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Die Leiden des Roten Turms - Alles erzählt oder unerforscht?: Ein Ansatz von neuen Perspektiven auf den Turm
No full textDer Artikel behandelt die Forschungsgeschichte des Roten Turms in Chemnitz und fragt nach Desideraten der Forschung und der Rezeption der Architektur
Simulation und experimentelle Validierung des Betriebsverhaltens eines Kompressors zur Wasserstoffrezirkulation in Kraftfahrzeugen
No full textUm eine homogene und ausreichende Versorgung des Brennstoffzellen (BZ)-Stapels zu gewährleisten, wird in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug dem Stapel mehr Wasserstoff zugeführt, als für die Reaktion benötigt wird. Daher wird nicht verbrauchter Wasserstoff mit einer Strahlpumpe oder einem Rezirkulationsgebläse zum Anodeneingang des BZ-Stapels rezirkuliert. Aufgrund der Diffusion durch die Membran enthält das Anodenabgas neben dem Wasserstoff auch andere Bestandteile wie z.B. Stickstoff. Die Anreicherung des Stickstoffes im Anodenkreislauf führt zu einer ungleichmäßigen Stromdichteverteilung. Um dem entgegenzuwirken, wird in das System ein Spülventil eingebaut, das periodisch Gas ablässt um Stickstoff aus dem Anodenkreislauf abzuführen. Dabei lässt sich ein Wasserstoffverbrauch nicht vermeiden.
Diese Arbeit zielt darauf ab, die Rentabilität des Brennstoffzellensystems im automobilen Einsatz durch Reduzierung des Wasserstoffverbrauchs zu steigern. Hierfür wird die Verwendung eines elektrochemischen Wasserstoffkompressors (EHC) zur Wasserstoffumwälzung vorgeschlagen. Ein EHC ist eine innovative H2-Fördertechnologie, wobei der Wasserstoff gleichzeitig verdichtet und gereinigt werden kann. Im Vergleich zu mechanischen Kompressoren sind elektrochemische Wasserstoffkompressoren aufgrund der nahezu isothermen Bedingungen sehr effizient. Darüber hinaus können Wasserstoffkompressoren aufgrund ihres modularen Aufbaus sehr flexibel und kompakt gebaut werden.:1. EINLEITUNG
2. STAND DER TECHNIK
3. GRUNDLAGEN DER BRENNSTOFFZELLEN
4. TRANSPORTVORGÄNGE IN DER BRENNSTOFFZELLE
5. ELEKTROCHEMISCHER WASSERSTOFFKOMPRESSOR IM REZIRKULATIONSKREISLAUF
6. SIMULATION
7. EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN
8. EINSATZ DES ELEKTROCHEMISCHEN WASSERSTOFFKOMPRESSORS IM BRENNSTOFFZELLENFAHRZEUG
9. ZUSAMMENFASSUNG
10. AUSBLICKIn order to ensure a homogeneous and sufficient supply of the fuel cell (FC) stack, more hydrogen is supplied to the stack in a fuel cell vehicle than required for the reaction. Therefore, unused hydrogen is recirculated to the anode inlet of the FC stack with an ejector or recirculation fan.
Due to the diffusion through the membrane, the anode exhaust gas contains not only hydrogen but also other components such as nitrogen. The accumulation of nitrogen in the anode circuit leads to an uneven current density distribution.
To counteract this, a purge valve is built into the system that periodically vents gas to purge nitrogen from the anode circuit. Hydrogen consumption cannot be avoided here.
This work aims to increase the profitability of the fuel cell system in automotive application by reducing hydrogen consumption. For this purpose, the use of an electrochemical hydrogen compressor (EHC) for hydrogen circulation is proposed.
An EHC is an innovative H2 delivery technology, whereby the hydrogen can be compressed and cleaned at the same time. Compared to mechanical compressors, electrochemical hydrogen compressors are very efficient due to the almost isothermal conditions. In addition, hydrogen compressors can be built very flexibly and compactly due to their modular design.:1. EINLEITUNG
2. STAND DER TECHNIK
3. GRUNDLAGEN DER BRENNSTOFFZELLEN
4. TRANSPORTVORGÄNGE IN DER BRENNSTOFFZELLE
5. ELEKTROCHEMISCHER WASSERSTOFFKOMPRESSOR IM REZIRKULATIONSKREISLAUF
6. SIMULATION
7. EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN
8. EINSATZ DES ELEKTROCHEMISCHEN WASSERSTOFFKOMPRESSORS IM BRENNSTOFFZELLENFAHRZEUG
9. ZUSAMMENFASSUNG
10. AUSBLIC
Simulation von Passfederverbindungen mittels elastisch-plastischer Materialmodelle
Get PDFZunehmendes Downsizing und der Trend zum Leichtbau bei Welle-Nabe-Verbindungen
erfordern eine exakte Beschreibung des Systemverhaltens. Elastische Simulationen
erfordern im Post-processing die Analyse komplexer Zusammenhänge, welche oftmals nur
empirisch begründet sind. Elastisch-Plastische Materialmodelle geben die Möglichkeit
Stütz- und Setzeffekte von Passfederverbindungen bereits während der Simulation
abzubilden. Die vorliegende Arbeit wendet elastisch-plastische Materialmodelle auf
Passfederverbindungen an, um auftretende Versagensmechanismen zu beschreiben.Downsizing and the trend to lightweight design ofshaft-hub-connections need an
accurate description of the behaviour of the system. In post-processing, elastic simulations
require a complex analysis based on empiric formula. Using elastic-plastic material models
enable the possibility to respect support and set effects of feather key connections within
the simulation. The current paper applies elastic-plastic material models to feather key
connections in order to describe occurring failure mechanisms
Auslegung ebener Getriebe mit der Software Mechanism Developer (MechDev)
Get PDFDas Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University entwickelt aktuell die Software „Mechanism Developer“ (kurz MechDev) zur Analyse und Synthese ebener Mechanismen mit einem sowie mehreren Freiheitsgraden. Fokus der Entwicklung ist es, ein leistungsfähiges Tool für die Lehre und für die Produktentwicklung in der Praxis zu schaffen, welches sich neben seinem Leistungsumfang ebenso durch eine intuitive Bedienung auszeichnet. Dadurch soll die Benutzung auch denjenigen zugänglich gemacht werden, die keinen tieferen getriebetechnischen Hintergrund besitzen. Der vorliegende Beitrag stellt die Anwendung der Software in den Vordergrund.
