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In the modern knowledge-based and digital economy, the value of knowledge is growing relative to other assets and new intellectual property is being created at an ever-increasing rate. Therefore, the ability to find non-trivial solutions, systematically generate new concepts, and create intellectual property rapidly become crucial to achieving competitive advantage and leveraging the intellectual potential of organizations.
Ecological concerns on the climatic effects of the emissions from electricity production stipulate the remuneration of electricity grids to accept growing amounts of intermittent regenerative electricity feed-in from wind and solar power. Germany’s eager political target to double regenerative electricity production by 2030 puts pressure on grid operators to adapt and restructure their transmission and distribution grids. The ability of local distribution grids to operate autonomous of transmission grid supply is essential to stabilize electricity supply at the level of German federal states. Although congestion management and collaboration at the distribution system operator (DSO) level are promising approaches, relatively few studies address this issue. This study presents a methodology to assess the electric energy balance for the low-voltage grids in the German federal state of Baden-Württemberg, assuming the typical load curves and the interchange potential among local distribution grids by means of linear programming of the supply function and for typical seasonal electricity demands. The model can make a statement about the performance and development requirements for grid architecture for scenarios in 2035 and 2050 when regenerative energies will—according to present legislation—account for more than half of Germany’s electricity supply. The study details the amendment to Baden-Württemberg’s electricity grid required to fit the system to the requirements of regenerative electricity production. The suggested model for grid analysis can be used in further German regions and internationally to systematically remunerate electricity grids for the acceptance of larger amounts of regenerative electricity inflows. This empirical study closes the research gap of assessing the interchange potential among DSO and considers usual power loads and simultaneously usual electricity inflows.
Die Physik des Fahrrades
(2020)
Jeder kann Fahrradfahren, keiner weiß,warum es klappt: Anders als beim Reiten, Laufen oder Skifahren muss man sich mit dem Fahrrad immer vorwärtsbewegen, um nicht umzufallen. Prof. Giel von der Hochschule Offenburg erklärt dieses und andere Geheimnisse des Radfahrens. Zum Beispiel, ob man mit der Fahrradpumpe auch Autoreifen aufpumpen kann, warum normale Fahrradfahrer die Marathon-Distanz schneller als die weltbesten Läufer zurücklegen und welche legalen Tuning-Methoden das eigene Fahrrad noch schneller machen.
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.
Interaction and capturing information from the surrounding is dominated by vision and hearing. Haptics on the other side, widens the bandwidth and could also replace senses (sense switching) for impaired. Haptic technologies are often limited to point-wise actuation. Here, we show that actuation in two-dimensional matrices instead creates a richer input. We describe the construction of a full-body garment for haptic communication with a distributed actuating network. The garment is divided into attachable-detachable panels or add-ons that each can carry a two dimensional matrix of actuating haptic elements. Each panel adds to an enhanced sensoric capability of the human- garment system so that together a 720° system is formed. The spatial separation of the panels on different body locations supports semantic and theme-wise separation of conversations conveyed by haptics. It also achieves directional faithfulness, which is maintaining any directional information about a distal stimulus in the haptic input.
Do you know that for each banana bunch the complete plant must be cut as well? Only in Brazil 440 million trees are planted annually. With an average weight of 30 kg per banana plant you can estimate about 13,5 million tons of banana residues per year. Although there exist some projects to use these residues for the production of valuable products (e.g fibers for textile and paper production) most of this organic waste material is unused and left for composting on the farmland.
The basic idea of this project is to evaluate this organic waste material for converting it to a renewable and CO2 neutral fuel. Therefore, the different parts of the banana plant (heart, leaves and pseudo stem) were analyzed regarding their biogas potential (specific biogas yield and biogas production kinetics). In further studies the effect of mechanical and enzymatic pretreatments of the different parts of the plants was investigated. This examination could then be the basis for an energetic usage of this organic residue.
The biogas batch experiments were performed according to the german guideline VDI 4630 in 2-L-Batch reactors at 37°C. As biogas substrates, the heart, the leaves and the pseudo stem of the banana plant residue with and without enzymatic/mechanical pretreatment were used.
The different parts of the banana plants result in a specific biogas production yield in the range of 260-470 norm liters per kg organic dry mass.
To determine the influence of the mechanical pretreatment (particle size 1-15 mm) on the biogas production kinetics, the kinetic constants were defined and calculated. The reduction of the particle size leads to an improved biogas production kinetics. Therefore experiments will demonstrate, if the results from the batch experiments can be converted in the continuous fed biogas reactor. The experiments of the enzymatic pretreatment are still under investigation.
