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In der heutigen Zeit sind viele Menschen von Rückenschmerzen betroffen. Besonders in der Industrie, beispielsweise im Bereich der Logistik oder der Produktion, kommt es durch die gesundheitlichen Beschwerden zu Arbeits- und Produktionsausfällen. Um den Beschwerden vorzubeugen, werden Exoskelette entwickelt, die das Muskel-Skelett-System unterstützen.
Exoskelette sind am Körper getragene Assistenzsysteme, die mechanisch auf den Körper einwirken. Insbesondere reduzieren sie den Kompressionsdruck im Bereich des unteren Rückens. In diesem Zusammenhang wird mit der vorliegenden Bachelorarbeit die Entlastung der Lendenwirbel durch den Einfluss von Exoskelett-typischen Kräften, die im Bereich des Brustkorbs und der Oberschenkel wirken, untersucht. Dabei beschränkt sich die Untersuchung auf eine Anhebung, wie beispielsweise die Anhebung einer Kiste.
Mithilfe eines markerbasierten und nicht-invasiven 3D-Aufnahmeverfahrens wird eine Hebebewegung ohne Exoskelett aufgenommen. Die experimentelle Aufnahme wird in der Software OpenSim mit einem computerbasierten Skelettmodell verknüpft. Durch das Hinzufügen von Exoskelett-typischen Kräften, die auf das Skelettmodell beim Anheben wirken, wird die Krafteinwirkung während des Tragens eines Exoskeletts simuliert. Dabei entstehen Drehmomente im unteren Rückenbereich, die in dieser Arbeit analysiert werden.
Die Auswertung des nicht-invasiven Verfahrens liefert die Erkenntnis, dass der Einsatz eines Exoskeletts beim Anheben im Bereich der Lendenwirbel zu einer Verringerung der Drehmomente und somit zu einer Verringerung der Belastung des unteren Rückens führt.
This article presents a comparative experimental study of the electrical, structural and chemical properties of large‐format, 180 Ah prismatic lithium iron phosphate (LFP)/graphite lithium‐ion battery cells from two different manufacturers. These cells are particularly used in the field of stationary energy storage such as home‐storage systems. The investigations include (1) cell‐to‐cell performance assessment, for which a total of 28 cells was tested from each manufacturer, (2) electrical charge/discharge characteristics at different currents and ambient temperatures, (3) internal cell geometries, components, and weight analysis after cell opening, (4) microstructural analysis of the electrodes via light microscopy and scanning electron microscopy, (5) chemical analysis of the electrode materials using energy‐dispersive X‐ray spectroscopy, and (6) mathematical analysis of the electrode balances. The combined results give a detailed and comparative insight into the cell characteristics, providing essential information needed for system integration. The study also provides complete and self‐consistent parameter sets for the use in cells models needed for performance prediction or state diagnosis.
Treadmills are essential to the study of human and animal locomotion as well as for applied diagnostics in both sports and medicine. The quantification of relevant biomechanical and physiological variables requires a precise regulation of treadmill belt velocity (TBV). Here, we present a novel method for time-efficient tracking of TBV using standard 3D motion capture technology. Further, we analyzed TBV fluctuations of four different treadmills as seven participants walked and ran at target speeds ranging from 1.0 to 4.5 m/s. Using the novel method, we show that TBV regulation differs between treadmill types, and that certain features of TBV regulation are affected by the subjects’ body mass and their locomotion speed. With higher body mass, the TBV reductions in the braking phase of stance became higher, even though this relationship differed between locomotion speeds and treadmill type (significant body mass × speed × treadmill type interaction). Average belt speeds varied between about 98 and 103% of the target speed. For three of the four treadmills, TBV reduction during the stance phase of running was more intense (> 5% target speed) and occurred earlier (before 50% of stance phase) unlike the typical overground center of mass velocity patterns reported in the literature. Overall, the results of this study emphasize the importance of monitoring TBV during locomotor research and applied diagnostics. We provide a novel method that is freely accessible on Matlab’s file exchange server (“getBeltVelocity.m”) allowing TBV tracking to become standard practice in locomotion research.
Objective: To identify and evaluate the evidence of the most relevant running-related risk factors (RRRFs) for running-related overuse injuries (ROIs) and to suggest future research directions.
Design: Systematic review considering prospective and retrospective studies. (PROSPERO_ID: 236832)
Data sources: Pubmed. Connected Papers. The search was performed in February 2021.
Eligibility criteria: English language. Studies on participants whose primary sport is running addressing the risk for the seven most common ROIs and at least one kinematic, kinetic (including pressure measurements), or electromyographic RRRF. An RRRF needed to be identified in at least one prospective or two retrospective studies.
Results: Sixty-two articles fulfilled our eligibility criteria. Levels of evidence for specific ROIs ranged from conflicting to moderate evidence. Running populations and methods applied varied considerably between studies. While some RRRFs appeared for several ROIs, most RRRFs were specific for a particular ROI. The biomechanical measurements performed in many studies would have allowed for consideration of many more RRRFs than have been reported, highlighting a potential for more effective data usage in the future.
Conclusion: This study offers a comprehensive overview of RRRFs for the most common ROIs, which might serve as a starting point to develop ROI-specific risk profiles of individual runners. Future work should use macroscopic (big data) approaches involving long-term data collections in the real world and microscopic approaches involving precise stress calculations using recent developments in biomechanical modelling. However, consensus on data collection standards (including the quantification of workload and stress tolerance variables and the reporting of injuries) is warranted.
Governments have restricted public life during the COVID-19 pandemic, inter alia closing sports facilities and gyms. As regular exercise is essential for health, this study examined the effect of pandemic-related confinements on physical activity (PA) levels. A multinational survey was performed in 14 countries. Times spent in moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) as well as in vigorous physical activity only (VPA) were assessed using the Nordic Physical Activity Questionnaire (short form). Data were obtained for leisure and occupational PA pre- and during restrictions. Compliance with PA guidelines was calculated based on the recommendations of the World Health Organization (WHO). In total, n = 13,503 respondents (39 ± 15 years, 59% females) were surveyed. Compared to pre-restrictions, overall self-reported PA declined by 41% (MVPA) and 42.2% (VPA). Reductions were higher for occupational vs. leisure time, young and old vs. middle-aged persons, previously more active vs. less active individuals, but similar between men and women. Compared to pre-pandemic, compliance with WHO guidelines decreased from 80.9% (95% CI: 80.3–81.7) to 62.5% (95% CI: 61.6–63.3). Results suggest PA levels have substantially decreased globally during the COVID-19 pandemic. Key stakeholders should consider strategies to mitigate loss in PA in order to preserve health during the pandemic.
