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Untersuchungen zum Wärme- und Feuchtetransportmanagement von Abstandsgewirken für Bettwaren
No full textDie meisten Studien zu thermoregulatorischen Aspekten im Schlaf nähern sich dem Thema aus medizinischer Sicht und untersuchen in der Regel unbedeckte Versuchspersonen bei Änderung von relativer Luftfeuchte, Luftgeschwindigkeit und Temperatur des Schlafraumes. Nur wenige Studien haben sich mit diesen Prozessen unter natürlichen Bedingungen und passiver Veränderung des Klimas in der Betthöhle befasst. Bei einer bedarfsgerechten Konstruktion des Oberbettes in Bezug auf Wärme- und Feuchtigkeitstransport kann sich das Betthöhlenklima auf Grund thermodynamischer Austauschprozesse zwischen Betthöhle und Schlafraum zeitnah auf optimale Schlafbedingungen einpegeln. Darauf verweisen neuere Untersuchungen, die eine tendenzielle Verbesserung der Schlafqualität im Zusammenhang mit einem trockeneren Betthöhlenklima, sowohl im Hinblick auf Schlafdauer als auch auf Schlafqualität, dokumentieren. Sie belegen den Einfluss der Bettdeckenfüllung als wichtige Stellgröße für einen erholsamen Schlaf.
Bezugnehmend auf diese Erkenntnisse sollten im Rahmen der vorliegenden Arbeit ausgewählte textilphysikalische und thermophysiologische Eigenschaften von Abstandsgewirken untersucht und analysiert werden, um so die Eignung von Abstandsgewirken zur Verbesserung des Klimakomforts von Bettwaren darzustellen. Ziel war die Klassifizierung charakteristischer Konstruktionsparameter für Abstandsgewirke und die Darstellung ihres Einflusses auf den Klimakomfort speziell für deren Einsatz in Bettwaren. Dabei waren die entscheidenden Ausgangsparameter, wie Körpertemperaturänderung und Feuchteabgabe in Abhängigkeit von deren Geschwindigkeit, Temperatur und Luftfeuchte in der Betthöhle, Temperatur und Luftfeuchte des Schlafraumes sowie die spezifischen textilen Kenngrößen der Abstandsgewirke in Bezug zu bringen. So soll die Einhaltung der thermophysiologischen Neutralitätszone des Menschen über den gesamten Schlafzeitraum gewährleistet werden können.
Es wurden Abstandsgewirke untersucht und bewertet, die sich auf Grund ihrer textilen Konstruktion völlig von derzeit üblichen Bettwarenfüllungen unterscheiden. Damit verbunden war eine grundsätzliche Quantifizierung der Wärme- und Stofftransportvorgänge. Mit Hilfe der Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, das bedarfsgerecht konstruierte Abstandsgewirke einen optimalen Wärme- und Feuchtetransport und damit ein trockenes Klima in der Betthöhle unterstützen können
Entwicklung eines effizienten Montageplanungssystems auf Basis von Funktionsfolgen
Get PDFDie gängige Methodik zum Konzipieren automatisierter Montagesysteme umfasst die Planung der Montage und die physische Entwicklung der technischen Gesamtlösung. Zur Abbildung der konkreten Aufgabe werden standardisierte Symbole in einem Ablaufplan miteinander verknüpft. Die Hauptaufgabe des Konstrukteurs ist die Auswahl und die Zusammenstellung einer optimalen Konfiguration der Funktionsträger sowie deren Implementierung in einer Gesamtlösung unter Berücksichtigung der vorgegebenen Randbedingungen. Das Problem ist der fehlende Informationsgehalt der bisher eingesetzten Handhabungssymbole und Symbole zur Ermittlung der Funktionsträger zur Beschreibung der Montage- und Handhabungsplanung sowie die fehlende Vorgehensweise zur Auswahl der Funktionsträger aus den verschiedenen Varianten nach minimaler Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten.