Dazu wird zunächst der aktuelle Funktionsumfang von MechDev zusammengefasst. Dieser umfasst die kinematische Analyse ebener Kurbelgetriebe bestehend aus Dreh- und Schubgelenken und Wälzgelenken sowie die kinetostatische Analyse zur Berechnung der Antriebsmomente aufgrund von Massenkräften, externen Kräften und Feder-Dämpfer-Elementen. Eine Berücksichtigung von Gelenkreibung ist dabei ebenfalls möglich. Darüber hinaus bietet MechDev die Funktion, durch Vorgabe von Bewegungen auch komplexe Kurvengetriebe zu synthetisieren bzw. anhand einer importierten Kurvenscheibengeometrie das Kurvengetriebe zu analysieren. Die Bewegungsvorgabe, welche die Grundlage der Synthese von Kurvengetrieben darstellt, kann ebenso zum Bewegungsdesign von Servomotoren verwendet werden. Des Weiteren ist sowohl die Entwicklung und Analyse von Räder- und Räderkoppelgetrieben möglich.
Im Anschluss wird der Funktionsumfang sowie weitere Features anhand eines Anwendungsfalls (Schneidgetriebe) präsentiert. Der Beitrag beinhaltet den kompletten Prozess der Auslegung von der Definition des Getriebes in MechDev bis hin zur interaktiven Optimierung des Antriebsmoments.The Institute of Mechanism Theory, Machine Dynamics and Robotics (IGMR) at RWTH Aachen University is currently developing the software 'Mechanism Developer' (MechDev for short) for the analysis and synthesis of planar mechanisms with one and several degrees of freedom. The focus of the development is to create a powerful tool for teaching and for product development in practice, which is characterized not only by its performance but also by its intuitive usability. Thereby, the use should also be made accessible to those who do not have a deeper mechanism theory background. This article focuses on the application of the software.
For this purpose, the current functionality of MechDev is summarized first. This includes the kinematic analysis of planar mechanisms consisting of rotary and prismatic joints and roller joints as well as the kinetostatic analysis for the calculation of drive torques due to inertia forces, external forces and spring-damper elements. Consideration of joint friction is also possible. In addition, MechDev offers the function to synthesize even complex cam gears by specifying motions or to analyze the cam mechanism based on an imported cam geometry. The motion specification, which is the basis for the synthesis of cam mechanisms, can also be used for the motion design of servo drives. Furthermore, both the development and analysis of linkages and mechanisms containing pairs of gears is possible.
Subsequently, the functional range as well as further features are presented based on a use case (cutting gear). The paper includes the complete design process from the definition of the gearbox in MechDev to the interactive optimization of the drive torque
Tailoring the interlayer exchange-dominated magnetic reversal in synthetic antiferromagnet with perpendicular magnetic anisotropy
Get PDFIn dieser Dissertation wird die gute Einstellbarkeit von synthetischen Antiferromagneten mit dem kollektiven Surface Spin-Flop-Verhalten kombiniert. Es wird der Einfluss der Gesamtschichtdicke untersucht, welche mit dem Abstand der magnetische Oberflächen korreliert. Zudem werden die Dicken der ferromagnetischen Untereinheiten an den Außenseiten verändert, womit die Beiträge der Oberflächen unterdrückt oder verstärkt werden können. Darauffolgend wird die Kontrolle der Oberflächenbeiträge angewendet, um Exchange Bias-Strukturen auf Basis synthetischer Antiferromagnete zu erzeugen. Da diese nicht aus Heterostrukturen intrinsischer Antiferromagnete und Ferromagnete bestehen, wird nicht nur eine gute Abstimmbarkeit erreicht, sondern auch die Materialwahl
wird potentiell vereinfacht. Zudem kann der Exchange Bias in synthetischen Antiferromagneten vollständig bei Raumtemperatur beobachtet und gesteuert werden. Im Weiteren wird ein zuvor untersuchtes Konzept zur Stabilisierung der vom Surface Spin-Flop erzeugten vertikalen antiferromagnetischen Domänenwände erweitert. Es wird demonstriert, wie ein Paar koexistierender antiferromagnetischer Domänenwände in Abwesenheit äußerer Magnetfelder und bei tiefen Temperaturen stabil gehalten werden kann. Damit können in Erweiterung der ursprünglichen Konzeptes nun acht anstatt sechs remanenter Zustände durch geeignete Magnetfeldroutinen eingestellt werden.:1. Introduction
2. Theoretical background
