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This thesis introduces the Integrated Emitter Turn-Off (IETO) Thyristor as a new high-power device. Known state-of-the-art research activities like the Dual GCT, the ETO thyristor and the ICT were presented and critically reviewed. A comparison with commercialized solutions identifies the pros and cons of each type of device family. Based on this analysis, the IETO structure is proposed, covering most benefits of each device class. In particular the combination of a MOS-assisted turn-off with a thyristor-based device allows a voltage-controlled MOS switching and the low on-state voltage of the thyristors. The following synthesis of an IETO device stands on a three-dimensional field of optimization spanned by electric, mechanical and thermal aspects. From an electric point of view, the lowest possible parasitic inductance and resistance within the commutation path are optimization criteria. The mechanical construction has to withstand the required contact pressure of multiple kilo Newtons. Finally, thermal borders limit the maximum average current of the device. FEM simulations covering these three aspects are performed for several design proposals. An IETO prototype is constructed and measurements on various test benches attest thermal, mechanical and electric performance. A local decoupling of the external driver stage and the presspack housing is presented by a cable connection. This separation enables a thermal and mechanical independence, which is advantageous in terms of vibrations and thermal cycles including increased reliability. The electric pulse performance of the prototype device is a factor of 3.1 above today''s solutions. In single-pulse measurements, a current up to 1600 A was successfully turned off at 115°C with an active silicon area of 823 mm². One reason for this increased turn-off capability is the extremely low-inductive construction. Additional functionality of the IETO thyristor like over-current self-protection and defined short-circuit failure state are successfully verified.
This paper presents the latest prototype of the integrated emitter turn-off thyristor concept, which potentially ranks among thyristor high-power devices like the gate turn-off thyristor and the integrated gate-commutated thyristor (IGCT). Due to modifications of the external driver stage and mechanical press-pack design optimization, this prototype allows for full device characterization. The turn-off capability was increased to 1600 A with an active silicon area of 823mm2 . This leads to a transient peak power of 672.1kW/cm² . Within this paper, measurements and concept assessment are presented and a comparison to state-of-the-art IGCT devices is provided.
Sensitivity of phase detection techniques in aerated chute flows to hydraulic design parameters
(2012)
Bei der Ausarbeitung des nationalen Anwendungsdokumentes zur DIN EN 1998-1 waren die in der ENV-Fassung enthaltenen vereinfachten Regeln im Lichte aktueller Forschungsergebnisse zu überprüfen und zu überarbeiten. Die gleiche Aufgabe stellte sich auch für die Neufassung der DIN 4149. In beiden Fällen sind neben konstruktiven Regeln für die Art und Anordnung der zur Gebäudeaussteifung heranzuziehenden Wände im Grundriss Tabellen enthalten, die unter bestimmten Bedingungen den Entfall eines rechnerischen Nachweises der Tragwände im Erdbebenfall ermöglichen. Dies ist für Schwachbebengebiete, wie sie in Deutschland und anderen Ländern Mitteleuropas anzutreffen sind, sinnvoll, um unnötigen Rechenaufwand sowie Probleme mit der Führbarkeit von Nachweisen so weit wie möglich auszuschalten. Im vorliegenden Beitrag werden die Hintergründe der vereinfachten Regeln diskutiert und die Ergebnisse der Anwendung mit verschiedenen Rechenverfahren verglichen und bewertet.
Moderne Mauerwerksbauten müssen nach heutigen Anforderungen architektonisch, statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Aufgrund der Komplexität und engen Verzahnung der einzelnen Anforderungen ist eine integrale Gebäudeplanung zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Bauwerkslösung unbedingt notwendig. Diese erfordert von den Fachplanern vertieftes Spezialwissen in den verschiedenen Bereichen, um insbesondere die Schnittstellen und Bauwerksdetails korrekt zu planen und auszuführen. Der Beitrag stellt die integrale Gebäudeplanung am Beispiel eines Geschossbaus in Ziegelbauweise mit Lösungen für wesentliche Detailpunkte vor
Two types of microvalves based on temperature-responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) and pH-responsive poly(sodium acrylate) (PSA) hydrogel films have been developed and tested. The PNIPAAm and PSA hydrogel films were prepared by means of in situ photopolymerization directly inside the fluidic channel of a microfluidic chip fabricated by combining Si and SU-8 technologies. The swelling/shrinking properties and height changes of the PNIPAAm and PSA films inside the fluidic channel were studied at temperatures of deionized water from 14 to 36 °C and different pH values (pH 3–12) of Titrisol buffer, respectively. Additionally, in separate experiments, the lower critical solution temperature (LCST) of the PNIPAAm hydrogel was investigated by means of a differential scanning calorimetry (DSC) and a surface plasmon resonance (SPR) method. Mass-flow measurements have shown the feasibility of the prepared hydrogel films to work as an on-chip integrated temperature- or pH-responsive microvalve capable to switch the flow channel on/off.
