500 Naturwissenschaften und Mathematik
Refine
Year of publication
Document Type
- Article (reviewed) (11)
- Conference Proceeding (11)
- Book (8)
- Bachelor Thesis (7)
- Contribution to a Periodical (3)
- Doctoral Thesis (2)
- Part of a Book (1)
- Master's Thesis (1)
- Article (unreviewed) (1)
Conference Type
- Konferenzartikel (10)
- Konferenz-Poster (1)
Keywords
- Education in Optics and Photonics (2)
- Lehrbuch (2)
- Lückenskript (2)
- Statistik (2)
- Tablet (2)
- Zugversuch (2)
- 4D Printing (1)
- Ablationstherapie (1)
- Additive Manufacturing (1)
- Additive Tooling (1)
Institute
- Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik (M+V) (22)
- Fakultät Wirtschaft (W) (12)
- Fakultät Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik (EMI) (ab 04/2019) (6)
- Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik (E+I) (bis 03/2019) (4)
- INES - Institut für nachhaltige Energiesysteme (3)
- Zentrale Einrichtungen (3)
- Fakultät Medien und Informationswesen (M+I) (bis 21.04.2021) (2)
- IMLA - Institute for Machine Learning and Analytics (1)
- WLRI - Work-Life Robotics Institute (1)
Open Access
- Open Access (23)
- Closed Access (10)
- Closed (6)
- Diamond (4)
- Bronze (2)
- Hybrid (2)
- Gold (1)
Proteine spielen eine entscheidende Rolle im Stoffwechsel aller Lebewesen. Für die Lebensmittelindustrie sind die Grundbausteine der Proteine, besonders interessant, da sie den Geschmack von Lebensmitteln stark beeinflussen können, oder sich in Form von Supplementen als Nahrungsergänzungsmittel für Sportler eignen. Zur Gewinnung dieser Aminosäuren werden unteranderem Aminopeptidasen verwendet. In dieser Arbeit wurden fünf fungale Aminopeptidasen Pep 1 aus Aspergillus turcosus, Pep 4 aus Aspergillus thermomutatus, Pep 6 aus Coccidioides posadasii C735 delta SOWgp, Pep 7 aus Trichophyton interdigitale H6 und Pep 8 aus Onygena corvina in Pichia pastoris rekombinant exprimiert, mittels Ultrafiltration aufkonzentriert und biochemisch charakterisiert. Die Aminopeptidasen aus Aspergillus turcosus (Pep 1), Aspergillus thermomutatus (Pep 4) und Trichophyton interdigitale H6 (Pep 7) hatten ihr pH-Optimum bei pH 9, während die Aminopeptidasen aus Coccidioides posadasii C735 delta SOWgp (Pep 6) und Onygena corvina (Pep 8) bei pH 8,5 die höchste Aktivität aufwiesen. Die Temperaturoptima lagen bei 60 °C (Pep 1 und Pep 6) und 50 °C (Pep 4, Pep 7 und Pep 8) und alle waren zwischen 45 und 55 °C für 15 Minuten temperaturstabil. Die Aminopeptidasen hatten nach der Deglykosilierung ein Molekulargewicht von 57 (Pep 1), 52 (Pep 4 und Pep 7), 54 (Pep 6) und 53 kDA (Pep 8). Mit Leu-pNA als Substrat zeigten die fungalen Aminopeptidasen maximale spezifische Umsatzgeschwindigkeiten von 357 (Pep 1), 238 (Pep 4), 2000 (Pep 6), 56 (Pep 7) und 476 nkat/g (Pep 8). Pep 1 wurde am stärksten positiv von Bivalenten Ionen wie Mg2+, Co2+, Mn2+ und Ca2+ beeinflusst, in Gegenwart von 0,1 mM Mg2+ konnte eine relative Enzymaktivität von 345 % im Vergleich zum Referenzwert gemessen werden. Bei den anderen Aminopeptidasen konnten inhibitorische Effekte festgestellt werden. Bie allen fungalen Aminopeptidasen bei der Hydrolyse von vorhydrolysiertem Gluten die Freisetzung von Aminogruppen festgestellt werden, somit eignen sich die Aminopeptidasen in Kombination mit Endopeptidasen zur Hydrolyse von Proteingemischen. Bei der Hydrolyse konnte zudem die Freisetzung von Glutamin durch das L-Glutamine/Ammonia Assay Kit (Rapid) von Megazyme nachgewiesen werden.
Diese Arbeit widmet sich dem Anleger der aktuellen Maschinengeneration der HEIDELBERG Speedmaster XL 106, diese erreicht eine maximale Druckgeschwindigkeit von 21 000 bedruckten Bögen pro Stunde (Bg/h) und stößt bei einer Bedruckstoffdicke von 0,6 mm an ihre technischen Grenzen. Ein vollautomatisierter Auto-Non-Stopp-Wechsel (ANS-Wechsel) zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Bedruckstoffzufuhr an der Druckmaschine ist bei maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h oberhalb dieser Bedruckstoffdicke nicht mehr möglich. Es besteht die Forderung nach höheren Bedruckstoffdicken bei unverändert maximaler Druckgeschwindigkeit von 21 000 Bg/h und gleichzeitiger Gewährleistung eines sicheren ANS-Wechselvorgangs.
