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Solar thermal concentrated power is an emerging technology that provides clean electricity for the growing energy market. To the solar thermal concentrated power plant systems belong the parabolic trough, the Fresnel collector, the solar dish, and the central receiver system.
For high-concentration solar collector systems, optical and thermal analysis is essential. There exist a number of measurement techniques and systems for the optical and thermal characterization of the efficiency of solar thermal concentrated systems.
For each system, structure, components, and specific characteristics types are described. The chapter presents additionally an outline for the calculation of system performance and operation and maintenance topics. One main focus is set to the models of components and their construction details as well as different types on the market. In the later part of this article, different criteria for the choice of technology are analyzed in detail.
Because of simple construction process, high energy efficiency, significant fire resistance and excellent sound isolation, masonry infilled reinforced concrete (RC) frame structures are very popular in most of the countries in the world, as well as in seismic active areas. However, many RC frame structures with masonry infills were seriously damaged during earthquake events, as the traditional infills are generally constructed with direct contact to the RC frame which brings undesirable infill/frame interaction. This interaction leads to the activation of the equivalent diagonal strut in the infill panel, due to the RC frame deformation, and combined with seismically induced loads perpendicular to the infill panel often causes total collapses of the masonry infills and heavy damages to the RC frames. This fact was the motivation for developing different approaches for improving the behaviour of masonry infills, where infill isolation (decoupling) from the frame has been more intensively studied in the last decade. In-plane isolation of the infill wall reduces infill activation, but causes the need for additional measures to restrain out-of-plane movements. This can be provided by installing steel anchors, as proposed by some researchers. Within the framework of European research project INSYSME (Innovative Systems for Earthquake Resistant Masonry Enclosures in Reinforced Concrete Buildings) the system based on a use of elastomers for in-plane decoupling and steel anchors for out-of-plane restrain was tested. This constructive solution was tested and deeply investigated during the experimental campaign where traditional and decoupled masonry infilled RC frames with anchors were subjected to separate and combined in-plane and out-of-plane loading. Based on a detailed evaluation and comparison of the test results, the performance and effectiveness of the developed system are illustrated.
FEM shakedown analysis of structures under random strength with chance constrained programming
(2022)
Direct methods, comprising limit and shakedown analysis, are a branch of computational mechanics. They play a significant role in mechanical and civil engineering design. The concept of direct methods aims to determine the ultimate load carrying capacity of structures beyond the elastic range. In practical problems, the direct methods lead to nonlinear convex optimization problems with a large number of variables and constraints. If strength and loading are random quantities, the shakedown analysis can be formulated as stochastic programming problem. In this paper, a method called chance constrained programming is presented, which is an effective method of stochastic programming to solve shakedown analysis problems under random conditions of strength. In this study, the loading is deterministic, and the strength is a normally or lognormally distributed variable.
Das Ziel des INTERREG-Projektes „SHAREuregio“ (FKZ: 34.EFRE-0300134)
ist es, grenzüberschreitende Mobilität in der Euregio Rhein-Maas-Nord zu
ermöglichen und zu fördern. Dazu soll ein elektromobiles Car- und Bikesharing-
System entwickelt und in der Stadt Mönchengladbach, im Kreis Viersen
sowie in den Gemeinden Roermond und Venlo (beide NL) zusammen mit den
Partnern Wirtschaftsförderung Mönchengladbach, Wirtschaftsförderung für den
Kreis Viersen, NEW AG, Goodmoovs (NL), Greenflux (NL) und der FH Aachen
implementiert werden. Zunächst richtet sich das Angebot, bestehend aus 40
Elektroautos und 40 Elektrofahrrädern, an Unternehmen und wird nach einer
Erprobungsphase, mit einer größeren Anzahl an Fahrzeugen, auch für Privatpersonen
verfügbar gemacht werden. Die Fahrzeuge stehen bei den jeweiligen
Anwendungspartnern in Deutschland und den Niederlanden.
