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- Fakultät Medien und Informationswesen (M+I) (bis 21.04.2021) (139)
- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (90)
- Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik (M+V) (49)
- Fakultät Wirtschaft (W) (44)
- Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik (E+I) (bis 03/2019) (16)
- INES - Institut für nachhaltige Energiesysteme (14)
- ivESK - Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik (12)
- CRT - Campus Research & Transfer (8)
- ACI - Affective and Cognitive Institute (6)
- IMLA - Institute for Machine Learning and Analytics (6)
Open Access
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- Open Access (113)
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Energie aus erneuerbaren Ressourcen ist nicht immer beliebig verfügbar. Je nach Jahreszeit und Witterung variiert beispielsweise die durch Solarparks oder Windkraftanlagen zur Verfügung gestellte Leistung. Durch den kontinuierlichen Ausbau der erneuerbaren Energien wird sich die Volatilität im Energiesystem in Zukunft immer stärker ausprägen. Die Industrie auf die sich ändernden Versorgungsstrukturen vorzubereiten und anzupassen ist eine große Herausforderung der nächsten Jahrzehnte. Unternehmen müssen zukünftig ihre Prozesse und Betriebsorganisation so gestalten können, dass sich der Energieverbrauch zumindest in Teilen flexibel an das volatile Energieangebot anpassen kann. Neben der Entwicklung von Technologien, Konzepten und Maßnahmen zur energetischen Flexibilisierung von industriellen Prozessen liegt ein zweiter Schwerpunkt zukünftiger Arbeiten auf der Entwicklung einer durchgängigen IT-Infrastruktur, mit der Unternehmen und Energieanbieter in Zukunft Informationen von der Produktionsmaschine bis zu den Energiemärkten bereitstellen und austauschen können. Dies führt zu einem Paradigmenwechsel im Betrieb industrieller Prozesse - weg vom kontinuierlichen und rein nachfragegetriebenen Energieverbrauch hin zum anpassbaren, energieflexiblen Betrieb industrieller Anlagen. Dieses Nachschlagewerk stellt die wichtigsten Ergebnisse der Forschung im Rahmen des Kopernikus-Projekts Synergie vor und verdeutlicht richtungsweisende Erkenntnisse für weitere Entwicklungen in dem noch jungen Feld der industriellen Energieflexibilität.
Die Möglichkeit zur digitalen Verbindung geographischer Orte mit Aufgaben, Herausforderungen oder Lernmaterialien hat eine Vielzahl von Anwendungen auch außerhalb der Mathematikbildung inspiriert. Dieser Beitrag stellt eine exemplarische Auswahl solcher Applikationen vor und versucht, die technischen, organisatorischen und konzeptionellen Gestaltungselemente zu systematisieren. Die Ausführungen sollen als Anregung bei der Anlage von Mathematiktrails sowie bei der Weiterentwicklung technischer Lösungen für den Lehreinsatz dienen.
„Die Reform kommt – stirbt das Netz?“ So titelte die Süddeutsche Zeitung bereits Mitte April 2019 in Bezug auf die sich anbahnende Urheberrechtsreform. Kaum ein anderes Rechtsgebiet ist derzeit so präsent in der Mitte der Gesellschaft angekommen und löst derart hitzige Diskussionen aus wie die anstehende Urheberrechtsreform durch den europäischen Gesetzgeber. Dabei ist es der Urheberrechtsreform in der Tat gelungen, einen ähnlichen Stellenwert für sich zu vereinnahmen wie die Einführung der lange gefürchteten Datenschutz-Grundverordnung im Jahr 2018.
Im Fokus der Debatte steht dabei insbesondere Artikel 13, der sich mittlerweile als Artikel 17 in der aktuellen Fassung der Richtlinie wiederfindet. Seine breite Aufmerksamkeit verdankt dieser dem Umstand, dass er die Meinungsfreiheit und die freie Netzkultur in erheblichem Maße einschränken könnte. Allerdings geht die gesamte Richtlinie des europäischen Gesetzgebers deutlich über Artikel 17 hinaus, sodass sich neben der breiten Bevölkerung auch weitere Adressaten ergeben, deren Rahmenbedingungen sich ändern werden.
Energietechnik
(2019)
Kurz und prägant werden die Energieumwandlungsprozesse dargestellt. Die Schwerpunkte reichen von der kompletten Beschreibung der nachhaltigen, erneuerbaren Energietechniken, über Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke sowie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungsanlagen bis hin zur Energieverteilung und zum Kyoto-Protokoll. Zu allen Kapiteln gibt es Aufgaben mit vollständigen Lösungen im Anhang. In der aktuellen Auflage sind die Grundlagen der Energiewandlung deutlich um verfügbare Energiequellen, Energieträger und den globalen Energiebedarf erweitert. Das Kapitel 19 wurde von seinem neuen Autor grundlegend neu gefasst und heißt nun „Marktliberalisierung und Energiewende“. Alle Kapitel wurden aktualisiert und die Inhalte didaktisch noch verständlicher dargestellt.
Ausgehend von eindimensionalen reibungsfreien Strömungen wird die Bernoulli-Gleichung und die Energiebilanz hergeleitet. Mit der Eulerschen Betrachtungsweise wird der Unterschied zwischen stationären und zeitabhängigen Strömungen verdeutlicht und an zahlreichen Beispielen angewandt. Die zweidimensionalen reibungsfreien und inkompressiblen Strömungen werden mit der Potenzialtheorie behandelt. Die Lösungseigenschaften werden am Beispiel der Zylinderumströmung ohne und mit Zirkulation aufgezeigt.
Electrolyte-gated transistors (EGTs) represent an interesting alternative to conventional dielectric-gating to reduce the required high supply voltage for printed electronic applications. Here, a type of ink-jet printable ion-gel is introduced and optimized to fabricate a chemically crosslinked ion-gel by self-assembled gelation, without additional crosslinking processes, e.g., UV-curing. For the self-assembled gelation, poly(vinyl alcohol) and poly(ethylene-alt-maleic anhydride) are used as the polymer backbone and chemical crosslinker, respectively, and 1-ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([EMIM][OTf]) is utilized as an ionic species to ensure ionic conductivity. The as-synthesized ion-gel exhibits an ionic conductivity of ≈5 mS cm−1 and an effective capacitance of 5.4 µF cm−2 at 1 Hz. The ion-gel is successfully employed in EGTs with an indium oxide (In2O3) channel, which shows on/off-ratios of up to 1.3 × 106 and a subthreshold swing of 80.62 mV dec−1.
Sweaty has already participated four times in RoboCup soccer competitions (Adult Size) and came second three times. While 2016 Sweaty needed a lot of luck to be finalist, 2017 Sweaty was a serious adversary in the preliminary rounds. In 2018 Sweaty showed up in the final with some lack of experience and room for improvements, but not without any chance. This paper describes the intended improvements of the humanoid adult size robot Sweaty in order to qualify for the RoboCup 2019 adult size competition.
Die Bedeutung internationaler Handelsabkommen nimmt immer weiter zu und verdeutlicht dabei die Wichtigkeit sowie Dringlichkeit internationaler Zusammenarbeit, insbesondere internationaler Wirtschaftsbeziehungen zwischen den einzelnen Nationen. Der Begriff „internationale Wirtschaftsbeziehung“ meint die Gesamtheit der die Landesgrenzen überschreitenden wirtschaftlichen Handlungen von Wirtschaftssubjekten sowie auch staatliche und überstaatliche Maßnahmen und Beziehungen. Bei der Welthandelsorganisation (WTO) sind beispielsweise 301 regionale Handelsabkommen verzeichnet. Anhand des aufgeführten Diagramms zeigt sich der verstärkte jährliche Anstieg der in Kraft getretenen Handelsabkommen.
Das vorliegende Buch richtet sich vorwiegend an Webentwickler und Webinteressierte. Zunächst wird ein Überblick über Digital Storytelling, seine Geschichte und die verschiedenen heutigen Ausprägungen gegeben. Dabei liegt der Fokus auf Digital Storytelling im Web auf Basis von Animation.
Besonders die Idee der scroll-activated animation als zeitgemäßes Konzept für das Storytelling wird in diesem Buch in den Mittelpunkt gestellt.
Als technische Möglichkeiten zur Umsetzung von Webanimationen werden CSS3, SVG und HTML5-Canvas vorgestellt und diese in der Folge detailliert beschrieben.
Im Rahmen eines umfangreich dokumentierten Demoprojekts wird intensiv auf die Konzeption einer scroll-actived animation basierten Website und deren technische Umsetzung mittels HTML5, CSS3, JavaScript/jQuery und ScrollMagic sowie die damit verbundenen Herausforderungen eingegangen. Dies erlaubt dem Leser das detaillierte Nachvollziehen der Erstellung und die davon abgeleitete Entwicklung eigener Projekte.
Der Inhalt des Buches
- Definition, Entwicklung und psychologische Wirkungsweisen
- Medienformen
- Digital Storytelling
- Animationen im Web
- Technische Umsetzung
Die Zielgruppen des Buches
- Konzepter
- Webentwickler
- Mediengestalter
- Studenten, Azubis
- Webinteressierte
Hochspannungs-Mischstrom-Übertragung (HMÜ) - Eine Ergänzung zu bestehenden Übertragungstechnologien?
(2019)
Bei der Mischstromübertragung wird einem Wechselstrom direkt ein Gleichstrom überlagert. Wechselstrom und Gleichstrom werden also auf dem gleichen Seil geführt.
Dadurch könnten die bereits bestehenden Drehstrom-Übertragungs-Strecken des Übertragungsnetzes genutzt werden.
