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In der heutigen Zeit sind viele Menschen von Rückenschmerzen betroffen. Besonders in der Industrie, beispielsweise im Bereich der Logistik oder der Produktion, kommt es durch die gesundheitlichen Beschwerden zu Arbeits- und Produktionsausfällen. Um den Beschwerden vorzubeugen, werden Exoskelette entwickelt, die das Muskel-Skelett-System unterstützen.
Exoskelette sind am Körper getragene Assistenzsysteme, die mechanisch auf den Körper einwirken. Insbesondere reduzieren sie den Kompressionsdruck im Bereich des unteren Rückens. In diesem Zusammenhang wird mit der vorliegenden Bachelorarbeit die Entlastung der Lendenwirbel durch den Einfluss von Exoskelett-typischen Kräften, die im Bereich des Brustkorbs und der Oberschenkel wirken, untersucht. Dabei beschränkt sich die Untersuchung auf eine Anhebung, wie beispielsweise die Anhebung einer Kiste.
Mithilfe eines markerbasierten und nicht-invasiven 3D-Aufnahmeverfahrens wird eine Hebebewegung ohne Exoskelett aufgenommen. Die experimentelle Aufnahme wird in der Software OpenSim mit einem computerbasierten Skelettmodell verknüpft. Durch das Hinzufügen von Exoskelett-typischen Kräften, die auf das Skelettmodell beim Anheben wirken, wird die Krafteinwirkung während des Tragens eines Exoskeletts simuliert. Dabei entstehen Drehmomente im unteren Rückenbereich, die in dieser Arbeit analysiert werden.
Die Auswertung des nicht-invasiven Verfahrens liefert die Erkenntnis, dass der Einsatz eines Exoskeletts beim Anheben im Bereich der Lendenwirbel zu einer Verringerung der Drehmomente und somit zu einer Verringerung der Belastung des unteren Rückens führt.
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.
Treadmills are essential to the study of human and animal locomotion as well as for applied diagnostics in both sports and medicine. The quantification of relevant biomechanical and physiological variables requires a precise regulation of treadmill belt velocity (TBV). Here, we present a novel method for time-efficient tracking of TBV using standard 3D motion capture technology. Further, we analyzed TBV fluctuations of four different treadmills as seven participants walked and ran at target speeds ranging from 1.0 to 4.5 m/s. Using the novel method, we show that TBV regulation differs between treadmill types, and that certain features of TBV regulation are affected by the subjects’ body mass and their locomotion speed. With higher body mass, the TBV reductions in the braking phase of stance became higher, even though this relationship differed between locomotion speeds and treadmill type (significant body mass × speed × treadmill type interaction). Average belt speeds varied between about 98 and 103% of the target speed. For three of the four treadmills, TBV reduction during the stance phase of running was more intense (> 5% target speed) and occurred earlier (before 50% of stance phase) unlike the typical overground center of mass velocity patterns reported in the literature. Overall, the results of this study emphasize the importance of monitoring TBV during locomotor research and applied diagnostics. We provide a novel method that is freely accessible on Matlab’s file exchange server (“getBeltVelocity.m”) allowing TBV tracking to become standard practice in locomotion research.
Objective: To identify and evaluate the evidence of the most relevant running-related risk factors (RRRFs) for running-related overuse injuries (ROIs) and to suggest future research directions.
Design: Systematic review considering prospective and retrospective studies. (PROSPERO_ID: 236832)
Data sources: Pubmed. Connected Papers. The search was performed in February 2021.
Eligibility criteria: English language. Studies on participants whose primary sport is running addressing the risk for the seven most common ROIs and at least one kinematic, kinetic (including pressure measurements), or electromyographic RRRF. An RRRF needed to be identified in at least one prospective or two retrospective studies.
Results: Sixty-two articles fulfilled our eligibility criteria. Levels of evidence for specific ROIs ranged from conflicting to moderate evidence. Running populations and methods applied varied considerably between studies. While some RRRFs appeared for several ROIs, most RRRFs were specific for a particular ROI. The biomechanical measurements performed in many studies would have allowed for consideration of many more RRRFs than have been reported, highlighting a potential for more effective data usage in the future.
Conclusion: This study offers a comprehensive overview of RRRFs for the most common ROIs, which might serve as a starting point to develop ROI-specific risk profiles of individual runners. Future work should use macroscopic (big data) approaches involving long-term data collections in the real world and microscopic approaches involving precise stress calculations using recent developments in biomechanical modelling. However, consensus on data collection standards (including the quantification of workload and stress tolerance variables and the reporting of injuries) is warranted.
Governments have restricted public life during the COVID-19 pandemic, inter alia closing sports facilities and gyms. As regular exercise is essential for health, this study examined the effect of pandemic-related confinements on physical activity (PA) levels. A multinational survey was performed in 14 countries. Times spent in moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) as well as in vigorous physical activity only (VPA) were assessed using the Nordic Physical Activity Questionnaire (short form). Data were obtained for leisure and occupational PA pre- and during restrictions. Compliance with PA guidelines was calculated based on the recommendations of the World Health Organization (WHO). In total, n = 13,503 respondents (39 ± 15 years, 59% females) were surveyed. Compared to pre-restrictions, overall self-reported PA declined by 41% (MVPA) and 42.2% (VPA). Reductions were higher for occupational vs. leisure time, young and old vs. middle-aged persons, previously more active vs. less active individuals, but similar between men and women. Compared to pre-pandemic, compliance with WHO guidelines decreased from 80.9% (95% CI: 80.3–81.7) to 62.5% (95% CI: 61.6–63.3). Results suggest PA levels have substantially decreased globally during the COVID-19 pandemic. Key stakeholders should consider strategies to mitigate loss in PA in order to preserve health during the pandemic.
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.