2.1. Micromagnetic energy terms
2.1.1. Zeeman energy
2.1.2. Demagnetization energy
2.1.3. Anisotropy energy
2.1.4. Exchange energy
2.2. Magnetic multilayers
2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers
2.2.2. Synthetic antiferromagnets
2.3. Exchange Bias
2.4. The bulk and surface spin-flop
3. Methods
3.1. Sputter deposition
3.2. X-ray diffraction and reflectometry
3.3. Magnetometry
3.4. Magnetic force microscopy
3.5. Micromagnetic simulations
4. Results
4.1. From collective reversal to exchange bias
4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop
4.1.2. Influence of the surface block thickness
4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets
4.2. Tailoring the surface spin flop
4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls
4.2.2. Alternative anisotropy profile
5. Conclusions and Outlook
A. Supplemental material
A.1. Supplemental material for Section 2.4
A.2. Supplemental material for Section 4.1.1
A.3. Supplemental material for Section 4.1.2
A.4. Supplemental material for Section 4.1.3
A.5. Supplemental material for Section 4.2.1
A.6. Supplemental material for Section 4.2.2
A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5
A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance
A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni
A.7.3. Initial magneto-resistance measurements
A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code
B. Bibliography
C. List of Samples
D. Selbstständigkeitserklärung
E. Danksagung
F. Lebenslauf
G. PublikationslisteIn this thesis, the high degree of tunability in the SAFs is combined with the collective surface spin-flop reversal. The influence of the total thickness and thus the distance of the magnetic surfaces is explored. Furthermore, the thickness of the ferromagnetic surface subunits is altered to selectively suppress or enhance the surface contribution. The control of the surface contribution is subsequently employed to create magnetic exchange bias structures based on the synthetic antiferromagnets. If compared to conventional exchange bias systems in heterostructures of intrinsic antiferromagnetic and ferromagnetic materials, an exchange bias with full room temperature operation, high tunability and a potential potential much more flexible choice of materials becomes available. Additionally, a previously established concept to stabilize the vertical antiferromagnetic domain walls that originate from the surface spin-flop at remanence is extended to a coexisting pair of antiferromagnetic domain walls. At low temperatures, the coexisting vertical antiferromagnetic domain walls can be stabilized at remanence, too. Furthermore, the total number of different remanent states, which are accessible through different field routines, can be increased from six in the original concept to eight in the more sophisticated concept presented here.:1. Introduction
2. Theoretical background
2.1. Micromagnetic energy terms
2.1.1. Zeeman energy
2.1.2. Demagnetization energy
2.1.3. Anisotropy energy
2.1.4. Exchange energy
2.2. Magnetic multilayers
2.2.1. Magnetic anisotropy in magnetic multilayers
2.2.2. Synthetic antiferromagnets
2.3. Exchange Bias
2.4. The bulk and surface spin-flop
3. Methods
3.1. Sputter deposition
3.2. X-ray diffraction and reflectometry
3.3. Magnetometry
3.4. Magnetic force microscopy
3.5. Micromagnetic simulations
4. Results
4.1. From collective reversal to exchange bias
4.1.1. Total thickness dependency of the surface spin flop
4.1.2. Influence of the surface block thickness
4.1.3. Exchange bias in synthetic antiferromagnets
4.2. Tailoring the surface spin flop
4.2.1. Coexistence of two vertical domain walls
4.2.2. Alternative anisotropy profile
5. Conclusions and Outlook
A. Supplemental material
A.1. Supplemental material for Section 2.4
A.2. Supplemental material for Section 4.1.1
A.3. Supplemental material for Section 4.1.2
A.4. Supplemental material for Section 4.1.3
A.5. Supplemental material for Section 4.2.1
A.6. Supplemental material for Section 4.2.2
A.7. Supplemental material for the outlook in Chapter 5
A.7.1. Synthetic ferrimagnets ans ferromagnetic resonance
A.7.2. Synthetic antiferromagnets based on Co/Ni
A.7.3. Initial magneto-resistance measurements
A.8. Micromagnetic simulations MuMax3 code
B. Bibliography
C. List of Samples
D. Selbstständigkeitserklärung
E. Danksagung
F. Lebenslauf
G. Publikationslist