Durch eine Aufschaltung des Gleichstromes auf vorhandene Freileitungen kann theoretisch bei kurzen Leitungen (<150km) bis zu 50% mehr Wirkleistung und bei großen Übertragungsstrecken (>300km) in etwa eine Verdopplung der übertragbaren Wirkleistung erwartet werden.
Theoretisch betrachtet ist die Mischstrom-Übertragung eine geometrische Addition aller Strom- und Spannungskomponenten, was zu einer Erhöhung der Leiter-Erde-Spannung führt, ohne dabei Einfluss auf die verkettete Spannung zu nehmen.
Außerdem wird die Übertragung von Blindströmen unnötig, da ein natürlicher Betrieb von Leitungen des HDÜ-Netzes empfehlenswert ist.
Die theoretischen Betrachtungen konnten mathematisch bewiesen und die technische Umsetzung mit einem 1:1000-Modellsystem demonstriert und bestätigt werden.
Wireless sensor networks have found their way into a wide range of applications, among which environmental monitoring systems have attracted increasing interests of researchers. Main challenges for these applications are scalability of the network size and energy efficiency of the spatially distributed nodes. Nodes are mostly battery-powered and spend most of their energy budget on the radio transceiver module. In normal operation modes most energy is spent waiting for incoming frames. A so-called Wake-On-Radio (WOR) technology helps to optimize trade-offs between energy consumption, communication range, complexity of the implementation and response time. We already proposed a new protocol called SmartMAC that makes use of such WOR technology. Furthermore, it gives the possibility to balance the energy consumption between sender and receiver nodes depending on the use case. Based on several calculations and simulations, it was predicted that the SmartMAC protocol was significantly more efficient than other schemes being proposed in recent publications, while preserving a certain backward compatibility with standard IEEE802.15.4 transceivers. To verify this prediction, we implemented the SmartMAC protocol for a given hardware platform. This paper compares the realtime performance of the SmartMAC protocol against simulation results, and proves the measured values are very close to the estimated values. Thus we believe that the proposed MAC algorithms outperforms all other Wake-on-Radio MACs.
Die Navier-Stokes Gleichungen bilden mit der Energiegleichung die Basis zur Beschreibung reibungsbehafteter Strömungen. Kennzahlen bilden die Grundlage der Ähnlichkeitsbetrachtungen und Modellgesetze. Lösungen werden für laminare und turbulente Strömungen ermittelt. Der Impulssatz dient zur Berechnung von Kraftwirkungen. Druckverluste bei Durchströmungen und Strömungswiderstände bei Umströmungen werden an Beispielen ermittelt. Die Grenzschichttheorie findet bei hohen Reynoldszahlen Anwendung.
Die Eigenschaften von Fluiden sind zur Beschreibung von Strömungsvorgängen mit den Erhaltungssätzen für Masse, Impuls und Energie notwendig. Für inkompressible Fluide wird die Grenze der Dichteänderung in Abhängigkeit der Machzahl angegeben. Die Rheologie behandelt die Fließeigenschaften der Fluide bei Deformationen in Strömungen. Die Viskosität tritt beim newtonschen Schubspannungsansatz auf. Das Verhalten von Druck und Dichte in der Hydro- und Aerostatik wird beschrieben.
Kaum eine Vorschrift aus jüngster Zeit ist wohl so umstritten wie die EU-Richtlinie 2019/790/EG des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates über das Urheberrecht und die verwandten Schutzrechte im digitalen Binnenmarkt, die einer Urheberrechtsreform in ganz Europa den Weg ebnet und vor allem eine gerechtere Entlohnung von Urhebern im Internetzeitalter bewirken soll. Mit Blick auf unsere heutige Zeit, die so schön als „digitales Zeitalter“ bezeichnet wird, dürfte sich gar nicht erst die Frage stellen, ob das Urheberrecht, wie wir es heute kennen, den Entwicklungen im Internet nicht mehr schritthalten kann und eine Reform dringend von Nöten ist. Mit der Richtlinie 2001/29/EG stammen die letzten Änderungen immerhin aus dem Jahr 2001 und demnach aus einer Zeit fernab von YouTube, Facebook, Twitter und anderer bekannter Social-Media-Riesen. Einer Zeit, in der dem deutschen Gesetzgeber gar nicht erst der Gedanke aufgekommen sein dürfte, dass es irgendwann möglich sein könnte, urheberrechtlich geschützte fremde Inhalte in Form von Texten, Bildern, Musik oder Videos auf vielfache Weise in Sekundenschnelle zu vervielfältigen und zu verbreiten wie es heutzutage weltweit in erheblichem Ausmaß geschieht. Niemals zuvor war es so einfach Urheberrechte zu verletzen, zumal Personen, die eine solche Rechtsverletzung begehen, in der Anonymität und Fülle des Internets schwer zu identifizieren sind und von negativen Folgen häufig verschont bleiben – zum Leidwesen der Urheber.
The Future of FDI: Achieving the Sustainable Development Goals 2030 through Impact Investment
(2019)
Publicized as a global call for action in 2015, the United Nations General Assembly passed a resolution on the Sustainable Development Goals 2030 (SDGs). Before issuing the SDGs in 2015, the United Nations Conference on Trade and Development (UNCTAD) has already identified in 2014, as part of their World Investment Report, that especially developing countries are facing an estimated USD 2.5 trillion funding gap annually in the efforts to achieve the SDGs. Yet, the investment opportunities and challenges for investors, when contributing to the closure of this funding gap while benefiting from its economic potential have not been widely discussed. Despite that Foreign Direct Investments (FDI) are a key driver to sustainable economic growth and prosperity of a nation, policies and a holistic framework linking the 2030 Agenda to actionable investment opportunities for private investors are missing. Furthermore, a global platform capturing, channeling and promoting investment projects aiming to achieve the SDGs through impact investment has not been established. Utilizing global financial resources more effectively while developing new approaches and tools to promote impact investments, which demonstrate the benefits for investors to tap into the funding gap of the 2030 Agenda, will have the potential to significantly shape and influence the future of FDI.
Die Kombination von Reibung und Kompressibilität wird bei der Rohrströmung, der Kugelumströmung und der laminaren und turbulenten Plattengrenzschicht untersucht. Das Auftreten von Verdichtungsstößen führt zur Stoß-Grenzschicht-Interferenz und auf den Tsien-Parameter. Die Mach-Reynoldszahl Ähnlichkeit in der Gasdynamik führt zur Abgrenzung der verschiedenen Strömungsbereiche. Resultate von Windkanaluntersuchungen sowie analytischen und numerischen Berechnungen werden für das Rhombusprofil und das NACA 0012 Profil analysiert.
The Humboldt Portal has been designed and implemented as part of an ongoing research project to develop an information system on the Internet to share the documents and rare books of Alexander von Humboldt, a 19th century German scientist and explorer, who viewed the natural world holistically and described the harmony of nature among the diversity of the physical world. Even after more than two centuries he is admired for his ability to see the natural world and human nature in the context of a complex network of relationships. The design and implementation of the Humboldt Portal are also oriented to support further research on Humboldt’s intellectual perspective.
Although all of Humboldt's works can be found on the internet as digitized documents, the complexity and internal inter-connectivity of his vision of nature cannot be adequately represented only by digitized papers or scanned documents in digital libraries.
As a consequence a specific portal of the Humboldt's documents was developed, which extends the standards of digital libraries and offers a technical approach for the adequate presentation of highly interconnected data.
Due to the continuous scientific and literary research, new insights and requirements for the digital presentation of Humboldt documents are constantly emerging, so that this article only provides a summary of the concepts realized at now. Consequently, the design and implementation of the Humboldt Portal is both: a consequence of a continuing research project and oriented to support more research on Humboldt´s intellectual holistic perspective, which was an anticipation to the System Approach of the last Century.
In den letzten Jahren sind verstärkt große Batteriespeichersysteme in der Mittel- und Hochspannungsebene in Deutschland installiert worden. Neben dem Einsatz für lokale Anwendungszwecke wie Eigenverbrauchsmaximierung oder Lastspitzenkappung sind seit 2016 etwa 250 MW aus Batteriespeichern für die Teilnahme am Markt für Primärregelleistung (PRL) präqualifiziert worden. Damit können bereits 40 % des aktuellen Bedarfs der deutschen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gedeckt werden. Für einen zuverlässigen Betrieb von Batteriespeichern sind intelligente Betriebsstrategien erforderlich, die im Rahmen dieser Analyse vorgestellt werden.
In der Tiefengeothermie spielen – unter den jeweiligen geologischen Rahmenbedingungen – thermische, hydraulische, chemische und mechanische (THCM-) Prozesse eine grundlegende Rolle hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Nachhaltigkeit einer geothermischen Nutzung. Die Etablierung einer neuen Technologie wird sich darüber hinaus ohne Akzeptanz in der Bevölkerung mittel- und langfristig nicht behaupten können. Deshalb bilden Transparenz (z.B. Überwachung der induzierten Seismizität) und ein Transfer von Ergebnissen der Geothermie-Forschung in die Öffentlichkeit wesentliche Grundlagen zur Schaffung einer hinreichenden Akzeptanz der Tiefengeothermie.
Das Verbundprojekt GEO.Cool von Partnern im Landesforschungszentrum Geothermie (LFZG) hat zum Ziel, Möglichkeiten sowie Grenzen der Kühlung mit oberflächennaher Geothermie in interdisziplinärer Arbeit zu erheben und daraus Impulse für Innovationen in diesem Bereich zu gewinnen.
