Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

Θεωρητικό υπόβαθρο: Το οξειδωτικό στρες (ΟΣ) ορίζεται ως το παθολογικό αποτέλεσμα που προκύπτει από τη διαταραχή της ισορροπίας των κυτταρικών συγκεντρώσεων των οξειδωτικών, δραστικών ενώσεων και των αντιοξειδωτικών μορίων. Εκτός από τη βλάβη που υπόκεινται οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια, το ΟΣ μπορεί επίσης να προκαλέσει μεταλλάξεις και επιγενετικές μεταβολές καταστρέφοντας τόσο το DNA όσο και τις πρωτεΐνες που τροποποιούν τη χρωματίνη. Παρ' όλα αυτά, στα θυρεοειδικά θυλακικά κύτταρα παράγονται σε καθημερινή βάση υψηλές ποσότητες υπεροξειδίου του υδρογόνου (H2O2), οξειδωτικής ουσίας απαραίτητης για την πραγματοποίηση της θυρεοειδικής ορμονογένεσης. Δεδομένου ότι ένα ελάχιστο ποσό οξειδωτικού φορτίου αποτελεί προϋπόθεση αφ’ενός για τη φυσιολογική λειτουργία των θυλακικών κυττάρων και αφ’ετέρου για την ανάπτυξη του θυρεοειδούς αδένα, πρόσφατα αποδείχτηκε ότι ο θυρεοειδής αδένας παρουσιάζει αυξημένη αμυντική ανταπόκριση έναντι του ΟΣ. Ωστόσο, οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους τα θυλακικά κύτταρα αντιλαμβάνονται και απαντούν στο ΟΣ παραμένουν ασαφείς. Ο NFE2-related factor 2 (Nrf2), ο οποίος κωδικοποιείται από το γονίδιο NFE2L2, είναι ένας μεταγραφικός παράγοντας ο οποίος απαντά σε σήματα κυτταρικού στρες και ανταποκρίνεται επιδρώντας στη μεταγραφή γονιδίων σε διάφορους τύπους ιστών. Σε βασικές συνθήκες, ο Nrf2 οδηγείται σε πρωτεασωματική αποικοδόμηση μέσω του κυτταροπλασματικού του αναστολέα, Keap1, ενώ σε συνθήκες ΟΣ, η αποικοδόμηση του Nrf2 δεν είναι δυνατή και ο Nrf2 εισέρχεται στον πυρήνα ώστε να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή αντιοξειδωτικών γονιδίων όπως του γονιδίου Nqo1. Καθώς η οξειδοαναγωγική ομοιοστασία κατέχει κεντρικό ρόλο στην φυσιολογία του θυρεοειδούς αδένα και ο Nrf2 πρόσφατα χαρακτηρίσθηκε ως μεσολαβητής στην αντίσταση θυρεοειδικών καρκινικών κυτταρικών σειρών σε πρωτεασωμικούς αναστολείς, το αντιοξειδωτικό μονοπάτι Nrf2 μπορεί να θεωρηθεί ως εξαιρετικός υποψήφιος της διαμεσολάβησης της απόκρισης του θυρεοειδούς αδένα στο ΟΣ. Παρ 'όλα αυτά, ο ρόλος του μονοπατιού Nrf2 στον ανθρώπινο θυρεοειδικό καρκίνο παραμένει άγνωστος. Στόχος: Στόχοι της παρούσας μελέτης ήταν η εκτίμηση της δραστηριότητας του μονοπατιού Νrf2 στο διαφοροποιημένο καρκίνωμα του θυρεοειδούς αδένα και η διερεύνηση σωματικών μεταλλάξεων των γονιδίων NFE2L2 και Keap1. Yλικά και Μέθοδοι Ασθενείς: Στη μελέτη συμμετείχαν 90 περιστατικά εκ των οποίων τα 42 αφορούσαν θηλώδη καρκινώματα (papillary thyroid carcinomas, PTCs), τα 6 θυλακιώδη καρκινώματα (follicular thyroid carcinomas, FTCs) και τα υπόλοιπα 42 καλοήθεις όγκους (24 αδενώματα και 18 οζώδης υπερπλασία). Κυτταρικές σειρές: Στα πλαίσια της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκαν κυτταρικές σειρές PTC (K1, TPC-1, XTC-1), κυτταρική σειρά φτωχά διαφοροποιημένου PTC (T243), κυτταρικές σειρές αδιαφοροποίητου καρκινώματος (C643, 8505C, Hth74) και τέλος κυτταρικές σειρές αναπλαστικού καρκινώματος (T235 , T241, T238). Μέθοδοι: Αναδρομική ανοσοϊστοχημική ανάλυση δειγμάτων PTC και FTC, παρακείμενου φυσιολογικού ιστού και καλοηθών βλαβών. Ανάλυση αλληλουχίας DNA των κυτταρικών σειρών και PTC δειγμάτων. Κύριες μετρήσεις και υπολογισμοί: Αξιολογήθηκε η ένταση της ανοσοαντίδρασης των δειγμάτων των ιστών σε αντισώματα για τα Nrf2, Nqo1, Keap1 και 4-HNE. Μελετήθηκε η αλληλουχία του εξονίου 2 του γονιδίου NFE2L2 καθώς και του γονιδίου Keap1. Αποτελέσματα: O μεταγραφικός παράγοντας Nrf2 καθώς και ο στόχος του, η πρωτεΐνη Nqo1 ήταν μη ανιχνεύσιμα σε φυσιολογικό ιστό θυρεοειδούς αδένα. Τα επίπεδά τους ήταν σημαντικά υψηλότερα στα PTC δείγματα από ό,τι στα δείγματα καλοηθών βλαβών. Η έκφραση του Keap1 εμφάνισε διακύμανση στα δείγματα PTC με τα επίπεδά του να μην εμφανίζουν συσχέτιση με τα αντίστοιχα του Nrf2, ενάντια στη θεωρία πως τα μειωμένα επίπεδα του Κeap1 συνιστούν μηχανισμό ενεργοποίησης του Nrf2. Ο δείκτης ΟΣ, 4-HNE βρέθηκε αυξημένος στη πλειοψηφία των δειγμάτων PTC σε σχέση με το φυσιολογικό ιστό αναδεικνύοντας την ύπαρξη αυξημένου ΟΣ στο PTC. Επιπλέον, όσον αφορά τα δείγματα FTC, ο μεταγραφικός παράγοντας Nrf2 και η πρωτεΐνη Nqo1 ήταν ανιχνεύσιμα σε όλα τα δείγματα, ενώ τα επίπεδα του 4-ΗΝΕ ήταν αυξημένα. Όσον αφορά την ανάλυση αλληλουχίας DNA στις καρκινικές σειρές και σε 11 δείγματα PTC με υψηλή έκφραση Nrf2, καμία μετάλλαξη δεν ανευρέθηκε στο εξόνιο 2 του γονιδίου NFE2L2 και στο γονίδιο Keap1. Συμπεράσματα: Τα αποτελέσματα της μελέτης μας σε συνδυασμό με περαιτέρω μελέτες από το εργαστήριο Ενδοκρινολογίας και Ανατομικής του Πανεπιστημίου Πατρών καθώς και από το BC κέντρο έρευνας καρκίνου (Vancouver, Canada) αποδεικνύουν ότι το μονοπάτι Nrf2 ενεργοποιείται σε PTC και κατέχει ρυθμιστικό ρόλο στην αντιοξειδωτική απόκριση και τη βιωσιμότητα των θυρεοειδικών καρκινικών κυττάρων. Συνεπώς, αναδεικνύεται το Nrf2 μονοπάτι ως νέο “σήμα κατατεθέν” του PTC. Παρά