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Today, thermoforming moulds are mostly produced using conventional mould-building technologies (e.g. milling and drilling) and are made of metal (e.g. aluminium or steel) or hardwood. The tools thus produced are very robust, but are only cost-effective in mass production. For the production of small batches of thermoformed parts, there is a need for moulds which can be produced quickly and economically. A new approach which significantly reduces the production time and cost is the 3D printing process (3DP). The use of this technology to produce thermoforming moulds offers many new options in the geometries which can be manufactured, and in manufacturing time and costs. In a case study of a thermoformed part (a scaled automotive model), the pre-processing of the CAD model of a mould is demonstrated. The mould can be printed within a few hours, and is sufficiently heat-resistant for moulding processes. The important advantages of moulds printed in 3D, in comparison to moulds built using conventional technologies, are the ability to create any shape of channels for the vacuum and the simplification in the production of tool mock-ups. This paper also discusses the economics of the technique, such as a comparison of material costs and manufacturing costs in relation to conventional production technologies and materials.
For some years now, additive manufacturing (AM) has offered an alternative to conventional manufacturing processes. The strengths of AM are primarily the rapid implementation of ideas into a usable product and the ability to produce geometrically complex shapes. It has also significantly advanced the lightweight design of products made of plastic. So far, the strength of printed components made of polymers is previously very limited.
Recently, new AM processes have become available that allow the embedding of short and also long fibers in polymer matrix. Thus, the manufacturing of components that provide a significant increase in strength becomes possible. In this way, both complex geometries and sophisticated applications can be implemented. This paper therefore investigates how this new technology can be implemented in product development, focusing on sports equipment. An extensive literature research shows that lightweight design plays a decisive role in sports equipment. In addition, the advantages of AM in terms of individualized products and low quantities can be fully exploited.
An example of this approach is the steering system for a seat sled used by paraplegic athletes in the Olympic discipline of Nordic paraskiing. A particular challenge here is the placement and alignment of the long carbon fibers within the polymer matrix and the verification of the strength by means of Finite-Element-Analysis (FEA). In addition, findings from bionics are used to optimize the lightweight design of the steering system. Using this example, it can be shown that the weight of the steering system can be drastically reduced compared to conventional manufacturing. At the same time, a number of parts can be saved through function integration and thus the manufacturing and assembly effort can be reduced significantly.
The development of new processes and materials for additive manufacturing is currently progressing rapidly. In order to use the advantages of additive manufacturing, however, product development and design must also be adapted to these new processes. Therefore it is suitable to use structural optimization. To achieve the best results in lightweight design, it is important to have an approach that reduces the volume in the unloaded regions and considers the restrictions and characteristics of the additive manufacturing process. In this contribution, a case study using a humanoid robot is presented. Thus, the pelvis module of a humanoid robot is optimized regarding its weight and stiffness. Furthermore, an integrated design is implemented in order to reduce the number of parts and the screw connections. The manufacturing uses a new aluminum-based material that has been specially developed for use in additive manufacturing and lightweight construction. For the additive manufacturing by means of the Selective Laser Melting (SLM) process, different restrictions and the assembly concepts of the humanoid robot have to be taken into account. These restrictions have to be considered in the setting of the individual parameters and target functions of the structural optimization. As a result, a framework is presented that shows the steps of the redesign and the optimization of the pelvis module. In order to achieve high accuracy with the product, the redesign of the pelvis module is demonstrated with regard to mechanical and thermal postprocessing. Finally, the redesigned part and the different assembly concepts are compared to analyze the economic and technical effects of the optimization.
4D printing (4DP) is an evolutionary step of 3D printing, which includes the fourth dimension, in this case the time. In different time steps the printed structure shows different shapes, influenced by external stimuli like light, temperature, pH value, electric or magnetic field. The advantage of 4DP is the solution of technical problems without the need for complex internal energy supply via cables or pipes. Previous approaches to 4D printing with magnetoresponsive materials only use materials with limited usability (e.g. hydrogels) and complex programming during the manufacturing process (e.g. using magnets on the nozzle). The 4D printing using unmagnetized particles and the later magnetization allows the use of a standard 3D printer and has the advantage of being easily reproducible and relatively inexpensive for further application. Therefore, a magnetoresponsive feedstock filament is produced which shows elastic and magnetic properties. In a first step, pellets are produced by compounding polymer with magnetic particles. In a second step, those pellets are extruded in form of filament. This filament is printed using a conventional printing system for Material Extrusion (MEX-TRB/P). Various prototypes have been printed, deformed and magnetized, which is called programming. In comparison to shape memory polymers (SMP) the repeatability of the movement is better. The results show the possibilities of application and function of magnetoresponsive materials. In addition, an understanding of the behaviour of this novel material is achieved.
The ability to change aerodynamic parameters of airfoils during flying can potentially save energy as well as reducing the noise made by the unmanned aerial vehicles (UAV) because of sharp edges of the airfoil and its rudders. In this paper, an approach for the design of an adaptive wing using a multi-material 3D printer is shown. In multi-material 3D printing, up to six different materials can be combined in one component. Thus, the user can determine the mixture and the spatial arrangement of this “digital material” in advance in the pre-processing software. First, the theoretical benefits of adaptive wings are shown, and already existing adaptive wings and concepts are explicated within a literature review. Then the additive manufacturing process using photopolymer jetting and its capabilities to print multiple materials in one part are demonstrated. Within the scope of a case study, an adaptive wing is developed and the necessary steps for the product development and their implementation in CAD are presented. This contribution covers the requirements for different components and sections of an adaptive wing designed for additive manufacturing using multiple materials as well as the single steps of development with its different approaches until the final design of the adaptive wing. The developed wing section is simulated, and qualitative tests in a wind tunnel are carried out with the wing segment. Finally, the additively manufactured wing segment is evaluated under technical and economic aspects.
In 4D printing an additively manufactured component is given the ability to change its shape or function under the influence of an external stimulus. To achieve this, special smart materials are used that are able to react to external stimuli in a specific way. So far, a number of different stimuli have already been investigated and initial applications have been impressively demonstrated, such as self-folding bodies and simple grippers. However, a methodical specification for the selection of the stimuli and their implementation was not yet in the foreground of the development.
The focus of this work is therefore to develop a methodical approach with which the technology of 4DP can be used in a solution- and application-oriented manner. The developed approach is based on the conventional design methodology for product development to solve given problems in a structured way. This method is extended by specific approaches under consideration of the 4D printing and smart materials.
To illustrate the developed method, it is implemented in practice using a problem definition in the form of an application example. In this example, which represents the recovery of an object from a difficult-to-access environment, the individual functions of positioning, gripping and extraction are implemented using 4D printing. The material extrusion process is used for additive manufacturing of all components of the example. Finally, the functions are successfully tested. The developed approach offers an innovative and methodical approach to systematically solve technical complex problems using 4DP and smart materials.
In 4D printing, an additively manufactured component is given the ability to change its shape or function in an intended and useful manner over time. The technology of 4D printing is still in an early stage of development. Nevertheless, interesting research and initial applications exist in the literature. In this work, a novel methodical approach is presented that helps transfer existing 4D printing research results and knowledge into solving application tasks systematically. Moreover, two different smart materials are analyzed, used, and combined following the presented methodical approach to solving the given task in the form of recovering an object from a poorly accessible space. This is implemented by self-positioning, grabbing, and extracting the target object. The first smart material used to realize these tasks is a shape-memory polymer, while the second is a polymer-based magnetic composite. In addition to the presentation and detailed implementation of the methodical approach, the potentials and behavior of the two smart materials are further examined and narrowed down as a result of the investigation. The results show that the developed methodical approach contributes to moving 4D printing closer toward a viable alternative to existing technologies due to its problem-oriented nature.
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.
Passive hybridization of battery cell and photovoltaic cell: modeling and experimental validation
(2017)
In dieser Bachelor-Thesis wird ein Verfahren zur Realisierung einer Glanzchrom-Optik auf additiv gefertigten Prototypen gesucht und projiziert. Dabei wird eine methodische Vorgehensweise zur Findung einer Lösung aufgezeigt. Es werden unterschiedliche Beschichtungsverfahren, die der momentane Stand der Technik zu bietet hat, auf ihre Tauglichkeit untersucht. Getestet wird dabei die Tauglichkeit von Leitlack, oder einer gesputterten Kupferschicht mit einem galvanischen Chrom, dem bedampfen mit Aluminium und der Reduktion von Silbernitrat. Die dabei erforderlichen Kriterien werden durch hauseigene Normen, sowie einen selbsterstellten Anforderungskatalog definiert. Das Ziel soll sein, eine kostengünstige, flexible Lösung zu finden, um zum einen von Dienstleistern unabhängig zu sein und zum anderen die Abteilung zu entlasten, in der spanend gefertigt wird. Bei den additiv gefertigten Prototypen handelt es sich um Anschauungsmuster für Besprechungen mit Designern und Konstrukteuren. Es werden keine Produkte für den Handel hergestellt.
Background/Purpose
Several methods are used to evaluate the outcome of total hip arthroplasty (THA), however, their relationship at different time points after surgery is unclear. The purpose of this exploratory study was to investigate correlations between self-report function, performance-based tests (PBTs) and biomechanical parameters in patients 12 months after THA.
Methods
Eleven patients were included in this preliminary cross-sectional study. Hip disability and Osteoarthritis Outcome Score (HOOS) was completed for self-reported function. As PBTs, the Timed-up-and-Go test (TUG) and 30-Second-Chair-Stand test (30CST) were used. Biomechanical parameters were derived from analyses of hip strength, gait and balance. Potential correlations were calculated using Spearman correlation coefficient r.
Results
HOOS scores and parameters of PBTs showed moderate to strong correlations (0.3 < r < 0.7). Correlation analysis between HOOS scores and biomechanical parameters revealed moderate to strong correlations for hip strength whereas correlations with gait parameters and balance were rather weak (r < 0.3). Moderate to strong correlations were also found between parameters of hip strength and 30CST.
