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Within the present work a sterilization process by a heated gas mixture that contains hydrogen peroxide (H₂O₂) is validated by experiments and numerical modeling techniques. The operational parameters that affect the sterilization efficacy are described alongside the two modes of sterilization: gaseous and condensed H₂O₂. Measurements with a previously developed H₂O₂ gas sensor are carried out to validate the applied H₂O₂ gas concentration during sterilization. We performed microbiological tests at different H₂O₂ gas concentrations by applying an end-point method to carrier strips, which contain different inoculation loads of Geobacillus stearothermophilus spores. The analysis of the sterilization process of a pharmaceutical glass vial is performed by numerical modeling. The numerical model combines heat- and advection-diffusion mass transfer with vapor–pressure equations to predict the location of condensate formation and the concentration of H₂O₂ at the packaging surfaces by changing the gas temperature. For a sterilization process of 0.7 s, a H₂O₂ gas concentration above 4% v/v is required to reach a log-count reduction above six. The numerical results showed the location of H₂O₂ condensate formation, which decreases with increasing sterilant-gas temperature. The model can be transferred to different gas nozzle- and packaging geometries to assure the absence of H₂O₂ residues.
In the friction tests between honeycomb with film adhesive and prepreg, the relative displacement occurs between the film adhesive and the prepreg. The film adhesive does not shift relative to the honeycomb. This is consistent with the core crush behavior where the honeycomb moves together with the film adhesive, as can be seen in Figure 2(a). The pull-through forces of the friction measurements between honeycomb and prepreg at 1 mm deformation are plotted in Figure 17(a). While the friction at 100°C is similar to the friction at 120°C, it decreases significantly at 130°C and exhibits a minimum at 140°C. At 150°C, the friction rises again slightly and then sharply at 160°C. Since the viscosity of the M18/1 prepreg resin drops significantly before it cures [23], the minimum friction at 140°C could result from a minimum viscosity of the mixture of prepreg resin and film adhesive before the bond subsequently cures. Figure 17(b) shows the mean value curve of the friction measurements at 140°C. The error bars, which represent the standard deviation, reveal the good repeatability of the tests. The force curve is approximately horizontal between 1 mm and 2 mm. The friction then slightly rises. As with interlaminar friction measurements, this could be due to the fact that resin is removed by friction and the proportion of boundary lubrication increases. Figure 18 shows the surfaces after the friction measurement. The honeycomb cell walls are clearly visible in the film adhesive. There are areas where the film adhesive is completely removed and the carrier material of the film adhesive becomes visible. In addition, the viscosity of the resin changes as the curing progresses during the friction test. This can also affect the force-displacement curve.
The development of resilient technical systems is a challenging task, as the system should adapt automatically to unknown disturbances and component failures. To evaluate different approaches for deriving resilient technical system designs, we developed a modular test rig that is based on a pumping system. On the basis of this example
system, we present metrics to quantify resilience and an algorithmic approach to improve resilience. This approach enables the pumping system to automatically react on unknown disturbances and to reduce the impact of component failures. In this case, the system is able to automatically adapt its topology by activating additional valves. This enables the system to still reach a minimum performance, even in case of failures. Furthermore, timedependent disturbances are evaluated continuously, deviations from the original state are automatically detected and anticipated in the future. This allows to reduce the impact of future disturbances and leads to a more resilient
system behaviour.
Nach dem Scheitern des Privacy Shield hofft der Datenschutzberater Alexander Golland, dass die europäischen Behörden bald konkrete Maßnahmen für den Datentransfer in Drittländer vorschlagen. Auch kleine Unternehmen müssten die Herausforderung bewältigen – sonst wäre das Urteil nur Wasser auf die Mühlen jener, die ohnehin über den Datenschutz schimpfen.
Extracellular acidification is a basic indicator for alterations in two vital metabolic pathways: glycolysis and cellular respiration. Measuring these alterations by monitoring extracellular acidification using cell-based biosensors such as LAPS plays an important role in studying these pathways whose disorders are associated with numerous diseases including cancer. However, the surface of the biosensors must be specially tailored to ensure high cell compatibility so that cells can represent more in vivo-like behavior, which is critical to gain more realistic in vitro results from the analyses, e.g., drug discovery experiments. In this work, O2 plasma patterning on the LAPS surface is studied to enhance surface features of the sensor chip, e.g., wettability and biofunctionality. The surface treated with O2 plasma for 30 s exhibits enhanced cytocompatibility for adherent CHO–K1 cells, which promotes cell spreading and proliferation. The plasma-modified LAPS chip is then integrated into a microfluidic system, which provides two identical channels to facilitate differential measurements of the extracellular acidification of CHO–K1 cells. To the best of our knowledge, it is the first time that extracellular acidification within microfluidic channels is quantitatively visualized as differential (bio-)chemical images.
