TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Übungsklausur zum Fach Werkstoffkunde 3
N2 - Übungsklausur
KW - Werkstoffkunde
KW - Fertigungsverfahren
KW - Übungsklausur
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Fertigungsverfahren I : Urformen ; Skript zur Vorlesung
N2 - Urformen aus dem flüssigen oder teigigen Zustand Im Mittelpunkt stehen alle Gießverfahren. Großtechnische Bedeutung haben neben den Metallgießverfahren vor allem auch Verfahren zum Urformen von Kunststoffen und in steigendem Maße auch solche zur Herstellung von Keramiken und Kompositwerkstoffen
KW - Fertigungsverfahren
KW - Urformen
KW - Gießen
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Fertigungsverfahren I : Umformen ; Skript zur Vorlesung
N2 - Grundlagen, Druck-Umformen (Walzen, Schmieden, Gesenkschmieden), Zugdruckumformen (Durchziehen, Tiefziehen), Zugumformen, Biegeumformen
KW - Umformverfahren
KW - Druck-Umformen
KW - Zugdruckumformen
KW - Zugumformen
KW - Biegeumformen
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Übungsklausur zum Fach Fertigungsverfahren 1
N2 - Übungsklausur
KW - Fertigungsverfahren
KW - Übungsklausur
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Regelungstechnik : Skript zur Vorlesung
N2 - Prinzip und Geschichte der Regelungstechnik; technische Steuerungen und Regelungen; Definition und Stellung innerhalb der Automatisierungstechnik. Elementare Übertragungsglieder, Streckentypen, typische Regler (unstetige Regler, stetige Regler), Reglerentwurf (einfache Verfahren, einschließlich Faustformelverfahren). Stabilitätsanalyse von Regelkreisen (einfache Verfahren, ohne Herleitung der Beweise)
KW - Regelungstechnik
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Digitale Regelungstechnik
N2 - Grundlagen (Prinzip, Komponenten, Abtastung, Aliasing) Algorithmus (Implementierung, Pseudo Code, Ermittlung der Faktoren) Beispiel
KW - Digitale Regelungstechnik
Y1 - 2005
ER -
TY - GEN
A1 - Gebhardt, Andreas
T1 - Übungsklausur zum Fach Regelungstechnik
N2 - Übungsklausur
KW - Regelungstechnik
KW - Übungsklausur
Y1 - 2005
ER -
TY - CHAP
A1 - Dielmann, Klaus-Peter
A1 - Velden, Alwin van der
T1 - Virtuelle Kraftwerke - Stand der Technik
N2 - Ausgangslage, Funktionsprinzip des virtuellen Kraftwerkes, Energiemanagementsysteme (EMS), Einsatzgebiete, Anlagesysteme eines VKW's, Einsatzbereich der verschiedenen dezentralen Energieanlagen, Vorteile des virtuellen Kraftwerkes, Auswirkungen auf das elektrische Netz, Wirtschaftliche Aspekte, Beispielprojekte
KW - Virtuelle Kraftwerke
Y1 - 2003
ER -
TY - CHAP
A1 - Surtees, A. J.
A1 - Gillespie, A.
A1 - Kern, Alexander
A1 - Rousseau, A.
T1 - DEVELOPMENT OF A RISK ASSESSMENT CALCULATOR BASED ON A SIMPLIFIED FORM OF THE IEC 62305-2 STANDARD ON LIGHTNING PROTECTION
N2 - Neue Blitzschutznorm IEC 62305. Entwicklung einer einfachen Software zur Risikoabwägung
N2 - IEC Technical Committee 81 is currently creating the new IEC 62305 series of standards on Lightning Protection. Working Group 9 is responsible for Part 2 of this series, which deals with the assessment and management of risk its CDV (Committee Draft for Voting) stage and has been circulated to National Committees for comment. The paper details the development of the Simplified IEC Risk Assessment Calculator software tool as described in Informative Annex J of IEC62305-2 Ed.1/CDV 2. This tool is intended as a simplified implementation of the more rigorous treatment of risk management found in the written document. It is designed to be relatively intuitive for users who wish to obtain an initial assessment of risk sensitivity, but should not be considered a substitute to a full understanding of the methods provided in the standard when dealing with more complicated structures or those where greater risks to personal or system operation are involved.
KW - Risiko
KW - Risikoabwägung
KW - Blitzrisiko
KW - Blitzschutz
KW - Risk
KW - Risk Management
KW - Risk Assessment
KW - Lightning Risk
KW - Lightning Protection
Y1 - 2004
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Heidler, Fridolin
A1 - Seevers, M.
A1 - Zischank, Wolfgang J.
T1 - Magnetic Fields and Induced Voltages in case of a Direct Strike - Comparison of Results obtained from Measurements at a Scaled Building to those of IEC 62305-4
N2 - In the paper the results obtained from experiments at a modelled reinforced building in case of a direct lightning strike are compared with calculations. The comparison includes peak values of the magnetic field Hmax, its derivative (dH/dt)max and of induced voltages umax in typical cable routings. The experiments are performed at a 1:6 scaled building and the results are extrapolated using the similarity relations theory. The calculations are based on the approximate formulae given in IEC 62305-4 and have to be supplemented by a rough estimation of the additional shielding effect of a second reinforcement layer. The comparison shows, that the measured peak values of the magnetic field and its derivative are mostly lower than the calculated. The induced voltages are in good agreement. Hence, calculations of the induced voltages based on IEC 62305-4 are a good method for lightning protection studies of buildings, where the reinforcement is used as a grid-like electromagnetic shield.
N2 - Auswirkungen eines direkten Blitzeinschlages auf ein Gebäude, Vergleich von experimentellen Ergebnissen und Berechnungen basierend auf einer Formel aus der IEC 62305-4
KW - Blitz
KW - Direkter Blitzschlag
KW - Elektromagnetischer Schutzschild
KW - Magnetische Felder
KW - Induzierte Spannungen
KW - Kalkulation
KW - Direct lightning strike
KW - electromagnetic shield
KW - magnetic fields
KW - induced voltages
KW - calculations
Y1 - 2004
SN - 0304-3886
N1 - Journal of electrostatics: Beitr. auf S. 379 - 385. doi:10.1016/j.elstat.2006.09.004
ER -
TY - CHAP
A1 - Zischank, Wolfgang J.
A1 - Heidler, Fridolin
A1 - Wiesinger, J.
A1 - Stimper, K.
A1 - Kern, Alexander
A1 - Seevers, M.
T1 - Magnetic Fields and Induced Voltages inside LPZ 1 Measured at a 1:6 Scale Model Building
N2 - Laborexperimente zu Blitzschutzzonen in Stahlbetongebäuden anhand eines Modells im Maßstab 1:6
N2 - For the application of the concept of Lightning Protection Zones (LPZ), the knowledge of the magnetic fields and induced voltages inside a structure is necessary. Laboratory experiments have been conducted at a downscaled model of a building (scale factor 1:6) to determine these electromagnetic quantities in case of a direct strike to the structure. The model (3 m x 2 m x 2 m) represented a small industrial building using the reinforcement of the concrete as electromagnetic shield. The magnetic fields and magnetic field derivatives were measured at several location inside the scaled model. Further, the voltages induced on three typical cable routes inside the model was determined. The influence of the lightning current waveshape, point-of-strike, bonding of the cable routes, and bridging of an expansion joint in the middle of the building on these quantities was studied.