Conclusion
For THA outcome assessment 12 months after surgery, our first results indicate that self-report measures or PBTs could be used. Analysis of hip strength also appears to be reflected in HOOS and PBT parameters and may be considered as an adjunct. Given the weak correlations with gait and balance parameters, we suggest that gait analysis and balance testing should be performed in addition to PROMs and PBTs as they may provide supplementary information, especially for THA patients that are at risk for falls.
Warmumformwerkzeuge unterliegen während des Betriebes komplexen thermischen und mechanischen Beanspruchungen. In kritischen Bereichen können dadurch lokal Spannungen entstehen, die die Fließgrenze überschreiten. Bei der Serienproduktion führt dies zu zyklischen plastischen Verformungen und zur thermomechanischen Ermüdung, welche die Lebensdauer der Warmumformwerkzeuge maßgeblich bestimmen kann. Zur Bewertung der thermomechanischen Ermüdung der Warmumformwerkzeuge gibt es jedoch heute keine etablierten Konzepte, da dieser Aspekt erst durch die Notwendigkeit einer höheren Ressourcen- und Energieeffizienz und optimierter Produktionsprozesse (beispielsweise im Rahmen von Industrie 4.0) eine höhere Aufmerksamkeit erreicht. In dieser Arbeit wird zum einen die aktuell industriell angewandte Vorgehensweise zur Auslegung von Warmumformwerkzeugen hinsichtlich der Lebensdauer erläutert. Des Weiteren wird ein Überblick über existierende Plastizitätsmodelle und Lebensdauermodelle gegeben. Dabei wird zwischen rein phänomenologischen und mechanismenbasierten Modellen unterschieden. Aus der betriebenen Recherche wird ersichtlich, dass weiterer Forschungsbedarf auf diesem Gebiet notwendig ist.
Hot work tools are subjected to complex thermal and mechanical loads during hot forming processes. Locally, the stresses can exceed the material’s yield strength in highly loaded areas as e.g. in small radii in die cavities. To sustain the high loads, the hot forming tools are typically made of martensitic hot work steels. While temperatures for annealing of the tool steels usually lie in the range between 400 and 600 °C, the steels may experience even higher temperatures during hot forming, resulting in softening of the material due to coarsening of strengthening particles. In this paper, a temperature dependent cyclic plasticity model for the martensitic hot work tool steel 1.2367 (X38CrMoV5-3) is presented that includes softening due to particle coarsening and that can be applied in finite-element calculations to assess the effect of softening on the thermomechanical fatigue life of hot work tools. To this end, a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is coupled with a cyclic plasticity model with kinematic hardening. Mechanism-based relations are developed to describe the dependency of the mechanical properties on carbide size and temperature. The material properties of the mechanical and kinetic model are determined on the basis of tempering hardness curves as well as monotonic and cyclic tests.
In this paper, the temperature dependent cyclic mechanical properties of the martensitic hot work tool steel 1.2367 after tempering are investigated. To this end, hardness measurements as well as monotonic and cyclic tests at temperatures in the range from room temperature to 650 °C are performed on material tempered for different tempering times and temperatures. To describe the observed time and temperature dependent softening during tempering a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is developed. Furthermore, mechanism-based as well as phenomenological relations for the cyclic mechanical properties of the Ramberg-Osgood model depending on carbide size and temperature are introduced. A good overall agreement of the measured and the calculated stress-strain hysteresis loops for different temperatures and heat treatments is obtained using the determined material properties of the kinetic and mechanical model.
Hot working tools are subjected to complex thermal and mechanical loads during service. Locally, the stresses can exceed the material’s yield strength in highly loaded areas. During production, this causes cyclic plastic deformation and thus thermomechanical fatigue, which can significantly shorten the lifetime of hot working tools. To sustain this high loads, the hot working tools are typically made of tempered martensitic hot work tool steels. While the annealing temperatures of the tool steels usually lie in the range of 400 to 600 °C, the steels may experience even higher temperatures during hot working, resulting in softening of the material due to changes in microstructure. Therefore, the temperature-dependent cyclic mechanical properties of the frequently used hot work tool steel 1.2367 (X38CrMoV5-3) after tempering are investigated in this work. To this end, hardness measurements are performed. Furthermore, the Institute of Forming Technology and Machines (IFUM) provides test results from cyclic tests at temperatures ranging from 20 °C (room temperature) to 650 °C. To describe the observed time- and temperature-dependent softening during tempering, a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is developed. In addition, both mechanism-based and phenomenological relationships for the cyclic mechanical properties of the Ramberg- Osgood model depending on carbide size and temperature are proposed. The stress-strain hysteresis loops measured at different temperatures and after different heat treatments can be well described with the proposed kinetic and mechanical model. Furthermore, the model is suitable for integration in advanced mechanism-based lifetime models. However, since the Ramberg-Osgood model is not suitable for finite element implementation, a temperature-dependent incremental cyclic plasticity model is presented as well. Thus, softening due to particle coarsening can be applied in the finite element method (FEM). Therefore, a kinetic model is coupled with a cyclic plasticity model including kinematic hardening. The plasticity model is implemented via subroutines in the finite element program ABAQUS for implicit integration (subroutine called UMAT) and explicit integration (subroutine called VUMAT). The implemented model is used for the simulation of an exemplary hot working process to assess the effects of softening due to particle coarsening. It shows that the thermal softening at high temperatures, which occur over a long time at a mechanically highly loaded area, has a great influence. If this influence is not considered in tool design, an unexpected tool failure might occur bringing the production to a standstill.
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.
Risiko und Sicherheit sind Begriffe, die nur im Zusammenhang mit dem Menschen gesehen werden können, wobei bei der Risikoabschätzung die Fragen beantwortet werden müssen, was passieren kann und was passieren darf. Ausgehend von der Vornorm DIN V 19250 wird im Detail auf folgende Punkte eingegangen: Risikoparameter, Schadensausmaß, Häufigkeit, Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich, Gefahrenabwendung, Eintrittswahrscheinlichkeit, Bewertung der Eintrittsmöglichkeiten von Ereignissen, Restrisikoverkleinerung, Vorhersage von Schadensereignissen einschließlich Störfallauslöser. Die Demonstration erfolgt an Beispielen aus der Chemie.
We present an improved quantification method for urethane found in spirits. The quantification is based on a derivatization reaction using cinnamaldehyde in combination with phosphoric acid. Measurements were carried out in the wavelength range from 445 to 460 nm using a diode-TLC device. An LED was used for illumination purposes. It emits very dense light at 365 nm. The quantification range of urethane is in the lower ng range. By applying 20 µL of sprits, the urethane quantification range is from 320 µg/L to 8.1 mg urethane per litre of spirit. The range of linearity covers nearly two magnitudes. The method is cheap, fast and reliable, and is able to monitor all European legislation limits without time-consuming sample pre-treatments.
BioPower
(2009)
Das Projekt BioPower ist eine Kooperation des Instituts für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg mit dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Es handelt sich um den Versuch, die im Körper vorhandenen Energiequellen sozusagen direkt anzuzapfen, um sie für technische Zwecke zu nutzen. Von den vielen bestehenden Möglichkeiten konzentriert sich die Forschung hier auf die Nutzung der Glukose im Blut, die auch sonst als Energieträger zur Versorgung der Zellen im Körper dient.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eines smarten Energiekonzepts für ein Bestandsquartier in Karlsruhe
(2023)
Die Transformation der Energieversorgung in Bestandsgebäuden ist für die Erreichung der Klimaziele im Gebäudesektor entscheidend. In einem modellhaften Quartiersprojekt in Karlsruhe-Durlach wird ein ‚smartes Energiekonzept‘, bestehend aus Wärmepumpen, Blockheizkraftwerk und PV-Anlagen mit lokalem Strom- und Wärmenetz umgesetzt und messtechnisch begleitet. Ziel ist dabei eine CO2-effiziente und wirtschaftliche Bereitstellung von Wärme und Strom.
In dem Artikel wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für das Wärme- und Stromcontracting auf Basis der realen Investitionskosten sowie der gemessenen und berechneten Energieflüsse durchgeführt. Die Wärmegestehungskosten hängen neben den Investitionskosten von den energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen ab. Mit ansteigender CO2-Steuer werden mittelfristig Wärmegestehungskosten erreicht, die unter denen konventioneller Energiesysteme liegen. Dadurch bietet das integrierte Energiekonzept ein breites Anwendungspotenzial für städtische Bestandsquartiere außerhalb von Fernwärme-Gebieten.
The DMFC is a promising option for backup power systems and for the power supply of portable devices. However, from the modeling point of view liquid-feed DMFC are challenging systems due to the complex electrochemistry, the inherent two-phase transport and the effect of methanol crossover. In this paper we present a physical 1D cell model to describe the relevant processes for DMFC performance ranging from electrochemistry on the surface of the catalyst up to transport on the cell level. A two-phase flow model is implemented describing the transport in gas diffusion layer and catalyst layer at the anode side. Electrochemistry is described by elementary steps for the reactions occurring at anode and cathode, including adsorbed intermediate species on the platinum and ruthenium surfaces. Furthermore, a detailed membrane model including methanol crossover is employed. The model is validated using polarization curves, methanol crossover measurements and impedance spectra. It permits to analyze both steady-state and transient behavior with a high level of predictive capabilities. Steady-state simulations are used to investigate the open circuit voltage as well as the overpotentials of anode, cathode and electrolyte. Finally, the transient behavior after current interruption is studied in detail.
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.