The objective of this study is the establishment of a differential scanning calorimetry (DSC) based method for online analysis of the biodegradation of polymers in complex environments. Structural changes during biodegradation, such as an increase in brittleness or crystallinity, can be detected by carefully observing characteristic changes in DSC profiles. Until now, DSC profiles have not been used to draw quantitative conclusions about biodegradation. A new method is presented for quantifying the biodegradation using DSC data, whereby the results were validated using two reference methods.
The proposed method is applied to evaluate the biodegradation of three polymeric biomaterials: polyhydroxybutyrate (PHB), cellulose acetate (CA) and Organosolv lignin. The method is suitable for the precise quantification of the biodegradability of PHB. For CA and lignin, conclusions regarding their biodegradation can be drawn with lower resolutions. The proposed method is also able to quantify the biodegradation of blends or composite materials, which differentiates it from commonly used degradation detection methods.
We propose the so-called chance constrained programming model of stochastic programming theory to analyze limit and shakedown loads of structures under random strength with a lognormal distribution. A dual chance constrained programming algorithm is developed to calculate simultaneously both the upper and lower bounds of the plastic collapse limit and the shakedown limit. The edge-based smoothed finite element method (ES-FEM) is used with three-node linear triangular elements.
Insbesondere im wirtschaftlichen Kontext wird die Diversität von Belegschaften zunehmend als ein kritischer Erfolgsfaktor gesehen. Neben dem Potenzial, welches sich laut Studien aus einem vielfältigen Team ergibt, werden jedoch ebenfalls die aus menschlicher Diversität resultierenden Herausforderungen thematisiert und wissenschaftlich untersucht. Sowohl aus dem Potenzial als auch aus den Herausforderungen ergibt sich dabei die Notwendigkeit der Implementierung eines organisationsspezifischen Diversity Managements, welches die Gewinnung neuer Mitarbeiter*innen einerseits und das Management der vorhandenen Vielfalt andererseits gleichermaßen unterstützt. In der psychologischen, sozial- und wirtschaftswissenschaftlichen Literatur gibt es unterschiedliche Definitionen von Diversität, woraus sich verschiedene Perspektiven auf das Vorgehen bei der Gestaltung und Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes ergeben. Insbesondere vor dem Hintergrund der Komplexität des Organisationsumfeldes und der steigenden Anforderungen an die organisationsinterne Agilität besteht die Notwendigkeit, Diversität in Organisationen stärker zu reflektieren und systemspezifische Ansätze zu entwickeln. Dies erfordert die Berücksichtigung organisationsspezifischer Strukturen und Prozesse sowie die Reflexion des Wandels der Organisationskultur durch die Umsetzung eines Diversity Management Ansatzes, der die gegebene Komplexität aufgreift und bewältigen kann. Darüber hinaus sind die psychologischen Auswirkungen solcher Veränderungen auf die Mitarbeiter*innen zu berücksichtigen, um Reaktanzen zu vermeiden und eine nachhaltige Umsetzung von Diversity Management zu ermöglichen. In Ermangelung entsprechender Ansätze im Rahmen öffentlich finanzierter, komplexer Forschungsorganisationen, ist das Ziel dieser Dissertation die Entwicklung und Erprobung eines Forschungsdesigns, welches die Ansätze des Diversity- und Change Managements mit der Organisationskultur verknüpft, indem es eine systemtheoretische Perspektive einnimmt. Dabei wird das Forschungsdesign auf eine komplexe wissenschaftliche Organisation angewendet. Als Basis dient die in Teil A durchgeführte Betrachtung des aktuellen Forschungsstandes aus einer interdisziplinären Perspektive und die damit einhergehende umfassende Einführung in das Forschungsfeld. Im Zuge dessen wird detailliert auf die begriffliche Definition von Diversität eingegangen, bevor dann die psychologischen Konzepte im Diversitätskontext den Übergang zu einer differenzierten Auseinandersetzung mit dem Konzept des Diversity Managements bilden. Auf dieser Grundlage werden das Forschungsdesign sowie die daraus resultierenden Forschungsphasen abgeleitet. Teil A stellt somit die theoretische Grundlage für die in Teil B präsentierten Fachaufsätze dar. Jeder Fachaufsatz beleuchtet dabei in chronologischer Reihenfolge die unterschiedlichen Forschungsphasen. Fachaufsatz I präsentiert den sechsstufigen Forschungsansatz und beleuchtet die besonderen