Die freie Achillessehne wird bis heute meist als homogene Struktur betrachtet. Jedoch gibt es viele anatomische Studien, die einen verdrehten Aufbau der Achillessehne aufzeigen. Des Weiteren gibt es Studien der Achillessehne in vivo (hier nur in der Sagittalebene), als auch in vitro, bei denen heterogene Verschiebungen nachgewiesen wurden. So stellt sich die Frage, ob die Achillessehne wirklich als homogene Struktur betrachtet werden kann oder ob der besondere Aufbau einen maßgeblichen Einfluss auf die Physiologie hat. In dieser Studie sollen nun mit Hilfe von Ultraschalluntersuchungen Bewegungen in der Transversalebene der Achillessehne aufgenommen werden. Eine solche Studie gab es bisher noch nicht und könnte deswegen weitere wichtige Informationen über die Achillessehne liefern. Durch lokale, isolierte Stimulationen des musculus gastrocnemius medialis (GM) und musculus gastrocnemius lateralis (GL), soll gezeigt werden, ob es zu heterogenen Bewegungsmustern in der Achillessehne kommt. Analysiert werden die Ultraschallaufnahmen mittels einem 2D Speckle Tracking Verfahren, das auch in anderen Studien in der Sagittalebene verwendet wurde, seinen Ursprung jedoch in der Kardiologie findet. In dieser Pilotstudie wurden fünf Proband:innen (29,2 ± 8,5 Jahre) untersucht. Als Ergebnis wurden bei fast allen Proband:innen lokal unterschiedliche Bewegungsmuster in der Achillessehne bei isolierter Stimulation des GM und GL erfasst. In den drei Stimulationen, die pro Muskel durchgeführt wurden, waren die Ergebnisse innerhalb eines Probanden jeweils sehr ähnlich. Um die Funktionsweise und deren Einfluss nun noch genauer zu analysieren, gilt es in der Zukunft weitere Parameter in das Grundkonzept dieser Studie hinzuzufügen und mehr Proband:innen zu testen.
The compliant nature of distal limb muscle-tendon units is traditionally considered suboptimal in explosive movements when positive joint work is required. However, during accelerative running, ankle joint net mechanical work is positive. Therefore, this study aims to investigate how plantar flexor muscle-tendon behavior is modulated during fast accelerations. Eleven female sprinters performed maximum sprint accelerations from starting blocks, while gastrocnemius muscle fascicle lengths were estimated using ultrasonography. We combined motion analysis and ground reaction force measurements to assess lower limb joint kinematics and kinetics, and to estimate gastrocnemius muscle-tendon unit length during the first two acceleration steps. Outcome variables were resampled to the stance phase and averaged across three to five trials. Relevant scalars were extracted and analyzed using one-sample and two-sample t-tests, and vector trajectories were compared using statistical parametric mapping. We found that an uncoupling of muscle fascicle behavior from muscle-tendon unit behavior is effectively used to produce net positive mechanical work at the joint during maximum sprint acceleration. Muscle fascicles shortened throughout the first and second steps, while shortening occurred earlier during the first step, where negative joint work was lower compared with the second step. Elastic strain energy may be stored during dorsiflexion after touchdown since fascicles did not lengthen at the same time to dissipate energy. Thus, net positive work generation is accommodated by the reuse of elastic strain energy along with positive gastrocnemius fascicle work. Our results show a mechanism of how muscles with high in-series compliance can contribute to net positive joint work.
Introduction: The use of scaffolds in tissue engineering is becoming increasingly important as solutions need to be found to preserve human tissues such as bone or cartilage. Various factors, including cells, biomaterials, cell and tissue culture conditions, play a crucial role in tissue engineering. The in vivo environment of the cells exerts complex stimuli on the cells, thereby directly influencing cell behavior, including proliferation and differentiation. Therefore, to create suitable replacement or regeneration procedures for human tissues, the conditions of the cells’ natural environment should be well mimicked. Therefore, current research is trying to develop 3-dimensional scaffolds (scaffolds) that can elicit appropriate cellular responses and thus help the body regenerate or replace tissues. In this work, scaffolds were printed from the biomaterial polycaprolactone (PCL) on a 3D bioplotter. Biocompatibility testing was used to determine whether the printed scaffolds were suitable for use in tissue engineering.
Material and Methods: An Envisiontec 3D bioplotter was used to fabricate the scaffolds. For better cell-scaffold interaction, the printed polycaprolactone scaffolds were coated with type-I collagen. Three different cell types were then cultured on the scaffolds and various tests were used to investigate the biocompatibility of the scaffolds.
Results: Reproducible scaffolds could be printed from polycaprolactone. In addition, a coating process with collagen was developed, which significantly improved the cell-scaffold interaction. Biocompatibility tests showed that the PCL-collagen scaffolds are suitable for use with cells. The cells adhered to the surface of the scaffolds and as a result extensive cell growth was observed on the scaffolds. The inner part of the scaffolds, however, remained largely uninhabited. In the cytotoxicity studies, it was found that toxicity below 20% was present in some experimental runs. The determination of the compressive strength by means of the universal testing machine Z005 by ZWICK according to DIN EN ISO 604 of the scaffolds resulted in a value of 68.49 ± 0.47 MPa.
Bifaziale Photovoltaikmodule werden durch ihre höhere Leistung, bezogen auf den Flächenbedarf immer attraktiver. Die meisten der bislang hergestellten Photovoltaik Module sind Monofazial ausgeführtund schöpfen damit nicht ihr vollständiges Potential aus. Weiterhin bestehen die konventionell hergestelltenPhotovoltaik(PV) Module aus einem Verbund aus Glas und Kunststoff sowie verschiedenen Metallen, was die Entsorgung oder ein Recycling kostenaufwendig und kompliziert gestaltet. Die Firma Apollon greift diese Punkte auf und versucht, beides in dem NICE-Modul(Siehe Anhang 12.1)zu vereinen,nämlich ein bifaziales Modul, bei dem die PV-Zellen zwischen zwei Glasplatten, anstelle von zwei Kunststoffen eingespannt werden. Die Hochschule Offenburg ist F&E-Partner der Firma Apollon und betreibt ein kleines Labor zur Herstellung von NICE-Modulen. Zu Testzwecken werden diese der Witterung ausgesetzt und so der Energieertrag,sowie deren Lebensdauer unter geltenden Witterungsbedingungen ermittelt. In der Masterarbeit von Benjamin Smith[1]stellte sich heraus, dass sich bei den Modulen nach weniger als zwei Wochen im Freien die Klebefläche zwischen den Glasplatten löste. Somit fielen die Module beim Witterungstest unter realen Bedingungen durch.Im Anschluss an die Arbeit von Benjamin Smith besteht diese Arbeit darin,einen Außenteststand zu konzipieren und aufzubauen, um das in Zwischenzeit neu entworfene Klebe-konzept, welches einem TC 50 Test standhielt, auf die Lebensdauer im Freien und das PV Modul selbst auf den elektrischen Ertrag zu untersuchen. Für den elektrischen Ertrag werden Strom-und Spannungsverlauf aufgezeichnet. Außerdem musste für eine Charakterisierung der Module die Bestrahlungsstärke,der Temperaturverlauf, sowie die Inho-mogenität der Bestrahlungsstärke auf der Rückseite und die Windgeschwindigkeit ermittelt werden. Um eine Alterung des Modulwechselrichters auszuschließen, werden speziell dafür die Wechselspannung und Leistung auf der Ausgangsseite des Modulwechselrichters aufgezeichnet. Sämtliche modulrelevanten Messwerte werden im 3-5 s Intervall abgespeichert und sind auf einem Webserver sowie für eine spätere Datenanalyse als .csv Datei abrufbar. Somit eignet sich die Messeinrichtung lediglich für eine Bilanzierung,nicht aber für eine Leistungsmessung.
