle und erneuerbare Energie oder noch besser nachhaltige Einzelprozesse intelligent miteinander zu verknüpfen.
Das Projekt EBIPREP wird von einer interdisziplinären Forschergruppe bestehend aus Chemikern, Prozessingenieuren und Bioprozessingenieuren sowie Physikern, die auf Sensoren und Prozesssteuerung spezialisiert sind durchgeführt. Das Ziel ist es, neue Lösungen für die Nutzungswege von Holzhackschnitzeln und den bei der mechanischen Trocknung anfallenden Holzpresssaft zu entwickeln. Neben der Hackschnitzelvergasung und der katalytischen Reinigung des Holzgases steht die Nutzung des Holzpresssafts in Biogasanlagen und bei der biotechnologischen Wertstofferzeugung, z.B. bei der Enzymherstellung, im Vordergrund.
Was wir tun?
Das EBIPREP-Projekt wird von einer interdisziplinären Forschungsgruppe durchgeführt, die sich aus Chemikern, Prozessingenieuren, Bioprozessingenieuren und Physikern zusammensetzt. Ziel ist es, neue Lösungen für den Einsatz von Hackschnitzeln und Holzpresssaft zu entwickeln, die durch ein innovatives mechanisches Trocknungsverfahren gewonnen werden. Neben der Holzvergasung und katalytischen Reinigung des Holzgases ist der Einsatz von Holzpresssaft in Biogasanlagen und in biotechnologischen Produktionsprozessen von Wertstoffen vorgesehen. Holzhackschnitzel werden thermisch vergast. Es werden Online-Sensoren entwickelt, um die relevanten Parameter der stabilisierten und optimierten Einzelprozesse auszuwerten. Die Verknüpfung von thermischen und biotechnologischer Konversionsprozessen könnte dazu beitragen, die Dimension von Biogasreaktoren erheblich zu reduzieren. Diese Tatsache wird folglich zu einer spürbaren Kostensenkung führen.
Ziele des EBIPREP-Projekts
• die Vorteile der thermischen und biologischen Umwandlung von Biomasse zu kombinieren;
• Entwicklung eines Verfahrens zur Reduzierung von Schadstoffemissionen mit innovativen Sensoren und katalytische Behandlung von Synthesegasen;
• nachhaltige Produktion biotechnologischer wertvoller Produkte
• wirtschaftliche und ökologische Analyse des Gesamtprozesses im Vergleich zu den Einzelprozessen
• Einsatz von Prozessabwässern zur Erzeugung regenerativer Energie oder biotechnologischer Wertstoffe
• Erwerb neuer Kenntnisse auf dem Gebiet der Rückgewinnungstechnik von Rückständen
• und Energieerzeugung;
• Erweiterung neuer Anwendungsfelder für innovative Sensoren und Keramik
• Schäume für Katalysatoren;
• Senkung der Kosten für die Biogasproduktion
Im geplanten Übersichtsvortrag werden die vernetzten Strukturen des Projekts EBIPREP und deren zentralen Ergebnisse vorgestellt.
Do you know that for each banana bunch the complete plant must be cut as well? Only in Brazil 440 million trees are planted annually. With an average weight of 30 kg per banana plant you can estimate about 13,5 million tons of banana residues per year. Although there exist some projects to use these residues for the production of valuable products (e.g fibers for textile and paper production) most of this organic waste material is unused and left for composting on the farmland.
The basic idea of this project is to evaluate this organic waste material for converting it to a renewable and CO2 neutral fuel. Therefore, the different parts of the banana plant (heart, leaves and pseudo stem) were analyzed regarding their biogas potential (specific biogas yield and biogas production kinetics). In further studies the effect of mechanical and enzymatic pretreatments of the different parts of the plants was investigated. This examination could then be the basis for an energetic usage of this organic residue.
The biogas batch experiments were performed according to the german guideline VDI 4630 in 2-L-Batch reactors at 37°C. As biogas substrates, the heart, the leaves and the pseudo stem of the banana plant residue with and without enzymatic/mechanical pretreatment were used.
The different parts of the banana plants result in a specific biogas production yield in the range of 260-470 norm liters per kg organic dry mass.
To determine the influence of the mechanical pretreatment (particle size 1-15 mm) on the biogas production kinetics, the kinetic constants were defined and calculated. The reduction of the particle size leads to an improved biogas production kinetics. Therefore experiments will demonstrate, if the results from the batch experiments can be converted in the continuous fed biogas reactor. The experiments of the enzymatic pretreatment are still under investigation.
In the modern knowledge-based and digital economy, the value of knowledge is growing relative to other assets and new intellectual property is being created at an ever-increasing rate. Therefore, the ability to find non-trivial solutions, systematically generate new concepts, and create intellectual property rapidly become crucial to achieving competitive advantage and leveraging the intellectual potential of organizations.
Environmentally-friendly implementation of new technologies and eco-innovative solutions often faces additional secondary ecological problems. On the other hand, existing biological systems show a lesser environmental impact as compared to the human-made products or technologies. The paper defines a research agenda for identification of underlying eco-inventive principles used in the natural systems created through evolution. Finally, the paper proposes a comprehensive method for capturing eco-innovation principles in biological systems in addition and complementary to the existing biomimetic methods and TRIZ methodology and illustrates it with an example.