το γεγονός ότι δεν ήταν δυνατή η πραγματοποίηση στατιστικών συσχετίσεων στη μελέτη του FTC λόγω του περιορισμένου αριθμού δειγμάτων, το μονοπάτι Nrf2 φαίνεται να ενεργοποιείται επίσης στο FTC. Η σταθερή ενεργοποίηση του Nrf2 στο PTC και ενδεχομένως στο FTC δίνει το έναυσμα για περαιτέρω διερεύνηση του μονοπατιού αυτού σε όλα τα είδη θυρεοειδικού καρκίνου καθώς και της πιθανής διαγνωστικής, προγνωστικής, και/ή θεραπευτικής χρησιμότητας του μονοπατιού στο διαφοροποιημένο καρκίνο του θυρεοειδούς αδένα. / Scientific background: Oxidative stress (ΟS) is experienced by cells when pro-oxidant and electrophilic reactive species overwhelm the cell’s antioxidant and detoxification proteins. In addition to causing protein and lipid damage, oxidative stress can cause mutations and epigenetic perturbation by damaging DNA and proteins that modify chromatin. Nevertheless, in thyrocytes a daily basis high amounts of the oxidant hydrogen hyperoxide (H2O2) was generated due to the fact that H2O2 is a reactive oxygen species required for thyroid hormonogenesis. A minimal oxidative load is a prerequisite for normal thyroid cell function and development and it was recently shown that the thyroid has increased capacity for defending itself against OS. However, precise mechanisms by which thyrocytes sense and respond to OS remain obscure. NFE2-related factor 2 (Nrf2), encoded by NFE2L2 gene, is a transcription factor that integrates cellular stress signals and responds by directing transcriptional program in various tissues. In basal conditions, Nrf2 is targeted for proteasomal degradation by its cytoplasmic inhibitor, Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1), while in oxidative stress Nrf2 degradation is abolished and Nrf2 accumulates in the nucleus where it transactivates protective genes such as NAD(P)H dehydrogonase quinone 1 (Nqo1). As redox homeostasis plays a principal role in thyroid gland’s physiology, and Nrf2 has recently been characterised as mediator of thyroid cancer cell lines’ resistance to proteasome inhibitors, the Nrf2 antioxidant pathway seems to be an excellent candidate for mediating the antioxidant response of the thyroid gland. Nevertheless, the activity status of the Nrf2 pathway in human thyroid cancer remains unknown. Objective: The aims of this study were to assess the activity status of the Nrf2 pathway in differentiated thyroid carcinoma and investigate somatic mutations in NFE2L2 and Keap1 genes. Μethods and Materials Patients: The study included 90 individual samples; 42 papillarz thyroid carcinomas (PTCs), 6 follicular thyroid carcinomas (FTCs) and 42 benign lesions (24 adenomas and 18 nodular hyperplasias). Cell lines: Ten thyroid cell lines are used for this study: The PTC cell lines, K1, TPC-1 and XTC-1; the poorly differentiated PTC cell line, T243; the undifferentiated carcinoma cell lines, C643, 8505C and Hth74; and the anaplastic carcinoma cell lines, T235, T241 and T238. Methods: We conducted retrospective immunohistochemical analyses of PTC and FTC specimens, adjacent normal tissue, and benign lesions; DNA sequencing in cell lines and PTC samples. Main Outcome Measures: We assessed the abundance of Nrf2, Nqo1, Keap1, and 4HNE; and the sequence of NFE2L2 gene’s exon 2 and of KEAP1 gene. Results: Nrf2 and its target Nqo1 were undetectable in normal tissue; their levels were significantly higher in PTC than in benign lesions. The Nrf2 inhibitor, Keap1 was variably abundant in PTC, and its levels did not correlate with Nrf2, arguing against decreased levels as the mechanism for Nrf2 activation. The oxidized lipid 4HNE was more abundant in PTC than normal tissue indicating oxidative stress. In addition, as far as FTC samples are concerned, Nrf2 and Nqo1 were detectable in all samples as well as the levels of 4-HNE were significantly high. No mutations were detectable in exon 2 of NFE2L2 gene and in Keap1 gene. Conclusions: Our study’s results supported by further studies in laboratories of Endocrinology and Anatomy at University of Patras and BC Cancer Research Center (Vancouver, Canada) demonstrate that the Nrf2 pathway is commonly activated in PTC and that it regulates antioxidant responses and viability of cancer cells. Thus, Nrf2 is highlighted as a new hallmark of PTC. Although, statistic correlations were not possible in FTC samples’ study because of small sample size, the Nrf2 pathway seems to be also activated in FTC. The high activity of Nrf2 in PTC and possibly in FTC warrants further exploration of this pathway’s potential diagnostic, prognostic, and/or therapeutic utility in differentiated thyroid carcinoma.