KW - Blitzschlag
KW - Elektromagnetischer Schutzschild
KW - Stahlbeton
KW - Maßstabsgetreues Modell
KW - Lightning
KW - electromagnetic shielding
KW - reinforced concrete
KW - scaled model
Y1 - 2004
ER -
TY - CHAP
A1 - Krichel, Frank
A1 - Kern, Alexander
A1 - Krämer, Heinz-Josef
A1 - Wettingfeld, Jürgen
A1 - Reetz, Josef
A1 - Kienlein, Manfred
T1 - Blitzschutzmaßnahmen für Photovoltaik- und kleine Windenergieanlagen – Einige Beispiele
T1 - Lightning Protection for photovoltaic and small wind energy power plants
N2 - Ein von der Arbeitsgemeinschaft (AG) Solar NRW und diversen Industriepartnern gefördertes und an der Fachhochschule Aachen, Abt. Jülich durchgeführtes Forschungsprojekt „Blitzschutz für netz-autarke Hybridanlagen“ machte es möglich, sich mit dem Blitzschutz speziell solcher Anlagen näher zu beschäftigen. Vermehrt bekannt gewordene Schadensfälle an nicht netz-gekoppelten Hybridanlagen waren der Auslöser, den Schutz zu überdenken. Definiertes Ziel war es, für netz-autarke energietechnische Anlagen ein Konzept zum Schutz vor Blitzeinwirkungen zu erstellen. Diese Anlagen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Photovoltaikanlagen, ggf. auch Solarthermieanlagen und einem oder mehreren kleineren Windgeneratoren (sie werden deshalb auch als Hybridanlagen bezeichnet). Zur Erhöhung der Versorgungssicherheit kann noch ein Dieselaggregat dazukommen. Hybridanlagen werden vor allem in Gebieten mit sehr schlechter öffentlicher Energieversorgung eingesetzt, d.h. insbesondere in relativ dünn bewohnten Gebieten und in Entwicklungsländern. Dem Blitzschutz von Hybridanlagen kommt dabei eine steigende Bedeutung zu. Besonderes Augenmerk in dem genannten Forschungsprojekt sollte dabei auf die technisch/wirtschaftliche Ausgewogenheit des Schutzes gelegt werden: • die Schutzmaßnahmen sollen nur in solchen Fällen eingesetzt werden, wo dies als Ergebnis von Risikoanalysen sinnvoll erscheint; • für typische netz-autarke Hybridanlagen sollen die Schutzmaßnahmen ohne deutliche Verteuerung realisierbar sein (es soll also kein absoluter Schutz realisiert werden; ggf. soll lediglich der auftretende Schaden soweit möglich minimiert werden). Dazu wurde in einem ersten Schritt zunächst eine Aufnahme des Iststandes einiger typischer netz-autarker Hybridanlagen und deren einzelnen Komponenten durchgeführt. Aufgrund dessen wurde eine umfassende Risikoanalyse zur Blitzbedrohung dieser Anlagen auf der Basis von VDE V 0185 Teil 2:2002-11 [1] erstellt. Die Ergebnisse mündeten in ein technisch/wirtschaftlich ausgewogenes Konzept für den Anlagen- Blitzschutz (d.h. insbesondere dem Schutz vor direkten Blitzeinschlägen und deren unmittelbaren Auswirkungen) nach VDE V 0185 Teil 3:2002-11 [2] und für den Elektronik-Blitzschutz (d.h. für den Schutz vor Überspannungen durch direkte, insbesondere aber auch indirekte Blitzeinschläge) nach VDE V 0185 Teil 4:2002-11 [3]. Aufgrund der gesammelten Ergebnisse konnten dabei allgemeine Empfehlungen für den Äußeren und Inneren Blitzschutz von regenerativen Energieerzeugungssystemen erstellt werden. Diese sollen in Schulungen einmünden, die für Hersteller und Betreiber von Hybridanlagen angeboten werden. Durch die Anwendung wird der Schutz der Anlagen vor Blitzeinwirkung und elektromagnetischen Störungen verbessert, was sich in einer reduzierten Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. erhöhten Verfügbarkeit wiederspiegelt. An einigen ausgewählten Anlagen werden mit Hilfe der im Projekt involvierten Industriepartner die Schutzmaßnahmen realisiert. Hierbei entstanden den Eigentümern bzw. Betreibern der Anlagen keine Kosten. In diesem Beitrag werden beispielhaft drei Anlagenprojekte detailliert gezeigt. Es handelt sich dabei um eine Schweinezuchtfarm in Magallón (Spanien, Zaragozza), das bioklimatische Haus (Kreta, Heraklion) und die Tegernseer- Hütte (Deutschland, Lenggries).
KW - Blitzschutz
KW - Photovoltaikanlagen
KW - Windenergieanlagen
KW - Lightning protection
KW - photovoltaic system
KW - wind turbine
Y1 - 2003
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
T1 - Risikomanagement nach DIN V 0185-2 VDE V 0185 Teil 2: 2002-11 - Einige Beispiele und erste Erfahrungen
T1 - Risk management based on DIN V 0185-2 VDE V 0185 part 2: 2002-11 - Some examples and first experiences
N2 - Die neue Vornorm VDE V 0185 Teil 2 „Risikomanagement: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen“ [1] ist seit November 2002 gültig. Sie ermöglicht nicht nur die Ermittlung der Schutzklasse eines Blitzschutzsystems, sondern auch die Untersuchung zur Notwendigkeit anderer Schutzmaßnahmen gegen Blitzeinwirkungen (Überspannungsschutzgeräte in Unterverteilern und/oder an Endgeräten, Schirmung des Gebäudes und/oder interner Räume, Potentialsteuerung, Brandmelde- und Feuerlöscheinrichtungen, etc.) nach objektiven Kriterien und damit in einer für alle Beteiligten grundsätzlich nachvollziehbaren Art und Weise. Dass eine solche Analyse rel. komplex sein muss und der intensiven Beschäftigung bedarf, ist deshalb nicht verwunderlich. Die Komplexität des Verfahrens sollte allerdings nicht dazu führen, die Vornorm als Ganzes abzulehnen. Die Vornorm beruht auf dem Stand der Diskussion im internationalen Normengremium IEC TC81 WG9 Ende des Jahres 2000. Integriert wurden einige nationale Besonderheiten, die aus Sicht des zuständigen Normenkomitees DKE K251 erforderlich erschienen. In Deutschland konnten und können nun erste breite Erfahrungen in der Anwendung dieser Risikoanalyse gesammelt werden; in anderen Ländern ist dies noch nicht möglich. Diese Erfahrungen können dann, nach Diskussion im nationalen Rahmen, in die internationale Normenarbeit eingebracht werden. Im folgenden Beitrag sollen einige, seit Erscheinen der Vornorm oft wiederkehrende Fragen dargestellt und Lösungsvorschläge vorgestellt werden. Dabei wird auch auf die Tendenzen im internationalen Normengremium IEC TC81 WG9 eingegangen, d.h. auf den aktuellen Entwurf zur IEC 62305-2 [3]. Die Lösungsvorschläge werden begründet, sind allerdings weitestgehend subjektive Meinung des Autors. Für übliche bauliche Anlagen ist die Anwendung der Vornorm rel. einfach möglich. Auch für spezielle Fälle können die darin festgelegten Verfahren herangezogen werden; allerdings sind dann einige weiterführende Überlegungen notwendig, die der Planer von Blitzschutzsystemen durchführen muss. Anhand zweier Beispiele soll die Anwendung der VDE V 0185 Teil 2 auf solche speziellen Fälle dargestellt werden.
KW - Blitzschutz
KW - Risikomanagement
KW - Lightning protection
KW - risk management
Y1 - 2003
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Krämer, Heinz-Josef
T1 - Blitzschutzkonzept für eine bauliche Anlage mit Stahlkonstruktion und metallenen Wänden
N2 - Bauliche Anlagen mit Stahlkonstruktionen (bzw. auch Stahlbetonskelett- Konstruktionen) und metallenen Wänden sind bereits in sehr großer Zahl errichtet. Dazu gehören kleinere bis größere Lagerhallen ebenso wie Einkaufszentren. Sie zeichnen sich durch große Flexibilität, einfache Planung, kurze Bauzeit und rel. geringe Kosten aus. Auch in der nahen Zukunft ist deshalb mit Planung und Errichtung weiterer solcher baulicher Anlagen zu rechnen. Abhängig von der Nutzung der Hallen sind auch mehr oder weniger umfangreiche elektrische und elektronische Systeme vorhanden, die wichtige Funktionen sicherstellen müssen. Der Blitzschutz für diese baulichen Anlagen sollte sich also nicht nur im „klassischen“ Gebäude-Blitzschutz nach DIN V 0185-3 VDE V 0185 Teil 3 [1] erschöpfen; ein Ergänzung hin zu einem sinnvollen Grundschutz der elektrischen und elektronischen Systeme nach DIN V 0185-4 VDE V 0185 Teil 4 [2] ist anzuraten. Im folgenden Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, mit dem ein hochwertiger Blitzschutz sowohl der baulichen Anlage und der darin befindlichen Personen, als auch der elektrischen und elektronischen Systeme verwirklicht werden kann. Insbesondere bei großflächigen Hallen stellen sich dabei besondere Anforderungen. Das Konzept und die zugehörigen blitzschutz-technischen Maßnahmen können drei Hauptbereichen zugeordnet werden: - Äußerer Blitzschutz; - Innerer Blitzschutz; - weitergehende besondere Maßnahmen. Das Konzept sowie die Maßnahmen werden allgemein beschrieben und teilweise anhand einer ausgeführten Anlage mit Fotos beispielhaft dokumentiert.