Cross-industry innovation is commonly understood as identification of analogies and interdisciplinary transfer or copying of technologies, processes, technical solutions, working principles or models between industrial sectors. In general, creative thinking in analogies belongs to the efficient ideation techniques. However, engineering graduates and specialists frequently lack the skills to think across the industry boundaries systematically. To overcome this drawback an easy-to-use method based on five analogies has been evaluated through its applications by students and engineers in numerous experiments and industrial case studies. The proposed analogies help to identify and resolve engineering contradictions and apply approaches of the Theory of Inventive Problem Solving TRIZ and biomimetics. The paper analyses the outcomes of the systematized analogies-based ideation and outlines that its performance continuously grows with the engineering experience. It defines metrics for ideation efficiency and ideation performance function.
This book constitutes the refereed proceedings of the 20th International TRIZ Future Conference, TFC 2020, held online at the University Cluj-Napoca, Romania, in October 2020 and sponsored by the International Federation for Information Processing.
34 chapters were carefully peer reviewed and selected from 91 conference submissions. They are organized in the following thematic sections: computing TRIZ; education and pedagogy; sustainable development; tools and techniques of TRIZ for enhancing design; TRIZ and system engineering; TRIZ and complexity; and cross-fertilization of TRIZ for innovation management.
Sustainable design of equipment for process intensification requires a comprehensive and correct identification of relevant stakeholder requirements, design problems and tasks crucial for innovation success. Combining the principles of the Quality Function Deployment with the Importance-Satisfaction Analysis and Contradiction Analysis of requirements gives an opportunity to define a proper process innovation strategy more reliably and to develop an optimal process intensification technology with less secondary engineering and ecological problems.
Gasdynamik
(2020)
Für kompressible Strömungen werden die Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie hergeleitet. Die Eigenschaften der Stoßgleichungen wie Rankine-Hugoniot-Relation und Rayleigh-Gerade werden betrachtet. Zur Berechnung der Kräfte auf umströmte Körper werden die Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte ermittelt. Auf der Basis der Stromfadentheorie wird die Auslegung von Lavaldüsen behandelt. Das physikalische Verhalten linearer Unter- und Überschallströmungen und transsonischer Profilumströmungen wird analysiert.
Experimental Investigation of the Air Exchange Effectiveness of Push-Pull Ventilation Devices
(2020)
The increasing installation numbers of ventilation units in residential buildings are driven by legal objectives to improve their energy efficiency. The dimensioning of a ventilation system for nearly zero energy buildings is usually based on the air flow rate desired by the clients or requested by technical regulations. However, this does not necessarily lead to a system actually able to renew the air volume of the living space effectively. In recent years decentralised systems with an alternating operation mode and fairly good energy efficiencies entered the market and following question was raised: “Does this operation mode allow an efficient air renewal?” This question can be answered experimentally by performing a tracer gas analysis. In the presented study, a total of 15 preliminary tests are carried out in a climatic chamber representing a single room equipped with two push-pull devices. The tests include summer, winter and isothermal supply air conditions since this parameter variation is missing till now for push-pull devices. Further investigations are dedicated to the effect of thermal convection due to human heat dissipation on the room air flow. In dependence on these boundary conditions, the determined air exchange efficiency varies, lagging behind the expected range 0.5 < εa < 1 in almost all cases, indicating insufficient air exchange including short-circuiting. Local air exchange values suggest inhomogeneous air renewal depending on the distance to the indoor apertures as well as the temperature gradients between in- and outdoor. The tested measurement set-up is applicable for field measurements.
In this paper, we describe the PALM model system 6.0. PALM (formerly an abbreviation for Parallelized Large-eddy Simulation Model and now an independent name) is a Fortran-based code and has been applied for studying a variety of atmospheric and oceanic boundary layers for about 20 years. The model is optimized for use on massively parallel computer architectures. This is a follow-up paper to the PALM 4.0 model description in Maronga et al. (2015). During the last years, PALM has been significantly improved and now offers a variety of new components. In particular, much effort was made to enhance the model with components needed for applications in urban environments, like fully interactive land surface and radiation schemes, chemistry, and an indoor model. This paper serves as an overview paper of the PALM 6.0 model system and we describe its current model core. The individual components for urban applications, case studies, validation runs, and issues with suitable input data are presented and discussed in a series of companion papers in this special issue.
Additive manufacturing is a rapidly growing manufacturing process for which many new processes and materials are currently being developed. The biggest advantage is that almost any shape can be produced, while conventional manufacturing methods reach their limits. Furthermore, a lot of material is saved because the part is created in layers and only as much material is used as necessary. In contrast, in the case of machining processes, it is not uncommon for more than half of the material to be removed and disposed of. Recently, new additive manufacturing processes have been on the market that enables the manufacturing of components using the FDM process with fiber reinforcement. This opens up new possibilities for optimizing components in terms of their strength and at the same time increasing sustainability by reducing materials consumption and waste. Within the scope of this work, different types of test specimens are to be designed, manufactured and examined. The test specimens are tensile specimens, which are used both for standardized tensile tests and for examining a practical component from automotive engineering used in student project. This project is a vehicle designed to compete in the Shell Eco-marathon, one of the world’s largest energy efficiency competitions. The aim is to design a vehicle that covers a certain distance with as little fuel as possible. Accordingly, it is desirable to manufacture the components with the lowest possible weight, while still ensuring the required rigidity. To achieve this, the use of fiber-reinforced 3D-printed parts is particularly suitable due to the high rigidity. In particular, the joining technology for connecting conventionally and additively manufactured components is developed. As a result, the economic efficiency was assessed, and guidelines for the design of components and joining elements were created. In addition, it could be shown that the additive manufacturing of the component could be implemented faster and more sustainably than the previous conventional manufacturing.