Zur Realisierung eines effizienten Montageplanungssystems leitet sich daher die Zielstellung ab, den Informationsgehalt der standardisierten Symbole zu erweitern und mit logischen Schnittstellen für eine automatisierte Verknüpfung in der Funktionsfolge auszustatten. Diese neuen Symbole beinhalten die Definition der Funktionen sowie alle Randbedingungen und Parameter zur eindeutigen Beschreibung der Handhabungsaufgabe. Mithilfe dieser Parameter werden Anforderungslisten erstellt und nach passenden Anlagenkomponenten gesucht. Zur Auswahl der optimalen Komponenten des Montagesystems wird das lineare Optimierungsproblem hinsichtlich der Kombination aus Taktzeit und Gesamtanschaffungskosten gelöst.The common methodology for designing automated assembly systems involves the assembly planning and the physical development of overall technical solution. To illustrate the concrete task, standardized symbols are connected together in a flowchart. The designer's main task is the selection and the composition of an optimal configuration of the functional carriers as well as their implementation in an overall solution in consideration of the predetermined boundary conditions. One problem is the lack of information content of the previously used handling symbols and the symbols for determining the functional carriers, which describe the assembly and handling planning. The other is the insufficient methods for selecting the functional carriers from the different variants based on minimum cycle time and total acquisition cost.
In order to realize an efficient assembly planning system, the objective is therefore to expand the information content of the standardized symbols and equip them with logical interfaces for automated connection in the functional sequence. These new symbols contain the definition of the functions as well as all boundary conditions and parameters for the unambiguous description of the handling task. These parameters are utilised to create requirement lists and search for suitable plant components. In order to select the optimal components of the assembly system, the linear optimization problem regarding the combination of cycle time and total acquisition costs is solved
Bikontinuierliche Kompositmembranen: Untersuchung ihrer Permeanzen bei höheren Temperaturen und ihr Einsatz zur Gastrocknung
Get PDFGegenstand dieser Arbeit ist es, die Temperaturbeständigkeit von bikontinuierlichen Kompositmembranen bestehend aus Zeolith 4A und Visiomer HEMATMDI zu überprüfen und das Verhalten ihrer Permeanz im Verlauf der Temperaturerhöhung zu untersuchen. Weiterhin wird ihre Verwendbarkeit für technisch und industriell relevante Prozesse der Gastrocknung nachgewiesen.
Zunächst wird thermogravimetrisch untersucht, bei welcher Temperatur Zersetzungserscheinungen an der polymeren Komponente auftreten. Anschließend wird thermogravimetrisch der Wassergehalt von Zeolith 4A im Bereich dieser Temperatur bestimmt. Hierauf folgen Permeationsmessungen mit Sauerstoff und Stickstoff an der bikontinuierlichen Kompositmembran. Die Temperatur wird hierbei schrittweise bis knapp unter die Zersetzungstemperatur des Polymers erhöht.
Die Eignung der Membranen zur Gastrocknung wird exemplarisch an der Trocknung von Erdgas gezeigt. Es werden die Permeanzen für Wasserdampf und Methan als Hauptbestandteil von Erdgas mittels Einzelgasmessungen experimentell bestimmt. Aus diesen Permeanzen errechnet sich die ideale Selektivität der bikontinuierlichen Kompositmembran von Wasserdampf gegenüber
Methan. Mit ihrer Hilfe lässt sich die Eignung der Membran zur Trocknung von Erdgas abschätzen.The aim of this work is to study the temperature resistance of bicontinuous composite membranes, composed zeolite 4A and Visiomer HEMATMDI, and their permeances with rising temperatures. Furthermore their suitability for gas drying is investigated
A network model of the function and dynamics of hippocampal place-cell sequences in goal-directed behavior
No full textDie sequenzielle Aktivität von Ortszellen im Hippocampus entspricht vielfach früheren Erlebnissen, was auf eine Rolle in Gedächtnisprozessen hinweist. Jüngere experimentelle Befunde zeigen allerdings, dass Zielorte in sequenzieller Aktivität überrepräsentiert sind. Dies legt eine Rolle dieser Aktivitätsmuster in der Verhaltensplanung nahe, wobei ein detailliertes Verständnis sowohl des Ursprungs als auch der Funktion von Ortszellsequenzen im Hippocampus bislang fehlt. Insbesondere ist nicht bekannt, welcher Mechanismus solche Sequenzen auf adaptive und konstruktive Weise generiert, wodurch effizientes Planen ermöglicht würde.
