Multimedia ONline ARchiv CHemnitz
Not a member yet
4978 research outputs found
Sort by
Machine Learning im CAE
Get PDFMany companies have a large collection of different model variants and results. Hexagon's (formerly MSC Software) software Odyssee helps to find out what information is contained in this data. New calculations can sometimes be avoided because the results for new parameter combinations can be predicted from the existing calculations. This is particularly interesting for non-linear or large models with long run times. The software also helps when setting up new DOEs and offers a variety of options for statistical displays. In the lecture, the number-based and image-based methods are compared.Viele Firmen können auf eine große Sammlung vorhandener Rechnungen für verschiedene Modellvarianten zurückgreifen. Die Software Odyssee von Hexagon (früher MSC Software) hilft herauszufinden, welche Informationen in diesen Daten stecken. Neue Rechnungen kann man sich teilweise ersparen, weil die Ergebnisse für neue Parameterkombinationen aus den vorhandenen Rechnungen vorhergesagt werden können.
Dies ist besonders interessant für nichtlineare oder große Modelle mit langer Rechenzeit. Die Software hilft auch beim Aufsetzen neuer DOEs und bietet vielfältige Möglichkeiten für statistische Darstellungen. In dem Vortrag werden die zahlenbasierte und bildbasierte Methode gegenübergestellt
Umfassende Produktentwicklung durch multiphysikalische Simulation mit Ansys
Get PDFModerne Produkte stellen Herausforderungen in unterschiedlichsten physikalischen Domänen, die alle bei der Produktentwicklung berücksichtigt werden müssen. Ansys hat nicht nur das richtige Werkzeug für jeden einzelnen physikalischen Bereich, sondern ermöglicht darüber hinaus, das komplexe Zusammenspiel der verschiedenen Phänomene vorherzusagen und zu bewerten. An Beispielen zeigen wir die Möglichkeiten zur multiphysikalischen Kopplung in der produktübergreifenden Benutzeroberfläche von Ansys auf.Modern products pose challenges in various physical domains that must all be considered during product development. Ansys not only has the right tools for each individual physical domain, but also enables the prediction and evaluation of the complex interactions of different phenomena. We present the possibilities for multiphysics coupling in the cross-product user interface of Ansys with some examples
Suche nach neuen Katalysatoren für die Oxidation von Methan aus Abgasen biogasgetriebener Magergasmotoren
No full textDas Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung neuer Katalysatoren für die Oxidation von Methan aus Abgasen biogasgetriebener Magergasmotoren. Diese Motoren emittieren aufgrund des Methanschlupfes unverbranntes Methan, welches ein signifikant höheres Treibhausgaspotential als Kohlendioxid aufweist. Die katalytische Aktivität von edelmetallhaltigen und edelmetallfreien Mischoxidkatalysatoren, deren Herstellung durch Sol-Gel-Synthesen erfolgte, wurde mittels der emissionskorrigierten Infrarotthermographie in einem Hochdurchsatzscreening untersucht. Die so identifizierten Materialien wurden in einer hierzu aufgebauten, automatisierten Strömungsrohrreaktoranlage in einer komplexen Abgaszusammensetzung konventionell charakterisiert. Die hierbei erfolgreich getesteten Katalysatoren wurden in einem zehnfach parallelen Alterungsreaktor, der auf diese Anwendung adaptiert und automatisiert wurde, bei 450 °C auf ihre Langzeitstabilität untersucht. Hierbei erwiesen sich besonders iridium- und rhodiumhaltige Mischoxide der formalen Zusammensetzung Em3Si48,5Se48,5Ox als langzeitstabil. Weiterhin wurde die Übertragung der besten Zusammensetzungen der Sol-Gel-Synthese auf das industrielle Standardverfahren der Imprägnierung untersucht.:1 Einleitung
1.1 Biogasanlagen
1.1.1 Allgemeine Aspekte
1.1.2 Aufbau von Biogasanlagen
1.1.3 Erzeugung und Zusammensetzung von Biogas
1.2 BHKW-Motortypen in Biogasanlagen
1.2.1 Magergasmotoren
1.2.2 Konzepte zur Abgasnachbehandlung von Magergasmotoren
1.3 Kombinatorik und Hochdurchsatz als Methoden zur Entwicklung von Katalysatoren in der Chemie
1.4 Anwendung der Hochdurchsatzmethodik
1.4.1 Design of Experiment
1.4.2 Synthese von Katalysatorbibliotheken mittels Hochdurchsatz
1.4.3 Methoden zur Hochdurchsatzcharakterisierung
1.4.4 Data-Mining (Auswertung)
1.5 Synthese
1.5.1 Synthese über den Sol-Gel-Prozess
1.5.2 Fällung
1.5.3 Imprägnierung
1.6 Katalytische Oxidation von Methan
1.6.1 Edelmetallfreie Katalysatoren für die Methanoxidation
1.6.2 Edelmetallhaltige Katalysatoren für die Methanoxidation
1.6.3 Methanoxidation in realen Abgasgemischen
2 Zielsetzung
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Methodenentwicklung
3.1.1 ecIRT
3.1.2 Konventionelle Charakterisierung
3.1.3 Parallele Alterung
3.2 Ergebnisse edelmetallfreie Proben (Generation 1)
3.2.1 ecIRT und konventionelle Messung
3.2.2 Fazit edelmetallfreie Proben
3.3 Ergebnisse unäre edelmetallhaltige Proben Em3A48,5B48,5Ox (Generation 2)
3.3.1 Bibliothek 2.1: Pd dotierte Mischoxide
3.3.2 Bibliothek 2.2: Pd und Ru dotierte Mischoxide I
3.3.3 Bibliothek 2.3: Pd und Ru dotierte Mischoxide II
3.3.4 Bibliothek 2.4: Ru und Ag dotierte Mischoxide
3.3.5 Bibliothek 2.5: Ag dotierte Mischoxide
3.3.6 Bibliothek 2.6: Pt und Au dotierte Mischoxide I
3.3.7 Bibliothek 2.7: Pt und Au dotierte Mischoxide II
3.3.8 Bibliothek 2.8: Rh und Ir dotierte Mischoxide I
3.3.9 Bibliothek 2.9: Rh und Ir dotierte Mischoxide II
3.3.10 Bibliothek 2.10: Rh, Ag, Ir, Pt und Au dotierte Mischoxide
3.3.11 Bibliothek 2.11: Edelmetall dotierte Re-haltige Mischoxide
3.3.12 Bibliothek 2.12: Edelmetall dotierte Sb- und W-haltige Mischoxide
3.3.13 Vergleich selenhaltiger Proben aus den Bibliotheken 2.7 und 2.9
3.3.14 Fazit Generation 2
3.4 Ergebnisse der Zusammensetzungsvariation Em [1-3]AaBbOx (Generation 3)
3.4.1 Bibliothek 3.1: Zusammensetzungsvariation Pt[1 3]TiaCrbOx
3.4.2 Bibliothek 3.2: Zusammensetzungsvariation Pt[1-3]SiaNibOx
3.4.3 Bibliothek 3.3: Zusammensetzungsvariation Pt[1-3]AlaMnbOx
3.4.4 Bibliothek 3.4: Zusammensetzungsvariationen Pt[1 3]SiaCrbOx, Pt[1 3]TiaSnbOx und Pt[1 3]TiaSebOx
3.5 Ergebnisse der Variation der Edelmetalle bei konstantem Basisoxidverhältnis (Em1zEm2yA48,5B48,5Ox) (Generation 4)
3.5.1 Bibliothek 4.1: Edelmetallvariationen [EM]3Ti48,5Cr48,5Ox, [EM]3Si48,5Ni48,5Ox und [EM]3Si48,5Se48,5Ox
3.5.2 Bibliothek 4.2: Edelmetallvariationen [EM]3Al48,5Mn48,5Ox und [EM]3Si48,5Sn48,5Ox
3.5.3 Bibliothek 4.3 : Erweiterung der binären Edelmetallvariationen um Ru
3.6 Kombination der Zusammensetzungsvariationen von Edelmetallen und Basisoxiden (Generation 5)
3.7 Übertragung auf Alternativsynthesen (Generation 6)
3.7.1 Herstellung und Charakterisierung zweier Basisoxidmaterialien zur Nutzung als Katalysatorträger
3.7.2 Vergleich der Methanumsätze beider Basisoxidsysteme nach Imprägnation analog zum Referenzkatalysator Pd:Pt (10:1) 3 m-% @ Al2O3
3.7.3 Präparation und Testung von Pt 2 m-% - Ru 3 m-% @ ZrO2 [137]
3.7.4 Incipient-Wetness-Imprägnierungen auf kommerzielle TiO2-Träger
3.7.5 Vergleich der aktivsten, auf TiO2 geträgerten Probe mit den industriellen Referenzkatalysatoren
3.7.6 Untersuchung des Alterungsverhaltens diverser auf TiO2 imprägnierter Proben und Vergleich mit den industriellen Referenzkatalysatoren
3.7.7 Incipient-Wetness-Imprägnierungen verschiedener Mn- und Mn:Ce-Gehalte auf Al2O3 und nachfolgende Imprägnierung mit Edelmetallen