Ecological concerns on the climatic effects of the emissions from electricity production stipulate the remuneration of electricity grids to accept growing amounts of intermittent regenerative electricity feed-in from wind and solar power. Germany’s eager political target to double regenerative electricity production by 2030 puts pressure on grid operators to adapt and restructure their transmission and distribution grids. The ability of local distribution grids to operate autonomous of transmission grid supply is essential to stabilize electricity supply at the level of German federal states. Although congestion management and collaboration at the distribution system operator (DSO) level are promising approaches, relatively few studies address this issue. This study presents a methodology to assess the electric energy balance for the low-voltage grids in the German federal state of Baden-Württemberg, assuming the typical load curves and the interchange potential among local distribution grids by means of linear programming of the supply function and for typical seasonal electricity demands. The model can make a statement about the performance and development requirements for grid architecture for scenarios in 2035 and 2050 when regenerative energies will—according to present legislation—account for more than half of Germany’s electricity supply. The study details the amendment to Baden-Württemberg’s electricity grid required to fit the system to the requirements of regenerative electricity production. The suggested model for grid analysis can be used in further German regions and internationally to systematically remunerate electricity grids for the acceptance of larger amounts of regenerative electricity inflows. This empirical study closes the research gap of assessing the interchange potential among DSO and considers usual power loads and simultaneously usual electricity inflows.
Short-term load forecasting (STLF) has been playing a key role in the electricity sector for several decades, due to the need for aligning energy generation with the demand and the financial risk connected with forecasting errors. Following the top-down approach, forecasts are calculated for aggregated load profiles, meaning the sum of singular loads from consumers belonging to a balancing group. Due to the emerging flexible loads, there is an increasing relevance for STLF of individual factories. These load profiles are typically more stochastic compared to aggregated ones, which imposes new requirements to forecasting methods and tools with a bottom-up approach. The increasing digitalization in industry with enhanced data availability as well as smart metering are enablers for improved load forecasts. There is a need for STLF tools processing live data with a high temporal resolution in the minute range. Furthermore, behin-the-meter (BTM) data from various sources like submetering and production planning data should be integrated in the models. In this case, STLF is becoming a big data problem so that machine learning (ML) methods are required. The research project “GaIN” investigates the improvement of the STLF quality of an energy utility using BTM data and innovative ML models. This paper describes the project scope, proposes a detailed definition for a benchmark and evaluates the readiness of existing STLF methods to fulfil the described requirements as a reviewing paper.
The review highlights that recent STLF investigations focus on ML methods. Especially hybrid models gain more and more importance. ML can outperform classical methods in terms of automation degree and forecasting accuracy. Nevertheless, the potential for improving forecasting accuracy by the use of ML models depends on the underlying data and the types of input variables. The described methods in the analyzed publications only partially fulfil the tool requirements for STLF on company level. There is still a need to develop suitable ML methods to integrate the expanded data base in order to improve load forecasts on company level.
Interaction and capturing information from the surrounding is dominated by vision and hearing. Haptics on the other side, widens the bandwidth and could also replace senses (sense switching) for impaired. Haptic technologies are often limited to point-wise actuation. Here, we show that actuation in two-dimensional matrices instead creates a richer input. We describe the construction of a full-body garment for haptic communication with a distributed actuating network. The garment is divided into attachable-detachable panels or add-ons that each can carry a two dimensional matrix of actuating haptic elements. Each panel adds to an enhanced sensoric capability of the human- garment system so that together a 720° system is formed. The spatial separation of the panels on different body locations supports semantic and theme-wise separation of conversations conveyed by haptics. It also achieves directional faithfulness, which is maintaining any directional information about a distal stimulus in the haptic input.
Das Projekt „Tilty“ befässt sich mit der Konstruktion eines Speed- Pedelecs. Dieses verfügt über eine Vorderachse mit 2 Rädern und Neigemechanismus. Hinten besitzt es ein Rad. Der Sitz dieses Fahrzeuges sollte ein Fahren in aufrechter Sitzhaltung ermöglichen. Dabei ist der Sitz auf derselben Höhe wie bei einem Auto, um im Straßenverkehr besser wahrgenommen werden zu können als bei einem Liegefahrrad. Ein Ziel dieser Arbeit war es, einen Sitz unter Berücksichtigung der Physiologie eines Menschen zu konstruieren. Die Position der Kurbel war ebenso ein zentrales Thema dieser Arbeit. Dabei spielte der sogenannte runde Tritt eine wichtige Rolle. Beide Komponenten mussten ebenfalls gemeinsam betrachtet werden um eine Aussage treffen zu können. Die Lenkung und damit die Position der Arme sind auch von Bedeutung. Die Konstruktion dieser Lenkung übernimmt eine Masterstudentin, daher ist die Lenkung nur ein Randthema. Eine Aussage über die Position der Arme konnte ebenfalls aufgrund der physiologischen Parameter getroffen werden.