Um der Beantwortung dieser Fragen näher zu kommen, stelle ich ein neu entwickeltes pulscodiertes Netzwerkmodell vor, in dem räumliches Lernen und die Generierung von Sequenzen untrennbar voneinander abhängig sind. Anhand von Simulationen zeige ich, dass dieses Modell die Erzeugung von noch nicht erlebten Sequenztrajektorien in bekannten Umgebungen erklärt, was deren Nutzen für flexible Pfadplanung hervorhebt.
Zusätzlich stelle ich die Ergebnisse eines detaillierten Vergleichs zwischen simulierten neuronalen Pulsfolgen und experimentellen Daten auf der Ebene der Populationsdynamik vor. Diese Resultate zeigen, wie sequenzielle räumliche Repräsentationen durch die Interaktion zwischen lokaler oszillatorischer Dynamik und externen Einflüssen geprägt werden.:1. Introduction
2. Neurobiological and theoretical accounts of hippocampal function
3. A computational model of place-cell sequences for goal-finding
4. A statistical note on step size decoding in place-cell sequences
5. Summary and Discussion
BibliographyHippocampal place-cell sequences observed during awake immobility often represent previous experience, suggesting a role in memory processes. However, recent reports of goals being overrepresented in sequential activity suggest a role in short-term planning, although a detailed understanding of the origins of hippocampal sequential activity and of its functional role is still lacking. In particular, it is unknown which mechanism could support efficient planning by generating place-cell sequences biased toward known goal locations, in an adaptive and constructive fashion.
To address these questions, I propose a spiking network model of spatial learning and sequence generation as interdependent processes. Simulations show that this model explains the generation of never-experienced sequence trajectories in familiar environments and highlights their utility in flexible route planning.
In addition, I report the results of a detailed comparison between simulated spike trains and experimental data, at the level of network dynamics. These results demonstrate how sequential spatial representations are shaped by the interaction between local oscillatory dynamics and external inputs.:1. Introduction
2. Neurobiological and theoretical accounts of hippocampal function
3. A computational model of place-cell sequences for goal-finding
4. A statistical note on step size decoding in place-cell sequences
5. Summary and Discussion
Bibliograph
Effects of system response delays on elderly humans’ cognitive performance in a virtual training scenario
Get PDFObserved influences of system response delay in spoken human-machine dialogues are rather ambiguous and mainly focus on perceived system quality. Studies that systematically inspect effects on cognitive performance are still lacking, and effects of individual characteristics are also often neglected. Building on benefits of cognitive training for decelerating cognitive decline, this Wizard-of-Oz study addresses both issues by testing 62 elderly participants in a dialogue-based memory training with a virtual agent. Participants acquired the method of loci with fading instructional guidance and applied it afterward to memorizing and recalling lists of German nouns. System response delays were randomly assigned, and training performance was included as potential mediator. Participants’ age, gender, and subscales of affinity for technology (enthusiasm, competence, positive and negative perception of technology) were inspected as potential moderators. The results indicated positive effects on recall performance with higher training performance, female gender, and less negative perception of technology. Additionally, memory retention and facets of affinity for technology moderated increasing system response delays. Participants also provided higher ratings in perceived system quality with higher enthusiasm for technology but reported increasing frustration with a more positive perception of technology. Potential explanations and implications for the design of spoken dialogue systems are discussed
Passivierung von Kohlenstoffnanoröhren-Feldeffekttransistoren mit Hexamethyldisiloxan
No full textKohlenstoffnanoröhren (engl. carbon nanotubes) bieten hervorragende elektrische
Eigenschaften für neuartige Feldeffekttransistoren (engl. field-effect transistors) auf engstem Raum. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bietet eine geeignete Passivierung mit Hexamethyldisiloxan. In dieser Arbeit werden eine Flüssig- und eine Gasphasenbehandlung von Siliziumoxid-Oberflächen mit Hexamethyldisiloxan untersucht. Die Oberflächen werden dabei in wenigen Minuten hydrophobiert. Nach längeren Behandlungszeiten werden Wasserkontaktwinkel von 95° erreicht, die auch noch nach mehreren Tagen und einer Woche nachweisbar sind.