Netzsektoren und deren adäquate Regulierung sind ein sehr relevantes und aktuelles Thema. Dies gilt sowohl für die ökonomische Theorie, die sich sehr intensiv damit auseinandersetzt und in den letzten Jahrzehnten zahlreiche neue Erkenntnisse gewonnen hat. Es gilt ebenso für die Politik, in der Regulierungsfragen kontrovers diskutiert werden und dies nicht nur unter ökonomischen Gesichtspunkten. Es gilt selbstverständlich für die regulierten Unternehmen selbst, deren Tätigkeit durch die staatlichen Regulierungsvorgaben markant beeinflusst wird. Nicht nur die konkreten Inhalte der Regulierungsregime sowie die verbleibenden Freiheitsgrade in der Ausgestaltung sind von Bedeutung, sondern ebenso die Umsetzung durch die Regulierungsbehörden. All dies gilt für den Strommarkt und seinen regulatorischen Hintergrund in besonderer Weise. Die Entflechtung der Stromübertragungsnetze von der Stromproduktion und damit die Vorgaben für die Organisation der Wertschöpfungsketten in den Elektrizitätsunternehmen sind seit dem Beginn des europäischen Liberalisierungsprozesses der Strommärkte ein wichtiges und kontrovers diskutiertes Regulierungselement. Den Fokus bildet das vertikale Unbundling, das letztlich die Diskriminierung von Wettbewerbern durch Anbieter mit aggregierten Wertschöpfungsketten verhindern soll, indem diese gezwungen werden, ihren "Netzteil" anders zu organisieren oder zu verkaufen. Den Mitgliedsstaaten blieben Freiräume in der Ausgestaltung, die in Deutschland erst vor kurzem konkretisiert wurden, und die für die regulierten Unternehmen die Nutzung eines Wahlrechts beinhalten. Der wirtschaftspolitischen folgt nun eine unternehmerische Abwägungsentscheidung.
As the potential of a next generation network (NGN) is recognised, telecommunication companies consider switching to it. Although the implementation of an NGN seems to be merely a modification of the network infrastructure, it may trigger or require changes in the whole company, because it builds upon the separation between service and transport, a flexible bundling of services to products and the streamlining of the IT infrastructure. We propose a holistic framework, structured into the layers ‘strategy’, ‘processes’ and ‘information systems’ and incorporate into each layer all concepts necessary for the implementation of an NGN, as well as the alignment of these concepts. As a first proof-of-concept for our framework we have performed a case study on the introduction of NGN in a large telecommunication company; we show that our framework captures all topics that are affected by an NGN implementation.
Die Veränderungen des Telekommunikationsmarktes haben in der Praxis zu einer Vielzahl von Transformationsprojekten geführt. Was gehört aber zu einem “Transformationsprojekt”, welche Prozesse und Systeme werden verändert? Zur Beantwortung dieser Frage haben wir 184 Berichte zu Projekten analysiert, die als "Transformationsprojekte" bezeichnet waren. Für die Analyse haben wir einen Kodierungsrahmen konzipiert und anhand dessen die Berichte mit einem hierarchischen Clustering-Verfahren in Themen gruppiert. Die Ergebnisse liefern Hinweise über die in der Praxis gesetzten Schwerpunkte und Prioritäten. Sie können
somit als Unterstützung für Unternehmen dienen, die ein Transformationsprojekt planen. Sie weisen zudem darauf hin, in welchen Bereichen eines Unternehmens Unterstützung durch wissenschaftlich erprobte Werkzeuge und Modelle nötig ist.