3.7.8 Imprägnierung und Alterung dreier Edelmetallkombinationen auf drei SiO2-haltigen Trägern
3.8 Exkurs 1: Wiederholung der Alterung des Referenzkatalysators Pd:Pt (10:1) 3 m-% @ Al2O3
3.9 Exkurs 2: Einfluss von Bindemitteln auf die katalytische Aktivität
4 Zusammenfassung und Ausblick
5 Experimenteller Teil
5.1 Synthese
5.1.1 Vorversuche zur Löslichkeit der Edelmetall Präkursoren
5.1.2 Hochdurchsatzsynthese
5.1.3 Propionsäure Syntheseroute
5.1.4 Modifizierte Pecchini Syntheseroute
5.1.5 Synthese von Pt3Zr20Al77Ox
5.1.6 Nachsynthese für konventionelle Messungen
5.1.7 Synthese von Trägern
5.1.8 Incipient-Wetness-Imprägnierungen
5.2 Katalytische Untersuchungsmethoden
5.2.1 ecIRT
5.2.2 Konventionelle Strömungsrohranlage zur Validierung
5.2.3 Alterungsreaktor
5.3 Charakterisierung
5.3.1 Thermogravimetrische Analyse
5.3.2 Oberflächenanalyse mittels N2-Physisorptionsmessungen
5.3.3 Röntgenpulverdiffraktometrie
5.3.4 Mikroröntgenfluoreszenzanalytik
5.3.5 Transmissionselektronenmikroskopie
6 Literaturverzeichnis
7 Anhang
7.1 Abkürzungsverzeichnis
7.2 Abbildungsverzeichnis
7.3 Tabellenverzeichnis
7.4 Verwendete Chemikalien
7.5 Verwendete Software
7.6 Syntheseübersicht ecIRT
7.7 Belegungspläne ecIRT
7.8 Strömungsrohrreaktoren
7.8.1 Konventioneller Strömungsrohrreaktor
7.8.2 Alterungsreaktor
7.9 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalysen
7.9.1 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalyse Rh3Si48,5Se48,5Ox
7.9.2 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalyse [EM]3Si48,5Se48,5Ox
7.10 Umrechnung m-% in mol-%
7.11 Ausreißertest nach Nalimov
7.12 Auswertung des kombinatorischen Versuchsplanes der Referenzproben nach YatesThe development of new catalysts for the oxidation of methane emitted by biogas fueled lean-burn engines was the focus of this thesis. Due to the methane slip these engines release un-burned methane, which has a significant higher global warming potential than carbon dioxide. The catalytic activity of precious metal-free and precious metal-containing mixed oxide cata-lysts, which were synthesized by sol-gel process, was investigated by a high-throughput screening with emissivity-corrected infrared thermography. The identified materials were analyzed in a therefore designed automatized conventional plug flow reactor under a complex exhaust gas composition. The long term stability of the positive tested catalysts was studied in an adapted and automatized 10-fold parallel reactor at 450 °C. Especially iridium and rhodi-um containing mixed metal oxide with formal composition Em3Si48,5Se48,5Ox were found to be long-time stable for the oxidation of methane. Furthermore the transfer of the most active and stable catalyst to the industrial preparation method impregnation was studied.:1 Einleitung
1.1 Biogasanlagen
1.1.1 Allgemeine Aspekte
1.1.2 Aufbau von Biogasanlagen
1.1.3 Erzeugung und Zusammensetzung von Biogas
1.2 BHKW-Motortypen in Biogasanlagen
1.2.1 Magergasmotoren
1.2.2 Konzepte zur Abgasnachbehandlung von Magergasmotoren
1.3 Kombinatorik und Hochdurchsatz als Methoden zur Entwicklung von Katalysatoren in der Chemie
1.4 Anwendung der Hochdurchsatzmethodik
1.4.1 Design of Experiment
1.4.2 Synthese von Katalysatorbibliotheken mittels Hochdurchsatz
1.4.3 Methoden zur Hochdurchsatzcharakterisierung
1.4.4 Data-Mining (Auswertung)
1.5 Synthese
1.5.1 Synthese über den Sol-Gel-Prozess
1.5.2 Fällung
1.5.3 Imprägnierung
1.6 Katalytische Oxidation von Methan
1.6.1 Edelmetallfreie Katalysatoren für die Methanoxidation
1.6.2 Edelmetallhaltige Katalysatoren für die Methanoxidation
1.6.3 Methanoxidation in realen Abgasgemischen
2 Zielsetzung
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Methodenentwicklung
3.1.1 ecIRT
3.1.2 Konventionelle Charakterisierung
3.1.3 Parallele Alterung
3.2 Ergebnisse edelmetallfreie Proben (Generation 1)
3.2.1 ecIRT und konventionelle Messung
3.2.2 Fazit edelmetallfreie Proben
3.3 Ergebnisse unäre edelmetallhaltige Proben Em3A48,5B48,5Ox (Generation 2)
3.3.1 Bibliothek 2.1: Pd dotierte Mischoxide
3.3.2 Bibliothek 2.2: Pd und Ru dotierte Mischoxide I
3.3.3 Bibliothek 2.3: Pd und Ru dotierte Mischoxide II
3.3.4 Bibliothek 2.4: Ru und Ag dotierte Mischoxide
3.3.5 Bibliothek 2.5: Ag dotierte Mischoxide
3.3.6 Bibliothek 2.6: Pt und Au dotierte Mischoxide I
3.3.7 Bibliothek 2.7: Pt und Au dotierte Mischoxide II
3.3.8 Bibliothek 2.8: Rh und Ir dotierte Mischoxide I
3.3.9 Bibliothek 2.9: Rh und Ir dotierte Mischoxide II
3.3.10 Bibliothek 2.10: Rh, Ag, Ir, Pt und Au dotierte Mischoxide
3.3.11 Bibliothek 2.11: Edelmetall dotierte Re-haltige Mischoxide
3.3.12 Bibliothek 2.12: Edelmetall dotierte Sb- und W-haltige Mischoxide
3.3.13 Vergleich selenhaltiger Proben aus den Bibliotheken 2.7 und 2.9
3.3.14 Fazit Generation 2
3.4 Ergebnisse der Zusammensetzungsvariation Em [1-3]AaBbOx (Generation 3)
3.4.1 Bibliothek 3.1: Zusammensetzungsvariation Pt[1 3]TiaCrbOx
3.4.2 Bibliothek 3.2: Zusammensetzungsvariation Pt[1-3]SiaNibOx
3.4.3 Bibliothek 3.3: Zusammensetzungsvariation Pt[1-3]AlaMnbOx
3.4.4 Bibliothek 3.4: Zusammensetzungsvariationen Pt[1 3]SiaCrbOx, Pt[1 3]TiaSnbOx und Pt[1 3]TiaSebOx
3.5 Ergebnisse der Variation der Edelmetalle bei konstantem Basisoxidverhältnis (Em1zEm2yA48,5B48,5Ox) (Generation 4)
3.5.1 Bibliothek 4.1: Edelmetallvariationen [EM]3Ti48,5Cr48,5Ox, [EM]3Si48,5Ni48,5Ox und [EM]3Si48,5Se48,5Ox
3.5.2 Bibliothek 4.2: Edelmetallvariationen [EM]3Al48,5Mn48,5Ox und [EM]3Si48,5Sn48,5Ox
3.5.3 Bibliothek 4.3 : Erweiterung der binären Edelmetallvariationen um Ru
3.6 Kombination der Zusammensetzungsvariationen von Edelmetallen und Basisoxiden (Generation 5)
3.7 Übertragung auf Alternativsynthesen (Generation 6)
3.7.1 Herstellung und Charakterisierung zweier Basisoxidmaterialien zur Nutzung als Katalysatorträger
3.7.2 Vergleich der Methanumsätze beider Basisoxidsysteme nach Imprägnation analog zum Referenzkatalysator Pd:Pt (10:1) 3 m-% @ Al2O3
3.7.3 Präparation und Testung von Pt 2 m-% - Ru 3 m-% @ ZrO2 [137]
3.7.4 Incipient-Wetness-Imprägnierungen auf kommerzielle TiO2-Träger
3.7.5 Vergleich der aktivsten, auf TiO2 geträgerten Probe mit den industriellen Referenzkatalysatoren
3.7.6 Untersuchung des Alterungsverhaltens diverser auf TiO2 imprägnierter Proben und Vergleich mit den industriellen Referenzkatalysatoren
3.7.7 Incipient-Wetness-Imprägnierungen verschiedener Mn- und Mn:Ce-Gehalte auf Al2O3 und nachfolgende Imprägnierung mit Edelmetallen
3.7.8 Imprägnierung und Alterung dreier Edelmetallkombinationen auf drei SiO2-haltigen Trägern
3.8 Exkurs 1: Wiederholung der Alterung des Referenzkatalysators Pd:Pt (10:1) 3 m-% @ Al2O3
3.9 Exkurs 2: Einfluss von Bindemitteln auf die katalytische Aktivität
4 Zusammenfassung und Ausblick
5 Experimenteller Teil
5.1 Synthese
5.1.1 Vorversuche zur Löslichkeit der Edelmetall Präkursoren
5.1.2 Hochdurchsatzsynthese
5.1.3 Propionsäure Syntheseroute
5.1.4 Modifizierte Pecchini Syntheseroute
5.1.5 Synthese von Pt3Zr20Al77Ox
5.1.6 Nachsynthese für konventionelle Messungen
5.1.7 Synthese von Trägern
5.1.8 Incipient-Wetness-Imprägnierungen
5.2 Katalytische Untersuchungsmethoden
5.2.1 ecIRT
5.2.2 Konventionelle Strömungsrohranlage zur Validierung
5.2.3 Alterungsreaktor
5.3 Charakterisierung
5.3.1 Thermogravimetrische Analyse
5.3.2 Oberflächenanalyse mittels N2-Physisorptionsmessungen
5.3.3 Röntgenpulverdiffraktometrie