Konstrukteure im Maschinenbau stehen häufig vor der Problemstellung, hochfest vorgespannte Schraubenverbindungen und einen durchgehenden Korrosionsschutz zu vereinen. Die Normen und Richtlinien bieten hierzu Stand heute keine ausreichenden Antworten. Die Hochschule Offenburg befasst sich im Rahmen einer industriellen Gemeinschaftsforschung mit der Fragestellung, welchen Einfluss organische Beschichtungen auf die Vorspannkraft insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen haben. In dieser Arbeit werden die ersten Ergebnisse zum Einfluss der Einzelschichtstärke des Beschichtungssystems präsentiert.
Die Physik des Fahrrades
(2020)
Jeder kann Fahrradfahren, keiner weiß,warum es klappt: Anders als beim Reiten, Laufen oder Skifahren muss man sich mit dem Fahrrad immer vorwärtsbewegen, um nicht umzufallen. Prof. Giel von der Hochschule Offenburg erklärt dieses und andere Geheimnisse des Radfahrens. Zum Beispiel, ob man mit der Fahrradpumpe auch Autoreifen aufpumpen kann, warum normale Fahrradfahrer die Marathon-Distanz schneller als die weltbesten Läufer zurücklegen und welche legalen Tuning-Methoden das eigene Fahrrad noch schneller machen.
Power systems are increasingly built from distributed generation units and smart consumers that are able to react to grid conditions. Managing this large number of decentralized electricity sources and flexible loads represent a very huge optimization problem. Both from the regulatory and the computational perspective, no one central coordinator can optimize this overall system. Decentralized control mechanisms can, however, distribute the optimization task through price signals or market-based mechanisms. This chapter presents the concepts that enable a decentralized control of demand and supply while enhancing overall efficiency of the electricity system. It highlights both technological and business challenges that result from the realization of these concepts, and presents the state-of-the-art in the respective domains.
Ziel und Tempo der Energiewende sind gesetzt. Der Ausstieg aus der Stromproduktion in Kernkraftwerken soll bis 2022 geschafft sein. Eine Elektrizitätserzeugung, die auf erneuerbaren Energien beruht, soll die bisherige Erzeugung auf der Grundlage von Kohle, Kernbrennstoffen und Erdgas bis 2050 stufenweise weitgehend ablösen und damit maßgeblich zu den Klimaschutzzielen der Bundesregierung beitragen. Der Weg zu diesen Zielen ist für die Beteiligten hingegen noch nicht deutlich einsehbar. Viele offene Fragestellungen technischer, ökonomischer, legislativer und gesellschaftlicher Natur verstellen den Blick auf eine klare Strategie zur Erreichung der energiepolitischen Ziele. Vielschichtige Aufgaben und immense Herausforderungen kommen mit der Mammutaufgabe „Energiewende“ auf Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Bevölkerung zu. Ein wichtiger Enabler für die erfolgreiche Integration von Wind- und Sonnenenergie sowie für neue Prozesse, Marktrollen und Technologien ist die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). An diesem Punkt setzt die hier vorliegende Studie an.
The PHOTOPUR project aims to develop a photocatalytic process as a type of AOPs (Advanced Oxidation Processes) for the elimination of plant protection products (PPP) of the cleaning water used to wash sprayers. At INES a PV based energy supply for the photocatalytic cleaning system was developed within the framework of two bachelor theses and assembled as a demonstration unit. Then the system was step by step extended with further process automation features and pushed to a remote operating device. The final system is now available as a mobile unit mounted on a lab table. The latest step was the photocatalytic reactor module which completed the first PHOTOPUR prototype. The system is actually undergoing an intensive testing phase with performance checks at the consortium partners. First results give an overview about the successful operation.
Optimisation based economic despatch of real-world complex energy systems demands reduced order and continuously differentiable component models that can represent their part-load behaviour and dynamic responses. A literature study of existing modelling methods and the necessary characteristics the models should meet for their successful application in model predictive control of a polygeneration system are presented. Deriving from that, a rational modelling procedure using engineering principles and assumptions to develop simplified component models is applied. The models are quantitatively and qualitatively evaluated against experimental data and their efficacy for application in a building automation and control architecture is established.
Cooling towers or recoolers are one of the major consumers of electricity in a HVAC plant. The implementation and analysis of advanced control methods in a practical application and its comparison with conventional controllers is necessary to establish a framework for their feasibility especially in the field of decentralised energy systems. A standard industrial controller, a PID and a model based controller were developed and tested in an experimental set-up using market-ready components. The characteristics of these controllers such as settling time, control difference, and frequency of control actions are compared based on the monitoring data. Modern controllers demonstrated clear advantages in terms of energy savings and higher accuracy and a model based controller was easier to set-up than a PID.
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.
