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- Fakultät II - Maschinenbau und Bioverfahrenstechnik (211) (remove)
The aim of this cross-sectional study was to investigate the occurrence of bacteremia in severe mastitis cases of dairy cows. Milk and corresponding blood samples of 77 cases of severe mastitis were bacteriologically examined. All samples (milk and blood) were incubated aerobically and anaerobically to also investigate the role of obligate anaerobic microorganisms in addition to aerobic microorganisms in severe mastitis. Bacteremia occurred if identical bacterial strains were isolated from milk and blood samples of the same case. In addition, pathogen shedding was examined, and the data of animals and weather were collected to determine associated factors for the occurrence of bacteremia in severe mastitis. If Gram-negative bacteria were detected in milk samples, a Limulus test (detection of endotoxins) was also performed for corresponding blood samples without the growth of Gram-negative bacteria. In 74 cases (96.1%), microbial growth was detected in aerobically incubated milk samples. The most-frequently isolated bacteria in milk samples were Escherichia (E.) coli (48.9%), Streptococcus (S.) spp. (18.1%), and Klebsiella (K.) spp. (16%). Obligatory anaerobic microorganisms were not isolated. In 72 cases (93.5%) of the aerobically examined blood samples, microbial growth was detected. The most-frequently isolated pathogens in blood samples were non-aureus Staphylococci (NaS) (40.6%) and Bacillus spp. (12.3%). The Limulus test was positive for 60.5% of cases, which means a detection of endotoxins in most blood samples without the growth of Gram-negative bacteria. Bacteremia was confirmed in 12 cases (15.5%) for K. pneumoniae (5/12), E. coli (4/12), S. dysgalactiae (2/12), and S. uberis (1/12). The mortality rate (deceased or culled) was 66.6% for cases with bacteremia and 34.1% for cases without bacteremia. High pathogen shedding and high humidity were associated with the occurrence of bacteremia in severe mastitis.
The aim of this cross-sectional study was to investigate associated factors of the severity of clinical mastitis (CM). Milk samples of 249 cases of CM were microbiologically examined, of which 27.2% were mild, 38.5% moderate, and 34.3% severe mastitis. The samples were incubated aerobically and anaerobically to investigate the role of aerobic and anaerobic microorganisms. In addition, the pathogen shedding was quantitatively examined, and animal individual data, outside temperature and relative humidity, were collected to determine associated factors for the severity of CM. The pathogen isolated the most was Escherichia coli (35.2%), followed by Streptococcus spp. (16.4%). Non-aureus staphylococci (NaS) (15.4%) and other pathogens (e.g., Staphylococcus aureus, coryneforms) (15.4%) were the pathogens that were isolated the most for mild mastitis. Moderate mastitis was mostly caused by E. coli (38%). E. coli was also the most common pathogen in severe mastitis (50.6%), followed by Streptococcus spp. (16.4%), and Klebsiella spp. (10.3%). Obligate anaerobes (Clostridium spp.) were isolated in one case (0.4%) of moderate mastitis. The mortality rate (deceased or culled due to the mastitis in the following two weeks) was 34.5% for severe mastitis, 21.7% for moderate mastitis, and 4.4% for mild mastitis. The overall mortality rate of CM was 21.1%. The pathogen shedding (back logarithmized) was highest for severe mastitis (55,000 cfu/mL) and E. coli (91,200 cfu/mL). High pathogen shedding, low previous somatic cell count (SCC) before mastitis, high outside temperature, and high humidity were associated with severe courses of mastitis.
In der vorliegenden Arbeit wurde für die Erhebung von rheologischen Parametern ein großmaßstäbliches Rohrviskosimeter verwendet. Originalproben aus fünf Biogasfermentern und Nachgärern wurden mit variiertem Volumenstrom durch verschieden dimensionierte Messrohrstrecken im Kreis gefördert. Über definierte Längen der Messrohrstrecken konnte der Differenzdruck bei laminarem Strömungsverhalten aufgenommen werden. Aus den geometrischen Größen sowie den Wertepaaren Volumenstrom und Differenzdruck ließen sich nach einer Korrektur der Schergeschwindigkeit die Parameter für die Abbildung der absoluten Fließ- und Viskositätseigenschaften nach dem Potenzansatz approximieren.
Complexes like iron (II)-triazoles exhibit spin crossover behavior at ambient temperature and are often considered for possible application. In previous studies, we implemented complexes of this type into polymer nanofibers and first polymer-based optical waveguide sensor systems. In our current study, we synthesized complexes of this type, implemented them into polymers and obtained composites through drop casting and doctor blading. We present that a certain combination of polymer and complex can lead to composites with high potential for optical devices. For this purpose, we used two different complexes [Fe(atrz)3](2 ns)2 and [Fe(atrz)3]Cl1.5(BF4)0.5 with different polymers for each composite. We show through transmission measurements and UV/VIS spectroscopy that the optical properties of these composite materials can reversibly change due to the spin crossover effect.
We describe an experimental approach to the determination of the nascent internal state distribution of gas-phase products of a gas–liquid interfacial reaction. The system chosen for study is O(³P) atoms with the surface of liquid deuterated squalane, a partially branched long-chain saturated hydrocarbon, C₃₀D₆₂. The nascent OD products are detected by laser-induced fluorescence. Both OD (v′=0) and (v′=1) were observed in significant yield. The rotational distributions in both vibrational levels are essentially the same, and are characteristic of a Boltzmann distribution at a temperature close to that of the liquid surface. This contrasts with the distributions in the corresponding homogeneous gas-phase reactions. We propose a preliminary interpretation in terms of a dominant trapping-desorption mechanism, in which the OD molecules are retained at the surface sufficiently long to cause rotational equilibration but not complete vibrational relaxation. The significant yield of vibrationally excited OD also suggests that the surface is not composed entirely of –CD₃ endgroups, but that secondary and/or tertiary units along the backbone are exposed.
The authors describe the application of a combination of velocity map imaging and time-of-flight (TOF) techniques to obtain three-dimensional velocity distributions for surface photodesorption. They have established a systematic alignment procedure to achieve correct and reproducible experimental conditions. It includes four steps: (1) optimization of the velocity map imaging ion optics’ voltages to achieve optimum velocity map imaging conditions; (2) alignment of the surface normal with the symmetry axis (ion flight axis) of the ion optics; (3) determination of TOF distance between the surface and the ionizing laser beam; (4) alignment of the position of the ionizing laser beam with respect to the ion optics. They applied this set of alignment procedures and then measured Br(²P₃/₂) (Br) and Br(²P₁/₂) (Br∗) atoms photodesorbing from a single crystal of KBr after exposure to 193 nm light. They analyzed the velocity flux and energy flux distributions for motion normal to the surface. The Br∗ normal energy distribution shows two clearly resolved peaks at approximately 0.017 and 0.39 eV, respectively. The former is slightly faster than expected for thermal desorption at the surface temperature and the latter is hyperthermal. The Br normal energy distribution shows a single broad peak that is likely composed of two hyperthermal components. The capability that surface three-dimensional velocity map imaging provides for measuring state-specific velocity distributions in all three dimensions separately and simultaneously for the products of surface photodesorption or surface reactions holds great promise to contribute to our understanding of these processes.
This paper describes the latest accomplishments on the current research that is based on the master’s thesis “Ein System zur Erstellung taktiler Karten für blinde und sehbehinderte Menschen” (German for “A system creating tactile maps for blind and visually impaired people”) (Hänßgen, 2012). The system consists of two parts. The first part is new software especially designed and developed for creating tactile maps addressing the needs of blind and visually impaired people on tactile information. The second is an embossing device based on a modified CNC (computer numerical control) router. By using OpenStreetMap-data, the developed system is capable of embossing tactile maps into Braille paper and writing film.
The use of vibrational sum-frequency spectroscopy (VSFS) to study transferred graphene, produced by chemical vapour deposition, is presented. The VSF spectrum shows a clear CeH stretching mode at ~2924 cm⁻¹, which is attributed to residue of the polymer used for the transfer. This makes VSFS a powerful tool to identify adsorbates and contaminants affecting the properties of graphene.
In order to reduce antimicrobial treatment and prevent environmental mastitis, the aim of the present study was to investigate associations between herd level factors and microbial load on teat ends with environmental mastitis pathogens. Quarterly farm visits of 31 dairy farms over a one-year period were used for statistical analysis. During each farm visit, teat-skin swabs, bedding and air samples were taken and management practices and herd parameters were documented. Total mesophilic bacteria, esculin-positive streptococci and coliform bacteria were examined in the laboratory procedures from teat skin and environmental samples. Esculin-positive streptococci and coliform bacteria on teat ends increased with high temperature–humidity indices (THI) in the barn during the spring and summer. Significantly more coliform bacteria on teat ends were found in herds with an increased percentage of normal or slightly rough teat ends. Cleaning cubicles more frequently, pre-cleaning teats before milking as well as post-dipping them after milking had a decreasing effect of teat-skin load with total mesophilic and coliform bacteria at the herd level. To conclude, teat-skin bacterial load with environmental pathogens is subject to fluctuations and can be influenced by aspects of farm hygiene.
Background: This basically anatomical study focuses on two items; firstly, the establishment of a system for the cartographic subdivision of the neopallium; secondly, the topographical correlation of extracranial landmarks and intracranial sites on the neopallium.
Materials and methods: The surface of the neopallium was subdivided into 15 sectors with reference to a newly introduced pattern of Primary Sulci. The topographical link between extracranial landmarks and certain intracranial sites (i.e. neopallium sectors) was elaborated by using a simple stereotactic device and a computer-assisted measurement device. Measurements were performed between points on the head's outer surface and on the isolated brain.