In der Anwendung auf Kohlenstoffnanoröhren-Feldeffekttransistoren (engl. carbon
nanotube field-effect transistors) wird die Hysterese um durchschnittlich 30 % gesenkt. Das Ziel der Behandlung wurde damit erreicht und lässt sich auf die erfolgreiche Beseitigung von Ladungsfallen durch Adsorbate zurückführen. Zusätzlich sinkt der An-Strom um 60 %. Für gute An-Aus-Verhältnisse über mehrere Größenordnungen bedeutet das jedoch keine drastische Verschlechterung der Schalteigenschaften. Die in dieser Arbeit vorgeschlagene Hexamethyldisiloxan-Gasphasenbehandlung kann daher erfolgreich zur Verringerung der Hysterese in Kohlenstoffnanoröhren-Feldeffekttransistoren eingesetzt werden.:1 Einleitung 6
2 Material und Methoden 8
2.1 Siliziumoxid-Oberflächen 8
2.2 Hexamethyldisiloxan als Passivierungsmittel 8
2.3 Flüssigphasenbehandlung 9
2.4 Gasphasenbehandlung 10
2.5 Kontaktwinkelmessung 11
3 Feldeffekttransistoren auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren 13
3.1 Kohlenstoffnanoröhren 13
3.1.1 Struktur und Nomenklatur 13
3.1.2 Elektrische Eigenschaften 14
3.2 Kohlenstoffnanoröhren-Feldeffekttransistoren 16
3.2.1 Aufbau, Herstellung und Funktionsprinzip 16
3.2.2 Kenngrößen zur FET-Charakterisierung 17
3.2.3 IU-Messung 19
4 Ergebnisse und Auswertung 20
4.1 Ergebnisse der Kontaktwinkelmessungen 20
4.1.1 Referenzmessungen auf Siliziumoxidoberflächen 20
4.1.2 Flüssigphasenbehandlung 21
4.1.3 Gasphasenbehandlung 21
4.1.4 Fehlerbetrachtung 25
4.1.5 Vergleich von Flüssig- und Gasphasenbehandlung 26
4.2 HMDSO-Behandlung von CNTFETs 27
4.2.1 Ergebnisse der IU-Messungen 28
4.2.2 Fehlerbetrachtung 31
5 Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick 3
Beanspruchungsminimierung keramischer Gleitlager mit Hilfe der FEM
Get PDFZur Realisierung des neuartigen und keramischen Gleitlagers unter den Einsatzbedingungen hoher und stoßartiger Belastungen wird auf die Finite-Elemente-Methode (FEM) zurückgegriffen, um ein keramikgerechtes Design abzuleiten. Unter Einbeziehung der umgebenden Strukturen, wie der Einbettung und dem Bolzen, werden mit Hilfe der FEM konstruktive und werkstoffliche Parameterstudien durchgeführt. Als Basis der Untersuchungen dienen typische Arm- und Koppelstangenverbindungen aus dem Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen. Oberstes Ziel der Studien ist die Minimierung der Zugbeanspruchungen im keramischen Werkstoff unter Last nach dem Kriterium des „Spannungsminimums“. Daneben werden optimierte Einbettungsbauformen untersucht, die eine geringe Zugbeanspruchung garantieren und gleichzeitig einen geringen Massebedarf aufweisen. Aufbauend auf den Ergebnissen der Parameterstudien ist eine analytische Berechnungsvorschrift abgeleitet sowie die statische und dynamische Tragfähigkeit des keramischen Gleitlagers experimentell nachgewiesen worden. Im Ergebnis der Forschungsarbeit steht die mechanische Einsatzfähigkeit des keramischen Gleitlagers auf Basis von Siliziumnitrid (Si3N4). Sowohl die statische als auch die dynamische Tragfähigkeit konnte bis zu einer Flächenpressung von mindestens 150 N/mm² und bei einer Lastfrequenz von 12,5 Hz nachgewiesen werden
Numerische Simulation und experimentelle Validierung statischer Mischelemente
Get PDFStatische Mischelemente spielen in der Verfahrenstechnik eine wichtige Rolle. Anwendungsbeispiele finden sich in der Lebens- und Nahrungsmittelindustrie (Homogenisieren von Milch, Teigwarenherstellung, Mischen von Pasten, etc.), bei pharmazeutischen Herstellprozessen (z.B. Pulvermischungen bei der Produktion von Tabletten, homogene Verteilung der Bestandteile ist Voraussetzung für die exakte Dosierung von Arzneimitteln) sowie Mischprozessen in der chemischen Industrie (Beeinflussung der Reaktionskinetik, Vermeidung unerwünschter Zwischenprodukte, etc.).