Enceladus explorer - A maneuverable subsurface probe for autonomous navigation through deep ice
(2012)
The ”IceMole“ is a novel maneuverable subsurface ice probe for clean in-situ analysis and sampling of subsurface ice and subglacial water/brine. It is developed and build at FH Aachen University of Applied Sciences’ Astronautical Laboratory. A first prototype was successfully tested on the Swiss Morteratsch glacier in 2010. Clean sampling is achieved with a hollow ice screw (as it is used in mountaineering) at the tip of the probe. Maneuverability is achieved with a differentially heated melting head. Funded by the German Space Agency (DLR), a consortium led by FH Aachen currently develops a much more advanced IceMole probe, which includes a sophisticated system for obstacle avoidance, target detection, and navigation in the ice. We intend to use this probe for taking clean samples of subglacial brine at the Blood Falls (McMurdo Dry Valleys, East Antarctica) for chemical and microbiological analysis. In our conference contribution, we 1) describe the IceMole design, 2) report the results of the field tests of the first prototype on the Morteratsch glacier, 3) discuss the probe’s potential for the clean in-situ analysis and sampling of subsurface ice and subglacial liquids, and 4) outline the way ahead in the development of this technology.
Heterogeneous Composites on the Basis of Microbial Cells and Nanostructured Carbonized Sorbents
(2012)
The fact that microorganisms prefer to grow on liquid/solid phase surfaces rather than in the surrounding aqueous phase was noticed long time ago [1]. Virtually any surface – animal, mineral, or vegetable – is a subject for microbial colonization and subsequent biofilm formation. It would be adequate to name just a few notorious examples on microbial colonization of contact lenses, ship hulls, petroleum pipelines, rocks in streams and all kinds of biomedical implants. The propensity of microorganisms to become surface-bound is so profound and ubiquitous that it vindicates the advantages for attached forms over their free-ranging counterparts [2]. Indeed, from ecological and evolutionary standpoints, for many microorganisms the surface-bound state means dwelling in nutritionally favorable, non-hostile environments [3]. Therefore, in most of natural and artificial ecosystems surface-associated microorganisms vastly outnumber organisms in suspension and often organize into complex communities with features that differ dramatically from those of free cells [4].
Visual Virology
(2012)
Der Erhalt möglichst hoher Zuckerkonzentrationen für nachfolgende Fermentationen und eine Steigerung der Produktivität sind Ziele der Hydrolyse bei hohen Feststoffkonzentrationen im Rahmen des Projekts „Lignocellulose Bioraffinerie“. Verwendet wird durch ein Organosolv-Verfahren aufgeschlossenes Buchenholz. Die Hydrolyse des Faserstoffes erfolgt mithilfe von CTec2-Enzymen (Fa. Novozymes). Zurzeit können unter Einsatz eines neuen Feststoffreaktors Cellulosefasern in einer Konzentration bis 400 g L⁻¹ enzymatisch hydrolysiert werden. Dabei werden Ausbeuten (g Glucose/g Cellulose im Faserstoff) bis 0,86 g g⁻¹ und Glucosekonzentrationenvon 120 g L⁻¹ erreicht. Ein Nachteil ist jedoch die hierbei auftretende Abnahme der Hydrolyseausbeuten. Zahlreiche Limitierungen bezüglich der Hydrolysierbarkeit von Lignocellulose werden zurzeit diskutiert und publiziert. Ziel der Untersuchungen ist die Identifizierung hydrolysehemmender Substanzen sowie die Erhöhung der Ausbeute an Zuckermonomeren durch den Einsatz lignolytischer Enzyme. Hierbei wird eine HPLC-MS-Methode zur Charakterisierung hemmender Substanzen eingesetzt, um potenzielle Inhibitoren zu erfassen.
Climate change is challenging forestry management and practices. Among other things, tree species with the ability to cope with more extreme climate conditions have to be identified. However, while environmental factors may severely limit tree growth or even cause tree death, assessing a tree species' potential for surviving future aggravated environmental conditions is rather demanding. The aim of this study was to find a tree-ring-based method suitable for identifying very drought-tolerant species, particularly potential substitute species for Scots pine (Pinus sylvestris L.) in Valais. In this inner-Alpine valley, Scots pine used to be the dominating species for dry forests, but today it suffers from high drought-induced mortality. We investigate the growth response of two native tree species, Scots pine and European larch (Larix decidua Mill.), and two non-native species, black pine (Pinus nigra Arnold) and Douglas fir (Pseudotsuga menziesii Mirb. var. menziesii), to drought. This involved analysing how the radial increment of these species responded to increasing water shortage (abandonment of irrigation) and to increasingly frequent drought years. Black pine and Douglas fir are able to cope with drought better than Scots pine and larch, as they show relatively high radial growth even after irrigation has been stopped and a plastic growth response to drought years. European larch does not seem to be able to cope with these dry conditions as it lacks the ability to recover from drought years. The analysis of trees' short-term response to extreme climate events seems to be the most promising and suitable method for detecting how tolerant a tree species is towards drought. However, combining all the methods used in this study provides a complete picture of how water shortage could limit species.