Skispringen ist aus biomechanischer sowie sportlicher Sicht eine hoch komplexe Sportart, bei der Koordination und Timing exakt abgestimmt sein müssen. Der Skisprung setzt sich dabei aus verschiedenen Phasen zusammen, die häufig getrennt voneinander trainiert werden. Grund hierfür ist vor allem der organisatorische Aufwand sowie das hohe Verletzungsrisiko bei einem echten Schanzensprung. Dass dies zwar als Basis für das Training ausreicht, aber einen ganzheitlichen Sprung nicht ersetzten kann, ist offensichtlich. Darum soll eine Möglichkeit gefunden werden, die Realsituation nachempfinden zu können und den ganzen Ablauf, dabei vor allem den Flug, trainieren zu können. Eine mögliche Lösung stellen sogenannte Windanlagen dar. Solche Systeme werden bereits eingesetzt, um sich auf Wettkämpfe vorzubereiten. Die meisten werden dabei allerdings nur als Trainingskanal umfunktioniert und haben eigentlich eine andere Bestimmung. Kaum eine der auf dem Markt befindlichen Anlagen bietet die Möglichkeit die Flugphase so nachzubilden, dass zum einen die Körperposition der realen entspricht, aber auch die Windbedingungen, denen auf der Schanze nahekommen. In Kooperation mit dem Olympiastützpunkt Freiburg soll im Rahmen dieser Arbeit erörtert werden, welche Voraussetzungen notwendig sind und wie die entsprechende Umsetzung aussehen kann, um einen für Skisprungzwecke geeigneten Trainingskanal zu konzipieren. Der Fokus dieser Arbeit liegt hierbei auf der Positionierung des Springers/der Springerin und der Gestaltung der dafür notwendigen Umgebung. Die technischen Gegebenheiten wie das Strömungsprofil werden hier nahezu ganz ausgelassen und anderweitig erarbeitet. Durch eine Analyse der umzusetzenden Situation sowie der gegebenen Bedingungen wird ein ganzheitliches Konzept zur Umsetzung entwickelt. Dabei soll eine Verbindung zwischen Athleten/in und Aufhängungsprofil geschaffen werden, die vor allem realitätsnah, sicher und flexibel ist. Unterteilen lässt sich die Fragestellung in Gurt, Aufhängungssystem und Rahmenprofil, was getrennt voneinander konzipiert wird. Zusätzlich werden Messtechniken, die dem Training sowie der Forschung dienen, erörtert.
In dieser Bachelorarbeit wird mit Hilfe der Software RecurDyn ein generisches Simulationsmodell eines Trikes mit Neigemechanismus entwickelt. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Vorderachse des Trikes gelegt, diese wird zunächst in einem zweidimensionalen Modell erstellt und anschließend ins Dreidimensionale Modell übertragen. Die Parametrisierung erfolgt nach aktuellen Standards der Fahrzeugtechnik.
Zur Simulation sind Funktionen für den einstellbaren Neigewinkel, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und für den Lenkwinkel hinterlegt.
Außerdem werden Konzepte entwickelt, um bei Parameterstudien die Auslenkung des Federsystems in der Vorderachse, sowie den erreichbaren Lenkwinkel zu quantifizieren.
Diese Arbeit befasst sich mit der Betriebsanalyse einer Trinkwarmwasseranlage und der Erweiterung der Abwärmenutzung einer Wärme- und Kälteerzeugungsanlage. Der Trinkwarmwasserbetrieb wird mit einem Gaskessel und einem Wärmepumpenboiler energetisch analysiert und verglichen. Die Wärme- und Kälteerzeugung soll durch eine Umschaltung von einer Kältemaschine optimiert werden. Die bisherige Abwärmenutzung im Kühlbetrieb soll auch in Teilen für Verbraucher im Heizbetrieb gewährleistet werden und somit den Energieverbrauch des Gaskessels senken.
In der Hüftendoprothetik ist der Einsatz von modularen Schäften für künstliche Hüftgelenke Standard. Obwohl sehr korrosionsresistente Materialien verwendet werden, kann an den modularen Schnittstellen Korrosion auftreten, die wiederum klinische Probleme zur Folge haben kann. Da Korrosionstests in physiologischen Salzlösungen nicht zu den in der klinischen Anwendung gesehenen Schadensbildern führen, ist es Ziel dieser Bachelor-Arbeit verschiedene Fluide auf ihren korrosiven Einfluss auf Titan-6Aluminium-4Vanadium und Cobalt-28Chrom-6Molybdän, zwei gängige Metalllegierungen in der Hüftendoprothetik, zu untersuchen.
Dazu wird für beide Legierungen sowohl ohne als auch mit angelegter Spannung in den sechs verschiedenen Fluiden der Materialabtrag gravimetrisch betrachtet. Als Basisfluid wurde Ringer Lösung verwendet, die mit 0,19 g/l und 10 g/l FeCl3, 30 mM H2O2 und 0,19 g/l FeCl3 + 30 mM H2O2 modifiziert wurde. Zusätzlich wurden die Legierungen in Kälberserum mit Hyaluronsäure (0,5 g/l Natriumhyaluronat) getestet. Mit Hilfe eines Potentiostaten wurden die Proben polarisiert und Stromdichte-Potential-Kurven (SPK) zur Charakterisierung der Metall-Fluid-Systeme erstellt.
In den Versuchen ohne angelegte Spannung ließ sich bei keiner der Proben, trotz beobachteter Oberflächenveränderungen, eine Gewichtsveränderung feststellen. In den Ergebnissen der Messungen mit dem Potentiostaten wurde ein ausgeprägter Einfluss von H2O2 auf die Ausbildung des Passivstromplateaus, insbesondere für die Kobalt-Chrom-Legierung deutlich. Sowohl für die Titan- als auch für die Kobalt-Chrom-Legierung bewirkt FeCl3 eine konzentrationsabhängige Erhöhung der Passivstromdichte. Die Kombination von FeCl3 und H2O2 zeigt eine Zusammenführung der in den einzelnen Fluiden gesehenen Variationen der Stromdichte-Potential-Kurven. Für Serum + HA konnte, über die kurze Testdauer von einigen Stunden, keine erhöhte Korrosivität im Vergleich zu Ringer festgestellt werden. Einen gesteigerten korrosiven Einfluss von Serum + HA auf die Legierungen über längere Zeiträume von Monaten bis Jahre ist aber nicht auszuschließen.