The compliant nature of distal limb muscle-tendon units is traditionally considered suboptimal in explosive movements when positive joint work is required. However, during accelerative running, ankle joint net mechanical work is positive. Therefore, this study aims to investigate how plantar flexor muscle-tendon behavior is modulated during fast accelerations. Eleven female sprinters performed maximum sprint accelerations from starting blocks, while gastrocnemius muscle fascicle lengths were estimated using ultrasonography. We combined motion analysis and ground reaction force measurements to assess lower limb joint kinematics and kinetics, and to estimate gastrocnemius muscle-tendon unit length during the first two acceleration steps. Outcome variables were resampled to the stance phase and averaged across three to five trials. Relevant scalars were extracted and analyzed using one-sample and two-sample t-tests, and vector trajectories were compared using statistical parametric mapping. We found that an uncoupling of muscle fascicle behavior from muscle-tendon unit behavior is effectively used to produce net positive mechanical work at the joint during maximum sprint acceleration. Muscle fascicles shortened throughout the first and second steps, while shortening occurred earlier during the first step, where negative joint work was lower compared with the second step. Elastic strain energy may be stored during dorsiflexion after touchdown since fascicles did not lengthen at the same time to dissipate energy. Thus, net positive work generation is accommodated by the reuse of elastic strain energy along with positive gastrocnemius fascicle work. Our results show a mechanism of how muscles with high in-series compliance can contribute to net positive joint work.
Introduction: The use of scaffolds in tissue engineering is becoming increasingly important as solutions need to be found to preserve human tissues such as bone or cartilage. Various factors, including cells, biomaterials, cell and tissue culture conditions, play a crucial role in tissue engineering. The in vivo environment of the cells exerts complex stimuli on the cells, thereby directly influencing cell behavior, including proliferation and differentiation. Therefore, to create suitable replacement or regeneration procedures for human tissues, the conditions of the cells’ natural environment should be well mimicked. Therefore, current research is trying to develop 3-dimensional scaffolds (scaffolds) that can elicit appropriate cellular responses and thus help the body regenerate or replace tissues. In this work, scaffolds were printed from the biomaterial polycaprolactone (PCL) on a 3D bioplotter. Biocompatibility testing was used to determine whether the printed scaffolds were suitable for use in tissue engineering.
Material and Methods: An Envisiontec 3D bioplotter was used to fabricate the scaffolds. For better cell-scaffold interaction, the printed polycaprolactone scaffolds were coated with type-I collagen. Three different cell types were then cultured on the scaffolds and various tests were used to investigate the biocompatibility of the scaffolds.
Results: Reproducible scaffolds could be printed from polycaprolactone. In addition, a coating process with collagen was developed, which significantly improved the cell-scaffold interaction. Biocompatibility tests showed that the PCL-collagen scaffolds are suitable for use with cells. The cells adhered to the surface of the scaffolds and as a result extensive cell growth was observed on the scaffolds. The inner part of the scaffolds, however, remained largely uninhabited. In the cytotoxicity studies, it was found that toxicity below 20% was present in some experimental runs. The determination of the compressive strength by means of the universal testing machine Z005 by ZWICK according to DIN EN ISO 604 of the scaffolds resulted in a value of 68.49 ± 0.47 MPa.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
We present a video-densitometric high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) quantification method for patulin in apple juice, developed in a vertical chamber from the starting point to a distance of 50 mm, using MTBE, n-pentane (9 + 5, v/v) as mobile phase. After separation the plate is sprayed with methyl-benzothiazolinone hydrazone hydrochloride monohydrate (MBTH) solution (40 mg in 20 mL methanol) and heated at 105 °C for 15 min. Patulin zones are transformed into yellow spots. The quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue). Evaluation of the blue channel makes the measurements very specific. Quantification in fluorescence was also done by use of a 16-bit CCD-camera and UV-366 nm illumination as well as using a HPTLC DAD-scanner. For linearization the extended Kubelka–Munk expression for data transformation was used. The range of linearity covers more than two magnitudes and lies between 5 and 800 ng patulin. The extraction of 20 g apple juice and an extract application on plate up to 50 µL allows statistically defined checking the limit of detection (LOD) of 50 ng patulin per track, which is equivalent to 50 µg patulin per kg apple juice.
The NaSiO Institute (Institute for Sustainable Silicate Research in Offenburg, https://inasio.hs-offenburg.de/) has been working for years on climate-friendly alternatives to insulation materials and inorganic binders, as well as the reasonable use of construction waste in the building industry. The aim of research is to realize the enormous CO 2 saving potential of the construction sector worldwide. A stopping of climate heating will only succeed if these climate-friendly alternatives are used in the construction industry. This is the only way to realize the enormous CO2 savings that will be needed in future to comply with the Paris Agreement.
Described is a solid body formed with Si, Al, Ca, O and at least one of Na and K, said body exhibiting in the 27Al MAS NMR spectrum a signal additional to the 27Al MAS NMR spectrum of pure calcium aluminate, with a chemical shift sited between that of the main peak of calcium aluminate and the peak next upfield to the main peak of calcium aluminate. Possible uses of the solid body include use as a building material with aggregates, as a coating, as an adhesive for joining two components for sanitary ceramic units, for high-temperature applications, for renovating existing edifices, especially for underwater renovation, for the erection and/or repair of built structures, particularly when high compressive strengths are needed or chemically aggressive conditions arise. It can be produced by bringing waterglass, sodium hydroxide and/or potassium hydroxide, calcium aluminate, one or more aggregates and optionally water, especially sea water, into contact, even at temperatures below 0°C without heating.
We present a densitometric quantification method for triclosan in toothpaste, separated by high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) and using a 48-bit flatbed scanner as the detection system. The sample was band-wise applied to HPTLC plates (10 × 20 cm), with fluorescent dye, Merck, Germany (1.05554). The plates were developed in a vertical developing chamber with 20 min of chamber saturation over 70 mm, using n-heptane–methyl tert-butyl ether–acetic acid (92:8:0.1, V/V) as solvent. The RF value of triclosan is hRF = 22.4, and quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue) after plate staining with 2,6-dichloroquinone-4-chloroimide (Gibbs' reagent). Evaluation of the red channel makes the measurements of triclosan very specific. For linearization, an extended Kubelka–Munk expression was used for data transformation. The range of linearity covers more than two orders of magnitude and is between 91 and 1000 ng. The separation method is inexpensive, fast and reliable.