Für den Außenteststand musste eine Unterkonstruktion, geeignet für bifaziale Module entworfen und aufgebaut werden. Die Konstruktion ist vollständig aufgebaut. Das Messsystem wurde auf deren Funktion erfolgreich geprüft und steht bis auf die Strahlungsinhomogenitätsmessung im Technikum am Campus Nord der Hochschule Offenburg bereit zur Inbetriebnahme.
Der allgegenwärtige Einsatz von numerischen Strömungssimulationen, wie sie in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrt vorkommen, führt zu einem deutlichen Anstieg der benötigten Möglichkeiten und erhöhten Ansprüche an die Programme. Dadurch können mittlerweile auch komplexe Szenarien zuverlässig simuliert werden, was durch die stetige Steigerung der Rechenleistung weiter an Bedeutung gewinnt. Da auch das Verhalten von nicht newtonschen Fluiden immer präziser über speziell erstellte rheologische Modelle vorhergesagt werden kann, gilt es nun zu prüfen, ob und wie gut diese Modelle in einer Simulation umgesetzt werden können.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Simulation anhand eines konkreten Anwendungsfalles erstellt. Dabei wird das Viskositätsverhalten von drei scherverdünnenden Fluiden in einer Rohrleitung mit Querschnittreduzierung untersucht und dabei die Vorgehensweise geschildert. So wird unter anderem gezeigt, wie die Geometrie und deren Vernetzung durchzuführen ist und erklärt, welche Einstellungen für das gewünschte Strömungsverhalten erforderlich sind. Für die Beschreibung der Fluide werden dabei sowohl programmeigene Modelle als auch erweiterte Modelle verwendet, die in der Software implementiert werden müssen.
Bei dem Vergleich der Ergebnisse werden letztlich die Druckverluste, die in der Geometrie entstehen und verschiedene Schubspannungsverläufe mit den Messwerten aus der Literatur verglichen.
3D–Druck hat sich in den letzten Jahren extrem schnell entwickelt und bekommt eine immer größer werdende Bedeutung in der Industrie. Es ist ein Verfahren womit schnell und kostengünstig Modelle, Prototypen, aber auch fertige und einsatzfähige Produkte hergestellt werden können.
Auch Industrieroboter spielen in der Fertigung und Montage eine immer größer werdende Rolle und können flexibel für verschiedene Arbeiten eingesetzt werden.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit werden diese beiden Systeme miteinander kombiniert. Es wird aufgezeigt, wie ein FDM-Druckkopf für die Anwendung an einem Industrieroboter konzipiert, konstruiert und in Betrieb genommen wird, um Drucke am Industrieroboter durchführen zu können.
Einseitig transtibiale Amputationen führen häufig zu frühzeitigen degenerativen Erkrankungen wie Arthrose im nicht betroffenen Bein. Die genauen Prozesse, welche zu dieser Erkrankung führen, sind aktuell nicht ausreichend geklärt. Ziel dieser Literaturarbeit war es, ausgewählte biomechanische Parameter auf deren langfristige Auswirkungen auf das Knie- und Hüftgelenk der nicht betroffenen unteren Extremität zu untersuchen. Um die biomechanischen Arthroserisiken zu erfassen, wurden die beiden Maxima der vertikalen Bodenreaktionskraft sowie die externen maximalen Gelenksmomente in der Sagittal- und Frontalebene untersucht. Bestandteil dieser Untersuchung war sowohl der Vergleich dieser Parameter zwischen der nicht betroffenen Extremität der Amputierten mit einer gesunden Kontrollgruppe als auch der Vergleich zwischen der betroffenen und nicht betroffenen Extremität der einseitig amputierten Probanden. Es wurde eine systematische Literatursuche unter Verwendung der Datenbank PubMed durchgeführt, welche ein Suchergebnis von 288 Studien umfasste. Im Rahmen der Arbeit wurden ausschließlich Studien eingeschlossen, die einseitig transtibial amputierte Probanden im ebenerdigen Gehen mit einer passiven Prothese und mit einer selbstgewählten oder einer Gehgeschwindigkeit im Bereich von 0,70-1,40 m/s untersuchten. Ausgeschlossen wurden unter anderem Studien, welche die Nutzung von in den Knochen eingebrachten Prothesen und das Gehen mit zusätzlichem Gewicht untersuchten. Unter Berücksichtigung der zuvor definierten Ein- und Ausschlusskriterien erfolgte die Untersuchung der Fragestellungen anhand von 24 Studien. Die nicht betroffene Extremität der amputierten Probanden wies bis zu 19 % höhere vertikale Bodenreaktionskräfte auf als die Kontrollgruppe. Es wurden ebenfalls erhöhte maximale Adduktionsmomente an dem Knie- und Hüftgelenk der einseitig transtibial Amputierten im Vergleich zu der Kontrollgruppe festgestellt. Der Vergleich der beiden unteren Gliedmaßen der einseitig transtibial Amputierten ergab reduzierte Maxima der vertikalen Bodenreaktionskraft, reduzierte maximale Knieflexions- und Knieadduktionsmomente sowie reduzierte maximale Hüftadduktionsmomente der betroffenen Extremität verglichen zu der nicht betroffenen Seite. Die Ergebnisse dieser Literaturarbeit stimmten weitestgehend mit den Untersuchungsergebnissen weiterer Autoren überein. Die vermutlichen Risikofaktoren für das Auftreten von Arthrose in der allgemeinen Bevölkerung sowie in der untersuchten Population sind das externe maximale Knieadduktionsmoment in Kombination mit asymmetrischen Belastungen der unteren Extremitäten. Speziell für die einseitig transtibial Amputierten könnten Ursachen wie Muskelschwächen, mangelndes Vertrauen in die Prothese und Schmerzen Einfluss auf die Asymmetrie haben. Zukünftig kann eine Verbesserung des Gangbildes und der Symmetrie der Belastungen mit Hilfe von angetrieben Prothesen, welche durch eine aktive Abstoßbewegung der betroffenen Extremität ein physiologischeres Gangbild erzeugen können, erreicht werden. Darüber hinaus eignet sich die Betrachtung von Studien der einseitig transfemoral amputierten Population, um weitere Einblicke in die Kompensationsstrategien und ihre Auswirkungen bei einseitig amputierten Menschen zu erhalten.