KW - Blitzschutz
KW - Stahlbetonkonstruktion
KW - Lightning protection
KW - reinforced concrete
Y1 - 2003
ER -
TY - JOUR
A1 - Kern, Alexander
A1 - Krichel, Frank
T1 - Überlegungen zum Blitzschutzkonzept für regenerative Energieanlagen
N2 - Dem Blitzschutz von Anlagen der regenerativen Energien kommt in Zukunft eine steigende Bedeutung zu. Dabei ist es notwendig zu berücksichtigen, dass die Schutzmaßnahmen technisch/wirtschaftlich ausgewogen sind. Erbauer, Besitzer oder Benutzer von netzautarken Hybridanlagen haben zu entscheiden, ob die Anlage einen Schutz braucht oder nicht. Um diese Entscheidung zu fällen, ist eine Risikoanalyse als erster Schritt sinnvoll. Diese muss dabei die für die Hybridanlage relevanten Schadenarten und spezifischen Parameter, Werte und Randbedingungen mit einbeziehen. Dazu ist die Hilfe eines Blitzschutzexperten sehr hilfreich.
KW - Alternative Energiequelle
KW - Energietechnische Anlage
KW - Blitzschutz
KW - Blitzschutz
KW - Regenerative Energieanlagen
KW - Lightning protection
KW - renewable energy
Y1 - 2003
ER -
TY - CHAP
A1 - Darveniza, M.
A1 - Flisowski, Z.
A1 - Kern, Alexander
A1 - Landers, E.-U.
A1 - LoPiparo, G.
A1 - Mazzetti, C.
A1 - Rousseau, A.
A1 - Sherlock, J.
T1 - Application problems of the probabilistic approach to the assessment of risk for structures and services
N2 - The paper deals with the development of the probabilistic approach to the assessment of risk due to lightning. Sources of damage, types of damage and types of loss are defined and, accordingly, the procedure for risk analysis and the way of assessment of different risk components is proposed. The way to evaluate the influence of different protection measures (lightning protection system; shielding of structure, cables and equipment; routing of internal wiring; surge protective device) in reducing such probabilities is considered. The paper has been prepared within the framework of the activity of IEC TC81-WG9/CLC TC81-WG4 directed to prepare the draft IEC 62305-2 Risk Management, in cooperation with the Secretary of IEC/CLC TC81.
KW - Blitzschutz
KW - Risikoabwägung
KW - Lightning protection system
KW - risk assessment
KW - protection measures
Y1 - 2002
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Krichel, Frank
T1 - Considerations about the lightning protection system of mains independent renewable energy hybrid-systems - practical experiences
N2 - In the paper a lightning protection design concept for renewable energy hybrid-systems without power mains connection is described. Based on a risk analysis protection measures against direct strikes and overvoltages are shown in an overview. The design concept is realized exemplarily for the hybrid-system VATALI on the Greek island Crete. VATALI, not lightning protected at that time, was a victim of a lightning strike in the year 2000 causing destructions and damages of some mechanical and electrical components with costs of approx. 60.000 €. The hardware costs for the protection measures were about 15.000 €: about 50% of the costs are due to protection measures against direct strikes, 50% are due to overvoltage protection.
KW - Blitzschutz
KW - Erneuerbare Energien
KW - Hybridsystem
KW - Photovoltaikanlage
KW - Windenergieanlage
KW - Lightning protection
KW - renewable energy
KW - hybrid system
KW - photovoltaic system
KW - wind turbine
Y1 - 2002
ER -
TY - CHAP
A1 - Zischank, Wolfgang J.
A1 - Heidler, Fridolin
A1 - Kern, Alexander
A1 - Metwally, I. A.
A1 - Wiesinger, J.
A1 - Seevers, M.
T1 - Laboratory simulation of direct lightning strokes to a modelled building - measurement of magnetic fields and induced voltages
N2 - In IEC 61312-2 equations for the assessment of the magnetic fields inside structures due to a direct lightning strike are given. These equations are based on computer simulations for shields consisting of a single-layer steel grid of a given mesh width. Real constructions, however, contain at least two layers of reinforcement steel grids. The objective of this study was to experimentally determine the additional shielding effectiveness of a second reinforcement layer compared to a single-layer grid. To this end, simulated structures were set up in the high current laboratory. The structures consisted of cubic cages of 2 m side length with one or with two reinforcement grids, respectively. The structures were exposed to direct lightning currents representing the variety of anticipated lightning current waveforms. The magnetic fields and their derivatives at several positions inside the structure as well as the voltage between “floor” and “roof” in the center were determined for different current injection points. From these data the improvement of the shielding caused by a second reinforcement layer is derived.
KW - Direkter Blitzschlag
KW - Elektromagnetischer Schutzschild
KW - Magnetische Felder
KW - Induzierte Spannungen
KW - Stahlbetonkonstruktion
KW - Lightning
KW - electromagnetic shielding
KW - magnetic field
KW - reinforced concrete
KW - induced voltage
Y1 - 2002
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Meppelink, Jan
T1 - Neue Möglichkeiten elektrischer Anschlüsse an die Bewehrung und Untersuchung der Wirkung von Blitzströmen in bewehrtem Beton
N2 - Im Rahmen eines modernen Blitzschutzsystems für Stahlbeton-Bauten bietet es sich an, die Betonbewehrung zu benutzen: - Sie kann die Funktionen der Ableitungseinrichtungen und des Blitzschutz- Potentialausgleichs bei einem klassischen Gebäude-Blitzschutz übernehmen [1]; - Sie kann, ggf. bei entsprechender Ergänzung, als ein geschlossener Käfig ausgebildet werden und damit eine deutliche Reduzierung der Belastung elektrischer / elektronischer Systeme durch blitzinduzierte elektromagnetische Felder erbringen (LEMP-Schutz [2]). Die Nutzung der Bewehrung ist dabei grundsätzlich gleichermaßen bei Neubauten wie auch bei Ertüchtigungen möglich und sinnvoll. So stellt die Nutzung der Bewehrung beispielsweise im Bereich von Großkraftwerken eine wesentliche Ertüchtigungsmaßnahme für den Blitzschutz elektrischer und elektronischer Einrichtungen dar: - Einerseits wird der Blitzschutz-Potentialausgleich durch den Anschluss metallener Einrichtungen wie Elektronik-Schränke, Kabeltrag-Konstruktionen, Rohrleitungen, etc. an die Bewehrung deutlich verbessert. - Andererseits kann bei größeren Gebäuden die elektromagnetische Schirmwirkung durch die elektrische Überbrückung von vorhandenen Dehnfugen bei Stahlbetonbauten optimiert werden. Diese Dehnfugen sind teilweise nur unzureichend überbrückt, so dass bei Blitzeinschlag in das betreffende oder ein benachbartes Gebäude an Kabelstrecken, die über die Dehnfuge hinwegführen, rel. hohe Spannungen induziert werden können [2, 3]. Die sich um das gesamte Gebäude herumziehende oder zwischen zwei Gebäuden befindliche Dehnfuge muss deshalb im Abstand von maximal einigen Metern überbrückt werden. Im Falle von Blitzschutz-Ertüchtigungen in vorhandenen Gebäuden wird bisher an jeder geplanten Anschlussstelle die Bewehrung großflächig (∅ wenige 10 cm) freigelegt, dort ein elektrischer Anschluss zu dem Bewehrungsstab hergestellt, z.B. mittels eines Erdungsfestpunkts, und dann die Betonoberfläche wieder geschlossen. Je nach prognostizierter Strombelastung wird teilweise versucht, den über den Anschluss fließenden Strom bereits auf mehrere Bewehrungsstäbe zu verteilen. Dazu sind entweder die kreuzenden Stäbe zu verschweißen oder es sind direkt Anschlüsse an zwei Bewehrungsstäbe herzustellen. All dieses bedeutet einen hohen Aufwand bei der Freilegung der Bewehrung und auch wieder bei der Schließung der entstandenen Betonlöcher. Es soll deshalb hier untersucht werden, ob es beispielsweise zum Zwecke des Blitzschutz-Potentialausgleichs und auch zur Überbrückung von Dehnfugen ausreichend ist, den Anschluss an die Bewehrung nach einfachen Verfahren nur jeweils an einen Bewehrungsstab herzustellen. Damit würde der finanzielle und administrative Aufwand an Betonarbeiten deutlich reduziert. Die hier dargestellten Verfahren sind dabei insbesondere für den Einsatz bei Blitzschutz-Ertüchtigungen in bestehenden Gebäuden vorgesehen. Abschließend sollen deshalb die Möglichkeiten zur Prüfung korrekter Anschlüsse, die Grenzen der Verfahren sowie auch die Grenzen der Anwendbarkeit bei Neuanlagen diskutiert werden.
