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Axial crash behavior of thin-walled profiles in modern vehicle lightweight construction
No full textBei der fortschreitenden Entwicklung der Fahrzeugtechnik werden hohe Anforderungen an das Crashverhalten gestellt, um primär den Insassen Sicherheit zu bieten und sekundär die Reparaturkosten bei einem Low-Speed-Crash zu minimieren.
Ein kleines Teilgebiet des Crashverhaltens, mit dem sich diese Diplomarbeit beschäftigt, sind die Crashboxen, die durch ihre Umformung einen großen Teil der Deformationsenergie absorbieren. Der Schwerpunkt der Arbeit wird dabei auf die irreversiblen axialen Deformations-prinzipien gelegt. Des Weiteren werden analytische und empirische Abschätzgleichungen, die auf dem kinematischen Ansatz der Plastizitätstheorie basieren, miteinander verglichen und über bestehende, experimentelle Tests bewertet. Dadurch kann eine Basis erstellt werden, die es ermöglicht, die beste Annährungsgleichung zu finden.
Die Auswahl des Materials und Deformationsprinzips, um die Energieabsorption zu maximieren, kann so schneller erfolgen.
Die Deformationsprinzipien der freien Inversion, der erzwungenen Inversion, der Verjüngung, der Aufweitung und der Faltung von runden Profilen sowie der Faltung von mehreckigen Profilen und spezieller Profilvariation werden beschrieben und mit realen experimentellen Tests verglichen. Zu den relevanten Bezugsgrößen der Deformationsvorgänge zählen die Energieabsorption, Energiedissipation, mittlere Kraft, Materialparameter und Geometrie-parameter. In der Arbeit soll zukunftsorientiert der Leichtbau als Grundlage dienen.
Damit die beste Variante ermittelt werden kann, werden alle Ergebnisse im jeweiligen Kapitel bewertet und mit einem Fazit beurteilt. Um die zugrunde liegenden Theorien zu optimieren und das bestmögliche Resultat für Crashabsorber zu erzielen, werden unter anderem auch eigene Ideen und Überlegungen mit eingebracht
Fatigue assessment of non-stationary random loading in the frequency domain by a quasi-stationary Gaussian approximation
No full textThe power spectral density (PSD) is a fundamental technique of random vibration fatigue providing an effective statistical characterization that can be processed by linear systems theory and load spectrum estimators. This lays the basis for a statistical-based fatigue assessment. While the PSD assembles a full stochastic characterization of stationary Gaussian loading, for loading subjected to changing operational, environmental, and excitational conditions, it provides no means of a fluctuating spectral density. Therefore, the PSD neither qualifies to characterize varying loads, nor reproduces comparable stress amplitudes to a referencing non-stationary excitation following a statistical-based stress analysis. Consequently, this paper employs the non-stationarity matrix to characterize the varying evolution of realistic loading and proposes a system of equations that decomposes this characterization into stationary Gaussian portions. The fundamental idea is to approximate realistic loading by abstracting a series of stationary segments, whose assembly in return embodies a full statistical characterization. The resulting quasi-stationary load definition better reflects the fatigue damage potential of realistic, non-stationary loading and allows to implement load spectrum estimators, ensuing computationally efficient and statistically robust structural lifetime predictions. Further, quasi-stationary load definitions are utilized to advance the concept of damage-equivalent statistical load definitions to be independent of a specific Miner exponent
Pump-probe microscopy investigations on fs-laser ablation of thin Ta2O5/Pt layer systems