Höchste Korrosionsschutzanforderungen sind für bestimmte technische Produkte insbesondere im Offshore Anwendungsbereich, nach ISO 20340, zwingend zu erfüllen, um deren Funktion und Betriebssicherheit dauerhaft gewährleisten zu können. Bis heute werden viele dieser Produkte am Ende ihrer Wertschöpfungskette nass überlackiert, mit einer kompletten Kunststoffhaut, der Korrosionsschutz-Lackschicht, überzogen. Diese Lackierung ist unter anderem deshalb erforderlich, weil es im klassischen Maschinenbau, insbesondere in der Antriebstechnik, viele mechanische Schnittstellen gibt, die vor der endgültigen Produktmontage quasi metallisch blank bleiben müssen, um den erforderlichen und definierten geometrischen Oberflächenzustand nach Form und Lage als Pass- und Fügefläche zu gewährleisten. Eine dieser mechanischen Schnittstellen sind Schraubenverbindungen. Mit dem derzeit gültigen Regelwerk ist die Berechnung einer Schraubenverbindung mit Lackschichten in den Trennfugen oder auf der Kopf- und Mutternauflagefläche nicht möglich, da lackierte Bauteile in der derzeit geltenden VDI-Richtlinie 2230 nicht berücksichtigt sind. Nach einem Praxisbericht anhand von Stellantrieben für Industriearmaturen über deren Umstellung von Nasslackierung des Gesamtproduktes auf Pulverbeschichtung von Einzelteilen wird die experimentelle Validierung der Betriebs- und Funktionssicherheit von Schraubenverbindungen mit lackierten Bauteilen vorgestellt. Daraus resultierend wurde im März 2014 an der Hochschule Offenburg ein Forschungsprojekt gestartet, dessen Ziel es ist für die oben genannte Problemstellung einen systematischen Lösungsansatz zu erarbeiten. Künftig soll es Entwicklungsingenieuren und Konstrukteuren bereits in der Phase von Entwicklung und Konstruktion möglich sein Schraubenverbindungen mit lackierten Bauteilen zuverlässig zu berechnen und auszulegen oder diese in der Prototypenphase zuverlässig zu testen. Die letzten beiden Abschnitte geben den Lösungsansatz und den aktuellen Stand der Forschung wider.
Die Untersuchungen der Hochschule Offenburg zeigen, dass es durch organische Korrosionsschutzschichten im Kraftfluss von Schraubenverbindungen nicht zu einem verfrühten Abschalten der streckgrenzengesteuerten Schraubmontage kommt. Die fünf untersuchten Lacksysteme zeigten ein sehr unterschiedliches Reibverhalten, der Anzugsvorgang wurde jedoch zuverlässig bei Erreichen der Schraubenstreckgrenze beendet. Durch den ermittelten Drehmoment/Drehwinkelverlauf lässt sich das streckgrenzengesteuerte Anzugsverfahren als Analystetool einsetzen, wodurch für den jeweiligen Schraubfall auch Rückschlüsse auf anderen Anzugsverfahren getroffen werden können. Des Weiteren zeigte sich, dass Pulverlacksysteme widerstandsfähiger gegen die bei der Montage wirkenden Belastungen sind und eine Montage direkt auf Lack ermöglichen können.
Konstrukteure im Maschinenbau stehen häufig vor der Problemstellung, hochfest vorgespannte Schraubenverbindungen und einen durchgehenden Korrosionsschutz zu vereinen. Die einschlägigen Normen und Richtlinien bieten hierzu Stand heute keine ausreichende Hilfestellung. In diesem Beitrag werden an Versuchsblechen ermittelte Setzbeträge von maschinenbautypischen organischen Beschichtungssystemen unter Variation der Belastungshöhe und der Umgebungstemperatur präsentiert und mit in Bauteilversuchen gemessenen Vorspannkraftverlusten vergleichend bewertet.
Given the looming threats of climate change and the rapid worldwide urbanization, it is a necessity to prioritize the transition towards a carbon-free built environment. This research study provides a holistic digital methodology for parametric design of urban residential buildings with regard to the Mediterranean semi-arid climate zone of Morocco in the early design phase. The morphological parameters of the urban residential buildings, namely the buildings’ typology, the distance between buildings, the urban grid’s orientation, and the window-towall ratio, are evaluated in order to identify the key combinations of passive and active solar design strategies that determine the high energy performing configurations, based on the introduced Energy Performance Index (EPI), which is the ratio between solar BIPV production to maximum available installed BIPV capacity and the normalized thermal energy needs. Through an automated processing of 2187 iterations via Grasshopper, we simulate daylight autonomy, indoor thermal comfort and solar rooftop photovoltaic and building integrated photovoltaic (BIPV) energy potential. Then, we analyze the conflicting objectives of energy efficiency measures, active solar design strategies, and indoor visual comfort in the decision-making process that supports our goal of getting closer to net zero urban residential buildings. The digital workflow showed interesting trends in reaching a balanced equilibrium between performance metrics influenced by the contrasting impact of solar exposure on indoor daylight autonomy and thermal energy demand. Furthermore, the study’s findings indicate that it is possible to achieve an annual load match exceeding 66,56 % while simultaneously ensuring an acceptable visual indoor comfort (sDA higher than 0.4). The findings also highlight the important role of the BIPV system in shifting towards the net zero energy goal, by contributing up to 30 % of the overall solar energy output and covering up to 20 % of the yearly self-consumption. Moreover, the energy balance evaluation on an hourly basis indicates that BIPV system notably enhances the daily load cover factor by up to 5.5 %, particularly in the case of slab SN typology, throughout the different seasons. Graphical representations of the yearly, monthly and hourly load matches and the hourly energy balance of the best performing configurations provide a thorough understanding of the potential evolution of the urban energy system over time as a result of the gradual integration of active solar electricity production.
Das Projekt „Tilty“ befässt sich mit der Konstruktion eines Speed- Pedelecs. Dieses verfügt über eine Vorderachse mit 2 Rädern und Neigemechanismus. Hinten besitzt es ein Rad. Der Sitz dieses Fahrzeuges sollte ein Fahren in aufrechter Sitzhaltung ermöglichen. Dabei ist der Sitz auf derselben Höhe wie bei einem Auto, um im Straßenverkehr besser wahrgenommen werden zu können als bei einem Liegefahrrad. Ein Ziel dieser Arbeit war es, einen Sitz unter Berücksichtigung der Physiologie eines Menschen zu konstruieren. Die Position der Kurbel war ebenso ein zentrales Thema dieser Arbeit. Dabei spielte der sogenannte runde Tritt eine wichtige Rolle. Beide Komponenten mussten ebenfalls gemeinsam betrachtet werden um eine Aussage treffen zu können. Die Lenkung und damit die Position der Arme sind auch von Bedeutung. Die Konstruktion dieser Lenkung übernimmt eine Masterstudentin, daher ist die Lenkung nur ein Randthema. Eine Aussage über die Position der Arme konnte ebenfalls aufgrund der physiologischen Parameter getroffen werden.
The uncertain and time-variant nature of renewable energy results in the need to deal with peaks in the production of energy. One approach is to achieve a load shift and thereby help balancing the grid by using thermally Activated Building Systems (TABS). Control systems currently in place do not exploit the full potential of TABS. This paper reviews how Model Predictive Control can possibly reduce the fluctuations of the demand and supply of (renewable) energy as it enables the TABS to react to the dynamics of weather and its impact on the grid at any time.
Das Konzept der Thermoaktiven Bauteilsysteme (TABS) zur Heizung und Kühlung von Gebäuden gewinnt aufgrund seiner Kompatibilität mit erneuerbaren Energiequellen an Popularität. Die Steuerung von TABS und somit auch die Gewährleistung eines behaglichen Raumklimas erweist sich allerdings aufgrund der hohen Systemträgheit als komplex. Kurzfristige Witterungsänderungen sorgen für unerwünschte Raumtemperaturänderungen, die nur langsam korrigiert werden können. Bei Nichtwohngebäuden wie dem Regionalen Innovationszentrum für Energie (RIZ Energie) in Offenburg wird dieser Umstand durch die unregelmäßige Gebäudenutzung zusätzlich erschwert, da innere Wärmelasten stark variieren und nicht vorhersehbar sind.
Konventionelle TABS-Steuerungen können Störgrößen im TABS-Betrieb nur bedingt und zeitverzögert berücksichtigen, weswegen eine dauerhafte Gewährleistung des thermischen Komforts im Gebäude oft nicht erreichbar ist – dies ist auch am RIZ Energie der Fall. Als Lösung dient der Einsatz prädiktiver Steuerungsalgorithmen, die Störgrößen prognostizieren und den TABS-Betrieb dementsprechend anpassen können.
Diese Arbeit überprüft das Potenzial von intelligenten TABS-Steuerungsalgorithmen für den Einsatz am RIZ Energie anhand der Umsetzung mit einem digitalen Zwilling des Gebäudes. Dabei konnte unter Verwendung der Algorithmen und Berücksichtigung von inneren und äußeren Störgrößen im TABS-Betrieb ein verbessertes Raumklima simuliert werden. Infolgedessen konnte zudem der digitale Zwilling optimiert werden.
In dieser Bachelorarbeit wird mit Hilfe der Software RecurDyn ein generisches Simulationsmodell eines Trikes mit Neigemechanismus entwickelt. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Vorderachse des Trikes gelegt, diese wird zunächst in einem zweidimensionalen Modell erstellt und anschließend ins Dreidimensionale Modell übertragen. Die Parametrisierung erfolgt nach aktuellen Standards der Fahrzeugtechnik.
Zur Simulation sind Funktionen für den einstellbaren Neigewinkel, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und für den Lenkwinkel hinterlegt.
Außerdem werden Konzepte entwickelt, um bei Parameterstudien die Auslenkung des Federsystems in der Vorderachse, sowie den erreichbaren Lenkwinkel zu quantifizieren.
Phenolic compounds, such as flavonoids and phenolic acids, are very important substances that occur in various medicinal plants. They show different pharmacological activities which might be useful in the therapy of many diseases. Phenolic compounds have achieved an increasing interest over the last years because these compounds are easily oxidized and, thus, act as strong antioxidants. We present the chemiluminescence of different phenolic compounds measured directly on high-performance thin-layer chromatography LiChrospher® plates using the oxalic acid derivative bis(2,4,6-trichlorophenyl) oxalate (TCPO) in conjunction with H2O2. Our results indicate that chemiluminescence intensity increases with an ascending number of phenolic groups in the molecule. The method can be used to detect phenolic compounds in beverages like coffee, tea, and wine.