Rahmenbedingungen des Forschungsobjektes aus einer theoretischen Perspektive. Im Anschluss werden die Ergebnisse der Organisationsanalyse, welche zugleich Phase I und II des Forschungskonzeptes darstellen, vorgestellt. Aufbauend auf diesen Forschungsergebnissen fokussiert Forschungsaufsatz II die Darlegung der Ergebnisse aus Forschungsphase III, der Befragung der Führungsebene. Die Befragung thematisierte dabei die Wahrnehmung von Diversity und Diversity Management auf Führungsebene, die Verknüpfung von Diversität mit Innovation sowie die Reflexion des eigenen Führungsstils. Als Ergebnis der Befragung konnten sechs Typen identifiziert werden, die das Führungsverständnis im Diversitätskontext widerspiegeln und somit den Ansatzpunkt für eine top-down gerichtete Diversity Management Strategie darstellen. Darauf aufbauend wird in Forschungsphase IV die Mitarbeiter*innenebene beforscht. Im Zentrum der quantitativen Befragung standen die vorherrschenden Einstellungen zum Themenkomplex Diversity und Diversity Management, die Wahrnehmung von Diversität sowie die Untersuchung des Einflusses der Führungsebene auf die Mitarbeiter*innenebene. Forschungsaufsatz III präsentiert erste Ergebnisse dieser Untersuchung. Die Analyse weist auf eine unterschiedliche Gewichtung der verschiedenen Diversitätskategorien hinsichtlich der Verknüpfung mit Innovationen und somit der Reflexion des Kontextes zwischen Diversität und Innovationen hin. Vergleichbar mit den identifizierten Typen auf der Führungsebene, deutet die Analyse auf die Existenz unterschiedlicher Reflexionsgrade auf Mitarbeiter*innenebene hin. Auf Basis dessen wird im Rahmen von Forschungsaufsatz IV eine nähere Untersuchung des Reflexionsgrades auf Mitarbeiter*innenebene präsentiert und der Diversity Management Ansatz mit Elementen des Change Managements kombiniert. Besondere Berücksichtigung findet als Schlussfolgerung einer theoretischen Analyse die Organisationskultur als zentrales Element bei der Entwicklung und Einführung eines Diversity Management Ansatzes in eine komplexe Forschungsorganisation in Deutschland. Die Analyse zeigt, dass die Wahrnehmung von Diversität heterogen aber zunächst losgelöst vom individuellen Hintergrund ist (im Rahmen dieser Analyse lag der Fokus auf den Diversitätskategorien Gender und Herkunft). Hinsichtlich der Wertschätzung von Diversität zeigt sich dabei ebenfalls ein heterogenes Bild. In der Gesamtbetrachtung stimmen lediglich 17% der Mitarbeiter*innen zu, dass Diversitätskategorien wie Gender, Herkunft oder auch Alter einen Mehrwert darstellen können. Zugleich bewertet diese Gruppe die dem Thema beigemessene Wichtigkeit im CoE als ausreichend. Zusammengefasst lassen sich folgende Erkenntnisse im Rahmen dieser Dissertation ableiten und dienen somit als Grundlage für die Entwicklung eines Diversity Management Ansatzes: (1) Die Entwicklung eines bedarfsorientierten Diversity Management Ansatzes erfordert einen systemtheoretischen Prozess, der sowohl organisationsinterne als auch externe Einflussfaktoren berücksichtigt. Der im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte sechsstufige Forschungsprozess hat sich dabei als geeignetes Instrument erwiesen. (2)Im Rahmen öffentlicher Forschungseinrichtungen lassen sich dabei drei zentrale Faktoren identifizieren: die individuelle Reflexionsebene, die Organisationskultur sowie extern beeinflusste Organisationsstrukturen, Prozesse und Systeme.(3)Vergleichbar mit privatwirtschaftlichen Unternehmen hat auch in wissenschaftlichen Organisationen die Führungsebene einen maßgeblichen Einfluss auf die Wahrnehmung von Diversität und somit einen Einfluss auf die Umsetzung einer Diversity Management Strategie. Daher ist auch im wissenschaftlichen Kontext, bedingt durch die rechtlichen Rahmenbedingungen des Hochschulsystems, ein top-down Ansatz für eine nachhaltige Implementierung erforderlich. (4) Diversity Management steht in einem engen Zusammenhang mit einem organisationalen Wandel, was die Reflexion von Veränderungsprozesse aus einer psychologischen Perspektive erfordert und eine Verknüpfung von Diversity und Change Management bedingt. Aufbauend auf den im Rahmen des entwickelten Forschungskonzeptes gewonnenen zentralen Erkenntnissen wird ein Ansatz entwickelt, der die Ableitung theoretischer Implikationen sowie Implikationen für das Management ermöglicht. Insbesondere vor dem Hintergrund der Reflexion der besonderen Rahmenbedingungen öffentlich finanzierter Forschungsorganisationen werden darüber hinaus politische Implikationen abgeleitet, die auf die Veränderung struktureller Dimensionen abzielen.