Im Rahmen dieses Projektes hat die FH Aachen „FlexSHARE“ entwickelt
– ein methodisches Framework zur innovativen Gestaltung urbaner Sharing-
Angebote. Das Framework ermöglicht es, anhand von messbaren Kenngrößen,
bedarfsgerechte und auf die Region abgestimmte Sharing-Systeme zu entwickeln.
A capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EISCAP) biosensor modified with Tobacco mosaic virus (TMV) particles for the detection of acetoin is presented. The enzyme acetoin reductase (AR) was immobilized on the surface of the EISCAP using TMV particles as nanoscaffolds. The study focused on the optimization of the TMV-assisted AR immobilization on the Ta 2 O 5 -gate EISCAP surface. The TMV-assisted acetoin EISCAPs were electrochemically characterized by means of leakage-current, capacitance-voltage, and constant-capacitance measurements. The TMV-modified transducer surface was studied via scanning electron microscopy.
Leider zieht es nicht nur uns in die Städte. Weil das Wachstum urbaner Gebiete immer tiefer in ihre natürlichen Lebensräume einschneidet, sind viele Tiere und Pflanzen gezwungen, sich den Raum mit dem Menschen zu teilen. Und die, die dort den rauen Bedingungen nicht standhalten können, laufen Gefahr, auszusterben. Das Verhalten der Gesellschaft trägt somit zunehmend mehr Verantwortung für den Erhalt der Artenvielfalt, und die Entwicklung von Stadtlandschaften ist längst zu einer ökologischen Herausforderung geworden. Je größer die Stadt, desto mehr Menschen. Je mehr Menschen, desto schneller auch die evolutionären Prozesse, die die Zukunft formen. Diese Masterarbeit möchte das Bewusstsein über die Konsequenzen und Chancen unserer Entscheidungen schulen. Der edukative Nährwert der Erlebnis-App "Natura Urbis" wird über über zahlreiche informative Beiträge und interaktive Stationen geschaffen. Letztere zeigen spielerisch die faszinierende Schönheit und Harmonie der Natur auf und sind so konzipiert, dass sie auch im Ausstellungskontext Verwendung finden könnten. Denn um Leben zu retten, müssen Städte endlich grüner gestaltet werden.
Visionsbild eines BMW AG internen Tools : Optimierung einer datenzentrierten Plattform der BMW AG
(2022)
Die BMW AG verfolgt mehrere Ansätze eine optimierte Effizienzsteigerung durch eigens entwickelte Softwaretools zu erreichen. Der Fokus hierbei liegt in der Ermöglichung einer datenzentrierten, nutzerorientierten und hochautomatisierten Fahrzeugentwicklung. Das eigen von der BMW AG entwickelte Software-Tool „Parts List“ dient als digitale Bauteilliste für Entwicklungsteams. Das Tool bündelt mehrere Datenbanken und stellt diese in Echtzeit zur Verfügung. Somit kann der manuelle Pflegeaufwand erheblich reduziert und eine Durchgängigkeit einer Vielzahl von Daten ermöglicht werden. Der Fokus der Abschlussarbeit liegt in der konzeptionellen und gestalterischen Optimierung des Tools. Dabei wird insbesondere der User Centered Design Prozess betrachtet, bei dem die Nutzer bzw. die Entwicklungsteams im Zentrum stehen.
Concentrating solar power
(2022)
The focus of this chapter is the production of power and the use of the heat produced from concentrated solar thermal power (CSP) systems.
The chapter starts with the general theoretical principles of concentrating systems including the description of the concentration ratio, the energy and mass balance. The power conversion systems is the main part where solar-only operation and the increase in operational hours.
Solar-only operation include the use of steam turbines, gas turbines, organic Rankine cycles and solar dishes. The operational hours can be increased with hybridization and with storage.
Another important topic is the cogeneration where solar cooling, desalination and of heat usage is described.
Many examples of commercial CSP power plants as well as research facilities from the past as well as current installed and in operation are described in detail.
The chapter closes with economic and environmental aspects and with the future potential of the development of CSP around the world.