Das hocheffiziente Konzeptfahrzeug Schluckspecht VI (S6) hat im Sommer 2022 am Shell Eco Marathon als bestes Neufahrzeug abgeschlossen. Dennoch war die Reichweite von 560km/kWh nicht ausreichend, um sich gegen die anderen teilnehmenden Teams zu behaupten. Daher werden am Fahrzeug die Komponenten und Systeme ermittelt, welche das meiste Optimierungspotential bergen. Hierbei stechen besonders die Aerodynamik, die Motoransteuerung und die Rollreibung hervor. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit der aerodynamischen Optimierung. Zunächst gilt es herauszufinden, welche Bauteile explizit für die Aerodynamik ausschlaggebend sind. Die drei Komponenten, die maßgeblichen Einfluss haben sind: der Grundkörper, die Radkästen und die Fahrwerksflügel. Einen weiteren Einflussfaktor bergen die sich drehenden Räder, da diese jedoch weitestgehend umhaust sind, ist in dieser Hinsicht keine weitere Optimierung erforderlich. Zu Ermittlung der derzeitigen aerodynamischen Werte, vor allem cW, cWA und Geschwindigkeits- und Druckverteilung um das Fahrzeug, wird ein digitales Modell des S6 aufgebaut. An diesem Modell werden Simulationen durchgeführt, die idealisierte Kennwerte liefern. Parallel zur Simulation liefern Versuche am Fahrzeug reale Messdaten. Speziell dafür wird eine neue Versuchsmethode entwickelt: die Konstantfahrtuntersuchung. Bei dieser Untersuchung wird die Vortriebskraft des Fahrzeugs anhand des Motorstroms ermittelt, um so auf die Fahrtwiderstandswerte zu schließen. Zur Erhebung der Messdaten am Fahrzeug wird zudem ein für die Untersuchung angepasster Sensor entwickelt. Diese Untersuchungen liefern plausible Ergebnisse, die jedoch mit denen der Simulation schwer vergleichbar sind. Dies ist bedingt durch die erschwerten Randbedingungen bei der Durchführung der Versuche und beim Aufzeichnen der Messdaten auf der Teststrecke.
Die Hochschule Offenburg begleitet seit Juli 2006 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg und der HfT Stuttgart die solar unterstützte Klimatisierung der Festo AG & Co. KG in Esslingen. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „Solarthermie2000plus“ vom Bundesumweltministerium gefördert. Dabei wurde die bereits bestehende Adsorptionskälteanlage, die bisher mit Kompressorabwärme und Gaskesseln betrieben wurde, durch eine Solaranlage als drittem Wärmelieferanten ergänzt.
Kühlen im großen Stil
(2010)
Große Solaranlagen
(2008)
Während solare Kleinanlagen (bis 30m² Kollektorfläche) zur Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung weitgehend standardisiert und weit verbreitet sind, besteht bei Großanlagen, speziell bei den nicht ausschließlich zur Trinkwassererwärmung genutzten Anlagen, noch Entwicklungsbedarf. Eine Standardisierung der Anlagen ist in diesem Bereich auch nur bedingt möglich, da die Voraussetzungen für die Einbindung solcher Anlagen, insbesondere in bestehende Heizungsanlagen, sehr unterschiedlich und dementsprechend individuelle Anpassungen notwendig sind.
Trotzdem finden solare Großanlagen in vielen Fällen Anwendung. Neben der bereits erwähnten Nutzung zur Warmwasserbereitung werden sie heute auch als Kombianlagen zur zusätzlichen Heizungsunterstüzung, in Wärmenetzen, zur Kälteerzeugung mittels thermischer Kältemaschinen und zur Bereitstellung von Prozesswärme eingesetzt.
Die Anlagentypen unterscheiden sich zum einen in der hydraulischen Verschaltung und in den Bedingungen, unter denen die Solaranlage betrieben wird. Bei Trinkwasseranlagen sind zudem hygienische Vorkehrungen zu treffen, um ein Legionellenwachstum zu vermeiden. Ein bedeutender Unterschied ist außerdem das Temperaturniveau, bei dem die Solaranlagen betrieben werden müssen. Bei allen Anlagentypen sind zum Ausgleich des zeitlichen Versatzes von Solarertrag und Wärmeverbrauch Solarspeicher notwendig. Diese können bei Anlagen zur solaren Raumklimatisierung (Kühlung) kleiner ausfallen, da der größte Leistungsbedarf zeitlich nahezu mit der größten solaren Leistung zusammenfällt.
Die Hochschule Offenburg begleitet in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg die solar unterstützte Klimatisierung der Deutschen Telekom in Rottweil. Die Anlage wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens „Solarthermie2000plus“ vom Bundesumweltministerium gefördert. Inzwischen liegen erste Ergebnisse aus einem Langzeitmonitoring vor.
Große Solaranlagen
(2011)
Introduction The use of scaffolds in tissue engineering is becoming increasingly important as solutions need to be found for the problem of preserving human tissue, such as bone or cartilage. In this work, scaffolds were printed from the biomaterial known as polycaprolactone (PCL) on a 3D Bioplotter. Both the external and internal geometry were varied to investigate their influence on mechanical stability and biocompatibility. Materials and Methods: An Envisiontec 3D Bioplotter was used to fabricate the scaffolds. First, square scaffolds were printed with variations in the strand width and strand spacing. Then, the filling structure was varied: either lines, waves, and honeycombs were used. This was followed by variation in the outer shape, produced as either a square, hexagon, octagon, or circle. Finally, the internal and external geometry was varied. To improve interaction with the cells, the printed PCL scaffolds were coated with type-I collagen. MG-63 cells were then cultured on the scaffolds and various tests were performed to investigate the biocompatibility of the scaffolds. Results: With increasing strand thickness and strand spacing, the compressive strengths decreased from 86.18 + 2.34 MPa (200 µm) to 46.38 + 0.52 MPa (600 µm). The circle was the outer shape with the highest compressive strength of 76.07 + 1.49 MPa, compared to the octagon, which had the lowest value of 52.96 ± 0.98 MPa. Varying the external shape (toward roundness) geometry, as well as the filling configuration, resulted in the highest values of compressive strength for the round specimens with honeycomb filling, which had a value of 91.4 + 1.4 MPa. In the biocompatibility tests, the round specimens with honeycomb filling also showed the highest cell count per mm2, with 1591 ± 239 live cells/mm2 after 10 days and the highest value in cell proliferation, but with minimal cytotoxic effects (9.19 ± 2.47% after 3 days).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibration einer Kamera (110) unter Nutzung eines Bildschirmes (120), wobei der Bildschirm (120) eine Menge von Bildpunkten (122) aufweist und die Kamera (110) eine Vielzahl von Pixeln (112) zur Darstellung des Bildes nutzt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritten (a) Darstellen zumindest eines Bildwertes (BW) in zumindest einem Bildpunkt (122) des Bildschirms (120) basierend auf einer Bildwertzuweisung; (b) Erfassen des zumindest einen Bildwertes (BW) durch einen Pixel (112a) der Kamera (110); und (c) Bestimmen der Position des zumindest einen Bildpunktes (122) auf dem Bildschirm (120) basierend auf dem zumindest einen erfassten Bildwert (BW) und der Bildwertzuweisung.
Biofilme können in technischen Systemen zu Beschädigungen oder Beeinträchtigungen der Leistung des Systems führen. In der Humanmedizin können sie zu Infektionen an Kathetern und Implantat-oberflächen führen. Biofilme bilden sich an Phasengrenzflächen. Der erste Schritt in der Entstehung eines Biofilms ist die Bildung eines "Conditioning"-Films aus Substanzen des umgebenden Mediums. Ein zur Beschichtung von Implantaten eingesetztes Polymer ist Parylen C. Auf akustischen Oberflächenwellen, englisch: surface acoustic wave (SAW), basierende Sensoren zeigen bei Änderungen der Eigenschaften ihrer aktiven Oberfläche eine Änderung ihrer Resonanzfrequenz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde überprüft, ob sich SAW-Sensoren zur Echtzeitbeobachtung der Bildung von "Conditioning"-Filmen eignen. Als Vergleichssystem wurden Schwingquarze, englisch: quarz crystal microbalances (QCM), gewählt, da diese ebenfalls gravimetrischen Sensoren bereits zur Beoabachtung von "Conditioning"-Filmen eingesetzt werden. Sensoren beider Systeme wurden mit Parylen C beschichtet und jeweils mit drei relevanten Proteinen des menschlichen Blutplasmas beprobt. Es konnte gezeigt werden, dass sich auf akustischen Oberflächenwellen basierende Sensoren zur Beobachtug der Adsorption von Plasmaproteinen auf Parylen C eignen. Zudem konnten auf SAW-Sensoren reproduzierbar Charakteristiken in den Kurvenverläufen beobachtet werden, welche beim Vergleichssystems nicht sichtbar waren.
Quarz crystal microbalances allow the monitoring of the adsorption process of mass from a liquid to their surface. The adsorbed mass can be analysed regarding to its protein content using mass spectromety. To ensure the protein identification the results of several measurements can be combined. A high content QCM-D array was developed to allow up to ten measurements parallel. The samples can be routed inside the array distributing one sample to several chips. The fluidic parts were prototyped using 3D printing. The assembled array was tight and the sample routing function could be demonstrated. A temperature controller was developed and implemented. The parameters for the PID controller were determined and the controller was shown to be able to keep the temperature constant over long time with high accuracy.
Appraising the Methodological Quality of Sports Injury Video Analysis Studies: The QA-SIVAS Scale
(2023)
Background
Video analysis (VA) is commonly used in the assessment of sports injuries and has received considerable research interest. Until now, no tool has been available for the assessment of study quality. Therefore, the objective of this study was to develop and evaluate a valid instrument that reliably assesses the methodological quality of VA studies.
Methods
The Quality Appraisal for Sports Injury Video Analysis Studies (QA-SIVAS) scale was developed using a modified Delphi approach including expert consensus and pilot testing. Reliability was examined through intraclass correlation coefficient (ICC3,1) and free-marginal kappa statistics by three independent raters. Construct validity was investigated by comparing QA-SIVAS with expert ratings by using Kendall’s tau analysis. Rating time was studied by applying the scale to 21 studies and computing the mean time for rating per study article.