In many cities, diesel buses are being replaced by electric buses with the aim of reducing local emissions and thus improving air quality. The protection of the environment and the health of the population is the highest priority of our society. For the transport companies that operate these buses, not only ecological issues but also economic issues are of great importance. Due to the high purchase costs of electric buses compared to conventional buses, operators are forced to use electric vehicles in a targeted manner in order to ensure amortization over the service life of the vehicles. A compromise between ecology and economy must be found in order to both protect the environment and ensure economical operation of the buses.
In this study, we present a new methodology for optimizing the vehicles’ charging time as a function of the parameters CO₂eq emissions and electricity costs. Based on recorded driving profiles in daily bus operation, the energy demands of conventional and electric buses are calculated for the passenger transportation in the city of Aachen in 2017. Different charging scenarios are defined to analyze the influence of the temporal variability of CO₂eq intensity and electricity price on the environmental impact and economy of the bus. For every individual day of a year, charging periods with the lowest and highest costs and emissions are identified and recommendations for daily bus operation are made. To enable both the ecological and economical operation of the bus, the parameters of electricity price and CO₂ are weighted differently, and several charging periods are proposed, taking into account the priorities previously set. A sensitivity analysis is carried out to evaluate the influence of selected parameters and to derive recommendations for improving the ecological and economic balance of the battery-powered electric vehicle.
In all scenarios, the optimization of the charging period results in energy cost savings of a maximum of 13.6% compared to charging at a fixed electricity price. The savings potential of CO₂eq emissions is similar, at 14.9%. From an economic point of view, charging between 2 a.m. and 4 a.m. results in the lowest energy costs on average. The CO₂eq intensity is also low in this period, but midday charging leads to the largest savings in CO₂eq emissions. From a life cycle perspective, the electric bus is not economically competitive with the conventional bus. However, from an ecological point of view, the electric bus saves on average 37.5% CO₂eq emissions over its service life compared to the diesel bus. The reduction potential is maximized if the electric vehicle exclusively consumes electricity from solar and wind power.
EDPB: Europäische Aufsichtsbehörden mit neuen Guidelines zur datenschutzkonformen Einwilligung
(2020)
There is a broad international discussion about rethinking engineering education in order to educate engineers to cope with future challenges, and particularly the sustainable development goals. In this context, there is a consensus about the need to shift from a mostly technical paradigm to a more holistic problem-based approach, which can address the social embeddedness of technology in society. Among the strategies suggested to address this social embeddedness, design thinking has been proposed as an essential complement to engineering precisely for this purpose. This chapter describes the requirements for integrating the design thinking approach in engineering education. We exemplify the requirements and challenges by presenting our approach based on our course experiences at RWTH Aachen University. The chapter first describes the development of our approach of integrating design thinking in engineering curricula, how we combine it with the Sustainable Development Goals (SDG) as well as the role of sustainability and social responsibility in engineering. Secondly, we present the course “Expanding Engineering Limits: Culture, Diversity, and Gender” at RWTH Aachen University. We describe the necessity to theoretically embed the method in social and cultural context, giving students the opportunity to reflect on cultural, national, or individual “engineering limits,” and to be able to overcome them using design thinking as a next step for collaborative project work. The paper will suggest that the successful implementation of design thinking as a method in engineering education needs to be framed and contextualized within Science and Technology Studies (STS).
Elastic transmission eigenvalues and their computation via the method of fundamental solutions
(2020)
A stabilized version of the fundamental solution method to catch ill-conditioning effects is investigated with focus on the computation of complex-valued elastic interior transmission eigenvalues in two dimensions for homogeneous and isotropic media. Its algorithm can be implemented very shortly and adopts to many similar partial differential equation-based eigenproblems as long as the underlying fundamental solution function can be easily generated. We develop a corroborative approximation analysis which also implicates new basic results for transmission eigenfunctions and present some numerical examples which together prove successful feasibility of our eigenvalue recovery approach.