No full textA femtosecond laser is used for selective structuring of biocompatible sensorchips consisting of a Ta2O5/Pt layer system on glass substrate. It was observed, that for low fluences the Ta2O5 can be selectively lifted-off from the Pt, while high fluences enable a removal of both layers. The underlying physical effects are investigated by pump-probe microscopy allowing the observation of the whole ablation process ranging temporally from femtoseconds to microseconds. Results show the formation of a gas-liquid mixture at 3 ps, causing the Ta2O5 to bulge after some ns. The Ta2O5 is disrupted in small particles after 50 ns
Identifikation möglicher Schwachstellen und Optimierung der Prozesskette zur Reduzierung von Haftungsproblemen am Beispiel von Gasgeneratoren
No full textAufgrund von Treibstoffablösungen bei der Herstellung von Gasgeneratoren für Raketen mussten im Frühjahr 2017 zahlreiche Gasgeneratoren aus vier verschiedenen Chargen verworfen werden. Die Ablösungen fanden alle im Kopfbereich des Gasgenerators zwischen Migrationssperre und Primer statt, was auf eine schlechte Haftung innerhalb der Grenzschichten schließen lässt. Mit dem Ziel mögliche Schwachstellen in der Prozesskette zu identifizieren und die fehleranfälligen Prozessschritte zu optimieren wurden die einzelnen Fertigungsschritte im Rahmen eines Gemba-Walk begleitet. Der hier beschriebene Gasgenerator besteht aus einer flexiblen Kartusche aus EPDM Polymer, auch bezeichnet als Boot, in dessen Spitze eine halbrunde Aluminiumkappe eingeklebt ist. Zum Schutz vor äußeren Einflüssen und zur Verhinderung von Weichmacherdiffusion wird der Boot beidseitig mit einer Migrationssperre auf Polyurethanbasis lackiert. Die Aluminiumkappe wird auf der Innenseite mit einer Polymermischung vergossen welche die Linerkappe bildet. Diese bildet die physische Abgrenzung des Treibstoffs von der Aluminiumkappe. Zur besseren Haftung des Treibstoffs kommt auf die Migrationssperre im Inneren des Boots eine Grundierung mit Primer, der als Haftvermittler fungiert. Erst dann wird der Treibstoff in die Boots gegossen und mehrere Tage aushärten gelassen. Als kritische Prozessschritte welche eine Ablösung des Treibstoffes begünstigen werden vor allem das Aufbringen der Migrationssperre und des Haftvermittlers, sowie die entsprechenden Vorprozesse angesehen. Bei der Analyse der Fertigungsanweisungen fielen besonders die subjektiven Beurteilungskriterien auf nach denen die Boots regelmäßig kontrolliert werden und welche von Mitarbeiter zu Mitarbeiter anders gewertet werden können. Des Weiteren fehlen in einigen Fertigungsanweisungen genaue Grenzwerte innerhalb derer die Produktion schwanken darf. Die Fertigung das MBA & Eng 63 Gasgeneratoren erfolgt überwiegend händisch was viel handwerkliches Geschick und Erfahrung der Fertigungsmitarbeiter erfordert. Viele der Tätigkeiten am Gasgenerator werden immer von denselben Mitarbeitern erledigt, was zu einer gewissen Kontinuität beiträgt, birgt aber ein großes Risiko sobald neue Mitarbeiter diese Tätigkeit übernehmen. In der Praxis zeigte sich, dass an einigen Stellen von den Fertigungsvorschriften abgewichen und Verbesserungen im Prozess eingeführt wurden. Diese Änderungen wurden nicht in den Begleitdokumenten des Fertigungsauftrags vermerkt, waren aber mit den Verantwortlichen abgesprochen worden. Mit Hilfe der Fertigungsanweisungen und des Gemba-Walk ließen sich Prozesskombinationen erkennen welche zu Ablösungen in den besagten Bereichen führen können. Durch die breit gewählten Prozessfenster und ungenaue Angaben über maximale Standzeiten lassen sich Situationen konstruieren in denen Xylol, welches sowohl im Lack, Primer und Linerkappe enthalten ist, längere Zeit auf die Grenzschicht zwischen EPDM und Migrationssperre einwirken kann. Ein anderer Prozessschritt lässt sich nur von Mitarbeitern durchführen die lange Arme besitzen. Als Lösungsansatz um weitere Ablösungen in der Zukunft zu verhindern und die Prozesskette weiter zu stabilisieren werden sowohl prozesstechnische als auch organisatorische Maßnahmen vorgeschlagen. Aus prozesstechnischer Sicht müssten zunächst die Prozessgrenzen eindeutig definiert und Maßnahmen beschrieben werden was bei der Verletzung der Prozessgrenzen zu tun ist. Des Weiteren sollten, um