Im Zuge dieser Arbeit wird durch eine Analyse zahlreicher Kundenmaschinen eine präzise Zielsetzung definiert. Eine eingehende Untersuchung des vollautomatischen ANS-Wechselvorgangs zur kontinuierlichen Bedruckstoffversorgung der Druckmaschine folgt. Dieser Wechselprozess wird im Laufe der Arbeit in seine Einflussfaktoren aufgeschlüsselt, die anschließend schrittweise und methodisch bezüglich der Zielsetzung definiert werden. Dabei wird der technische Grenzbereich des aktuellen Systems identifiziert und erweitert. Als Ergebnis gilt es, die betroffenen Komponenten erneut auf ihre Auslegung zu überprüfen, da sie aufgrund dieses erweiterten Grenzbereichs möglicherweise höheren Belastungen ausgesetzt sind. Die Untersuchung zeigt, dass es Situationen gibt, in denen sicherheitsrelevante Komponenten unzulässig stark beansprucht werden. Daher werden Lösungskonzepte vorgestellt, um die geforderten technischen Grenzen und sicherheitstechnischen Anforderungen zu erfüllen.
Encapsulant-free N.I.C.E. modules have strong ecological advantages compared to conventional laminated modules but suffer generally from lower electrical performance. Via long-term outdoor monitoring of fullsize industrial modules of both types with identical solar cells, we investigated if the performance difference remains constant over time and which parameters influence its value. After assessing about a full year’s data, two obvious levers for N.I.C.E. optimization are identified: The usage of textured glass and transparent adhesives on the module rear side. Also, the performance loss could be alleviated using tracking systems due to lower AOI values. Our measurements show additionally that N.I.C.E. module surfaces are in average about 2.5°C cooler compared to laminated modules. With these findings, we lay out a roadmap to reduce today’s LIV gap of about 5%rel by different optimizations.
Purpose
This study aims to investigate a systematic approach to the production and use of additively manufactured injection mould inserts in product development (PD) processes. For this purpose, an evaluation of the additive tooling design method (ATDM) is performed.
Design/methodology/approach
The evaluation of the ATDM is conducted within student workshops, where students develop products and validate them using AT-prototypes. The evaluation process includes the analysis of work results as well as the use of questionnaires and participant observation.
Findings
This study shows that the ATDM can be successfully used to assist in producing and using AT mould inserts to produce valid AT prototypes. As a reference for the implementation of AT in industrial PD, extracts from the work of the student project groups and suitable process parameters for prototype production are presented.
Originality/value
This paper presents the application and evaluation of a method to support AT in PD that has not yet been scientifically evaluated.
Selbsttests in Lernmanagementsystemen (LMS) ermöglichen es Studierenden, den eigenen Lernfortschritt einzuschätzen. Im Gegensatz zur Einreichung und Korrektur vollständig ausformulierter Aufgabenlösungen nutzen LMS überwiegend die Eingabe der Lösung im Antwort-Auswahl-Verfahren (Single-Choice). Nach didaktischen Ansatz „Physik durch Informatik“ geben die Lernenden stattdessen ihre Aufgabenlösungen in einer Programmiersprache ins LMS ein, was eine automatisierte Rückmeldung erleichtert und das Erreichen einer höheren Kompetenzstufe fördert. Es wurden zehn LMS-Selbsttests erstellt, bei denen die Lösungen zu einer Lehrbuch-Aufgabenstellung jeweils durch Eingabe in einer Programmiersprache und von einer Kontrollgruppe im Antwort-Auswahl-Verfahren abgefragt wurden. Ergebnisse aus dem ersten Einsatz dieser Selbsttests für die Lehrveranstaltung Physik im Studiengang Biotechnologie werden vorgestellt.
Klausur-Coach Statistik
(2016)
Der "Klausur-Coach Statistik" ist das richtige Buch für alle Bachelor-Studenten, die sich auf eine Klausur im Fach Statistik vorbereiten möchten und besonders gut durch das Lösen vieler anwendungsorientierter Aufgaben lernen. Die Fragestellungen orientieren sich primär – aber nicht ausschließlich – an Themen aus dem Bereich der BWL und VWL sowie verwandter Fächer. Im ersten Teil finden sich thematisch geordnete Übungsaufgaben, welche am besten parallel zum Studium gelöst werden sollten. Der zweite Teil enthält Klausuren, wie sie in Prüfungen im Bachelor-Studium typischerweise vorkommen; hier gibt es immer eine Mischung aus Aufgaben zu allen Themengebieten der Statistik im Grundstudium. Ausführliche Lösungen zu allen Aufgaben im dritten Teil des Buches runden das Coaching ab … und Panik vor der Statistikklausur sollte damit der Vergangenheit angehören!