Editorial
(2021)
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(2021)
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.
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.
This work aimed to determine the influence of two hydrogels (alginate, alginate-di-aldehyde (ADA)/gelatin) on the mechanical strength of microporous ceramics, which have been loaded with these hydrogels. For this purpose, the compressive strength was determined using a Zwick Z005 universal testing machine. In addition, the degradation behavior according to ISO EN 10993-14 in TRIS buffer pH 5.0 and pH 7.4 over 60 days was determined, and its effects on the compressive strength were investigated. The loading was carried out by means of a flow-chamber. The weight of the samples (manufacturer: Robert Mathys Foundation (RMS) and Curasan) in TRIS solutions pH 5 and pH 7 increased within 4 h (mean 48 ± 32 mg) and then remained constant over the experimental period of 60 days. The determination surface roughness showed a decrease in the value for the ceramics incubated in TRIS compared to the untreated ceramics. In addition, an increase in protein concentration in solution was determined for ADA gelatin-loaded ceramics. The macroporous Curasan ceramic exhibited a maximum failure load of 29 ± 9.0 N, whereas the value for the microporous RMS ceramic was 931 ± 223 N. Filling the RMS ceramic with ADA gelatin increased the maximum failure load to 1114 ± 300 N. The Curasan ceramics were too fragile for loading. The maximum failure load decreased for the RMS ceramics to 686.55 ± 170 N by incubation in TRIS pH 7.4 and 651 ± 287 N at pH 5.0.
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.
It is considered necessary to implement advanced controllers such as model predictive control (MPC) to utilize the technical flexibility of a building polygeneration system to support the rapidly expanding renewable electricity grid. These can handle multiple inputs and outputs, uncertainties in forecast data, and plant constraints, amongst other features. One of the main issues identified in the literature regarding deploying these controllers is the lack of experimental demonstrations using standard components and communication protocols. In this original work, the economic-MPC-based optimal scheduling of a real-world heat pump-based building energy plant is demonstrated, and its performance is evaluated against two conventional controllers. The demonstration includes the steps to integrate an optimization-based supervisory controller into a typical building automation and control system with off-the-shelf HVAC components and usage of state-of-art algorithms to solve a mixed integer quadratic problem. Technological benefits in terms of fewer constraint violations and a hardware-friendly operation with MPC were identified. Additionally, a strong dependency of the economic benefits on the type of load profile, system design and controller parameters was also identified. Future work for the quantification of these benefits, the application of machine learning algorithms, and the study of forecast deviations is also proposed.
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.
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.
Um die im Pariser Klimaschutzabkommen vereinbarte Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, muss die Energiewende deutlich stärker vorangetrieben werden als bisher. Das Schaufenster C/sells in der größten der SINTEG-Modellregionen hat sich dieser Herausforderung gestellt. Über vier Jahre haben 56 Partner aus Energiewirtschaft, Wissenschaft und Politik in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen daran gearbeitet, ein zelluläres Energiesystem zu etablieren. Sie haben Musterlösungen für eine erfolgreiche Energiewende entwickelt. In mehr als 30 Demonstrationszellen sowie in neun Partizipationszellen, den sogenannten C/sells-Citys, wurde demonstriert, wie ein Informationssystem die intelligente Organisation von Stromversorgungsnetzen und den regionalisierten Handel mit Energie und Flexibilitäten ermöglicht.
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.
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.
We describe a prototype for power line communi- cation for grid monitoring. The PLC receiver is used to gain information about the PLC channel and the current state of the power grid. The PLC receiver uses the communication signal to obtain an accurate estimate of the current channel and provides information which can be used as a basis for further processing with the aim to detect partial discharges and other anomalies in the grid. This monitoring of the power grid takes advantage of existing PLC infrastructure and uses the data signals, which are transmitted anyway to obtain a real-time measurement of the channel transfer function and the received noise signal. Since this signal is sampled at a high sampling rate compared to simpler measurement sensors, it contains valuable information about possible degradations in the grid which need to be addressed. While channel measurements are based on a received PLC signal, information about partial discharges or other sources of interference can be gathered by a PLC receiver in the absence of a transmit signal. A prototype based on Software Defined Radio has been developed, which implements the simultaneous communication and sensing for a power grid.
There is a strong interaction between the urban atmospheric canopy layer and the building energy balance. The urban atmospheric conditions affect the heat transfer through exterior walls, the long-wave heat transfer between the building surfaces and the surroundings, the short-wave solar heat gains, and the heat transport by ventilation. Considering also the internal heat gains and the heat capacity of the building structure, the energy demand for heating and cooling and the indoor thermal environment can be calculated based on the urban microclimatic conditions. According to the building energy concept, the energy demand results in an (anthropogenic) waste heat; this is directly transferred to the urban environment. Furthermore, the indoor temperature is re-coupled via the building envelope to the urban environment and affects indirectly the urban microclimate with a temporally lagged and damped temperature fluctuation. We developed a holistic building model for the combined calculation of indoor climate and energy demand based on an analytic solution of Fourier's equation and implemented this model into the PALM model.
A strong heat load in buildings and cities during the summer is not a new phenomenon. However, prolonged heat waves and increasing urbanization are intensifying the heat island effect in our cities; hence, the heat exposure in residential buildings. The thermophysiological load in the interior and exterior environments can be reduced in the medium and long term, through urban planning and building physics measures. In the short term, an increasingly vulnerable population must be effectively informed of an impending heat wave. Building simulation models can be favorably used to evaluate indoor heat stress. This study presents a generic simulation model, developed from monitoring data in urban multi-unit residential buildings during a summer period and using statistical methods. The model determines both the average room temperature and its deviations and, thus, consists of three sub-models: cool, average, and warm building types. The simulation model is based on the same mathematical algorithm, whereas each building type is described by a specific data set, concerning its building physical parameters and user behavior, respectively. The generic building model may be used in urban climate analyses with many individual buildings distributed across the city or in heat–health warning systems, with different building and user types distributed across a region. An urban climate analysis (with weather data from a database) may evaluate local differences in urban and indoor climate, whereas heat–health warning systems (driven by a weather forecast) obtain additional information on indoor heat stress and its expected deviations.