Das Vorhaben ist in die folgenden sechs Arbeitspakete (AP) gegliedert:
AP 1: Bedarfe und Systemaspekte
AP 2: Systemtechnik und Planung von Anlagen zur Kühlung mit oberflächennaher Ge-othermie
AP 3: Analyse von Best-Practice-Beispielen
AP 4: Thermisches und hydrogeologisches Verhalten des Untergrunds
AP 5: Genehmigungspraxis und Grenzwerte
AP 6: Synopse, Innovationspotenzial und Transfer.
Das Projekt hat eine Laufzeit vom 23.01.2017 bis zum 30.09.2019 (Förderzeitraum für alle Arbeitspakete und Projektpartner).
Für Verkehrsunternehmen stellt die Erprobung neuer Technologien eine große Herausforderung dar.
Sowohl Wasserstoff-Busse als auch Batterie-Busse können ihren Beitrag zur Umstellung des ÖPNV auf emissionsfreie Mobilität leisten. Je nach Anwendungsmuster können sich beide Technologien gut ergänzen und zu einem volkswirtschaftlichen Optimum führen. Es gilt, die Technologien im realen Umfeld zu erproben, um praxisnahe Erfahrung zu sammeln und dabei Mitarbeiter auszubilden, ohne die Qualität des Betriebes zu gefährden. Bei der aktuellen Kostenlage sehen beide Technologien ihre Einführung in den Betrieb mit Mehrkosten im Vergleich zu der aktuellen Diesel-Lösung verbunden.
Bei einer Batterie-basierten Lösung mit Pantograph-Schnellladung sind kürzere Linien gute Kandidaten für eine elektrische Umstellung ohne Auswirkungen auf die Größe der Busflotte. Auch Liniensysteme beliebiger Länge mit Knotenpunkten in regelmäßigen Abständen ermöglichen eine gemeinsame Nutzung der Ladeinfrastruktur und stellen somit reduzierte Aufbaukosten der Ladeinfrastruktur in Aussicht. In diesem Fall sind aber auch Fahrplanmanagement-Aspekte hinsichtlich der Ladezeit am Pantograph mit zu berücksichtigen, die nicht Bestandteil dieser Studie gewesen sind. Allgemein lassen die Kosten-Prognosen für Batterie und Batterie-elektrische Fahrzeuge eine signifikante Kostenreduzierung bis 2030 erkennen, die in manchen Konfigurationen zur Kostenparität und sogar geringeren Kosten als mit der Diesel-Variante führen würde.
Anders als für Batterie-Busse stellt die Linien-Konfiguration keinen wirtschaftlichen Einflussfaktor auf den Betrieb von Wasserstoff-Bussen dar. Die derzeitige Reichweite der H2-Busse reicht aus, um die zu erwartende tägliche Fahrleistung zu decken. Bei der Wasserstoffmobilität sind aber die Versorgungsinfrastruktur und die damit verbundenen Kraftstoffkosten von entscheidender Bedeutung. Ihr Aufbau ist mit hohen Investitionskosten und gesetzlichen Verpflichtungen verbunden (BImSchG, BetrSichV), die für eine erste Erprobung der Technologie im kleinen Maßstab eine Hürde für Verkehrsunternehmen darstellen könnte. Die H2 Mobility Deutschland bietet die Möglichkeit an, 700 bar Tankstellen mit einem 350 bar Modul zu erweitern, das die tägliche Versorgung von ca. 6 Bussen ermöglicht. Mit begrenzten Risiken für die Verkehrsunternehmen bietet es sich daher an, die H2 Mobilität auf eine limitierte Busflotte zu erproben. Da der Aufbau des H2-Mobility Deutschland Tankstellennetzes eine Lücke in Offenburg und Umgebung aufweist, wäre es vorstellbar, an der Errichtung einer solchen Tankstelle zu arbeiten, die die Betankung und Erprobung von Wasserstoff-Bussen ermöglicht. Auf längerer Sicht ist die Sicherstellung einer gut platzierten zuverlässigen und nachhaltigen Wasserstoffquelle von entscheidender Bedeutung. Derzeit liegen vorhandene Wasserstoffquellen in mehr als 100 km Entfernung. Eine Nutzung der Wasserkraft des naheliegenden Rheins erscheint durchaus sinnvoll, sowohl aus wirtschaftlichen als auch aus umwelttechnischen Gründen (erneuerbarer Strom, Stromkostenreduzierung durch Eigenversorgung, kürzere Transportwege, möglicher Nutzen für die Eurometropole Straßburg).
Es lässt sich festhalten, dass für die Region Offenburg zunächst die Erprobung beider Technologien, der Elektromobilität als auch der Wasserstoffmobilität, empfohlen wird. Es sollte zeitnah in den Erfahrungsaufbau in beide Technologien investiert werden. Zudem sollte bei der Elektromobilität das Flottenmanagement untersucht und evaluiert werden und bei der Wasserstoffmobilität die Möglichkeiten der Kooperation für den Aufbau der Wasserstofftankstelle. Im Rahmen der nächsten Ausschreibungsrunde für den öffentlichen Nahverkehr in Offenburg wird empfohlen, diesen emissionsfrei auszuschreiben. Es ist absehbar, dass aus Kostengründen (Kostenparität der Elektromobilität mit der Dieselvariante) als auch aus Gründen der Anforderung bzgl. der Emissionsgrenzwerte der ÖPNV emissionsfrei umgesetzt werden sollte.
Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Rohrleitung, insbesondere der Position eines Abzweigs einer Abwasserrohrleitung,(a) bei dem ein Schallwellensendesignal (S, S') an einem vorgegebenen Einspeisepunkt in die Rohrleitung (1) eingespeist wird und sich in axialer Richtung der Rohrleitung (1) ausbreitet,(b) wobei das Frequenzspektrum des Schallwellensendesignals (S, S') eine Frequenzkomponente oder einen Spektralbereich aufweist, dessen maximale Frequenz kleiner ist als die untere Grenzfrequenz (f) für die erste Obermode,(c) bei dem innerhalb der Rohrleitung (1) reflektierte Anteile (S, S, S, S', S', S') des Schallwellensendesignals (S, S') als Schallwellenempfangssignal (E, E') detektiert werden, und(d) bei dem die Rohrleitung (1) durch eine Auswertung des Schallwellenempfangssignal (E, E') in Bezug auf das Schallwellensendesignal (S, S') hinsichtlich des Vorhandenseins von Schallwellenreflexionen (S, S, S, S', S', S') verursachenden Reflexionsorten entlang der Rohrleitung (1) untersucht wird,(e) wobei mittels der Auswertung des Schallwellenempfangssignals (E, E') zumindest jeweils der Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,(f) dass die Schallgeschwindigkeit (c) der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) unter Verwendung eines Schallwellenmesssignals ermittelt wird, welches eine Frequenz oder ein Frequenzspektrum aufweist, bei dem das Schallwellenmesssignal innerhalb der Rohrleitung (1) mit ausreichender Genauigkeit als ebene Schallwelle behandelt werden kann, wobei hierzu die Laufzeiten des Schallwellenmesssignals über eine vorbekannte Strecke (L) in beiden Richtungen gemessen wird,(g) dass die so ermittelte Schallgeschwindigkeit (c) einer ebenen Schallwelle gleich der tatsächlichen Schallgeschwindigkeit der Grundmode bei der aktuellen Temperatur innerhalb der Rohrleitung (1) gesetzt wird, und(h) dass die so bestimmte Schallgeschwindigkeit zur Bestimmung des Abstand (I) eines Reflexionsortes von dem Einspeisepunkt verwendet wird.
Ziel der Thesis war zuerst eine kurze Literatur-Recherche und eine Einarbeitung in die Automatisierungstechnik (insbesondere in Robotik, speicherprogrammierbare Steuerungen, Bildverarbeitung und Kommunikationsmöglichkeiten), dann die Konzeption und der Aufbau eine Schulungszelle, mit der die Studenten in die Praxis umsetzen können, was sie im Labor gelernt haben und am Ende die Herstellung von Schulungsunterlagen.
Dafür wurde eine mehrstufige Lösung ausgewählt und betrachtet. Diese Lösung besteht in erster Linie in der Erforschung über die verschiedenen verfügbaren Komponenten. das heißt, die Bedienung und die Programmierung eines Universalroboters(UR5e), einer Sensopart-Kamera, eines Wago-PLC mit der Festo Pick-Place didaktisch Station und natürlich die Steuerung ihrer verschiedenen Software zu beherrschen. Dann folgen die Konzeption und der Aufbau der Schulungszelle, die Programmierung einer didaktischen Applikation, die den Studenten als Beispiel dient, und schließlich die Erstellung einer Anleitung dieser Applikation.
Konzeption, Implementierung und Bewertung einer Progressive Web App unter Verwendung des MEAN-Stacks
(2019)
In der modernen Webentwicklung dreht es sich schon lange nicht mehr um die Programmierung von statischen Webseiten. Seit der Einführung der Smartphones
wächst die Anzahl der Apps, Bildschirmgrößen und Betriebssysteme. Entwickler haben einen hohen Aufwand, für jedes Betriebssystem eine App zu entwickeln. Hier
kommen Progressive Web Apps ins Spiel, sie kombinieren das Beste aus nativen Anwendungen und dem Web. Durch nur eine Codebasis, sollen sie auf jedes Endgerät
ausgeliefert werden können. Ob es sich bereits lohnt auf dieses neue App-Modell zu setzen, soll diese Thesis anhand einer Demo-Applikation aufzeigen.
The core logging and tracing facility in Windows operating system is called Event Tracing for Windows (ETW).
Data sources providing events for ETW are instrumented all over the operating system.
That means most hard- and software assets in a Windows system are instrumented with ETW and so are able to contribute low-level information.
ETW can be used by developers and administrators to get low-level information about operating system's activity.
We describe existing tools to interact with the ETW faciltity and evaluate them based on defined criteria.