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren und des Oldenbourg Industrieverlags https://www.oldenbourg-industrieverlag.de/de/9783835633223-33223 erschienen als Beitrag im Tagungsband zur AALE-Tagung 2012. 9. Fachkonferenz 4.-5. Mai 2012, Aachen, Fachhochschule. ISBN 9783835633223 S 2-1 S. 37-46 Original-Abstract der Autoren: "Dieser Artikel beschreibt eine universelle Programmierschnittstelle zur Entwicklung von Motion-Logic Applikationen für industrielle Motion-Controller. Sie ermöglicht die Entwicklung von Software mit modernen Hochsprachen, wie C/C++. Visual Basic, C#, Java, Objective-Cund visuellen Programmiersprachen, wie LabVIEW in Koexistenz mit klassischen Programmiersprachen für speicherprogrammierbare Steuerungen nach IEC 61131-3. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten industrielle Antriebs- und Steuerungssysteme mit ihrem IT-Umfeld zu verbinden."
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren und des Oldenbourg Industrieverlags https://www.oldenbourg-industrieverlag.de/de/9783835633223-33223 erschienen als Beitrag im Tagungsband zur AALE-Tagung 2012. 9. Fachkonferenz 4.-5. Mai 2012, Aachen, Fachhochschule. ISBN 9783835633223 S 6-2. S. 165-174 Zusammenfassung der Autoren: "Abschließend kann festgehalten werden, dass die gesamten durchgeführten Überlegungen von den Messergebnissen der Inbetriebnahme positiv bestätigt werden. Es wird durch diese Topologie eine maximale Systemverfügbarkeit garantiert und die Zellen werden optimal betrieben. Ein Blick in die Zukunft für dieses Projekt zeigt viele Erweiterungs- und Optimierungsaufgaben. So muss der DC/DC-Wandler für einen bidirektionalen Betrieb erweitert werden, um einen Rekuperationsbetrieb zu gewährleisten bzw. die Zellen laden zu können. Dadurch können gleichzeitig die Gleichrichterdioden im Sekundärleistungsteil durch IGBTs oder MOSFETs ersetzt werden. Die voll funktionsfähige Version des DC/DC-Wandlers könnte höchstwahrscheinlich direkt auf die Anschlusspole der Zelle montiert werden, wodurch das Gewicht gesenkt wird. Durch die verringerte Verlustleistung in den Zuleitungen könnte der Wirkungsgrad noch einmal gesteigert werden.
This article describes the functionality of a MATLAB® library that can be used to develop motion-logic applications in MATLAB programming language for industrial drive and control systems using the well known sercos automation bus. Therewith MATLAB's functionality is extended to designing automation applications from single axis machines up to multi-kinematic robots.
Einführung
(2012)
Auch mit der jüngsten Finanzkrise hat die Konsumkultur nichts von ihrer Bedeutung als massenkulturelles Phänomen eingebüßt. Im Gegenteil: Das aktuelle Krisenbewusstsein sucht Halt im Konsum, der seinen Verfechtern noch immer als Modell demokratischer Teilhabe an gesellschaftlicher Produktion gilt. Zugleich ist die Konsumkritik der 1960er Jahre in Richtung eines intelligenten und nachhaltigen Konsums weitergeführt worden, und selbstbewusste Konsumenten treten nun als emanzipierte »Prosumer« und Mitakteure des Marktes auf. Das Buch entwickelt aus Sicht von Design, Kunst, Soziologie, Marketing und Medien neue Perspektiven auf das Phänomen Konsum.
Although Selective Laser Melting (SLM) process is an innovative manufacturing method, there are challenges such as inferior mechanical properties of fabricated objects. Regarding this, buckling deformation which is caused by thermal stress is one of the undesired mechanical properties which must be alleviated. As buckling deformation is more observable in hard to process materials, silver is selected to be studied theoretically and experimentally for this paper. Different scanning strategies are utilized and a Finite Element Method (FEM) is applied to calculate the temperature gradient in order to determine its effect on the buckling deformation of the objects from experiments.