Mathematik lässt sich in vielen Objekten finden. Sei es die lineare Steigung eines Handlaufs zum Schulgebäude oder die nahezu zylindrische Form einer Litfaßsäule in der Innenstadt. Das Bestreben, Schüler*innen diese Zusammenhänge entdecken zu lassen, steht im Zentrum des MathCityMap Projekts (Ludwig et al., 2013). Auf sogenannten mathematischen Wanderpfaden (bzw. Mathtrails) werden Schüler*innen durch eine App zu Mathematikaufgaben an realen Objekten bzw. in realen Situationen ihrer Umwelt geleitet. Um die Aufgaben zu lösen, werden Daten erhoben, z. B. durch Messungen oder Zählen. Entscheidend ist, dass die Aufgaben so gestellt sind, dass der Schritt der Datenbeschaffung nur vor Ort stattfinden kann und somit direkt mit dem Objekt bzw. der Situation verknüpft wird.
Maintaining stability while walking on arbitrary surfaces or dealing with external perturbations is of great interest in humanoid robotics research. Increasing the system’s autonomous robustness to a variety of postural threats during locomotion is the key despite the need to evaluate noisy sensor signals. The equations of motion are the foundation of all published approaches. In contrast, we propose a more adequate evaluation of the equations of motion with respect to an arbitrary moving reference point in a non-inertial reference frame. Conceptual advantages are, e.g., getting independent of global position and velocity vectors estimated by sensor fusions or calculating the imaginary zero-moment point walking on different inclined ground surfaces. Further, we improve the calculation results by reducing noise-amplifying methods in our algorithm and using specific characteristics of physical robots. We use simulation results to compare our algorithm with established approaches and test it with experimental robot data.
In 4D printing, an additively manufactured component is given the ability to change its shape or function in an intended and useful manner over time. The technology of 4D printing is still in an early stage of development. Nevertheless, interesting research and initial applications exist in the literature. In this work, a novel methodical approach is presented that helps transfer existing 4D printing research results and knowledge into solving application tasks systematically. Moreover, two different smart materials are analyzed, used, and combined following the presented methodical approach to solving the given task in the form of recovering an object from a poorly accessible space. This is implemented by self-positioning, grabbing, and extracting the target object. The first smart material used to realize these tasks is a shape-memory polymer, while the second is a polymer-based magnetic composite. In addition to the presentation and detailed implementation of the methodical approach, the potentials and behavior of the two smart materials are further examined and narrowed down as a result of the investigation. The results show that the developed methodical approach contributes to moving 4D printing closer toward a viable alternative to existing technologies due to its problem-oriented nature.
Chitin ist nach Cellulose, das am zweit häufigsten vorkommende Biopolymer auf der Erde und erlangt durch die positiven Eigenschaften seiner Oligomere immer mehr an Aufmerksamkeit in der Industrie. Derzeit werden Chitin-Oligomere rein chemisch mittels starker Säurebehandlung gewonnen. Alternativ können Endo- und Exochitinasen für eine umweltfreundlichere Hydrolyse eingesetzt werden. In dieser Arbeit wurden drei fungale Endochitinasen aus den Ursprungsorganismen Trichoderma harzianum (Chit33-TH), Trichoderma asperellum (Chit36-TA) und Myceliophthora thermophila (Chit46-MT) in Pichia pastoris rekombinant exprimiert, mittels Ni-NTA-Affinitätschromatographie und Dialyse aufgereinigt und biochemisch charakterisiert. Dabei zeigten die Chitinasen maximale spezifische Umsatzgeschwindigkeiten von 16 (Chit33-TH), 50 (Chit36-TA) und 98 nkat/mg (Chit46-MT). Die Endochitinasen hatten nach der Deglykosylierung ein molekulares Gewicht von 33 (Chit33-TH), 36 (Chit36-TA) und 46 kDa (Chit46-MT). Die pH-Optima und Temperaturmaxima lagen für alle drei Enzyme bei einem pH-Wert von 4,5 und 50 °C, zudem waren sie bei 45 bis 50 °C für 15 Minuten temperaturstabil. Detergenzien und Kationen wie Cu2+, Mn2+, Co2+ und Zn2+ hatten einen inhibierenden Effekt ab 1 mM. Höhere Ca2+-Konzentrationen ab 10 mM reduzierten die Enzymaktivität um bis zu 30 %. Eine Produktinhibition mit N-Acetylglucosamin konnte nicht festgestellt werden. Bei allen rekombinanten Enzymen konnte mittels DNS-Assay die Freisetzung von reduzierenden Zuckerenden und somit geeignete Eigenschaften kolloidales Chitin zu wasserlösliche ChitinOligomere umzuwandeln, nachgewiesen werden. Insbesondere Chit46-MT erreichte nach 24 h einen Hydrolysegrad bis zu 96 % und bewies, dass eine enzymatische Hydrolyse für die industrielle Chitin-Oligomerproduktion nutzbar ist.
The purpose of this master's thesis was to set up a test bed for the absorption of chemical compounds by carbon-based sorbents and polymers and to develop a method for the detection of these substances applied by liquid chromatography.
The study made it possible to demonstrate the effectiveness of both polymers and biochars sorbents for the adosorption of specific substances. The results obtained open new paths on the study of biochar for the treatment of contaminated water. Some biochars made from plant-based materials have been shown to be almost as effective as commercial products used in plants. The developed chromatography method allows efficient separation of substances and their detection.
