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Erforschung und Entwicklung einer hocheffizienten ORC-Einheit aus Kunststoff mit natürlichen Arbeitsfluiden im Niedrigtemperaturbereich (hOrcan)

Erforschung und Entwicklung einer hocheffizienten ORC-Einheit aus Kunststoff mit natürlichen Arbeitsfluiden im Niedrigtemperaturbereich (hOrcan) von Luke,  Andrea
Der ORC-Prozess ist eine vielversprechende Technologie zur Nutzung von Abwärmepotentialen basierend auf einem klassischen Dampfkreisprozess. In dem Projekt wird eine Anlage mit einem ORC-Prozess für den Niedrigtemperaturbereich (bis zu Temperaturen von 120°C) unter Verwendung eines natürlichen Arbeitsfluides entwickelt. Im Fokus stehen die Nutzung industrieller und gewerblicher (Ab-) Wärmequellen im kleinen Leistungsbereich. Mithilfe eines an der Universität entstandenen Berechnungsmodells werden Parametervariationen für eine Vielzahl verschiedener Stoffe (natürliche und synthetische Kältemittel) durchgeführt und der Prozess für typische Anwendungen aus der Praxis ausgelegt. Verschiedene Geometrien der Wärmeübertrager werden unter Berücksichtigung des Pinchpoints bewertet und neue Erkenntnisse zu Wärmeübergang bei der Verdampfung fließen ein. Mit dem Berechnungsprogramm wird eine Versuchsanlage kleiner Leistung für den Niedertemperaturbereich im Labormaßstab an der Universität und eine Pilotanlage mit bis zu 15 kW elektrischer Leistung in der Praxis ausgelegt und aufgebaut. Die generierten Ingenieursdaten zum Wärmeübergang werden in einem weiten Temperatur- und Druckbereich als wichtige Eingangsparameter in der Prozessberechnung und für zukünftige Auslegungen nicht nur von ORC-Prozessen benötigt. Eine Siedeanlage wird dazu modifiziert und in Betrieb genommen.
Aktualisiert: 2020-10-26
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Frequenzhaltung mit Photovoltaikanlagen im Rahmen einer kritischen Infrastruktur

Frequenzhaltung mit Photovoltaikanlagen im Rahmen einer kritischen Infrastruktur von Osterkamp,  Björn
Im Rahmen dieser Arbeit wird gezeigt, dass Photovoltaikanlagen sicher und zuverlässig an der negativen manual Frequency Restoration Reserve bzw. Minutenreserve teilnehmen können. Zentrale Elemente der Analysen sind der Nachweis der erbrachten Regelleistung und die damit verbundene Genauigkeit, die Möglichkeiten zur sicheren und kostengünstigen Anlagenvernetzung sowie die Bewertung der Wirtschaftlichkeit mithilfe von Photovoltaikanlagenpools. Statistische Auswertungen von Photovoltaikanlagen in Labor- und Feldtests zeigen, dass die von den Übertragungsnetzbetreibern geforderten Genauigkeiten mit verschiedenen Nachweisverfahren eingehalten werden können. Zusätzlich wird gezeigt, dass mithilfe von Versuchen im Labor und synthetischen Einspeiseprofilen, Wechselrichter hinsichtlich ihrer Genauigkeit bei der Regelleistungsbereitstellung bewertet können. Dies stellt einen ersten Schritt in Richtung einer Labor-Präqualifizierung dar. Die Anlagenvernetzung spielt bei der Teilnahme an der Regelleistung eine große Rolle. Zukünftig kommt das Smart-Meter-Gateway-System als Kommunikationseinrichtungen in Frage, um für die Anlagenanbindung eingesetzt zu werden. Insbesondere in Bezug auf Sicherheit, Laufzeit und Funktionsumfang sind die Systeme frühzeitig an die Anforderungen der Übertragungsnetzbetreiber anzupassen. Die Erlössituation bei der Teilnahme von Photovoltaikanlagen an der Regelleistung ist stark abhängig vom jeweiligen Marktdesign, der Verfügbarkeit von kostengünstigen Kommunikationstechniken und den Preisen am Regelleistungsmarkt. Durch die zusätzliche Teilnahme mit großen Pools an Photovoltaikanlagen an der Regelleistung lassen sich im Mittel Mehrerlöse von bis zu 19 % generieren.
Aktualisiert: 2020-10-26
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Künstliche Haarige Oberflächen – Entwicklung und Strukturierung neuartiger superhydrophober polymerbasierter Metamaterialien