Spannungsbasierter Ansatz zur Erhöhung der Beulsteifigkeit von Karosserie-Außenhautteilen
No full textDer Beulwiderstand ist ein spezifisches Qualitätskriterium von Außenhautteilen der Fahrzeugkarosserie. Er setzt sich zusammen aus Beulfestigkeit und Beulsteifigkeit. Die Beulfestigkeit ist definiert als Widerstandsfähigkeit des Bauteils gegen bleibende Verformungen der Oberfläche durch einwirkende Beullasten. Die Beulsteifigkeit bestimmt vor allem die haptische Qualitätswahrnehmung. Leichtbau-Bestrebungen führen zur Verringerung von Blechdicken auch bei Beplankungsteilen. Während die Beulfestigkeit dabei durch höhere Werkstofffestigkeiten aufrechterhalten werden kann, nimmt die Beulsteifigkeit überproportional stark ab. In der vorliegenden Arbeit wird die Bedeutung unterschiedlicher Steifigkeitsverläufe für die haptische Beurteilung der Bauteilqualität untersucht. Versuche an skalierten PKW-Dächern unterschiedlicher Stahlgüten und Ausreckungsgrade widerlegen tradierte Annahmen zur Korrelation von Kaltverfestigung und Beulsteifigkeit. Gezielte Eingriffe in den Ziehprozess doppelt gekrümmter Blechteile sowie Modifikationen der Randbedingungen bei der Beulprüfung werden erprobt und ihr Einfluss auf das Beulverhalten der Bauteile analysiert. Im Zusammenspiel aus analytischen Berechnungen, numerischen Modellen und physischen Experimenten wird ein neuartiger Lösungsansatz zur Erhöhung der Beulsteifigkeit von Außenhautteilen durch elastische Vorspannung entwickelt, der dem Phänomen der geometrischen Steifigkeit zuzuordnen ist. Die Validierung erfolgt zunächst an einfach gekrümmten Aluminiumblechen, anschließend an einer realen Karosseriebaugruppe. Bei allen Untersuchungen
wurde großes Augenmerk auf Geometriegleichheit gelegt. Die vergleichende Beulprüfung von vorgespannten und spannungsfreien Versuchsteilen zeigt
eine teilweise signifikante Zunahme der Beulsteifigkeit im Einklang mit den Ergebnissen der numerischen Simulation. Die zum Einsatz kommenden Betriebsmittel und Verfahren sind grundsätzlich geeignet für eine Anwendung in der automobilen Serienproduktion.:Bibliographische Beschreibung
Referat
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Verzeichnis der Formelzeichen
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Werkstoffe der Karosserie-Außenhaut
2.1.1 Stahlblechgüten
2.1.2 Aluminiumblechgüten
2.2 Grundlagen der Blechumformung
2.3 Herstellung von Karosserieblechteilen und -baugruppen
2.4 Temperaturexposition von Karosseriebaugruppen
2.5 Beulverhalten von Karosserie-Außenhauteilen
2.5.1 Beulprüfung
2.5.2 Beulfestigkeit
2.5.3 Beulsteifigkeit
2.5.4 Abgrenzung von „Oilcanning“ und „Springbeulen“
2.5.5 Ausdehnung der lokalen Beule
2.5.6 Untersuchungen von Asnafi und Vlahovic
2.6 Abhängigkeit des E-Moduls von Formänderung und Wärmebehandlung
2.6.1 Veränderlichkeit des E-Moduls bei Stahlwerkstoffen
2.6.2 Verhalten des E-Moduls von Aluminiumwerkstoffen
2.7 Versteifung durch Vorspannung und geometrische Steifigkeit
3 Motivation und Zielstellung
4 Beulprüfstand am ZUK
4.1 Aufbau, Funktion und Komponenten
4.2 Beschaffenheit des Indenters
4.3 Beschaffenheit der Prüfteilaufnahme
4.4 Steifigkeitsnachweis für das Gesamtsystem
4.5 Methodik zur Durchführung und Auswertung der Beulversuche
4.5.1 Durchführung der Versuche
4.5.2 Bereinigung und Auswertung der Messdaten
5 Grundlegende Voruntersuchungen
5.1 Subjektive Wahrnehmung der Beulsteifigkeit
5.2 Untersuchungen an skalierten Dachbeplankungen aus Stahl
5.2.1 Festlegung der elastischen Grenzbeultiefe
5.2.2 Sensitivitätsanalysen der Beulprüfung
5.2.3 Vermessung der Bauteile
5.2.4 Einfluss der Ausreckung auf die Beulsteifigkeit
5.2.5 Interpretation der Ergebnisse
5.3 Untersuchungen an doppelt gekrümmten Bauteilen ohne Vorspannung
5.3.1 Versuche zur Herstellung gezielt inhomogen ausgereckter Bauteile
5.3.2 Beulsteifigkeit und Beulfestigkeit unterschiedlich stark ausgereckter Bauteile
5.3.3 Beulsimulation mit AutoForm
5.3.4 Einfluss des E-Moduls auf die Beulsteifigkeit von Stahl- und Aluminiumblechteilen
5.4 Untersuchungen an rundgewalzten Bauteilen unter Vorspannung
5.4.1 Rundgewalzte Bauteile in freier Überbiegung
5.4.1.1 Elementare Berechnungsgrundlagen
5.4.1.2 Versuchsdurchführung und -ergebnisse
5.4.2 Rundgewalzte Bauteile bei zweiseitiger Zwangseinspannung
5.4.3 Rundgewalzte Bauteile in umlaufender Zwangseinspannung
5.4.4 Spannvorrichtung für einfach gekrümmte Teile
5.4.5 Versuche mit Spannvorrichtung