Additive manufacturing enables the production of lightweight and resilient components with extensive design freedom. In the low-cost sector, material extrusion (e.g. Fused Deposition Modeling - FDM) has been the main method used to date. Thus, robust 3D printers and inexpensive 3D materials (polymer filaments) can be used. However, the printing times for FDM are very long and the quality of the dimensions and surfaces is limited. Recently, new processes from the field of Vat polymerization have entered the market. For example, masked stereolithography (mSLA) offers a significant improvement in component quality and build speed through the use of resins and large-area curing at still reasonable costs. Currently, there is only limited knowledge available on the optimal design of components using this young process. In this contribution, design guidelines are developed to determine the possibilities and limitations of mSLA from a design point of view. For this purpose, a number of test geometries are designed and investigated to obtain systematic insights into important design features, such as wall thickness, grooves and holes. In addition, typical problems in additive manufacturing, such as the design of overhangs and fits or the hollowing of components, are investigated. The evaluation of practical 3D printing tests thus provides important parameters that can be transferred to design guidelines of components for additive manufacturing using mSLA.
Planung, Bau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Entspannungsverdampfung im Technikums-Maßstab
(2023)
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anlage im Technikums-Maßstab für den Prozess der kontinuierliche Entspannungsverdampfung zu planen, zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Ausgangspunkt der Arbeit ist die Entspannungsverdampfungs-Anlage „EVERDA“ der Hochschule Offenburg, welche in Batch-Fahrweise betrieben wurde.
Zur Erreichung dieses Ziels wurden die folgenden Punkte bearbeitet:
• Aufstellung von thermodynamischen Berechnungsgleichungen.
• Beschreibung der Entspannungsverdampfung in Batch-Fahrweise.
• Bewertung von Anlagenkomponenten der EVERDA in Batch-Fahrweise hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit für den kontinuierlichen Betrieb.
• Aufstellung der Rahmenbedingung für den kontinuierlichen Betrieb.
• Erstellung und Beschreibung eines detaillierten Anlagenkonzeptes für den kontinuierlichen Betrieb.
• Durchführung von Prozess-Simulationen mit dem neuen Konzept.
• Auslegung der Komponenten auf Basis der Rahmenbedingung und den Ergebnissen der Simulation.
• Entwurf und Aufbau der elektrischen Verschaltung zur Anlagensteuerung.
• Bau und Inbetriebnahme der Anlage.
Significant improvements in module performance are possible via implementation of multi-wire electrodes. This is economically sound as long as the mechanical yield of the production is maintained. While flat ribbons have a relatively large contact area to exert forces onto the solar cell, wires with round cross section reduce this contact area considerably – in theory to an infinitively thin line. Therefore, the local stresses induced by the electrodes might increase to a point that mechanical production yields suffer unacceptably.
In this paper, we assess this issue by an analytical mechanical model as well as experiments with an encapsulant-free N.I.C.E. test setup. From these, we can derive estimations for the relationship between lay-up accuracy and expected breakage losses. This paves the way for cost-optimized choices of handling equipment in industrial N.I.C.E.-wire production lines.
Robust scheduling problem is a major decision problem that is addressed in the literature, especially for remanufacturing systems; this problem is complex because of the high uncertainty and complex constraints involved. Generally, the existing approaches are dedicated to specific processes and do not enable the quick and efficient generation and evaluation of schedules. With the emergence of the Industry 4.0 paradigm, data availability is now considered an opportunity to facilitate the decision-making process. In this study, a data-driven decisionmaking process is proposed to treat the robust scheduling problem of remanufacturing systems in uncertain environments. In particular, this process generates simulation models based on a data-driven modeling approach. A robustness evaluation approach is proposed to answer several decision questions. An application of the decision process in an industrial case of a remanufacturing system is presented herein, illustrating the impact of robustness evaluation results on real-life decisions.
In the railway technical centers, scheduling the maintenance activities is a very complex task, it consists in ordering, in the time, all the maintenance operations on the workstations, while respecting the number of resources, precedence constraints, and the workstations' availabilities. Currently, this process is not completely automatic. For improving this situation, this paper presents a mathematical model for the maintenance activities scheduling in the case of railway remanufacturing systems. The studied problem is modeled as a flexible job-shop, with the possibility for a job to be executed several times on a stage. MILP formulation is implemented with the Makespan as an objective, representing the time for remanufacturing the train. The aim is to create a generic model for optimizing the planning of the maintenance activities and improving the performance of the railway technical centers. At last, numerical results are presented, discussing the impact of the instances size on the computing time to solve the described problem.
In dem ersten Teil dieses Beitrags, welcher in der Industrie 4.0 Management Ausgabe 5/2021 erschienen ist, wurde das Referenzmodell bereits in seinen wesentlichen Grundzügen erläutert [1]. Im zweiten Teil soll die Weiterentwicklung zu einem flexiblen Referenzmodell aufgezeigt werden. Der Fokus liegt auf die Implementierung von weiteren Planungstools, und die Implementierung von KI-Tools zur Erreichung eines dynamischen Produktionsengineerings in Form einer ganzheitlichen und integrierten Fabrikplanung.
This mature textbook brings the fundamentals of fluid mechanics in a concise and mathematically understandable presentation. In the current edition, a section on dissipation and viscous potential flows has been added. Exercises with solutions help to apply the material correctly and promote understanding.