5.3.4 Mikroröntgenfluoreszenzanalytik
5.3.5 Transmissionselektronenmikroskopie
6 Literaturverzeichnis
7 Anhang
7.1 Abkürzungsverzeichnis
7.2 Abbildungsverzeichnis
7.3 Tabellenverzeichnis
7.4 Verwendete Chemikalien
7.5 Verwendete Software
7.6 Syntheseübersicht ecIRT
7.7 Belegungspläne ecIRT
7.8 Strömungsrohrreaktoren
7.8.1 Konventioneller Strömungsrohrreaktor
7.8.2 Alterungsreaktor
7.9 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalysen
7.9.1 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalyse Rh3Si48,5Se48,5Ox
7.9.2 Ergebnisse der N2-Physisorptionsanalyse [EM]3Si48,5Se48,5Ox
7.10 Umrechnung m-% in mol-%
7.11 Ausreißertest nach Nalimov
7.12 Auswertung des kombinatorischen Versuchsplanes der Referenzproben nach Yate
Mit Prozesssimulation und Strukturmechanik zu mehr Nachhaltigkeit
Get PDFsimulationsunterstützte Weiterentwicklung eines Produktes mit dem Ziel der Material- sowie Energieeinsparung während des Herstellungsprozesses; konstruktive und simulative Optimierung des Kunststoff-Spritzgieß-Bauteils (Gewichtsreduktion, Einsparung von Zykluszeit) bei gleichzeitigem Erhalt der Funktion und mechanischen Eigenschaften; durch gekoppelte Simulation des Herstellungsprozesses und der Strukturmechanik konnten Herstellungskosten, Materialkosten sowie der Energieaufwand im Herstellungsprozess deutlich reduziert werden.Simulation-supported further development of a product with the aim of saving material and energy during the manufacturing process; constructive and simulative optimisation of the plastic injection moulding component (weight reduction, saving of cycle time) while at the same time maintaining the function and mechanical properties; through coupled simulation of the manufacturing process and the structural mechanics, manufacturing costs, material costs and the energy input in the manufacturing process could be significantly reduced
Bestimmung der Rotorlage in aktiven Magnetlagern durch Messung magnetischer Streuflüsse
Get PDFIn dieser Arbeit wird die Möglichkeit untersucht, durch die Messung magnetischer Streuflüsse und unter Berücksichtigung der durch die Steuerströme hervorgerufenen Durchflutung, auf die Position des Rotors im Magnetlager zu schließen. Die Streuflüsse werden in der Regel vernachlässigt, stehen aber im unmittelbaren Zusammenhang zur Luftspaltlänge, wie theoretische Betrachtungen zeigen. Anhand von analytischen und numerischen Modellen, welche durch Messungen verifiziert werden, ist eine Linearisierung und Kompensation des Einflusses der Durchflutung möglich. Auf dieser Basis wird ein Messsystem entwickelt, mit dem die streuflussbasierte Positionsregelung eines Testlagers realisiert wird. Hierfür kommen Hall-Sensoren zum Einsatz, die auf Leiterplatten sitzen, welche anstelle der konventionellen Nutverschlüsse in das Magnetlager eingebracht werden. Aufgrund der direkten Nähe der Sensoren zu den Lagerspulen und der gepulsten Steuerströme weisen die Messsignale jedoch ein erhebliches Rauschen auf. Um dem entgegenzuwirken, kommt ein Kalman-Filter zum Einsatz, mit dem eine deutliche Verbesserung der Signalqualität erreicht werden kann.:Verzeichnis der Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen vii
1 Einleitung 1
1.1 Exkurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Systematik magnetischer Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Sensoren für Magnetlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Sensorlose Magnetlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Motivation und Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.1 Motivation und Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.2 Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Theoretische Betrachtungen zu magnetischen Streuflüssen 17
2.1 Magnetische Streuflüsse in Magnetlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Heteropolarlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.2 Homopolarlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3 Dreischenkliges Magnetlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Verallgemeinertes Reluktanzmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Zusammenhang zwischen Luftspaltlänge und Streuflussdichte . . . . . . . . 28
2.3.1 Intrapolarer Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.2 Interpolarer Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4 Betrachtung der magnetischen Streuflüsse mit Hilfe numerischer Rechnungen 33
2.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 Magnetische Streuflüsse im realen Magnetlager 39
3.1 Auswahl eines geeigneten Lagertyps und möglicher Messpositionen . . . . . 39
3.1.1 Streuflüsse bei Rotorverschiebung entlang der x- und y-Achse . . . . 41
3.1.2 Streuflüsse bei Rotorverschiebung entlang der a- und b-Achse . . . . 43
3.1.3 Änderung der Streuflüsse bei Querverschiebung des Rotors . . . . . 45
3.2 Nutzbarkeit der intra- und interpolaren Streuflüsse als Lagemesssystem . . 48
3.3 Vergleich gemessener und berechneter Streuflusswerte . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4 Realisierung des Messsystems 57
4.1 Erstellung von Kennfeldern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
v
Inhaltsverzeichnis
4.3 Messsystem zur Messung der magnetischen Streuflussdichte . . . . . . . . . 60
4.3.1 Auswahl geeigneter Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.2 Sensordesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3.3 Kalibrierung der Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.4 Statische und dynamische Eigenschaften des streuflussbasierten Messsystems 69
4.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5 Betrachtungen zur Verbesserung der Signalqualität 75
5.1 Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.1.1 Übertragungsverhalten der Messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1.2 Elektromagnetisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.1.3 Mechanisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.4 Modellierung variabler Induktivitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.1.5 Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2 Kalman-Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6 Zusammenfassung und Ausblick 115
6.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.2.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
A Mathematische Überlegungen zu Streuflussfunktionen 121
A.1 Grenzwerte für den intrapolaren Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
A.2 Anstieg intrapolare Streuflussfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
A.3 Maximum des interpolaren Streuflusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
B Tabellen 127
B.1 Gemessene Streuflüsse an verschiedenen Rotorpositionen und unterschiedlichen
resultierenden Steuerströmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
B.2 Ströme und Positionen nach Streuflussmesswerten sortiert . . . . . . . . . . 128
C Schaltpläne, technische Zeichnungen und Blockschaltbilder 129
C.1 Schaltplan Streuflusssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
C.2 Kalibrierschaltung des Messkonverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C.3 Beispielgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C.4 Magnetlagerrotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
C.5 Blockschaltbild des Modells eines Stromrichters . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Literaturverzeichnis 133