Der aktuelle Beitrag beschäftigt sich mit der numerischen Strömungsberechnung (CFD) von Wendelmischern bestehend aus 2, 4 oder 6 Mischelementen. Die erzielten Ergebnisse werden mit experimentellen Untersuchungen an der Rohrmessstrecke des Labors für Strömungslehre an der TH Köln validiert
Validierung des konvektiven Wärmeübergangs der Freeware Z88Aurora® mithilfe analytischer Beispiele und kommerzieller Software
Get PDFDie Finite Elemente Analyse hat sich in vielen industriellen Anwendungsgebieten zu einem elementaren Werkzeug für den Produktentwicklungsprozess entwickelt. Zu diesen Anwendungsbereichen zählen u. a. der Fahrzeugbau, die Medizintechnik und der Sondermaschinenbau. Neben Strömungssimulationen und der numerischen Berechnung von elastomechanischen Strukturen sind auch thermomechanische Analysen mithilfe der FEA durchführbar. Kleine und mittelständische Unternehmen können jedoch nicht immer auf einen wirtschaftlichen Einsatz von kommerziellen FEA-Tools zurückgreifen und sind folglich auf Freeware Programme wie Z88Aurora® angewiesen.
Die häufig für den Entwickler interessierende stationäre Wärmeleitung und die aus dem Temperaturunterschied resultierende thermische Dehnung von Bauteilkomponenten gehören längst zum Tagesgeschäft. Für eine realitätsnahe Auslegung von beispielsweise Kühlkörpern oder Rippen muss zusätzlich die konvektive Wärmeübertragung berücksichtigt werden. Hierbei wird der Wärmetransport zwischen einer Bauteiloberfläche und dem Umgebungsmedium, wie z. B. Luft oder Kühlwasser, untersucht. Diese erweiterte Abbildung der Temperaturanalyse definiert als Randbedingung eine Wärmestromdichte auf einer Bauteiloberfläche, welche proportional zur Temperaturdifferenz beider Systemkomponenten ermittelt wird. Zudem gehen nichtlineare Einflüsse aus den Materialeigenschaften des Fluids und aus dem entstehenden Strömungsverhalten über den sog. Wärmeübergangskoeffizienten in die Simulation ein. Aufgrund dieser Komplexität kann über empirisch ermittelte Korrelationsgleichungen die Bestimmung des Wärmeübergangskoeffizienten erreicht werden.
Diese Erweiterung des Thermomoduls wird in der neuen Version von Z88Aurora®V5 dem Anwender zur Produktentwicklung angeboten. Eine für den industriellen Einsatz essentielle Validierung der Berechnungsergebnisse wird über analytische Vergleichsrechnungen am Beispiel einer Kühlrippe nachgewiesen
CFD- Berechnung von Axialkolbenpumpen
Get PDFAxialkolbenpumpen bieten eine hohe Leistungsdichten und einfache Regelbarkeit.
Allerdings neigen sie zu Kavitation, mit der Gefahr der Beschädigung und erhöhter Geräuschbildung durch Druckpulsationen. Die numerische Strömungssimulation bietet die Möglichkeit, die transienten Prozesse innerhalb dieser Pumpen zu verstehen und Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
Die komplexe Bewegung der Kolben erfordert bewegte Gitter, die translatorische und rotatorische Bewegungen sehr genau abbilden müssen. Die zu fördernde Hydraulikflüssigkeit muss als kompressibles Medium behandelt werden, insbesondere da sie zu bestimmten Zeiten (Kompressions- und Dekompressionsphase) in geschlossen Kammern einer Volumenänderung unterworfen ist, die eine Dichte- und Druckänderung mit sich bringt. Im Falle des Auftretens von Kavitation ist eine Modellierung der gasförmigen und flüssigen Phase notwendig.
Der Vortrag zeigt auf, wie das vollständige transiente Verhalten von Axialkolbenpumpen simuliert werden kann. Dadurch ist es möglich, Steuerzeitenoptimierungen durchzuführen, die zu geringerer Kavitationsneigung und reduzierten Druckpulsationen führen