Die angestrebten Klimaschutzziele erfordern, dass Erneuerbare Energien längerfristig zur Hauptenergiequelle der Energieversorgung werden. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, ist es angebracht konventionelle und erneuerbare Energie oder noch besser nachhaltige Einzelprozesse intelligent miteinander zu verknüpfen.
Das Projekt EBIPREP wird von einer interdisziplinären Forschergruppe bestehend aus Chemikern, Prozessingenieuren und Bioprozessingenieuren sowie Physikern, die auf Sensoren und Prozesssteuerung spezialisiert sind durchgeführt. Das Ziel ist es, neue Lösungen für die Nutzungswege von Holzhackschnitzeln und den bei der mechanischen Trocknung anfallenden Holzpresssaft zu entwickeln. Neben der Hackschnitzelvergasung und der katalytischen Reinigung des Holzgases steht die Nutzung des Holzpresssafts in Biogasanlagen und bei der biotechnologischen Wertstofferzeugung, z.B. bei der Enzymherstellung, im Vordergrund.
Was wir tun?
Das EBIPREP-Projekt wird von einer interdisziplinären Forschungsgruppe durchgeführt, die sich aus Chemikern, Prozessingenieuren, Bioprozessingenieuren und Physikern zusammensetzt. Ziel ist es, neue Lösungen für den Einsatz von Hackschnitzeln und Holzpresssaft zu entwickeln, die durch ein innovatives mechanisches Trocknungsverfahren gewonnen werden. Neben der Holzvergasung und katalytischen Reinigung des Holzgases ist der Einsatz von Holzpresssaft in Biogasanlagen und in biotechnologischen Produktionsprozessen von Wertstoffen vorgesehen. Holzhackschnitzel werden thermisch vergast. Es werden Online-Sensoren entwickelt, um die relevanten Parameter der stabilisierten und optimierten Einzelprozesse auszuwerten. Die Verknüpfung von thermischen und biotechnologischer Konversionsprozessen könnte dazu beitragen, die Dimension von Biogasreaktoren erheblich zu reduzieren. Diese Tatsache wird folglich zu einer spürbaren Kostensenkung führen.
Ziele des EBIPREP-Projekts
• die Vorteile der thermischen und biologischen Umwandlung von Biomasse zu kombinieren;
• Entwicklung eines Verfahrens zur Reduzierung von Schadstoffemissionen mit innovativen Sensoren und katalytische Behandlung von Synthesegasen;
• nachhaltige Produktion biotechnologischer wertvoller Produkte
• wirtschaftliche und ökologische Analyse des Gesamtprozesses im Vergleich zu den Einzelprozessen
• Einsatz von Prozessabwässern zur Erzeugung regenerativer Energie oder biotechnologischer Wertstoffe
• Erwerb neuer Kenntnisse auf dem Gebiet der Rückgewinnungstechnik von Rückständen
• und Energieerzeugung;
• Erweiterung neuer Anwendungsfelder für innovative Sensoren und Keramik
• Schäume für Katalysatoren;
• Senkung der Kosten für die Biogasproduktion
Im geplanten Übersichtsvortrag werden die vernetzten Strukturen des Projekts EBIPREP und deren zentralen Ergebnisse vorgestellt.
Gasdynamik
(2020)
Für kompressible Strömungen werden die Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie hergeleitet. Die Eigenschaften der Stoßgleichungen wie Rankine-Hugoniot-Relation und Rayleigh-Gerade werden betrachtet. Zur Berechnung der Kräfte auf umströmte Körper werden die Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte ermittelt. Auf der Basis der Stromfadentheorie wird die Auslegung von Lavaldüsen behandelt. Das physikalische Verhalten linearer Unter- und Überschallströmungen und transsonischer Profilumströmungen wird analysiert.
Diese Arbeit befasst sich mit der Betriebsanalyse einer Trinkwarmwasseranlage und der Erweiterung der Abwärmenutzung einer Wärme- und Kälteerzeugungsanlage. Der Trinkwarmwasserbetrieb wird mit einem Gaskessel und einem Wärmepumpenboiler energetisch analysiert und verglichen. Die Wärme- und Kälteerzeugung soll durch eine Umschaltung von einer Kältemaschine optimiert werden. Die bisherige Abwärmenutzung im Kühlbetrieb soll auch in Teilen für Verbraucher im Heizbetrieb gewährleistet werden und somit den Energieverbrauch des Gaskessels senken.