Results
The QA-SIVAS scale consists of an 18-item checklist addressing the study design, data source, conduct, report, and discussion of VA studies in sports injury research. Inter- and intra-rater reliability were excellent with ICCs > 0.97. Expert ratings revealed a high construct validity (0.71; p < 0.001). Mean rating time was 10 ± 2 min per article.
Conclusion
QA-SIVAS is a reliable and valid instrument that can be easily applied to sports injury research. Future studies in the field of VA should adhere to standardized methodological criteria and strict quality guidelines.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur biologischen Methanisierung von Kohlenstoffdioxid mittels methanogener Mikroorganismen durch Umsetzung von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid die Folgendes aufweist: (a) einen Reaktor; (b) ein in dem Reaktor bereitgestelltes Medium mit methanogenen Mikroorganismen; (c) eine Zuführeinrichtung zum Zuführen eines H2-enthaltenden Gases in das Medium; wobei (d) die Zuführeinrichtung eine Mehrzahl an Gasführungseinheiten umfasst, wobei jede der Gasführungseinheiten eine Mehrzahl an Begasungseinheiten aufweist, die jeweils eine Vielzahl an Auslassöffnungen zum Zuführen des H2-enthaltenden Gases in das Medium aufweist, wobei die Zuführeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass das Zuführen des H2-enthaltenden Gases durch sukzessive Beaufschlagung der Gasführungseinheiten erfolgen kann. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur biologischen Methanisierung von Kohlenstoffdioxid in einer Reaktorvorrichtung mittels methanogener Mikroorganismen als Teil eines in einem Reaktor bereitgestellten Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass ein H2-enthaltendes Gas über eine Mehrzahl an Gasführungseinheiten dem Medium zugeführt wird, wobei jede der Gasführungseinheiten eine Mehrzahl an Begasungseinheiten aufweist, die jeweils eine Vielzahl an Auslassöffnungen aufweisen, wobei das Zuführen des H2-enthaltenden Gases durch sukzessive Beaufschlagung der Gasführungseinheiten erfolgt. Dem H2-enthaltenden Medium kann nach Bedarf Kohlenstoffdioxid beigemischt werden.
Der für den Shell Eco-marathon entwickelte „Schluckspecht City“ soll als straßenzugelassene Variante weiterentwickelt werden. Dabei spielt das Verhalten des Fahrzeugs im Crashfall eine entscheidende Rolle. Um die Fahrzeugsicherheit zu überprüfen und zu optimieren, wurden Crashsimulationen des Aluminiumrahmens, angelehnt an Euro NCAP [3], durchgeführt. Beim simulierten seitlichen Pfahlaufprall trifft das Fahrzeug mit 29 km/h auf einen feststehenden Pfahl mit einem Durchmesser von 25,4 Zentimetern.
Seit 1998 nimmt die Hochschule Offenburg an dem von der Firma Shell ausgetragenen internationalen Energiesparwettbewerb Eco-Marathon teil. Ziel des Shell Eco-Marathons ist es, mit einem Ein-Mann-Fahrzeug so sparsam wie möglich zu fahren. Nachdem der Schluckspecht III im vergangenen Jahr den ersten Platz in der Kategorie Brennstoffzellenfahrzeuge erreichte, stellt sich das Forschungs- und Entwicklungsteam der Hochschule nun einer neuen Herausforderung: Nach nunmehr zehn Jahren Teilnahme in der Prototypen-Kategorie soll das Nachfolgefahrzeug der Schluckspecht City – beim Eco-Marathon im Mai 2009 auf dem Lausitzring erstmals in der anspruchsvolleren UrbanConcept-Klasse an den Start gehen. Während bei den Prototypen in Bezug auf automobiles Design nur minimale Beschränkungen auferlegt werden, orientieren sich die Fahrzeuge der UrbanConcept-Kategorie in Aussehen und Technik stärker an denen des normalen Straßenverkehrs.
Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Aktor, insbesondere für einen mobilen Roboter, mit einem geschalteten, zylindrischen Linearreluktanzmotor-Antrieb (21), bestehend aus einem hohlzylindrischen Stator (23), welcher am Innenumfang zwischen umlaufenden Statorzähnen (23a) vorgesehene umlaufende Nuten (23b) aufweist, in welchen Motorwicklungen (27a, 27b, 27c, 27’a, 27’b, 27’c) angeordnet sind, und einem innerhalb des Stators (23) koaxial vorgesehenen zylindrischen oder hohlzylindrischen Translator (25) mit am Außenumfang vorgesehenen, umlaufenden Translatorzähnen (25a), wobei der Stator (23) im Bereich der Statorzähne (23a) und der Translator (25) im Bereich der Translatorzähne (25a) aus einem ferromagnetischen Material bestehen. Erfindungsgemäß ist der Translator (25) über eine mechanische Vorrichtung zur Speicherung und Abgabe von kinetischer Energie (31) fest oder nur für einen vorbestimmten Bereich eines Bewegungsbereichs des Translators (25) mit dem Stator (25) gekoppelt.
Autonomous humanoid robots need high torque actuators to be able to walk and run. One problem in this context is the heat generated. In this paper we propose to use water evaporation to improve cooling of the motors. Simulations based on thermodynamic calculations as well as measurements on real actuators show that, under the assumption of the load of a soccer game, cooling can be considerably improved with relatively small amounts of water.
VDI Standard 4521: Status
(2016)
VDI Guideline 4521 Part 1: “Inventive problem solving with TRIZ: Part 1 – Fundamentals and definitions” has been published on 2015-04-01. The standard will sharpen the image of TRIZ, facilitate cooperation, and support studying and teaching. It is not a textbook but concisely summarizes basic assumptions of TRIZ and its terminology. It gives an overview on specific methods and tools which will be described in the following parts.
The process of establishing an industry standard for TRIZ has been initiated: VDI Guideline 4521 will cover TRIZ. Work is going on on the first part of the standard which will define and explain basic TRIZ vocabulary and notions. A first draft of a list of terms has been compiled by V. Souchkov and is currently being discussed at MATRIZ. The standardization committee consists of TRIZ specialists of various degrees together with TRIZ users from industry. It is working in close connection with MATRIZ. In parallel, translations for the elements of TRIZ terminology into several languages are being sought. According to schedule, work on the first part of the standard may be finished by July 2014 and may go into print by the end of the year.
A diode array HPTLC method for dequalinium chloride in pharmaceutical preparations is presented. For separation a Nano TLC silica gel plate (Merck) is used with the mobile phase methanol-7.8% aqueous NH(4)(+)CH(3)COO(-) (17:3, v/v) over a distance of 6 cm. Dequalinium chloride shows an R(F) value of 0.58. Pure dequalinium chloride is measured in the wavelength range from 200 to 500 nm and shows several by-products, contour plot visualized in absorption, fluorescence and using the Kubelka-Munk transformation. Scanning of a single track in absorption and fluorescence measuring 600 spectra in the range from 200 to 1100 nm takes 30s. As a sample pre-treatment of an ointment it is simply dissolved in methanol and can be quantified in absorption from 315 to 340 nm. The same separation can also be quantified using fluorescence spectrometry in the range from 355 to 370 nm. A new staining method for dequalinium chloride, using sodium tetraphenyl borate/HCl in water allows a fluorescence quantification in the range from 445 to 485 nm. The linearity range of absorption and fluorescence measurements is from 10 to 2000 ng. Sugar-containing preparations like liquids or lozenges with a reduced sample pre-treatment can be reliably quantified only in fluorescence. The total for the quantification of an ointment sample (measuring four standards and five samples), including all sample pre-treatment steps takes less than 45 min!
Die Untersuchungen wurden im Raumlufttechnischen Labor der Fachhochschule Offenburg zur Beurteilung der Effizienz der Schadstoffabfuhr unter Einhaltung der thermischen Behaglichkeit beim Einsatz verschiedener Luftführungssysteme- Quellauslaß, Deckendrallauslaß und Fußbodenauslaß- in Verbindung mit einer Kühldecke durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, daß keine signifikanten Vorteile für ein bestimmtes RLT-Konzept bestehen. Je nach Wahl der Randbedingungen der Untersuchungen liegen die erreichbaren Kühlleistungen innerhalb einer Systemkombination weiter auseinander als im Verhältnis zu den Vergleichssystemen. Insgesamt ist hinsichtlich der von beiden Systemen zusammen abgebbaren, maximalen Kühlleistung die Kombination Kühldecke mit Deckendralluftauslaß vorteilhaft.
Es wird ein zeitoptimiertes Scanning-Verfahren zur Leckortung an Reinraum-Filterdecken auf der Basis der Richtlinie VDI 2083 Bl. 3 vorgestellt. Aufgabe des Verfahrens ist, die Positionen in der Meßebene liegender Flächen mit dem Querschnitt der isokinetischen Sondenöffnung zu bestimmen. Dabei wird eine vorab zu bestimmende Wahrscheinlichkeit zugrundegelegt, bei der die mittlere auftretende Konzentration von Partikeln höher ist, als die nach VDI 2083 Bl.3 zulässige. Die Verhältnisse beim Sondendurchgang über einem Kontaminationsbereich werden unter Beachtung aller Randbedingungen berechnet, wobei der sich für die Leckerkennung ungünstigste Fall, der bei einer homogenen Verteilung der durch das Leck austretenden Partikel auf der nachzuweisenden Fläche liegt, angenommen wird. Der Sondendurchgang wird als Bewegungsablauf definiert, zeitlich bestimmt vom Eintritt der Sondenvorderkante in die Kontaminationsfläche bis zum Verlassen derselben mit der Sondenhinterkante. Als Ergebnis der Berechnungen werden Vorschubgeschwindigkeit der Sonde beim Scanverfahren, Flächenleistung des Scanverfahrens, Sondendurchgangszeit und Leckerkennungskriterium, ausgewiesen. (Otto)
Massiv- Heiz-/Kühldecken bestehen im wesentlichen aus in der tragenden Deckenkonstruktion eingegossenen Kunststoffrohren, die je nach Jahreszeit von Heiz- bzw. Kühlwasser durchströmt verden. Das instationäre Verhalten wurde mit dem Anlagen und Simulationsprogramm TRNSYS untersucht. Anhand ausgesuchter Ergebnisse können die Anforderungen an die notwendigen Regelkonzepte abgeleitet werden. Es eignen sich für derartige Systeme, insbesondere wegen ihrer großen Speicherfähigkeit und damit Trägheit, modifizierende selbstadaptierende Regler. Aufgrund der großen Trägheit der Massivdecke ist eine direkte außentemperaturgeführte Vorlauftemperaturregelung des Wasserstromes nicht sinnvoll. Es sollte ein selbstadaptierendes Regelsystem verwendet werden, das anhand der vorangegangenen Lastverläufe die Gebäudekonstante und damit das Speicherverhalten der Räume ermittelt. Damit der Regelaufwand reduziert werden kann, sollen mehrere Räume als Gruppe zusammengefaßt werden. Als weitere Größe für das Regelkonzept ist die Speichertemperatur am Ende der Ladezeit zu messen und in das Programm mit einzubinden.