Thesen 141In this work, the possibility of inferring the position of the rotor in magnetic bearings by measuring magnetic leakage fluxes is investigated. These are usually neglected, but are directly related to the air gap length, as theoretical considerations show. In addition, the magnetic flux caused by the control currents must be taken into account. By means of analytical and numerical models, which are verified by measurements, a linearization and compensation of the influence of the magnetic flux is possible. Based on this, a measurement system is developed to realize a flux leakage-based position control of a test bearing. For this purpose, Hall-sensors are used, which are located on printed circuit boards that are inserted into the magnetic bearing instead of the conventional slot locks. However, due to the direct proximity of the sensors to the bearing coils and the pulsed control currents, the measurement signals exhibit considerable noise. To counteract this, a Kalman-filter is used to achieve a significant improvement in signal quality.:Verzeichnis der Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen vii
1 Einleitung 1
1.1 Exkurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Systematik magnetischer Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Sensoren für Magnetlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Sensorlose Magnetlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Motivation und Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.1 Motivation und Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.2 Struktur der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Theoretische Betrachtungen zu magnetischen Streuflüssen 17
2.1 Magnetische Streuflüsse in Magnetlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Heteropolarlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.2 Homopolarlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3 Dreischenkliges Magnetlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2 Verallgemeinertes Reluktanzmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Zusammenhang zwischen Luftspaltlänge und Streuflussdichte . . . . . . . . 28
2.3.1 Intrapolarer Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.2 Interpolarer Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4 Betrachtung der magnetischen Streuflüsse mit Hilfe numerischer Rechnungen 33
2.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 Magnetische Streuflüsse im realen Magnetlager 39
3.1 Auswahl eines geeigneten Lagertyps und möglicher Messpositionen . . . . . 39
3.1.1 Streuflüsse bei Rotorverschiebung entlang der x- und y-Achse . . . . 41
3.1.2 Streuflüsse bei Rotorverschiebung entlang der a- und b-Achse . . . . 43
3.1.3 Änderung der Streuflüsse bei Querverschiebung des Rotors . . . . . 45
3.2 Nutzbarkeit der intra- und interpolaren Streuflüsse als Lagemesssystem . . 48
3.3 Vergleich gemessener und berechneter Streuflusswerte . . . . . . . . . . . . 52
3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4 Realisierung des Messsystems 57
4.1 Erstellung von Kennfeldern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
v
Inhaltsverzeichnis
4.3 Messsystem zur Messung der magnetischen Streuflussdichte . . . . . . . . . 60
4.3.1 Auswahl geeigneter Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.2 Sensordesign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3.3 Kalibrierung der Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.4 Statische und dynamische Eigenschaften des streuflussbasierten Messsystems 69
4.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5 Betrachtungen zur Verbesserung der Signalqualität 75
5.1 Modellbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.1.1 Übertragungsverhalten der Messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1.2 Elektromagnetisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.1.3 Mechanisches Modell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.4 Modellierung variabler Induktivitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.1.5 Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2 Kalman-Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6 Zusammenfassung und Ausblick 115
6.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.2.1 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.2.2 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
A Mathematische Überlegungen zu Streuflussfunktionen 121
A.1 Grenzwerte für den intrapolaren Streufluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
A.2 Anstieg intrapolare Streuflussfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
A.3 Maximum des interpolaren Streuflusses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
B Tabellen 127
B.1 Gemessene Streuflüsse an verschiedenen Rotorpositionen und unterschiedlichen
resultierenden Steuerströmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
B.2 Ströme und Positionen nach Streuflussmesswerten sortiert . . . . . . . . . . 128
C Schaltpläne, technische Zeichnungen und Blockschaltbilder 129
C.1 Schaltplan Streuflusssensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
C.2 Kalibrierschaltung des Messkonverters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C.3 Beispielgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
C.4 Magnetlagerrotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
C.5 Blockschaltbild des Modells eines Stromrichters . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Literaturverzeichnis 133
Thesen 14
Modellierung asynchroner Linearmotoren mit verteilten und konzentrierten Wicklungen
Get PDFInfolge der verschiedenen besonderen Effekte von asynchronen Linearmotoren wurde bei Modellierung dieser Motoren die meiste Aufmerksamkeit dem Aufbau von anspruchsvollen Feldmodellen zur Beschreibung ihrer physikalischen Vorgänge geschenkt. Auf die Umwandlung des anspruchsvollen Feldmodells auf ein ingenieurfreundliches Ersatzschaltbild wird aber nicht vertieft eingegangen, insbesondere wenn die unsymmetrischen Wicklungen der Linearmotoren mit berücksichtigt werden. Dies ist ein Grund dafür, dass die asynchronen Linearmotoren nicht weit verbreitet sind, auch wenn sie über ein großes Wachstumspotenzial im Linearantriebsmarkt verfügen. In den ersten Jahren des neuen Jahrhunderts sind Motoren mit konzentrierten Wicklungen dank ihrer hoch automatisierten Wickelverfahren zunehmend auf dem Markt vertreten. Bei der Modellierung der asynchronen Linearmotoren mit diesen Wicklungen muss man deshalb den damit verbundenen relativ hohen Gehalt an harmonischen Feldern berücksichtigen.
Aus diesen Gründen wird in der vorliegenden Arbeit eine praktische Methodik zur
Modellierung der asynchronen Linearmotoren entwickelt, wobei die Umwandlung des
Feldmodells auf ein Ersatzschaltbild eine eingehende Behandlung findet. Die entwickelte Methodik kann nicht nur von den unsymmetrischen Wicklungen der Linearmotoren sondern auch von dem relativ hohen Gehalt an harmonischen Feldern bei Ausführung der Statorwicklung in konzentrierten Wicklungen handeln.
In der Methodik wird ein Begriff des Leiterbelages aus dem klassischen Begriff des
Strombelages abgeleitet und seine theoretischen Grundlagen entwickelt. Während der