Im Jahre 2010 bot die Hochschule Offenburg ein Medizintechnikstudium mit dem Schwerpunkt ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ als Bachelor- und später auch Masterstudiengang an. Ziel des auf diesen Schwerpunkt ausgelegten didaktischen Lehrkonzeptes ist die Vermittlung sofort anwendungsbereiten theoretischen Wissens und praktischen Könnens, welches die Absolventinnen und Absolventen in ihrer künftigen Berufsausübung in der Industrie oder als technische Partner der behandelnden Ärztinnen und Ärzte in hochspezialisierten klinischen Einrichtungen benötigen.
Aufgrund fehlender kommerzieller Angebote ist zur Umsetzung dieses Lehrkonzeptes die ingenieurtechnische Realisierung geeigneter Lehrmittel zwingend erforderlich. Dies betrifft die hard- und softwareseitige Erstellung visueller Demonstrationsmöglichkeiten für pathologische und implantatinduzierte Herzrhythmen, sowie die synthetische Bereitstellung originalgetreuer elektrokardiographischer Ableitsignale aus der klinischen Routine. Des Weiteren den Aufbau von in-vitro Trainingssystemen zu Therapien mit elektronischen kardiologischen Implantaten sowie zur Hochfrequenz-Katheterablation.
Insbesondere die Wahlfächer ’Programmierung von Herzschrittmachern’ und ‚Programmierung von Defibrillatoren’, deren Besuch den Teilnehmenden einen besonders raschen Berufseinstieg ermöglichen sollte, wurden in didaktischer Hinsicht in engem Bezug zum 4-Komponenten-Instruktionsdesign-Modell der Lehre gestaltet.
Durch den kontinuierlichen Einsatz der Instrumente der formativen Evaluation gelangen sowohl deutliche Verbesserungen am Gesamtkonzept der Lehrveranstaltungen als auch an den dort eingesetzten, selbst realisierten Lösungen des benannten speziellen Lehr- und Trainingsequipments.
Eine summative Evaluation des Lehrkonzeptes ist aufgrund seines Alleinstellungsmerkmals schwierig. Aus diesem Grund erschien die quantitative Prüfung des Einflusses eines Besuchs des praktisch orientierten Wahlfachs ’Programmierung von Herzschrittmachern’ auf die Note der kombinierten Abschlussklausur in den Fächern ’Elektrokardiographie’ und ’Elektrostimulation’ sinnvoll. In diese Evaluation eingeschlossen wurde eine Kohorte von 221 Studierenden, 76 Frauen und 145 Männer, von denen 93 am Wahlfach nicht teilnahmen und 128 die es besucht hatten.
Über 7 zusammengefasste Studienjahre zeigte sich, dass die praktische Ausbildung im Wahlfach ’Programmierung von Herzschrittmachern’ das Leistungsniveau der Studierenden der Medizintechnik in der kombinierten Abschlussprüfung ’Elektrokardiographie und Elektrostimulation’ deutlich beeinflusste.
Das im Rahmen dieser Arbeit mitgestaltete Lehrkonzept, die realisierten Lehrmaterialien und Lehrumgebungen wurden im Bachelor- und Masterstudiengang der Medizintechnik an der Hochschule Offenburg in den Praktika, Seminaren und Vorlesungen des Schwerpunktes ’Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate’ vielfältig genutzt. Sie ermöglichten die Gestaltung interaktiver praktischer Weiterbildungsveranstaltungen für ärztliches und mittleres medizinisches Personal und für auf diesen Gebieten tätige medizintechnische Firmen.
Sustainable chemical processes should be designed to combine the technological advantages and progress with lower safety risks and minimization of environmental impact such as, for example, reduction of raw materials, energy and water consumption, and avoidance of hazardous waste and pollution with toxic chemical agents. A number of novel eco-friendly chemical technologies have been developed in the recent decades with the help of the eco-innovations approaches and methods such as Life Cycle Analysis, Green Process Engineering, Process Intensification, Process Design for Sustainability, and others. An emerging approach to the sustainable process design in process engineering builds on the innovative solutions inspired from nature. However, the implementation of the eco-friendly technologies often faces secondary ecological problems. The study postulates that the eco-inventive principles identified in natural systems allow to avoid secondary eco-problems and proposes to apply these principles for sustainable design in chemical process engineering. The research work critically examines how this approach differs from the biomimetics, as it is commonly used for copying natural systems. The application of nature-inspired eco-design principles is illustrated with an example of a sustainable technology for extraction of nickel from pyrophyllite.
The manufacturing of conventional electronics has become a highly complicated process, which requires intensive investment. In this context, printed electronics keeps attracting attention from both academia and industry. The primary reason is the simplification of the manufacturing process via additive printing technology such as ink-jet printing. Consequently, advantages are realized such as on-demand fabrication, minimal material waste and versatile choice of substrate materials. Central to the development of printed electronic circuits are printed transistors. Recently, metal oxide semiconductors such as indium oxide have become promising materials for the fabrication of printed transistors due to their high charge mobility. Furthermore, electrolyte-gating also provides benefits such as the low-voltage operation in sub-1 V regime due to the large gate capacitance provided by electrical double layers. This opens new possibilities to fabricate printed devices and circuits for niche applications.