Die fischer eco solutions ist Hersteller von HT-PEM Brennstoffzellen und deren Komponenten. Das Herzstück der Brennstoffzellen, die Membran-Elektroden-Einheit MEA, wird auf zwei prinzipiell baugleichen Heißpressen der fischer Maschinentechnik gefertigt. Ziel dieser Arbeit ist es, dass an beiden Pressen die konstant gleiche Qualität produziert werden kann. Außerdem sollen alle relevanten Einflussgrößen und Prozessparameter bei der MEA Herstellung aufgezeigt und optimiert werden.
Es wurden verschiedene Optimierungspotentiale umgesetzt:
• Zunächst werden die Qualitätsunterschiede beider Pressen
mit Hilfe eines Vergleichs-stacks quantitativ ermittelt.
• Die Qualitätsunterschiede sind auf Unterschiede in der
SPS Steuerung zurückzuführen.
• Beide Pressen werden in ihrer Programmierung angepasst
und ein erneuter Teststack validiert die Ursache der
großen Qualitätsunterschiede.
• Stark säurebelastete Bauteile und Baugruppen müssen durch
neue ersetzt werden.
• Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird eine Material-
substitution der betroffenen Teile durchgeführt und diese
produziert und angebaut.
• Die Prozessparameter bei der MEA Herstellung sind
Presstemperatur T und Presszeit t.
• Mit Hilfe statistischer Versuchsplanung werden Versuche
mit veränderten Parametern durchgeführt.
• Ein Teststack mit 16 verschiedenen Konfigurationen wird
auf einem Teststand getestet.
• Die Auswertung der Versuche erfolgt mit dem
Statistikprogramm MiniTab.
• Mit den optimierten Prozessparametern lässt sich eine
höhere Leistung jeder MEA bei gleichzeitig reduzierter
Zykluszeit und geringerem Energieeinsatz realisieren.
Uphill training is applied to induce specific overload on the musculoskeletal system to improve sprinting mechanics. This study aimed to identify unique kinematic features of uphill sprinting at different slopes and to suggest practical implications based on comparisons we early stance phase. At take-off, steeper slopes induced significantly more extended joint angles and higher ROMs during the late stance phase. Compared with moderate slopes, more anti-phase coordination patterns were detected at steeper slopes. Thus, uphill sprinting at steeper slopes shares essential kinematic features with the early acceleration phase of level sprinting. Moderate inclinations induce biomechanical adaptations similar to those in the late acceleration phase of level sprinting. Hence, the specific transfer of uphill sprinting to acceleration depends on the slope inclinations.
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.
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.
UAVs (engl. Unmanned Aerial Vehicles) sind in den vergangenen Jahren auch außerhalb militärischer und wissenschaftlicher Nutzung beliebter geworden. Für autonome Fluganwendungen ist die Überwachung der Umgebung zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird ein experimenteller Ansatz zur Hinderniserkennung mit Radar- und Lidarsensorik präsentiert. Dieser setzt sich aus der Kollisionsvermeidung der Flugsteuerung px4, einem Nvidia Jetson TX2 als Flugbegleitcomputer und den Sensoren Slamtec RPLidar A2M6 und Texas Instruments AWR1443 Radar zusammen. Insgesamt wurden drei verschiedene Hardwarekomponenten getestet. Zur Auswertung der Versuche wird eine durch Python OS-unabhängige Auswertesoftware entwickelt und implementiert. Die Versuchsplanung setzt sich aus drei Versuchen mit jeweils fünf in Geometrie und Textur unterschiedlichen Hindernissen zusammen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der eingesetzte Lidar gegenüber dem Radar Vorteile auf kurze Distanz aufweist. Zur Reproduzierbarkeit von Experimenten auf kurzer Distanz wird die Entwicklung eines fixen Messaufbaus empfohlen.
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.
Quantifying the midsole material characteristics of athletic footwear is a standard task in footwear research and development. Current material testing protocols primarily focus on the determination of cushioning properties of the heel region or the quantification of the midsole properties as one assembly. However, midsoles possess different spatial material properties that have not been quantified from previous methodologies. Therefore, new material testing methods are required to quantify the local material response of athletic footwear. We developed a cyclical force-controlled material testing protocol for the determination of non-homogeneously distributed material stiffness with a high spatial resolution. In five prototype shoes varying in their stiffness distribution, we found that the material properties can be reliably measured across the midsole. Furthermore, we observed a characteristic non-linear material response regardless of the midsole location. We found that the material stiffness increased with an increase of the applied force and that this effect is further intensified by higher testing cycles. Additionally, the obtained midsole stiffness depends on the geometry of the midsole. We explored different approaches to reduce the measurement time of the testing protocol and found that the number of measurements can be reduced by 70% using 2 D-interpolation procedures. Determining the spatial material properties of midsoles needs to be considered to understand foot-shoe interactions. Furthermore, this measurement protocol can be used for quality control within the footwear and can be adapted for considering the effects of different running styles or speeds on ground force application characteristics.
This study aims to investigate the individual response concerning BRFs for AT when the mid-sole hardness underneath the rearfoot was systematically altered. We first identified FGs based on the footwear condition that minimised the risk for AT across BRFs. We then tested the FGs for differences in anthropometrics, footwear comfort, and running characteristics.