Vorherige Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung der Biegesteifigkeit von Sprintschuhsohlen eine Leistungssteigerung bewirken kann. Der zugrunde liegende Mechanismus ist die sogenannte Getriebefunktion, die ein Potential zur effektiveren horizontalen Kraftentfaltung bietet. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Biegesteifigkeiten auf die Beschleunigungsleistung, die kinematischen und kinetischen Eigenschaften der Getriebefunktion, sowie erstmals die Kraftentwicklung der Wadenmuskulatur zu beschreiben. Dreizehn männliche Athleten wurden mittels Ganzkörper Bewegungsanalyse in Kombination mit der Messung der Muskelaktivierung und der Bodenreaktionskraft während des zweiten Schritts einer 5 Meter Beschleunigung bei voller Anstrengung in handelsüblichen Schuhmodellen mit geringer Steifigkeit (C), mit gesteigerter Vor- und Mittelfußsteifigkeit (M) und mit zusätzlich gesteigerter Mittelfußsteifigkeit (S) untersucht. Für die Beschleunigungsleistung, sowie die kinematischen und kinetischen Parameter am Sprunggelenk wurde eine teilweise signifikante Verringerung bei gesteigerter Biegesteifigkeit festgestellt. Dieser negative Effekt konnte durch die zusätzliche Steigerung der Mittelfußsteifigkeit ausgeglichen und teilweise sogar umgekehrt werden. Die Kraftentwicklung der Wadenmuskulatur wurde durch die unterschiedliche Biegesteifigkeit nicht signifikant verändert. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass neben der Größe der Biegesteifigkeit auch der Ort und/oder die Relationen zwischen den lokalen Biegesteifigkeiten Einfluss auf die biomechanische Performance hat. Zukünftige Studien müssen klären, welche der Modifikationen tatsächlich Einfluss nimmt.
Der aktuell verbaute Hatz-Dieselmotors des Schluckspecht V soll durch einen leichten und effizienten Ottomotor ersetzt werden. Dieser Ottomotor wird zukünftig mit dem Alkohol Ethanol betrieben. Hierfür müssen, auch hinsichtlich des Wettbewerb-Einsatzes beim Shell Eco-marathon, einige Optimierungen durchgeführt werden.
Die hier vorliegende Master-Thesis behandelt den Aufbau und die Optimierung des Ver-suchsprüfstands, welcher für Testzwecke für den neuen Ottomotor entwickelt wurde. Im speziellen wird auf das Thema Kraftstoffsystem, welches für den Betrieb mit Ethanol aus-gelegt wird, eingegangen. Des Weiteren erfolgt die Konstruktion einer optimierten Ansaugstrecke, welche auf den Verbrennungsmotor appliziert werden soll. Hierfür werden mehrere Varianten strömungstechnisch untersucht und am Objekt getestet. Zudem soll die Verdichtung des Verbrennungsmotors durch einen optimierten Kolben erhöht und die Ventilsteuerzeiten durch eine optimierte Nockenkontur perfektioniert werden. Hierbei besteht die Aufgabe darin diese Bauteile zu besorgen und die Fertigung zu koordinieren. Eine weitere Tätigkeit ist die Aufnahme und Beseitigung von Fehlern des Versuchsprüfstands, welche einen reibungslosen Versuchsalltag verhindern bzw. erschweren. Die letzte Tätigkeit umfasst das Durchführen von experimentellen Untersuchungen des Verbrennungsmotors und das Anlegen von Kennfeldern, welche einen effizienten Motorlauf gewährleisten.
We present a video-densitometric high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) quantification method for patulin in apple juice, developed in a vertical chamber from the starting point to a distance of 50 mm, using MTBE, n-pentane (9 + 5, v/v) as mobile phase. After separation the plate is sprayed with methyl-benzothiazolinone hydrazone hydrochloride monohydrate (MBTH) solution (40 mg in 20 mL methanol) and heated at 105 °C for 15 min. Patulin zones are transformed into yellow spots. The quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue). Evaluation of the blue channel makes the measurements very specific. Quantification in fluorescence was also done by use of a 16-bit CCD-camera and UV-366 nm illumination as well as using a HPTLC DAD-scanner. For linearization the extended Kubelka–Munk expression for data transformation was used. The range of linearity covers more than two magnitudes and lies between 5 and 800 ng patulin. The extraction of 20 g apple juice and an extract application on plate up to 50 µL allows statistically defined checking the limit of detection (LOD) of 50 ng patulin per track, which is equivalent to 50 µg patulin per kg apple juice.
The NaSiO Institute (Institute for Sustainable Silicate Research in Offenburg, https://inasio.hs-offenburg.de/) has been working for years on climate-friendly alternatives to insulation materials and inorganic binders, as well as the reasonable use of construction waste in the building industry. The aim of research is to realize the enormous CO 2 saving potential of the construction sector worldwide. A stopping of climate heating will only succeed if these climate-friendly alternatives are used in the construction industry. This is the only way to realize the enormous CO2 savings that will be needed in future to comply with the Paris Agreement.
Described is a solid body formed with Si, Al, Ca, O and at least one of Na and K, said body exhibiting in the 27Al MAS NMR spectrum a signal additional to the 27Al MAS NMR spectrum of pure calcium aluminate, with a chemical shift sited between that of the main peak of calcium aluminate and the peak next upfield to the main peak of calcium aluminate. Possible uses of the solid body include use as a building material with aggregates, as a coating, as an adhesive for joining two components for sanitary ceramic units, for high-temperature applications, for renovating existing edifices, especially for underwater renovation, for the erection and/or repair of built structures, particularly when high compressive strengths are needed or chemically aggressive conditions arise. It can be produced by bringing waterglass, sodium hydroxide and/or potassium hydroxide, calcium aluminate, one or more aggregates and optionally water, especially sea water, into contact, even at temperatures below 0°C without heating.