5.5 Untersuchungen an doppelt gekrümmten Bauteilen unter Vorspannung
5.5.1 Erzeugung der Vorspannung
5.5.2 Bauteilvermessung und Krümmungsanalyse
5.5.3 Beulprüfung und -ergebnisse
5.5.4 Korrelation von Krümmung, Vorspannung und Beulsteifigkeit
5.6 Numerische Berechnungen an doppelt gekrümmten, vorgespannten Bauteilen mit ANSYS
5.6.1 Modellierung und Berechnung eines realen Versuchsteils
5.6.2 Modellierung und Berechnung eines idealisierten Bauteils
5.7 Fazit der Voruntersuchungen
6 Lösungsansatz zur spannungsbasierten Erhöhung der Beulsteifigkeit
6.1 Plausibilisierung des semi-analytischen Modells mit dem Ritz-Raleigh-Verfahren
6.1.1 Entwicklung der Ausgangsgeometrien
6.1.2 Ermittlung der Dehnungen und Spannungen unter Vorspannung
6.1.3 Berechnung der Beulantwort
6.1.4 Teilautomatisierte Berechnung in MuPAD
6.1.5 Durchführung und Ergebnisse der semi-analytischen Berechnungen
6.2 Plausibilisierung des semi-analytischen Modells mit numerischen Methoden
6.2.1 Validierung des Elementtyps SHELL181
6.2.2 Numerische Berechnung und Vergleich der Ergebnisse mit dem semi-analytischen Modell
6.3 Fazit der semi-analytischen und numerischen Berechnungen
7 Anwendung steifigkeitserhöhender Vorspannungen auf einfach gekrümmte
Bauteile
7.1 Verfahrensentwicklung zur Bauteilherstellung
7.2 Entwicklung der Formvorrichtung
7.2.1 Numerische Absicherung
7.2.2 Konstruktion der Formvorrichtung
7.2.3 Anfertigung und Erprobung
7.3 Bauteilherstellung und -charakterisierung
7.4 Beulprüfung und Ergebnisse
7.4.1 Initial- und Sekantensteifigkeit
7.4.2 Beulfestigkeit
7.5 Numerische Simulation
7.5.1 Vernetzung des Blechs
7.5.2 Erzeugung der Vorspannung
7.5.3 Simulation der Beulprüfung
7.5.4 Analyse der Beulgeometrie
7.6 Untersuchung des Temperatureinflusses auf die Vorspannung
7.6.1 Ergebnisse der Beulprüfung
7.6.2 Ergebnisse der Geometrievermessung
7.7 Fazit der Untersuchungen an relaxationsgeformten Aluminiumteilen unter
Vorspannung
8 Validierung an einer realen Karosserie-Baugruppe
8.1 Auswahl des Realbauteils
8.2 Auswahl und Charakterisierung des Versuchsmaterials
8.3 Parameterstudie Blechdicke und E-Modul
8.4 Herstellung der Dachbeplankung in Sollform
8.4.1 Ziehen, Beschneiden und Abkanten
8.4.2 Formänderungsanalyse und optische Vermessung
8.5 Geometrieentwicklung der Dachbeplankung in Fehlstellung
8.5.1 Verfahrensentwicklung zur Fehlstellungserzeugung und -rückführung in die
Sollform
8.5.2 Beulverhalten unter Einbeziehung von Ausdünnung und elasto-plastischem
Materialverhalten
8.6 Herstellung der Dachbeplankung in Fehlstellung
8.6.1 Wirkflächenentwicklung für die Realteile mit AutoForm R6
8.6.2 Betriebsmittelbau und Bauteilherstellung
8.7 Herstellung von ZSBs mit spannungsfreier und spannungsbehafteter Beplankung
8.8 Vergleichende Beulprüfung
8.8.1 Beulsteifigkeit
8.8.2 Beulfestigkeit
8.8.3 Oilcanning und Springbeulen
8.8.4 Elastische Nachgiebigkeit des ZSB
8.8.5 Vergleich von Simulation und Experiment und Simulation
8.9 Fazit der Validierung an realen ZSBs
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis
Anhang A
Anhang B
Anhang C
Anhang
Krananlagen in Holzbauweise
Get PDFProjektbeschreibung:
Ziel der Forschungsarbeiten ist ein neues Forschungsfeld zur Anwendung von Holz und Holzwerkstoffen im Kranbau zu eröffnen und zu gestalten. Damit sollen die wissenschaftlichen Grundlagen gelegt werden, um Krananlagen und deren Komponenten in Holzbauweise technisch sinnvoll und sicher zu gestalten sowie Krane wirtschaftlich, ökologisch und technisch vorteilhaft im Vergleich zu aktuell bestehenden Bauweisen auszuführen. Das Projekt wird als Machbarkeitsstudie durchgeführt. Die wissenschaftliche und technische Bedeutung des Vorhabens ist durch die Eröffnung eines neuen Forschungsfeldes mit stark technischem, praxisorientiertem Fokus gekennzeichnet. Es resultieren dadurch vielfältige sowohl grundlegende als auch anwendungsbezogene Fragestellung die einer wissenschaftlichen Klärung bedürfen. Krane sind Hightech Anlagen und Schnittstelle vieler technischer Wirkungsketten. Einzelne, konkurrenzfähige Anwendungsfälle mit Pilotstatus haben Strahlkraft innerhalb der Branche und darüber hinaus. In Summe müssen aktuell marktfähige, technische Lösungen und Holzbauweisen entwickelt werden, die bisher nicht existieren. Für den Kranbau und seine Marktakteure bietet sich die Möglichkeit Krane aus natürlichen, ökologischen Faserverbunden einzusetzen und sich damit als innovative, zukunftsorientierte Schlüsselbranche zu präsentieren.