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.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Simulation von Rissschließeffekten für Risslängen im Übergangsbereich von mikrostrukturell kurzen und mechanisch kurzen Rissen für zwei Probengeometrien. Als wichtige Bewertungsgrößen eines Ermüdungsrisses dienen die Rissöffnungsspannung und die zyklische Rissspitzenöffnung. Im ersten Teil der Arbeit liegt das Hauptaugenmerk auf der Untersuchung des mikrostrukturellen Einflusses in der Rissspitzenumgebung auf die Rissschließeffekte bei Risswachstum. Im hierfür verwendeten Finite-Elemente-Modell wird um die Rissspitze eines Oberflächenrisses in einer quasi unendlich ausgedehnten Platte eine zufällig angeordnete Kornstruktur erzeugt. Zur Beschreibung des mikrostrukturellen Materialverhaltens wird ein Einkristallplastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung eingesetzt. Das Werkstoffverhalten der umliegenden Platte wird mit einem in Abaqus/Standard vorhandenen homogenen von Mises Plastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung beschrieben. Insgesamt werden fünf unterschiedliche Mikrostrukturen simuliert und mit dem rein homogenen Werkstoff verglichen. Die zyklische Belastung erfolgt dehnungskontrolliert ohne Mitteldehnung im Modus I für zwei makroskopische Dehnungsamplituden im Bereich der Fließdehnung und deutlich oberhalb davon. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Einfluss der Mikrostruktur auf das Rissschließen, hervorgerufen durch unterschiedliche Kornorientierungen, Form und Größe der Körner und durch Korngrenzen. Bei niedriger Belastung zeigen die Mikrostrukturen mehr Rissschließeffekte verglichen zum homogenen Modell. Mit steigender Belastung nimmt bei allen Simulationen das Rissschließen ab. Der relevanteste Rissschließmechanismus ist das plastizitätsinduzierte Rissschließen, welches bei höherer Belastung durch Aufrauen der Rissflanken zusätzlich rauhigkeitsinduziertes Rissschließen verursacht.
Mit einem zweiten Finite-Elemente-Modell wird das Rissschließen und die Entwicklung der zyklischen Rissspitzenöffnung für den viertelskreisförmigen Riss in der dreidimensionalen Corner-Crack-Probe unter spannungskontrollierten isothermen und anisothermen TMF-Beanspruchungen untersucht. Hierfür findet ein temperaturabhängiges Abaqus/Standard von Mises Plastizitätsmodell mit kinematischer Verfestigung und Kriechansatz Anwendung. Alle Simulationen zeigen eine deutliche Beeinflussung der Bewertungsgrößen an der freien Probenoberfläche und im Probeninneren. Das Rissschließen nimmt mit steigender Belastung und mit zunehmend positiven Mittelspannungen ab. Zudem werden bei niedrigeren makroskopischen Belastungen geringere zyklische Rissspitzenöffnungen an der Probenoberfläche als in der Probenmitte beobachtet, was in direktem Zusammenhang mit dem Rissschließen steht. Die thermomechanischen Simulationen zeigen mehr Rissschließen für eine Belastung in Phase, verglichen zu einer gegenphasigen Beanspruchung.
The internal crowdsourcing-based ideation within a company can be defined as an involvement of its staff, specialists, managers, and other employees, to propose solution ideas for a pre-defined problem. This paper addresses a question, how many participants of the company-internal ideation process are required to nearly reach the ideation limit for the problems with a finite number of workable solutions. To answer the research question, the author proposes a set of metrics and a non-linear ideation performance function with a positive decreasing slope and ideation limit for the closed-ended problems. Three series of experiments helped to explore relationships between the metric attributes and resulted in a mathematical model which allows companies to predict the productivity metrics of their crowdsourcing ideation activities such as quantity of different ideas and ideation limit as a function of the number of contributors, their average personal creativity and ideation efficiency of a contributors’ group.
Due to higher combustion chamber temperatures and pressures in efficient combustion engines, both the high-cycle and thermomechanical fatigue loads on service life-critical components, such as the cylinder head, are increasing. Material comparisons and analysis of damage behavior are very expensive and time-consuming using component tests. This study therefore develops a test method for cylinder head materials that takes into account the combined loading conditions from the above-mentioned loads and allows realistic temperature transients and gradients on near-component samples. The near-component cylinder head sample represents the failure-critical exhaust valve crosspiece and is tested in a test rig specially designed with the aid of conjugate heat transfer simulations. In the test rig, the sample is subjected to thermal stress by a hot gas burner and to mechanical stress by a high-frequency pulsator. Optical crack detection allows permanent observation of fatigue crack growth and crack closure during the test. Fractographic and metallo-graphic examinations of the fracture areas as well as analyses of the damage patterns show that loads close to engine operation can be set in this way and their influences on the damage can be monitored.
Cyclic micro-bending tests on fcc single crystal Ni-base Alloy 718 cantilevers with different crystal orientations were performed to analyze the influence of activated slip systems on dislocation plasticity, latent hardening and the Bauschinger effect. The investigations indicate that plasticity in single crystal micro-cantilevers is significantly influenced by two phenomena - dislocation interaction and dislocation pile-up at the neutral plane. Both phenomena occur at the same time. Their ratio seems to be determined by the activated slip systems. Slip trace analysis indicates that the activation of only one slip system leads to a strong localization of plasticity to a limited number of parallel slip bands. This results in low dislocation interaction and consequently pronounced pile-ups at the neutral plane. In multi slip orientation, the second slip system leads to activation of significantly more dislocation sources, causing a much earlier and more homogeneous elastic-plastic transition zone. In stress-strain hysteresis loops during bending, pronounced dislocation interaction in multi slip orientation leads to a more pronounced latent hardening. The results suggest that on a microstructural length scale, plasticity behavior is strongly affected by activated slip systems, which determine local dislocation phenomena. Based on the results presented in this paper, a finite element analysis of latent hardening and the Bauschinger effect using a single crystal plasticity model with latent kinematic hardening is presented in Part II.
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.