KW - Blitzschutz
KW - Stahlbetonkonstruktion
KW - Lightning Protection
KW - reinforced concrete
Y1 - 2001
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Neskakis, Apostolos
A1 - Müller, Klaus-Peter
T1 - Blitzschutzkonzept für eine netz-autarke Hybridanlage am Beispiel der Anlage VATALI auf Kreta
N2 - Netz-autarke Anlagen bestehen üblicherweise aus einer oder mehreren Photovoltaik- (PV-) Anlagen, ggf. auch Solarthermie- (ST-) Anlagen und einem oder mehreren kleineren Windgeneratoren (sie werden deshalb auch als Hybridanlagen bezeichnet) und werden vor allem in Gegenden mit sehr schlechter öffentlicher Energieversorgung eingesetzt, d.h. insbesondere in rel. dünn bewohnten Gebieten und in Entwicklungsländern. Der Blitzschutz von netz-autarken Hybridanlagen ist ein bislang noch vergleichsweise unzureichend bearbeitetes Fachgebiet. Für große Windenergie-Anlagen (WEA) wurde in den letzten Jahren eine Zahl von FuE-Projekten durchgeführt, zum Großteil finanziert durch die öffentliche Hand, zum kleineren Teil auch durch die Industrie, d.h. die WEAHersteller. Dabei wurden bestehende Defizite im Design der WEA festgestellt und Maßnahmen vorgeschlagen, die vor den mechanischen Zerstörungen insbesondere des Rotors und vor den Störungen und Zerstörungen an den elektrischen / elektronischen Systemen der WEA weitgehend Schutz bieten [1, 2, 3]. Der Stand-der- Normung ist im Entwurf DIN VDE 0127 Teil 24 „Blitzschutz für Windenergieanlagen“ (dt. Übersetzung des internationalen Drafts IEC 61400-24 „Wind turbine generator systems; Part 24: Lightning Protection“) dokumentiert [4]. Die Maßnahmen sind allerdings insbesondere für größere WEA vorgesehen; im Falle kleinerer WEA lassen sie sich nur bedingt umsetzen. Trotzdem sind auch kleinere WEA rel. stark blitzeinschlaggefährdet, wenn sie auf einer Bergkuppe o.ä. platziert werden. Für solche kleinere WEA, wie sie bei Hybridanlagen üblicherweise Verwendung finden, müssen die Blitzschutzmaßnahmen aus der DIN VDE 0127 Teil 24 angepasst werden. Für PV- und ST-Anlagen ist eine entsprechende Blitzschutz-Norm noch nicht in Sicht. Hier ist vor allem der Schutz gegen direkte Blitzeinschläge in die Anlage bzw. die Gebäude noch nicht ausreichend beachtet. Blitzfangeinrichtungen sind oft nicht vorgesehen. In aller Regel hat man dabei bisher eine Ausführungsform des Blitzschutzes realisiert, die primär einen Ferneinschlag berücksichtigt und die dabei entstehenden induzierten, rel. energieschwachen Überspannungen durch schwächere Schutzelemente wie Rückstromdioden, Bypassdioden und zum Teil thermisch überwachte Varistoren begrenzt [5, 6, 7]. Diese Schutzelemente können allerdings bei Naheinschlägen bzw. Direkteinschlägen überlastet und damit zerstört werden. Darüber hinaus können Nahoder Direkteinschläge auch zur Schwächung der elektrischen Festigkeit der PVModulisolierung führen. Die Folge davon sind lokale extreme Wärmeentwicklungen, die sogar ein Schmelzen von Glas (sekundärer Langzeiteffekt) hervorrufen könnten. Bei einem Blitzeinschlag in die netz-autarke Hybridanlage VATALI auf Kreta im Jahre 2000 wurden sowohl einige mechanische wie auch elektrische Komponenten der Anlage zerstört bzw. zum Teil schwer beschädigt. Die Anlage VATALI besaß zum Zeitpunkt des Blitzeinschlags keinen wirksamen Blitzschutz. Der Gesamtschaden der Hardware belief sich auf ca. 60.000,- EURO. Die exponierte Stellung der Anlage auf einer Bergspitze stellte und stellt nach wie vor ein enormes Blitzeinschlag-Risiko dar, so dass auch zukünftig mit Blitzeinwirkungen gerechnet werden muss. Die Anlage wurde inspiziert, blitzschutz-technische Erfordernisse definiert und daraus Ertüchtigungsmaßnahmen abgeleitet, die mit überschaubarem Aufwand realisierbar sind.
KW - Blitzschutz
KW - Hybridanlage
KW - Regenerative Energieanlagen
KW - Lightning protection
KW - renewable energy
KW - hybrid system
Y1 - 2001
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
A1 - Krichel, Frank
A1 - Müller, Klaus-Peter
T1 - Lightning protection design of a renewable energy hybrid-system without power mains connection
N2 - In the year 2000 a direct lightning strike to the hybridsystem without power mains connection VATALI on the Greek island Crete results in the destruction and damage of some mechanical and electrical components. The hybrid-system VATALI was not lightning protected at that time. The hardware damage costs are approx. 60,000 €. The exposed site of the hybrid-system on top of a mountain was and still is the reason for a high risk of lightning strikes. Also in the future further lightning strikes have to be taken into consideration. In the paper a fundamental lightning protection design concept for renewable energy hybrid-systems without power mains connection and protection measures against direct strikes and overvoltages are shown in detail. The design concept was realized exemplarily for the hybrid-system VATALI. The hardware costs for the protection measures were about 15,000 €. About 50% of the costs are due to protection measures against direct strikes, 50% are due to overvoltage protection. Future extensions, new installations, or modifications have to be included into the lightning protection design concept of the hybrid-system.
KW - Blitzschutz
KW - Erneuerbare Energien
KW - Hybridsystem
KW - Lightning protection
KW - Renewable energy
KW - hybrid-system
Y1 - 2001
ER -
TY - CHAP
A1 - Zischank, Wolfgang J.
A1 - Kern, Alexander
A1 - Frentzel, Ralf
A1 - Heidler, Fridolin
A1 - Seevers, M.
T1 - Assessment of the lightning transient coupling to control cables interconnecting structures in large industrial facilities and power plants
N2 - Large industrial facilities and power plants often require a huge number fo information and control cables between the differnet structures. These I&C-cables can be routed in reinforced concrete cable ducts or in isolated buried cable runs. KTA 2206 is the German lightning protection standard for nuclear power plants. During the last several years considerable effort has been made to revise this standard. Despite the well established principles and design guidelines for the construction of the lightning protection system, this standard puts special emphasis on the coupling of transient overvoltages to I&C-cables.
KW - Blitzschutz
KW - Elektromagnetische Kopplung
KW - Überspannung
KW - Kraftwerke
KW - Industrieanlagen
KW - Lightning
KW - current distribution
KW - electromagnetic coupling
KW - overvoltages
Y1 - 2000
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
T1 - Abschätzung des Blitzschadensrisikos für bauliche Anlagen - Die neue Bestimmung DIN V VDE V 0185 Teil 2 : 2002 - Allgemeines, Abschätzungsverfahren, Berechnungsbeispiele
N2 - Ein vorausschauendes Risikomanagement beinhaltet, Risiken für das Unternehmen zu kalkulieren. Es liefert Entscheidungsgrundlagen, um diese Risiken zu begrenzen und es macht transparent, welche Risiken sinnvollerweise über Versicherungen abgedeckt werden sollten. Beim Versicherungsmanagement ist jedoch zu bedenken, dass zur Erreichung bestimmter Ziele Versicherungen nicht immer geeignet sind (z.B. Erhaltung der Lieferfähigkeit). Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Risiken lassen sich durch Versicherungen nicht verändern. Bei Unternehmen, die mit umfangreichen elektronischen Einrichtungen produzieren oder Dienstleistungen erbringen (und das sind heutzutage wohl die meisten), muss auch das Risiko durch Blitzeinwirkungen besondere Berücksichtigung finden. Dabei ist zu beachten, dass der Schaden aufgrund der Nicht-Verfügbarkeit der elektronischen Einrichtungen und damit der Produktion bzw. der Dienstleistung und ggf. der Verlust von Daten den Hardware-Schaden an der betroffenen Anlage oft bei weitem übersteigt. Im Blitzschutz gewinnt innovatives Denken in Schadensrisiken langsam an Bedeutung. Risikoanalysen haben die Objektivierung und Quantifizierung der Gefährdung von baulichen Anlagen und ihrer Inhalte durch direkte und indirekte Blitzeinschläge zum Ziel. Seinen Niederschlag hat dieses neue Denken in der neuen deutschen Vornorm DIN V 0185-2 VDE V 0185 Teil 2 [1] gefunden. Die hier vorgegebene Risikoanalyse gewährleistet, dass ein für alle Beteiligten nachvollziehbares Blitzschutz-Konzept erstellt werden kann, das technisch und wirtschaftlich optimiert ist, d.h. bei möglichst geringem Aufwand den notwendigen Schutz gewährleisten kann. Die sich aus der Risikoanalyse ergebenden Schutzmaßnahmen sind dann in den weiteren Normenteilen der neuen Reihe VDE V 0185 [2, 3] detailliert beschrieben.