Künstliche Haarige Oberflächen – Entwicklung und Strukturierung neuartiger superhydrophober polymerbasierter Metamaterialien von Müllers,  Stefan
Metamaterialien ermöglichen es, Eigenschaften zu generieren, die durch den bloßen Einsatz des Grundmaterials nicht erreichbar wären. Gerade zur Erzeugung spezifischer und neuartiger Eigenschaften verlangt die Gestaltung von Metamaterialien ein gezielt eingestelltes Verhältnis unterschiedlicher Materialparameter. Ein bekanntes Beispiel hierfür stellen superhydrophobe Materialien dar. Die Generierung superhydrophober Eigenschaften von Oberflächen verlangt ein enges Zusammenspiel zwischen der Oberflächenchemie des Grundmaterials und einer hochrauhen Struktur im Bereich von wenigen hundert Nanometern bis hin zu einigen wenigen Mikrometer. In dieser Arbeit wurden Template-basierte Prozesse entwickelt, die die Strukturierung von Polymeroberflächen mit Nano- und Mikrohaaren erlauben und somit die Herstellung neuer Metamaterialien ermöglichen. Durch diesen besonderen Strukturtyp der Nanohaare konnten erfolgreich superhydrophobe Oberflächen dargestellt werden. Erarbeitete theoretische Modelle tragen hierbei zu einem umfassenden Verständnis der Benetzung haariger Strukturen bei. Zudem konnte durch innovative Ansätze die mechanische Stabilität der haarigen Oberflächen deutlich verbessert werden, sowie eine Übertragbarkeit des Strukturierungsprozesses auf eine breite Auswahl von Polymeren.
Aktualisiert: 2020-10-26
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Ni(NHC)-katalysierte Umlagerung von 1-Acyl-2-vinylcyclopropanen zum Aufbau von Cyclohexanoquinanen

Ni(NHC)-katalysierte Umlagerung von 1-Acyl-2-vinylcyclopropanen zum Aufbau von Cyclohexanoquinanen von Zens,  Anna
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, basierend auf der Übergangsmetall-katalysierten Vinylcyclopropan-Cyclopenten (VCP)-Umlagerung eine effiziente Synthesestrategie zur Darstellung unterschiedlicher Alkyl- und Aryl-substituierter Cyclohexanoquinane zu entwickeln. Diese Strukturen stellen das Grundgerüst einiger biologisch interessanter Naturstoffe dar. Dazu wurde eine Schwefel-Ylid-Methodik ausgearbeitet, die einen vereinfachten Zugang zu 1-Acyl-2-vinylcyclopropanen mit einfachen Alkyl- oder Aryl-Substituenten an der Alkeneinheit ermöglicht. Die Darstellung der gewünschten Bicyclo[4.3.0]nonenone wurde durch eine finale VCP-Umlagerung mit einem geeigneten Ni(0)-NHC-Katalysator realisiert. Darüber hinaus wurden rätselhafte Fragen zur Reaktivität, zum Substratumfang und zur Stereoselektivität der Ni(NHC)-katalysierten Umlagerung von einfachen Alkyl- und Aryl-substituierten 1-Acyl-2-vinylcyclopropanen durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Studien gelöst.
Aktualisiert: 2020-10-26
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Untersuchungen zur stofflichen Verwertung von CO2 in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen

Untersuchungen zur stofflichen Verwertung von CO2 in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen von Keppler,  Jochen
In dieser Arbeit werden Untersuchungen zur stofflichen Verwertung des metabolischen Abfallprodukts Kohlenstoffdioxid (CO2) zur weiteren Schließung von Stoffkreisläufen in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen der Raumfahrt durchgeführt. Hierzu werden unterschiedliche Verfahren analysiert, interpretiert und mittels Gegenüberstellung verglichen. Als Alternative zu den überwiegend physikochemisch basierten Forschungsansätzen wird dabei insbesondere die Eignung der biotechnologischen Komponente Photobioreaktor zur Kultivierung von Mikroalgen untersucht. Nach der Präsentation relevanter Vorarbeiten, die im zurückliegenden Jahrzehnt am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart durchgeführt wurden, wird das Weltraumexperiment PBR@LSR (Photobioreactor at the Life Support Rack), ein Kooperationsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, dem Institut für Raumfahrtsysteme und der Firma Airbus Defence and Space, näher betrachtet. Basierend auf den am Institut für Raumfahrtsysteme im Rahmen der PBR@LSR-Experimententwicklung gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die ingenieurwissenschaftliche Beurteilung des Einsatzes der biotechnologischen Komponente Photobioreaktor in geschlossenen Lebenserhaltungssystemen der Raumfahrt. Hierzu werden Systemstudien unterschiedlicher Luftaufbereitungssysteme mit der Fähigkeit der stofflichen Verwertung von CO2 analysiert. Abschließend werden Studien zu weiterführenden Anwendungen der Photobioreaktortechnologie sowohl für terrestrische als auch für raumfahrtspezifische Anwendungen, wie z.B. dem Einsatz auf lunaren/planetaren Oberflächen, präsentiert.
Aktualisiert: 2020-10-24
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Bewertung von Berechnungstiefe und Aussagegüte bei der Stirnradgetriebeberechnung

Bewertung von Berechnungstiefe und Aussagegüte bei der Stirnradgetriebeberechnung von Bansemir,  Sabrina
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Berechnung der Lastverteilung auf der Zahnflanke von Stirnradverzahnungen und der daraus abgeleiteten Beanspruchung, welche für die Tragfähigkeit nach ISO 6336 herangezogen wird. Es werden die Auswirkungen verschiedener Einflüsse in der Berechnung (unterschiedliche Berechnungstiefen) auf die Lastverteilung und auf die Aussagegüte der daraus abgeleiteten Tragfähigkeitskennwerte untersucht und eine Beurteilungsmethode für die Wahl einer Berechnungstiefe, abhängig von anwendungsspezifischen Randbedingungen, vorgestellt.
Aktualisiert: 2020-10-24
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Modellbasierter Ansatz zur geometrischen Integration fahrfremder Tätigkeiten

Modellbasierter Ansatz zur geometrischen Integration fahrfremder Tätigkeiten von Seebach,  Niko
Aufgrund der Technologie des automatisierten Fahrens, wird der Nutzer temporär von der Fahraufgabe befreit und erhält Zeit für die Ausführung fahrfremder Tätigkeiten (FFT), wie Schlafen oder Arbeiten. Diese Tätigkeiten müssen während der frühen Phase der Fahrzeugkonzeptentwicklung und insbesondere bei der Gestaltung des Innenraums einbezogen werden. Durch die Vielzahl der auftretenden FFT und deren Wechselwirkungen zu der ursprünglichen Fahrtätigkeit wird die geometrisch kollisionsfreie Anordnung der Fahrzeugkomponenten und Insassen, das sogenannte Package, deutlich komplexer. Um geometrische Einbauuntersuchungen im Package durchzuführen, ist es von zentraler Bedeutung, die FFT geometrisch zu beschreiben, die Wechselwirkungen zu identifizieren und diese darzustellen.
Aktualisiert: 2020-10-24
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Oberflächenmodifikation von Polyetheretherketon (PEEK) für das strukturelle Kleben in der Luftfahrt

