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The energy-efficiency of technical systems can be improved by a systematic design approach. Technical Operations Research (TOR) employs methods known from Operations Research to find a global optimal layout and operation strategy of technical systems. We show the practical usage of this approach by the systematic design of a decentralized water supply system for skyscrapers. All possible network options and operation strategies are modeled by a Mixed-Integer Nonlinear Program. We present the optimal system found by our approach and highlight the energy savings compared to a conventional system design.
For fuel flexibility enhancement hydrogen represents a possible alternative gas turbine fuel within future low emission power generation, in case of hydrogen production by the use of renewable energy sources such as wind energy or biomass. Kawasaki Heavy Industries, Ltd. (KHI) has research and development projects for future hydrogen society; production of hydrogen gas, refinement and liquefaction for transportation and storage, and utilization with gas turbine / gas engine for the generation of electricity. In the development of hydrogen gas turbines, a key technology is the stable and low NOx hydrogen combustion, especially Dry Low Emission (DLE) or Dry Low NOx (DLN) hydrogen combustion. Due to the large difference in the physical properties of hydrogen compared to other fuels such as natural gas, well established gas turbine combustion systems cannot be directly applied for DLE hydrogen combustion. Thus, the development of DLE hydrogen combustion technologies is an essential and challenging task for the future of hydrogen fueled gas turbines. The DLE Micro-Mix combustion principle for hydrogen fuel has been in development for many years to significantly reduce NOx emissions. This combustion principle is based on cross-flow mixing of air and gaseous hydrogen which reacts in multiple miniaturized “diffusion-type” flames. The major advantages of this combustion principle are the inherent safety against flashback and the low NOx-emissions due to a very short residence time of the reactants in the flame region of the micro-flames.
Die Batterie ist eine der absolut zentralen Komponenten des Elektrofahrzeugs. Die serielle Entwicklung und Produktion dieser Batterien und die Verbesserung der Leistungen wird entscheidend für den Erfolg der Elektromobilität sein. Die Batterie ist jedoch nicht das einzige elektrofahrzeugspezifische System, das neu entwickelt, umkonzipiert oder verbessert werden muss. So sind ebenso die Entwicklung der neuen Fahrzeugstruktur sowie des elektrifizierten Antriebsstranges Teil dieses Kapitels. Weiterhin wird ein Blick auf das bedeutende Thema des Thermomanagements geworfen.
Enzyme und Biosensorik
(2018)
Enzymbasierte Biosensoren finden seit mehr als fünf Jahrzehnten einen prosperierenden Wachstumsmarkt und werden zunehmend auch in biotechnologischen Prozessen eingesetzt. In diesem Kapitel werden, ausgehend vom Sensorbegriff und typischen Kenngrößen für Biosensoren (Abschn. 18.1), elektrochemische Enzym-Biosensoren vorgestellt und deren typischen Einsatzgebiete diskutiert (Abschn. 18.2). Ein Blick über den „Tellerrand“ hinaus zeigt alternative Transduktorprinzipien (Abschn. 18.3) und führt abschließend in aktuelle Forschungstrends ein (Abschn. 18.4).
Stahlbetonrahmentragwerke mit Mauerwerksausfachungen weisen nach Erdbebenereignissen häufig schwere Schäden auf, da die Ausfachungen ohne weitere konstruktive Maßnahmen mit vollem Kontakt zum Stahlbetonrahmen eingemauert werden. Durch die unplanmäßige Beteiligung am horizontalen Lastabtrag erfahren die Ausfachungen Belastungen in Wandebene und beeinflussen das globale Schwingungsverhalten der Rahmentragwerke. In Kombination mit den gleichzeitig auftretenden seismischen Trägheitskräften senkrecht zur Wand führt dies in vielen Fällen zu einem Versagen der mit niedrigen Festigkeiten ausgeführten Ausfachungen. Dies war der Anlass in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME ein Entkopplungssystem zu entwickeln, mit dem Rahmen und Ausfachung durch ein spezielles Profil aus Elastomeren entkoppelt werden.
Das Profil ermöglicht Relativverschiebungen zwischen Rahmen und Ausfachung und stellt gleichzeitig die Aufnahme von Belastungen senkrecht zur Wand sicher. Der Beitrag erläutert zunächst den Aufbau des Systems und gibt einen Überblick über die in Kleinbauteilversuchen ermittelten Tragfähigkeiten. Zudem werden experimentelle Untersuchungen an mit hochwärmedämmenden Mauerziegeln ausgefachten Stahlbetonrahmen mit und ohne Entkopplungssystem für getrennte und kombinierte Belastungen in und senkrecht zur Wandebene vorgestellt. Auf Grundlage einer Versuchsauswertung und eines Ergebnisvergleichs werden Wirkungsweise und Effektivität des entwickelten Entkopplungssystems demonstriert.
Digitalisierung bezeichnet die Nutzung großer Datenmengen, die zu einer umfassenden Vernetzung aller Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft führen wird (BMWi, 2015 und ähnlich Köhler/Wollschläger, 2014: 79). Sie umfasst die Erhebung von analogen Informationen („Big Data“ in einem engen Sinne; z.B. O´Leary, 2013), ihre Speicherung in einem digitaltechnischen System (lokale Speicherung oder „Cloud Computing“ durch die Weiterentwickelung des Internets; z.B. Hashem et al., 2015: 101), die Analyse und Interpretation sowie den Transfer in andere Systeme („Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“; z.B. Ashton, 2009).
In this work, we report on our attempt to design and implement an early introduction to basic robotics principles for children at kindergarten age. One of the main challenges of this effort is to explain complex robotics contents in a way that pre-school children could follow the basic principles and ideas using examples from their world of experience. What sets apart our effort from other work is that part of the lecturing is actually done by a robot itself and that a quiz at the end of the lesson is done using robots as well. The humanoid robot Pepper from Softbank, which is a great platform for human–robot interaction experiments, was used to present a lecture on robotics by reading out the contents to the children making use of its speech synthesis capability. A quiz in a Runaround-game-show style after the lecture activated the children to recap the contents they acquired about how mobile robots work in principle. In this quiz, two LEGO Mindstorm EV3 robots were used to implement a strongly interactive scenario. Besides the thrill of being exposed to a mobile robot that would also react to the children, they were very excited and at the same time very concentrated. We got very positive feedback from the children as well as from their educators. To the best of our knowledge, this is one of only few attempts to use a robot like Pepper not as a tele-teaching tool, but as the teacher itself in order to engage pre-school children with complex robotics contents.
Because of customer churn, strong competition, and operational inefficiencies, the telecommunications operator ME Telco (fictitious name due to confidentiality) launched a strategic transformation program that included a Business Process Management (BPM) project. Major problems were silo-oriented process management and missing cross-functional transparency. Process improvements were not consistently planned and aligned with corporate targets. Measurable inefficiencies were observed on an operational level, e.g., high lead times and reassignment rates of the incident management process.