To facilitate the design and fabrication of printed circuits, the development of compact models is necessary. However, most of the current works have focused on the study of the static behavior of transistors, while the in-depth understanding of other characteristics such as the dynamic or noise behavior is missing. To this end, the purpose of this work is the comprehensive study on capacitance and noise properties of inkjet-printed electrolyte-gated thin-film transistors (EGT) based on indium oxide semiconductors. Proper modeling approaches are also proposed to capture accurately the electrical behaviour, which can be further utilized to enable advanced analysis of digital, analog and mixed-signal circuits.
In this work, the capacitance of EGTs is characterized using voltage-dependent impedance spectroscopy. Intrinsic and extrinsic effects are carefully separated by using de-embedding test structures. Also, a dedicated equivalent circuit model is established to offer accurate simulations of the measured frequency response of the gate impedance. Based on that, it is revealed that top-gated EGTs have the potential to reach operation frequency in the kHz regime with proper optimizations of materials and printing process. Furthermore, a Meyer-like model is proposed to accurately capture the capacitance-voltage characteristics of the lumped terminal capacitance. Both parasitic and nonquasi-static effects are considered. This further enables the AC and transient analysis of complex circuits in circuit simulators.
Following, the study of noise properties in the field of printed electronics is conducted. Low-frequency noise of EGTs is characterized using a reliable experimental setup. By examining measured noise spectra of the drain current at various gate voltages, the number fluctuation with correlated mobility fluctuation has been determined as the primary noise mechanism. Based on that, normalized flat-band voltage noise can be determined as the key performance metrics, which is only 1.08 × 10−7 V^2 µm^2, significantly lower in comparison with other thin-film technologies, which are based on dielectric gating and semiconductors such as IZO and IGZO. A plausible reason could be the large gate capacitance offered by the electrical double layers. This renders EGT technology useful for low-noise and sensitive applications such as sensor periphery circuits.
Last but not least, various circuit designs based on EGT technology are proposed, including basic digital circuits such as inverters and ring oscillators. Their performance metrics such as the propagation delay and power consumption are extensively characterized. Also, the first design of a printed full-wave rectifier is presented by using diode-connected EGTs, which features near-zero threshold voltage. As a consequence, the presented rectifier can effectively process input voltage with a small amplitude of 100 mV and a cut-off frequency of 300 Hz, which is particularly attractive for the application domain of energy harvesting. Additionally, the previously established capacitance models are verified on those circuits, which provide a satisfactory agreement between the simulation and measurement data.
Der digitale Zwilling dringt immer weiter in den Fokus von Produktionsunternehmen vor und wurde von Gartner als wichtige Schlüsseltechnologie identifiziert. Volkswagen setzt die Technologie in der Cloud ein, um zukünftig die Produktion an allen Standorten digital zu planen, zu steuern und zu optimieren. Dennoch ist diese Technologie im Mittelstand bisher kaum vertreten. Dieser Beitrag beschreibt ein flexibles Referenzmodell für die Planung und Optimierung der Produktion durch den digitalen Zwilling. Der Fokus liegt zum einen auf der Optimierung statischer Layouts und Materialflüsse und zum anderen auf der Optimierung der dynamischen Materialflüsse und der zeitlichen Organisation von Prozessen.
PHOTOPUR hat die Entwicklung eines photokatalytischen Prozesses zur Beseitigung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) aus dem Reinigungswasser von Spritzgeräten zum Ziel. Am INES wurde eine Energieversorgung für die photokatalytische Reinigung in zwei Bachelorarbeiten entwickelt und als Demosystem aufgebaut. Das Gesamtsystem ist nun als mobile Einheit verfügbar und wurde zuletzt um das Reaktormodul für den photokatalytischen Prozeß erweitert und den Partnern für intensive Tests übergeben.
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.
Diffracted waves carry high‐resolution information that can help interpreting fine structural details at a scale smaller than the seismic wavelength. However, the diffraction energy tends to be weak compared to the reflected energy and is also sensitive to inaccuracies in the migration velocity, making the identification of its signal challenging. In this work, we present an innovative workflow to automatically detect scattering points in the migration dip angle domain using deep learning. By taking advantage of the different kinematic properties of reflected and diffracted waves, we separate the two types of signals by migrating the seismic amplitudes to dip angle gathers using prestack depth imaging in the local angle domain. Convolutional neural networks are a class of deep learning algorithms able to learn to extract spatial information about the data in order to identify its characteristics. They have now become the method of choice to solve supervised pattern recognition problems. In this work, we use wave equation modelling to create a large and diversified dataset of synthetic examples to train a network into identifying the probable position of scattering objects in the subsurface. After giving an intuitive introduction to diffraction imaging and deep learning and discussing some of the pitfalls of the methods, we evaluate the trained network on field data and demonstrate the validity and good generalization performance of our algorithm. We successfully identify with a high‐accuracy and high‐resolution diffraction points, including those which have a low signal to noise and reflection ratio. We also show how our method allows us to quickly scan through high dimensional data consisting of several versions of a dataset migrated with a range of velocities to overcome the strong effect of incorrect migration velocity on the diffraction signal.