Results and Conclusions: The introduction of an anatomical three-dimensional coordinate system was an essential key issue for this investigation. This setting facilitated the measurements and calculations of the so-called indirect distances that were characterised by their alignment along the three orthogonal axes (x, y, z) of the anatomical coordinate system. The inter-individual comparison (16 adult horses [Equus caballus]) of the indirect distances revealed that each sector centre lay within a distinct morphometric residence area. The measured and calculated data also showed that each sector centre could be assigned to its proper extracranial landmark that - in comparison with other landmarks - was best suited for the optimal allocation of the sector centre point.
A proven method to enhance the mechanical properties of additively manufactured plastic parts is the embedding of continuous fibers. Due to its great flexibility, continuous fiber-reinforced material extrusion allows fiber strands to be deposited along optimized paths. Nevertheless, the fibers have so far been embedded in the parts contour-based or on the basis of regular patterns. The outstanding strength and stiffness properties of the fibers in the longitudinal direction cannot be optimally utilized. Therefore, a method is proposed which allows to embed fibers along the principal stresses into the parts in a load-oriented manner. A G-code is generated from the calculated principal stress trajectories and the part geometry, which also takes into account the specific restrictions of the manufacturing technology used. A distinction is made between fiber paths and the matrix so that the average fiber volume content can be set in a defined way. To determine the mechanical properties, tensile and flexural tests are carried out on specimens consisting of carbon fiber-reinforced polyamide. In order to increase the influence of the principal stress-based fiber orientation, open-hole plates are used for the tensile tests, as this leads to variable stresses across the cross section. In addition, a digital image correlation system is used to determine the deformations during the mechanical tests. It was found that the peak load of the optimized open-hole plates was greater by a factor of 3 and the optimized flexural specimens by a factor of 1.9 than the comparison specimens with unidirectional fiber alignment.
Parametric study of piezoresistive structures in continuous fiber reinforced additive manufacturing
(2024)
Recent advancements in fiber reinforced additive manufacturing leverage the piezoresistivity of continuous carbon fibers. This effect enables the fabrication of structural components with inherent piezoresistive properties suitable for load measurement or structural monitoring. These are achieved without necessitating additional manufacturing or assembly procedures. However, there remain unexplored variables within the domain of continuous fiber-reinforced additive manufacturing. Crucially, the roles of fiber curvature radii and sensing fiber bundle counts have yet to be comprehensively addressed. Additionally, the compression-sensitive nature of printed carbon fiber-reinforced specimens remains a largely unexplored research area. To address these gaps, this study presents experimental analyses on tensile and three-point flexural specimens incorporating sensing carbon fiber strands. All specimens were fabricated with three distinct curvature radii. For the tensile specimens, the number of layers was also varied. Sensing fiber bundles were embedded on both tensile and compression sides of the flexural specimens. Mechanical testing revealed a linear-elastic behavior in the specimens. It was observed that carbon fibers supported the majority of the load, leading to brittle fractures. The resistance measurements showed a dependence on both the number of sensing layers and the radius of curvature, and exhibited a slight decreasing trend in the cyclic tests. Compared with the sensors subjected to tensile stress, the sensors embedded on the compression side showed a lower gauge factor.
Recent research efforts have highlighted the potential of hybrid composites in the context of additive manufacturing. The use of hybrid composites can lead to an enhanced adaptability of the mechanical properties to the specific loading case. Furthermore, the hybridization of multiple fiber materials can result in positive hybrid effects such as increased stiffness or strength. In contrast to the literature, where only the interply and intrayarn approach has been experimentally validated, this study presents a new intraply approach, which is experimentally and numerically investigated. Three different types of tensile specimens were tested. The non-hybrid tensile specimens were reinforced with contour-based fiber strands of carbon and glass. In addition, hybrid tensile specimens were manufactured using an intraply approach with alternating carbon and glass fiber strands in a layer plane. In addition to experimental testing, a finite element model was developed to better understand the failure modes of the hybrid and non-hybrid specimens. The failure was estimated using the Hashin and Tsai–Wu failure criteria. The specimens showed similar strengths but greatly different stiffnesses based on the experimental results. The hybrid specimens demonstrated a significant positive hybrid effect in terms of stiffness. Using FEA, the failure load and fracture locations of the specimens were determined with good accuracy. Microstructural investigations of the fracture surfaces showed notable evidence of delamination between the different fiber strands of the hybrid specimens. In addition to delamination, strong debonding was particularly evident in all specimen types.
Continuous Fiber-Reinforced Material Extrusion with Hybrid Composites of Carbon and Aramid Fibers
(2022)
An existing challenge in the use of continuous fiber reinforcements in additively manufactured parts is the limited availability of suitable fiber materials. This leads to a reduced adaptability of the mechanical properties to the load case. The increased design freedom of additive manufacturing allows the flexible deposition of fiber strands at defined positions, so that even different fiber materials can be easily combined in a printed part. In this work, therefore, an approach is taken to combine carbon and aramid fibers in printed composite parts to investigate their effects on mechanical properties. For this purpose, tensile, flexural and impact tests were performed on printed composite parts made of carbon and aramid fibers in a nylon matrix with five different mixing ratios. The tests showed that the use of hybrid composites for additive manufacturing is a reasonable approach to adapt the mechanical properties to the loading case at hand. The experiments showed that increasing the aramid fiber content resulted in an increase in impact strength, but a decrease in tensile and flexural strength and a decrease in stiffness. Microstructural investigations of the fracture surfaces showed that debonding and delamination were the main failure mechanisms. Finally, Rule of Hybrid Mixture equations were applied to predict the mechanical properties at different mixture ratios. This resulted in predicted values that differed from the experimentally determined values by an average of 5.6%.
Of late, decrease in mineral oil supplies has stimulated research on use of biomass as an alternative energy source. Climate change has brought problems such as increased drought and erratic rains. This, together with a rise in land degeneration problems with concomitant loss in soil fertility has inspired the scientific world to look for alternative bio-energy species. Euphorbia tirucalli L., a tree with C3/CAM metabolism in leaves/stem, can be cultivated on marginal, arid land and could be a good alternative source of biofuel.
We analyzed a broad variety of E. tirucalli plants collected from different countries for their genetic diversity using AFLP. Physiological responses to induced drought stress were determined in a number of genotypes by monitoring growth parameters and influence on photosynthesis. For future breeding of economically interesting genotypes, rubber content and biogas production were quantified.
Cluster analysis shows that the studied genotypes are divided into two groups, African and mostly non-African genotypes. Different genotypes respond significantly different to various levels of water. Malate measurement indicates that there is induction of CAM in leaves following drought stress. Rubber content varies strongly between genotypes. An investigation of the biogas production capacities of six E. tirucalli genotypes reveals biogas yields higher than from rapeseed but lower than maize silage.
HOXA9 and MEIS1 are frequently upregulated in acute myeloid leukemia (AML), including those with MLL‐rearrangement. Because of their pivotal role in hemostasis, HOXA9 and MEIS1 appear non‐druggable. We, thus, interrogated gene expression data of pre‐leukemic (overexpressing Hoxa9) and leukemogenic (overexpressing Hoxa9 and Meis1; H9M) murine cell lines to identify cancer vulnerabilities. Through gene expression analysis and gene set enrichment analyses, we compiled a list of 15 candidates for functional validation. Using a novel lentiviral multiplexing approach, we selected and tested highly active sgRNAs to knockout candidate genes by CRISPR/Cas9, and subsequently identified a H9M cell growth dependency on the cytosolic phospholipase A2 (PLA2G4A). Similar results were obtained by shRNA‐mediated suppression of Pla2g4a. Remarkably, pharmacologic inhibition of PLA2G4A with arachidonyl trifluoromethyl ketone (AACOCF3) accelerated the loss of H9M cells in bulk cultures. Additionally, AACOCF3 treatment of H9M cells reduced colony numbers and colony sizes in methylcellulose. Moreover, AACOCF3 was highly active in human AML with MLL rearrangement, in which PLA2G4A was significantly higher expressed than in AML patients without MLL rearrangement, and is sufficient as an independent prognostic marker. Our work, thus, identifies PLA2G4A as a prognostic marker and potential therapeutic target for H9M‐dependent AML with MLL‐rearrangement.
The aim of this study was to examine the opinions of farmers on a consulting project, which was established for organic dairy farms in Northern Germany involving different animal health experts who participated in the meetings. Furthermore, the properties of measures that are of decisive importance for implementation on the farms were identified to improve consultancy services for dairy farming. Once a year, the farmers met on a host-farm in one of three groups consisting of five to nine farms, a facilitator and an expert. At each meeting, a host-farm was visited and the analysed data of all participating farms of the previous year were presented to the group members. Each farmer had the possibility to report on success stories and issues concerning his herd. During discussions, the farmers first proposed mutual farm-specific measures for improving herd health and animal welfare. Afterwards, the expert named possible interventions and commented on the given measures of the farmers. All measures were noted by the facilitator. At the end of each meeting, each farmer could choose which of the given measures he wanted to implement. Open group-interviews as well as anonymous questionnaires for the farmers were used at the meetings in winter 2016/2017 to evaluate their perception of this consulting project and to determine which properties of measures were important for implementation on the farms. Based on the results of this study, the participating farmers were very positive towards this kind of consulting project. They favoured the participation of an expert during the meetings and the analysis of farm-specific data. Farmers mostly chose measures for implementation proposed by farmers and approved by the expert, followed by those proposed by the expert only. Measures were chosen when they were practical in the implementation, effective, efficient and took a low additional workload for implementation.