Projektergebnisse:
Es wurde eine Recherche zu normbasierten Kranarten und möglichen Ausführungen durchgeführt. Bei der Suche nach aktuellen Umsetzungen von Kranen jeglicher Art unter Einbindung von Holzwerkstoffen wurde die Ausführung der Kranbahn sowie einer Kranbrücke aus Vollholzwerkstoff aufgedeckt. Die Kranbrücke wurde aufgrund unzureichender Informationen aus Veröffentlichungen intensiver anhand der Informationen und Abbildungen untersucht, sowie ein bestehendes Gebrauchsmuster analysiert. In der Schnittstellenanalyse wurden relevante Normen für spezifische Anwendungsfälle zusammengetragen. Aus den Ergebnissen der Grundlagen und Recherche wurden die notwendigen Nachweise sowohl aus dem Kran- wie auch aus dem Holzbau verglichen und zusammengeführt. So ergeben sich die notwendige Auslegung auf Lebensdauer, sowie die Auslegung für einfache und dauerhafte Beanspruchungen unter der Belastungsart der Biegung. Für die Kranarten wurden Bewertungskriterien und eine Bewertungsmatrix erstellt, mit deren Ergebnis das Substitutionspotential der Kranarten ermittelt werden konnte. Das höchste Substitutionspotential wiesen Brücken- und Portalkrane auf, sodass mit diesen detailliertere Berechnungen und Auslegungen durchgeführt wurden. Durch das Aufstellen von Aspektverhältnissen (Höhe-Breitenverhältnis bei gleicher Spannweite und Durchbiegung) konnten sowohl der notwendige Bauraum, wie auch das Gewicht der einzelnen Variationen theoretisch ermittelt und untereinander verglichen werden. Auf Grundlage der erarbeiteten Erkenntnisse wurde ein Pflichtenheft erarbeitet. Auf dessen Basis wurde eine vorteilhafte Bauweise auf der Grundlage eines Kastenprofils erarbeitet. Dieses vereint den Leichtbau bei geringer Durchbiegung. Der monetäre Vergleich zeigt, dass Holz- und Metallbauweise etwa auf dem gleichen Niveau liegen. Eine Ausführung von Kranen in Holzbauweise wäre somit aus Sicht der Belastung des Gewichtes und aus finanziellen Aspekten vielversprechend.:Projektdaten/ Projekt data
Projektbeschreibung
Projektergebnisse
Project objective
Project results
Inhaltsverzeichnis
1 Kurzbericht
1.1 Aufgabenstellung
1.2 Planung und Ablauf des Vorhabens
1.3 Resümee der wesentlichen Ergebnisse
1.3.1 Arbeitspakete und Meilensteine
1.3.2 Zusammenfassung
1.3.3 Ausblick
2 Ausführliche Darstellung der Ergebnisse
2.1 Erzielte Ergebnisse
2.1.1 Arbeitspaket 1: Grundlagen
2.1.2 Arbeitspaket 1.1: Recherche
2.1.2.1 Brückenkran
2.1.2.2 Portalkran
2.1.2.3 Kabelkrane
2.1.2.4 Drehkran
2.1.2.5 Fahrzeugkran
2.1.2.6 Stand der Technik
2.1.3 Abgrenzung zur aktuellen Lösung in Holzbauweise, kritische Würdigung
2.1.4 Arbeitspaket 1.2: Schnittstellenanalyse
2.1.5 Arbeitspaket 1.3: Bewertungskriterien
2.1.6 Arbeitspaket 1.4: Konstruktive Analyse
2.1.7 Arbeitspaket 1.5: Substitutionspotentialanalyse
2.1.8 Arbeitspaket 1.6: Wesentliche Offene Fragen für das Forschungsfeld (Auswahl)
2.1.9 Meilenstein I: Pflichtenheft
2.1.10 Arbeitspaket 2: Synthese
2.1.11 Arbeitspaket 2.1: Berechnung
2.1.11.1 Normkonformität
2.1.11.2 CE-Konformität
2.1.11.3 Evaluation einer holzspezifischen Leichtbauausführung
2.1.12 Arbeitspaket 2.2: Material
2.1.12.1 Materialkennwerte
2.1.12.2 Versagensmechanismen
2.1.13 Arbeitspaket 2.3: Target Costing (Variantenvergleich)
2.1.13.1 Konstruktionsvarianten
2.1.13.2 Untersuchung vorteilhafter Profilbauweisen
2.1.14 Baukastensystem
2.1.15 Projektergebnisse bezogen auf die Kernfragen der Machbarkeitsstudie
2.1.16 Frage 1: Wie ist Holz grundsätzlich technisch und wirtschaftlich vorteilhaft im Kranbau einsetzbar?
2.1.17 Frage 2: Welche Kranarten sind prinzipiell realisierbar?
2.1.18 Frage 3: Welche konkreten Schritte sind für die Umsetzung der Holzbauweisen nötig?
2.2 Erfindungen/Schutzrechtsanmeldungen
2.3 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten nach Projektende
2.4 Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten nach Projektende
2.5 Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit
3 Erkenntnisse von Dritten
4 Veröffentlichungen
5 QuellenProject objective:
The aim of the research work is to open up and design a new research field for the use of wood and wood-based materials in crane construction. This is intended to lay the scientific foundations for designing crane systems and their components in timber construction in a technically sensible and safe manner, for making cranes economical, ecological and technically advantageous in comparison to current construction methods. The project is carried out as a feasibility study. The scientific and technical importance of the project is characterized by the opening of a new research field with a strong technical, practice oriented focus. This results in a variety of both fundamental and application related questions that require scientific clarification. Cranes are high-tech systems and interfaces to many technical functional chains. Individual, competitive use cases with pilot status have an impact within the industry and beyond. All in all, currently marketable, technical solutions and timber construction methods have to be developed which do not exist so far. Crane construction and its market players have the opportunity to use cranes made from natural, ecological fiber composites and thus present themselves as an innovative, future-oriented key industry.