KW - Blitzschutz
KW - Risikomanagement
KW - Risikoabschätzung
KW - Lightning protection
KW - Risk management
KW - Risk assessment
Y1 - 2003
ER -
TY - JOUR
A1 - Kern, Alexander
T1 - Risikomanagement für den Blitzschutz - Abschätzung des Blitzschadensrisikos nach der neuen Vornorm VDE V 0185 Teil 2 : 2002
N2 - Ein vorausschauendes Risikomanagement beinhaltet, Risiken zu kalkulieren. Es liefert Entscheidungsgrundlagen, um diese Risiken zu begrenzen und es macht transparent,welche Risiken sinnvoll über Versicherungen abgedeckt werden sollten. Bei Unternehmen, die mit umfangreichen elektronischenEinrichtungen produzieren oder Dienstleistungen erbringen (und das sind heutzutage wohl die meisten), muss auch das Risiko durch Blitzeinwirkungen besondere Berücksichtigung finden. Dabei ist zu beachten, dass der Schaden aufgrund der Nichtverfügbarkeit der elektronischen Einrichtungen und damit derProduktion bzw. der Dienstleistung und ggf. der Verlust von Daten den Hardwareschaden an der betroffenen Anlage oft bei weitem übersteigt.
KW - Blitzschutz
KW - Risikomanagement
KW - Risikoabschätzung
KW - Lightning protection
KW - Risk management
KW - Risk assessment
Y1 - 2003
ER -
TY - CHAP
A1 - Kern, Alexander
T1 - Risikomanagement : Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen - Die neue Vornorm DIN V VDE V 0185 Teil 2 : 2002
N2 - Alle Unternehmen sind vielfältigen Risiken ausgesetzt, die Finanz- und Betriebsbereiche einschließlich Dienstleistungen betreffen können. Die Firmen müssen üblicherweise Risiken eingehen, um im Wettbewerb bestehen zu können. Entscheidend ist, dass man sich über die Risiken bewusst ist, diese einschätzen und kontrollieren kann. Falsche Einschätzungen, Versäumnisse und Fehlentscheidungen können empfindliche finanzielle Schäden bis hin zum Totalverlust nach sich ziehen. Ein effektives Risikomanagement ist heute als wichtiger Sicherheitsfaktor anzusehen und sollte zur strategischen Unternehmensführung gehören. Ein vorausschauendes Risikomanagement beinhaltet, Risiken für das Unternehmen zu kalkulieren. Es liefert Entscheidungsgrundlagen, um diese Risiken zu begrenzen und es macht transparent, welche Risiken sinnvollerweise über Versicherungen abgedeckt werden sollten. Beim Versicherungsmanagement ist jedoch zu bedenken, dass zur Erreichung bestimmter Ziele Versicherungen nicht geeignet sind (z.B. Erhaltung der Lieferfähigkeit). Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Risiken lassen sich durch Versicherungen nicht verändern. Bei Unternehmen, die mit umfangreichen elektronischen Einrichtungen produzieren oder Dienstleistungen erbringen (und das sind heutzutage wohl die meisten), muss auch das Risiko durch Blitzeinwirkungen besondere Berücksichtigung finden. Dabei ist zu beachten, dass der Schaden aufgrund der Nicht-Verfügbarkeit der elektronischen Einrichtungen und damit der Produktion bzw. der Dienstleistung und ggf. der Verlust von Daten den Hardware-Schaden an der betroffenen Anlage oft bei weitem übersteigt. Im Blitzschutz gewinnt innovatives Denken in Schadensrisiken langsam an Bedeutung. Risikoanalysen haben die Objektivierung und Quantifizierung der Gefährdung von baulichen Anlagen und ihrer Inhalte durch direkte und indirekte Blitzeinschläge zum Ziel. Seinen Niederschlag hat dieses neue Denken in der neuen deutschen Norm DIN V 0185-2 VDE V 0185 Teil 2 gefunden. Die hier vorgegebene Risikoanalyse gewährleistet, dass ein für alle Beteiligten nachvollziehbares Blitzschutz-Konzept erstellt werden kann, das technisch und wirtschaftlich optimiert ist, d.h. bei möglichst geringem Aufwand den notwendigen Schutz gewährleisten kann. Die sich aus der Risikoanalyse ergebenden Schutzmaßnahmen sind dann in den weiteren Normenteilen der neuen Reihe VDE V 0185 detailliert beschrieben.
KW - Blitzschutz
KW - Risikomanagement
KW - Risikoabschätzung
KW - Versicherung
KW - Lightning protection
KW - Risk management
KW - Risk assessment ; Insurance
Y1 - 2002
ER -
TY - JOUR
A1 - Baroud, G.
A1 - Wu, J.Z.
A1 - Bohner, M
A1 - Sponagel, Stefan
A1 - Steffen, T.
T1 - How to determine the permeability for cement infiltration into osteoporotic cancellous bone
JF - Medical Engineering & Physics. 25 (2003), H. 4
N2 - Cement augmentation is an emerging surgical procedure in which bone cement is used to infiltrate and reinforce osteoporotic vertebrae. Although this infiltration procedure has been widely applied, it is performed empirically and little is known about the flow characteristics of cement during the injection process. We present a theoretical and experimental approach to investigate the intertrabecular bone permeability during the infiltration procedure. The cement permeability was considered to be dependent on time, bone porosity, and cement viscosity in our analysis. In order to determine the time-dependent permeability, ten cancellous bone cores were harvested from osteoporotic vertebrae, infiltrated with acrylic cement at a constant flow rate, and the pressure drop across the cores during the infiltration was measured. The viscosity dependence of the permeability was determined based on published experimental data. The theoretical model for the permeability as a function of bone porosity and time was then fit to the testing data. Our findings suggest that the intertrabecular bone permeability depends strongly on time. For instance, the initial permeability (60.89 mm4/N.s) reduced to approximately 63% of its original value within 18 seconds. This study is the first to analyze cement flow through osteoporotic bone. The theoretical and experimental models provided in this paper are generic. Thus, they can be used to systematically study and optimize the infiltration process for clinical practice.