We performed classical molecular dynamics simulations to model the scattering process of nitric oxide, NO, off graphene supported on gold. This is motivated by our desire to probe the energy transfer in collisions with graphene. Since many of these collision systems comprising of graphene and small molecules have been shown to scatter non-reactively, classical molecular dynamics appear to describe such systems sufficiently. We directed thousands of trajectories of NO molecules onto graphene along the surface normal, while varying impact position, but also speed, orientation, and rotational excitation of the nitric oxide, and compare the results with experimental data. While experiment and theory do not match quantitatively, we observe agreement that the relative amount of kineti cenergy lost during the collision increases with increasing initial kinetic energy of the NO. Furthermore, while at higher collision energies, all NO molecules lose some energy, and the vast majority of NO is scattered back, in contrast at low impact energies, the fraction of those nitric oxide molecules that are trapped at the surface increases, and some NO molecules even gain some kinetic energy during the collision process. The collision energy seems to preferentially go into the collective motion of the carbon atoms in the graphene sheet.
We report velocity-dependent internal energy distributions of nitric oxide molecules, NO, scattered off graphene supported on gold to further explore the dynamics of the collision process between NO radicals and graphene. These experiments were performed by directing a molecular beam of NO onto graphene in a surface-velocity map imaging setup, which allowed us to record internal energy distributions of the NO radicals as a function of their velocity. We do not observe bond formation but (1) major contributions from direct inelastic scattering and (2) a smaller trapping–desorption component where some physisorbed NO molecules have residence times on the order of microseconds. This is in agreement with our classical molecular dynamics simulations which also observe a small proportion of two- and multi-bounce collisions events but likewise a small proportion of NO radicals trapped at the surface for the entire length of the molecular dynamics simulations (a few picoseconds). Despite a collision energy of 0.31 eV, which would be sufficient to populate NO(v = 1), we do not detect vibrationally excited nitric oxide.
Powder bed-based additive manufacturing processes offer an extended freedom in design and enable the processing of metals, ceramics, and polymers with a high level of relative density. The latter is a prevalent measure of process and component quality, which depends on various input variables. A key point in this context is the condition of powder beds. To enhance comprehension of their particle-level formation and facilitate process optimization, simulations based on the Discrete Element Method are increasingly employed in research. To generate qualitatively as well as quantitatively reliable simulation results, an adaptation of the contact model parameterization is necessary. However, current adaptation methods often require the implementation of models that significantly increase computational effort, therefore limiting their applicability. To counteract this obstacle, a sophisticated formula-based adaptation and evaluation method is presented in this research. Additionally, the developed method enables accelerated parameter determination with limited experimental effort. Thus, it represents an integrative component, which supports further research efforts based on the Discrete Element Method by significantly reducing the parameterization effort. The universal nature of deducting this method also allows its adaptation to similar parameterization problems and its implementation in other fields of research.
Molecular hydrogen production from amorphous solid water during low energy electron irradiation
(2017)
This work investigates the production of molecular hydrogen isotopologues (H2, HD, and D2) during low energy electron irradiation of layered and isotopically labelled thin films of amorphous solid water (ASW) in ultrahigh vacuum. Experimentally, the production of these molecules with both irradiation time and incident electron energy in the range 400 to 500 eV is reported as a function of the depth of a buried D2O layer in an H2O film. H2 is produced consistently in all measurements, reflecting the H2O component of the film, though it does exhibit a modest reduction in intensity at the time corresponding to product escape from the buried D2O layer. In contrast, HD and D2 production exhibit peaks at times corresponding to product escape from the buried D2O layer in the composite film. These features broaden the deeper the HD or D2 is formed due to diffusion. A simple random-walk model is presented that can qualitatively explain the appearance profile of these peaks as a function of the incident electron penetration.
The speed control system for a concept for cost effective drives with high precision is presented. The drive concept consists of two parallel working drives. The concept is an alternative to direct drives. One big advantage is the use of standard gear boxes with economical components. This paper deals with the control of the drive system consisting of two parts: one drive produces the power for the machine, another drive makes the motion precice and dynamic. Both drives are combined to one double drive by a control system. The drive system is usefull for printing machines and other machines with high power consumption at a nearly constant speed and high accuracy requirements. The calculation for a drive system with 37 kW shows, that the control drive has to supply only about 20 % of the total torque and power needed to compensate the errors of the power drive. The stability of the system is shown by a simulation of the double drive.
Fahrradfahren ist für viele Menschen ein wichtiger Mobilitätsfaktor. Sie können sich mit eigener Kraft in einem Umkreis von mehreren Kilometern bewegen. Im Alter wird das Fahrradfahren jedoch durch nachlassende Kraft und eingeschränkte Motorik zum Gleichgewichthalten eingeschränkt. Erschwerend kommt hinzu, dass diese Personen aus Vorsicht in der Regel kleinere Fahrgeschwindigkeiten bevorzugen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten nimmt aber die Gleichgewichtsstabilität des Fahrrads ab und der Fahrer muss intensiver mit dem Lenker das Gleichgewicht kontrollieren. Moderne E-Bikes können die nachlassende körperliche Kraft kompensieren. Es bleibt aber das Problem des Gleichgewichthaltens beim Radfahren. Im folgenden Beitrag wird die Gleichgewichtsregelung von Fahrädern betrachtet. Dabei werden verschiedene Möglichkeiten der Gleichgewichtsregelung behandelt. Die Beurteilung der Verfahren erfolgt anhand der Stabilität und der Eigenschwingungen des geregelten Systems. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Stabilisierung des Bereichs geringer Fahrgeschwindigkeiten gelegt, da mit der nachlassenden Motorik oft auch eher geringere Fahrgeschwindigkeiten gewählt werden.
The speed control system for a concept for cost effective drives with high precision is presented. The drive concept consists of two parallel working drives. The concept is an alternative to direct drives. One big advantage is the use of standard gear boxes with economical components. This paper deals with the control of the drive system consisting of two parts: one drive produces the power for the machine, another drive makes the motion precice and dynamic. Both drives are combined to one double drive by a control system. The drive system is usefull for printing machines and other machines with high power consumption at a nearly constant speed and high accuracy requirements. The calculation for a drive system with 37 kW shows, that the control drive has to supply only about 20 % of the total torque and power needed to compensate the errors of the power drive. The stability of the system is shown by a simulation of the double drive.
In diesem Beitrag wird der Energieertrag von Flussturbinen abgeschätzt. Flussturbinen arbeiten ohne Staustufen in der Strömung der Flüsse. Die Energieberechnung erfolgt an den Flüssen Oberrhein, Weser, Werra und Unterelbe. Unter der Annahme von mittleren Fließgeschwindigkeiten und Werten zum Ausnutzungsgrad von frei fahrenden Wasserturbinen wird der Energieertrag ermittelt. Bei Einsatz von Flussturbinen mit einem Laufraddurchmesser D = 2,5 m und im Mittel 33 Turbinen je km ergibt sich eine jährliche Gesamtenergie von 1,2 TWh. Dies sind mehr als 10% des in einer BMBF-Studie ermittelten Energiepotenzials der frei fließenden Strecken von Fließgewässern in Deutschland mit einem Einzugsgebiet von mehr als 10 km2.
In diesem Beitrag wird die Möglichkeit dargestellt, wie Belastungsspitzen beim Betrieb von Flussturbinen in Inselnetzen durch die kinetische Energie des Wassers abgedeckt werden können. Als Beispiel dienen dabei Kühlgeräte für Lebensmittel. Flussturbinen arbeiten ohne Staustufen in der Strömung der Flüsse. Sie stellen eine Möglichkeit zur Energieversorgung von kleinen Siedlungen ohne öffentliche Stromversorgung dar. Der besondere Vorteil ist, dass sie ohne aufwändige Bauwerke zur Wasserführung auskommen.
Bei der Versorgung von Inselnetzen muss die Turbine alleine die benötigte Leistung bereitstellen. Dies gilt auch für die Abdeckung von Belastungsspitzen. In diesem Beitrag wird anhand von Beispielrechnen dargestellt, welches Potenzial die kinetische Energie des Wassers in der Turbine hat, um die Belastungsspitzen abzudecken. Die Berechnungen an Kühlgeräten zeigen, dass das Einschalten der Kühlaggregate ein kritischer Betriebspunkt beim Betrieb von Flussturbinen in Inselnetzen sein kann. Dies gilt besonders dann, wenn die stationäre Leistung bereits nahe an der verfügbaren Leistung ist.
Hier muss in recht kurzer Zeit eine große elektrische Arbeit zur Verfügung gestellt werden, die Leistung also in kurzer Zeit ansteigen und anschließend wieder abfallen. Die Abschätzung der elektrischen Arbeit, die sich aus der kinetischen Energie des Wassers in der Turbine gewinnen lässt, zeigt aber, dass durch Absenken der Fließgeschwindigkeit kurzfristig die benötigte elektrische Leistung und Arbeit bereit gestellt werden kann.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zzt. für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Dieser Bericht behandelt die Flussdichte- und Durchflutungsverhältnisse der Wicklungen in Stator und Rotor für Kaskadenmaschinen. Dazu werden die Durchflutungen der Statorwicklungen und der Rotorwicklung für die beiden Polpaarzahlen bestimmt und die für die Wicklungsverluste wirksame Gesamtdurchflutung für verschiedene Polzahlkombinationen ermittelt. Die Ergebnisse werden mit Induktionsmaschinen für eine Polzahl verglichen.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zzt. für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Dieser Bericht behandelt die sinnvollen Polpaarzahlen für Kaskadenmaschinen. Dazu werden die Polpaarzahlkombinationen hinsichtlich ihrer parasitären Effekte und Ausführungsmöglichkeiten qualitativ bewertet.