Based on relevant application scenarios, we show the richness of informational content for debugging or detecting security incidents with ETW.
The widely used instrumentation of ETW in the operating system and its application results also in security risks according to confidentiality.
Based on common ETW providers we show the impact to confidentiality what ETW offers an adversary.
At the end we evaluate solutions and approaches for a customizable telemetry infrastructure using ETW in large-scale environments.
Im Datenbankenlabor der Fakultät M+I wurde ein neuer Laborversuch implementiert. Ziel war es die dokumentenorientierte Datenbank MongoDB so zu adressieren, dass Studenten und Studentinnen den Umgang mit diesem System erlernen können. Dazu wurden die wichtigsten Merkmale und Eigenschaften des Systems zusammengetragen und in einem Laborversuch zusammengefasst. Zugleich sollte der administrative Aufwand zur Durchführung des Laborversuches einfach sein. Deshalb wurde das Containersystem Docker verwendet, um die MongoDB auf dem Server zu installieren und adressieren zu können.
Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Evaluation einer Simulationssoftware anhand unterschiedlichen Roboterkinematiken sowie einer virtuellen Inbetriebnahme einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mittels OPC-UA-Kommunikation.
Für die Evaluation der Simulationssoftware wurden drei Roboter verschiedener Hersteller, die die gleiche Aufgabe erfüllen, mit der Simulationssoftware Visual Components simuliert und anschließend in einer realen Umgebung getestet. Für die virtuelle Inbetriebnahme einer SPS mittels OPC-UA-Kommunikation wurde eine virtuelle SPS-gesteuerte Roboter-Fertigungslinie implementiert.
Ergebnis dieser Arbeit sind detaillierte Einarbeitung in die Simulationssoftware Visual Components, strukturierte Offline und Online Roboterprogrammierung und somit Auswertung der Simulationssoftware anhand unterschiedlicher Roboterkinematiken. Bewertung des Datenaustauschs (via OPC-UA) zwischen einer SPS und der Simulationssoftware Visual Components.
In dieser Arbeit wird die Funktionsweise, Standardisierung und Verwundbarkeit der Technologien RFID und NFC behandelt. Es wird gezeigt welche Angriffe existieren und wie man sich dagegen schützen kann. Es wird ein Überblick über einige in der Praxis verwendete Protokolle sowie deren Sicherheit gegeben. Außerdem werden grundlegende Fragen beantwortet, die man sich bei Auseinandersetzung mit dieser Technologie stellt (z.B. Reichweiten).
Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) sind zwei der großen Schlüsseltechnologien zur Automatisierung intelligenten Verhaltens mit einer großen Anzahl von Anwendungsbereichen. Neben dem Einsatz von Servicerobotern, autonomen Fahrzeugen und intelligenten Suchmaschinen erschließen sich nach und nach weitere Einsatzfelder dieser jungen Wissenschaft. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, zu prüfen, ob ein beispielhaftes Problem aus der IT-Security für die Bearbeitung durch maschinelle Lernverfahren geeignet ist, ein entsprechendes Open-Source Toolkit, das JMLT (Java Machine Learning Toolkit) zu dessen Bearbeitung zu entwickeln und mit diesem das Problem zu bearbeiten und die erhaltenen Ergebnisse auszuwerten, um letztendlich die Beantwortung der Eingangsfrage zu verifizieren.
Mit dieser Arbeit entsteht ein frei zugängliches, umfangreiches Open-Source Toolkit, dass jedem Interessierten zur freien Verfügung gestellt wird. Dieses bietet eine ganze Palette an Möglichkeiten, Daten zu verarbeiten, zu modifizieren, mit verschiedenen Methoden des maschinellen Lernens zu bearbeiten und die Ergebnisse grafisch anzuzeigen. Die Mächtigkeit dieses Toolkits wird sich im Laufe dieser Arbeit ergeben. Zur Verwendung sind grundlegende Java-Kenntnisse notwendig.
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Integration von Storytelling in der Unternehmenskommunikation mittelständischer Unternehmen und analysiert, welche Bedeutung dem Einsatz von Storytelling zur Lead-Generierung, zugesprochen werden kann. Dabei wird die Wirkungsweise von Storytelling näher betrachtet und mit dem unternehmerischen Nutzen in Verbindung gebracht.
Die Arbeit bietet einen Überblick über die Kommunikationsabläufe eines Unternehmens und nimmt den Leadgenerierungsprozess unter die Lupe. Unter Berücksichtigung der besonderen Rahmenbedingungen, die sich für mittelständische Unternehmen ergeben, werden Berührungspunkte und Zusammenhänge erarbeitet, die eine Integration von Storytelling in den Leadgenerierungsprozess ermöglichen. Die Betrachtung der Rolle von Storytelling, sowohl auf der operativen als auch auf der strategischen Ebene, verdeutlicht dabei die unterschiedlichen Integrationsstufen, die sich für den Storytelling-Einsatz ergeben können. Ein abschließender Ausblick, bei dem die Herausforderungen des Mittelstandes erörtert werden, soll auf die Bedeutung des Storytellings in der nahen Zukunft eingegangen werden.
We present a novel approach that utilizes BLE packets sent from generic BLE capable radios to synthesize an FSK-(like) addressable wake-up packet. A wake-up receiver system was developed from off-the-shelf components to detect these packets. It makes use of two differential signal paths separated by passive band-pass filters. After the rectification of each channel a differential amplifier compares the signals and the resulting wake-up signal is evaluated by an AS3933 wake-up receiver IC. Overall, the combination of these techniques contributes to a BLE compatible wake-up system which is more robust than traditional OOK wake-up systems. Thus, increasing wake-up range, while still maintaining a low energy budget. The proof-of-concept setup achieved a sensitivity of -47.8 dBm at a power consumption of 18.5 uW during passive listening. The system has a latency of 31.8 ms with a symbol rate of 1437 Baud.
Thomas Breyer-Mayländer zeigt in diesem essential, wie Probleme sowohl bei der Rekrutierung von Kandidatinnen und Kandidaten für unterschiedliche Ämter als auch bei der Akquisition von Nachwuchskräften in Kommunalverwaltungen mithilfe einer klaren inhaltlichen Botschaft in Verbindung mit gezielten Kommunikations- und Partizipationsmaßnahmen reduziert werden können. Dabei kommt es neben einer gezielten Planung von PR- und Werbemaßnahmen auch auf die kreative Erschließung und Nutzung eigener, kommunaler Kommunikationskanäle an. Der Autor verdeutlicht, dass neben den Kommunikationsmaßnahmen auch aktivierende Formate der Beteiligung die gegenseitige Wahrnehmung von Bürgerinnen und Bürgern sowie Kommune/Kommunalpolitik verändern. Neben Partizipation geht es um Involvement, Identifikation und Commitment im Sinne einer selbstlosen Aktivität für das kommunale Gemeinwohl.
Die Sortimentskompetenz hat sich in vielen Studien als zentraler Erfolgsfaktor des Einzelhandels allgemein sowie des Mode-Einzelhandels im Besonderen herausgestellt. Der vorliegende Beitrag untersucht auf der Basis einer repräsentativen Online-Befragung bei 1000 Probanden, welche Einzeldimensionen die Sortimentskompetenz ausmachen und wie relevant sie für die Verbraucher sind. Darüber hinaus wird untersucht, welchen Einfluss generalistische Sortimentsstrategien auf die Beurteilung der Sortiments-kompetenz aufweisen.
Economic growth and ecological problems motivate industries to apply eco-friendly technologies and equipment. However, environmental impact, followed by energy and material consumption still remain the main negative implications of the technological progress in process engineering. Based on extensive patent analysis, this paper assigns more than 250 identified eco-innovation problems and requirements to 14 general eco-categories with energy consumption and losses, air pollution, and acidification as top issues. It defines primary eco-engineering contradictions, in case eco-problems appear as negative side effects of the new technologies, and secondary eco-engineering contradictions, if eco-friendly solutions have new environmental drawbacks. The study conceptualizes a correlation matrix between the eco-requirements for prediction of typical eco-contradictions on example of processes involving solids handling. Finally, it summarizes major eco-innovation approaches including Process Intensification in process engineering, and chronologically reviews 66 papers on eco-innovation adapting TRIZ methodology. Based on analysis of 100 eco-patents, 58 process intensification technologies, and literature, the study identifies 20 universal TRIZ inventive principles and sub-principles that have a higher value for environmental innovation.
Amongst all the major hazard aspects for the health of people in big conglomerates is the increase of the particulate matter concentration. Traditional systems for particulate matter (PM) monitoring have a great number of drawbacks but the main issues are economical and are related to the installation costs and never ending periodical maintenance expenses. After all there are installations of such systems but their number is limited and having in mind the growth of population, cities and industry areas, there is even a bigger need for more information on air quality because PM changes non-linearly, has a wide range and different sources. In this paper, we propose an approach, based on low-cost sensor nodes, for real-time measuring and obtaining information about the PM concentration. The adoption of that approach allows for a detailed study of the intensities of pollution and its sources. The system power supply is powered by a PV module. The power supply unit is designed using a model-based design that is a new approach to prototyping power-operated electronic devices with guaranteed performance.
This paper presents an approach for implementing an automated hit detection and score calculation system for a steel dartboard using a standard webcam. First, the rectilinear field separations of the dartboard are described mathematically by means of line slopes and are than stored. These slopes serve as a basis for later score calculation. In addition, thrown darts have to be detected and the pixel at which the dart cuts the dartboard has to be determined. When this information is known, a comparison is made using the line slopes, allowing the field number of the hit to be detected. The decision for single, double or triple hit is made by evaluating the defined colors on the dartboard. All these functions are then packaged in a Matlab GUI.