KW - Osteoporose
KW - Permeabilität
KW - Viskose Strömung
KW - Viskosität
KW - Vertebroplastie
KW - Cement infiltration
KW - Vertebroplasty
KW - Osteoporosis
KW - Permeability
KW - Experiment
KW - Analysis
KW - Viscous flow
Y1 - 2003
SN - 1350-4533
SP - 283
EP - 288
ER -
TY - BOOK
A1 - Merten, Sabine
T1 - Verbesserung der Ausbildung in der Mikrosystemtechnik - virtuelle Labore bereiten auf die Herstellung realer Drucksensoren vor (2 Fassungen: konvertiert und original
N2 - Die Ausbildung in Hochtechnologien wie beispielsweise der Mikrosystemtechnik ist oft durch einen hohen Grad an Komplexität charakterisiert. Damit verbunden sind hohe Kosten für die Errichtung und den Betrieb der speziellen Laborräume und ihre häufig geringe Verfügbarkeit für die Studierenden. Zukünftige Ingenieure sammeln während ihrer Ausbildung aus diesen Gründen nur in beschränktem Umfang praktische Erfahrungen. Die Industrie hingegen fordert Personal mit hoher fachlicher Kompetenz, also fundiertem theoretischen Wissen und umfangreichen praktischen Kenntnissen. Dieser Diskrepanz – qualifizierte Ingenieure auf der einen Seite und eine eher theoretisch ausgerichtete Ausbildung auf der anderen Seite – wird mit einem neuen Blended-Learning-Konzept für MST-Technologiepraktika begegnet. Lernende werden über ein virtuelles Labor, das einen echten Reinraum mit realen Anlagen simuliert, intensiv auf reale Laborpraktika vorbereitet. Dabei geht es im virtuellen Labor gleichermaßen um die Vermittlung von Theorie und Praxis. Nur trainierte Teilnehmer mit einer intensiven Vorbereitung sind in der Lage, relativ eigenständig ein echtes MST-Bauteil innerhalb des anschließenden einwöchigen Laborkurses zu fertigen. Die Wirksamkeit des Konzeptes und die Steigerung des Lernerfolges durch die kombinierten virtuellen und realen Laborkurse wurden im Rahmen der Dissertation begleitend untersucht. Die Ergebnisse flossen direkt in die Weiterentwicklung der Technologiepraktika ein. Die Konzepte und Erkenntnisse sind zudem sehr interessant für die Entwicklung von Blended-Learning-Angeboten in ähnlichen oder anderen Fachgebieten sowie für weitere Bildungseinrichtungen. (Die Dissertation liegt hier in 2 Fassungen vor: Die Originalfassung ist nur bei guter Rechnerausstattung und guter Netzanbindung nutzbar, die konvertierte Fassung ist unverändert, allerdings sind Qualitätseinbußen beim Ausdruck einiger Grafiken möglich)
N2 - Education in high technologies, like e.g. Microsystems technology, is usually characterized by a high degree of complexity. In addition it is usually connected with large economic efforts for invest, operation and maintenance of the special laboratory facilities. The access to such facilities for educational purposes is often quite limited. Therefore engineering students rather rarely gather practical experience in such technologies during their university studies. In contrast, industry has a large demand for engineers with high professional competence, i.e. profound theoretical knowledge combined with substantial practical experience. The newly developed blended learning concept for MST laboratory training tries to bridge the gap between the need for qualified engineers and the more theoretical university education. The learners prepare intensively for real hands-on clean room trainings with a virtual technology laboratory, i.e. a computer simulation of the clean room machines and the corresponding processes. In the virtual technology laboratory the students brush up their theoretical knowledge and at the same time learn to operate the complex clean room machines. Only well trained and intensively prepared students are capable to produce a fully functional MST component within a compact clean room laboratory course of only one week duration and an only modest amount of supervision. The effectivity of this concept and the increase of the learning success due to the specific mixture of virtual and real laboratory sessions has been accompanied and analysed by this dissertation. The results have been used to further improve the laboratory courses. Concepts and results are also very attractive for comparable blended learning proposals in other technical disciplines.
KW - Mikrosystemtechnik
KW - Virtuelles Laboratorium
KW - Lernprogramm
KW - Hochschule / Lehre / Evaluation
KW - Computersimulation
KW - Drucksensor
KW - Blended-Learning
KW - Reinraumpraktikum
KW - blended learning
KW - hands-on cleanroom training
Y1 - 2005
N1 - Zugl.: Saarbrücken, Univ., Diss., 2005
ER -
TY - CHAP
A1 - Gebhardt, Andreas
A1 - Schmidt, Frank-Michael
T1 - Farbige Prototypen als Werkzeug für den Konstrukteur
T1 - Colored prototypes as instrument for the constructing engineer
N2 - Physische Prototypen, also Anschauungs- und Funktionsmodelle nach den generativen oder Rapid Prototyping (RP) Verfahren haben sich in diesem Zusammenhang vor allem als Hilfsmittel zur effektiven Kommunikation und zur Evaluierung von Produkteigenschaften einen festen Platz in der Produktentstehung erworben. Die positiven Effekte der etablierten RP Verfahren sind unumstritten. Einfachere, schnellere und wirtschaftlichere Maschinen (Prototyper, Fabrikator), vor allem auch für die Büroumgebung, geben neue Impulse im Sinne der Optimierung der heutigen Verfahren. Eine neue Dimension verspricht die Option „Farbe“ der bisher fast ausschließlich monochromen Modelle. Ist Farbe nur „nice to have“ oder welchen Effekt haben farbige Modelle als Werkzeug von Konstrukteuren und Produktenwicklern? Welche Perspektiven bietet „Farbe“ darüber hinaus?
KW - Prototyping
KW - Rapid prototyping
KW - Prototypen
KW - Funktionsmodelle
KW - Produktentstehung
KW - Prototyper
KW - Produktenwicklung
KW - prototypes
KW - working models
KW - product emergence
KW - prototyper
KW - product development
Y1 - 2005
ER -
TY - CHAP
A1 - Lang, H.
A1 - Wirtz, K.
A1 - Heitzer, Michael
A1 - Staat, Manfred
A1 - Oettel, R.
T1 - Zyklische Einspielversuche zur Verifikation von Shakedown-Analysen mittels FEM
T1 - Cyclic plastic deformation test to verify FEM-based shakedown analysis
N2 - Im Rahmen von Ermüdungsanalysen ist nachzuweisen, daß die thermisch bedingten fortschreitenden Deformationen begrenzt bleiben. Hierzu ist die Abgrenzung des Shakedown-Bereiches (Einspielen) vom Ratchetting-Bereich (fortschreitende Deformation) von Interesse. Im Rahmen eines EU-geförderten Forschungsvorhabens wurden Experimente mit einem 4-Stab-Modell durchgeführt. Das Experiment bestand aus einem wassergekühlten inneren Rohr und drei isolierten und beheizbaren äußeren Probestäben. Das System wurde durch alternierende Axialkräfte, denen alternierende Temperaturen an den äußeren Stäben überlagert wurden, belastet. Die Versuchsparameter wurden teilweise nach vorausgegangenen Einspielanalysen gewählt. Während der Versuchsdurchführung wurden Temperaturen und Dehnungen zeitabhängig gemessen. Begleitend und nachfolgend zur Versuchsdurchführung wurden die Belastungen und die daraus resultierenden Beanspruchungen nachvollzogen. Bei dieser inkrementellen elasto-plastischen Analyse mit dem Programm ANSYS wurden unterschiedliche Werkstoffmodelle angesetzt. Die Ergebnisse dieser Simulationsberechnung dienen dazu, die Shakedown-Analysen mittels FE-Methode zu verifizieren.
KW - Einspielen
KW - Traglast
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Shakedown
KW - shakedown analysis
KW - plastic deformation
Y1 - 1999
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
T1 - Direkte FEM-Berechnung der Tragfähigkeit hochbeanspruchter passiver Komponenten
T1 - Direct FEM-computation of load carrying capacity of highly loaded passive components
N2 - Genaue Kenntnis der Spannungen und Verformungen in passiven Komponenten gewinnt man mit detailierten inelastischen FEM Analysen. Die lokale Beanspruchung läßt sich aber nicht direkt mit einer Beanspruchbarkeit im strukturmechanischen Sinne vergleichen. Konzentriert man sich auf die Frage nach der Tragfähigkeit, dann vereinfacht sich die Analyse. Im Rahmen der Plastizitätstheorie berechnen Traglast- und Einspielanalyse die tragbaren Lasten direkt und exakt. In diesem Beitrag wird eine Implementierung der Traglast- und Einspielsätze in ein allgemeines FEM Programm vorgestellt, mit der die Tragfähigkeit passiver Komponenten direkt berechnet wird. Die benutzten Konzepte werden in Bezug auf die übliche Strukturanalyse erläutert. Beispiele mit lokal hoher Beanspruchung verdeutlichen die Anwendung der FEM basierten Traglast- und Einspielanalysen. Die berechneten Interaktionsdiagramme geben einen guten Überblick über die möglichen Betriebsbereiche passiver Komponenten. Die Traglastanalyse bietet auch einen strukturmechanischen Zugang zur Kollapslast rißbehafteter Komponenten aus hochzähem Material.
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Tragfähigkeit
KW - FEM-Programm
KW - FEM-computation
KW - load carrying capacity
Y1 - 1997
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
T1 - Limit and shakedown analysis for plastic design
N2 - Limit and shakedown theorems are exact theories of classical plasticity for the direct computation of safety factors or of the load carrying capacity under constant and varying loads. Simple versions of limit and shakedown analysis are the basis of all design codes for pressure vessels and pipings. Using Finite Element Methods more realistic modeling can be used for a more rational design. The methods can be extended to yield optimum plastic design. In this paper we present a first implementation in FE of limit and shakedown analyses for perfectly plastic material. Limit and shakedown analyses are done of a pipe–junction and a interaction diagram is calculated. The results are in good correspondence with the analytic solution we give in the appendix.