Konstrukteure im Maschinenbau stehen häufig vor der Problemstellung, hochfest vorgespannte Schraubenverbindungen und einen durchgehenden Korrosionsschutz zu vereinen. Die Normen und Richtlinien bieten hierzu Stand heute keine ausreichenden Antworten. Die Hochschule Offenburg befasst sich im Rahmen einer industriellen Gemeinschaftsforschung mit der Fragestellung, welchen Einfluss organische Beschichtungen auf die Vorspannkraft insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen haben. In dieser Arbeit werden die ersten Ergebnisse zum Einfluss der Einzelschichtstärke des Beschichtungssystems präsentiert.
Cross-industry innovation is commonly understood as identification of analogies and interdisciplinary transfer or copying of technologies, processes, technical solutions, working principles or models between industrial sectors. In general, creative thinking in analogies belongs to the efficient ideation techniques. However, engineering graduates and specialists frequently lack the skills to think across the industry boundaries systematically. To overcome this drawback an easy-to-use method based on five analogies has been evaluated through its applications by students and engineers in numerous experiments and industrial case studies. The proposed analogies help to identify and resolve engineering contradictions and apply approaches of the Theory of Inventive Problem Solving TRIZ and biomimetics. The paper analyses the outcomes of the systematized analogies-based ideation and outlines that its performance continuously grows with the engineering experience. It defines metrics for ideation efficiency and ideation performance function.
In der Hüftendoprothetik ist der Einsatz von modularen Schäften für künstliche Hüftgelenke Standard. Obwohl sehr korrosionsresistente Materialien verwendet werden, kann an den modularen Schnittstellen Korrosion auftreten, die wiederum klinische Probleme zur Folge haben kann. Da Korrosionstests in physiologischen Salzlösungen nicht zu den in der klinischen Anwendung gesehenen Schadensbildern führen, ist es Ziel dieser Bachelor-Arbeit verschiedene Fluide auf ihren korrosiven Einfluss auf Titan-6Aluminium-4Vanadium und Cobalt-28Chrom-6Molybdän, zwei gängige Metalllegierungen in der Hüftendoprothetik, zu untersuchen.
Dazu wird für beide Legierungen sowohl ohne als auch mit angelegter Spannung in den sechs verschiedenen Fluiden der Materialabtrag gravimetrisch betrachtet. Als Basisfluid wurde Ringer Lösung verwendet, die mit 0,19 g/l und 10 g/l FeCl3, 30 mM H2O2 und 0,19 g/l FeCl3 + 30 mM H2O2 modifiziert wurde. Zusätzlich wurden die Legierungen in Kälberserum mit Hyaluronsäure (0,5 g/l Natriumhyaluronat) getestet. Mit Hilfe eines Potentiostaten wurden die Proben polarisiert und Stromdichte-Potential-Kurven (SPK) zur Charakterisierung der Metall-Fluid-Systeme erstellt.
In den Versuchen ohne angelegte Spannung ließ sich bei keiner der Proben, trotz beobachteter Oberflächenveränderungen, eine Gewichtsveränderung feststellen. In den Ergebnissen der Messungen mit dem Potentiostaten wurde ein ausgeprägter Einfluss von H2O2 auf die Ausbildung des Passivstromplateaus, insbesondere für die Kobalt-Chrom-Legierung deutlich. Sowohl für die Titan- als auch für die Kobalt-Chrom-Legierung bewirkt FeCl3 eine konzentrationsabhängige Erhöhung der Passivstromdichte. Die Kombination von FeCl3 und H2O2 zeigt eine Zusammenführung der in den einzelnen Fluiden gesehenen Variationen der Stromdichte-Potential-Kurven. Für Serum + HA konnte, über die kurze Testdauer von einigen Stunden, keine erhöhte Korrosivität im Vergleich zu Ringer festgestellt werden. Einen gesteigerten korrosiven Einfluss von Serum + HA auf die Legierungen über längere Zeiträume von Monaten bis Jahre ist aber nicht auszuschließen.
