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Risiken und Herausforderungen bei der Entwicklung eines permanentmagnetisch vormagnetisierten, aktiven Magnetlagers
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Siedlungsbausteine für bestehende Wohnquartiere - Impulse zur Vernetzung energieeffizienter Technologien (SWIVT)
No full textKommunale Wohnungsunternehmen stehen vor der Herausforderung, gleichzeitig drei wesentliche Ziele voranzutreiben: 1. Schaffung von bezahlbarem Wohnraum, 2. ökologische Herstellung und Nutzung der Gebäude und 3. Erfüllung einer Mindestwirtschaftlichkeit. Da diese Ziele sich gegenseitig beeinflussen, sind sie schwer in Einklang zu bringen. Helfen kann eine neuartige, ganzheitliche Gebäude-Energiesystemplanung von Quartieren, die mit einem Simulations- und Bewertungswerkzeug komponentenbezogenes Wissen transparent und strukturiert zu einer klimafreundlichen und bezahlbaren Gesamtlösung bündelt. Da bauliche und energetische Konzepte umfassend beleuchtet und evaluiert werden, ist auch eine Entscheidungsgrundlage bei Interessenkonflikten gegeben
Human-machine-centered design and actuation of lower limb prosthetic systems
No full textPeople with lower limb loss or congenital limb absence require a technical substitute that restores biomechanical function and body integrity. In the last decades, mechatronic prostheses emerged and especially actuated ones increased the biomechanical functionality of their users. Yet, various open issues regarding the energy efficiency of powered systems and the impact of user-experience of the prosthesis on technical design remain. As tackeling the latter aspect urgently requires the consideration of user demands, this thesis proposes a novel human-machine-centered design (HMCD) approach for lower limb prosthetics. Further, it contributes to the design and control of elastic (prosthetic) actuation.
The HMCD approach describes a framework that equally considers technical and human factors. Therefore, seven human factors influencing lower limb prosthetic design are determined, analyzed, and modeled using human survey data: Satisfaction, Feeling of Security, Body Schema Integration, Support, Socket, Mobility, and Outer Appearance. Based on the application of quality function deployment (QFD), those factors can be considered as a HMCD focus in systems engineering. As an exemplary application, a powered prosthetic knee concept is elaborated with the HMCD approach. The comparison of the HMCD focus with a purely technical one, which is determined with a control group, reveals distinct differences in the weighting of requirements. Hence, the proposed method should lead to different prosthetic designs that might improve the subjective user-experience. To support this by integrating users throughout the systems engineering process, two concepts for human-in-the-loop experiments are suggested.
As an enabling technology of powered lower limb prostheses, variable (series) elastic actuation and especially such with variable torsion stiffness (VTS) is investigated. Inverse dynamics simulations with synthetic and human trajectories as well as experiments show that the consideration of the actuator inertia is crucial: Only by including it in advanced models, the whole range of natural dynamics and antiresonance can be exploited to minimize power consumption. A corresponding control strategy adapts the actuator to achieve energy efficiency over a wide range of operational states using these models.
The exemplary design of the powered prosthetic knee with respect to the HMCD prioritization of requirements confirms the fundamental suitability of VTS for integration in prosthetic components. In this, considering actuator inertia enables the determination of an optimal stiffness for serial elastic actuation of the human knee during walking that is not found in previous studies. A first simulation considering the changed dynamics of prosthetic gait indicates the potential to reveal lower design requirements. The designed knee concept combines promising biomechanical functionality and long operating time due to elastic actuation and energy recuperation.
Beyond lower limb prosthetics, the proposed HMCD framework can be used in other applications with distinct human-machine interrelations by adjusting the human and technical factors. Likewise, the insights into variable elastic actuation design and control can be transferred to other systems demanding energy-efficient performance of cyclic tasks
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Identifikation und Steuerung des hydraulischen Betriebspunktes von Nassläufer-Umwälzpumpenaggregaten mittels Drehzahlvariation
Full text linkDer Energiebedarf von Pumpensystem entspricht etwa 8% bis 9% des weltweiten elektrischen Energieverbrauchs. Folglich hat die Energieeffizienz von Pumpensystemen
einen signifikanten Einfluss auf den weltweiten Energiebedarf.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Betrachtung von Pumpenaggregaten, welche in
Wärme- und Kältesystemen eingesetzt werden. In diesem Anwendungsbereich kann
der Energieverbrauch durch den Einsatz energieeffizienter Regelungskonzepte im Vergleich
zum konventionellen Betrieb des Pumpenaggregates bei konstanter Drehzahl
signifikant reduziert werden.
Zum Einsatz energieeffizienter Regelungskonzepte ist die Kenntnis des hydraulischen
Betriebspunktes des Pumpenaggregates, welches die Kombination aus Antrieb und
Pumpe darstellt, notwendig. Üblicherweise ist die entsprechende Sensorik zur Erfassung
der hydraulischen Größen aus Kostengründen nicht vorhanden, weshalb alternative
Ansätze entwickelt wurden, um den hydraulischen Betriebspunkt indirekt
beispielsweise anhand der Leistungsaufnahme des Pumpenaggregates zu ermitteln.
Diese konventionellen Verfahren besitzen jedoch Einschränkungen, wie die Limitierung
des Einsatzes auf einen begrenzten Betriebsbereich des Pumpenaggregates. Um
auch bei nicht Vorhandensein der Sensorik zur Erfassung der hydraulischen Größen
einen energieeffizienten Betrieb zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit ein neues
modellbasiertes Verfahren zur Volumenstrombestimmung vorgestellt, welches einen
Einsatz über den gesamten Betriebsbereich des Pumpenaggregates ermöglicht.
Der Ansatz dieses Verfahrens beruht auf der Überlagerung der Drehzahl des Pumpenaggregates mit einer sinusförmigen Drehzahlvariation und der Extraktion der resultierenden Leistungsschwankung bei der Anregungsfrequenz. Auf Grundlage der extrahierten Leistungskomponenten erfolgt basierend auf in dieser Arbeit entwickelten und
anhand von Messungen validierten Modellen der von der Pumpe generierten Förderhöhe
und der Eingangsleistung des Antriebs des Pumpenaggregates eine Bestimmung
des hydraulischen Betriebspunktes, welcher durch den geförderten Volumenstrom
und die generierte Förderhöhe beziehungsweise den Differenzdruck definiert wird.
Die Ansätze zur energieeffizienten Regelung von Pumpenaggregaten basieren auf
der Regelung der generierten Förderhöhe beziehungsweise dem Differenzdruck statt
dem Betrieb bei konstanter Drehzahl. Da die Identifikation des hydraulischen Betriebspunktes des Pumpenaggregates in dieser Arbeit auf Grundlage der entwickelten
Modelle erfolgt, stehen dem Pumpenaggregat während des Betriebs keine Messwerte
zur Regelung der Förderhöhe durch Sensorik zur Erfassung der hydraulischen Größen
zur Verfügung. Daher wird neben dem Ansatz zur Identifikation des hydraulischen
Betriebspunktes des Pumpenaggregates ebenfalls ein Ansatz zur Steuerung der generierten
Förderhöhe basierend auf den entwickelten Modellen vorgestellt, um einen
energieeffizienten Betrieb des Pumpenaggregates zu ermöglichen
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