In dieser Arbeit wurde die Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK in thermoplastischen Ti-CF/PEEK-Laminaten untersucht. Vergleichende Untersuchungen von mechanischen, chemischen, chemisch-physikalischen und physikalischen Oberflächenvorbehandlungen im Zugscherversuch haben gezeigt, dass sich durch die Vorbehandlung mit einem Nd:YAG-Laser ein stabiles und feuchtigkeitsbeständiges Grenzflächensystem erzeugen lässt. Ti-CF/PEEK-Laminate wurden bruchmechanisch im Mixed-Mode-Bending-Versuch sowohl bei reiner als auch bei überlagerter Mode I- und Mode II-Belastung geprüft. Die Versagensmechanismen wurden an den Bruchflächen der Mixed-Mode-Bending-Proben und an den Bruchflächen der Zugscherproben mittels mikroskopischer und spektroskopischer Methoden bestimmt. Verschiedene Analyseverfahren wurden eingesetzt, um Ti-3Al-2,5V-Oberflächen vor und nach der Laservorbehandlung, um laserbehandelte und wärmebehandelte Ti-3Al-2,5V-Oberflächen und um das Grenzflächensystem im Verbund zwischen Ti-3Al-2,5V und CF/PEEK vor und nach Alterung in 80°C warmem Wasser zu analysieren. Dabei wurden sowohl die grenzflächennahen Phasen im Ti-3Al-2,5V als auch die grenzflächennahen Phasen im PEEK berücksichtigt. Die Untersuchgen zeigen, dass sich nicht alle eingesetzten Analyseverfahren zur Charakterisierung eignen und dass nicht jedes Analyseverfahren eindeutig interpretierbare Ergebnisse liefert. Die eingesetzten Analyseverfahren werden in dieser Arbeit miteinander verglichen und in Bezug zu ihrer Einsetzbarkeit und zu ihren Einsatzgrenzen bewertet. Titan-PEEK-Verbindungen zeigen je nach eingesetzter Vorbehandlungsmethode unterschiedliche Adhäsions-, Versagens- und Alterungsmechanismen. Die Ergebnisse aus den Untersuchungen der Verbindung zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V zeigen, dass neben mechanischer Adhäsion auf Mikro- und Nanoebene weitere Adhäsionsmechanismen in Frage kommen. Die Aluminiumanreicherung an der Oberfläche und die erhöhte Reaktivität durch mikro- und nanostrukturierte Oberflächen können chemische Wechselwirkungen zwischen PEEK und laserbehandeltem Ti-3Al-2,5V begünstigen. Die Untersuchungen geben ebenfalls Hinweise darauf, dass die Verbundeigenschaften im Titan-PEEK-Verbund durch die Morphologie von PEEK beeinflusst wird. An der Titan-PEEK-Grenzfläche wurde Grenzflächenkristallisation nachgewiesen, von der bekannt ist, dass sie die Verbundeigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen senkrecht zur Faserorientierung verbessern. Nicht nachgewiesen, aber durchaus möglich ist, dass sich mechanisch verklammertes PEEK in der porösen Oxidschicht aufgrund thermischer Eigenspannungen während der Abkühlung orientiert und die mechanischen Eigenschaften an der Grenzfläche in Analogie zu selbst verstärkten Polymeren verbessert. Dieser Ansatz kann eine Erklärung dafür sein, warum im MMB-Versuch nicht nur hohe kritische Energiefreisetzungsraten bei reiner Mode II-Belastung, sondern vor allem auch bei reiner Mode I-Belastung beobachtet wird. Die auf PEEK basierenden Mechanismen sind materialspezifisch und nicht auf chemisch aushärtbare Klebstoffe anwendbar. Der Einfluss der Größenordnung von Oberflächenstrukturen auf die Langzeit- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, der bereits aus der Literatur bekannt ist, wird in dieser Arbeit bestätigt. Mit mikrostrukturierten Oberflächen, die mittels Sandstrahlen erzeugt werden, lassen sich im Gegensatz zu nanostrukturierten Oberflächen, die mittels Laserbehandlung erzeugt werden, keine langzeit- und feuchtigkeitsbeständige Verbindungen zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V erzeugen. In Titan-PEEK-Verbindungen ist nicht nur die Haftung zwischen PEEK und Ti-3Al-2,5V entscheidend, sondern auch die Stabilität der Phasen im Grenzflächensystem, wie am Beispiel der Verbindung zwischen anodisiertem Ti-3Al-2,5V und PEEK gezeigt wird. Geringe Verbundfestigkeiten können somit als Folge thermischer Alterung während der Verbundherstellung verursacht werden, bei der die Oxidschicht durch Sauerstoffdiffusion geschädigt wird. Thermische Eigenspannungen, die sowohl zur Rissbildung im Oxid als auch im martensitischen Bereich führen, und ungenügende Verbundqualität, die beispielsweise durch eingeschlossene Luft bei großflächigen Klebungen entsteht, begünstigen die Alterung in hydrothermischer Umgebung. Zum Verständnis von Adhäsions- und Alterungsmechanismen an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK trägt nicht nur das Eigenschaftsbild der Metall-, Oxid- und Polymerphasen im Grenzflächensystem bei, sondern auch Änderungen in den einzelnen grenzflächennahen Phasen während Oberflächenvorbehandlung und der Konsolidierung. Bei der Verwendung von thermoplastischen Klebstoffen sind im Gegensatz zu Reaktionsklebstoffen besonders die vergleichsweise hohen Konsolidierungstemperaturen, die Kristallisationskinetik und die Schmelzviskosität zu berücksichtigen. So sollte bereits bei der Oberflächenvorbehandlung die Bildung thermisch unstabiler Oberflächenphasen vermieden werden, da diese während der Herstellung thermisch geschädigt werden können. Der Verbindungsprozess erfordert besonders