Oberflächenmodifikation von Polyetheretherketon (PEEK) für das strukturelle Kleben in der Luftfahrt von Arikan,  Elisa
Thermoplastische Faserverbundwerkstoffe (FVK) weisen eine Reihe an Vorteilen gegenüber duroplastischen FVK auf, sodass der Einsatz dieser Werkstoffgruppe als Strukturmaterial für Anwendungen in der Luftfahrt zunehmend steigt. Insbesondere der Hochleistungsthermoplast Polyetheretherketon (PEEK) erfüllt dabei die hohen luftfahrtindustriellen Materialanforderungen. Um das Leichtbaupotential von FVK möglichst optimal ausnutzen zu können, stellt das strukturelle Kleben gegenüber konventionellen Fügemethoden eine vielversprechende Alternative dar. Derzeit gibt es innerhalb der Literatur keine einheitliche Erklärung, welche die Haftung zwischen Fügeteil und Klebstoff (Adhäsion) vollständig beschreiben kann. Für die luftfahrtindustrielle Zulassung und Umsetzung von strukturellen Klebungen ist dieses Verständnis von Adhäsion allerdings eine Voraussetzung, um sichere und robuste Klebungen zu gestalten. Zunächst wurde im Rahmen dieser Arbeit der Einfluss verschiedener Vorbehandlungsverfahren auf eine PEEK Oberfläche hinsichtlich der Modifikation der Oberflächeneigenschaften untersucht. Für ein detailliertes Verständnis bezüglich der Eigenschaften einer gut klebbaren Oberfläche, wurden die Vorbehandlungsprozesse gezielt variiert. Entgegen der Lehrbuchmeinung und einer Vielzahl an aktueller Literatur konnte dabei experimentell gezeigt werden, dass Adhäsion nicht durch den Aufbau von kovalenten Bindungen stattfindet, sondern maßgeblich durch Van der Waals’sche (VdW) Wechselwirkungen bestimmt ist. Eine Rauigkeit im nm Maßstab kann durch entsprechende Oberflächenvergrößerung entsprechend viel VdW Wechselwirkung zulassen. Diese Ergebnisse konnten zudem mit weiteren Thermoplasten als auch Duroplasten erfolgreich bestätigt werden. Der erarbeitete Erklärungsansatz (die Modellvorstellung zur Adhäsion) kann alle betrachteten Proben mit hoher Klebfestigkeit vollständig beschreiben.
Aktualisiert: 2020-10-24
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Regioselektive Bildung von Disulfidbrücken in DNA-Nanostrukturen

Regioselektive Bildung von Disulfidbrücken in DNA-Nanostrukturen von Wolfrum,  Manpreet Singh
In der DNA-Nanotechnologie ist es üblich komplexe Nanostrukturen computergestützt zu entwerfen. Die Bildung dreidimensionaler DNA-Nanostrukturen erfolgt durch die Hybridisierung von DNA-Strängen. Die Strukturen werden über nicht kovalente Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrücken stabilisiert und sind thermisch labil. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Stabilisierung von Nanostrukturen unterschiedlicher Größe gegen thermische Denaturierung mittels Quervernetzung durch regioselektiv gebildete Disulfidbrücken. Die Quervernetzung der Stränge sollte dabei unter nativen Bedingungen, nach der Assemblierung der Nanostruktur, durch die Bildung von Disulfiden aus Paaren an Thiolen mit Luftsauerstoff als Oxidationsmittel stattfinden.
Aktualisiert: 2020-10-24
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Biokompatible Komposite aus elektrogesponnenen Polymer Nanofasern und mesoporösen Silica Nanopartikeln für die kontrollierte Freisetzung antimikrobieller Wirkstoffe

Biokompatible Komposite aus elektrogesponnenen Polymer Nanofasern und mesoporösen Silica Nanopartikeln für die kontrollierte Freisetzung antimikrobieller Wirkstoffe von Arroub,  Karim
Aus medizinischer Sicht ist das Erreichen konstanter Wirkstoffspiegel im Körper für Patienten mit chronischen Erkrankungen von großer Bedeutung, um einen effizienten therapeutischen Effekt bei gleichzeitig minimalen unerwünschten Nebenwirkungen zu erzielen. Um das Ziel zu erreichen, wurden verschiedenen Wirkstoffträger wie z.B Nanofasern und mesoporöse Silica Nanopartikeln für Wirkstofffreisetzungs-Studien eingesetzt. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Darstellung biokompatibler Kompositnanofasern mit definierter Morphologie und skalierbarem Durchmesser mittels Elektrospinn-Verfahrens, sowie deren Modifizierung an der Oberfläche durch Verankerung thermosensitiver Polymere. Eine duale Freisetzung zweier Wirkstoffe mit unterschiedlicher Freisetzungsrate sowie die Temperatur-abhängige Wirkstofffreisetzung wurden erfolgreich gezeigt. Über passgenaue Funktionalisierung poröser Silica Nanopartikel an der Oberfläche bzw. deren Beladung mit Wirkstoffen ist der Zusammenhang zwischen Materialzusammensetzung, Wirkstofffreisetzungsprofil und antimikrobieller Aktivität untersucht worden. Weiterhin wurde der Einfluss der Nanopartikel-Morphologie auf die Wirkstofffreisetzung und deren antibakteriellen Wirkung ermittelt.
Aktualisiert: 2020-10-24
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