Durch den Einsatz von Torschleieranlagen zwischen zwei Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen kann der Luftaustausch aufgrund freier Konvektion verhindert werden. Der Einfluß unterschiedlicher Betriebsfälle auf den Energieverbrauch und die thermische Behaglichkeit wurde im Labor untersucht. Die Effizienz von Torschleieranlagen wurde zusätzlich im Praxisbetrieb beim Einsatz an einer Kühlzelle überprüft. Bei diesem Anwendungsfall steht nicht die thermische Behaglichkeit sondern der Energieverbrauch, die Gefahr der Kühlguterwärmung und die der Eisbildung vor dem Kühlzelleneingang im Vordergrund.
Moderne strombetriebene Wärmepumpenanlagen sind im Hinblick auf die Umweltbilanz und die Jahresenergiekosten selbst gegenüber den effizientesten gasbefeuerten und ölbefeuerten Heizanlagen deutlich im Vorteil. Um diesen Vorteil auch in der Praxis zu erreichen, muss der Auswahl und Dimensionierung der Wärmepumpe einschliesslich der Wärmequelle besondere Beachtung geschenkt werden. Hinsichtlich des Temperaturniveaus bietet sich als Wärmequelle besonders das Erdreich an, beispielsweise durch Erdsonden erschlossen. Abhängig von den hydrogeologischen Rahmenbedingungen ist insbesondere auf die längenbezogene Wärmeentzugsleistung der Erdsonden zu achten. Hierfür hat das Ministerium für Umwelt und Verkehr des Landes Baden-Württemberg einheitliche Grundlagen für die Beurteilung und Bearbeitung geschaffen. Ausgehend von einer Wärmepumpenheizanlage, von der bereits Messungen vorliegen, wurde diese Anlage mit dem Simulationsprogramm TRNSYS nachgebildet und die wesentlichen Temperaturverhältnisse in verschiedenen Erdreichtiefen und Erdsondenabständen ermittelt. Mit diesen Erdreichtemperaturen werden mit Hilfe eines vereinfachten Energiebilanzverfahrens die Jahresarbeitszahlen ermittelt. Dabei zeigt sich, dass neben der Hydraulik der Heizanlage der Art der Trinkwassererwärmung besondere Bedeutung zukommt, da dies sich entscheidend auf die Jahresarbeitszahl und damit auch auf die mögliche Reduzierung des CO2-Ausstosses auswirkt.
Bei einem neuen Kühldeckensystem wird die Luft im Deckenhohlraum oberhalb der abgehängten Decke durch Konvektoren gekühlt, wobei die Wärmeübertragung ausschließlich durch freie Konvektion und Strahlung erfolgt. Die abgehängte Decke nimmt durch Strahlung und freie Konvektion Wärme aus dem darunterliegenden Büroraum auf und gibt sie über freie Konvektion an die Luft im Deckenhohlraum sowie durch Strahlung an die Begrenzungsflächen des Deckenhohlraumes ab. Die vom Kühlwasser durchströmten Rippenrohre nehmen ihrerseits Wärme aus der Luft im Hohlraum auf, die infolge der freien Konvektion durch die Rippenrohre strömt. Zur Aufnahme des bei starker Belastung und Dauerbetrieb anfallenden Kondensats ist unterhalb des Konvektors eine Kondensatauffangwanne angebracht. Mit dem von Rutsch erstellten Rechenprogramm ist es möglich, für verschiedenste Randbedingungen die Rippenrohre auf maximale Kühlleistung zu optimieren. Voraussetzung für die direkte Anwendung dieses Berechnungsverfahrens sind jedoch ungestörte An- und Abströmbedingungen der Luft am Konvektor. Neben der Optimierung der Rippenrohre auf Kühlleistung ist für den Aufbau der eigentlichen Decke die Luftströmung im Deckenhohlraum und die Austrittstemperatur aus den Konvektoren von entscheidender Bedeutung. Die maximale Kühlleistung der Rippenrohre kann nur erreicht werden, wenn alle Einzelrippenrohre nahezu gleichmäßig durchströmt werden und günstige Abströmverhältnisse vorhanden sind. Die Strömungsverhältnisse im Deckenhohlraum und innerhalb der Konvektoren wurden durch Rauch sichtbar gemacht und auf Video aufgezeichnet. Entscheidenden Einfluß auf die Temperaturverteilung an der Kühldecke haben die Breite des Konvektors, die Konstruktion der Kondensatauffangwanne, der Abstand der Konvektoren voneinander und der Konvektortyp. Direkt unterhalb der Kondensatauffangwanne beträgt die Temperaturdifferenz ca. 3 K. Der Temperaturgradient im Abströmbereich liegt bei ca. 0,2 bis 0,3 K/m.
In jüngster Zeit werden vermehrt größere thermische Solaranlagen zur Warmwassererzeugung und zur Heizungsunterstützung in größeren Mehrfamilienhäusern und Neubausiedlungen mit Einfamilien- bzw. Doppelhäusern eingesetzt. Während die hydraulische Einbindung der Solarenergie zur Heizungsunterstützung meist problemlos realisiert wird, entstehen bei der Warmwasserbereitung immer wieder Probleme hinsichtlich der Legionellenproblematik. Die Anforderungen im DVGW Arbeitsblatt W551, den gesamten Wasserinhalt der Vorwärmstufen einmal am Tag auf 60 Grad C zu erwärmen und damit zur Verminderung des Legionellenwachstums beizutragen, führen immer wieder dazu, daß durch fehlerhafte Konzepte, insbesondere im Bereich der hydraulischen Schaltungen in Verbindung mit den Regelkonzepten, der solare Deckungsgrad bei der Trinkwassererwärmung sehr gering bleibt. Anhand ausgewählter Ausführungsbeispiele wird die Problematik ausführlich behandelt und Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Abschließend werden funktionsgerechte Anlagentechniken verschiedener Ausführungsvarianten besprochen.
Durch den verstärkten Einsatz von EDV-Geräten an den Arbeitsplätzen in Büroräumen stiegen die flächenbezogenen inneren Kühllasten deutlich an. Für die Arbeitsplätze in Fensternähe müssen EDV-gerechte Lichtverhältnisse vorhanden sein. Es werden Versuchsergebnisse eines neu entwickelten Kühlkonvektors im Fensterbereich im Zusammenhang mit Innenjalousien vorgestellt. Dieser Kühlkonvektor eignet sich auch für den kombinierten Einsatz mit Kühldecken und raumlufttechnischen (RLT)-Anlagen, wie weitere Versuche bestätigen. Der Kühlkonvektor kann auch beim Ersatz von Induktionsgeräten angewandt werden, die z.B. nach dem 4-Leiter-Prinzip angeschlossen sind. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß mit der Kombination von Kühldecke, Kühlkonvektor und RLT-Anlage große flächenbezogene Kühllasten abgeführt werden können, ohne daß dadurch die thermische Behaglichkeit negativ beeinflußt wird. Der Luftstrom läßt sich auf das hygienisch bzw. auf das zur Entfeuchtung notwendige Maß reduzieren, wodurch sich die Betriebskosten senken. Der Anteil der drei Komponenten an der gesamten Kühllast beträgt im Mittel: 15 % RLT-Anlage, 15 % Kühlkonvektor und 70 % Kühldecke.
Rückenschmerzen sind ein weit verbreitetes Problem in der deutschen Gesellschaft. In der Mehrzahl der Fälle von Schmerzen im unteren Rücken ist es schwierig, eine spezifische nozizeptive Ursache zu finden. Aus vorherigen Studien ist bekannt, dass manuelles Heben eine Belastung für die Wirbelsäule darstellen kann. Die Geschwindigkeit der Hebebewegung spielt eine Rolle, ebenso wie Gewicht und Stabilität der Gelenke und Gliedmaßen.
Ziel dieser Arbeit ist die Analyse der Veränderungen in der Kinematik der Lendenwirbelsäule, der Hüfte und des Knies beim Heben von Lasten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Gewichten. Für diese Arbeit wurden die kinematischen Daten von insgesamt 79 Personen ausgewertet. Die Stichprobe bestand aus 20 asymptomatischen Frauen, 22 asymptomatischen Männern, 19 Frauen mit chronischen Rückenschmerzen und 18 Männern mit chronischen Rückenschmerzen. Die Daten wurden mit einem 3D-Bewegungsanalysesystem in Verbindung mit einem Set passiver Marker aufgenommen.
Es wurde kein signifikanter Effekt auf die mittleren maximalen Gelenkwinkel durch den Vergleich der geschlechtlich gemischten Gruppe mit Rückenschmerzen mit asymptomatischen Personen festgestellt, im Vergleich des Verhältnisses zwischen lumbaler Bewegung zu Beckenbewegungen (L/P-ratio) konnten signifikante Unterschiede ermittelt werden. Der Vergleich der Geschlechter zeigte signifikante Unterschiede für den lumbopelvinen Rhythmus. Für die Parameter Gewicht und Geschwindigkeit wurde kein signifikanter Effekt erfasst.