Next Generation Manufacturing promises significant improvements in performance, productivity, and value creation. In addition to the desired and projected improvements regarding the planning, production, and usage cycles of products, this digital transformation will have a huge impact on work, workers, and workplace design. Given the high uncertainty in the likelihood of occurrence and the technical, economic, and societal impacts of these changes, we conducted a technology foresight study, in the form of a real-time Delphi analysis, to derive reliable future scenarios featuring the next generation of manufacturing systems. This chapter presents the organization dimension and describes each projection in detail, offering current case study examples and discussing related research, as well as implications for policy makers and firms. Specifically, we highlight seven areas in which the digital transformation of production will change how we work, how we organize the work within a company, how we evaluate these changes, and how employment and labor rights will be affected across company boundaries. The experts are unsure whether the use of collaborative robots in factories will replace traditional robots by 2030. They believe that the use of hybrid intelligence will supplement human decision-making processes in production environments. Furthermore, they predict that artificial intelligence will lead to changes in management processes, leadership, and the elimination of hierarchies. However, to ensure that social and normative aspects are incorporated into the AI algorithms, restricting measurement of individual performance will be necessary. Additionally, AI-based decision support can significantly contribute toward new, socially accepted modes of leadership. Finally, the experts believe that there will be a reduction in the workforce by the year 2030.
Die Facetten Hamburgs
(2022)
Im Rahmen dieser Masterarbeit entsteht ein neues Erscheinungsbild für die "Stiftung Historische Museen Hamburg". Dabei wurde ein medienübergreifendes Gestaltungskonzept entwickelt, welches dazu dienen soll, die Stiftung und deren musealen Einrichtungen modern, aussagekräftig und repräsentativ neu aufleben zu lassen, als auch das Interesse unserer Gesellschaft für Kunst, Kultur und Geschichte zu wecken und damit die Zielgruppe zu erweitern. Hierzu wurde das Corporate Design neu entwickelt, minimalisiert und modernisiert. Durch den aufgeräumten und organisierten digitalen Auftritt gelangen Interessenten schneller und gezielter zu Informationen über die Stiftung, die einzelnen Museen und deren Programm und Ausstellungen. Zusätzlich dienen als weiterführende Informationsquellen neu getslatete analoge Medien in Form von Plakaten, Flyern, Broschüren und Eintrittskarten. Weitestgehend wurde das Corporate Design in den urbanen Lebensraum der Stadt Hamburg integriert und neu interpretiert. Aus dem Gestaltungskonzept lässt sich ebenfalls ein neues Leitsystem zur besseren Orientierung in den Museen ableiten. Das Designkonzept zieht sich wie ein roter Faden durch alle Medien, um eine Einheit und einen Wiedererkennungswert zu schaffen und seriös und informativ zu wirken. Das Projekt ist rein fiktiv.
Upcoming gasoline engines should run with a larger number of fuels beginning from petrol over methanol up to gas by a wide range of compression ratios and a homogeneous charge. In this article, the microwave (MW) spark plug, based on a high-speed frequency hopping system, is introduced as a solution, which can support a nitrogen compression ratio up to 1:39 in a chamber and more. First, an overview of the high-speed frequency hopping MW ignition and operation system as well as the large number of applications are presented. Both gives an understanding of this new base technology for MW plasma generation. Focus of the theoretical part is the explanation of the internal construction of the spark plug, on the achievable of the high voltage generation as well as the high efficiency to hold the plasma. In detail, the development process starting with circuit simulations and ending with the numerical multiphysics field simulations is described. The concept is evaluated with a reference prototype covering the frequency range between 2.40 and 2.48 GHz and working over a large power range from 20 to 200 W. A larger number of different measurements starting by vector hot-S11 measurements and ending by combined working scenarios out of hot temperature, high pressure and charge motion are winding up the article. The limits for the successful pressure tests were given by the pressure chamber. Pressures ranged from 1 to 39 bar and charge motion up to 25 m/s as well as temperatures from 30◦ to 125◦.
