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Koaxiale Stahlenergiepfähle
(2021)
Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt.
7T MR Safety
(2021)
Eigenkapitalkosten sind eine wesentliche Determinante bei der Wertbestimmung von Unternehmen und Unternehmensteilen. Die Eigenkapitalkosten werden regelmäßig mittels des CAPM bestimmt. Für sog. konzerninterne Routinefunktionen mit geringem Risiko stellt diese Bestimmung mittels CAPM ein Problem dar, da börsennotierte Peergroups für eine zuverlässige Bestimmung des Beta-Faktors meist nicht identifizierbar sind. Damit ergeben sich bei Bewertungen von Routineunternehmen Unsicherheiten und Konfliktpotenzial in steuerlichen Betriebsprüfungen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick der in der Praxis genutzten Ansätze und stellt eine theoretische Fundierung zur Bestimmung der Eigenkapitalkosten von konzerninternen Routinefunktionen vor. Dabei wird verdeutlicht, dass Eigenkapitalkosten von konzerninternen Routinefunktionen nicht denen des Gesamtkonzerns entsprechen und Praktikeransätze eine grundsätzliche Berechtigung besitzen.
Cardiopulmonary bypass (CPB) is a standard technique for cardiac surgery, but comes with the risk of severe neurological complications (e.g. stroke) caused by embolisms and/or reduced cerebral perfusion. We report on an aortic cannula prototype design (optiCAN) with helical outflow and jet-splitting dispersion tip that could reduce the risk of embolic events and restores cerebral perfusion to 97.5% of physiological flow during CPB in vivo, whereas a commercial curved-tip cannula yields 74.6%. In further in vitro comparison, pressure loss and hemolysis parameters of optiCAN remain unaffected. Results are reproducibly confirmed in silico for an exemplary human aortic anatomy via computational fluid dynamics (CFD) simulations. Based on CFD simulations, we firstly show that optiCAN design improves aortic root washout, which reduces the risk of thromboembolism. Secondly, we identify regions of the aortic intima with increased risk of plaque release by correlating areas of enhanced plaque growth and high wall shear stresses (WSS). From this we propose another easy-to-manufacture cannula design (opti2CAN) that decreases areas burdened by high WSS, while preserving physiological cerebral flow and favorable hemodynamics. With this novel cannula design, we propose a cannulation option to reduce neurological complications and the prevalence of stroke in high-risk patients after CPB.
The transition within transportation towards battery electric vehicles can lead to a more sustainable future. To account for the development goal ‘climate action’ stated by the United Nations, it is mandatory, within the conceptual design phase, to derive energy-efficient system designs. One barrier is the uncertainty of the driving behaviour within the usage phase. This uncertainty is often addressed by using a stochastic synthesis process to derive representative driving cycles and by using cycle-based optimization. To deal with this uncertainty, a new approach based on a stochastic optimization program is presented. This leads to an optimization model that is solved with an exact solver. It is compared to a system design approach based on driving cycles and a genetic algorithm solver. Both approaches are applied to find efficient electric powertrains with fixed-speed and multi-speed transmissions. Hence, the similarities, differences and respective advantages of each optimization procedure are discussed.
Modern industry and multi-discipline projects require highly trained individuals with resilient science and engineering back-grounds. Graduates must be able to agilely apply excellent theoretical knowledge in their subject matter as well as essential practical “hands-on” knowledge of diverse working processes to solve complex problems. To meet these demands, university education follows the concept of Constructive Alignment and thus increasingly adopts the teaching of necessary practical skills to the actual industry requirements and assessment routines. However, a systematic approach to coherently align these three central teaching demands is strangely absent from current university curricula. We demonstrate the feasibility of implementing practical assessments in a regular theory-based examination, thus defining the term “blended assessment”. We assessed a course for natural science and engineering students pursuing a career in biomedical engineering, and evaluated the benefit of blended assessment exams for students and lecturers. Our controlled study assessed the physiological background of electrocardiograms (ECGs), the practical measurement of ECG curves, and their interpretation of basic pathologic alterations. To study on long time effects, students have been assessed on the topic twice with a time lag of 6 months. Our findings suggest a significant improvement in student gain with respect to practical skills and theoretical knowledge. The results of the reassessments support these outcomes. From the lecturers ́ point of view, blended assessment complements practical training courses while keeping organizational effort manageable. We consider blended assessment a viable tool for providing an improved student gain, industry-ready education format that should be evaluated and established further to prepare university graduates optimally for their future careers.
Wind energy represents the dominant share of renewable energies. The rotor blades of a wind turbine are typically made from composite material, which withstands high forces during rotation. The huge dimensions of the rotor blades complicate the inspection processes in manufacturing. The automation of inspection processes has a great potential to increase the overall productivity and to create a consistent reliable database for each individual rotor blade. The focus of this paper is set on the process of rotor blade inspection automation by utilizing an autonomous mobile manipulator. The main innovations include a novel path planning strategy for zone-based navigation, which enables an intuitive right-hand or left-hand driving behavior in a shared human–robot workspace. In addition, we introduce a new method for surface orthogonal motion planning in connection with large-scale structures. An overall execution strategy controls the navigation and manipulation processes of the long-running inspection task. The implemented concepts are evaluated in simulation and applied in a real-use case including the tip of a rotor blade form.