Strombelag nur den Stromeinprägungszustand elektrischer Maschinen beschreibt, kann der Leiterbelag die wesentlichen Eigenschaften der Wicklungen elektrischer Maschinen beschreiben. Damit können die Berechnung der Selbst- und Gegeninduktionsimpedanzen der Wicklungen und die Umwandlung des Feldmodells auf das Ersatzschaltbild systematisiert werden, insbesondere wenn es sich um die unsymmetrischen Wicklungen handelt. Bei symmetrischen Wicklungen ist nur ein symmetrisches Ersatzschaltbild zur Strom- und Kraftberechnung der Linearmotoren notwendig. Bei unsymmetrischen Wicklungen muss man aber ein unsymmetrisches Ersatzschaltbild für die Stromberechnung aufbauen, während für die Kraftberechnung jeweils ein symmetrisches Ersatzschaltbild für das Mit- und Gegenstromsystem verwendet werden. Zur messtechnischen Bestätigung von den in dieser Arbeit entwickelten Ersatzschaltbildern werden ein Linearmotor mit verteilten Wicklungen und ein Linearmotor mit konzentrierten Wicklungen eingesetzt. Dabei werden die Statoren in unterschiedlichen Luftspaltlängen ausgeführt und die Läufer mit unterschiedlichen Materialien und Dicken verwendet. Insbesondere werden die Linearmotoren mit konzentrierten Wicklungen in unterschiedlichen Polpaarzahlen ausgeführt und mit Spannungssystemen von verschiedenen Frequenzen versorgt
Ansatz zur energetischen Klassifizierung spanender Werkzeugmaschinen
Get PDFSpanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23
1.1 Motivation 23
1.2 Relevanz 25
1.3 Wirkungsbetrachtung 30
2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35
2.1 Zielsetzung 35
2.2 Aufbau der Arbeit 36
3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39
3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39
3.2 Ausgeführte Energielabel 43
3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55
3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66
3.5 Kennwertermittlung 81
3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90
4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93
4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93
4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96
4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96
4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118
4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen
Klassifizierung 121
5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123
5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123
5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124
5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124
5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127
5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130
5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132
5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141
5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145
6 Label-Entwurf 151
6.1 Auswahl der Beispielparameter 151
6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153
6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154
6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155
7 Diskussion 157
7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157
7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für
Werkzeugmaschinen 157
8 Zusammenfassung 161
9 Ausblick 163
10 Literaturverzeichnis 165
A Anhang 189
A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189
A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191
A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194
A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196
A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197
A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203
A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204
A 8 Historische Entwicklung 205Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23
1.1 Motivation 23
1.2 Relevanz 25
1.3 Wirkungsbetrachtung 30
2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35
2.1 Zielsetzung 35
2.2 Aufbau der Arbeit 36
3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39
3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39
3.2 Ausgeführte Energielabel 43
3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55
3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66
3.5 Kennwertermittlung 81
3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90
4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93
4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93
4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96
4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96
4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118
4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen
Klassifizierung 121
5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123
5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123
5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124
5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124
5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127
5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130
5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132
5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141
5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145
6 Label-Entwurf 151
6.1 Auswahl der Beispielparameter 151
6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153
6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154
6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155
7 Diskussion 157
7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157
7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für
Werkzeugmaschinen 157
8 Zusammenfassung 161
9 Ausblick 163
10 Literaturverzeichnis 165
A Anhang 189
A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189
A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191
A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194
A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196
A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197
A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203
A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204
A 8 Historische Entwicklung 20
A user-oriented Target Costing instrument for primary healthcare services cost management for the Brazilian Unified Health System
Get PDFThe Brazilian Unified Health System (UHS) primary care services are provided by several structures scattered over more than five thousand municipalities. The Primary Care Units (PCU) are the most common structures, and are the basis of the system providing a large volume of services to most Brazilian populations. The operational management is under the responsibility of the municipalities, while the funding, policies, and strategic management are shared with the Union and the municipality’s state. In this context, municipal managers usually face several challenges in understanding the local population’s needs, managing service quality and users’ satisfaction, determining and managing service costs, and measuring service performance. As a rule, managers do not have advanced management tools, and the planning of services and service costs is carried out through annual plans and actions that define how many services should be provided and the total amount of funds to cost these services. When annual planning starts, most costs are already committed, because most of them are fixed and difficult to influence after starting the service delivery. For more efficient cost management, it would be appropriate to influence PCU costs during the planning phase, before starting the service delivery.