The paper describes a systematic approach for a precise short-time cloud coverage prediction based on an optical system. We present a distinct pre-processing stage that uses a model based clear sky simulation to enhance the cloud segmentation in the images. The images are based on a sky imager system with fish-eye lens optic to cover a maximum area. After a calibration step, the image is rectified to enable linear prediction of cloud movement. In a subsequent step, the clear sky model is estimated on actual high dynamic range images and combined with a threshold based approach to segment clouds from sky. In the final stage, a multi hypothesis linear tracking framework estimates cloud movement, velocity and possible coverage of a given photovoltaic power station. We employ a Kalman filter framework that efficiently operates on the rectified images. The evaluation on real world data suggests high coverage prediction accuracy above 75%.
Fusion 360 – kurz und bündig
(2019)
Dieses Lehrbuch ermöglicht dem Anfänger in der 3D-Modellierung einen schnellen Einstieg in die Arbeit mit dem cloudbasierten CAD-System Autodesk® Fusion 360™. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den grundlegenden Funktionen zur Modellierung von Einzelteilen und Produkten, sowie in der Erstellung von einfachen technischen Zeichnungen. Dabei werden bei jedem Schritt die besonderen Anforderungen an eine 3D-Druck-gerechte Gestaltung erläutert und umgesetzt. Somit ist das Ergebnis dieser "Schritt für Schritt"-Anleitung die vollständige Modellierung eines Miniatur-Automobils, das am 3D-Drucker in ein reales Modell umgesetzt werden kann. Das didaktische Konzept ist so ausgelegt, dass alle Schritte für ein Selbststudium geeignet sind.
The additive manufacturing processes have developed significantly in recent years. Currently, new generative processes are coming onto the market. Likewise, the number of available materials that can be processed using additive processes is steadily increasing. Therefore, an important task is to integrate these new processes and materials into the university education of engineers. Due to the rapid change and the constant development in the field of additive manufacturing, a pure transfer of knowledge is not expedient, because this obsolete very quickly. Rather, the students should be enabled to use their skills in such a way that they can always handle new technologies and materials independently and meaningfully.
In this paper, therefore, a new course is developed in which the students largely independently work with additive manufacturing processes. For this purpose, teams of four to five students from different technical programs are formed. The teams have the task of developing and manufacturing a product using additive processes. The goal is to create a powerful product by taking into account the optimization of costs and use of resources.
As an example, the development and additive manufacturing of an ornithopter (aircraft that flies by flapping its wings) will be presented in this contribution. The students have to analyze and optimize the mechanics and aerodynamics of the aircraft. In addition, the rules for production-oriented design must be determined and applied. Further more, they should assess the costs and material consumption during development and production.
This contribution shows how the students have achieved the different learning outcomes. In addition, it becomes clear how the students independently acquired and applied their knowledge in development, design and additive manufacturing. Also, it will be demonstrated how much time the students spent on learning the different technologies.
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.
Besides of conventional CAD systems, new, cloud-based CAD systems have also been available for some years. These CAD systems designed according to the principle of software as a service (SaaS) differ in some important features from the conventional CAD systems. Thus, these CAD systems are operated via a browser and it is not necessary to install the software on a computer. The CAD-data is stored in the cloud and not on a local computer or central server. This new approach should also facilitate the sharing and management of data. Finally, many of these new CAD systems are available as freeware for education purposes, so the universities can save license costs. This contribution examines newly developed, cloud-based CAD systems. In the context of a case study, the application of these new CAD systems are investigated in the training of engineers in design education. Thus, the students compare a conventional and a cloud-based CAD system as part of an exercise of designing and 3D modelling of a pinion shaft. Subsequently, the students manufacture a drawing with different views of the pinion shaft. This assessment evaluates different criteria such as user-friendliness, tutorial support and installation effort.
Tryptamines can occur naturally in plants, mushrooms, microbes, and amphibians. Synthetic tryptamines are sold as new psychoactive substances (NPS) because of their hallucinogenic effects. When it comes to NPS, metabolism studies are of crucial importance, due to the lack of pharmacological and toxicological data. Different approaches can be taken to study in vitro and in vivo metabolism of xenobiotica. The zygomycete fungus Cunninghamella elegans (C. elegans) can be used as a microbial model for the study of drug metabolism. The current study investigated the biotransformation of four naturally occurring and synthetic tryptamines [N,N‐Dimethyltryptamine (DMT), 4‐hydroxy‐N‐methyl‐N‐ethyltryptamine (4‐HO‐MET), N,N‐di allyl‐5‐methoxy tryptamine (5‐MeO‐DALT) and 5‐methoxy‐N‐methyl‐N‐isoporpoyltryptamine (5‐MeO‐MiPT)] in C. elegans after incubation for 72 hours. Metabolites were identified using liquid chromatography–high resolution–tandem mass spectrometry (LC–HR–MS/MS) with a quadrupole time‐of‐flight (QqTOF) instrument. Results were compared to already published data on these substances. C. elegans was capable of producing all major biotransformation steps: hydroxylation, N‐oxide formation, carboxylation, deamination, and demethylation. On average 63% of phase I metabolites found in the literature could also be detected in C. elegans. Additionally, metabolites specific for C. elegans were identified. Therefore, C. elegans is a suitable complementary model to other in vitro or in vivo methods to study the metabolism of naturally occurring or synthetic tryptamines.
ABSCHIED VOM AUSSEN
(2019)
In numerical calculations, guided acoustic waves, localized in two spatial dimensions, have been shown to exist and their properties have been investigated in three different geometries, (i) a half-space consisting of two elastic media with a planar interface inclined to the common surface, (ii) a wedge made of two elastic media with a planar interface, and (iii) the free edge of an elastic layer between two quarter-spaces or two wedge-shaped pieces of a material with elastic properties and density differing from those of the intermediate layer.
For the special case of Poisson media forming systems (i) and (ii), the existence ranges of these 1D guided waves in parameter space have been determined and found to strongly depend on the inclination angle between surface and interface in case (i) and the wedge angle in case (ii). In a system of type (ii) made of two materials with strong acoustic mismatch and in systems of type (iii), leaky waves have been found with a high degree of spatial localization of the associated displacements, although the two materials constituting these structures are isotropic.
Both the fully guided and the leaky waves analyzed in this work could find applications in non-destructive evaluation of composite structures and should be accounted for in geophysical prospecting, for example.
A critical comparison is presented of the two computational approaches employed, namely a semi-analytical finite element scheme and a method based on an expansion of the displacement field in a double series of special functions.
This work discusses several use cases of post-mortem mobile device tracking in which privacy is required e.g. due to client-confidentiality agreements and sensibility of data from government agencies as well as mobile telecommunication providers. We argue that our proposed Bloomfilter based privacy approach is a valuable technical building block for the arising General Data Protection Regulation (GDPR) requirements in this area. In short, we apply a solution based on the Bloom filters data structure that allows a 3rd party to performsome privacy saving setrelations on a mobiletelco’s access logfile or other mobile access logfile from harvesting parties without revealing any other mobile users in the proximity of a mobile base station but still allowing to track perpetrators.
Modeling and simulation play a key role in analyzing the complex electrochemical behavior of lithium-ion batteries. We present the development of a thermodynamic and kinetic modeling framework for intercalation electrochemistry within the open-source software Cantera. Instead of using equilibrium potentials and single-step Butler-Volmer kinetics, Cantera is based on molar thermodynamic data and mass-action kinetics, providing a physically-based and flexible means for complex reaction pathways. Herein, we introduce a new thermodynamic class for intercalation materials into the open-source software. We discuss the derivation of molar thermodynamic data from experimental half-cell potentials, and provide practical guidelines. We then demonstrate the new class using a single-particle model of a lithium cobalt oxide/graphite lithium-ion cell, implemented in MATLAB. With the present extensions, Cantera provides a platform for the lithium-ion battery modeling community both for consistent thermodynamic and kinetic models and for exchanging the required thermodynamic and kinetic parameters. We provide the full MATLAB code and parameter files as supplementary material to this article.
This article presents the development, parameterization, and experimental validation of a pseudo-three-dimensional (P3D) multiphysics model of a 350 mAh high-power lithium-ion pouch cell with graphite anode and lithium cobalt oxide/lithium nickel cobalt aluminum oxide (LCO/NCA) blend cathode. The model describes transport processes on three different scales: Heat transport on the macroscopic scale (cell), mass and charge transport on the mesoscopic scale (electrode pair), and mass transport on the microscopic scale (active material particles). A generalized description of electrochemistry in blend electrodes is developed, using the open-source software Cantera for calculating species source terms. Very good agreement of model predictions with galvanostatic charge/discharge measurements, electrochemical impedance spectroscopy, and surface temperature measurements is observed over a wide range of operating conditions (0.05C to 10C charge and discharge, 5°C to 35°C). The behavior of internal states (concentrations, potentials, temperatures) is discussed. The blend materials show a complex behavior with both intra-particle and inter-particle non-equilibria during cycling.
Oxidation of the nickel electrode is a severe aging mechanism of solid oxide fuel cells (SOFC) and solid oxide electrolyzer cells (SOEC). This work presents a modeling study of safe operating conditions with respect to nickel oxide formation. Microkinetic reaction mechanisms for thermochemical and electrochemical nickel oxidation are integrated into a 2D multiphase model of an anode‐supported solid oxide cell. Local oxidation propensity can be separated into four regimes. Simulations show that the thermochemical pathway generally dominates the electrochemical pathway. As a consequence, as long as fuel utilization is low, cell operation considerably below electrochemical oxidation limit of 0.704 V is possible without the risk of reoxidation.