die Prozessschwankungen zu reduzieren und den Durchsatz zu erhöhen, mehr Prozesse automatisiert und nach messbaren Kriterien beurteilt werden. Dazu werden bereits von der Entwicklungsabteilung Vorversuche innerhalb der Bayern Chemie unternommen. Aus organisatorischer Sicht gilt es zunächst die Kommunikation zu den Fertigungsmitarbeitern zu intensivieren. In der Vergangenheit wurde dies durch den formalen Kommunikationsweg und die räumliche Trennung von Fertigung und Fachabteilung erschwert, was dazu führte dass Produktionsfehler erst sehr spät an die Fertigungsmitarbeiter kommuniziert wurden. Zudem sollte ein Prozessverantwortlicher definiert werden, der als einziger die Hauptverantwortung über die Produktion der Gasgeneratoren trägt. In der aktuell bestehenden Konstellation liegen die Fertigung und Entwicklung getrennt vor. Es fehlt die Schnittstelle die zuverlässig die Vorgaben aus der Entwicklung in prozesstaugliche Fertigungsschritte übersetzt und prozessrelevante Probleme selbst entscheidet. Abschließend sollte eine Kontrolle der fertigungsrelevanten Dokumente und ein Abgleich mit der Durchführung erfolgen. Es bestehen teilweise Diskrepanzen zwischen den MBA & Eng 64 einzelnen Dokumenten, welche potentielle Fehlerquellen darstellen. Zudem wird an einigen Prozessschritten vom vorgeschriebenen Verfahren abgewichen ohne dass dies nachvollziehbar dokumentiert wird. Dies kann zu einem späteren Zeitpunkt die Fehlersuche erheblich erschweren oder gar unmöglich machen
Die kommunalen Steuereffekte des Tourismus : die Verschuldung vieler Gemeinden ist kein Zufall
No full textIn Tourismusgemeinden werden Investitionen in touristische Einrichtungen, Großveranstaltungen der kommunale Eigenbetriebe mit touristischer Ausrichtung meist mit dem Pauschalargument „wir leben alle vom Tourismus“ gerechtfertigt. Inwieweit sich die Investitionen der Gemeinden langfristig refinanzieren, wird dabei meist nicht geprüft. Am Beispiel von vier bayerischen Alpengemeinden wird dargestellt, welche wirtschaftlichen Effekte für Kommunen entstehen und warum gerade Wintersport-Großveranstaltungen häufig überschätzt werden
Adaptation tool for small municipalities in Bavaria (“Climate Check”) : Manual for transnational transfer of the tool. C3-Alps project. Final report
Get PDFThis report is a manual for the transnational transfer of the adaptation tool for small municipalities in Bavaria (“Climate Check”), which was developed by the Munich University of Applied Sciences (HM) on behalf of the Bavarian State Ministry of the Environment and Consumer Protection (StMUV) in the frame of pilot activities (WP 7) in the project C3-Alps. The report thus corresponds to action 7.3 as it is the information base for transnational implementation of the tool. It was preceded by a workshop in the context of the 7th Partner Meeting in Klagenfurt (September 2014), which specifically dealt with the transnational use of the tool. During the workshop HM informed about the tool, demonstrated a prototype and discussed with the project partners their interests, needs and requirements regarding a transnational preparation of the Bavarian tool. The workshop ended with the decision that the Bavarian tool (available in German language) will be provided to the partnership and whoever is interested, together with a manual explaining to the user: the general content, structure and functionality of the tool, how to adopt the tool as regards content (clarifying what can be adopted, what needs to be modified), how to adopt the tool as regards technical implementation The result is this manual, which shall facilitate the transnational transfer of the Bavarian adaptation tool to municipalities in other regions and countries
Development, testing and evaluation of a novel targeting instrument for intertrochanteric repositioning osteotomy