In order to contribute to primary healthcare services management, this study aimed to develop a user-oriented Target Costing instrument for cost management of primary care services in the UHS. Target Costing is best known in the industry, and its use in healthcare and public services can still be considered incipient. In typical market situations, Target Costing derives the target cost by subtracting the target profit from the target price. However, public primary healthcare services are free of charge and do not have selling prices. Furthermore, Brazilian public accounting does not measure the financial results through profit or loss. The literature presents Economic Management (EM) as a way to overcome this challenge. The EM concepts are suitable for measuring the result when sale prices are unavailable or commercialised. EM includes the concepts of “opportunity revenue” replacing the sales prices and revenues, and “economic result” replacing profit or loss. Using these two concepts allows the implementation of phases 3 and 4 of the Target Costing process, similarly to the traditional way.
The instrument integrates the Servqual and the Kano Model in regard to hearing the voice of the users. Servqual has been frequently applied to collect data on expectations and perceptions of quality from the users of health services. Both tools enable the development of indicators that represent the importance attributed to quality items in the quality gap, customer satisfaction index, and the Kano categories.
Another relevant point to the Target Costing instrument is the connection of the user’s given importance to quality requirements and the service characteristics, processes, and the employed resources and employee groups. This connection is developed by deploying quality requirements using the Quality Function Deployment (QFD) process. QFD also supports the new service and new PCU design process. The instrument also integrates the Time-Driven Activity-Based Costing (TDABC), which assumes a relevant role in organising the cost accounting and supports the design activities.
Simulating the instrument’s application to a fictitious case shows a suitable cost management approach in the planning and design phases of the new PCUs, respecting the main Target Costing fundamentals and achieving the primary objective of this study.:LIST OF FIGURES XI
LIST OF TABLES XII
ABREVIATIONS XIV
1 INTRODUCTION 1
1.1 PROBLEM AND OBJECTIVES SETTING 1
1.2 METHODOLOGICAL PROCEDURES 7
1.3 OUTLINE 8
2 THE UNIFIED HEALTHCARE SYSTEM 10
2.1 AN OVERVIEW OF THE HEALTHCARE MARKET 11
2.1.1 Characteristics of services 11
2.1.2 Commonly applied market concepts 12
2.1.3 Healthcare market influencing factors 14
2.1.4 Imperfections of the healthcare market 18
2.1.5 Strategies to reduce health systems costs 20
2.2 THE BRAZILIAN HEALTHCARE INDUSTRY 22
2.2.1 A brief history of the Brazilian healthcare industry 22
2.2.2 The structure of the Brazilian healthcare system 25
2.3 THE UNIFIED HEALTH SYSTEM – THE PILLAR OF FREE AND PUBLIC SERVICES 27
2.3.1 Guiding concepts 27
2.3.2 The organisation of the system 28
2.3.3 The development of the services delivery 31
2.3.4 The Primary Care Unit 33
2.4 THE ARRANGEMENT OF PUBLIC FINANCES 35
2.4.1 Funding 35
2.4.2 Public budget 37
2.4.2.1 The legal structure of the Brazilian public budget 37
2.4.2.2 Accounting aspects 38
2.4.2.3 Revenues and expenditures 41
2.4.3 Cost management 42
2.4.4 The services planning process 45
3 COST ACCOUNTING AND MANAGEMENT 47
3.1 THEORETICAL BASIS OF COST ACCOUNTING AND MANAGEMENT 47
3.1.1 Fundamental concepts 47
3.1.2 Principles of cost assignment 51
3.2 COST ACCOUNTING 52
3.2.1 Cost-type accounting 52
3.2.1.1 Overview of cost types 52
3.2.1.2 Material costs 53
3.2.1.3 Labour costs 54
3.2.1.4 Depreciation costs 56
3.2.1.5 Other cost types 57
3.2.2 Cost centre accounting 58
3.2.2.1 Tasks of cost centre accounting 58
3.2.2.2 Process of cost centre accounting in the full absorption system 60
3.2.3 Costing systems 61
3.2.3.1 Direct Costing 61
3.2.3.2 Activity-Based Costing 63
3.2.3.3 Time-Driven Activity-Based Costing 67
3.3 COST MANAGEMENT 69
3.3.1 Features, tasks, and instruments 69
3.3.2 Target Costing 75
3.3.2.1 Origins and overview 75
3.3.2.2 Fundamentals 77
3.3.2.3 The organisation of the process 82
3.3.2.4 The first phase – Development of an initial product concept 84
3.3.2.5 Second phase – Determination of product target costs 87
3.3.2.6 The third phase – splitting, estimating, and attaining the target costs in the development and construction stage 91
3.3.2.7 The fourth phase – Target costs attainment and improvement in the market cycle 98
3.3.3 Quality management tools 99
3.3.3.1 Service Quality Model 100
3.3.3.2 Kano Model 104
3.3.3.2.1 Origins and fundamentals 104
3.3.3.2.2 Construction and administration of the Kano instrument 108
3.3.3.2.3 Integrating the Servqual and the Kano instruments 113
3.3.3.3 Quality Function Deployment 115
3.3.3.3.1 Origins and fundamentals 115
3.3.3.3.2 Steps of the QFD process 120
4 A TARGET COSTING INSTRUMENT FOR UHS PRIMARY CARE SERVICES 127
4.1 PILLARS OF THE INSTRUMENT 127
4.1.1 Integrative Target Costing approach 127
4.1.2 Determining the target price 133
4.1.3 Employing the Servqual and the Kano Model 136
4.1.4 Using the QFD houses to deploy the desired quality 141
4.1.5 Using the TDABC as the instrument costing system 147
4.2 SPECIFYING AND APPLYING THE INSTRUMENT 152
4.2.1 Developing the initial concept of services 152
4.2.2 Applying the Servqual and Kano Model questionnaires 155
4.2.3 Determining target prices and allowable costs applying EM 162
4.2.4 The House of Quality Features Design 166
4.2.4.1 Preparing the quality requirements’ weights and additional information 166
4.2.4.2 Developing the quality features 169
4.2.4.3 Correlating quality requirements and quality features 173
4.2.4.4 Determining additional information of quality features 176
4.2.4.5 Final assessment of the first house and referral to the next house 179