Die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit von Feldgeräten ist für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb prozesstechnischer Anlagen unerlässlich. Ein entscheidender Faktor ist die Widerstandskraft der Geräte gegen die herrschenden Umgebungsbedingungen. Durch Korrosionsschäden hervorgerufene Anlagenstillstände zeigen, dass diesem Thema nicht immer die notwendige Aufmerksamkeit gewidmet wird, obwohl die korrosionsbedingten wirtschaftlichen Schäden immens sind. Wie man mit dem Thema Korrosionsschutz ernsthaft umgehen kann, zeigt dieser Beitrag am Beispiel elektrischer Stellantriebe.
Rising societies’ demands require more sustainable products and technologies. Although numerous methods and tools have been developed in the last decades to support environmental-friendly product and process development, an interdisciplinary knowledge base of eco-innovative examples linked to the eco-innovative problems and solution principles is lacking. The paper proposes an ontology of examples for eco-friendly products and technologies assigned to the Inventive Principles (IPs) of the TRIZ methodology in accordance with the German TRIZ Standard VDI 4521. The examples of sustainable technologies and products build a database for sharing and reusing eco-innovation knowledge. The ontology acts as a tool for systematic solving of specific environmental problems in typical life cycle phases, for different environmental impact categories and engineering domains. Finally, the paper defines a future research agenda in the field of the TRIZ-based systematic eco-innovation.
Sweaty has already participated several times in RoboCup soccer competitions (Adult Size). Now the work is focused coordinating the play of two robots. Moreover, we are working on stabilizing the gait by adding additional sensor information. An ongoing work is the optimization of the control strategy by balancing between impedance and position control. By minimizing the jerk, gait and overall gameplay should improve significantly.
Enzyme‐assisted HPTLC method for the simultaneous analysis of inositol phosphates and phosphate
(2023)
Background
The analysis of myo‐inositol phosphates (InsPx) released by phytases during phytic acid degradation is challenging and time‐consuming, particularly in terms of sample preparation, isomer separation, and detection. However, a fast and robust analysis method is crucial when screening for phytases during protein engineering approaches, which result in a large number of samples, to ensure reliable identification of promising novel enzymes or target variants with improved characteristics, for example, pH range, thermal stability, and phosphate release kinetics.
Results
The simultaneous analysis of several InsPx (InsP1‐InsP4 and InsP5 + 6) as well as free phosphate was established on cellulose HPTLC plates using a buffered mobile phase. Inositol phosphates were subsequently stained using a novel enzyme‐assisted staining procedure. Immobilized InsPx were hydrolyzed by a phytase solution of Quantum® Blueliquid 5G followed by a molybdate reagent derivatization. Resulting blue zones were captured by DAD scan. The method shows good repeatability (intra‐day and intra‐lab) with maximum deviations of the Rf value of 0.01. The HPTLC method was applied to three commercially available phytases at two pH levels relevant to the gastrointestinal tract of poultry (pH 5.5 and pH 3.6) to observe their phytate degradation pattern and thus visualize their InsPx fingerprint.
Conclusion
This HPTLC method presents a semi‐high‐throughput analysis for the simultaneous analysis of phytic acid and the resulting lower inositol phosphates after its enzymatic hydrolysis and is also an effective tool to visualize the InsPx fingerprints and possible accumulations of inositol phosphates.
Phytases are widely used food and feed enzymes to improve phosphate availability and reduce anti-nutritional factors. Despite the benefits, enzyme usage is restricted by the harsh conditions in a gastrointestinal tract (pH 2–6) and feed pelleting conditions at high temperatures (60–90 °C). The commercially available phytase Quantum® Blue has been immobilized as CLEAs using glutardialdehyde and soy protein resulting in a residual activity of 33%. The influence of the precipitating agent, precipitant concentration, cross-linker concentration and cross-linking time, sodium borohydride as well as the proteic feeders gluten, soy protein and bovine serum albumin (BSA) has been optimized. The best conditions were 90% (v/v) ethyl lactate as precipitating reagent, 100 mM glutardialdehyde and a soy protein concentration of 227 mg/L with a cross-linking time of 1 h. The intrinsically stable phytase remained its high thermal stability and temperature optimum. The phytase-CLEA achieved a 425% increase of residual activity under harsh acidic conditions between pH 2.2 and 3.5 compared to the free enzyme. The free and immobilized phytase were deployed in an in vitro assay simulating the acidic conditions in the gizzard of poultry at pH 2. The hydrolysis of phytate was monitored using a novel high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) analysis and DAD scanner to study the InsPx fingerprint. All lower inositol phosphate pools (InsP1–InsP6) and free phosphate were separated and analyzed. The phytase-CLEA efficiently released 80% of the total phosphate within 180 min, whereas the free enzyme only released 6% in the same time under the same conditions.
Diese Arbeit widmet sich dem Anleger der aktuellen Maschinengeneration der HEIDELBERG Speedmaster XL 106, diese erreicht eine maximale Druckgeschwindigkeit von 21 000 bedruckten Bögen pro Stunde (Bg/h) und stößt bei einer Bedruckstoffdicke von 0,6 mm an ihre technischen Grenzen. Ein vollautomatisierter Auto-Non-Stopp-Wechsel (ANS-Wechsel) zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Bedruckstoffzufuhr an der Druckmaschine ist bei maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h oberhalb dieser Bedruckstoffdicke nicht mehr möglich. Es besteht die Forderung nach höheren Bedruckstoffdicken bei unverändert maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h und gleichzeitiger Gewährleistung eines sicheren ANS-Wechselvorgangs.
Im Zuge dieser Arbeit wird durch eine Analyse zahlreicher Kundenmaschinen eine präzise Zielsetzung definiert. Eine eingehende Untersuchung des vollautomatischen ANS-Wechselvorgangs zur kontinuierlichen Bedruckstoffversorgung der Druckmaschine folgt. Dieser Wechselprozess wird im Laufe der Arbeit in seine Einflussfaktoren aufgeschlüsselt, die anschließend schrittweise und methodisch bezüglich der Zielsetzung definiert werden. Dabei wird der technische Grenzbereich des aktuellen Systems identifiziert und erweitert. Als Ergebnis gilt es, die betroffenen Komponenten erneut auf ihre Auslegung zu überprüfen, da sie aufgrund dieses erweiterten Grenzbereichs möglicherweise höheren Belastungen ausgesetzt sind. Die Untersuchung zeigt, dass es Situationen gibt, in denen sicherheitsrelevante Komponenten unzulässig stark beansprucht werden. Daher werden Lösungskonzepte vorgestellt, um die geforderten technischen Grenzen und sicherheitstechnischen Anforderungen zu erfüllen.
Human interaction frequently includes decision-making processes during which interactants call on verbal and non-verbal resources to manage the flow of interaction. In 2017, Stevanovic et al. carried out pioneering work, analyzing the unfolding of moment-by-moment dynamics by investigating the behavioral matching during search and decision-making phases. By studying the similarities in the participant's body sway during a conversation task in Finnish, the authors showed higher behavioral matching during decision phases than during search phases. The purpose of this research was to investigate the whole-body sway and its coordination during joint search and decision-making phases as a replication of the study by Stevanovic et al. (2017) but based on a German population. Overall, 12 dyads participated in this study and were asked to decide on 8 adjectives, starting with a pre-defined letter, to describe a fictional character. During this joint-decision task (duration: 206.46 ± 116.08 s), body sway of both interactants was measured using a 3D motion capture system and center of mass (COM) accelerations were computed. Matching of body sway was calculated using a windowed cross correlation (WCC) of the COM accelerations. A total of 101 search and 101 decision phases were identified for the 12 dyads. Significant higher COM accelerations (5.4*10−3 vs. 3.7*10−3 mm/s2, p < 0.001) and WCC coefficients (0.47 vs. 0.45, p = 0.043) were found during decision-making phases than during search phases. The results suggest that body sway is one of the resources humans use to communicate the arrival at a joint decision. These findings contribute to a better understanding of interpersonal coordination from a human movement science perspective.
Relationships between External, Wearable Sensor-Based, and Internal Parameters: A Systematic Review
(2023)
Micro electro-mechanical systems (MEMS) are used to record training and match play of intermittent team sport athletes. Paired with estimates of internal responses or adaptations to exercise, practitioners gain insight into players’ dose–response relationship which facilitates the prescription of the training stimuli to optimize performance, prevent injuries, and to guide rehabilitation processes. A systematic review on the relationship between external, wearable-based, and internal parameters in team sport athletes, compliant with the PRISMA guidelines, was conducted. The literature research was performed from earliest record to 1 September 2020 using the databases PubMed, Web of Science, CINAHL, and SportDISCUS. A total of 66 full-text articles were reviewed encompassing 1541 athletes. About 109 different relationships between variables have been reviewed. The most investigated relationship across sports was found between (session) rating of perceived exertion ((session-)RPE) and PlayerLoad™ (PL) with, predominantly, moderate to strong associations (r = 0.49–0.84). Relationships between internal parameters and highly dynamic, anaerobic movements were heterogenous. Relationships between average heart rate (HR), Edward’s and Banister’s training impulse (TRIMP) seem to be reflected in parameters of overall activity such as PL and TD for running-intensive team sports. PL may further be suitable to estimate the overall subjective perception. To identify high fine-structured loading—relative to a certain type of sport—more specific measures and devices are needed. Individualization of parameters could be helpful to enhance practicality.