In this article the high-temperature behavior of a cylindrical lithium iron phosphate/graphite lithium-ion cell is investigated numerically and experimentally by means of differential scanning calorimetry (DSC), accelerating rate calorimetry (ARC), and external short circuit test (ESC). For the simulations a multi-physics multi-scale (1D+1D+1D) model is used. Assuming a two-step electro-/thermochemical SEI formation mechanism, the model is able to qualitatively reproduce experimental data at temperatures up to approx. 200 °C. Model assumptions and parameters could be evaluated via comparison to experimental results, where the three types of experiments (DSC, ARC, ESC) show complementary sensitivities towards model parameters. The results underline that elevated-temperature experiments can be used to identify parameters of the multi-physics model, which then can be used to understand and interpret high-temperature behavior. The resulting model is able to describe nominal charge/discharge operation behavior, long-term calendaric aging behavior, and short-term high-temperature behavior during extreme events, demonstrating the descriptive and predictive capabilities of physicochemical models.
Model-based analysis of Electrochemical Pressure Impedance Spectroscopy (EPIS) for PEM Fuel Cells
(2019)
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a widely-used diagnostic technique to characterize electrochemical processes. It is based on the dynamic analysis of two electrical observables, that is, current and voltage. Electrochemical cells with gaseous reactants or products, in particular fuel cells, offer an additional observable, that is, the gas pressure. The dynamic coupling of current or voltage with gas pressure gives rise to a number of additional impedance definitions, for which we have previously introduced the term electrochemical pressure impedance spectroscopy (EPIS) [1,2]. EPIS shows a particular sensitivity towards transport processes of gas-phase or dissolved species, in particular, diffusion coefficients and transport pathway lengths. It is as such complementary to standard EIS, which is mainly sensitive towards electrochemical processes. First EPIS experiments on PEM fuel cells have recently been shown [3].
We present a detailed modeling and simulation analysis of EPIS of a PEM fuel cell. We use a 1D+1D continuum model of a fuel/air channel pair with GDL and MEA. Backpressure is dynamically varied, and the resulting simulated oscillation in cell voltage is evaluated to yield the ▁Z_( V⁄p_ca ) EPIS signal. Results are obtained for different transport situations of the fuel cell, giving rise to very complex EPIS shapes in the Nyquist plot. This complexity shows the necessity of model-based interpretation of the complex EPIS shapes. Based on the simulation results, specific features in the EPIS spectra can be assigned to different transport domains (gas channel, GDL, membrane water transport).
The fast and cost-effective manufacturing of tools for thermoforming is an essential requirement to shorten the development time of products. Thus, additive processes are used increasingly in tooling for thermoforming of plastic sheets. However, a disadvantage of many additive methods is that they are highly cost-intensive, since complex systems based on laser technology and expensive metal powders are needed. Therefore, this paper examines how to work with favorable additive methods, e.g. Binder Jetting, to manufacture tools, which provide sufficient strength for thermoforming. The use of comparatively low-priced inkjet technology for the layer construction and a polymer plaster as material can be expected to result in significant cost reductions. Based on a case study using a cowling (engine bonnet) for an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), the development of a complex tool for thermoforming is demonstrated. The object in this study is to produce a tool for a complex-shaped component in small numbers and high quality in a short time and at reasonable costs. Within the tooling process, integrated vacuum channels are implemented in additive tooling without the need for additional post-processing (for example, drilling). In addition, special technical challenges, such as the demolding of undercuts or the parting of the tool are explained. All process steps from tool design to the use of the additively manufactured tool are analyzed. Based on the manufacturing of a small series of cowlings for a UAV made of plastic sheets (ABS), it is shown, that the Binder Jetting offers sufficient mechanical and thermal strength for additive tooling. In addition, an economic evaluation of the tool manufacturing and a detailed consideration of the required manufacturing times for the different process steps are carried out. Finally, a comparison is made with conventional and alternative additive methods of tooling.
When designing and installing Indoor Positioning Systems, several interrelated tasks have to be solved to find an optimum placement of the Access Points. For this purpose, a mathematical model for a predefined number of access points indoors is presented. Two iterative algorithms for the minimization of localization error of a mobile object are described. Both algorithms use local search technique and signal level probabilities. Previously registered signal strengths maps were used in computer simulation.
Narrowband IoT (NB-IoT) as a radio access technology for the cellular Internet of Things (cIoT) is getting more traction due to attractive system parameters, new proposals in the 3 rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 14 for reduced power consumption and ongoing world-wide deployment. As per 3GPP, the low-power and wide-area use cases in 5G specification will be addressed by the early NB-IoT and Long-Term Evolution for Machines (LTE-M) based technologies. Since these cIoT networks will operate in a spatially distributed environment, there are various challenges to be addressed for tests and measurements of these networks. To meet these requirements, unified emulated and field testbeds for NB-IoT-networks were developed and used for extensive performance measurements. This paper analyses the results of these measurements with regard to RF coverage, signal quality, latency, and protocol consistency.
The monitoring of industrial environments ensures that highly automated processes run without interruption. However, even if the industrial machines themselves are monitored, the communication lines are currently not continuously monitored in todays installations. They are checked usually only during maintenance intervals or in case of error. In addition, the cables or connected machines usually have to be removed from the system for the duration of the test. To overcome these drawbacks, we have developed and implemented a cost-efficient and continuous signal monitoring of Ethernet-based industrial bus systems. Several methods have been developed to assess the quality of the cable. These methods can be classified to either passive or active. Active methods are not suitable if interruption of the communication is undesired. Passive methods, on the other hand, require oversampling, which calls for expensive hardware. In this paper, a novel passive method combined with undersampling targeting cost-efficient hardware is proposed.
Enabling ultra-low latency is one of the major drivers for the development of future cellular networks to support delay sensitive applications including factory automation, autonomous vehicles and tactile internet. Narrowband Internet of Things (NB-IoT) is a 3 rd Generation Partnership Project (3GPP) Release 13 standardized cellular network currently optimized for massive Machine Type Communication (mMTC). To reduce the latency in cellular networks, 3GPP has proposed some latency reduction techniques that include Semi Persistent Scheduling (SPS) and short Transmission Time Interval (sTTI). In this paper, we investigate the potential of adopting both techniques in NB-IoT networks and provide a comprehensive performance evaluation. We firstly analyze these techniques and then implement them in an open-source network simulator (NS3). Simulations are performed with a focus on Cat-NB1 User Equipment (UE) category to evaluate the uplink user-plane latency. Our results show that SPS and sTTI have the potential to greatly reduce the latency in NB-IoT systems. We believe that both techniques can be integrated into NB-IoT systems to position NB-IoT as a preferred technology for low data rate Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) applications before 5G has been fully rolled out.
With the surge in global data consumption with proliferation of Internet of Things (IoT), remote monitoring and control is increasingly becoming popular with a wide range of applications from emergency response in remote regions to monitoring of environmental parameters. Mesh networks are being employed to alleviate a number of issues associated with single-hop communication such as low area coverage, reliability, range and high energy consumption. Low-power Wireless Personal Area Networks (LoWPANs) are being used to help realize and permeate the applicability of IoT. In this paper, we present the design and test of IEEE 802.15.4-compliant smart IoT nodes with multi-hop routing. We first discuss the features of the software stack and design choices in hardware that resulted in high RF output power and then present field test results of different baseline network topologies in both rural and urban settings to demonstrate the deployability and scalability of our solution.
A physical unclonable function (PUF) is a hardware circuit that produces a random sequence based on its manufacturing-induced intrinsic characteristics. In the past decade, silicon-based PUFs have been extensively studied as a security primitive for identification and authentication. The emerging field of printed electronics (PE) enables novel application fields in the scope of the Internet of Things (IoT) and smart sensors. In this paper, we design and evaluate a printed differential circuit PUF (DiffC-PUF). The simulation data are verified by Monte Carlo analysis. Our design is highly scalable while consisting of a low number of printed transistors. Furthermore, we investigate the best operating point by varying the PUF challenge configuration and analyzing the PUF security metrics in order to achieve high robustness. At the best operating point, the results show areliability of 98.37% and a uniqueness of 50.02%, respectively. This analysis also provides useful and comprehensive insights into the design of hybrid or fully printed PUF circuits. In addition, the proposed printed DiffC-PUF core has been fabricated with electrolyte-gated field-effect transistor technology to verify our design in hardware.
This article deals with the problem of wireless synchronization between onboard computing devices of small-sized unmanned aerial vehicles (SUAV) equipped with integrated wireless chips (IWC). Accurate synchronization between several devices requires the precise timestamping of batches transmitting and receiving on each of them. The best precision is demonstrated by those solutions where timestamping is performed on the PHY level, right after modulation/demodulation of the batch. Nowadays, most of the currently produced IWC are Systems-on-a-Chip (SoC) that include both PHY and MAC, implemented with one or several processor cores application. SoC allows create more cost and energy efficient wireless devices. At the same time, it limits the developers direct access to the internal signals and significantly complicates precise timestamping for sent and received batches, required for mutual synchronization of industrial devices. Some modern IEEE 802.11 IWCs have inbuilt functions that use internal chip clock to register timestamps. However, high jitter of the interfaces between the external device and IWC degrades the comparison of the timestamps from the internal clock to those registered by external devices. To solve this problem, the article proposes a novel approach to the synchronization, based on the analysis of IWC receiver input potential. The benefit of this approach is that there is no need to demodulate and decode the received batches, thus allowing it implementation with low-cost IWCs. In this araticle, Cypress CYW43438 was taken as an example for designing hardware and software solutions for synchronization between two SUAV onboard computing devices, equipped with IWC. The results of the performed experimental studies reveal that mutual synchronization error of the proposed method does not exceed 10 μs.