Kindertagesstätten bieten Kleinkindern den Zugang zu unbeschwertem und spielerischem Lernen. Was also, wenn schon der Eingangsbereich die Reizüberflutung bereit hält, der Stauraum der Entfaltung der Kinder nicht gerecht wird und ihre Eigenständigkeit ungefördert bleibt? Es kommt zu unzufriedenen Kindern und Frustration aller Beteilligten. "KIWA" ist das Garderobensystem für Kinder zur Stärkung der heranwachsenden Selbstständigkeit. Mithilfe von persönlichen Wiedererkennungsmerkmalen wird Eigenverantwortung geschult. Leicht und sicher zu erreichender Stauraum sorgt für Ordnung. Spielerisches lernen trotz Ordnung.
NMR standardization approach that uses the 2H integral of deuterated solvent for quantitative multinuclear analysis of pharmaceuticals is described. As a proof of principle, the existing NMR procedure for the analysis of heparin products according to US Pharmacopeia monograph is extended to the determination of Na+ and Cl- content in this matrix. Quantification is performed based on the ratio of a 23Na (35Cl) NMR integral and 2H NMR signal of deuterated solvent, D2O, acquired using the specific spectrometer hardware. As an alternative, the possibility of 133Cs standardization using the addition of Cs2CO3 stock solution is shown. Validation characteristics (linearity, repeatability, sensitivity) are evaluated. A holistic NMR profiling of heparin products can now also be used for the quantitative determination of inorganic compounds in a single analytical run using a single sample. In general, the new standardization methodology provides an appealing alternative for the NMR screening of inorganic and organic components in pharmaceutical products.
Biomedical applications of magnetic nanoparticles (MNP) fundamentally rely on the particles’ magnetic relaxation as a response to an alternating magnetic field. The magnetic relaxation complexly depends on the interplay of MNP magnetic and physical properties with the applied field parameters. It is commonly accepted that particle core size is a major contributor to signal generation in all the above applications, however, most MNP samples comprise broad distribution spanning nm and more. Therefore, precise knowledge of the exact contribution of individual core sizes to signal generation is desired for optimal MNP design generally for each application. Specifically, we present a magnetic relaxation simulation-driven analysis of experimental frequency mixing magnetic detection (FMMD) for biosensing to quantify the contributions of individual core size fractions towards signal generation. Applying our method to two different experimental MNP systems, we found the most dominant contributions from approx. 20 nm sized particles in the two independent MNP systems. Additional comparison between freely suspended and immobilized MNP also reveals insight in the MNP microstructure, allowing to use FMMD for MNP characterization, as well as to further fine-tune its applicability in biosensing.
Sportvereine verlieren zunehmend Mitglieder. Grund dafür ist der wachsende Wunsch nach unabhängigen Trainingsmöglichkeiten. GYMLET bietet den Sportler:innen die Möglichkeit, ihre Fitness funktional, selbstorganisiert und unabhängig zu trainieren. Dabei kann durch den selbstbestimmten Trainingsort neben der körperlichen Fitness vor allem die Motivation zur sportlichen Aktivität und das Wohlbefinden gesteigert werden. Unterstützt wird das Trainingssystem durch eine App, welche den Sportler:innen neben Nutzungsmöglichkeiten als Coach und Trainingsplaner dient. Um diese Trainingsmöglichkeit an die Zielgruppe heranzutragen, ist eine Kampagnenstrategie aus zwei Phasen entstanden. In dieser sollen Postings und Clips über Instagram und Youtube veröffentlicht werden. Zusätzlich werden Zeitschriften und mögliche Kooperationen mit Therapeuten oder Freizeitunterkünften zur Veröffentlichung der Kampagne genutzt.
Blind – invisible connection : ein Spiel zur kritischen
Auseinandersetzung mit den sozialen Medien.
(2022)
Im Computerspiel „blind – invisible connection“ taucht der Spieler in eine Fantasiewelt ein, die die sozialen Medien widerspiegelt und von einer Maschine beherrscht wird. Um zu erfahren, was in dieser Welt geschehen ist, muss die Geschichte Schritt für Schritt erspielt und wie ein Puzzle zusammengesetzt werden. Dabei interagieren die Spieler:innen mittels Dialogen mit den Bewohner:innen der Fantasiewelt und lösen Rätsel, die die Geschichte enthüllen. Durch Analogien zwischen der Fantasiewelt und den sozialen Medien wird die Funktionsweise und der Einfluss der Plattformen auf die Menschen und die Gesellschaft verdeutlicht. So wird eine Reflexion des eigenen Umgangs mit den sozialen Medien angeregt und Gesprächsstoff für Diskussionen unter den Spieler:innen und Mitmenschen geliefert.