Extracting horizon surfaces from key reflections in a seismic image is an important step of the interpretation process. Interpreting a reflection surface in a geologically complex area is a difficult and time-consuming task, and it requires an understanding of the 3D subsurface geometry. Common methods to help automate the process are based on tracking waveforms in a local window around manual picks. Those approaches often fail when the wavelet character lacks lateral continuity or when reflections are truncated by faults. We have formulated horizon picking as a multiclass segmentation problem and solved it by supervised training of a 3D convolutional neural network. We design an efficient architecture to analyze the data over multiple scales while keeping memory and computational needs to a practical level. To allow for uncertainties in the exact location of the reflections, we use a probabilistic formulation to express the horizons position. By using a masked loss function, we give interpreters flexibility when picking the training data. Our method allows experts to interactively improve the results of the picking by fine training the network in the more complex areas. We also determine how our algorithm can be used to extend horizons to the prestack domain by following reflections across offsets planes, even in the presence of residual moveout. We validate our approach on two field data sets and show that it yields accurate results on nontrivial reflectivity while being trained from a workable amount of manually picked data. Initial training of the network takes approximately 1 h, and the fine training and prediction on a large seismic volume take a minute at most.
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.
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.
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.
O'Barro - Cocktails 4.0
(2019)
With the growing share of renewable energies in the electricity supply, transmission and distribution grids have to be adapted. A profound understanding of the structural characteristics of distribution grids is essential to define suitable strategies for grid expansion. Many countries have a large number of distribution system operators (DSOs) whose standards vary widely, which contributes to coordination problems during peak load hours. This study contributes to targeted distribution grid development by classifying DSOs according to their remuneration requirement. To examine the amendment potential, structural and grid development data from 109 distribution grids in South-Western Germany, are collected, referring to publications of the respective DSOs. The resulting data base is assessed statistically to identify clusters of DSOs according to the fit of demographic requirements and grid-construction status and thus identify development needs to enable a broader use of regenerative energy resources. Three alternative algorithms are explored to manage this task. The study finds the novel Gauss-Newton algorithm optimal to analyse the fit of grid conditions to regional requirements and successfully identifies grids with remuneration needs. It is superior to the so far used K-Means algorithm. The method developed here is transferable to other areas for grid analysis and targeted, cost-efficient development.
Brückenkurs Physik
(2019)
Dieses Lehrbuch fasst alle wesentlichen, für das Studium eines MINT-Faches relevanten Inhalte der Physik zusammen und hilft physikalisches Grundwissen aufzufrischen. Es unterstützt Studienanfänger dabei, die Routine in der konkreten Anwendung, die an der Hochschule vorausgesetzt wird, zu festigen. Dabei folgt die Stoffauswahl dem Mindestanforderungskatalog Physik, den ein Arbeitskreis aus Professoren der baden-württembergischen Hochschulen für angewandte Wissenschaften zusammengestellt hat.
Aufbau/Ansteuerung/Kalibrierung/Pilotierung eines Lautsprecher-Halbkreises für Lokalisationstests
(2019)
Seit September 2018 ist die Hochschule Offenburg im Besitz einer Hörkabine, in der ein Schallquellenlokalisationstest im Rahmen dieser Bachelorarbeit aufgebaut wurde. Eine Schallquellenlokalisation ist im Alltag für Normalhörende in den meisten Fällen keine Schwierigkeit. Wir Menschen sind in der Lage mit einer Genauigkeit von 1° bis 2° eine Schallquelle zu lokalisieren (Feigenspan 2017,S.624). Entfällt jedoch das Hörvermögen auf einer Seite, so verschlechtert sich die Lokalisationsfähigkeit erheb-lich. Um Schallquellen präzise lokalisieren zu können, werden optimaler Weise beide Ohren benötigt. Heutzutage gibt es viele Hörsysteme, um diverse Hörstörungen zu therapieren. Den-noch bleibt die Lokalisationsfähigkeit für Menschen mit einseitiger Taubheit, bezie hungsweise asymmetrischen Hörverlust eine Herausforderung. Ein Schallquellenlo kalisationstest findet Anwendung in der Klinik, um eine bestmögliche Versor gung/Therapie durch Hörsysteme zu gewährleisten. Ziel dieser Bachelorarbeit war der Aufbau eines Lokalisationstestes nach Leitlinien einer wissenschaftlichen Publikation, sowie die Durchführung an fünf freiwilligen Normalhörenden. Die Realisierung umfasste den Aufbau der Lautsprecher, die An-steuerung mithilfe einer externen Soundkarte und MATLAB, eine Kalibrierung der Lautsprecher und die Durchführung der Tests.