Geotechnik
(2012)
In der nationalen und der europäischen Normung werden die geotechnischen Aufgaben zwecks Mindestanforderungen an Baugrunduntersuchung, rechnerische Nachweise und Überwachung der Ausführung in drei Klassen (Kategorien) eingeteilt. Sie richten sich nach der zu erwartenden Reaktion des Baugrundes, nach dem geotechnischen Schwierigkeitsgrad des Tragwerks und seiner Einflüsse auf dieUmgebung.
Geotechnik
(2012)
South Africa in recent years is the establishment of a number of research hubs involved in AI activities ranging from mobile robotics and computational intelligence, to knowledge representation and reasoning, and human language technologies. In this survey we take the reader through a quick tour of the research being conducted at these hubs, and touch on an initiative to maintain and extend the current level of interest in AI research in the country.
Many tasks for autonomous agents or robots are best described by a specification of the environment and a specification of the available actions the agent or robot can perform. Combining such a specification with the possibility to imperatively program a robot or agent is what we call the actionbased imperative programming. One of the most successful such approaches is Golog. In this paper, we draft a proposal for a new robot programming language YAGI, which is based on the action-based imperative programming paradigm. Our goal is to design a small, portable stand-alone YAGI interpreter. We combine the benefits of a principled domain specification with a clean, small and simple programming language, which does not exploit any side-effects from the implementation language. We discuss general requirements of action-based programming languages and outline YAGI, our action-based language approach which particularly aims at embeddability.
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren und des Oldenbourg Industrieverlags https://www.oldenbourg-industrieverlag.de/de/9783835633223-33223 erschienen als Beitrag im Tagungsband zur AALE-Tagung 2012. 9. Fachkonferenz 4.-5. Mai 2012, Aachen, Fachhochschule. ISBN 9783835633223 S 5-1 S. 127-135 Es werden Ergebnisse unterschiedlicher Projekte aus dem Bereich der Simulation von Wärmeübertragungsprozessen mit Excel-VBA vorgestellt. - Thermische Behandlung hochviskoser Fruchtzubereitungen, verschiedene Projekte und Kooperationen mit der Zentis GmbH & Co. KG, Aachen (J. Becker, U. Feuerriegel, G. Wersch). - Untersuchung des dynamischen Verhaltens von dampfbeheizten Ethylen-Verdampfern. Projekt mit der TGE Gas Engineering GmbH, Bonn (M. Ecker, U. Feuerriegel, U. Hoffmann, S. Wittenhorst). - Dynamische Simulation des axialen Temperaturverlaufs von elektrisch beheizten Rohrreaktoren. Kooperation mit dem Institut für Chemische Verfahrenstechnik, TU Clausthal (U. Feuerriegel, U. Kunz, M. Pook, S. Wittenhorst).
This paper describes the implementation of topographic curvature effects within the RApid Mass MovementS (RAMMS) snow avalanche simulation toolbox. RAMMS is based on a model similar to shallow water equations with a Coulomb friction relation and the velocity dependent Voellmy drag. It is used for snow avalanche risk assessment in Switzerland. The snow avalanche simulation relies on back calculation of observed avalanches. The calibration of the friction parameters depends on characteristics of the avalanche track. The topographic curvature terms are not yet included in the above mentioned classical model. Here, we fundamentally improve this model by mathematically and physically including the topographic curvature effects. By decomposing the velocity dependent friction into a topography dependent term that accounts for a curvature enhancement in the Coulomb friction, and a topography independent contribution similar to the classical Voellmy drag, we construct a general curvature dependent frictional resistance, and thus propose new extended model equations. With three site-specific examples, we compare the apparent frictional resistance of the new approach, which includes topographic curvature effects, to the classical one. Our simulation results demonstrate substantial effects of the curvature on the flow dynamics e.g., the dynamic pressure distribution along the slope. The comparison of resistance coefficients between the two models demonstrates that the physically based extension presents an improvement to the classical approach. Furthermore a practical example highlights its influence on the pressure outline in the run out zone of the avalanche. Snow avalanche dynamics modeling natural terrain curvature centrifugal force friction coefficients.