Analysis and computation of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition
(2022)
We provide a new analytical and computational study of the transmission eigenvalues with a conductive boundary condition. These eigenvalues are derived from the scalar inverse scattering problem for an inhomogeneous material with a conductive boundary condition. The goal is to study how these eigenvalues depend on the material parameters in order to estimate the refractive index. The analytical questions we study are: deriving Faber–Krahn type lower bounds, the discreteness and limiting behavior of the transmission eigenvalues as the conductivity tends to infinity for a sign changing contrast. We also provide a numerical study of a new boundary integral equation for computing the eigenvalues. Lastly, using the limiting behavior we will numerically estimate the refractive index from the eigenvalues provided the conductivity is sufficiently large but unknown.
Am Lehr- und Forschungsgebiet Holzbau der Fachhochschule Aachen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens „Nachhaltige Standardbrücken in Holzbauweise“ Standardtypen für Geh- und Radwegbrücken entwickelt. Die Brücken sind durch konsequente Umsetzungen von Maßnahmen des konstruktiven Holzschutzes für eine Nutzung von mehr als 80~Jahren konzipiert. Innovative Lösungen für Bauteile und Anschlüsse sowie Materialalternativen im Bereich des Belages und der Geländer ermöglichen eine wartungsarme Konstruktion und tragen somit zur Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit bei.
Um den Einsatz der entwickelten Standardbrückentypen in der Praxis zu erleichtern, wurden Leistungsverzeichnisse, Musterstatiken, Musterzeichnungen und umfangreiche Detailkataloge als Unterstützung für Planer und Bauherren erstellt. Damit die Randbedingungen für eine lange Lebensdauer während der Nutzung der Brücke erhalten bleiben, wurden Leitfäden für die Pflege und Wartung sowie für die Brückenprüfung erarbeitet. Der Beitrag gibt Einblicke in das Forschungsvorhaben und seine Resultate.
Auch in der allgemeinen Luftfahrt wäre es wünschenswert, die bereits vorhandenen Verbrennungsmotoren mit weniger CO₂-trächtigen Kraftstoffen als dem heute weit verbreiteten Avgas 100LL betreiben zu können. Es ist anzunehmen, dass im Vergleich die unter Normalbedingungen gasförmigen Kraftstoffe CNG, LPG oder LNG deutlich weniger Emissionen produzieren. Erforderliche Antriebssystemanpassungen wurden im Rahmen eines Forschungsprojekts an der FH Aachen untersucht.
Utilizing an appropriate enzyme immobilization strategy is crucial for designing enzyme-based biosensors. Plant virus-like particles represent ideal nanoscaffolds for an extremely dense and precise immobilization of enzymes, due to their regular shape, high surface-to-volume ratio and high density of surface binding sites. In the present work, tobacco mosaic virus (TMV) particles were applied for the co-immobilization of penicillinase and urease onto the gate surface of a field-effect electrolyte-insulator-semiconductor capacitor (EISCAP) with a p-Si-SiO₂-Ta₂O₅ layer structure for the sequential detection of penicillin and urea. The TMV-assisted bi-enzyme EISCAP biosensor exhibited a high urea and penicillin sensitivity of 54 and 85 mV/dec, respectively, in the concentration range of 0.1–3 mM. For comparison, the characteristics of single-enzyme EISCAP biosensors modified with TMV particles immobilized with either penicillinase or urease were also investigated. The surface morphology of the TMV-modified Ta₂O₅-gate was analyzed by scanning electron microscopy. Additionally, the bi-enzyme EISCAP was applied to mimic an XOR (Exclusive OR) enzyme logic gate.