KW - Einspielen
KW - Traglast
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Traglastanalyse
KW - Einspielanalyse
KW - FEM
KW - limit analysis
KW - shakedown analysis
Y1 - 1997
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
T1 - Direct static FEM approach to limit and shakedown analysis
N2 - Safety and reliability of structures may be assessed indirectly by stress distributions. Limit and shakedown theorems are simplified but exact methods of plasticity that provide safety factors directly in the loading space. These theorems may be used for a direct definition of the limit state function for failure by plastic collapse or by inadaptation. In a FEM formulation the limit state function is obtained from a nonlinear optimization problem. This direct approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain technological input data, the computing time, and the numerical error. Moreover, the direct way leads to highly effective and precise reliability analyses. The theorems are implemented into a general purpose FEM program in a way capable of large-scale analysis.
KW - Einspielen
KW - Nichtlineare Optimierung
KW - Shakedown
KW - Shakedown
KW - limit load
KW - lower bound theorem
KW - nonlinear optimization
KW - reliability
Y1 - 2000
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Local and global collapse pressure of longitudinally flawed pipes and cylindrical vessels
N2 - Limit loads can be calculated with the finite element method (FEM) for any component, defect geometry, and loading. FEM suggests that published long crack limit formulae for axial defects under-estimate the burst pressure for internal surface defects in thick pipes while limit loads are not conservative for deep cracks and for pressure loaded crack-faces. Very deep cracks have a residual strength, which is modelled by a global collapse load. These observations are combined to derive new analytical local and global collapse loads. The global collapse loads are close to FEM limit analyses for all crack dimensions.
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Grenzwertberechnung
KW - Axialbelastung
KW - FEM
KW - Grenzwertberechnung
KW - Axialbelastung
KW - Traglastanalyse
KW - Limit analysis
KW - Global and local collapse
KW - Axially cracked pipe
KW - Pressure loaded crack-face
Y1 - 2005
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Plastic collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels
N2 - Improved collapse loads of thick-walled, crack containing pipes and vessels are suggested. Very deep cracks have a residual strength which is better modelled by a global limit load. In all burst tests, the ductility of pressure vessel steels was sufficiently high whereby the burst pressure could be predicted by limit analysis with no need to apply fracture mechanics. The relative prognosis error increases however, for long and deep defects due to uncertainties of geometry and strength data.
KW - Druckbehälter
KW - Stahl
KW - Druckbelastung
KW - Druckbeanspruchung
KW - Rohr
KW - Rohrbruch
KW - Druckbehälter
KW - Stahl
KW - Druckbelastung
KW - Druckbeanspruchung
KW - Rohrbruch
KW - Fehlerstellen
KW - pipes
KW - vessels
KW - load limit
KW - burst tests
KW - burst pressure
KW - flaw
Y1 - 2004
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
T1 - Design by Analysis of Pressure Components by non-linear Optimization
N2 - This paper presents the direct route to Design by Analysis (DBA) of the new European pressure vessel standard in the language of limit and shakedown analysis (LISA). This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for some examples from the DBA-Manual. One observation from the examples is, that the optimisation approach gives reliable and close lower bound solutions leading to simple and optimised design decision.
KW - Analytischer Zulaessigkeitsnachweis
KW - FEM
KW - Einspiel-Analyse
KW - design-by-analysis
KW - finite element analysis
KW - limit and shakedown analysis
Y1 - 2003
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Shakedown and ratchetting under tension-torsion loadings: analysis and experiments
N2 - Structural design analyses are conducted with the aim of verifying the exclusion of ratchetting. To this end it is important to make a clear distinction between the shakedown range and the ratchetting range. The performed experiment comprised a hollow tension specimen which was subjected to alternating axial forces, superimposed with constant moments. First, a series of uniaxial tests has been carried out in order to calibrate a bounded kinematic hardening rule. The load parameters have been selected on the basis of previous shakedown analyses with the PERMAS code using a kinematic hardening material model. It is shown that this shakedown analysis gives reasonable agreement between the experimental and the numerical results. A linear and a nonlinear kinematic hardening model of two-surface plasticity are compared in material shakedown analysis.
KW - Einspielen
KW - Einspielen
KW - Ratchetting
KW - Zug-Druck Belastung
KW - shakedown
KW - ratchetting
KW - tension–torsion loading
Y1 - 2003
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Direct finite element route for design-by-analysis of pressure components
N2 - In the new European standard for unfired pressure vessels, EN 13445-3, there are two approaches for carrying out a Design-by-Analysis that cover both the stress categorization method (Annex C) and the direct route method (Annex B) for a check against global plastic deformation and against progressive plastic deformation. This paper presents the direct route in the language of limit and shakedown analysis. This approach leads to an optimization problem. Its solution with Finite Element Analysis is demonstrated for mechanical and thermal actions. One observation from the examples is that the so-called 3f (3Sm) criterion fails to be a reliable check against progressive plastic deformation. Precise conditions are given, which greatly restrict the applicability of the 3f criterion.
KW - Einspielen
KW - Plastizität
KW - Deformation
KW - Analytischer Zulaessigkeitsnachweis
KW - Einspiel-Analyse
KW - fortschreitende plastische Deformation
KW - alternierend Verformbarkeit
KW - Einspiel-Kriterium
KW - Design-by-analysis
KW - Shakedown analysis
KW - Progressive plastic deformation
KW - Alternating plasticity
KW - Shakedown criterion
Y1 - 2005
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
T1 - The restricted influence of kinematic hardening on shakedown loads
N2 - Structural design analyses are conducted with the aim of verifying the exclusion of ratcheting. To this end it is important to make a clear distinction between the shakedown range and the ratcheting range. In cyclic plasticity more sophisticated hardening models have been suggested in order to model the strain evolution observed in ratcheting experiments. The hardening models used in shakedown analysis are comparatively simple. It is shown that shakedown analysis can make quite stable predictions of admissible load ranges despite the simplicity of the underlying hardening models. A linear and a nonlinear kinematic hardening model of two-surface plasticity are compared in material shakedown analysis. Both give identical or similar shakedown ranges. Structural shakedown analyses show that the loading may have a more pronounced effect than the hardening model.
KW - Biomedizinische Technik
KW - Einspielen
KW - Shakedown
KW - Ratcheting
KW - Bruchmechanik
KW - shakedown
KW - material shakedown
KW - linear kinematic hardening
KW - nonlinear kinematic hardening
KW - ratchetting
Y1 - 2002
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Cyclic plastic deformation tests to verify FEM-based shakedown analyses
N2 - Fatigue analyses are conducted with the aim of verifying that thermal ratcheting is limited. To this end it is important to make a clear distintion between the shakedown range and the ratcheting range (continuing deformation). As part of an EU-supported research project, experiments were carried out using a 4-bar model. The experiment comprised a water-cooled internal tube, and three insulated heatable outer test bars. The system was subjected to alternating axial forces, superimposed with alternating temperatures at the outer bars. The test parameters were partly selected on the basis of previous shakedown analyses. During the test, temperatures and strains were measured as a function of time. The loads and the resulting stresses were confirmed on an ongoing basis during performance of the test, and after it. Different material models were applied for this incremental elasto-plastic analysis using the ANSYS program. The results of the simulation are used to verify the FEM-based shakedown analysis.
KW - Materialermüdung
KW - Einspielen
KW - Materialermüdung
KW - shakedown analyses
KW - thermal ratcheting
KW - fatigue analyses
Y1 - 2001
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Direct FEM Limit and Shakedown Analysis with Uncertain Data
N2 - The structural reliability with respect to plastic collapse or to inadaptation is formulated on the basis of the lower bound limit and shakedown theorems. A direct definition of the limit state function is achieved which permits the use of the highly effective first order reliability methods (FORM) is achieved. The theorems are implemented into a general purpose FEM program in a way capable of large-scale analysis. The limit state function and its gradient are obtained from a mathematical optimization problem. This direct approach reduces considerably the necessary knowledge of uncertain technological input data, the computing time, and the numerical error, leading to highly effective and precise reliability analyses.
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Einspielen
KW - FEM
KW - Einspielanalyse
KW - shakedown
KW - limit load
KW - reliability analysis
KW - FEM
KW - direct method
Y1 - 2000
ER -
TY - JOUR
A1 - Vu, Duc-Khoi
A1 - Staat, Manfred
T1 - An algorithm for shakedown analysis of structure with temperature dependent yield stress
N2 - This work is an attempt to answer the question: How to use convex programming in shakedown analysis of structures made of materials with temperature-dependent properties. Based on recently established shakedown theorems and formulations, a dual relationship between upper and lower bounds of the shakedown limit load is found, an algorithmfor shakedown analysis is proposed. While the original problem is neither convex nor concave, the algorithm presented here has the advantage of employing convex programming tools.