Bürstenlose Generatorsysteme mit doppelt gespeisten Kaskadenmaschinen werden zurzeit für die regenerative Energieerzeugung z. B. mit Windkraftanlagen untersucht. Sie sind eine Alternative zu Generatorsystemen mit doppelt gespeisten Induktionsmaschinen. Kaskadenmaschinen arbeiten mit zwei Drehfeldern verschiedener Polpaarzahl. Im Stator befinden sich zwei Wicklungen für die beiden Polpaarzahlen oder eine Wicklung zur gleichzeitigen Erzeugung der beiden Drehfelder mit getrennten Anschlüssen für die beiden Drehfelder. Der Rotor trägt eine in sich kurzgeschlossene Wicklung, die gleichzeitig mit beiden Drehfeldern verkettet ist und deren Strom beide Drehfelder gleichzeitig erzeugt. Der vorliegende Beitrag beschreibt wie die elektromagnetischeWirkung unsymmetrischer Rotorwicklungen für Kaskadenmaschinen mit der Drehfeldanalyse behandelt werden kann. Die Rotorwicklungen dienen dazu, gleichzeitig beide Grundfelder der Kaskadenmaschine zu erzeugen. Dazu sind sie z. T. mit Wicklungszweigen aufgebaut, die in verschiedenen Knoten zusammen geschaltet sind. Aus Sicht der Statorwicklungen sind sie unsymmetrisch aufgebaut. Unsymmetrische Rotorwicklungen treten auch in Induktions- und Synchronmaschinen auf, z. B. bei Wicklungsfehlern, Stabbrüchen oder bei unsymmetrischen Anlaufkäfigen. Mit dem hier dargestellten Rechenverfahren wird die elektromagnetische Kopplung zwischen den Wicklungszweigen und zur Statorwicklung erfasst.
Severe mastitis can lead to considerable disturbances in the cows’ general condition and even to septicemia and death. The aim of this cross-sectional study was to identify factors associated with the severity of the clinical expression of mastitis. Streptococcus (Str.) uberis (29.9%) was the most frequently isolated pathogen, followed by coliform bacteria (22.3%). The majority of all mastitis cases (n = 854) in this study were either mild or moderate, but 21.1% were severe. It can be deduced that the combination of coliform pathogens and increasing pathogen shedding of these showed associations with severe mastitis. Furthermore, animal-related factors associated with severe disease progression were stages of lactation, and previous diseases in the period prior to the mastitis episode. Cows in early lactation had more severe mastitis. Ketosis and uterine diseases in temporal relation to the mastitis were associated with more severe mastitis in the diseased cows. Hypocalcemia was significantly associated with milder mastitis. As another factor, treatment with corticosteroids within two weeks before mastitis was associated with higher severity of mastitis. Knowledge of these risk factors may provide the basis for randomized controlled trials of the exact influence of these on the severity of mastitis.
In a cross-sectional study, impact of management in dairy farms on calf mortality rates and prevalence of rotavirus and Cryptosporidium parvum in feces of calves was investigated. Sixty-two commercial dairy herds in Mecklenburg-Western Pomerania, Germany, were stratified selected in 2019. We performed in-person interviews and fecal specimens in samples of all-female calves of age 7 up to 21 days. Management data were documented on farm level. A Multiscreen Ag-ELISA was performed to determine rotavirus and Cryptosporidium parvum. Associations between two calf mortality rates, detection of C. parvum and rotavirus, and predictors were examined with GLM models. In farms with routine vaccination against respiratory diseases, 31-days mortality rate was 4.2% +/-1.26 compared to 7.6% +/-0.97 (p = 0.040) on non-vaccinating farms. Six-months mortality was lower in farms that continued feeding milk to calves during periods of diarrhea compared to farms that did not (6.9% +/-0.8 vs. 12.4% +/-2.3). In case of a routine shifting of calves from the calving box into calf boxes less C. parvum was detected compared to an individual moving of calves (33.3% +/-2.6 vs. 19.6% +/-5.3; p = 0.024). Our model confirms a positive association between occurrence of aqueous feces and frequency of detection of C. parvum (45.4% +/-23.6 vs. 21.4% +/-18.7; p < 0.001). Frequency of detection of rotavirus was lower in farms that reported a defined amount of applicated colostrum per calf than in farms that presented a range of colostrum instead of a defined amount. This study indicates the potential for mitigation of risk factors for mortality in calves.
A new type of rotary compressor, called “rotary-chamber compressor”, consists of two interlocking rotors with 4 wings each, that perform non-uniform rotary movements. Both rotors have the same direction of rotation, while one rotor is accelerating, the other rotor is retarding. After surpassing a specific mark, the sequence changes and the leading rotor begins to retard and vice versa. Due to the resulting relative phase difference, the volume between the two wings is changing periodically, which allows pulsating working chambers. The technology was first introduced by its founder Jürgen Schukey in 1987. Since then, no further development on this machine is known to us except our own. In this contribution, a study on the kinematics of the rotary-chamber-compressor is presented. Initial studies have shown that changes in the kinematics of the rotors will have a direct influence on the thermodynamical variables, which, if optimized, can lead to an increased performance of the machine. Therefore, a mathematical model has been developed to obtain the performance parameters from different kinematic concepts by using numerical CFD analysis. Furthermore, additional optimization possibilities will be listed and discussed.
The adsorption of O atoms on the Fe(1 1 0) surface has been investigated by density functional theory for increasing degrees of oxygen coverage from 0.25 to 1 monolayer, to follow the evolution of the Osingle bondFe(1 1 0) system into an FeO(1 1 1)-like monolayer. We found that the quasi-threefold site is the most stable adsorption site for all coverages, with adsorption energies of ∼2.8–4.0 eV per O atom. Oxygen adsorption results in surface geometrical changes such as interlayer relaxation and buckling, the latter of which decreases with coverage. The calculated vibrational frequencies range from 265 to 470 cm−1 for the frustrated translational modes and 480–620 cm−1 for the stretching mode, and hence are in good agreement with the experimental values reported for bulk FeO wüstite. The hybridization of the oxygen 2p and iron 3d orbitals increases with oxygen coverage, and the partial density of states for the Osingle bondFe(1 1 0) system at full coverage resembles the one reported in the literature for bulk FeO. These results at full oxygen coverage point to the incipient formation of an FeO(1 1 1)-like monolayer that would eventually lead to the bulk FeO oxide layer.
This study is concerned with the early stages of hydrogen embrittlement on an atomistic scale. We employed density functional theory to investigate hydrogen diffusion through the (100), (110) and (111) surfaces of γ-Fe. The preferred adsorption sites and respective energies for hydrogen adsorption were established for each plane, as well as a minimum energy pathway for diffusion. The H atoms adsorb on the (100), (110) and (111) surfaces with energies of ∼4.06 eV, ∼3.92 eV and ∼4.05 eV, respectively. The barriers for bulk-like diffusion for the (100), (110) and (111) surfaces are ∼0.6 eV, ∼0.5 eV and ∼0.7 eV, respectively. We compared these calculated barriers with previously obtained experimental data in an Arrhenius plot, which indicates good agreement between experimentally measured and theoretically predicted activation energies. Texturing austenitic steels such that the (111) surfaces of grains are preferentially exposed at the cleavage planes may be a possibility to reduce hydrogen embrittlement.
Surface atomic relaxation and magnetism on hydrogen-adsorbed Fe(110) surfaces from first principles
(2016)
We have computed adsorption energies, vibrational frequencies, surface relaxation and buckling for hydrogen adsorbed on a body-centred-cubic Fe(110) surface as a function of the degree of H coverage. This adsorption system is important in a variety of technological processes such as the hydrogen embrittlement in ferritic steels, which motivated this work, and the Haber–Bosch process. We employed spin-polarised density functional theory to optimise geometries of a six-layer Fe slab, followed by frozen mode finite displacement phonon calculations to compute Fe–H vibrational frequencies. We have found that the quasi-threefold (3f) site is the most stable adsorption site, with adsorption energies of ∼3.0 eV/H for all coverages studied. The long-bridge (lb) site, which is close in energy to the 3f site, is actually a transition state leading to the stable 3f site. The calculated harmonic vibrational frequencies collectively span from 730 to 1220 cm−1, for a range of coverages. The increased first-to-second layer spacing in the presence of adsorbed hydrogen, and the pronounced buckling observed in the Fe surface layer, may facilitate the diffusion of hydrogen atoms into the bulk, and therefore impact the early stages of hydrogen embrittlement in steels.
The effect of magnetism on hydrogen adsorption and subsurface diffusion through face-centred cubic (fcc) γ-Fe(0 0 1) was investigated using spin-polarised density functional theory (s-DFT). The non-magnetic (NM), ferromagnetic (FM), and antiferromagnetic single (AFM1) and double layer (AFMD) structures were considered. For each magnetic state, the hydrogen preferentially adsorbs at the fourfold site, with adsorption energies of 4.07, 4.12, 4.03 and 4.05 eV/H atom for the NM, FM, AFM1 and AFMD structures. A total barrier of 1.34, 0.90, 1.32 and 1.25 eV and a bulk-like diffusion barrier of 0.6, 0.2, 0.4 and 0.3 eV were calculated for the NM, FM, AFM1 and AFMD magnetic states. The Fe atoms nearest to the H atom exhibited a reduced magnetic moment, whereas the next-nearest neighbour Fe atoms exhibited a non-negligible local perturbation in the magnetic moment. The presence of magnetically ordered structures has a minimal influence on the minimum energy path for H diffusion through the lattice and on the adsorption of H atoms on the Fe(0 0 1) surface, but we computed a significant reduction of the bulk-like diffusion barriers with respect to the non-magnetic state of fcc γ-Fe.