bei großen Klebeflächen Maßnahmen, um das Phänomen der «eingeschlossenen Luft» zu vermeiden, da sich schlecht infiltrierte Bereiche negativ auf die Alterungsbeständigkeit auswirken. Bei porösen Oberflächenstrukturen auf Nanoskala ist ebenso eine Abstimmung zwischen Porengröße und Schmelzviskosität des Thermoplasten erforderlich, um ausreichende Infiltration des Thermoplasten an porösen Oberflächenstrukturen zu gewährleisten. Die grenzflächennahen Phasen von PEEK wurden erstmals an der Ti-3Al-2,5V-Oberfläche nachgewiesen. Die Einflussfaktoren und die Eigenschaften der grenzflächennahen Phasen von PEEK sind bereits aus Untersuchungen von CF/PEEK-Verbunden bekannt. Die Ergebnisse zeigen großes Potential der Übertragbarkeit auf die Titan-PEEK-Grenzfläche. So kann beispielsweise die PEEK-Morphologie durch gezielte Temperaturführung beim Kleben beeinflusst werden. Die Mechanismen an der Grenzfläche und die daraus resultierenden Verbundeigenschaften, die sich an der Grenzfläche zwischen Ti-3Al-2,5V und PEEK ergeben, zeigen großes Potential. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit zur Herstellung von Ti-PEEK-Grenzflächen mit hoher Verbundfestigkeit und Alterungsbeständigkeit zeigen ebenfalls großes Potential der Übertragbarkeit auf andere Metall-Thermoplast-Verbindungen. / The interface between titanium Ti-3Al-2,5V and Polyetheretherketone (PEEK) in Ti-CF/PEEK laminates are investigated. Comparative investigations of mechanical, chemical, chemo-physical and physical surface pre-treatments evidenced that surface pre-treatment by a pulsed Nd:YAG laser (physical pre-treatment) offers both good adhesion and superior moisture resistance of the titanium-PEEK interface. The titanium-PEEK interface modified by laser pre-treatment is characterized mechanically and analytical in detail. This investigation takes into account all process steps (surface pre-treatment, bonding, and ageing) as well as all the phases and interfaces in the titanium-PEEK system (i.e. titanium, oxide, and also PEEK). The delamination behavior is investigated mechanically with the mixed mode bending experiment (MMB). The MMB loading was represented by a superposition of simple mode I and mode II loadings. Based on MMB fracture surface analysis, a failure and damaging mechanism could be assumed. The analytical methods used in this investigation are a cryo-fracture, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary electron microscopy (SEM, EDX, transmission electron microscopy (TEM), analytical TEM (EDX, EFTEM, EELS), adsorption/desorption experiments (Krypton-BET), Laser scanning microscopy (LSM), contact angle measurements, and Raman microscopy. The adhesion and degradation mechanism observed at the titanium-PEEK interface strongly depends on the applied surface pre-treatment. The interface properties between pretreated Ti-3Al-2.5V and PEEK show an influence of the morphology of PEEK. For the first time, interfacial crystallization of PEEK at the Ti-3Al-2.5V surface was confirmed by experimental results. Interfacial crystallization is known for its strengthening effect perpendicular to C-fibers within CF/PEEK laminates and implies a strong interaction between PEEK and the oxide layer on the Ti-3Al-2.5V joining partner. Moreover, the investigations of the interface between laser treated Ti-3Al-2.5V and PEEK indicate that adhesion is not only due to mechanical interlocking on micro- and nano-scale. Chemical interactions between the polymer and the joining surface seem be promoted byan increased surface reactivity due to the high surface area structures on micro- and nano-scale. In addition, an aluminum-enrichment was detected with TEM at the treated surface that may play a role in the bonding. During the cooling phase of the consolidation of the thermoplastic, thermal stress arise at the interface due to suppressed expansion and contraction of the individual components. It can be assumed that PEEK, which is interlocked within the oxide pores, reduces the stress by relaxation processes. Relaxation induced re-orientation of the molecule structure is able strengthen the interface as it is known from self-reinforced polymers. This assumption could explain the interface behavior characterized by mode I and mode II loadings. High energy release rates observed at mode I loadings could be traced back to the re-orientated molecule structure which is equal to the direction of mode I loading. This mechanism is material specific and can be applied only to cure-free thermoplastics. The long-term durability is enhanced significantly when of surface structures on nano-scale are formed by the pretreatment. This result is in good agreement with the literature. However, during the bonding process not only on the formation of adhesion between PEEK and Ti-3Al-2.5V is important but also the stability of the interfacial phases within the Ti-PEEK interfacial