Project results:
Research was carried out on standard based crane types and possible designs. In search for current implementations of cranes of all kinds using wood materials, the design of the crane runway and a crane bridge made of solid wood material was discovered. Because of insufficient information from publications, the crane bridge was examined more intensively using the information and illustrations and an existing utility model was analyzed. Relevant standards for specific applications were compiled in the interface analysis. From the results of the fundamentals and research, the necessary proofs from both the crane and the wood construction were compared and brought together. This results in the necessary design for service life, as well as the design for simple and permanent stresses under the type of stress caused by bending. Evaluation criteria and an evaluation matrix were created for the crane types, with the result of which the substitution potential of the crane types could be determined. Bridge and gantry cranes had the highest substitution potential, so more intensive calculations and designs were carried out with them. By setting up aspect ratios (height-width ratio with the same span and deflection), both the necessary installation space and the weight of the individual variations could be determined theoretically and compared with each other. On the basis of the knowledge gained, a specification was drawn up. According to this, an advantageous construction based on a box profile was developed. This combines lightweight construction with low deflection. A monetary comparison shows that the bridge made of wood-based materials is roughly on the same level as the steel bridge. A design of cranes in timber construction would therefore be promising from the point of view of the weight load and from financial aspects.:Projektdaten/ Projekt data
Projektbeschreibung
Projektergebnisse
Project objective
Project results
Inhaltsverzeichnis
1 Kurzbericht
1.1 Aufgabenstellung
1.2 Planung und Ablauf des Vorhabens
1.3 Resümee der wesentlichen Ergebnisse
1.3.1 Arbeitspakete und Meilensteine
1.3.2 Zusammenfassung
1.3.3 Ausblick
2 Ausführliche Darstellung der Ergebnisse
2.1 Erzielte Ergebnisse
2.1.1 Arbeitspaket 1: Grundlagen
2.1.2 Arbeitspaket 1.1: Recherche
2.1.2.1 Brückenkran
2.1.2.2 Portalkran
2.1.2.3 Kabelkrane
2.1.2.4 Drehkran
2.1.2.5 Fahrzeugkran
2.1.2.6 Stand der Technik
2.1.3 Abgrenzung zur aktuellen Lösung in Holzbauweise, kritische Würdigung
2.1.4 Arbeitspaket 1.2: Schnittstellenanalyse
2.1.5 Arbeitspaket 1.3: Bewertungskriterien
2.1.6 Arbeitspaket 1.4: Konstruktive Analyse
2.1.7 Arbeitspaket 1.5: Substitutionspotentialanalyse
2.1.8 Arbeitspaket 1.6: Wesentliche Offene Fragen für das Forschungsfeld (Auswahl)
2.1.9 Meilenstein I: Pflichtenheft
2.1.10 Arbeitspaket 2: Synthese
2.1.11 Arbeitspaket 2.1: Berechnung
2.1.11.1 Normkonformität
2.1.11.2 CE-Konformität
2.1.11.3 Evaluation einer holzspezifischen Leichtbauausführung
2.1.12 Arbeitspaket 2.2: Material
2.1.12.1 Materialkennwerte
2.1.12.2 Versagensmechanismen
2.1.13 Arbeitspaket 2.3: Target Costing (Variantenvergleich)
2.1.13.1 Konstruktionsvarianten
2.1.13.2 Untersuchung vorteilhafter Profilbauweisen
2.1.14 Baukastensystem
2.1.15 Projektergebnisse bezogen auf die Kernfragen der Machbarkeitsstudie
2.1.16 Frage 1: Wie ist Holz grundsätzlich technisch und wirtschaftlich vorteilhaft im Kranbau einsetzbar?
2.1.17 Frage 2: Welche Kranarten sind prinzipiell realisierbar?
2.1.18 Frage 3: Welche konkreten Schritte sind für die Umsetzung der Holzbauweisen nötig?
2.2 Erfindungen/Schutzrechtsanmeldungen
2.3 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten nach Projektende
2.4 Wissenschaftliche und/oder technische Erfolgsaussichten nach Projektende
2.5 Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit
3 Erkenntnisse von Dritten
4 Veröffentlichungen
5 Quelle
Numerical splitting methods for nonsmooth convex optimization problems
Get PDFIn this thesis, we develop and investigate numerical methods for solving nonsmooth convex optimization problems in real Hilbert spaces. We construct algorithms, such that they handle the terms in the objective function and constraints of the minimization problems separately, which makes these methods simpler to compute. In the first part of the thesis, we extend the well known AMA method from Tseng to the Proximal AMA algorithm by introducing variable metrics in the subproblems of the primal-dual algorithm. For a special choice of metrics, the subproblems become proximal steps. Thus, for objectives in a lot of important applications, such as signal and image processing, machine learning or statistics, the iteration process consists of expressions in closed form that are easy to calculate. In the further course of the thesis, we intensify the investigation on this algorithm by considering and studying a dynamical system. Through explicit time discretization of this system, we obtain Proximal AMA. We show the existence and uniqueness of strong global solutions of the dynamical system and prove that its trajectories converge to the primal-dual solution of the considered optimization problem. In the last part of this thesis, we minimize a sum of finitely many nonsmooth convex functions (each can be composed by a linear operator) over a nonempty, closed and convex set by smoothing these functions. We consider a stochastic algorithm in which we take gradient steps of the smoothed functions (which are proximal steps if we smooth by Moreau envelope), and use a mirror map to 'mirror'' the iterates onto the feasible set. In applications, we compare them to similar methods and discuss the advantages and practical usability of these new algorithms
Development of Carbon Nanotube-based Field-Effect Transistors for Analog High-Frequency Applications
No full textThe carbon nanotube-based field effect transistor (CNTFET) possesses the potential to overcome limitations of state-of-the-art technologies such as silicon-based complementary metal-oxide-semiconductors. However, the carbon nanotube (CNT) technology is still at its infancy and technology development is still necessary to exploit the CNT properties such as high charge carrier mobility, high current carrying capability, one-dimensional charge transport and their versatile integrability.