4.2.5 Developing the House of Service Design 182
4.2.5.1 Designing services and processes 182
4.2.5.2 Correlating quality features and processes 185
4.2.6 The House of Resource and Employee Groups Design 188
4.2.6.1 Developing the resource and employee groups 188
4.2.6.2 Correlating processes and resource groups 190
4.2.7 Target cost splitting, estimation and attainment 193
4.2.7.1 Developing the TDABC time equations 193
4.2.7.2 Target cost splitting 197
4.2.7.3 Target costs estimation and attainment 200
4.2.7.3.1 Determining the practical capacity supplied 200
4.2.7.3.2 Estimating the first drifting costs 206
4.2.7.3.2.1 Cost type accounting 206
4.2.7.3.2.2 Cost centre accounting 211
4.2.7.3.2.3 Cost object accounting – the service units costs 213
4.2.7.3.3 Determining the cost gaps 215
4.2.8 Cost reduction phase 221
4.2.8.1 Perform value engineering 221
4.2.8.1.1 Identifying items for cost reduction 222
4.2.8.1.2 Developing ideas for cost reduction 231
4.2.8.2 Specifying target costs 235
4.2.9 Attainment and improvement of target costs in service delivery phase 235
5 FINAL CONSIDERATIONS 238
5.1 SUMMARY AND RESEARCH PROGRESS 238
5.2 RESEARCH LIMITATIONS AND FUTURE RESEARCH OPPORTUNITIES 241
REFERENCES 242
APPENDIX I –REVIEW OF LITERATURE - SERVQUAL 293
APPENDIX II – SERVICE DEMAND ESTIMATES 297
APPENDIX III – RESOURCE GROUPS UNIT ALLOWABLE COSTS 299
APPENDIX IV – BUILDING CONSTRUCTION COSTS 301
APPENDIX V – ADDITIONAL INFORMATION ABOUT COST DISTRIBUTION 302
APPENDIX VI – SERVICES COST GAP 303
APPENDIX VII – SERVICES COST GAP WITHOUT THE ADMINISTRATION PROCESS COSTS 30
Zusammenhang zwischen Struktur der Metalloberfläche und Verbundfestigkeit am Beispiel thermisch gefügter Thermoplast-Metall-Verbunde
No full textDas Ziel dieser Arbeit besteht in der Erforschung des Zusammenhangs zwischen der Struktur der Metalloberfläche und der Verbundfestigkeit von thermisch gefügten Thermoplast-Metall-Verbunden. Dazu wird für die Haftungsmechanismen Stoff-, Kraft- und Formschluss an einem Minimalbeispiel rechnerisch gezeigt, dass verschiedene Oberflächenmerkmale (wahre Oberfläche, Strukturdichte, Aspektverhältnis, Hinterschnitte, Substrukturen) mit der Verbundfestigkeit in Verbindung stehen. Basierend darauf werden Oberflächenkenngrößen (standardisierte Rauheitsparameter, fraktale Dimension) gewählt, die die haftungsfördernden Strukturmerkmale möglichst umfassend einbeziehen. Daraus werden Hypothesen abgeleitet, die die Prognostizierbarkeit der Verbundfestigkeit aus Oberflächenkenngrößen für Thermoplast-Metall-Verbunde postulieren. Die experimentelle Überprüfung erfolgt an Aluminium im Verbund mit Polyamid 6 bzw. Polypropylen in Rohrtorsions-, Rohrzug- sowie Zugscherversuchen. Die Einstellung der Oberflächenstruktur des Aluminiums erfolgt durch mechanisches Strahlen, alkalisches Ätzen, thermisches Spritzen sowie Laserstrukturieren. Die Erfassung der Oberflächenstruktur erfolgt taktil sowie aus Querschliffaufnahmen. Die Höhe der Verbundfestigkeit kann anhand der Oberflächenstruktur erklärt und teilweise mit hoher Korrelation quantitativ in Verbindung gebracht werden. Bei taktiler Messung verhindert jedoch eine unzureichende Erfassung bestimmter Strukturmerkmale eine exakte Abbildung der tatsächlichen Oberflächenstruktur. Bei der Erfassung der Oberflächenstruktur aus Querschliffaufnahmen stellt die erreichbare Bildauflösung und -qualität einen limitierenden Faktor dar. Ebenso können aus der Oberflächenstruktur keine individuellen, strukturspezifischen Versagensmechanismen abgeleitet werden.:Inhaltsverzeichnis 5
Abbildungsverzeichnis 9
Tabellenverzeichnis 14
Abkürzungsverzeichnis 16
Symbolverzeichnis 17
1 Motivation 20
2 Stand der Wissenschaft und Technik 22
2.1 Verwendete Begriffe 22
2.2 Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde 22
2.2.1 Faser-Kunststoff-Verbunde 24
2.2.2 Polymer-Metall-Verbunde 25
2.3 Fügen von Polymer-Metall-Verbunden 27
2.3.1 In-Mold Assembly 28
2.3.2 Kleben 28
2.3.3 Montage 29
2.3.4 Thermisches Fügen 31
2.4 Prüfung der Verbundfestigkeit 34
2.4.1 Prüfkörpergeometrien 34
2.4.2 Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse 36
2.5 Verfahren zur Vorbehandlung der Metalloberfläche 38
2.5.1 Mechanisches Strahlen 39
2.5.2 Laserstrukturieren 40
2.5.3 Chemische und elektrochemische Verfahren 43
2.5.4 Beschichten 43
2.5.5 Weitere Verfahren 44
3 Zusammenhang zwischen Oberflächenstruktur und Verbundfestigkeit 46
3.1 Haftungsmechanismen 47
3.1.1 Stoffschluss 48
3.1.2 Kraftschluss 50
3.1.3 Formschluss 51
3.1.4 Skalenabhängigkeit 53
3.1.5 Eigenspannungen 54
3.1.6 Folgerungen 54
3.2 Charakterisierung der Oberflächenstruktur und Korrelation mit der Verbundfestigkeit 55
3.2.1 Standardisierte Rauheitsparameter 56
3.2.2 Fraktale Dimension 58
3.2.3 Anwendungsbeispiel 59
4 Zielstellung 62
4.1 Folgerungen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik 62
4.2 Forschungshypothesen 63
5 Experimentelle Vorgehensweise 64
5.1 Charakterisierung der Ausgangswerkstoffe 64
5.2 Vorbehandlung der Metalloberflächen 67
5.2.1 Mechanisches Strahlen und alkalisches Ätzen 67
5.2.2 Thermisches Spritzen 68
5.2.3 Laserstrukturieren 68
5.3 Charakterisierung der Oberflächenstruktur 69
5.4 Mechanische Verbundprüfung 71
5.5 Verwendeter Fügeprozess 73
5.6 Statistische Betrachtung 75
6 Ergebnisse und Diskussion 77
6.1 Verbundfestigkeit in Abhängigkeit von der Oberflächenvorbehandlung 77
6.1.1 Rohrproben 77
6.1.1.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 77
6.1.1.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit Oberflächenkennwerten 81
6.1.1.3 Bruchflächenanalyse 85
6.1.2 Zugscherproben 90
6.1.2.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 90
6.1.2.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit den Oberflächenkennwerten 91
6.1.2.3 Bruchflächenanalyse 93
6.1.3 Ergebnisdiskussion 95
6.2 Verbundfestigkeit in Abhängigkeit von der Skalierung 97
6.2.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 97