Da Perturbationen die Hauptursache für Stürze in der Ebene darstellen, befasst sich diese Studie mit der Erzeugung von Gangstörungen unter sicheren Laborbedingungen. Dies hat sich als nützliches Werkzeug im Bereich der Rehabilitation bewährt. Zunächst wurde ein Perturbationstest auf einem instrumentierten Laufband unter Verwendung von Matlab entwickelt. Anschließend wird dieser auf die Präzision und Wiederholbarkeit evaluiert. Hierfür wurden die Parameter Auslöseverzögerung, maximale Laufbandgeschwindigkeit und Abweichung der zu störenden Schritte untersucht sowie der Einfluss der Faktoren Plot, Ganggeschwindigkeit und Perturbationsintensität auf die Parameter bestimmt. Die Auslöseverzögerung liegt bei 0,24 ± 0,004 s und wird maßgeblich von dem Faktor Plot beeinflusst. Die maximale Laufbandgeschwindigkeit liegt bei 3,10 ± 0,03 m/s und wird signifikant von dem Faktor Störungsintensität beeinflusst. Die Abweichung der Schritte beträgt 3,9 ± 3,6 Schritte und wird stark von dem Faktor Plot beeinflusst. Die erreichten Werte sind für Studien mit normalen Ganggeschwindigkeiten und mittlerer Perturbationsintensität ausreichend. Für höhere Belastungen ist eine Überarbeitung des Matlab-Skripts erforderlich.
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.
Phosphate-based inorganic–organic hybrid nanoparticles (IOH-NPs) with the general composition [M]2+[Rfunction(O)PO3]2– (M = ZrO, Mg2O; R = functional organic group) show multipurpose and multifunctional properties. If [Rfunction(O)PO3]2– is a fluorescent dye anion ([RdyeOPO3]2–), the IOH-NPs show blue, green, red, and near-infrared fluorescence. This is shown for [ZrO]2+[PUP]2–, [ZrO]2+[MFP]2–, [ZrO]2+[RRP]2–, and [ZrO]2+[DUT]2– (PUP = phenylumbelliferon phosphate, MFP = methylfluorescein phosphate, RRP = resorufin phosphate, DUT = Dyomics-647 uridine triphosphate). With pharmaceutical agents as functional anions ([RdrugOPO3]2–), drug transport and release of anti-inflammatory ([ZrO]2+[BMP]2–) and antitumor agents ([ZrO]2+[FdUMP]2–) with an up to 80% load of active drug is possible (BMP = betamethason phosphate, FdUMP = 5′-fluoro-2′-deoxyuridine 5′-monophosphate). A combination of fluorescent dye and drug anions is possible as well and shown for [ZrO]2+[BMP]2–0.996[DUT]2–0.004. Merging of functional anions, in general, results in [ZrO]2+([RdrugOPO3]1–x[RdyeOPO3]x)2– nanoparticles and is highly relevant for theranostics. Amine-based functional anions in [MgO]2+[RaminePO3]2– IOH-NPs, finally, show CO2 sorption (up to 180 mg g–1) and can be used for CO2/N2 separation (selectivity up to α = 23). This includes aminomethyl phosphonate [AMP]2–, 1-aminoethyl phosphonate [1AEP]2–, 2-aminoethyl phosphonate [2AEP]2–, aminopropyl phosphonate [APP]2–, and aminobutyl phosphonate [ABP]2–. All [M]2+[Rfunction(O)PO3]2– IOH-NPs are prepared via noncomplex synthesis in water, which facilitates practical handling and which is optimal for biomedical application. In sum, all IOH-NPs have very similar chemical compositions but can address a variety of different functions, including fluorescence, drug delivery, and CO2 sorption.
A complete thermomechanical fatigue (TMF) life prediction methodology is developed for predicting the TMF life of cast iron cylinder heads for efficient heavy duty internal combustion engines. The methodology uses transient temperature fields as thermal loads for the non-linear structural finite-element analysis (FEA). To obtain reliable stress and strain histories in the FEA for cast iron materials, a time and temperature dependent plasticity model which accounts for viscous effects, non-linear kinematic hardening and tensioncompression asymmetry is required. For this purpose a unified elasto-viscoplastic Chaboche model coupled with damage is developed and implemented as a user material model (USERMAT) in the general purpose FEA program ANSYS. In addition, the mechanismbased DTMF model for TMF life prediction developed in Part I of the paper is extended to three-dimensional stress states under transient non-proportional loading conditions. The material properties of the plasticity model are determined for lamellar graphite cast iron GJL250 and vermicular graphite cast iron GJV450 from isothermal and non-isothermal uniaxial tests. The methodology is applied to obtain a TMF life prediction on two cast iron cylinder heads for heavy duty diesel engine applications made from both cast iron materials. It is shown that the life predictions using the developed methodology correlate very well with observed lives from two bench tests in terms of location as well as number of cycles to failure.
High temperature components in internal combustion engines and exhaust systems must withstand severe mechanical and thermal cyclic loads throughout their lifetime. The combination of thermal transients and mechanical load cycling results in a complex evolution of damage, leading to thermomechanical fatigue (TMF) of the material. Analytical tools are increasingly employed by designers and engineers for component durability assessment well before any hardware testing. The DTMF model for TMF life prediction, which assumes that micro-crack growth is the dominant damage mechanism, is capable of providing reliable predictions for a wide range of high-temperature components and materials in internal combustion engines. Thus far, the DTMF model has employed a local approach where surface stresses, strains, and temperatures are used to compute damage for estimating the number of cycles for a small initial defect or micro-crack to reach a critical length. In the presence of significant gradients of stresses, strains, and temperatures, the use of surface field values could lead to very conservative estimates of TMF life when compared with reported lives from hardware testing. As an approximation of gradient effects, a non-local approach of the DTMF model is applied. This approach considers through-thickness fields where the micro-crack growth law is integrated through the thickness considering these variable fields. With the help of software tools, this method is automated and applied to components with complex geometries and fields. It is shown, for the TMF life prediction of a turbocharger housing, that the gradient correction using the non-local approach leads to more realistic life predictions and can distinguish between surface cracks that may arrest or propagate through the thickness and lead to component failure.
Cast aluminum cylinder blocks are frequently used in gasoline and diesel internal combustion engines because of their light-weight advantage. However, the disadvantage of aluminum alloys is their relatively low strength and fatigue resistance which make aluminum blocks prone to fatigue cracking. Engine blocks must withstand a combination of low-cycle fatigue (LCF) thermal loads and high-cycle fatigue (HCF) combustion and dynamic loads. Reliable computational methods are needed that allow for accurate fatigue assessment of cylinder blocks under this combined loading. In several publications, the mechanism-based thermomechanical fatigue (TMF) damage model DTMF describing the growth of short fatigue cracks has been extended to include the effect of both LCF thermal loads and superimposed HCF loadings. This approach is applied to the finite life fatigue assessment of an aluminum cylinder block. The required material properties related to LCF are determined from uniaxial LCF tests. The additional material properties required for the assessment of superimposed HCF are obtained from the literature for similar materials. The predictions of the model agree well with engine dyno test results. Finally, some improvements to the current process are discussed.
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.
Vulnerabilitätsanalyse "Hitzestress und menschliche Gesundheit" am Beispiel der Stadt Reutlingen
(2020)
In diesem Modellprojekt wird das Schutzgut "Menschliche Gesundheit" insbesondere unter dem Gesichtspunkt der im Rahmen des globalen Klimawandels zu erwartenden Überhitzung der Städte ("städtische Hitzeinseln") betrachtet.
In der Großstadt Reutlingen ("Tor zur Schwäbischen Alb/112.500 EW) mit ihrer Pfortenlage am Rande der Schwäbischen Alb und der Höhenlage (400-800 m) sowie der Bebauungsdichte werden bis 2050 bzw. 2100 (Strategie zur Anpassung an den Klimawandel Baden-Württemberg - Vulnerabilitäten und Klimaanpassungsmaßnahmen, 2015) die massivsten Auswirkungen bezüglich Aufenthaltsbehaglichkeit und Gesundheitsfolgen in Reutlingen erwartet.
Der Untersuchungsschwerpunkt liegt im Wirkungsbereich Mensch-Siedlung, d.h. in der Betrachtung von empfindlichen Bevölkerungspopulationen (z.B. ältere Menschen) und hitzeempfindlichen Nutzungsstrukturen (z.B. verdichteten städtischen Siedlungsflächen). Insbesondere die bereits in der abgeschlossenen Gesamtstädtischen Klimaanalyse ermittelten überwärmten Areale ("hot spots") und die im Rahmen des Klimawandels für 2020-2050 zukünftig zu erwartende Hitzestressbelastung bei empfindlichen Bevölkerungsgruppen in Stadtquartieren und Funktionsbauten, stehen im Zenit der Untersuchung.
Dabei wird über das Kriterium Empfindlichkeit (Basis sind z.B. quartierbezogene Datenstrukturen von Älteren, Einrichtungen wie Krankenhäuser, Kinderpflegeeinrichtungen, Alten- Behinderten- und Pflegeheime) die zukünftige Hitzestress-Belastung für Reutlingen erarbeitet. Weiteres wichtiges Kriterium ist die Betroffenheit nach Standortsituation (Höhenlage, Durchlüftungsverhältnisse, Bioklima/PMV = Maß für die bioklimatische Behaglichkeit) und die Anzahl hitzestressgeplagter Menschen (Kinder, Kranke, Ältere). Insbesondere für das Szenarium 2020 bis 2050 (s. Strategie zur Anpassung an den Klimawandel Baden-Württemberg - Vulnerabilitäten und Klimaanpassungsmaßnahmen, 2015) werden objekt- bzw. einrichtungsbezogen (z.B. Altenpflegeeinrichtungen) sowie quartiersspezifisch (Stadtstrukturtypen) die Auswirkungen bzw. Verwundbarkeiten erarbeitet. Dieser objektspezifische (bauklimatische) Ansatz, die innovative Indikatorenbildung zur situativen kommunalen Anwendbarkeit auch über Reutlingen hinaus sowie der partizipative Ansatz mit Nichtregierungsorganisationen (NGO´s) begründet den Modellcharakter ("Reutlinger Modell") dieser Untersuchung. Das Modellprojekt bildet das zweite Modul in einem dreiteiligen Klimaanpassungskonzept für die Stadt Reutlingen.
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.