Hersteller von Laufschuhen versprechen ihren Kunden Schuhe, die einen durch gezielte Energierückgabe der Mittelsohlen oder durch eine optimale Dämpfung bei der sportlichen Leistung unterstützen. Als aktueller Teststandard für das Materialreaktionsverhalten von Sportschuhen gilt der ASTM F1976. In diesem Test werden die Schuhe durch einen wiederholten Impulstest untersucht. Allerdings weder Rücksicht auf die zurückgelegte Distanz, noch auf variierende Körpergewichte genommen. In dieser Arbeit wird ein Messverfahren entwickelt, das Sportschuhe über eine simulierte Marathondistanz in Bezug auf die verarbeitete Energiemengen und das Verändern der Festigkeit analysiert. Es wurde ein Schuh der „Ghost“-Reihe der Firma „Brooks“ mit Hilfe einer elektro-dynamischen Prüfmaschine LMT10 der Firma Zwick/Röll zwei Mal im Bereich des Rückfußes mit zwei verschiedenen Lasten analysiert. Die Einstellungsparameter sind recherchierte Durchschnittswerte, die einen erwachsenen Europäer darstellen. Es hat sich herausgestellt, dass ein um 20% geringeres Körpergewicht eines Läufers nicht eine äquivalente geringere umgesetzte Energiemenge bedeutet. Im Vergleich zu der Messung des schwereren Läufers wurden lediglich 65% der Energiemenge umgesetzt. Darüber hinaus nimmt die Festigkeit der Mittelsohle bei der Messung mit 20% weniger Last kontinuierlich ab, wobei sie bei der Messung mit 100% im letzten Drittel der Messung wieder zunimmt. Als Gründe für dieses Verhalten wurden das nichtlineare Reaktionsverhalten von EVA-Schäumen und das anfängliche Verbessern der Gleitfähigkeit der Polymerketten festgestellt.
The work focuses on predictive capabilities of fundamental cyclic plasticity and fatigue life models, which can be calibrated using limited amount of experiments as specific ones needed for more advanced models are often absent. The analyses are conducted for the synthetic case of exhaust manifold made from cast iron. The thermal boundary conditions from the forced convection were obtained from the computational fluid dynamics considered as a conjugate heat transfer problem. Two rate-independent and temperature-dependent material models were calibrated for structural analyses. Both were validated with experiments on isothermal and anisothermal levels. Sequential thermal–mechanical finite element simulations were performed. Two fatigue life models were employed. The first was a temperature-dependent strain-based fatigue life criterion calibrated from uniaxial data. The second was a temperature-independent energy-based fatigue life criterion resulting in twice lower life than the strain-based criterion, while none of the plasticity models made a significant difference in that prediction.
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.
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.
Der vorliegende Beitrag beschreibt die Motivation hinter den Forschungsarbeiten im Electric Mobility Competence Center (EMC^2) rund um elektrische Antriebskomponenten für die Elektromobilität sowie die Notwendigkeit, diese Forschungsarbeiten an Prüfständen zu testen und zu validieren. Zunächst wird näher auf die Charakteristik von elektrischen Maschinen eingegangen, um anschließend die verwendete Prüfstandtechnik vorzustellen.
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.
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.
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.
In order to make material design processes more efficient in the future, the underlying multidimensional process parameter spaces must be systematically explored using digitalisation techniques such as machine learning (ML) and digital simulation. In this paper we shortly review essential concepts for the digitalisation of electrodeposition processes with a special focus on chromium plating from trivalent electrolytes.
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.
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.
Die Digitalisierung kann der Türöffner sein, um effizient die mittelständische Industrie und den Energiemarkt zu verbinden. Das Projekt GaIN hat das Ziel, mit hochaufgelösten Produktions- und Messdaten von zehn mittelständischen Industriebetrieben neuartige Tarife und angepasste Marktplattformen zu entwickeln, die Prognosegüte für Energiebedarf, Nachfrage und Flexibilitätsverfügbarkeit zu erhöhen, die Interaktion vieler flexibler Unternehmen im Verteilnetz und in dem Bilanzkreis zu bewerten und die Auswirkung einer Nutzung der Daten auf die Energiewende anhand einer Systemanalyse zu beurteilen.
Ziel des Pilotprojektes EnMa-HAW ist die Erarbeitung und Erprobung technisch und organisatorisch übertragbarer Konzepte für ein automationsgestütztes Energiemanagement an allen Hochschulen für angewandte Wissenschaften im Land Baden-Württemberg. Das Energiemanagement wird technisch mittels Messtechnik, Datenerfassung, Datenspeicherung und Visualisierung umgesetzt und organisatorisch mit einem Energiezirkel in den Hochschulen verankert.
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.
The aim of this review was to determine whether smartphone applications are reliable and valid to measure range of motion (RoM) in lower extremity joints. A literature search was performed up to October 2020 in the databases PubMed and Cochrane Library. Studies that reported reliability or validity of smartphone applications for RoM measurements were included. The study quality was assessed with the QUADAS-2 tool and baseline information, validity and reliability were extracted. Twenty-five studies were included in the review. Eighteen studies examined knee RoM, whereof two apps were analysed as having good to excellent reliability and validity for knee flexion (“DrGoniometer”, “Angle”) and one app showed good results for knee extension (“DrGoniometer”). Eight studies analysed ankle RoM. One of these apps showed good intra-rater reliability and excellent validity for dorsiflexion RoM (“iHandy level”), another app showed excellent reliability and moderate validity for plantarflexion RoM (“Coach’s Eye”). All other apps concerning lower extremity RoM had either insufficient results, lacked study quality or were no longer available. Some apps are reliable and valid to measure RoM in the knee and ankle joint. No app can be recommended for hip RoM measurement without restrictions.
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 aim of this essay is to give an overview about recent developments of the government innovation funds of Sweden and Finland. In order to discover recent developments basic knowledge regarding innovation funds, funding structures and information about the two big funding agencies Vinnova Sweden and Business Finland is presented. Building on this information, the developments of the two funding agencies are compared and examined for similarities and differences. Both countries have a very similar structure in terms of the R&D sector and are striving with the same issues. Just as sustainability is a leading issue, the collaboration between the different shareholders is another main challenge. Both topics were negatively affected by the COVID-19 pandemic. Both Sweden and Finland had to really push forward innovation with financial support and political, strategic goals. Even though there are strong recent developments, the countries are facing the same challenges, do have similar funding structures and therefore have no big comparative strengths or weaknesses to each other.
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.
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.
Offenburg university of Applied Sciences offers pre-study extracurricular preparatory courses for future engineering students in mathematics and physics. Due to pandemic restrictions, the two-week preparatory physics course preceeding winter term 2020/21 was presented as an online -only course.