We present a densitometric quantification method for triclosan in toothpaste, separated by high-performance thin-layer chromatography (HPTLC) and using a 48-bit flatbed scanner as the detection system. The sample was band-wise applied to HPTLC plates (10 × 20 cm), with fluorescent dye, Merck, Germany (1.05554). The plates were developed in a vertical developing chamber with 20 min of chamber saturation over 70 mm, using n-heptane–methyl tert-butyl ether–acetic acid (92:8:0.1, V/V) as solvent. The RF value of triclosan is hRF = 22.4, and quantification is based on direct measurements using an inexpensive 48-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue) after plate staining with 2,6-dichloroquinone-4-chloroimide (Gibbs' reagent). Evaluation of the red channel makes the measurements of triclosan very specific. For linearization, an extended Kubelka–Munk expression was used for data transformation. The range of linearity covers more than two orders of magnitude and is between 91 and 1000 ng. The separation method is inexpensive, fast and reliable.
Editorial
(2021)
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The Lattice Boltzmann Method is a useful tool to calculate fluid flow and acoustic effects at the same time. Although the acoustic perturbation is much smaller than normal pressure differences in fluid flow, this direct calculation is a great advantage of the Lattice Boltzmann Method (LBM). But each border used in calculation produces a multitude of reflections with the acoustic waves, which lead to an unusable result. Therefore, it is worked on different absorbing techniques.
In this thesis three absorbing layer techniques are described, explained and reviewed with different simulations. The absorbing layers are implemented in a basic LBM code in C++, and with this umpteen simulations within a box were performed to compare the different absorbing layers. The Doppler effect and a cylinder flow are also examined to compare the damping efficiencies.
The three studied absorbing techniques are the sponge layer, the perfectly matched layer and a force based Term II absorbing layer. The sponge layer is easy to implement but gives worse results than a calculation without any absorbing layer. The perfectly matched layer and a force based absorbing term provide very good results but the perfectly matched layer has problems with instability. The force based absorbing layer represents the best compromise between the additional computation time due the absorbing layer and the achieved damping efficiency.
Pure orbital blowout fractures occur within the confines of the internal orbital wall. Restoration of orbital form and volume is paramount to prevent functional and esthetic impairment. The anatomical peculiarity of the orbit has encouraged surgeons to develop implants with customized features to restore its architecture. This has resulted in worldwide clinical demand for patient-specific implants (PSIs) designed to fit precisely in the patient’s unique anatomy. Material extrusion or Fused filament fabrication (FFF) three-dimensional (3D) printing technology has enabled the fabrication of implant-grade polymers such as Polyetheretherketone (PEEK), paving the way for a more sophisticated generation of biomaterials. This study evaluates the FFF 3D printed PEEK orbital mesh customized implants with a metric considering the relevant design, biomechanical, and morphological parameters. The performance of the implants is studied as a function of varying thicknesses and porous design constructs through a finite element (FE) based computational model and a decision matrix based statistical approach. The maximum stress values achieved in our results predict the high durability of the implants, and the maximum deformation values were under one-tenth of a millimeter (mm) domain in all the implant profile configurations. The circular patterned implant (0.9 mm) had the best performance score. The study demonstrates that compounding multi-design computational analysis with 3D printing can be beneficial for the optimal restoration of the orbital floor.
This work aimed to determine the influence of two hydrogels (alginate, alginate-di-aldehyde (ADA)/gelatin) on the mechanical strength of microporous ceramics, which have been loaded with these hydrogels. For this purpose, the compressive strength was determined using a Zwick Z005 universal testing machine. In addition, the degradation behavior according to ISO EN 10993-14 in TRIS buffer pH 5.0 and pH 7.4 over 60 days was determined, and its effects on the compressive strength were investigated. The loading was carried out by means of a flow-chamber. The weight of the samples (manufacturer: Robert Mathys Foundation (RMS) and Curasan) in TRIS solutions pH 5 and pH 7 increased within 4 h (mean 48 ± 32 mg) and then remained constant over the experimental period of 60 days. The determination surface roughness showed a decrease in the value for the ceramics incubated in TRIS compared to the untreated ceramics. In addition, an increase in protein concentration in solution was determined for ADA gelatin-loaded ceramics. The macroporous Curasan ceramic exhibited a maximum failure load of 29 ± 9.0 N, whereas the value for the microporous RMS ceramic was 931 ± 223 N. Filling the RMS ceramic with ADA gelatin increased the maximum failure load to 1114 ± 300 N. The Curasan ceramics were too fragile for loading. The maximum failure load decreased for the RMS ceramics to 686.55 ± 170 N by incubation in TRIS pH 7.4 and 651 ± 287 N at pH 5.0.
Das Team Schluckspecht der Hochschule Offenburg fährt seit 1998 bei dem Wettbewerb Shell-Eco-Marathon beachtliche Erfolge mit Leichtbaufahrzeugen ein. Seit der ersten Teilnahme an diesem Wettbewerb, werden die Fahrzeuge kontinuierlich weiterentwickelt und den von der Rennleitung vorausgesetzten Bedingungen an-gepasst. Im Jahr 2020 soll der mittlerweile schon 17 Jahre alte Schluckspecht 3 durch den neu entwickelten Schluckspecht 6 ersetzten werden.
Zu Beginn dieser Bachelorthesis liegt bereits eine gefertigte Negativform des Monocoques aus glasfaserverstärktem Kunststoff vor. Das Ziel der Bachelorthesis ist die Fertigung des Monocoques aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Nach der Recherche zu den theoretischen Grundlagen erfolgen das Planen und Durchführen von Versuchen. Die Versuche dienen zur Lösungsfindung der zuvor festgelegten Aufgabenstellungen für die Fertigung des Monocoques. Es werden Versuche zu den im Fahrzeug zu platzierenden Inlays, der Fensterbefestigung, den Ab-schusskanten und Übergängen am Fahrzeug und dem Kabelkanal durchgeführt. Anhand der Versuchsergebnisse wird die Zielvariante für das zu fertigende Monocoque festgelegt. Alle relevanten festgelegten Maßnahmen müssen mit den im Projekt beteiligten Bauteilverantwortlichen abgeklärt werden. Die Bearbeitung der Negativform beinhaltet das Versteifen mit Holzstreben und eine Wärmebehandlung. Daraufhin werden zwei Backvorgänge zum Aushärten des Fahrzeugs durchgeführt. Abgeschlossen wird die Fertigung mit dem Finishing des Monocoques. Die Herausforderung dieses Projekts besteht darin, das angeeignete Wissen zunächst auf die Versuche und schlussendliche auf die Fertigung des gesamte Monocoque zu übertragen.