Massive Umwälzungen im Marktumfeld, verstärkt durch disruptive Technologien, stellen viele Unternehmen vor die existenzielle Frage, wie sie ihr etabliertes Geschäftsmodell zukunftsfähig weiterentwickeln können beziehungsweise wie sie sich unter Umständen grundlegend neu aufstellen müssen. Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambiguität (kurz VUKA) sind in diesem Kontext jene ungünstigen Begleiterscheinungen, die auch genossenschaftliche Unternehmen beeinflussen. Die vielfältigen Herausforderungen im Unternehmensumfeld, wie beispielsweise ungünstige demografische Entwicklungen, eine zunehmende Urbanisierung bei steigendem Bedarf an regionaler Daseinsvorsorge, Wettbewerbsdruck durch neue Geschäftsmodelle und Konkurrenten infolge der Künstlichen Intelligenz beziehungsweise Digitalisierung – zum Beispiel durch FinTechs – bedingen die Suche nach Orientierung, nach einem strategischen Kompass sowohl für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Am Beispiel der kanadischen Metropole Vancouver zeigt sich, dass auch in Zeiten einer immer komplexer werdenden Welt Wirtschaftswachstum, Nachhaltigkeit und Lebenswert positiv korrelieren können und innerhalb weniger Jahrzehnte regional umsetzbar sind. Die Stadt setzt dabei überwiegend auf zentral gesteuerte Aktivitäten der „Vancouver Economic Comission“, die alle gesellschaftlichen und unternehmerischen Anspruchsgruppen auf der Basis werteorientierten Handelns konsequent das Ziel verfolgen lässt, Vancouver zu einer global anerkannten Stadt für innovatives, kreatives und nachhaltiges Business zu entwickeln. Das Streben Vancouvers weist dabei Parallelen zu genossenschaftlichen Wesensprinzipien sowie zu im deutschsprachigen Raum bereits existierenden Ansätzen genossenschaftlicher Innovationsökosysteme auf. Letztere haben bereits an verschiedenen Stellen bewiesen, dass sie das Potenzial haben in Zeiten komplexer Herausforderungen zukunftsfähige Lösungen für die Menschen in der Region gemeinschaftlich zu entwickeln. Gleichzeitig lassen sich mittels innovativer Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle neue Ertragsquellen erschließen.
Strategen genossenschaftlicher oder kooperativer Banken und Unternehmen sollten nachfolgende Fragen bewegen:
• Was können deutsche Städte, Gemeinden und Regionen von Vancouver hinsichtlich des Aufbaus und der Gestaltung dynamischer Innovationsökosysteme lernen?
• Welche Rolle können Genossenschaften in Innovationsökosystemen spielen?
• Wie könnten die Innovationsprinzipien, -methoden und -formate in der jeweiligen Region erfolgversprechend eingesetzt werden?
We present our twenty years of experience in the live broadcasting of astronomical events, with the main focus on total lunar eclipses. Our efforts were motivated by the great impact and high number of viewers of these events. Visitors from over a hundred countries watched our live broadcasts. Our viewer record was set on July 27, 2018, with the live transmission of the total lunar eclipse from the Feldberg, the highest mountain in the Black Forest, attracting nearly half a million viewers in five hours.
An especially challenging activity was the live observing of the Mercury transit on 9 May 2016, which we presented as ‘live astronomy’ with hands-on telescope. The main goal of this event was to awake our students enthusiasm for optics and astronomy.
Furthermore, we report on our experiences with the photography of optical phenomena such as polar lights and green flash.
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.
Direct Digital Manufacturing of Architectural Models using Binder Jetting and Polyjet Modeling
(2019)
Today, architectural models are an important tool for illustrating drawn-on plansor computer-generated virtual models and making them understandable. Inaddition to the conventional methods for the manufacturing of physical models, awide range of processes for Direct Digital Manufacturing (DDM) has spreadrapidly in recent years. In order to facilitate the application of these new methodsfor architects, this contribution examines which technical and economic resultsare possible using 3D printed architectural models. Within a case study, it will beshown on the basis of a multi-storey detached house, which kind of datapreparation is necessary. The DDM of architectural models will be demonstratedusing two widespread techniques and the resulting costs will be compared.
We present a planar chromatographic separation method for the compounds caffeine, artemisinin, and equol, separated on high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) silica gel plates. As solvents for separation, methyl t-butyl ether and cyclohexane (1:1, V/V) have been used for equol, cyclohexane and ethyl acetate (7:3, V/V) for artemisinin, and ethyl acetate and acetone (7:3, V/V) for caffeine. After separation, the plate was scanned with a very specific time of flight-direct analysis in real time-mass spectrometry (TOF-DART-MS) system using the (M + 1)+ signals of equol, artemisinin, and caffeine. The (M + 1) peak of artemisinin at 283.13 m/z is clearly detectable, which is the proof that DART-MS is applicable for the quantitative determination of rather instable molecules. The planar set-up of DART source, HPTLC plate and detector inlet in a line showed higher sensitivities compared to desorption at an angle. The optimal detector voltage increases with the molar mass of the analyte, thus an individual determination of optimal detector voltage setting for the different analyte is recommended to achieve the best possible measurement conditions. In conclusion, DART-MS detection in combination with an HPTLC separation allows very specific quantification of all three compounds.
Low latency communication is essential to enable mission-critical machine-type communication (mMTC) use cases in cellular networks. Factory and process automation are major areas that require such low latency communication. In this paper, we investigate the potential of adopting the semi-persistent scheduling (SPS) latency reduction technique in narrowband LTE (NB-LTE) networks and provide a comprehensive performance evaluation. First, we investigate and implement SPS in an open-source network simulator (NS3). We perform simulations with a focus on LTE-M and Narrowband IoT (NB-IoT) systems and evaluate the impact of the SPS technique on the uplink latency of these narrowband systems in real industrial automation scenarios. The performance gain of adopting SPS is analyzed and the results is compared with the legacy dynamic scheduling. Our results show that SPS has the potential to reduce the latency of cellular Internet of Things (cIoT) networks. We believe that SPS can be integrated into LTE-M and NB-IoT systems to support low-latency industrial applications.
The TriRhenaTech alliance universities and their partners presented their competences in the field of artificial intelligence and their cross-border cooperations with the industry at the tri-national conference 'Artificial Intelligence : from Research to Application' on March 13th, 2019 in Offenburg. The TriRhenaTech alliance is a network of universities in the Upper Rhine Trinational Metropolitan Region comprising of the German universities of applied sciences in Furtwangen, Kaiserslautern, Karlsruhe, and Offenburg, the Baden-Wuerttemberg Cooperative State University Loerrach, the French university network Alsace Tech (comprised of 14 'grandes écoles' in the fields of engineering, architecture and management) and the University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland. The alliance's common goal is to reinforce the transfer of knowledge, research, and technology, as well as the cross-border mobility of students.
The Internet of Things (IoT) application has becoming progressively in-demand, most notably for the embedded devices (ED). However, each device has its own difference in computational capabilities, memory usage, and energy resources in connecting to the Internet by using Wireless Sensor Networks (WSNs). In order for this to be achievable, the WSNs that form the bulk of the IoT implementation requires a new set of technologies and protocol that would have a defined area, in which it addresses. Thus, IPv6 Low Power Area Network (6LoWPAN) was designed by the Internet Engineering Task Force (IETF) as a standard network for ED. Nevertheless, the communication between ED and 6LoWPAN requires appropriate routing protocols for it to achieve the efficient Quality of Service (QoS). Among the protocols of 6LoWPAN network, RPL is considered to be the best protocol, however its Energy Consumption (EC) and Routing Overhead (RO) is considerably high when it is implemented in a large network. Therefore, this paper would propose the HRPL to enchance the RPL protocol in reducing the EC and RO. In this study, the researchers would present the performance of RPL and HRPL in terms of EC, Control traffic Overhead (CTO) and latency based on the simulation of the 6LoWPAN network in fixed environment using COOJA simulator. The results show HRPL protocol achieves better performance in all the tested topology in terms of EC and CTO. However, the latency of HRPL only improves in chain topology compared with RPL. We found that further research is required to study the relationship between the latency and the load of packet transmission in order to optimize the EC usage.
Formal Description of Use Cases for Industry 4.0 Maintenance Processes Using Blockchain Technology
(2019)
Maintenance processes in Industry 4.0 applications try to achieve a high degree of quality to reduce the downtime of machinery. The monitoring of executed maintenance activities is challenging as in complex production setups, multiple stakeholders are involved. So, full transparency of the different activities and of the state of the machine can only be supported, if these stakeholders trust each other. Therefore, distributed ledger technologies, like Blockchain, can be promising candidates for supporting such applications. The goal of this paper is a formal description of business and technical interactions between non-trustful stakeholders in the context of Industry 4.0 maintenance processes using distributed ledger technologies. It also covers the integration of smart contracts for automated triggering of activities.
Art and Photonics
(2019)
In this paper we report on our continuous efforts to apply optics and photonics in art. This results in interdisciplinary projects which sometimes lead to concrete art installations.
We presented some of these projects at the UNESCO headquarters in Paris, at the opening ceremony of the International Year of Light and the inaugural ceremony of the International Day of Light.
Some newer projects, such as “A Maze: Ingenious Pipes” and “The Power of Your Eyes,” are also presented in this paper.
After the successful International Year of Light 2015, the idea of sustainability became increasingly imminent. After a preparatory year on 16 May 2018, the International Day of Light was launched for the first time. This event was celebrated with a public celebration in Paris at the UNESCO headquarters. In this paper we will present our projects dedicated to the International Day of Light in Paris. Together with a group of students from our university, we had the special opportunity to be integrated in the program of the opening ceremony at UNESCO in Paris. With our interdisciplinary projects we have tried to build a bridge between optics, photonics, art and media installations.