Worldwide, seagrass meadows are under threat. Consequently, there is a strong need for seagrass restoration to guarantee the provision of related ecosystem services such as nutrient cycling, carbon sequestration and habitat provision. Seagrass often grows in vast meadows in which the presence of seagrass itself leads to a reduction of hydrodynamic energy. By modifying the environment, seagrass thus serves as foundation species and ecosystem engineer improving habitat quality for itself and other species as well as positively affecting its own fitness. On the downside, this positive feedback mechanism can render natural recovery of vanished and destroyed seagrass meadows impossible. An innovative approach to promote positive feedback mechanisms in seagrass restoration is to create an artificial seagrass (ASG) that mimics the facilitation function of natural seagrass. ASG could provide a window of opportunity with respect to suitable hydrodynamic and light conditions as well as sediment stabilization to allow natural seagrass to re-establish. Here, we give an overview of challenges and open questions for the application of ASG to promote seagrass restoration based on experimental studies and restoration trials and we propose a general approach for the design of an ASG produced from biodegradable materials. Considering positive feedback mechanisms is crucial to support restoration attempts. ASG provides promising benefits when habitat conditions are too harsh for seagrass meadows to re-establish themselves.
This paper presents the fundamental investigation on crack propagation rate (CPR) and Stress Intensity Factor (SIF) for a typical fatigue and welded specimens which are Compact Tension (CT) and Single Edge Notch Tension (SENT) as well as Butt and longitudinal T-joint. The material data of austenitic stainless steel SS316L was used to observe crack propagation rate with different initial crack length and different tensile load was used for the fracture mechanics investigation. The geometry of the specimens was modelled by using open source software CASCA while Franc 2D was used for post processing based on Paris Erdogan Law with different crack increment steps. The analysis of crack propagation using fracture mechanics technique requires an accurate calculation of the stress intensity factor SIF and comparison of the critical strength of the material (KIC) was used to determine the critical crack length of the specimens. it can be concluded that open source finite element method software can be used for predicting of fatigue life on simplified geometry.
We present a methodology based on mixed-integer nonlinear model predictive control for a real-time building energy management system in application to a single-family house with a combined heat and power (CHP) unit. The developed strategy successfully deals with the switching behavior of the system components as well as minimum admissible operating time constraints by use of a special switch-cost-aware rounding procedure. The quality of the presented solution is evaluated in comparison to the globally optimal dynamic programming method and conventional rule-based control strategy. Based on a real-world scenario, we show that our approach is more than real-time capable while maintaining high correspondence with the globally optimal solution. We achieve an average optimality gap of 2.5% compared to 20% for a conventional control approach, and are faster and more scalable than a dynamic programming approach.
To optimise udder health at the herd level, identifying incurable mastitis cases as well as providing an adequate therapy and culling strategy are necessary. Cows with clinical mastitis should be administered antibiotic medication if it is most likely to improve mammary cure. The somatic cell count (SCC) in milk of the monthly implemented Dairy Herd Improvement (DHI) test represents the most important tool to decide whether a cow has a promising mammary cure rate. Differential cell count (DCC) facilitates the specification of the immunological ability of defence, for example by characterising leukocyte subpopulations or cell viability. The aim of this study was to assess the DCC and cell viability in DHI milk samples regarding the cytological (CC) and bacteriological cure (BC) of the udder within a longitudinal study, thereby gaining a predictive evaluation of whether a clinical mastitis benefits from an antibiotic treatment or not. The cows enrolled in this study had an SCC above 200,000 cells/mL in the previous DHI test. Study 1 assessed the CC by reference to the SCC of two consecutive DHI tests and included 1010 milk samples: 28.4% of the mammary glands were classified as cytologically cured and 71.6% as uncured. The final mixed logistic regression model identified the total number of non-vital cells as a significant factor associated with CC. An increasing amount of non-vital cells was related to a lower individual ability for CC. Cows which were in the first or second lactation possessed a higher probability of CC than cows having a lactation number above two. If animals developed a clinical mastitis after flow cytometric investigation, the BC was examined in study 2 by analysing quarter foremilk samples microbiologically. Taking 48 milk samples, 81.3% of the mammary glands were classified as bacteriologically cured and 18.7% as uncured. The percentage of total non-vital cells tended to be lower for cows which were cured, but no significance could be observed. This study revealed that the investigation of the proportion of non-vital cells in DHI milk samples can enhance the prognosis of whether an antibiotic treatment of clinical mastitis might be promising or not. Prospectively, this tool may be integrated in the DHI tests to facilitate the decision between therapy or culling.
The objective of this study was to investigate the occurrence of bacteremia in dairy cows with severe mastitis. Milk samples were collected from affected udder quarters, and corresponding blood samples were collected from dairy cows with severe mastitis at the time of diagnosis before any therapeutic measures were undertaken. The cultural detection of pathogens in blood classified a bacteremia. Further diagnostic tests were performed to provide evidence of bacteremia. This was realized by PCR with regard to S. aureus, E. coli and S. uberis and the Limulus test. Detection of culturable pathogens in the blood of cows with severe clinical mastitis was rare and occurred in only one of 70 (1.4%) cases. Overall, bacterial growth was detected in 53 of 70 (75.7%) milk samples. S. uberis (22/70), E. coli (12/70) and S. aureus (4/70) were the most frequently isolated pathogens from milk of cows with severe mastitis. PCR was performed in 38 of 70 (54.3%) blood samples. PCR was positive in eight of 38 cases. S. uberis was found most frequently in six blood samples (8.6%). E. coli was found on PCR in one blood sample (1.4%). S. aureus was identified in one blood sample (1.4%). When Coliforms were detected in the quarter milk sample, a Limulus test was performed in the corresponding blood sample. In three of 15 cases, the Limulus test was positive (4.3% of samples). Further studies are needed to investigate the occurrence of bacteremia in cows with severe mastitis in a higher population size.
Compounds that exhibit the spin crossover effect are known to show a change of spin states through external stimuli. This reversible switching of spin states is accompanied by a change of the properties of the compound. Complexes, like iron (II)-triazole complexes, that exhibit this behavior at ambient temperature are often discussed for potential applications. In previous studies we synthesized iron (II)-triazole complexes and implemented them into electrospun nanofibers. We used Mössbauer spectroscopy in first studies to prove a successful implementation with maintaining spin crossover properties. Further studies from us showed that it is possible to use different electrospinning methods to either do a implementation or a deposition of the synthesized solid SCO material into or onto the polymer nanofibers. We now used a solvent in which both, the used iron (II)-triazole complex [Fe(atrz)3](2 ns)2 and three different polymers (Polyacrylonitrile, Polymethylmethacrylate and Polyvinylpyrrolidone), are soluble. This shall lead to a higher homogeneous distribution of the complex along the nanofibers. Mössbauer spectroscopy and other measurements are therefore in use to show a successful implementation without any significant changes to the complex.
The present research study investigated the susceptibility of common mastitis pathogens—obtained from clinical mastitis cases on 58 Northern German dairy farms—to routinely used antimicrobials. The broth microdilution method was used for detecting the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) of Streptococcus agalactiae (n = 51), Streptococcus dysgalactiae (n = 54), Streptococcus uberis (n = 50), Staphylococcus aureus (n = 85), non-aureus staphylococci (n = 88), Escherichia coli (n = 54) and Klebsiella species (n = 52). Streptococci and staphylococci were tested against cefquinome, cefoperazone, cephapirin, penicillin, oxacillin, cloxacillin, amoxicillin/clavulanic acid and cefalexin/kanamycin. Besides cefquinome and amoxicillin/clavulanic acid, Gram-negative pathogens were examined for their susceptibility to marbofloxacin and sulfamethoxazole/trimethoprim. The examined S. dysgalactiae isolates exhibited the comparatively lowest MICs. S. uberis and S. agalactiae were inhibited at higher amoxicillin/clavulanic acid and cephapirin concentration levels, whereas S. uberis isolates additionally exhibited elevated cefquinome MICs. Most Gram-positive mastitis pathogens were inhibited at higher cloxacillin than oxacillin concentrations. The MICs of Gram-negative pathogens were higher than previously reported, whereby 7.4%, 5.6% and 11.1% of E. coli isolates had MICs above the highest concentrations tested for cefquinome, marbofloxacin and sulfamethoxazole/trimethoprim, respectively. Individual isolates showed MICs at comparatively higher concentrations, leading to the hypothesis that a certain amount of mastitis pathogens on German dairy farms might be resistant to frequently used antimicrobials.
Mixed-integer NMPC for real-time supervisory energy management control in residential buildings
(2023)
In recent years, building energy supply and distribution systems have become more complex, with an increasing number of energy generators, stores, flows, and possible combinations of operating modes. This poses challenges for supervisory control, especially when balancing the conflicting goals of maximizing comfort while minimizing costs and emissions to contribute to global climate protection objectives. Mixed-integer nonlinear model predictive control is a promising approach for intelligent real-time control that is able to properly address the specific characteristics and restrictions of building energy systems. We present a strategy that utilizes a decomposition approach, combining partial outer convexification with the Switch-Cost Aware Rounding procedure to handle switching behavior and operating time constraints of building components in real-time. The efficacy is demonstrated through practical applications in a single-family home with a combined heat and power unit and in a multi-family apartment complex with 18 residential units. Simulation studies show high correspondence to globally optimal solutions with significant cost savings potential of around 19%.