It is considered necessary to implement advanced controllers such as model predictive control (MPC) to utilize the technical flexibility of a building polygeneration system to support the rapidly expanding renewable electricity grid. These can handle multiple inputs and outputs, uncertainties in forecast data, and plant constraints, amongst other features. One of the main issues identified in the literature regarding deploying these controllers is the lack of experimental demonstrations using standard components and communication protocols. In this original work, the economic-MPC-based optimal scheduling of a real-world heat pump-based building energy plant is demonstrated, and its performance is evaluated against two conventional controllers. The demonstration includes the steps to integrate an optimization-based supervisory controller into a typical building automation and control system with off-the-shelf HVAC components and usage of state-of-art algorithms to solve a mixed integer quadratic problem. Technological benefits in terms of fewer constraint violations and a hardware-friendly operation with MPC were identified. Additionally, a strong dependency of the economic benefits on the type of load profile, system design and controller parameters was also identified. Future work for the quantification of these benefits, the application of machine learning algorithms, and the study of forecast deviations is also proposed.
With the increasing share of renewable energies and the nuclear phase-out, the energy transition is accelerating. From the perspective of building technology, there is great potential to support this transition given its large share in total energy consumption and the increasing number of flexible and controllable components and storages. However, a question often asked at the plant level is: "How do we use this flexibility to support the regional grid?". In this work, a grid-supportive controller of a real-world building energy plant was developed using mathematical optimisation methods and its technical feasibility was demonstrated. The results could convince actors from the energy industry and academia about the practicality of these methods and offer tools for their implementation.
The German government is aiming to increase the share of renewable energies in the electricity supply to 80% in 2050. To date, however, neither the technical requirements nor the market requirements to implement this aim are provided: Germany is struggling to establish the technical requirements and the market requirements to meet this goal. As an important incentive mechanism, the German government has used and continues to use support measures, such as guaranteed feed-in tariffs, and continuously adapts these to market developments and requirements of the European Union. The purpose of the study is to outline a concept for the implementation of regional flexibility markets in Europe based on a thorough review of technical solutions. The method of a comprehensive review of research in regional flexibility markets of electricity, distribution, and pricing from the study is applied to summarize and discuss the opportunities, risks, and future potentials of grid distribution technology. Based on the insights, a new market-based supply and distribution scheme for electricity, which is aimed to benefit of a fully regenerative, decentral and fairly priced electricity markets on the European level is presented. The study suggests a blockchain based pricing mechanism which shall allow equal market access for consumer, providers, and grid operators and rewards regenerative production and short-distance transmission.
Um die im Pariser Klimaschutzabkommen vereinbarte Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, muss die Energiewende deutlich stärker vorangetrieben werden als bisher. Das Schaufenster C/sells in der größten der SINTEG-Modellregionen hat sich dieser Herausforderung gestellt. Über vier Jahre haben 56 Partner aus Energiewirtschaft, Wissenschaft und Politik in Baden-Württemberg, Bayern und Hessen daran gearbeitet, ein zelluläres Energiesystem zu etablieren. Sie haben Musterlösungen für eine erfolgreiche Energiewende entwickelt. In mehr als 30 Demonstrationszellen sowie in neun Partizipationszellen, den sogenannten C/sells-Citys, wurde demonstriert, wie ein Informationssystem die intelligente Organisation von Stromversorgungsnetzen und den regionalisierten Handel mit Energie und Flexibilitäten ermöglicht.
Lithium‐ion battery cells are multiscale and multiphysics systems. Design and material parameters influence the macroscopically observable cell performance in a complex and nonlinear way. Herein, the development and application of three methodologies for model‐based interpretation and visualization of these influences are presented: 1) deconvolution of overpotential contributions, including ohmic, concentration, and activation overpotentials of the various cell components; 2) partial electrochemical impedance spectroscopy, allowing a direct visualization of the origin of different impedance features; and 3) sensitivity analyses, allowing a systematic assessment of the influence of cell parameters on capacity, internal resistance, and impedance. The methods are applied to a previously developed and validated pseudo‐3D model of a high‐power lithium‐ion pouch cell. The cell features a blend cathode. The two blend components show strong coupling, which can be observed and interpreted using the results of overpotential deconvolution, partial impedance spectroscopy, and sensitivity analysis. The presented methods are useful tools for model‐supported lithium‐ion cell research and development.
Konstruktion, Fertigung und experimentelle Optimierung einer Lenkung für ein Leichtbaufahrzeug
(2021)
Diese Bachelorthesis umfasst die Fertigung eines nach Ackermann ausgelegten Lenksystems für ein Leichtbaufahrzeug. Der besondere Fokus dieser Arbeit liegt beim Einbau der Komponenten in das Chassis. Dabei werden die nötigen Vorrichtungen und das Vorgehen beschrieben, um sicherzustellen, dass die Lenkkinematik nach ihrer ursprünglichen Auslegung funktioniert und alle Teile des Fahrwerks möglichst effizient betrieben werden können. Weiterhin wird beschrieben, wie die Komponenten der Lenkung während des Montage- und Fertigungsprozesses weiterentwickelt wurden. Abschließend wird die montierte Lenkung experimentell getestet, um die Qualität der Arbeit beurteilen zu können.
We describe a prototype for power line communi- cation for grid monitoring. The PLC receiver is used to gain information about the PLC channel and the current state of the power grid. The PLC receiver uses the communication signal to obtain an accurate estimate of the current channel and provides information which can be used as a basis for further processing with the aim to detect partial discharges and other anomalies in the grid. This monitoring of the power grid takes advantage of existing PLC infrastructure and uses the data signals, which are transmitted anyway to obtain a real-time measurement of the channel transfer function and the received noise signal. Since this signal is sampled at a high sampling rate compared to simpler measurement sensors, it contains valuable information about possible degradations in the grid which need to be addressed. While channel measurements are based on a received PLC signal, information about partial discharges or other sources of interference can be gathered by a PLC receiver in the absence of a transmit signal. A prototype based on Software Defined Radio has been developed, which implements the simultaneous communication and sensing for a power grid.
There is a strong interaction between the urban atmospheric canopy layer and the building energy balance. The urban atmospheric conditions affect the heat transfer through exterior walls, the long-wave heat transfer between the building surfaces and the surroundings, the short-wave solar heat gains, and the heat transport by ventilation. Considering also the internal heat gains and the heat capacity of the building structure, the energy demand for heating and cooling and the indoor thermal environment can be calculated based on the urban microclimatic conditions. According to the building energy concept, the energy demand results in an (anthropogenic) waste heat; this is directly transferred to the urban environment. Furthermore, the indoor temperature is re-coupled via the building envelope to the urban environment and affects indirectly the urban microclimate with a temporally lagged and damped temperature fluctuation. We developed a holistic building model for the combined calculation of indoor climate and energy demand based on an analytic solution of Fourier's equation and implemented this model into the PALM model.