KW - Einspielen
KW - Temperaturabhängigkeit
KW - Fließgrenze
KW - Shakedown
KW - shakedown analysis
KW - yield stress
Y1 - 2004
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - Basis Reduction for the Shakedown Problem for Bounded Kinematic Hardening Material
N2 - Limit and shakedown analysis are effective methods for assessing the load carrying capacity of a given structure. The elasto–plastic behavior of the structure subjected to loads varying in a given load domain is characterized by the shakedown load factor, defined as the maximum factor which satisfies the sufficient conditions stated in the corresponding static shakedown theorem. The finite element dicretization of the problem may lead to very large convex optimization. For the effective solution a basis reduction method has been developed that makes use of the special problem structure for perfectly plastic material. The paper proposes a modified basis reduction method for direct application to the two-surface plasticity model of bounded kinematic hardening material. The considered numerical examples show an enlargement of the load carrying capacity due to bounded hardening.
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Einspielen
KW - Basis Reduktion
KW - konvexe Optimierung
KW - FEM
KW - Druckgeräte
KW - Basis reduction
KW - Convex optimization
KW - FEM
KW - Shakedown analysis
Y1 - 2000
ER -
TY - JOUR
A1 - Staat, Manfred
T1 - LISA - a European project for FEM-based limit and shakedown analysis
N2 - The load-carrying capacity or the safety against plastic limit states are the central questions in the design of structures and passive components in the apparatus engineering. A precise answer is most simply given by limit and shakedown analysis. These methods can be based on static and kinematic theorems for lower and upper bound analysis. Both may be formulated as optimization problems for finite element discretizations of structures. The problems of large-scale analysis and the extension towards realistic material modelling will be solved in a European research project. Limit and shakedown analyses are briefly demonstrated with illustrative examples.
KW - Einspielen
KW - Traglast
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - Traglastanalyse
KW - Einspielanalyse
KW - FEM
KW - limit analysis
KW - shakedown analysis
Y1 - 2001
ER -
TY - JOUR
A1 - Kühn, Raoul-Roman
A1 - Haugner, Werner
A1 - Staat, Manfred
A1 - Sponagel, Stefan
T1 - A Two Phase Mixture Model based on Bone Observation
N2 - An optimization method is developed to describe the mechanical behaviour of the human cancellous bone. The method is based on a mixture theory. A careful observation of the behaviour of the bone material leads to the hypothesis that the bone density is controlled by the principal stress trajectories (Wolff’s law). The basic idea of the developed method is the coupling of a scalar value via an eigenvalue problem to the principal stress trajectories. On the one hand this theory will permit a prediction of the reaction of the biological bone structure after the implantation of a prosthesis, on the other hand it may be useful in engineering optimization problems. An analytical example shows its efficiency.
KW - Knochen
KW - Knochenbildung
KW - Knochenchirugie
KW - Strukturanalyse
KW - Schwammknochen
KW - Knochendichte
KW - Wolffsches Gesetz
KW - bone structure
KW - bone density
KW - Wolff's Law
KW - cancellous bone
Y1 - 2004
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
A1 - Hicken, E. F.
T1 - LISA - ein europäisches Projekt zur FEM-basierten Traglast- und Einspielanalyse
T1 - LISA - a European project for FEM-based limit and shakedown analysis
N2 - Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der Plastizität, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Anders als die klassische Behandlung nichtlinearer Probleme der Strukturmechanik führt die Methode auf Optimierungsprobleme. Diese sind bei realistischen FEM-Modellen sehr groß. Das hat die industrielle Anwendung der Traglast- und Einspielanalysen stark verzögert. Diese Situation wird durch das Brite-EuRam Projekt LISA grundlegend geändert. In LISA entsteht auf der Basis des industriellen FEM-Programms PERMAS ein Verfahren zur direkten Berechnung der Tragfähigkeit duktiler Strukturen. Damit kann der Betriebsbereich von Komponenten und Bauwerken auf den plastischen Bereich erweitert werden, ohne den Aufwand gegenüber elastischen Analysen wesentlich zu erhöhen. Die beachtlichen Rechenzeitgewinne erlauben Parameterstudien und die Berechnung von Interaktionsdiagrammen, die einen schnellen Überblick über mögliche Betriebsbereiche vermitteln. Es zeigt sich, daß abhängig von der Komponente und ihren Belastungen teilweise entscheidende Sicherheitsgewinne zur Erweiterung der Betriebsbereiche erzielt werden können. Das Vorgehen erfordert vom Anwender oft ein gewisses Umdenken. Es werden keine Spannungen berechnet, um damit Sicherheit und Lebensdauer zu interpretieren. Statt dessen berechnet man direkt die gesuchte Sicherheit. Der Post-Prozessor wird nur noch zur Modell- und Rechenkontrolle benötigt. Das Vorgehen ist ähnlich der Stabilitätsanalyse (Knicken, Beulen). Durch namhafte industrielle Projektpartner werden Validierung und die Anwendbarkeit auf eine breite Palette technischer Probleme garantiert. Die ebenfalls in LISA entwickelten Zuverlässigkeitsanalysen sind nichlinear erst auf der Basis direkter Verfahren effektiv möglich. Ohne Traglast- und Einspielanalyse ist plastische Strukturoptimierung auch heute kaum durchführbar. Auf die vorgesehenen Erweiterungen der Werkstoffmodellierung für nichtlineare Verfestigung und für Schädigung konnte hier nicht eingegangen werden. Es herrscht ein deutlicher Mangel an Experimenten zum Nachweis der Grenzen zwischen elastischem Einspielen und dem Versagen durch LCF oder durch Ratchetting.
KW - Einspielen
KW - Traglast
KW - Finite-Elemente-Methode
KW - LISA
KW - limit analysis
KW - shakedown analysis
Y1 - 1999
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Szelinski, E.
A1 - Heitzer, Michael
T1 - Kollapsanalyse von längsfehlerbehafteten Rohren und Behältern
T1 - Collapse analysis of longitudinally flawed pipes and vessels
N2 - Es werden verbesserte Kollapsanalysen von dickwandigen, mit axialen Oberflächenfehlern behafteten Rohren und Behältern vorgeschlagen.
KW - Druckbehälter
KW - Stahl
KW - Druckbelastung
KW - Druckbeanspruchung
KW - Rohr
KW - Rohrbruch
KW - Fehlerstellen
KW - pipes
KW - vessels
KW - load limit
KW - burst tests
KW - burst pressure
KW - flaw
Y1 - 2001
ER -
TY - CHAP
A1 - Staat, Manfred
A1 - Heitzer, Michael
A1 - Reinders, H.
A1 - Schubert, F.
T1 - Einspielen und Ratchetting bei Zug- und Torsionsbelastung: Analyse und Experimente
T1 - Shakedown and ratchetting under tension-torsion loadings: analysis and experiments
N2 - Traglast- und Einspielanalysen sind vereinfachte doch exakte Verfahren der klassischen Plastizitätstheorie, die neben ausreichender Verformbarkeit keine einschränkenden Voraussetzungen beinhalten. Die Vereinfachungen betreffen die Beschaffung der Daten und Modelle für Details der Lastgeschichte und des Stoffverhaltens. Eine FEM-basierte Traglast- und Einspielanalyse für ideal plastisches Material wurde auf ein kinematisch verfestigendes Materialgesetz erweitert und in das Finite Element Programm PERMAS implementiert. In einem einfachen Zug-Torsionsexperiment wurde eine Hohlprobe mit konstanter Torsion und zyklischer Zugbelastung beansprucht, um die neue Implementierung zu verifizieren. Es konnte gezeigt werden, dass die Einspielanalyse gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Bei Verfestigung lassen sich wesentlich größere Sicherheiten nachweisen. Dieses Potential bedarf weiterer experimenteller Absicherung. Parallel dazu ist die Eisnpieltheorie auf fortschrittliche Verfestigungsansätze zu erweitern.
KW - Zug-Druck-Beanspruchung
KW - Einspielen
KW - Ratcheting
KW - Torsion
KW - Zug-Druck-Belastung
KW - Torsionsbelastung
KW - shakedown
KW - ratchetting
KW - tension–torsion loading
Y1 - 2001
ER -