system as shown on the interface properties between anodized Ti-3Al-2.5V. Anodized oxide phases, for example, which degrade during the bonding by oxidation diffusion, were found to result in low interfacial strength and low long-term durability. Aging in hydro-thermal environment are enhanced by further factors. Residual stress which arises during the bonding process leads to cracks within the oxide and within martensitic region. Entrapped air which especially develop when large areas are bonded enhance water diffusion along the interface and hydrothermal aging. A basic understanding of the titanium-PEEK system requires that all phases and interfaces in the titanium-PEEK system as well as all process steps are taken into account. Although the polymer will be neglected in most cases this investigation reveals that even the polymer morphology significantly influences the interface properties.

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

Verteilte, Eingebettete Systeme beeinflussen unser tägliches Leben in unzähligen Bereichen. Getrieben durch technologische Weiterentwicklungen und neue Nutzungsprofile nimmt der Vernetzungsgrad elektronischer Geräte rapide zu. Neben einem ausgeprägten Netzwerkcharakter sind aktuelle und zukünftige Anwendungsszenarien wesentlich durch einen hohen Mobilitätsgrad geprägt. Daraus ergeben sich zunehmend Problemstellungen bzgl. geeigneter Kommunikationskonzepte und der hierfür benötigten Energieressourcen. Dieses Buch befasst sich mit Technologien, Konzepten und Protokollen zur energieeffizienten Kommunikation in verteilten, ressourcenbeschränkten Systemen. Es definiert grundlegende Begrifflichkeiten und vermittelt einen umfassenden Einblick in die verschiedenen Forschungsschwerpunkte. Relevante, technologische Entwicklungen der beiden letzten Dekaden werden vorgestellt, thematisch eingeordnet und kritisch analysiert. Anschließend erfolgt die funktional getrennte Betrachtung von Kommunikationsprozessen auf Netzwerk-, Daten- sowie Energiemanagementebene. Darauf aufbauend widmet sich das Buch der Systemintegration und damit einhergehend dem komplexen Systemkonfigurationsprozess. Unter Berücksichtigung applikationsspezifischer Rahmenbedingungen sowie funktionaler Anforderungen werden gezielt geeignete Optimierungsstrategien ausgewählt und in einer ganzheitlich angepassten Systemarchitektur kombiniert. Erst durch das präzise Zusammenspiel von Kommunikationsparadigma, Kommunikationstechnologien und Kommunikationsprotokollen entsteht ein optimiertes Gesamtsystem, welches die zur Verfügung stehenden Ressourcen effizient nutzt. Zur Bewertung kommt ein neu entwickeltes, erweitertes Quantifizierungsmodell zum Einsatz, welches die kommunikativen Aspekte verteilter Applikationsszenarien vollständig einbezieht. Im Rahmen umfangreicher Fallstudien werden ausgewählte Optimierungsverfahren simulativ sowie auf Basis unterschiedlicher Hardwareplattformen evaluiert. Aus den Ergebnissen resultieren qualitative und quantitative Rückschlüsse auf das mögliche Optimierungspotential unter realen Einsatzbedingungen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als wichtige Richtgrößen für zukünftige Entwicklungen im Bereich eingebetteter, ressourcenbeschränkter Kommunikationssysteme. / Embedded systems are used in almost every domain of our daily lives. Actual research and development activities focus on wireless connected and mobile system architectures. The resulting network topologies represent embedded, distributed systems, which are able to process complex tasks in a collaborative way. Most of the respective hardware platforms are energy self-sufficient with strongly limited resources for data processing, data storage and communication. With focus on the energy resources, communication tasks have a huge impact on the systems power consumption. In order to optimise the energy efficiency of these communication tasks, one key challenge for engineers is the application-specific integration of adapted communication concepts, radio technologies, and protocol stacks into an all-embracing communication architecture. This book critically discusses energy efficiency in distributed, embedded systems with focus on the communication aspects. The first part introduces basic definitions as well as a novel estimation model for quantifying energy efficiency on both local (system) and global (network) layer. In the second part, this book proposes several optimisation approaches for energy-efficient, resource-limited communication systems. This include hardware approaches as well as software approaches to optimise the runtime environment and the data processing tasks. Each approach operates on different abstraction layers within the system architecture. The last part of the book deals with the evaluation of specific optimisation strategies under real-world conditions. The test cases includes simulation scenarios as well as hardware test benches within a heterogeneous network environment. The respective results and analyses represent important guidelines for future developments in field of distributed, embedded communication platforms.