Students enrolled to the course attended eight online lect ures of approximately 90 minutes duration followed by a group assignment. Both lectures and tutoring to the group assignment used a videoconference system with group sizes of 120 (lecture) and 6 (peer instruction and group assignments). The eight lectures focused on the high school physics curriculum of mechanics, electricity, thermodynamics and optics. Each lecture included four “peer instruction” questions to improve student activation. Student responses were collected using an audience response online tool.
The “peer instruction” questions were discussed by the students in online groups of six students. These groups also received written group assignments consisting of common textbook exercises and additional problems with incomplete information. To solve these problems, groups were encouraged to discuss possible solutions. The on-line course attendance was monitored and showed a characteristic exponential “decay” curve with a half-life of approximately 18 lectures which is comparable to conventional courses: Around 73% of the students enrolled in the preparatory course attended all eight lectures. In addition to the attendance, the progress of the participants was monitored by two online tests: A pre-course online test the first course day and a post -course online test on the last day.
The completion of both tests was highly recommended, but not a formal requirement for the students. The fraction of students completing the pre-course, but not the post-course test was used as an estimate for the drop-out rate of (34±3)%.
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.
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.
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.
Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit war es, mit Hilfe einer Studie zu untersuchen, ob mit der am Vorfuß des Schuhs gebogenen Form positiver Einfluss auf die Biomechanik beim Laufen genommen werden kann. Nach Durchführung der markerbasierten Bewegungsana- lyse sowie einer Kraftmessung mittels instrumentiertem Laufband wurden hierzu über die Berechnungen der inversen Dynamik jeweils sowohl die Kinematik als auch die Kinetik der rechten unteren Extremität in der sagittalen Ebene ermittelt.
Sechzehn Versuchspersonen (25,3 ± 2,2 Jahre) absolvierten jeweils eine Laufeinheit von etwa 20 Sekunden Dauer in der Ebene mit einer flachen sowie mit einer am Vorfuß ge- bogenen Carbonfaser-Platte. Die gewählte Laufgeschwindigkeit betrug unabhängig der Bedingung 3,5 m/s. Letztlich konnte am Zehengrundgelenk ein Formeffekt betrachtet werden, wohingegen am Sprunggelenk eine Signifikanz dieses Effekts ausblieb. So war die Kinematik des Zehengrundgelenks in Form einer Reduktion der maximalen Dorsalflexi- on entlang der Stützphase bedeutsam durch die gebogene Form am Vorfuß beeinflusst. Ebenso wurden sowohl das maximale Plantarflexion-Moment als auch die generierte sowie absorbierte Leistung an diesem Gelenk während des Bodenkontaktes bedeutsam reduziert.
Aufgrund der vorliegenden Messergebnisse und des aktuellen Forschungsstandes wurde davon ausgegangen, dass die Reduktion der mechanischen Anforderungen am Zehengrund- gelenk in erster Linie infolge geringerer externer Hebelarme herbeigeführt werden konnten. Im Zusammenhang mit dem reduzierten Netto-Energieverlust wurde schließlich ein gerin- geres aktives Muskelvolumen der intrinsischen Fußmuskulatur vermutet. In Anbetracht des am Sprunggelenk ausgebliebenen Formeffekts deuteten die Daten demgegenüber jedoch nicht auf geringere Anforderungen dieses Gelenks infolge der gebogenen Form am Vorfuß hin. Diesbezüglich wurde vermutet, dass womöglich individuelle Antworten auf die Geome- trie der Mittelsohle in Form von einem aktiveren Abstoßen der Reduktion des externen Hebelarms entgegenwirkten.Nichtsdestotrotz deuteten die erhobenen Daten letztlich auf die Unterstützung der Vorteile einer erhöhten Biegesteifigkeit sowie in Teilen auf einen Ausbau dieser Effekte durch die Geometrie am Vorfuß hin.
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.
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).
In the present paper, the influence of locally varying microstructures in case of an AlSi12 cast aluminium alloy is investigated by means of extracting the test pieces from different removal positions and low cycle fatigue tests. The temperature-dependent damage mechanisms, the material specific defect types, sizes and their influence on the fatigue properties of two AlSi7 and AlSi12 cast aluminium alloys are studied. An extreme value statistics methodology is applied to predict maximum defect sizes expected in a critical surface volume from two-dimensional metallographic micrographs. A damage map for the AlSi12 cast aluminium alloy is presented explaining the influence of the temperature- and load-dependent damage mechanisms on the observed isothermal and thermomechanical lifetime behavior.
Detailed material investigations of the fatigue behavior of two cast aluminium alloys used in combustion engines are presented. The network of intermetallic phases of both aluminium alloys is characterized by means of detailed energy dispersive X-ray spectroscopy. In order to investigate the temperature-dependent fatigue behavior of the materials, tensile, low cycle and thermomechanical fatigue tests are performed over a wide temperature and loading range. The influence of the temperature dependence on the experimental results is discussed.
In this work, the influence of superimposed high cycle fatigue on the LCF/HCF and TMF/HCF lifetime is investigated for two cast aluminium alloys of the types AlSi7 and AlSi12. The replica technique is used to examine the short crack growth behavior under pure LCF and LCF/HCF loading. The observed short crack growth evolution explains the observed lifetime reduction with increasing HCF amplitudes.
Die Veränderung von biomechanischen Risikofaktoren für Laufverletzungen bei laufinduzierter Ermüdung
(2021)
In dieser Arbeit wird die Veränderung von biomechanischen Risikofaktoren für Laufverletzungen bei laufinduzierter Ermüdung thematisiert. Ziel dieser Arbeit ist es daher zum einen den Haupteffekt der Laufdistanz auf die abhängigen Variablen (Risikofaktoren) mittels einer Varianzanalyse zu untersuchen und zum anderen zu ermitteln ab wann im Detail es innerhalb der 10 km-Laufdistanz zu einer signifikanten Veränderung im Vergleich zum nicht ermüdeten Zustand kommt.
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.
The present invention is directed to a storage-stable formulation of long-chain RNA. In particular, the invention concerns a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule. The present invention is furthermore directed to methods for preparing a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule by spray-drying. The invention further concerns the use of such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule in the preparation of pharmaceutical compositions and vaccines, to a method of treating or preventing a disorder or a disease, to first and second medical uses of such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule and to kits, particularly to kits of parts, comprising such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule.