Ohne einen zusätzlichen Faktor, der die Passivschicht der Legierungen stört, zeigt sich kein gravimetrisch messbarer Einfluss der Fluide. Zukünftige Versuche, sollten deshalb eine mechanische Komponente beinhalten, die Mikrobewegungen an den Schnittstellen des Implantates induziert und so die Passivschicht realistischer stört als es in den Polarisationsversuchen der Fall ist.
Mass transfer phenomena in membrane fuel cells are complex and diversified because of the presence of complex transport pathways including porous media of very different pore sizes and possible formation of liquid water. Electrochemical impedance spectroscopy, although allowing valuable information on ohmic phenomena, charge transfer and mass transfer phenomena, may nevertheless appear insufficient below 1 Hz. Use of another variable, that is, back pressure, as an excitation variable for electrochemical pressure impedance spectroscopy is shown here a promising tool for investigations and diagnosis of fuel cells.
Silicon (Si) has turned out to be a promising active material for next‐generation lithium‐ion battery anodes. Nevertheless, the issues known from Si as electrode material (pulverization effects, volume change etc.) are impeding the development of Si anodes to reach market maturity. In this study, we are investigating a possible application of Si anodes in low‐power printed electronic applications. Tailored Si inks are produced and the impact of carbon coating on the printability and their electrochemical behavior as printed Si anodes is investigated. The printed Si anodes contain active material loadings that are practical for powering printed electronic devices, like electrolyte gated transistors, and are able to show high capacity retentions. A capacity of 1754 mAh/gSi is achieved for a printed Si anode after 100 cycles. Additionally, the direct applicability of the printed Si anodes is shown by successfully powering an ink‐jet printed transistor.
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.
Eine funktionelle Beschreibung des tibialis anterior in Abhängigkeit der unteren Sprunggelenksachse
(2019)
Das Ziel in dieser Bachelorarbeit war es, die Achse des unteren Sprunggelenks mit zwei Methoden zu ermitteln und mit Angaben der Literatur zu vergleichen. Des Weiteren sollte der Musculus tibialis anterior stimuliert und die Ergebnisse in Abhängigkeit der Methoden gestellt werden.
Zur Ermittlung der Achse wurde, aus Gründen der Ökonomie, eine modifizierte Methode nach Kirby und eine Methode mit Sensoren angewandt, bei Letzteren handelt es sich um sogenannte IMUs. Bei der modifizierten Kirby-Methode wurde gegen eine Plexiglasplatte gedrückt, die an der Fußsohle angebracht war, um Punkte zu finden, an denen der Fuß nicht rotiert. Anschließend wurden diese Punkte digitalisiert und ausgewertet. Bei der IMU-Methode wurden zwei IMUs an der Plexiglasplatte und der Tibia-Kante angebracht. Beim Bewegen des Fußes, in maximaler Dorsalflexion, in Richtung Pro- und Supination wurden die Daten der Sensoren aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Dabei stieg die Stimulationsstärke bis zum Erreichen von neunzig Prozent des max. Dorsalflexionswinkels, der zuvor willkürlich erreicht wurde. Die Stimulationen wurden aufgezeichnet und in Pronation und Dorsalflexion kategorisiert.
Es wurden 44 Sprunggelenke mit der modifizierten Kirby-Methode und 18 Sprunggelenke mit der IMU-Methode gemessen und stimuliert. Wie auch in der Literatur bestätigt wird, konnte mit keiner der beiden Methoden ein Zusammenhang zwischen rechter und linker Achse gemessen werden. Es zeigte sich bei der modifizierten Kirby-Methode keine Abhängigkeit zur Stimulation. Jedoch konnte mit der IMU-Methode eine untere Sprunggelenksachse ermittelt werden, unter der es bei der Stimulation zur Supination kam bzw. über der eine Pronation auftrat. Der Bland-Altman-Plot hat gezeigt, dass die modifizierte Kirby-Methode im Vergleich zur IMU-Methode unterbestimmt und es mit steigender Achse zu höheren Differenzen der beiden Methoden kommt. Die Stimulation des Musculus tibialis anterior hat gezeigt, dass bei den Probanden sowohl Pronation als auch reine Dorsalflexion festgestellt wurde.
Die Ergebnisse der Modifizierten Kirby-Methode sind aus vielerlei Hinsicht nicht plausibel und stimmen nicht mit den gemessenen Achsen in der Literatur überein. Die Ergebnisse der IMU-Methode haben in Abhängigkeit zur Stimulation gezeigt, dass eine Ausrichtung der USG-Achse einen Einfluss auf die Bewegung des Musculus tibialis anterior hat. Dieser Sachverhalt und auch die unterschiedlichen Funktionen des Musculus tibialis anterior wurden in der Literatur bisher nicht beschrieben.
Die vorliegende Bachelor-Thesis wurde im Rahmen des Bachelorstudiengangs an der Hochschule Offenburg in der Sparte S der Fertigungsplanung der Hugo Kern und Liebers GmbH und Co. KG verfasst. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die Lagerung der vorderen Kettenumlenkung weiter zu optimieren, um die Standzeit zu verbessern. Der Fokus der Arbeit liegt dabei in der Optimierung des Seriengleitlagers, bzw. der Entwicklung und Herstellung eines speziell gekapselten Gleitlagers.