Within this work significant progress has been achieved scientifically and technologically in the advance of high frequency (HF) CNTFETs for analog applications. According to simulations by others, a technology flow has been developed based on electron beam lithography for bottom gated HF CNTFETs which outperform state-of the art top gate architectures with respect to their parasitic capacitances.
Moreover, the impact of electrostatic doping on the CNTFETs has been investigated. In particular, the dynamics of water desorption from the CNTFETs and the related reduction of p-type doping was investigated and the different impact of the n-type dopant polyethylenimine onto the channel region and contact region could be separated for the first time. Furthermore, the impact of doped CNT bundles on the device performance has been studied. It could be shown in detail for the first time, that high off-state source-drain leakage currents can be due to bundled semiconducting CNTs and does not necessarily imply the presence of metallic CNTs. The within the framework of this thesis designed and realized HF CNTFETs are operating in the GHz range with cut-off frequencies up to 14 GHz and maximum frequencies of oscillation up to 6 GHz at a channel length of 280 nm. Moreover, the impact of the spacer between the source-/ drain- to the gate electrode on the HF properties of the CNTFETs has been investigated experimentally for the first time. Simulations by others have successfully confirmed that a symmetrical reduction of the source to gate electrode spacer results in an increased device speed. By asymmetrically reducing the source to gate electrode spacer and in parallel increasing the drain-to-gate electrode spacer the device speed can be further enhanced. Moreover, within this work it has been experimentally indicated for the first time that the device properties of HF CNTFETs can be tuned by different device geometries towards either highest linearity or speed
Miteinander, Gegeneinander und Füreinander: Gruppeninteraktion an einem Tabletop im Museum
Get PDFMuseen werden häufig von Gruppen wie z.B. Familien besucht, die ein Interesse daran haben, die Inhalte dieser Institutionen gemeinsam zu erkunden. Leider sind jedoch in vielen Museen interaktive oder gar gemeinschaftlich nutzbare Exponate weiterhin eine Seltenheit. Interaktive Tabletops können den Bedürfnissen von Besuchergruppen begegnen und kollaborative Gruppeninteraktionen ermöglichen.
Der Fokus dieser Arbeit liegt darauf, kollaborative Gruppeninteraktion an interaktiven Tischen für verschiedene Ausstellungskontexte einerseits herzustellen und andererseits detailliert zu untersuchen, um besondere Potentiale von interaktiven Tabletops für Gruppenkollaboration im Museum herauszuarbeiten.
Die Dissertation beschreibt dabei die iterative Entwicklung von zwei interaktiven Tabletop-Exponaten in ihrer physischen Gestaltung und ihren Anwendungen, die entwicklungsbegleitend durch drei In-the-wild-Studien unter realweltlichen Bedingungen weiterentwickelt wurden. In einer letzten In-the-wild-Studie wurden Gruppeninteraktionen am Tisch zum Zwecke der Interaktionsanalyse videografisch erfasst. Als Fundament für Entwicklung und Interaktionsanalyse dient eine Auseinandersetzung mit bestehenden Tabletopanwendungen in Museen hinsichtlich ihrer Potentiale für Gruppeninteraktionen.
In der Interaktionsanalyse zeigte sich unter anderem, dass die Gestaltung der Anwendung als rundenbasiertes Spiel Einfluss auf die Gruppeninteraktion hat. Insbesondere konnte beobachtet werden, dass Besucher*innen ihren Aufenthalt am Tabletopexponat sowohl mit ihrer Gruppe als auch mit dem Spielzustand koordinieren. Die Rundenbasiertheit der Anwendung motiviert Spieler*innen, ihre Gruppenmitglieder zu unterstützen und dadurch zudem das Voranschreiten des Spieles zu sichern.
Aus den Ergebnissen der Interaktionsanalyse werden abschließend Implikationen für die Gestaltung von interaktiven Exponaten und ihre Anwendung für museale Kontexte abgeleitet.:Danksagung
Einleitung
Grundlagen
Iterative Entwicklung eines Tabletopexponats
Methodisches Vorgehen
Interaktion am Tisch
Gruppen- und Spielverpflichtung
Intervention und Unterstützung
Fazit
LiteraturMuseums are often visited by groups of people such as families, who commonly intend to explore and experience the museum space together. Unfortunately, many museums lack interactive exhibits that could facilitate such collaborative experiences. Interactive tabletops can satisfy such desires and enable collaborative group interactions.
The focus of this thesis is on the facilitation and the analysis of collaborative group interactions on interactive tabletops in exhibition spaces. It identifies potentials of interactive tabletops for group collaboration in museums.
The thesis describes the iterative development of two interactive tabletop exhibits in their physical form and their applications. This development was accompanied by three in-the-wild studies, which drove the evolution of hardware and software. In a final in-the-wild study group interactions on a tabletop exhibit were examined using interaction analysis. The development as well as the following analysis of group interactions on tabletop exhibits was based on the thorough analysis of existing tabletop exhibits and other studies of group interactions in museums.
The detailed study of group interactions revealed among other things that the design of the application as a turn-based game had a significant influence on group interactions. Users coordinated their stay at the tabletop with their peers while considering the state of the game. The turn-based manner of the application motivated players to support their peers to advance through the game. The results of the interaction analysis lead to implications for the design of interactive exhibits and their application in museum spaces.:Danksagung
Einleitung
Grundlagen
Iterative Entwicklung eines Tabletopexponats
Methodisches Vorgehen
Interaktion am Tisch
Gruppen- und Spielverpflichtung
Intervention und Unterstützung
Fazit
Literatu