Get PDFDie intertrochantäre Umstellungsosteotomie (ITO) ist eine etablierte orthopädische Operationstechnik zur Korrektur von angeborenen oder erworbenen Fehlstellungen des proximalen Femurs bei Kindern und Jugendlichen. Durch die Fehlstellung wird die Gehfähigkeit der Kinder stark beeinträchtigt. Ziel der ITO ist es das Gangbild der Patienten durch die Normalisierung pathologischer Winkel am proximalen Femur sowie die Verbesserung die Biomechanik des Hüftgelenks und die Herstellung einer physiologischen Beinachse zu verbessern. Dazu wird das Femur durchtrennt und mit Hilfe eines Implantats in einer korrigierten Position neu ausgerichtet. Bisherige Operationstechniken erfordern einen maximalinvasiven Eingriff und ermöglichen nur eine unzureichende Visualisierung und Navigation bei der Neuausrichtung der Knochenfragmente. Viele Schritte werden frei Hand durchgeführt. Dies führt zu Abweichungen von den geplanten Korrekturen und zu einer hohen Abhängigkeit des Operationsergebnisses von der Expertise des Chirurgen. Zudem erhöhen häufige intraoperative Röntgenkontrollen die Strahlenbelastung des Patienten und des OP-Personals. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird unter Verwendung des Münchner Vorgehensmodells und formativer Usability Engineering Methoden iterativ eine neue minimalinvasive und patientenindividuelle Operationstechnik für die ITO bei Kindern und Jugendlichen entwickelt. Diese verfolgt das Ziel durch eine mechanische Navigation die Reproduzierbarkeit des Operationsergebnisses sicherzustellen, eine Visualisierung bei der Umstellung des Knochens zu ermöglichen und die intraoperative Strahlenbelastung zu reduzieren. Dazu werden zuerst bisherige Operationstechniken in einem Benchmarking Prozess analysiert, wichtige Funktionen herausgearbeitet und Lösungen anschließend iterativ in Autodesk Inventor umgesetzt. Die Bewertung der Entwicklungsergebnisse er-folgt dabei formativ durch eine virtuelle Durchführung der Operation in Autodesk Inventor. Dazu werden die Instrumentarien an einem virtuellen Knochenmodell platziert. Prototypen des finalen Instrumentariums werden in einem Anwendungstest unter simulierten Bedingungen an speziell dazu entwickelten Operationsdemonstratoren (Phantomen) getestet. Die Phantome stellen ein kindliches Hüftgelenk mit pathologischer Coxa Valga und die umliegenden Weich-teile im Maßstab 1:1 dar. In Summe wird an sieben Phantomen eine Varisierungsosteotomie durchgeführt, mit dem Ziel den Centrum-Collum-Diaphysen-(CCD) - Winkel von 158° bzw. 155° auf 130° zu reduzieren. Die Anwendungstests verdeutlichen die Vorteile der neuen Operationstechnik. Zum einen ermöglicht sie als einzige Operationstechnik eine vollständige Navigation bei der Umstellung in drei Ebenen. Durch die Ausrichtung des Instrumentariums an-hand der Schenkelhalsachse werden nicht nur Winkelfehler durch die Femurkrümmung, wie sie bei bisherigen Instrumentarien entstehen, vermieden, sondern es ist auch ein fester Be-zugspunkt für die Positionierung der Instrumentarien am Knochen gegeben. Zudem sind Instrumentarien anders als bei den etablierten Techniken fest am Knochen befestigt wodurch der Chirurg beide Hände frei hat. Die Handhabung der neuen Instrumentarien wird von den Anwendern als intuitiv bewertet. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Implantat bei der neuen Operationstechnik mit polyaxialen Schrauben befestigt wird. Dies erlaubt bei der Osteosynthese eine Anpassung an die patientenspezifische Anatomie. In den Tests zeigt sich, dass die Reproduzierbarkeit und Präzision der Ergebnisse nicht evaluiert werden können, da keine winkelstabile Fixierung des verwendeten Implantat-Prototyps möglich ist und dadurch der Korrekturwinkel bei der Osteosynthese nicht aufrecht erhalten wird. In keinem der Tests wird der geplante CCD-Winkel deshalb erreicht. Aufgrund eines fehlenden Röntgengeräts kann durch die Tests zudem nicht belegt werden, dass tatsächlich weniger Röntgenkontrollen als bei den etablierten Techniken notwendig sind. Es wird jedoch angenommen, dass dies aufgrund der besseren Navigation zutrifft. Die Tests zeigen, dass durch die neue Technik wie bei den etablierten