Als Optimierungen im seriennahen Bereich, das heißt möglichst ohne große Änderungen am Fertigungs- bzw. Montageablauf, findet vor allem das Borieren der Reibpartner besondere Beachtung. Durch erste Feldversuche zeigte sich, dass das Borieren des Umlenksterns positive Auswirkungen auf die Reibung hat und den Widerstand gegen abrasiven Verschleiß durch Erhöhung der Randschichthärte deutlich verbessert. Zusätzlich zum Einsatz eines borierten Umlenksterns wird untersucht, ob das zusätzliche Borieren des HM-Rings weitere Vorteile bringt, vor allem hinsichtlich der entstehenden zusätzlichen Notlaufeigenschaften durch die Boridschicht.
Als weitere Variante wird der eingesetzte Hartmetallring, welcher aktuell lediglich eine einzige Schmiernut enthält, mit optimierten Schmiernuten hergestellt. Als Vorbild hierfür wird die Gestaltungsrichtlinie von Schmiernuten von hydrodynamischen Gleitlagern verwendet.
Der größte Block und damit auch der, welcher am vielversprechendsten ist, ist die Neuentwicklung und Herstellung einer gekapselten Gleitlagervariante. Diese soll es ermöglichen, dass die Reibpartner komplett von Öl umschlossen sind und so eine Verbesserte und dauerhafte Schmierung erreicht werden soll. Außerdem soll die gekapselte Gleitlagerung so gestaltet werden, dass eine Nachförderung von Öl aus einem in den Bolzen angebrachten Schmiermittelreservoir ermöglicht wird und so eine Lebensdauerschmierung erreicht werden kann.
Um die unterschiedlichen Mustervariationen bewerten zu können, werden jeweils Prüfstandversuche durchgeführt, bei dem die entstehenden Drehmomente und die Temperatur gemessen werden. Als Vergleich dient jeweils der Serienstand mit seinen festgelegten Grenzen.
Außerdem wird für jede Variante ein Sägeversuch durchgeführt, bei welchem die Bau-gruppen bei den beiden kritischen Sägerichtungen Rückwärts und Einstechen überprüft wird. Auch hier erfolgt die Beurteilung über etwaige Verbesserungen mit den Ergebnissen der Sägesysteme aus dem aktuellen Serienzustand.
Bei der Prüfung der Musterbaugruppen zeigt sich, dass vor allem das Borieren der Reibpartner Vorteile gegenüber der Serie bringt und durchaus die Möglichkeit der Umsetzung in der Serienbaugruppe besteht. Die Tests verliefen äußerst positiv, vor allem im Bereich höherer Belastungen zeigt sich, dass das Borieren des Umlenksterns deutliches Verbesserungspotenzial im Vergleich zum aktuellen Serienstand zeigt.
An ein Umsetzen der Baugruppen mit gekapselter Gleitlagervariante ist aktuell nicht zu denken. Die geprüften Baugruppen zeigen deutliche Schwächen bei den Prüfstandsversuchen. Die Ergebnisse der Sägeversuche stellen sich jedoch noch deutlich schlechter dar. Unabhängig vom verwendeten Schmieröl, bzw. den darin enthaltenen Festschmierstoffpartikeln, besteht keine einzige Baugruppe auch nur annähernd die festgelegten Mindestanforderungen.
Um die gekapselte Gleitlagervariante auf einen Stand zu bringen, bei welchem an ein Umsetzen in die Serienbaugruppe gedacht werden kann, bedarf es noch weiterem Entwicklungsaufwand. Das Aufbiegen des Schwertes während des Sägens muss verhindert werden. Außerdem muss die Materialpaarung, die Härte und die Oberflächenqualität von Umlenkstern und Bolzen angepasst werden, um die Ausbildung von Kaltverschweißungen zu vermeiden. Die Kaltverschweißungen zwischen Umlenkstern und Bolzen bewirken, dass der Bolzen nicht mehr drehbar ist was unmittelbar zum Ausfall der Baugruppen führt.
Die Schaltvorgänge in einem Doppelkupplungsgetriebe werden neben den Hardwarekomponenten hauptsächlich von den Parametern beeinflusst, welche in der Software des Steuergerätes festgelegt sind. Darin werden unter anderem Schaltpunkte, Steuerzeiten und Kupplungsraten festgelegt. Diese Parameter tragen maßgeblich zur Schaltdynamik bei und beeinflussen sowohl den Kraftstoffverbrauch als auch den Fahrkomfort während der Schaltung. Da die Motivation Kraftstoff zu sparen bzw. den Schadstoffausstoß zu reduzieren aufgrund der aktuellen Situation in der Automobilindustrie immer mehr steigt, nimmt auch die Wichtigkeit der Schaltungsoptimierung zu. Aufgrund der beim Schaltvorgang auftretenden Verlustleistung, welche durch Reibung hervorgerufen wird, bietet die Optimierung dieser Vorgänge großes Potential um Kraftstoff einzusparen und damit die Emissionen zu reduzieren.