The present invention is directed to a storage-stable formulation of long-chain RNA. In particular, the invention concerns a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule. The present invention is furthermore directed to methods for preparing a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule by spray-freeze drying. The invention further concerns the use of such a dry powder composition comprising a long- chain RNA molecule in the preparation of pharmaceutical compositions and vaccines, to a method of treating or preventing a disorder or a disease, to first and second medical uses of such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule and to kits, particularly to kits of parts, comprising such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule.
The present invention is directed to a storage-stable formulation of long-chain RNA. In particular, the invention concerns a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule. The present invention is furthermore directed to methods for preparing a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule by spray-drying. The invention further concerns the use of such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule in the preparation of pharmaceutical compositions and vaccines, to a method of treating or preventing a disorder or a disease, to first and second medical uses of such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule and to kits, particularly to kits of parts, comprising such a dry powder composition comprising a long-chain RNA molecule.
The twin concept is increasingly used for optimization tasks in the context of Industry 4.0 and digitization. The twin concept can also help small and medium-sized enterprises (SME) to exploit their energy flexibility potential and to achieve added value by appropriate energy marketing. At the same time, this use of flexibility helps to realize a climate-neutral energy supply with high shares of renewable energies. The digital twin reflects real production, power flows and market influences as a computer model, which makes it possible to simulate and optimize on-site interventions and interactions with the energy market without disturbing the real production processes. This paper describes the development of a generic model library that maps flexibility-relevant components and processes of SME, thus simplifying the creation of a digital twin. The paper also includes the development of an experimental twin consisting of SME hardware components and a PLC-based SCADA system. The experimental twin provides a laboratory environment in which the digital twin can be tested, further developed and demonstrated on a laboratory scale. Concrete implementations of such a digital twin and experimental twin are described as examples.
Wood juice, a liquid produced during wood processing, is a harmful waste that requires utilization. To achieve a circular economy, biowastes should be recycled, reducing fossil carbon usage. Therefore, the objective of this work was to examine the potential of wood juice as a feedstock for bioplastic synthesis by Bacillus sp. G8_19. Polyhydroxyalkanoate (PHA) syntheses using wood juice from Douglas fir trees and that from a mixture of spruce/fir trees were compared. It was found that the PHA content was higher after using wood juice from spruce/fir trees than that from Douglas fir trees (18.0% vs 6.1% of cell dry mass). Gas chromatography analysis showed that, with both wood juices, Bacillus sp. G8_19 accumulated poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). The content of 3-hydroxyvalerate (3HV) monomers was higher when spruce/fir wood juice was used (10.7% vs 1.9%). The C/N ratio did not have a statistically significant effect on the copolymer content in biomass, but it did significantly influence the 3HV content. The proposed concept may serve as an approach to wood waste valorization via production of biodegradable materials.
Lithium-ion batteries play a vital role in a society more and more affected by the spectre of climate change: hence the need of lowering CO2 emissions and reducing the fossil fuel consumption. At the moment, lithium-ion batteries appear as the ideal candidates for this challenge but further research and development is required to understand their behaviour, predict their issues and therefore improve their performance. In this regard, mathematical modelling and numerical simulation have become standard techniques in lithium-ion battery research and development and have proven to be highly useful in supporting experimental work and increasing the predictability of model-based life expectancy.
This study focuses on the electrochemical ageing reactions at the anode, especially on the topic of lithium plating and its interaction with the solid electrolyte interface (SEI). The purpose of this work is a deeper understanding of these degradation processes through the construction of refined modelling frameworks and the analysis of simulations carried out over a wide range of operating conditions. The governing equations are implemented in the in-house multiphysics software package DENIS, while the electrochemistry model is based on the use of the open-source chemical kinetics code CANTERA.
The development, parameterisation and experimental validation of a comprehensive pseudo-three-dimensional multiphysics model of a commercial lithium-ion cell with blend cathode and graphite anode is presented. This model is able to describe and simulate both multiscale heat and mass transport and complex electrochemical reaction mechanisms, including also as extra feature the capability of reproducing a composite electrode where multiple active materials are subject to intercalation/deintercalation reaction.
A further extension to include reversible lithium plating process and predict ageing behaviour over a wide range of conditions, with a focus on the high currents and low temperatures particularly interesting for the fast charging topic, follows. This extended model is verified by comparison with published experimental data showing voltage plateau and voltage drop as plating indicators and optionally includes an explicit re-intercalation reaction that is shown to suppress macroscopic plating hints in the specific case of a cell not showing evident plating signs. This model is used to create degradation maps over a wide range of conditions and an in-depth spatiotemporal analysis of the anode behaviour at the mesoscopic and microscopic scales, demonstrating the dynamic and nonlinear interaction between the intercalation and plating reactions.
A deeper outlook on the SEI formation and growth is presented, together with the qualitative description of three different 1D-models with a decreasing level of detail, developed with the purpose of ideally being included in future in more comprehensive multiscale frameworks.
Finally, the extended model is successfully coupled with a previously developed SEI model to result in an original modelling framework able to simulate both degradation processes and their continuous positive feedback.
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 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.
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.
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.
Dieses Fachbuch gibt einen vertieften Einblick in das dynamische Verhalten von thermoaktiven Bauteilsystemen. Es wird eine neu entwickelte und vielfach erprobte, selbstlernende und vorausschauende TABS-Steuerung vorgestellt. Dazu wird auf die Erfordernisse einer effektiven TABS-Steuerung eingegangen und die Grundlagen und Funktionsweise der neu entwickelten AMLR-Steuerung erläutert. Anhand mehrerer Anwendungsbeispiele wird die Umsetzung in die bauliche Praxis erläutert und mit Hilfe von umfangreichen Messergebnissen die Funktion der neuen AMLR-Steuerung nachgewiesen. Abschließend werden Empfehlungen für die Anwendung von AMLR in der baulichen TABS-Praxis hinsichtlich Anlagenhydraulik und Umsetzung in der Gebäudeautomation gegeben.