The increasing variety of combinations of different building technology components offers a high potential for energy and cost savings in today's buildings. However, in most cases, this potential is not yet fully exploited due to the lack of intelligent supervisory control systems that are required to manage the complexity of the resulting overall systems. In this article, we present the implementation of a mixed-integer nonlinear model predictive control approach as a smart realtime building energy management system. The presented methodology is based on a forward-looking optimization of the overall energy costs. It takes into account energy demand forecasts and varying electricity market prices. We achieve real-time capability of the controller by applying a decomposition approach, which approximates the optimal solution of the underlying mixed-integer optimal control problem by convexification and rounding of the relaxed solution. The quality of the suboptimal solution is evaluated by comparison with the globally optimal solution obtained by the dynamic programming method. Based on a real-world scenario, we demonstrate that utilization of the real-time capable mixedinteger nonlinear model predictive control approach in a building control system leads to savings of 16% in the total operating costs and 13% in primary energy compared to the state-of-the-art control strategy without any loss of comfort for the residents.
In den letzten Jahren hat sich der Trend zu forcierter Rationalisierung, zur Automatisierung und Mechanisierung der Produktion beschleunigt. Automatisierung erfordert aber hohe Inverstitionen und lässt so den Fixkostenblock wachsen. Bei einem Rückgang der Kapazitätsauslastung rutscht das Unternehmen aber rasch in die Verlustzone. Deshalb erscheint eine Rückbesinnung auf eher flexiblere, arbeitsorientierte Organisationskonzepte sinnvoll. Vorgestellt wird ein kybernetisches Regelkreismodell mit flacher Hierarchie als "Klammer" und sich weitgehend selbstregulierenden Unternehmenseinheiten.
Die Flexibilitätsanforderungen des Marktes werden zu einer Dezentralisierung von Unternehmensbereichen führen. Eigenständigen, teilautonomen Einheiten gehört die Zukunft. Diese Entwicklung hat für die PPS eine erhöhte Informationsdichte zur Folge, auf die mit individuellen Feinsteuerungskonzepten und zusätzlichen Steuerungsparametern reagiert werden muss. Die Art und Weise der Datenverarbeitung ist dementsprechend zu modifizieren.
Flexibel mit „make or buy"
(1989)
Mit BDE immer dicht am Ball
(1989)
Wer Logistikabläufe unter Kontrolle halten will, gliedert sie hierzu in Teilabläufe und sorgt dafür, daß am Ende jedes wichtigen Teilablaufs festgestellt wird, ob alles nach Plan läuft oder nicht. Die Computertechnik hält hierfür sogenannte BDE-Terminals bereit, also Eingabestationen für Betriebsdaten. Verbindet man die Stationen mit einem zentralen Computer, kann man den gesamten Ablauf lückenlos überwachen. Der folgende Artikel beschreibt, wie BDE das Erreichen der Logistikziele, kurze Auftragsdurchlaufzeit bei minimalen Beständen und hoher Termintreue, fördert.
Eine schnelle Erfassung aller Wartezeiten und Störungen im Produktionsablauf und ihre richtige kostenmäßige Bewertung zu einer wirksamen Kontrolle der Gemeinkosten in der Produktion ist schon seit langem eine betriebliche Forderung. Ihre Erfüllung scheiterte bisher häufig an fehlenden organisatorischen Voraussetzungen und den nicht für diese Zwecke geeigneten EDV-Sachmitteln. Mit Hilfe von online konzipierten, im Dialog arbeitenden BDE-Systemen können diese Mängel jetzt behoben werden. Schwachstellen im Prozess lassen sich aktuell lokalisieren und damit auch rasch beseitigen. Das im folgenden hier vorgestellte Programm zur Erfassung der benötigten Daten ist gleichzeitig die Kernzelle eines zur Planung und Steuerung des Auftragsbearbeitungsprozesses eingesetzten Logistiksystems, mit dem noch eine große Anzahl weiterer organisatorischer Aufgaben gelöst werden kann. Betrachtungsschwerpunkt in diesem Beitrag ist die verursachungsgerechte Erfassung von Gemeinkosten im Prozess.
Matrizen ordnen Behälterlauf
(1989)
Ausfall- und Ausfallfolgekosten sowie Wiederanlauf- und Zusatzlaufkosten zwingen auch nach betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten die Unternehmen, die Bedeutung und den Umfang der Instandhaltungsaktivitäten höher als bisher einzuschätzen. Der Artikel befasst sich mit der Fragen, warum die Wartung mit in das Logistik-Konzept aufgenommen werden soll.
Logistische Funktionsketten mit der Integration von Information, Arbeits- und Materialflüssen für einen durchgängigen Auftragsabwicklungsprozeß müssen auch Qualitätssicherungsfunktionen mit beinhalten. Dies ist nur über eine entsprechende QS-Systemarchitektur zu realisieren, die an jeder Stelle im dispositiven und operativen Ablauf im Sinne der Fehlervermeidung dafür sorgt, daß die angestrebten Qualitätsziele erreicht werden.
Die Durchsetzung der Flexibilität als wesentlicher Faktor zur Absicherung der Wettbewerbsposition eines Unternehmens beinhaltet die konsequente Hinwendung zur Markt- beziehungsweise Kundenorientierung. Denn es geht im Kern darum, alle Anstrengungen im Unternehmen darauf zu konzentrieren, dass der Kunde das nach seinen Vorgaben erstellte Produkt in kürzester Zeit ausgeliefert bekommt, wobei die Qualitätsziele nach Gebrauchstauglichkeit und Zuverlässigkeit des Produktes voll erfüllt sein müssen. Die dafür notwendige Qualitätssicherung muss deshalb im Sinne einer Prozesskette in die Leistungserstellung eingebunden werden, was im Artikel verdeutlicht wird.
Eine ganzheitliche CIM-Einführung setzt neben einer Veränderung der Organisation vor allem ein integratives Informationsmanagement voraus. Die Notwendigkeit zu gesamtheitlichem Denken in funktionsübergreifenden Zusammenhängen erfordert in erster Linie Führungsqualität und Mitarbeiterqualifikation. Diesem Umstand wird in dem vom Autor vorgestellten CIM-house-Modell ausdrücklich Rechnung getragen.
INHALT: l. Einleitung und Standortbestimmung 2. Japanische Wertvorstellungen 3. Inhalte der Lean Production 4. Fertigungssegmentierung 5. Informationsmanagement mit CIM- und Logistik-Komponenten 6. Logistikgerechte Strukturen der Lean Production 7. Realisierung der Lean Production 8. Zusammenfassung
l. Einleitung/Ausgangssituation - Auswirkungen unabgestimmter Prozesse - Prozeßnahe Werkstattsteuerungen 2. Defizite, Prozeßanforderungen - Daten-Anforderungsprofil - Datenvolumen-Trichtermodell - Argumente für Leitstand-Einsatz 3. Integrierter Leitstandeinsatz - Top-Down-Ansatz - Integrierte Regelkreise - Hierarchisches Planungs- und Steuerungskonzept 4. Abgrenzung zwischen Leitstand-, PPS und BDE-Funktionen - Ressourcen-Verfügbarkeitsanforderungen - Leitstand-Funktionsumfang - Integrierter Logistik-Sollablauf 5. Kennzeichen der 2ten Leitstandgeneration - Wissensbasierter LS-Einsatz - Event-Steuerungen 6. Anforderungsgerechte Leitstandeinführung - CIM-house-Modell - Mitarbeiter-Anforderungen
Die Schaffung eines marktorientierten Lieferspektrums für eine optimale Marktversorgung stellt erhöhte Anforderungen an die Planung und Steuerung des Auftragsabwicklungsprozesses. Über ein betriebsspezifisch entwickeltes Logistikkonzept mit einer anforderungsgerechten CIM-Werkzeuganwahl lassen sich die vorhandenen Probleme, ein volles Fertigwarenlager mit nicht nachgefragten Fertigartikeln, lösen.
Die Marktentwicklung zu kleineren Losgrößen mit zunehmender Variantenvielfalt stellt gerade an einen Programmfertiger erhebliche Anfordungen, um immer das richtige Lieferspektrum in seinem Fertigwarenlager bereitzuhalten. Die einfachste Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht in einer hochflexiblen Produktion, bei der die nachgefragten Artikel in der Kundenausführung sofort nach Auftragseingang gefertigt werden. In der Praxis entstehen aber erhebliche Rückstände, weil keine unbegrenzte Kapazität zur Erledigung dieses Aufgabenberges vorhanden wäre.
Obwohl durchgängige CIM- und Logistik-Konzepte zur Erfüllung der permanent steigenden Kundenforderungen hinsichtlich spezifischer Produktausführungen bei qualitätsgerechter und termintreuer Auslieferung in den meisten Unternehmen noch nicht realisiert sind, beginnt bereits die Diskussion um eine neue Unternehmensstrategie: die "Lean Production". Das Ziel heißt diesmal, in allen Bereichen Ressourcen zu minimieren, um mit Hilfe einer schlanken Fertigung bei den Kosten Weltstandard zu erreichen.
Die Anpassungsfähigkeit eines Unternehmens an rasch wechselnde Wettbewerbssituationen bei kundenwunschorientierter Produktion mit veränderlichen Losgrößen und unterschiedlichen Terminrestriktoren kann nur über ausgefeilte Strategien und durch DV-Einsatz erzeugt werden. Anforderungsgerechte CIM- und Logistik-Konzepte sind eine wesentliche Vorraussetzung, damit die geforderte Flexibilität erreicht wird. Den unabdingbaren Informationsfluss schafft hierbei die Betriebsdatenerfassung.
Nach wie vor ist die seit langem bekannte Forderung nach einer durchgängigen Transparenz des betrieblichen Werteflusses zur Überprüfung der vorgegebenen logistischen Zielvereibarungen und als Hilfe zur Entscheidungsfindung über ein funktionierendes Produktions-Controlling nur sehr schwierig zu erfüllen. Hier hilft der Einsatz von anforderungsgerecht eingeführten BDE-Systemen und die exakte Definition der Zielgrößen in Form von Kennzahlen.