Numerous 2,5-dimethoxy-N-benzylphenethylamines (NBOMe), carrying a variety of lipophilic substituents at the 4-position, are potent agonists at 5-hydroxytryptamine (5HT2A ) receptors and show hallucinogenic effects. The present study investigated the metabolism of 25D-NBOMe, 25E-NBOMe, and 25N-NBOMe using the microsomal model of pooled human liver microsomes (pHLM) and the microbial model of the fungi Cunninghamella elegans (C. elegans). Identification of metabolites was performed using liquid chromatography-high resolution-tandem mass spectrometry (LC-HR-MS/MS) with a quadrupole time-of-flight (QqToF) instrument. In total, 36 25D-NBOMe phase I metabolites, 26 25E-NBOMe phase I metabolites and 24 25N-NBOMe phase I metabolites were detected and identified in pHLM. Furthermore, 14 metabolites of 25D-NBOMe, 11 25E-NBOMe metabolites, and nine 25N-NBOMe metabolites could be found in C. elegans. The main biotransformation steps observed were oxidative deamination, oxidative N-dealkylation also in combination with hydroxylation, oxidative O-demethylation possibly combined with hydroxylation, oxidation of secondary alcohols, mono- and dihydroxylation, oxidation of primary alcohols, and carboxylation of primary alcohols. Additionally, oxidative di-O-demethylation for 25E-NBOMe and reduction of the aromatic nitro group and N-acetylation of the primary aromatic amine for 25N-NBOMe took place. The resulting 25N-NBOMe metabolites were unique for NBOMe compounds. For all NBOMes investigated, the corresponding 2,5-dimethoxyphenethylamine (2C-X) metabolite was detected. This study reports for the first time 25X-NBOMe N-oxide metabolites and hydroxylamine metabolites, which were identified for 25D-NBOMe and 25N-NBOMe and all three investigated NBOMes, respectively. C. elegans was capable of generating all main biotransformation steps observed in pHLM and might therefore be an interesting model for further studies of new psychoactive substances (NPS) metabolism.
Die Heterogenität der Studienanfänger/innen erleben viele Lehrende unmittelbar in den Anfängerveranstaltungen, Heterogenität nicht nur in Bezug auf fachliche Vorbildung, sondern auch bezüglich verfügbaren Lernstrategien, Fertigkeiten, Motivation und
Selbstdisziplin. Schon allein einer 90-minütigen Vorlesung konzentriert zu folgen und die
Ergebnisse strukturiert zu sichern, ist für viele eine sehr große Herausforderung. In diesem Erfahrungsbericht wird das seit dem WS 2015/16
an der Hochschule Offenburg erprobte Potenzial moderner Tablets untersucht, Vorteile
von klassischem handschriftlichen An- und Mitschreiben mit einer Vorstruktur, wie sie
z.B. PPT-Slides ermöglichen, zu vereinen.
Grundzüge der Strömungslehre
(2018)
Dieses ausgereifte Lehrbuch bringt in prägnant kurzer und mathematisch verständlicher Darstellung die strömungstechnischen Grundlagen. In der aktuellen Auflage wurde ein Abschnitt zu Dissipation und Viskosen Potentialströmungen ergänzt. Aufgaben mit Lösungen helfen den Lernstoff richtig anzuwenden und fördern das Verständnis.
In den vergangenen Jahren ist das technische Gas Schwefelhexafluorid (SF6) immer wieder Gegenstand von Diskussionen des Klimaschutzes und der technischen Notwendigkeit für den Betrieb von Schaltanlagen gewesen und wird dies wohl auch noch für längere Zeit bleiben. Das Gas, welches sich aus einem Schwefelatom und sechs Fluoratomen zusammensetzt, wird seit Ende der sechziger 1960er Jahre in Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannung eingesetzt. So günstig dessen Eigenschaften im technischen Einsatz auch sind, so klimaschädlich ist es beim Entweichen in die Atmosphäre. SF6 ist das Klimagas mit dem größten bekannten Treibhauspotenzial, es weist ein CO2-Äquivalent (GWP) von 23.900 und eine atmosphärische Lebensdauer von ca. 3.200 Jahren auf. Neben nur wenig verbliebenen Anwendungen in Industrie, Militär und Medizin kommt es heute hauptsächlich bei der elektrischen Energieversorgung als Isolier- und Lichtbogenlöschgas in Schaltanlagen von Übertragungs- und Verteilnetzen zum Einsatz. Grund genug die technische Notwendigkeit, mögliche Alternativen und Konsequenzen drohender Verbote zu diskutieren. In diesem Artikel werden zunächst die Grundlagen moderner SF6- Hochspannungsschaltanlagen vorgestellt, die Klimabelastung durch entweichendes SF6 evaluiert, ein Überblick über den Stand der Forschung gegeben und mögliche Konsequenzen eines Verbotes von Schwefelhexafluorid in der Energieversorgung diskutiert.
Eine zentrale Frage der Arbeit ist, wie sich die Änderungen der Probengeometrien, in Abhängigkeit der Versuchs- und Regelparameter, auf die Messergebnisse auswirken. Ziel ist es, Referenzlösungen für eine optimale und reproduzierbare Versuchsdurchführung zu erstellen. Gegebenenfalls muss dabei von der Norm ISO 37 abgewichen werden. Des Weiteren wird die optische Dehnungsmessung untersucht und auf die Versuche angepasst.
Grundzüge der Strömungslehre
(2015)
Dieses erfolgreiche, didaktisch ausgereifte Lehrbuch wurde im Bereich der Übungsaufgaben erweitert. Leserhinweise wurden eingearbeitet. Es zeichnet sich durch eine prägnant kurze, mathematisch verständliche und anwendbare Einführung in die Grundlagen aus und hilft dem Leser, sein Verständnis durch Übungen mit kompletten Lösungen zu vertiefen.