A strong heat load in buildings and cities during the summer is not a new phenomenon. However, prolonged heat waves and increasing urbanization are intensifying the heat island effect in our cities; hence, the heat exposure in residential buildings. The thermophysiological load in the interior and exterior environments can be reduced in the medium and long term, through urban planning and building physics measures. In the short term, an increasingly vulnerable population must be effectively informed of an impending heat wave. Building simulation models can be favorably used to evaluate indoor heat stress. This study presents a generic simulation model, developed from monitoring data in urban multi-unit residential buildings during a summer period and using statistical methods. The model determines both the average room temperature and its deviations and, thus, consists of three sub-models: cool, average, and warm building types. The simulation model is based on the same mathematical algorithm, whereas each building type is described by a specific data set, concerning its building physical parameters and user behavior, respectively. The generic building model may be used in urban climate analyses with many individual buildings distributed across the city or in heat–health warning systems, with different building and user types distributed across a region. An urban climate analysis (with weather data from a database) may evaluate local differences in urban and indoor climate, whereas heat–health warning systems (driven by a weather forecast) obtain additional information on indoor heat stress and its expected deviations.
Die fischer eco solutions ist Hersteller von HT-PEM Brennstoffzellen und deren Komponenten. Das Herzstück der Brennstoffzellen, die Membran-Elektroden-Einheit MEA, wird auf zwei prinzipiell baugleichen Heißpressen der fischer Maschinentechnik gefertigt. Ziel dieser Arbeit ist es, dass an beiden Pressen die konstant gleiche Qualität produziert werden kann. Außerdem sollen alle relevanten Einflussgrößen und Prozessparameter bei der MEA Herstellung aufgezeigt und optimiert werden.
Es wurden verschiedene Optimierungspotentiale umgesetzt:
• Zunächst werden die Qualitätsunterschiede beider Pressen
mit Hilfe eines Vergleichs-stacks quantitativ ermittelt.
• Die Qualitätsunterschiede sind auf Unterschiede in der
SPS Steuerung zurückzuführen.
• Beide Pressen werden in ihrer Programmierung angepasst
und ein erneuter Teststack validiert die Ursache der
großen Qualitätsunterschiede.
• Stark säurebelastete Bauteile und Baugruppen müssen durch
neue ersetzt werden.
• Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse wird eine Material-
substitution der betroffenen Teile durchgeführt und diese
produziert und angebaut.
• Die Prozessparameter bei der MEA Herstellung sind
Presstemperatur T und Presszeit t.
• Mit Hilfe statistischer Versuchsplanung werden Versuche
mit veränderten Parametern durchgeführt.
• Ein Teststack mit 16 verschiedenen Konfigurationen wird
auf einem Teststand getestet.
• Die Auswertung der Versuche erfolgt mit dem
Statistikprogramm MiniTab.
• Mit den optimierten Prozessparametern lässt sich eine
höhere Leistung jeder MEA bei gleichzeitig reduzierter
Zykluszeit und geringerem Energieeinsatz realisieren.
Uphill training is applied to induce specific overload on the musculoskeletal system to improve sprinting mechanics. This study aimed to identify unique kinematic features of uphill sprinting at different slopes and to suggest practical implications based on comparisons we early stance phase. At take-off, steeper slopes induced significantly more extended joint angles and higher ROMs during the late stance phase. Compared with moderate slopes, more anti-phase coordination patterns were detected at steeper slopes. Thus, uphill sprinting at steeper slopes shares essential kinematic features with the early acceleration phase of level sprinting. Moderate inclinations induce biomechanical adaptations similar to those in the late acceleration phase of level sprinting. Hence, the specific transfer of uphill sprinting to acceleration depends on the slope inclinations.
Entwicklung eines Kompaktantriebs auf Basis eines Zykloidgetriebes für den humanoiden Roboter Sweaty
(2021)
Besonders der Antrieb von nichtstationären Robotern stellt in der Praxis eine große Herausforderung dar. Es werden oft hohe Drehmomente bei relativ geringen Drehzahlen benötigt. Die Masse der Antriebe muss dabei so gering wie möglich sein. Es ist somit eine drehmomentstarke Kombination aus einem Motor und einem Getriebe unerlässlich. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines drehmomentstarken Kompaktantriebs auf Basis eines Zykloidgetriebes. Das Ziel ist es, Drehmomente von bis zu 30N·m mit einer Drehzahl von 0,5 s−1 bei einer möglichst geringen Masse zu erzielen. Es werden der Aufbau, die Funktionsweise und die Belastungsprinzipien von Zykloidgetrieben erklärt und mehrere Prototypen eines Getriebes angefertigt. Diese unterscheiden sich in der Fertigungstoleranz der Zykloidenscheibe so, dass der Einfluss der Toleranz auf das Getriebespiel untersucht werden kann. Bei einem Untermaß von −0,04mm ergibt sich dabei das geringste Spiel mit 0,83°.
Um die eine Aussage über die Festigkeit des Getriebes treffen zu können, wird zudem ein, auf der Hertzschen Flächenpressung basierendes, analytisches Berechnungsmodell entwickelt. Dieses wird in einem Python-Skript umgesetzt, sodass die Flächenpressungen des Prototypengetriebes berechnet werden können. Es zeigt sich hierbei, dass die Aufnehmertascheen der Zykloidenscheibe stärker belastet sind als die Verzahnung.
Mit Hilfe eines Prüfstands werden die Getriebe unter der Verwendung von unterschiedlichen Schmierstoffen getestet. Die Tests zeigen, dass die Schmierung des Getriebes einen starken Einfluss auf die Verschleißbildung hat. Bei einem niedrigviskosen Öl kommt es im Versuch zu einem Schmierfilmabriss und somit zu einem verstärkten Verschleiß im Getriebe. In den Tests kommt es zu keiner Grübchenbildung bei den Getrieben. Es zeigt sich jedoch, dass die Kugellager im Getriebe einer hohen Belastung ausgesetzt sind.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen wird final ein Kompaktantrieb entwickelt. Dieser besitzt zwei um 180° versetzte, optimierte Zykloidenscheiben mit einer geköpften und verkürzten Epizykloide. Um die Verschleißbildung zu minimieren, werden die beiden Scheiben gehärtet und manganphosphatiert. Zudem wird ein Getriebefließfett mit einer besonders niedrigen Viskosität eingesetzt. Das Ergebnis der Arbeit ist ein drehmomentstarker Kompaktantrieb mit einem Spitzendrehmoment von bis zu 42N · m bei einem Gewicht von nur 0,550 kg.