The authors explain a developed concept for research-oriented education in optics and photonics. It is presented which goals are to be achieved, which strategies have been developed and how these can be implemented in a blended learning scenario. The goal of our education is the best possible qualification of the students on the basis of a strong scientific and research-oriented education, which also includes the acquisition of important interdisciplinary competences. All phases of a research process are to be mapped in the learning process and offer students an insight into current research topics in optics and photonics.
Increased knowledge transfer through the integration of research projects into university teaching
(2019)
This paper describes the integration of the research project "Characterization of Color Vision using Spectroscopy and Nanotechnology: Application to Media Photonics" into an engineering course in the field of media technology. The aim is to develop the existing learning concept towards a more research-oriented teaching. Involving students in research projects as part of the learning process provides a deeper insight into current research topics and the key elements of scientific work. This makes it easier for students to recognize the importance of the acquired theoretical knowledge for the practice, which enables them to derive new insights of their own.
Walking interfaces offer advantages in navigation of VE systems over other types of locomotion. However, VR helmets have the disadvantage that users cannot see their immediate surroundings. Our publication describes the prototypical implementation of a virtual environment (VE) system, capable of detecting possible obstacles using an RGB-D sensor. In order to warn users of potential collisions with real objects while they are moving throughout the VE tracking area, we designed 4 different visual warning metaphors: Placeholder, Rubber Band, Color Indicator and Arrow. A small pilot study was carried out in which the participants had to solve a simple task and avoid any arbitrarily placed physical obstacles when crossing the virtual scene. Our results show that the Placeholder metaphor (in this case: trees), compared to the other variants, seems to be best suited for the correct estimation of the position of obstacles and in terms of the ability to evade them.
Provides a state-of-the-art overview of international trade policy research
The Handbook of Global Trade Policy offers readers a comprehensive resource for the study of international trade policy, governance, and financing. This timely and authoritative work presents contributions from a team of prominent experts that assess the policy implications of recent academic research on the subject. Discussions of contemporary research in fields such as economics, international business, international relations, law, and global politics help readers develop an expansive, interdisciplinary knowledge of 21st century foreign trade.
Accessible for students, yet relevant for practitioners and researchers, this book expertly guides readers through essential literature in the field while highlighting new connections between social science research and global policy-making. Authoritative chapters address new realities of the global trade environment, global governance and international institutions, multilateral trade agreements, regional trade in developing countries, value chains in the Pacific Rim, and more. Designed to provide a well-rounded survey of the subject, this book covers financing trade such as export credit arrangements in developing economies, export insurance markets, climate finance, and recent initiatives of the World Trade Organization (WTO). This state-of-the-art overview:
• Integrates new data and up-to-date research in the field
• Offers an interdisciplinary approach to examining global trade policy
• Introduces fundamental concepts of global trade in an understandable style
• Combines contemporary economic, legal, financial, and policy topics
• Presents a wide range of perspectives on current issues surrounding trade practices and policies
The Handbook of Global Trade Policy is a valuable resource for students, professionals, academics, researchers, and policy-makers in all areas of international trade, economics, business, and finance.
Quo Vadis, Global Trade?
(2019)
This introduction presents an overview of the key concepts discussed in the subsequent chapters of this book. The book provides a comprehensive resource for the study of global policy and governance, as well as economics and financing of international trade. It first deals with a general overview and in‐depth discussion of new realities, trends and further challenges for trade in the 21st century. The book then focuses on global governance and international institutions, focusing on the future for multilateral trade agreements and the activities of international financial institutions, as well as banking regulation and illicit flows. It also shows how global trade and regional development are linked up, for example by looking at the next wave of regional integration as well as what to expect from a protective US trade policy, The book further explores how to finance international trade.
Open markets, international trade and foreign direct investments are a source of prosperity in challenging times. This Special Section looks at developed economies and emerging markets, also taking into account the role of trade for impactful capacity-building in least developed countries (LDCs). Specific emphasis is placed on financing economic development and trade, analysing what roles trade and development finance should play in the quest for an efficient mobilisation of private capital for growth, trade and development.
Excellent organisations require targeted strategies to implement their vision and mission, deploying a stakeholder-focused approach. As part of evidence-based policy making, it is a common approach to measure government financing vehicles’ results. A state-of-the-art method in quantitative benchmarking to overcome the challenge of considering multiple inputs and outputs is Data Envelopment Analysis (DEA). Descriptive statistics and explorative-qualitative approaches are also applied in a modern ECA benchmarking model to substantiate DEA results and put them into perspective. This enabler-result model provides a holistic view and allows to identify top performing ECAs and Exim-Banks, providing the opportunity for inefficient institutions to learn from their most productive peers. This best practice approach for strategic benchmarking enables the senior management to develop and implement a cutting-edge strategy, and increase value for key stakeholders.
This paper presents the use of model predictive control (MPC) based approach for peak shaving application of a battery in a Photovoltaic (PV) battery system connected to a rural low voltage gird. The goals of the MPC are to shave the peaks in the PV feed-in and the grid power consumption and at the same time maximize the use of the battery. The benefit to the prosumer is from the maximum use of the self-produced electricity. The benefit to the grid is from the reduced peaks in the PV feed-in and the grid power consumption. This would allow an increase in the PV hosting and the load hosting capacity of the grid.
The paper presents the mathematical formulation of the optimal control problem
along with the cost benefit analysis. The MPC implementation scheme in the
laboratory and experiment results have also been presented. The results show
that the MPC is able to track the deviation in the weather forecast and operate
the battery by solving the optimal control problem to handle this deviation.
Thermisch angetriebene (Adsorptions-)Kältemaschinen können mit einem verhältnismäßig geringen elektrischen Energieaufwand bzw. mit einer hohen elektrischen Leistungszahl Kälte bereitstel-len. Wird die zum Antrieb erforderliche Wärme aus industrieller Abwärme bereitgestellt, ist diese Kältebereitstellung energetisch effizienter als die Kältebereitstellung über eine Kompressionskäl-temaschine. Wird die Wärme jedoch in Kraft-Wärme-Kopplung bereitgestellt, ist die primärenergetische Bewertung sowohl von mehreren Teilwirkungsgraden als auch den Primärenergiefaktoren für den eingesetzten Brennstoff und die erzeugte bzw. bezogene elektrische Energie abhängig. Eine umfangreiche Messkampagne im Sommer 2018 liefert unter realitätsnahen Randbedingungen in einer Labor umgebung detaillierte Energiekennzahlen für einen typischen Tagesgang des Kältebedarfs. Damit gelingt es, Teilenergiekennwerte für die Planungspraxis abzuleiten und das Gesamtsystem energetisch mit einer konventionellen Kompressionskältemaschine zu vergleichen.
Printed electronics can benefit from the deployment of electrolytesas gate insulators,which enables a high gate capacitance per unit area (1–10 μFcm−2) due to the formation of electrical double layers (EDLs). Consequently, electrolyte-gated field-effect transistors (EGFETs) attain high-charge carrier densities already in the subvoltage regime, allowing for low-voltage operation of circuits and systems. This article presents a systematic study of lumped terminal capacitances of printed electrolyte-gated transistors under various dc bias conditions. We perform voltage-dependent impedancemeasurements and separate extrinsic components from the lumped terminal capacitance.
The proposed Meyer-like capacitance model, which also accounts for the nonquasi-static (NQS) effect, agrees well with experimental data. Finally, to verify the model, we implement it in Verilog-A and simulate the transient response of an inverter and a ring oscillator circuit. Simulation results are in good agreement with the measurement data of fabricated devices.
Printed systems spark immense interest in industry, and for several parts such as solar cells or radio frequency identification antennas, printed products are already available on the market. This has led to intense research; however, printed field-effect transistors (FETs) and logics derived thereof still have not been sufficiently developed to be adapted by industry. Among others, one of the reasons for this is the lack of control of the threshold voltage during production. In this work, we show an approach to adjust the threshold voltage (Vth) in printed electrolyte-gated FETs (EGFETs) with high accuracy by doping indium-oxide semiconducting channels with chromium. Despite high doping concentrations achieved by a wet chemical process during precursor ink preparation, good on/off-ratios of more than five orders of magnitude could be demonstrated. The synthesis process is simple, inexpensive, and easily scalable and leads to depletion-mode EGFETs, which are fully functional at operation potentials below 2 V and allows us to increase Vth by approximately 0.5 V.
Development of Fully Printed Oxide Field-Effect Transistors using Graphene Passive Structures
(2019)
During the past decade to the present time, the topic of printed electronics has gained a lot of attention for their potential use in a number of practical applications, including biosensors, photovoltaic devices, RFIDs, flexible displays, large-area circuits, and so on. To fully realize printed electronic components and devices, effective techniques for the printing of passive structures and electrically and chemically compatible materials in the printed devices need to be developed first. The opportunity of using electrically conducting graphene inks will enable the integration of passive structures into active devices, as for example, printed electrolyte-gated transistors (EGTs). Accordingly, in this study, we present the parametric results obtained on fully printed electrolyte-gated transistors having graphene as the passive electrodes, an inorganic oxide semiconductor as the active channel, and a composite solid polymer electrolyte (CSPE) as the gate insulating material. This configuration offers high chemical and electrical stability while at the same time allowing EGT operation at low potentials, implying the distinct advantage of operation at low input voltages. The printed in-plane EGTs we developed exhibit excellent performance with device mobility up to 16 cm2 V–1 s–1, an ION/IOFF ratio of 105, and a subthreshold slope of 120 mV dec–1.