Operationstechniken kein minimalinvasives Vorgehen möglich ist. Der Phantomtest hat sich als gute Methode erwiesen, um die Operationstechniken zu testen. Die Durchführung der Tests muss in den nächsten Schritten noch weiter verbessert werden, um realere Bedingungen zu simulieren, damit eine bessere Bewertung der genannten Kriterien möglich ist. Dazu gehört z.B. die Verwendung polyaxialer Schrauben. Des Weiteren sind kleinere konstruktive Anpassungen an den Instrumentarien vorzunehmen, welche in den Tests durch die Anwender angeregt werden. Dazu gehört z.B. die Anpassung der Sägeschablone und der Schablone zur Einstellung der Rotation. Anschließend sind diese Instrumentarien in neuen Tests zu prüfen. Bisher wird in den Tests nur eine ITO in einer Ebene durchgeführt, in weiteren Tests sollen auch komplexe, mehrdimensionale ITOs an Phantomen getestet werden
New findings for interactions and mechanisms in paper sizing with ASA and AKD
Get PDFThe purpose of this work was to develop a deeper understanding of the mechanisms in sizing and to minimise interactions with fillers and other chemical additives. It has been shown that the mechanism of the synthetic sizing agents (ASA and AKD) – as often described in the literature - can not be attributed to the esterification with the hydroxyl groups of the cellulose. In fact, the optimal effect of these sizing agents is much more dependant on a fine distribution, mobility and orientation of ASA and AKD molecules. It was observed that the main part of the ASA and AKD is present in an unbound (hydrolysed) form. However, the hydrolysed ASA and AKD can significantly contribute to sizing when it is finely distributed and well orientated. Sizing agents orientated in the opposite do not contribute to sizing but they can even decrease the existing sizing level.
Furthermore, it was shown that sizing agents adsorbed onto fillers do not significantly affect the water absorption (penetration) but they can increase the surface hydrophobicity (wetting). Highly anionic products such as dispersants interact with cationic sizing agents due to the opposite charge. As regards the cationic additives, especially starch and aluminium products have a very positive effect on ASA sizing. Surface-active substances such as defoamers and deaerators have no effect on the size retention. However, depending on the type and structure, they can have a huge effect on the sizing level. Generally, hydrophobic defoamers (e.g. fatty acid ethoxylates) have a far more negative impact on sizing, as compared to the more hydrophilic deaerators (e.g. fatty alcohols). These results show possibilities how sizing agents can be used more effectively, process disturbances avoided, and costs reduced
Post-curing and size reversion – An extended mechanism of ASA sizing
Get PDFAssuming internal sizing agents like AKD and ASA to be chemically bound onto the cellulose fibre one would expect sizing of paper to be stable over time. Further, ASA as the more reactive substance, will develop sizing straight after drying on the paper machine. Even though papermakers are got used to these benefits of internal sizing after many years of practical experience, there are also observations of postcuring and fugitivity of sizing, which do not fit to the common sizing theory.
Investigations on a fine paper model have shown ASA to move from a sized paper into a blank sheet, which is in direct contact. Detection and quantification of ASA was carried out by means of NIR-spectroscopy. Mobility of ASA is enhanced at elevated temperature and moisture in the sheet. It goes along with a decrease of sizing level in the sized sheet, whereas the moved ASA does develop almost no sizing in the blank sheet, even after heat treatment. Only after surface treatment with an aluminium compound it can be re-activated for sizing. Based on these and additional findings we have developed a model of ASA sizing, which takes into account such untypical properties as post-curing and fugitivity