Mit der beim Fraunhofer IPM erforschten Digitalen Holographie können sekundenschnelle und sub-mikrometergenaue Höhenvermessungen von Oberflächen durchgeführt werden. Der am Institut verfügbare Sensor HoloTop NX ist dabei so kompakt und leicht, dass dieser über Koordinatenmessgeräte oder Werkzeugwechsler von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Um auch Hinterschneidungen und große Innenzylinder vermessen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit eine selbstreferenzierende Umlenkeinheit zur Anpassung der Messrichtung des Sensors entwickelt und integriert. Die Umlenkeinheit setzt sich aus vielen funktionellen Bestandteilen zusammen, bei denen es sich um Spiegel, Schrittmotoren, Schleifringe, Zahnräder, Gleit- und Rillenkugellager handelt. Bei der Problembehandlung während der Montage werden Unstimmigkeiten analysiert und anschließend Lösungsoptionen ermittelt und umgesetzt. Über die zusammengestellte Steuereinheit und die Arduino-Plattform wird die Möglichkeit geschaffen, die integrierten Schrittmotoren gezielt anzusteuern. Referenzmarkierungen auf dem Spiegel ermöglichen mittels numerischem Fokussieren die Selbstreferenzierung der Umlenkeinheit – sie werden durch Sputtern erzeugt und bei Messungen erprobt. Abschließend wird bei der Charakterisierung des Systems der Einfluss von Schrittverlusten, Schrittfehlern und dem Spiel im Zahnrad und Kugellager auf die Positioniergenauigkeit der Umlenkeinheit untersucht.
UAVs (engl. Unmanned Aerial Vehicles) sind in den vergangenen Jahren auch außerhalb militärischer und wissenschaftlicher Nutzung beliebter geworden. Für autonome Fluganwendungen ist die Überwachung der Umgebung zwingend notwendig. In dieser Arbeit wird ein experimenteller Ansatz zur Hinderniserkennung mit Radar- und Lidarsensorik präsentiert. Dieser setzt sich aus der Kollisionsvermeidung der Flugsteuerung px4, einem Nvidia Jetson TX2 als Flugbegleitcomputer und den Sensoren Slamtec RPLidar A2M6 und Texas Instruments AWR1443 Radar zusammen. Insgesamt wurden drei verschiedene Hardwarekomponenten getestet. Zur Auswertung der Versuche wird eine durch Python OS-unabhängige Auswertesoftware entwickelt und implementiert. Die Versuchsplanung setzt sich aus drei Versuchen mit jeweils fünf in Geometrie und Textur unterschiedlichen Hindernissen zusammen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der eingesetzte Lidar gegenüber dem Radar Vorteile auf kurze Distanz aufweist. Zur Reproduzierbarkeit von Experimenten auf kurzer Distanz wird die Entwicklung eines fixen Messaufbaus empfohlen.
Ziel der folgenden Abschlussarbeit ist die Konstruktion eines Prüfstandes mit welchem Drehzahl, Drehmoment, Strom, Spannung sowie die Temperatur von Elektromotoren bestimmt werden. Die Arbeit umfasst hierbei die Auswahl der Messwelle, der Kupplung, die Auslegung eines Kühlsystems und die methodische Konstruktion des Gestells. Die Komponentenauswahl beinhaltet die Verwendung von Bewertungsschemen. Die Konstruktion umfasst die Verwendung von methodischen Konstruktionsprinzipien und die Anwendung von Schwingungsmodellen, arithmetischen Toleranzrechnungen und FEM-Analysen. Ergebnis der Arbeit ist ein funktionaler Prüfstand mit den entsprechenden Fertigungszeichnungen.
Quantifying the midsole material characteristics of athletic footwear is a standard task in footwear research and development. Current material testing protocols primarily focus on the determination of cushioning properties of the heel region or the quantification of the midsole properties as one assembly. However, midsoles possess different spatial material properties that have not been quantified from previous methodologies. Therefore, new material testing methods are required to quantify the local material response of athletic footwear. We developed a cyclical force-controlled material testing protocol for the determination of non-homogeneously distributed material stiffness with a high spatial resolution. In five prototype shoes varying in their stiffness distribution, we found that the material properties can be reliably measured across the midsole. Furthermore, we observed a characteristic non-linear material response regardless of the midsole location. We found that the material stiffness increased with an increase of the applied force and that this effect is further intensified by higher testing cycles. Additionally, the obtained midsole stiffness depends on the geometry of the midsole. We explored different approaches to reduce the measurement time of the testing protocol and found that the number of measurements can be reduced by 70% using 2 D-interpolation procedures. Determining the spatial material properties of midsoles needs to be considered to understand foot-shoe interactions. Furthermore, this measurement protocol can be used for quality control within the footwear and can be adapted for considering the effects of different running styles or speeds on ground force application characteristics.
This study aims to investigate the individual response concerning BRFs for AT when the mid-sole hardness underneath the rearfoot was systematically altered. We first identified FGs based on the footwear condition that minimised the risk for AT across BRFs. We then tested the FGs for differences in anthropometrics, footwear comfort, and running characteristics.
Das Black Forest Formula Team hat es sich nach der Neugründung im Jahre 2019 zum Ziel gemacht, mit einem eigens konstruierten Elektro-Rennwagen beim Formula Student Germany (folgend FSG genannt) Wettbewerb teilzunehmen.
Zu Beginn der Bachelorarbeit wurde bereits ein Fahrzeugrahmen konstruiert und in der Schweißwerkstatt der Hochschule Offenburg fertig geschweißt. Da bei der Konstruktion der Hauptfokus auf das Fertigstellen eines Rahmens gesetzt wurde, verfolgt diese Bachelorarbeit das Ziel, den Rahmen mittels der Finite Elemente Methode zu analysieren und erste Verbesserungsvorschläge für das Nachfolgerfahrzeug zu erarbeiten. Um sich seinen Möglichkeiten bewusst zu werden, wurde zunächst das Reglement ausgiebig studiert. Nach ausgiebiger Recherche wurde das CAD-Modell des Rahmens für die Simulation vorbereitet, folglich durch verschiedene Lasteinwirkungen simuliert und dessen Auswirkungen analysiert. Um die Simulationsergebnisse zu validieren, wurden die in der Simulation vorkommenden Lasteinwirkungen in der Realität nachgestellt und miteinander verglichen.
Für zukünftig folgende Fahrzeugrahmen werden Verbesserungs- bzw. Optimierungsmethoden erarbeitet, um vor allem das Fahrzeuggewicht zu zu reduzieren und die Steifigkeit möglichst hoch zu halten.