Ohne einen zusätzlichen Faktor, der die Passivschicht der Legierungen stört, zeigt sich kein gravimetrisch messbarer Einfluss der Fluide. Zukünftige Versuche, sollten deshalb eine mechanische Komponente beinhalten, die Mikrobewegungen an den Schnittstellen des Implantates induziert und so die Passivschicht realistischer stört als es in den Polarisationsversuchen der Fall ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Weiterentwicklung der Hinterradbaugruppe weiter vorangetrieben. Durch das genaue Betrachten verschiedener Sachverhalte entstehen neue Anpassungs- und Neukonstruktionen, mit dem Hauptaugenmerk der Antriebsfunktionalität und Elektrokomponentenbefestigung. Nach der Anpassung einer Ritzeladaption und einer Änderung der Elektromotoraufnahme wird der Antriebsstrang, in Form eines Kettentriebs, eingerichtet. Dazu wird der vorausgewählte Motor mit der angepassten Aufnahme verbunden und an die vordefinierte Stelle platziert. Zur Inbetriebnahme findet parallel eine Änderung der Radachsenaufnahme statt, um das Hinterrad mittig widerholbar ausrichten zu können. Unter dem Aspekt der der Sicherheit und Funktionalität erfolgt in Folge dessen die Konzipierung eines Radkatens und Kettenschutzes. Aus zeitlichen Gründen wird vorrangig das Konzept des Radkastens umgesetzt, weil diese Geometrie früher benötigt wird. Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit ist die Konzipierung eines Bremsenhalters. Dazu findet zu-nächst eine Bauraumanalyse statt, diese zu einem groben Bauraummodell führt. Daraufhin werden verschiedene Topologie- und Formoptimierungen, für die Erzielung eines robusten Bremsenhalters, durchgeführt. Im letzten Teil des Arbeitsumfangs erfolgt die Ermittlung verschiedene Aufnahmekonzepte für die Elektrokomponenten. Neben einer Schubladenlösung für die Energiebox findet parallel die Anfertigung einer Batteriebox mit Schiebedeckelvariante statt. Die angefertigten Boxen sind durch die vollständige Ausarbeitung bereit für die Erstellung eines Anbindungskonzepts an die, ebenfalls neuentwickelte, Elektrokomponentenaufnahme.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der Kontamination von Medizinprodukten, die kritische Geometrien aufweisen. Geprüft wurden zwei Prüfkörper, die jeweils ein kritisches Merkmal darstellen, zum einen die „gefüllten Lumen“ und zum anderen die „abgedeckten Flächen“. Anhand der auf die Prüfkörper abgestimmten Versuchsdurchführungen wurde der Einfluss der definierten Parameter Spaltweite, Prüfanschmutzung in Abhängigkeit des Anwen-dungsgebiets, Bewegung, Druck und Menge geprüft.
Skispringen ist aus biomechanischer sowie sportlicher Sicht eine hoch komplexe Sportart, bei der Koordination und Timing exakt abgestimmt sein müssen. Der Skisprung setzt sich dabei aus verschiedenen Phasen zusammen, die häufig getrennt voneinander trainiert werden. Grund hierfür ist vor allem der organisatorische Aufwand sowie das hohe Verletzungsrisiko bei einem echten Schanzensprung. Dass dies zwar als Basis für das Training ausreicht, aber einen ganzheitlichen Sprung nicht ersetzten kann, ist offensichtlich. Darum soll eine Möglichkeit gefunden werden, die Realsituation nachempfinden zu können und den ganzen Ablauf, dabei vor allem den Flug, trainieren zu können. Eine mögliche Lösung stellen sogenannte Windanlagen dar. Solche Systeme werden bereits eingesetzt, um sich auf Wettkämpfe vorzubereiten. Die meisten werden dabei allerdings nur als Trainingskanal umfunktioniert und haben eigentlich eine andere Bestimmung. Kaum eine der auf dem Markt befindlichen Anlagen bietet die Möglichkeit die Flugphase so nachzubilden, dass zum einen die Körperposition der realen entspricht, aber auch die Windbedingungen, denen auf der Schanze nahekommen. In Kooperation mit dem Olympiastützpunkt Freiburg soll im Rahmen dieser Arbeit erörtert werden, welche Voraussetzungen notwendig sind und wie die entsprechende Umsetzung aussehen kann, um einen für Skisprungzwecke geeigneten Trainingskanal zu konzipieren. Der Fokus dieser Arbeit liegt hierbei auf der Positionierung des Springers/der Springerin und der Gestaltung der dafür notwendigen Umgebung. Die technischen Gegebenheiten wie das Strömungsprofil werden hier nahezu ganz ausgelassen und anderweitig erarbeitet. Durch eine Analyse der umzusetzenden Situation sowie der gegebenen Bedingungen wird ein ganzheitliches Konzept zur Umsetzung entwickelt. Dabei soll eine Verbindung zwischen Athleten/in und Aufhängungsprofil geschaffen werden, die vor allem realitätsnah, sicher und flexibel ist. Unterteilen lässt sich die Fragestellung in Gurt, Aufhängungssystem und Rahmenprofil, was getrennt voneinander konzipiert wird. Zusätzlich werden Messtechniken, die dem Training sowie der Forschung dienen, erörtert.