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Dehnungsmessstreifen können Carbon nanotube (CNT)-basierte Komposite zusätzlich eine ausgeprägte Druck-abhängigkeit des Widerstandes aufweisen. Deshalb können Drucksensoren aus CNT-Nanokomposite ohne den Einsatz von Verformungskörpern wie z. B. Biegebalken aufgebaut werden. Die möglichen Anwendungsgebiete für diese direkt messenden Sensoren wurden in der vorliegenden Arbeit bei drei industriellen Anwendungen wie z. B. bei Robotergreifarmen gezeigt. Die Zielstellung dieser Arbeit ist die Entwicklung und Charakterisierung eines neuartigen Sensors aus CNT-Nanokomposite. Unter Verwendung von Multi-walled carbon nanotube (MWCNT)-Epoxidharz und interdigitalen Elektroden soll der Sensor auf wenigen Quadratzentimetern Drücke im Megapascal-Bereich und somit Kräfte im Kilonewton-Bereich messen können. Durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe und die Modellierung mit der Finite Element Methode wurde der Sensorentwurf durchgeführt sowie der Messbereich abgeschätzt. Die Herstellung der MWCNT-Epoxidharz-Dispersion erfolgte durch mechanische Mischverfahren. Anschließend wurden aus der Dispersion druckempfindliche Schichten mit der Schablonendrucktechnik hergestellt. Dabei wurden die Herstellungs-parameter und besonders der Füllstoffgehalt der MWCNTs variiert, um deren Einflüsse auf das mechanische, thermische und elektrische Verhalten zu untersuchen. Die Charakterisierung der mechanischen Kenngrößen erfolgte mit Zugversuchen und dynamisch-mechanischer Analyse. In den Untersuchungen zeigen die MWCNT-Komposite eine signifikante Steigerung der Zugfestigkeit und eine Erhöhung der Glasübergangstemperatur gegenüber reinem Epoxidharz. Die Abhängigkeiten der Druckempfindlichkeit und der Temperaturempfindlichkeit vom Füllstoffgehalt wurden untersucht. Eine besonders hohe Druckempfindlichkeit, aber auch Temperaturempfind-lichkeit wurde bei Proben mit geringem Füllstoffgehalt (1 wt% und 1,25 wt%) festgestellt. Es ist also wichtig, die richtige Materialkombination für diese Art Sensor zu finden. Die realisierten Sensoren liefern zuverlässige Antwortsignale bei wiederholten Belastungen bis zu einer Belastung von 20 MPa (entspricht 2 kN). Zusätzlich wurde der Temperatureinfluss in einem Bereich von −20 °C bis 50 °C durch eine Wheatstonesche Brückenschaltung kompensiert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine zuverlässige Druckmessung mit einer Temperaturmessabweichung von 0,214 MPa/10 K gewährleistet werden kann. / In contrast to conventional metallic strain gauges, carbon nanotube (CNT) composites have an additional pressure sensitivity. Therefore, deformation elements such as bending beam is not needed by using pressure sensors, which are based on CNT nanocomposite. The possible areas of application for these pressure direct measured sensors were showed in three industrial application such as robot gripper. The focus of this work is the development and characterization of a new sensor manufactured from CNT nanocomposite. By using multi-walled carbon nanotube (MWCNT) epoxy and interdigital electrodes the sensor, which has a dimension of few square centimetre, should measure a pressure in mega Pascal range and hence a force in kilo newton range. By the selection of suitable materials and the modelling using finite element method, the sensor design as well as the measurement range were carried out. The MWCNT epoxy dispersion is manufactured by using a mechanical mixing process. Subsequent, the dispersion is used to fabricate pressure sensitive layers by stencil printing methods. Thereby, the fabrication parameters and especially the filler content of the MWCNTs were varied for the mechanical, thermal and electrical investigation. The characterization of the mechanical characteristic values were carried out by using tensile test and dynamic mechanical analysis. The results show a significant increasing of the tensile strength and glass transition temperature in comparison to neat epoxy. Additionally, the influence of the filler content to the pressure and thermal sensitivity were investigated. A highly pressure sensitivity but also a highly thermal sensitivity are obtained for samples with lower filler contents (1 wt% and 1.25 wt%). Therefore, a suitable material combination has to be chosen. The fabricated sensors show reliable response signals by repeated excitations up to 20 MPa (meets to 2 KN). Moreover, the temperature influence ranged from -20 °C to 50 °C was compensated with a Wheatstone bridge. This work demonstrate a direct pressure sensitive sensor with reliable response signals by a thermal deviation of 0.214 MPa/10K.