Innerhalb der vereinfachten Logistikformel "Das richtige Material in richtiger Höhe und richtiger Qualität zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Platz zur Verfügung zu stellen" spielt die Festlegung des richtigen Zeitpunktes bei der Durchsetzung der logistischen Zielsetzung eine besonders wichtige Rolle. Es ist damit der Bedarfszeitpunkt gemeint, diesen exakt zu bestimmen und dann im Ablauf auch einzuhalten, bereitet häufig große Schwierigkeiten. Dieser Bedarfszeitpunkt legt den genauen Termin im zeitlichen Prozessablauf innerhalb der gesamten betrieblichen Vorsorgungskette fest, an dem die benötigten Materialien und Produktionsmittel zur Verfügung stehen müssen. Seine Bedeutung erhält der Bedarfzeitpunkt dadurch, dass Interessen oder Zielsetzungen der Beschaffungs-, Produktions- und Vertriebslogistik hier zusammentreffen.
Die in den Betrieben häufig mit hohem gerätetechnischen und organisatorischem Aufwand installierten EDV-gestützten Informationssysteme zur Planung und Steuerung des Fertigungsprozesses genügen im allgemeinen nicht den an sie gestellten Anforderungen. Die Gründe dafür liegen in der Hauptsache in einem falschen Modellansatz und der mangelnden Datenqualität der eingesetzten Daten, verbunden mit einer unzureichenden Rückkopplung zwischen Vorgabe und Rückmeldung. Hinzu kommen das Fehlen geeigneter Aussagen (Kenngrößen) zur gezielten Beeinflussung des Prozesses und Akzeptanzprobleme der Mitarbeiter beim Umgang mit der EDV. Die genannten Schwachstellen geben die Richtung der Zielsetzung dieser Arbeit vor. Dieses Ziel bestand zunächst darin, eine Methode zu entwickeln, mit der die Anforderungen an die in einem Industriebetrieb zur Planung, Steuerung und Überwachung verwendeten Daten zu formulieren sind, um dann eine anforderungsgerechte Abstimmung dieser Daten im betrieblichen Datenfluß im Sinne eines kybernetischen Regelkreises vorzunehmen und Aussagen über die betrieblichen Zielgrößen zu erhalten. Aus der Vielzahl betrieblicher Vorgänge und Funktionsbereiche wurde der Fertigungsprozeß bei der Werkstättenfertigung im Produktionsbetrieb deshalb ausgewählt, weil hier in der Praxis wegen der Komplexität der Abläufe die höchsten Anforderungen an die Daten gestellt werden und deshalb auch die meisten Probleme bei der Erfüllung dieser Anforderungen auftreten. Außerdem ist die Fertigung nach dem Werkstättenprinzip am häufigsten in der Praxis anzutreffen. Als erstes war es nötig, die zeitlichen, quantitativen und qualitativen Anforderungen an die Daten aus einer Vielzahl durchgeführter Schwachstellenanalysen herauszuarbeiten und zu definieren. Die nächste Aufgabe bestand darin, die Einflußgrößen auf die Datenanforderungen, hier unterteilt in innere (datumsbezogene) und äußere (prozeßbezogene) zu bestimmen und in ihren Auswirkungen zu untersuchen. Die Betrachtung der Einflußgrößen ergab, daß die Aufgabe und die Verwendung des Datums im Prozeß für die Ermittlung der Anforderungen exakt bestimmt werden müssen. Aus diesem Grund war der Prozeß primär- und sekundärseitig in Abhängigkeit der Aufgabenstellung ausführlich zu beschreiben. Die Einflüsse der Aufbauorganisation waren ebenso wie die der Ablauforganisation zu berücksichtigen, darunter fielen auch die Auswirkungen der Automatisierungsansätze, z.B. durch den Einsatz flexibler Fertigungssysteme im Primärprozeß. Der Ansatz, von dem hier ausgegangen wurde, baut sich deshalb im ersten Schritt der vorgeschlagenen Vorgehensweise auf dem Modell eines Produktionssystems auf, das aus den Erkenntnissen von in mehreren Firmen durchgeführten Prozeßanalysen entwickelt wurde. In diesem Modell ist der Datenfluß und organisatorische Ablauf im Fertigungsprozeß in Matrixform festgehalten. Für jedes einzelne Prozeßdatum sind in der Matrix, bezogen auf die Aufgabenstellung, detailliert die Verwendungs- und Verflechtungsbeziehungen aufgezeichnet. Im zweiten Schritt erfolgt auf der Grundlage dieses Modells eine bedarfsgerechte Prozeßdatenauswahl. Die zeitliche Struktur des Datenflusses im Prozeß wird in Schritt drei mit Hilfe eines Ereignis-Zeitgraphens dargestellt. Die eigentliche zeitliche, quantitative und qualitative Anforderungsermittlung findet im vierten und gleichzeitig letzten Schritt anhand einer dafür entworfenen Datenanforderungsliste statt. Die Ergebnisse dieser anforderungsgerechten Datenanalyse nach der hier entwikkelten Systematik können in vielerlei Hinsicht Verwendung finden. Im Hinblick auf die eingangs genannten Problemstellungen sind beispielsweise folgende Einsatzmöglichkeiten denkbar und an Beispielen im einzelnen erläutert. - Verbesserung der Datenqualität - Rückkopplung im Sinne des kybernetischen Regelkreismodells - Bilden von Prozeßkenngrößen - Transparenz der EDV-Prozeßabläufe
Erfolgsfaktoren im Griff
(1993)
Die Umsetzung der an sich seit längerem bekannten Logistikkonzepte stößt in vielen Unternehmen auf Schwierigkeiten. Oft fehlen durchgängige, prozessorientierte Gesamtlösungen. Zum Teil liegt dies daran, dass die üblichen PPS-Systeme im Feinplanungs- und Steuerungsbereich die gestiegenen logistischen Anforderungen nicht erfüllen können.
Aus den Veröffentlichungen über CIM-Projekte geht immer häufiger hervor, dass der von den Anbietern vertretene hohe Anspruch einer umfassenden CIM-Anwendung und die Ergebnisse durchgeführter CIM-Realisierungen in der Praxis nicht übereinstimmen. Es wäre jedoch falsch, aufgrund dieser Beobachtungen die CIM-Strategie als solche in Frage zu stellen. Der Ausweg aus diesem Missstand ist vielmehr über geeignete CIM-Einführungsstrategien zu suchen.
Standen bisher bei den umfassend in der Literatur behandelten Logistikansätzen mehr die Materialwirtschaftsprobleme hinsichtlich der zeitgerechten Beschaffung und der Bestandshöhe im Vordergrund der Betrachtung, so meldet sich jetzt die Zeitwirtschaft mit den damit verbundenen Anstößen auf die Unternehmensstrategie zurück. Der Zeitfaktor ist bei kapitalintensiver Produktion schon immer ein knappes Gut gewesen, mit dem gut gewirtschaftet werden musste, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Die derzeitige Wettbewerbssituation mit immer kürzeren Produkt-Entwicklungszeiten, Produkt-Lebenszeiten, Produkt-Herstellzeiten, Produkt-Lieferzeiten verstärkt die enorme Bedeutung des Zeitfaktors als Wert oder Bezugsgröße für Kosten, Termine oder Kapazitäten.
Die Einführung von EDV-Systemen zur Steuerung und Überwachung des Produktionsprozesses, also in erster Linie PPS (Produktions-Planungs- und -Steuerungs-Systeme) und BDE (Betriebsdatenerfassungs-Systeme) ist im allgemeinen mit einem grossen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden, wobei die Effizienz der implementierten Systeme häufig nicht den Erwartungen der Nutzer entspricht. Dies trifft besonders auf die Klein- und Mittelbetriebe zu, weil dort innerhalb der Betriebsorganisation keine Planstellen für EDV-Spezialisten vorgesehen sind, die bei der Umstellung auf eine EDV-Organisation helfen könnten. Diese Stellen liessen sich mit der alleinigen Erledigung von betrieblichen EDV-Aufgaben bei dieser Betriebsgrösse auch nicht wirtschaftlich rechnen. Es muss also vor einer solchen Einführung bereits klar sein, wie aus betriebsorganisatorischer Sicht die EDV mit den vorhandenen Mitarbeitern in den Betriebsprozess einzugliedern ist.
Kleine Losgrößen, bedingt durch immer neue Kundenanforderungen nach speziellen Produktausführungen, lassen aus Wettbewerbsgründen eine konventionelle Massenproduktion mit unfelxiblen Produktionsabläufen nicht mehr zu. Neue Wege sind nötig, um gegenüber der Konkurrenz - besonders aus Fernost - auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Dabei hat gerade diese Konkurrenz mnachen Anstoss zur Veränderung durch für uns ungewohnte Wettbewerbsstrategien gegeben. Auch wenn viele der Grundlagen und Methoden dieser Strategien aus Europa stammen, wurden sie sehr geschickt und innovativ den dortigen gesellschaftlichen und technologischen Randbedingungen angepasst. Nun sind sie in anderer Form bei uns wieder ins Bewusstsein zurückgekehrt. Dies gilt insbesondere für Lean Production, die "schlanke" Produktion. Hier können die Fachleute bei uns lernen, wie sich durch Mitarbeitermotivierung, Vereinfachung und Dezentralisierung der Abläufe der Weltkostenstand wieder erreichen lässt.