Aufgabe ist es, die Parameter der Getriebesoftware dahingehend zu optimieren, dass die Reibleistung beim Schaltvorgang minimiert wird. Dies wird durch die Verkürzung der Phasen erreicht, aus welchen eine Schaltung besteht. Die Dauer des Schaltvorgangs ist allerdings mit dem Fahrkomfort verknüpft. Eine zu starke Verkürzung kann daher zu großen Änderungen in der Beschleunigung führen, was für den Kunden als ruckartige Bewegung des Fahrzeugs spürbar ist und dadurch die Akzeptanz der Optimierung nicht mehr gegeben ist. Aus diesem Grund darf die Dauer des Schaltvorgangs nur so stark verkürzt werden, dass sie den Grenzwert, der für diese Beschleunigungsänderung vorgegeben ist, nicht überschreitet. Zusammengefasst müssen folgende Punkte bearbeitet werden:
- Optimierung des Schaltvorgangs hinsichtlich des Verbrauchs
- Überprüfung der optimierten Einstellung auf Konformität mit dem Grenzwerten des Fahrkomforts
Durch diese Optimierungen ist es möglich, die im Schaltvorgang durch Dissipation auftretenden Verluste deutlich zu reduzieren, ohne dabei den Fahrkomfort und somit die Akzeptanz des Kunden zu beeinträchtigen.
Plant oils may be used as a sustainable, nearly CO2neutral fuel for diesel engines. This work investigates experimentally the particulate and gaseous emissions of diesel engines fuelled with different non-esterified, pure plant oils. The data are collected from three engines: a) Common rail 1.7 liter passenger car engine from Opel AG b) 12.8 liter truck engine from VOLVO c) Truck engine from MAN AG.
The emissions of the MAN engine have been used to perform AMES tests to analyze possible health impacts of plant oil operation. Finally, all emission results with plant oils have been compared to traditional gas oils.
Non-esterified plant oils gain ecological and economical importance, particularly in the EU where it is intended to increase the share of renewable energies. Plant oils do not require any chemical treatment so do not cause secondary pollution. The importance of plant oil will increase in Germany for mobile and stationary applications. The generation co-generation of heat and power is subsidized by the German “Erneuerbares Energiegesetz” and the “Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz” when renewable fuels are used such as plant oils..
Plant oils have a much higher viscosity than conventional gas oil. It is mandatory to decrease the oil viscosity by heating prior to injection to assure proper injection and to avoid engine damage due to coke formation in the combustion chamber and at the injection nozzle. The German quality standard of Weihenstephan (RK-Qualitätsstandard 05/2000) for rape seed oil should be followed for use as diesel fuel. The chemical composition of plant oils is appreciably different in comparison to diesel fuels derived from mineral oils suggesting also different emission behavior.
Die Kombination von Reibung und Kompressibilität wird bei der Rohrströmung, der Kugelumströmung und der laminaren und turbulenten Plattengrenzschicht untersucht. Das Auftreten von Verdichtungsstößen führt zur Stoß-Grenzschicht-Interferenz und auf den Tsien-Parameter. Die Mach-Reynoldszahl Ähnlichkeit in der Gasdynamik führt zur Abgrenzung der verschiedenen Strömungsbereiche. Resultate von Windkanaluntersuchungen sowie analytischen und numerischen Berechnungen werden für das Rhombusprofil und das NACA 0012 Profil analysiert.
Ausgehend von eindimensionalen reibungsfreien Strömungen wird die Bernoulli-Gleichung und die Energiebilanz hergeleitet. Mit der Eulerschen Betrachtungsweise wird der Unterschied zwischen stationären und zeitabhängigen Strömungen verdeutlicht und an zahlreichen Beispielen angewandt. Die zweidimensionalen reibungsfreien und inkompressiblen Strömungen werden mit der Potenzialtheorie behandelt. Die Lösungseigenschaften werden am Beispiel der Zylinderumströmung ohne und mit Zirkulation aufgezeigt.
Die Navier-Stokes Gleichungen bilden mit der Energiegleichung die Basis zur Beschreibung reibungsbehafteter Strömungen. Kennzahlen bilden die Grundlage der Ähnlichkeitsbetrachtungen und Modellgesetze. Lösungen werden für laminare und turbulente Strömungen ermittelt. Der Impulssatz dient zur Berechnung von Kraftwirkungen. Druckverluste bei Durchströmungen und Strömungswiderstände bei Umströmungen werden an Beispielen ermittelt. Die Grenzschichttheorie findet bei hohen Reynoldszahlen Anwendung.
Die Eigenschaften von Fluiden sind zur Beschreibung von Strömungsvorgängen mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie notwendig. Für inkompressible Fluide wird die Grenze der Dichteänderung in Abhängigkeit der Machzahl angegeben. Die Rheologie behandelt die Fließeigenschaften der Fluide bei Deformationen in Strömungen. Die Viskosität tritt beim newtonschen Schubspannungsansatz auf. Das Verhalten von Druck und Dichte in der Hydro- und Aerostatik wird beschrieben.
Gasdynamik
(2004)
Energietechnik
(2019)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage sind die Grundlagen der Energiewandlung deutlich um verfügbare Energiequellen, Energieträger und den globalen Energiebedarf erweitert. Das Kapitel 19 wurde von seinem neuen Autor grundlegend neu gefasst und heißt nun „Marktliberalisierung und Energiewende“. Alle Kapitel wurden aktualisiert und die Inhalte didaktisch noch verständlicher dargestellt.
Energietechnik
(2015)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage wurden in den Kapiteln 3 und 15 die Zahlenwerte aktualisiert. Kapitel 9 wurde entsprechend der neuen Anbieterstruktur überarbeitet und Kapitel 10 um die Adsorptionstechniken ergänzt. Die Kapitel 17-20 wurden vollständig überarbeitet und stellen den aktuellen Stand der globalen politischen Aspekte dar.