Die Entwicklung mechanischer Antriebskonzepte für nichtlineare Bewegungsaufgaben stellt bis heute ein komplexes und domänenübergreifendes Fachgebiet des Maschinenbaus dar. Auf dem Gebiet der ebenen Koppelgetriebe gibt es dabei seit vielen Jahren Versuche, die optimale Lösung für eine Aufgabe unter Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen zu finden. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methodik vor, die sowohl den klassischen Verfahren der Getriebetechnik als auch den Ansätzen der Mechanik zum Ausgleich der Massenwirkungen im Getriebe gerecht wird. Der entwickelte Ansatz des modulbasierten Analyse-Synthese-Parameter-Abgleiches (ASPA) erlaubt erstmals eine domänenübergreifende Simulation komplexer Antriebskonzepte auf Basis einer neuartigen modularen Synthesebibliothek. Diese lässt sich dank umfangreicher Dokumentation und der dargestellten Programmablaufpläne in beliebige Software implementieren. Die exemplarisch im Systemsimulator SimulationX implementierte Bibliothek ermöglicht somit unter anderem die Anwendung der klassischen Drei- und Vierlagensynthese im bewegten oder ruhenden Bezugssystem für Dreh- und Schubgelenkketten. Neben der Ausgabe gerundeter Getriebeabmessungen eröffnet der beschriebene Ansatz somit die Berücksichtigung kinetischer Kenngrößen wie den Pendelschwingungen in spielbehafteten Gelenken oder der Änderung der Trägheitskenngrößen während der Synthese. Weiterführend kann eine multikriterielle Optimierung der noch freien Syntheseparameter erfolgen. / Developing nonlinear transmitting planar coupler linkages represents a domain spanning area in mechanical engineering. In recent years many efforts have been made to determine the optimal planar linkage regarding kinetic characteristics. This thesis introduces a method linking classical synthesis procedures with mechanical approaches for a dynamically balanced mechanism. For the first time, the module based analysis-synthesis-parameter-adjustment (ASPA) allows for a domain spanning simulation of complex drive assemblies based on a novel modular synthesis library. Due to an extensive documentation and detailed program flow charts it is possible to implement the library in arbitrary software environments. The exemplarily implemented library in SimulationX allows to apply the classical three- and four-position synthesis within a steady or moving reference frame of revolute or prismatic joint chains. Further, the modules return rounded link dimensions. By applying this library according to ASPA it is now possible to account for kinetic boundaries such as pendulum oscillations of joints with joint clearance or the change of mass properties during the position synthesis. Thus, a multi-criteria optimization of the remaining free synthesis parameters can be applied.

Phased array weather radar antennas with beam steering capabilities are suitable alternatives to weather radars with mechanically scanning reflector antennas. Dual-polarized phased-array weather radar antennas, however, demand careful assessment of the x-polar characteristics. The low x-pol radiation of polarimetric weather radar antennas is of significant importance for the proper classification and qualitative estimation of hydrometeors in illuminate volumes. Unfortunately, array antennas display changing x-pol contributions during the electronical beam steering process. Typically, the x-pol radiation will be substantially increased in the co-polar main beam direction but also in other angular directions. Consequently, it is a vital challenge to design arrays with low x-pol contribution during beam steering. In this dissertation a new phased-array weather radar concept is developed. The phased array system configuration can be used to substitute state-of-the-art weather radars with reflector antennas. Furthermore, a dense network of these phased-array radars can be used to substitute a network of high power weather radars, which are used nowadays. The research focus of this work is the development of a dual-polarized microstrip patch antenna with phased-array capability and very high polarization purity. In this regard, new graphical techniques are developed to investigate the causes and the reduction of the x-pol radiation of isolated (stand-alone) microstrip patch antennas. To further reduce the x-pol contribution of antennas, optimization methods have been investigated, evaluated and developed. For the first time in literature, differential-feed antenna arrays are compared to excitation optimized single-feed antenna arrays in their x-pol contribution in the boresight direction and during beam steering. In particular, two dual-polarized 4x8 antenna arrays have been developed and simulated by CST MWS, produced as multilayer PCB and verified at the compact antenna test range at RWTH Aachen. The results show that the x-pol contributions of arrays are significantly reduced for differentially-feed antenna arrays, even when beam steering is performed. During the azimuth scan of 120_ a record setting x-pol suppression of -45 dB and -36 dB could be measured for the horizontal and vertical polarization channels, respectively. / Wetterradarsysteme mit phasengesteuerten Antennen stellen eine echte Alternative zu Wetterradarsystemen mit mechanisch drehenden