6.2.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit Oberflächenkennwerten 102
6.2.3 Bruchflächenanalyse 102
6.2.4 Ergebnissdiskussion 106
7 Zusammenfassung und Folgerungen 108
8 Ausblick 112
Literaturverzeichnis 115
Anhang 129The aim of this work is to investigate the relationship between the structure of the metal surface and the compound strength of thermally joined thermoplastic-metal compounds. For this purpose, equations are derived for the adhesion mechanisms of material, force and form closure using a minimal example, which link various surface characteristics (true surface, structure density, aspect ratio, undercuts, substructures) with the compound strength. Based on this, surface parameters (standardized roughness parameters, fractal dimension) are chosen that incorporate the adhesion-promoting structural features as comprehensively as possible. From this, hypotheses are derived that postulate the predictability of compound strength from surface parameters for thermoplastic-metal composites. Experimental verification is carried out on aluminum in compounds with polyamide 6 or polypropylene in hollow cylinder torsion tests, hollow cylinder tensile tests as well as tensile shear tests. The surface of the aluminum is structured by mechanical blasting, alkaline etching, thermal spraying and laser structuring. The surface structure is recorded tactilely and from transverse micrographs. The height of the compound strength can be explained on the basis of surface structure and, in part, quantitatively related with high correlation. However, in the case of tactile measurement, nondetection of certain structural features prevents accurate mapping of the actual surface structure. When recording the surface structure from cross-section images, the achievable image resolution and quality is the limiting factor. Likewise, no individual, structure-specific failure mechanisms can be derived from the surface structure.:Inhaltsverzeichnis 5
Abbildungsverzeichnis 9
Tabellenverzeichnis 14
Abkürzungsverzeichnis 16
Symbolverzeichnis 17
1 Motivation 20
2 Stand der Wissenschaft und Technik 22
2.1 Verwendete Begriffe 22
2.2 Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde 22
2.2.1 Faser-Kunststoff-Verbunde 24
2.2.2 Polymer-Metall-Verbunde 25
2.3 Fügen von Polymer-Metall-Verbunden 27
2.3.1 In-Mold Assembly 28
2.3.2 Kleben 28
2.3.3 Montage 29
2.3.4 Thermisches Fügen 31
2.4 Prüfung der Verbundfestigkeit 34
2.4.1 Prüfkörpergeometrien 34
2.4.2 Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse 36
2.5 Verfahren zur Vorbehandlung der Metalloberfläche 38
2.5.1 Mechanisches Strahlen 39
2.5.2 Laserstrukturieren 40
2.5.3 Chemische und elektrochemische Verfahren 43
2.5.4 Beschichten 43
2.5.5 Weitere Verfahren 44
3 Zusammenhang zwischen Oberflächenstruktur und Verbundfestigkeit 46
3.1 Haftungsmechanismen 47
3.1.1 Stoffschluss 48
3.1.2 Kraftschluss 50
3.1.3 Formschluss 51
3.1.4 Skalenabhängigkeit 53
3.1.5 Eigenspannungen 54
3.1.6 Folgerungen 54
3.2 Charakterisierung der Oberflächenstruktur und Korrelation mit der Verbundfestigkeit 55
3.2.1 Standardisierte Rauheitsparameter 56
3.2.2 Fraktale Dimension 58
3.2.3 Anwendungsbeispiel 59
4 Zielstellung 62
4.1 Folgerungen aus dem Stand der Wissenschaft und Technik 62
4.2 Forschungshypothesen 63
5 Experimentelle Vorgehensweise 64
5.1 Charakterisierung der Ausgangswerkstoffe 64
5.2 Vorbehandlung der Metalloberflächen 67
5.2.1 Mechanisches Strahlen und alkalisches Ätzen 67
5.2.2 Thermisches Spritzen 68
5.2.3 Laserstrukturieren 68
5.3 Charakterisierung der Oberflächenstruktur 69
5.4 Mechanische Verbundprüfung 71
5.5 Verwendeter Fügeprozess 73
5.6 Statistische Betrachtung 75
6 Ergebnisse und Diskussion 77
6.1 Verbundfestigkeit in Abhängigkeit von der Oberflächenvorbehandlung 77
6.1.1 Rohrproben 77
6.1.1.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 77
6.1.1.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit Oberflächenkennwerten 81
6.1.1.3 Bruchflächenanalyse 85
6.1.2 Zugscherproben 90
6.1.2.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 90
6.1.2.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit den Oberflächenkennwerten 91
6.1.2.3 Bruchflächenanalyse 93
6.1.3 Ergebnisdiskussion 95
6.2 Verbundfestigkeit in Abhängigkeit von der Skalierung 97
6.2.1 Oberflächencharakteristika und Benetzung 97
6.2.2 Verbundfestigkeit und Korrelation mit Oberflächenkennwerten 102
6.2.3 Bruchflächenanalyse 102
6.2.4 Ergebnissdiskussion 106
7 Zusammenfassung und Folgerungen 108
8 Ausblick 112
Literaturverzeichnis 115
Anhang 12
Interpretation von Dimensionsinkonsistenzen in Fragebögen der AIID-Studie
No full textEindimensionalität ist ein wichtiges Merkmal psychometrischer Tests und wird in der Psychologie momentan vor allem unter Anwendung der Faktorenanalyse geprüft. Da diese aber nicht das zu leisten scheint, was von ihr erwartet wird (z. B. Titz, 2022; Ziegler & Hagemann, 2015), wurde in der vorliegenden Arbeit eine Vorgehensweise mit der State-Trace-Analyse (Bamber, 1979) angewendet, um der Frage nach Eindimensionalität nachzugehen. Dazu wurden vier Persönlichkeitsfragebögen, die auf faktorenanalytischen Verfahren basieren und aus einem Datensatz der AIID-Studie stammen (Hussey & Hughes, 2020; Hussey et al., 2012), im Vorfeld der Arbeit State-Trace-Analysen unterzogen. Items, die die Bedingung der Eindimensionalität verletzten, wurden in der vorliegenden Arbeit mit Hilfe von Diagrammen näher untersucht und interpretiert. Es hat sich gezeigt, dass die State-Trace-Analyse Items identifizieren konnte, die die Eindimensionalität der Fragebögen infrage stellen und laut Faktorenanalyse unentdeckt blieben. Inhaltliche Interpretationen konnten unterstützen, dass die Items wahrscheinlich problematisch für die Eindimensionalität der untersuchten Verfahren sind und überarbeitet werden müssen. Die State-Trace-Analyse bietet hohes Potenzial für psychometrische Fragestellungen und muss in Zukunft mehr Aufmerksamkeit erhalten