Unternehmen, die schnell auf veränderte Marktsituationen reagieren müssen, benötigen eine funktionierende Logistik, die eine Klammerfunktion für alle betrieblichen Bereiche ausübt. Kernstück eines Logistikkonzepts ist das PPS-System, das sich mit Hilfe zeitgemäßer Software immer mehr zur maßgeschneiderten Lösung entwickelt. Ein Weg, um Logistikmodule anforderungsgerecht einzuführen, lässt sich anhand eines besonderen Cim-Modells verdeutlichen, dessen letzter Arbeitsschritt das Auswählen von Hardware und Software ist.
Wegen der Vielzahl unterschiedlicher Teile in variierenden Losgrößen ist es in der spanenden Fetigung besonders wichtig, Hardware und Software für logistische Aufgaben anforderungsgerecht auszuwählen. Ausgehend von den logistischen Grundfunktionen im Betrieb sind die Grunddatenbereitstellung, die Prozessstruktur, die Produktgestaltung, das Beschaffen und das Lagern auf die rechnergestützte Logistik auszurichten.
PPS-Anbieter herausfordern
(2008)
Wer die Einführung eines PPS- oder Logistik-Systems plant, sollte mit einer exakten Beschreibung der Soll-Abläufe die Anbieter auffordern, konkret Stellung zu beziehen, was ihr System kann und nicht kann. Der Artikel beschreibt, wie ein solches Anforderungsprofil aussehen soll, wie man es aufbaut und wie man bei der Einführung eines PPS-Systems vorgeht.
Bei Qualitätsmängeln ist es mit der reihenfolgegerechten und zeitgenauen Anlieferung direkt in den Produktionsbereich nicht mehr möglich, auf Ersatzmaterial zurückzugreifen. Ein wichtiger Schritt zu der daher geforderten Null-Fehler-Rate in der Produktion ist die informationstechnische Einbindung der Qualitätssicherung in das Logistik-Konzept des Unternehmens. der Artikel beschreibt, wie eine solche Einbindung aussieht.
Dienstleisters Vollzugmelder
(1989)
Für Produktionslogistiker ist der Leitstand bereits ein Selbstverständnis. Er verschafft Übersicht, ermöglicht gezieltes Eingreifen und hilft Termine halten. Das Steuern komplexer Abläufe ist in der Produktion ohne Leitstand kaum mehr denkbar. Im folgenden Beitrag wird der Frage nachgegangen, was Dienstleister vom Leitstand erhoffen können.
Die Analyse von Struktureffekten in der „Allgemeine Milchbehandlung“ wird anhand zweier Fragen vorgenommen:
1. Welche Effekte hat die Größe der Abteilung auf die Produktionskosten?
2. Welche Kosteneinsparungen hätten - ausgehend von der bundesdeutschen Ist-Struktur milchverarbeitender Betriebsstätten - moderate Strukturveränderungen zur
Folge?
In der vorliegenden Arbeit werden die Kosten der Sprühtrocknung bei drei verschiedenen Kapazitätsgrößen mit jeweils variierender Kapazitätsauslastung nach einer speziellen Form der Teilkostenrechnung bestimmt. Die Kapazitätsgrößen betragen 10800, 21600 und 32400 kg Magermilch pro Stunde. Die verarbeiteten Milchmengen liegen
zwischen 12,8 Mio. und 256,6 Mio. kg im Jahr; dabei variieen die Stückkosten zwischen 4,80 und 1,78 Pf/kg Mm. Es hat sich dabei gezeigt, daß die Kostendegression bedeutend stärker durch den Grad der Kapazitätsauslastung als durch die Kapazitätsgröße beeinflußt wird.
We report the unambiguous detection of phenyl groups covalently attached to functionalised graphene using non-linear spectroscopy. Sum-frequency generation was employed to probe graphene on a gold surface after chemical functionalisation using a benzene diazonium salt. We observe a distinct resonance at 3064 cm1 which can clearly be assigned to an aromatic C–H stretch by comparison with a self-assembled monolayer on a gold substrate formed from benzenethiol. Not only does sum-frequency generation spectroscopy allow one to characterise functionalised graphene with higher sensitivity and much better specificity than many other spectroscopic techniques, but it also opens up the possibility to assess the coverage of graphene with functional groups, and to determine their orientation relative to the graphene surface.
The reactivity of graphene at its boundary region has been imaged using non-linear spectroscopy to address the controversy whether the terraces of graphene or its edges are more reactive. Graphene was functionalised with phenyl groups, and we subsequently scanned our vibrational sum-frequency generation setup from the functionalised graphene terraces across the edges. A greater phenyl signal is clearly observed at the edges, showing evidence of increased reactivity in the boundary region. We estimate an upper limit of 1 mm for the width of the CVD graphene boundary region.
The properties of these carbon nanostructures are determined by the structure and orientation of the graphitic domains during pyrolysis of carbon precursors. In this work, we investigated systematically the impact of creep stress during the stabilization process on the cyclization and molecular orientation of polyacrylonitrile as well as the graphitized structure after high temperature carbonization. Therefore, polyacrylonitrile (PAN) is electrospun and then stabilized with and without application of creep stress at different temperatures. The effect of creep stress on cyclization was monitored via Fourier transform IR spectroscopy (FTIR) and it was found that the degree of cyclization varies with the application of creep stress during the initial stages of cyclization at low temperatures (190°C and 210°C) in contrast to cyclization done at higher temperature (230°C). Herman molecular orientation factor was evaluated by polarized FTIR for PAN nanofibers cyclized with and without creep stress at 230°C-10 h. Subsequently, carbonization was performed at 1000°C and 1200°C for nanofibers cyclized at 230°C-10 h. Our results from XRD and Raman spectroscopy shows that the degree of graphitization and ordering of graphitic domains was enhanced for PAN nanofibers that were creep stressed during the cyclization process, even though both PAN nanofibers cyclized with creep stress and without creep stress showed the same amount of cyclized material. This increased degree of graphitization can be tracked to application of creep stress during the stabilization process which obviously favors the formation of sp2-hybridized carbon planes in the carbonization process. This finding highlights the impact of mechanical stress linking the cyclization of PAN nanofibers to graphitization.
Our results will pave the way for a deeper understanding of mechano-chemical processes to fabricate well-aligned graphitic domains which improves the mechanical and electrical properties of CNFs.
Die folgende Studie befasst sich mit den Auswirkungen der Corona-Pandemie und deren Effekt – ein verminderter CO2-Ausstoß in Deutschland. Für einen übersichtlichen Vergleich wird im weiteren Verlauf in unterschiedlichen Szenarien darauf eingegangen, wie sich der CO2-Ausstoß im Vergleich zu 2020 ohne die Corona-Pandemie in Deutschland verändern könnte. Grundbasis für die Ermittlungen der folgenden Szenarien ist der CO2-Trend ohne die Corona-Pandemie im Jahr 2020, in dem Deutschland das Emissionsziel von -40 % gegenüber 1990 mit einer Reduktion von lediglich 37 % verfehlt hätte. Im zweiten Szenario wird dargestellt, wie sich die aktuelle Corona-Pandemie mit verschiedenen Lockdown-Phasen auf den CO2-Ausstoß auswirkt. Deutlich wird hierbei, dass trotz der aktuellen Maßnahmen eine längere Lockdown-Phase benötigt wird, um das Klimaziel von -40 % langfristig gesichert zu erreichen. In den Szenarien 3 und 4 liegt der Fokus auf möglichen Handlungs- und Verhaltensweisen nach der Pandemie. Das Szenario 3 betrachtet die Folgen von wirtschaftsfördernden Maßnahmen nach dem Lockdown und dem damit einhergehenden CO2-Anstieg. Wie viel CO2 zusätzlich aufgrund von nachhaltigem und klimaorientiertem Verhalten eingespart werden kann, erläutert das Szenario 4 „CO2 Entwicklung unter Berücksichtigung der Corona-Pandemie 2020 und möglicher positiver Umweltentwicklungen aus dem Lockdown“.
Faktoren, wie die wachsende Bevölkerung, sich verändernde Produktionsfaktoren oder Umwelteinflüsse wurden vernachlässigt. Die Studie zeigt, dass die Chancen, die durch die wirtschaftlichen Einschnitte und die Verhaltensänderungen, die durch die Corona-Pandemie bzw. deren Folgen hervorgerufen wurden, einen maßgeblichen Einfluss auf den CO2-Ausstoß der Bundesrepublik Deutschland haben können.
Nitric oxide adsorption on a Au(100) single crystal has been investigated to identify the type of adsorption, the adsorption site, and the orientation and alignment of the adsorbed NO relative to the surface. This was done using a combination of 3D-surface velocity map imaging, near-ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy, and density functional theory. NO was observed to be molecularly adsorbed on gold at ~200 K. Very narrow angular distributions and cold rotational distributions of photodesorbed NO indicate that NO adsorbs on high-symmetry sites on the Au crystal, with the N–O bond axis close to the surface normal. Our density functional theory calculations show that NO preferentially adsorbs on the symmetric bridge (2f) site, which ensures efficient overlap of the NO π* orbital with the orbitals on the two neighbouring Au atoms, and with the N–O bond axis aligned along the surface normal, in agreement with our conclusions from the rotational state distributions. The combination of XPS, which reveals the orientation of NO on gold, with 3D-surface velocity map imaging and density functional theory thus allowed us to determine the adsorption site, orientation and alignment of nitric oxide adsorbed on Au(100).
Das Forschungscluster Industrie 4.0 stellt in acht Beiträgen aktuelle Ergebnisse aus seinen vielfältigen Forschungsprojekten vor. Es werden virtuelle Techniken in der Produktentwicklung, Lehrkonzepte für Industrie 4.0, Energy Harvesting bei Antennen, Energiemanagement in Produktionsanlagen, firmenübergreifende IT-Security Anforderungen, dezentral gesteuerte Produktionsprozesse und Spracherkennung mit Mikrocontrollern behandelt.