Reflektorantennen dar. Dual-polarisierte phasengesteuerte Antennen müssen jedoch sehr genau in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten verifiziert werden, um für den Wetterradarbereich von Nutzen zu sein. Die Unterdrückung der kreuzpolaren Anteile von Radarantennen ist von fundamentaler Bedeutung, um Hydrometeore mit Hilfe von polarimetrischen Wetterradarsystemen klassifizieren und qualitativ bestimmen zu können. Die hohe Anforderung an Polarisationsreinheit ist mit aktuell erhältlichen Arraydesigns nur schwierig zu realisieren, da sich die Kreuzpolarisationsunterdrückung während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule signifikant verschlechtert. Diese Dissertation stellt ein Wetterradar Systemkonzept mit phasengesteuerter Gruppenantenne vor, welches die aktuell genutzten Wetterradare mit Reflektorantennen ablösen könnte. Der Fokus der Arbeit wurde auf die Entwicklung einer Dual-polarimetrischen, polarisationsreinen und phasengesteuerten Mikrostreifenleiterantennen gelegt. Hierbei wurden neue grafische Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, die Generierung der kreuzpolaren Anteile von isolierten Patchantennen (Einzelpatche) zu erklären und zu minimieren. Um die kreuzpolaren Anteile weiter herabzusetzen wurden Optimierungsverfahren für Arrayantennen erforscht, bewertet und neu entwickelt. Zum ersten Mal wurden differentiell gespeiste mit einzeln gespeisten Antennenarrays in ihrem Kreuzpolarisationsverhalten während des elektronischen Schwenks der Hauptkeule verglichen. Zwei Dual- polarimetrische 4x8 Antennenarrays (differentiell gespeist und mit optimierter Phasenansteuerung) wurden zu diesem Zweck mittels CST MWS entworfen, simuliert, als Multilagenplatine gefertigt und an der Antennentestanlage der RWTH Aachen vermessen. Die Resultate zeigen, dass die Kreuzpolarisationsanteile bei differentiell gespeisten Mikrostreifenleiterantennen in Gruppenkonfiguration, selbst beim elektronischen Schwenk der Hauptkeule, signifikant minimiert werden konnten. Für einen azimutalen Scanbereich von 120_ konnte eine exzellente Kreuzpolarisationsunterdrückung zwischen -45 dB und -36 dB messtechnisch für den horizontalen und vertikalen Polarisationskanal nachgewiesen werden.

Die Partikelabscheidung aus Gasen findet bei einer Vielzahl industrieller Prozesse Anwendung. Die im Bereich der Emissionsminderung für die Abscheidung fester Partikel zumeist herkömmlich eingesetzten Anlagen gleichen einander stark und werden häufig auch als Entstaubungsanlagen oder -einrichtungen bezeichnet. Diese bestehen vorwiegend aus eckigen Gehäusen mit intern positionierten Filterelementen. Zum Schutz und zur Entlastung der Filterelemente finden häufig interne Prallbleche bzw. externe Fliehkraftabscheider Verwendung. Kaum bekannt und untersucht hingegen ist die Kombination von filternder Technologie mit Fliehkraftabscheidern innerhalb eines Gehäuses. Die vorliegende Arbeit untersucht das technologische Konzept kombinierter Bauformen und entwickelt zwei weitere Varianten. Die wissenschaftliche Untersuchung von deren Funktion erfolgt am eigens entwickelten Versuchsstand. Die zusätzliche experimentelle Analyse einer herkömmlichen Entstaubungseinrichtung ermöglicht die Gegenüberstellung der unterschiedlichen technologischen Konzepte. Überdies erfolgt die Entwicklung und Validierung eines numerischen Berechnungsmodells sowie der Vergleich mit verfügbaren Standard-Berechnungsmodellen. Ferner findet das validierte numerische Berechnungsmodell bei der strömungstechnischen Analyse der experimentell untersuchten kombinierten Bauformen Anwendung. Letztendlich erfolgt auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse die Definition von Vor- und Nachteilen sowie potentieller Anwendungsgebiete. Darüber hinaus werden für die zukünftige Dimensionierung allgemeingültige Regeln und eine Berechnungsvorschrift abgeleitet. / Particle separation of gases has been applied to a variety of industrial processes. Conventional concepts for the separation of solid particles resemble each other and are often referred to as dust collectors. They mainly consist of square housings with internal filter elements. For the protection and relief of the filter elements one often uses internal baffles and external cyclones. However, very little is known and studied regarding the combination of filtering technology and centrifugal separators within the same housing. This dissertation examines the state of the art of combined designs and presents the development of two further variants. Their scientific investigation took place on an especially designed test rig. An additional experimental analysis of a conventional dust collector allows the comparison of the developed different technological concepts. Moreover, experiments were carried out in order to develop and validate a numerical simulation model and to allow a comparison with available standard computational models. Furthermore, the validated numerical model has been applied to the aerodynamic analysis of the experimentally investigated combined designs. Moreover, based on the derived results, advantages and disadvantages as well as potential areas of application were identified. Eventually, some universal rules and a calculation rule have been derived for future designs and lay outs.