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The attitude and orbit control system of pico- and nano-satellites to date is one of the bottle necks for future scientific and commercial applications. A performance increase while keeping with the satellites’ restrictions will enable new space missions especially for the smallest of the CubeSat classes. This work addresses methods to measure and improve the satellite’s attitude pointing and orbit control performance based on advanced sensor data analysis and optimized on-board software concepts. These methods are applied to spaceborne satellites and future CubeSat missions to demonstrate their validity. An in-orbit calibration procedure for a typical CubeSat attitude sensor suite is developed and applied to the UWE-3 satellite in space. Subsequently, a method to estimate the attitude determination accuracy without the help of an external reference sensor is developed. Using this method, it is shown that the UWE-3 satellite achieves an in-orbit attitude determination accuracy of about 2°. An advanced data analysis of the attitude motion of a miniature satellite is used in order to estimate the main attitude disturbance torque in orbit. It is shown, that the magnetic disturbance is by far the most significant contribution for miniature satellites and a method to estimate the residual magnetic dipole moment of a satellite is developed. Its application to three CubeSats currently in orbit reveals that magnetic disturbances are a common issue for this class of satellites. The dipole moments measured are between 23.1mAm² and 137.2mAm². In order to autonomously estimate and counteract this disturbance in future missions an on-board magnetic dipole estimation algorithm is developed. The autonomous neutralization of such disturbance torques together with the simplification of attitude control for the satellite operator is the focus of a novel on-board attitude control software architecture. It incorporates disturbance torques acting on the satellite and automatically optimizes the control output. Its application is demonstrated in space on board of the UWE-3 satellite through various attitude control experiments of which the results are presented here. The integration of a miniaturized electric propulsion system will enable CubeSats to perform orbit control and, thus, open up new application scenarios. The in-orbit characterization, however, poses the problem of precisely measuring very low thrust levels in the order of µN. A method to measure this thrust based on the attitude dynamics of the satellite is developed and evaluated in simulation. It is shown, that the demonstrator mission UWE-4 will be able to measure these thrust levels with a high accuracy of 1% for thrust levels higher than 1µN. The orbit control capabilities of UWE-4 using its electric propulsion system are evaluated and a hybrid attitude control system making use of the satellite’s magnetorquers and the electric propulsion system is developed. It is based on the flexible attitude control architecture mentioned before and thrust vector pointing accuracies of better than 2° can be achieved. This results in a thrust delivery of more than 99% of the desired acceleration in the target direction. / Eine präzise Lage- und Orbitregelung stellt derzeit eine der größten Limitierungen der Einsatzmöglichkeiten von Kleinstsatelliten dar. Um zukünftige wissenschaftliche und kommerzielle Missionen auch mit dieser Klasse von Satelliten erfolgreich durchführen zu können, ist eine Leistungssteigerung bei gleichbleibender Größe und Masse nötig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verbesserung des Lageregelungssystems, der Vermessung der Ausrichtgenauigkeit im Orbit und der Herstellung von Orbitregelungskapazitäten mithilfe von fortschrittlicher Sensordatenanalyse und optimierter on-board Software. Die hier entwickelten Methoden wurden an im Orbit befindlichen Satelliten demonstriert und deren Gültigkeit gezeigt. Neben einer Methode um die typische CubeSat Lageerkennungssensorik im Orbit zu kalibrieren wurde ein Verfahren entwickelt, um die Ausrichtgenauigkeit ohne die Zuhilfenahme eines externen Referenzsensors zu bestimmen. Beide Verfahren wurden mithilfe des UWE-3 Satelliten im Orbit demonstriert. Die genaue Analyse der Dynamik eines Satelliten gibt Aufschluss über die vorwiegend herrschenden Störmomente. Für Kleinstsatelliten im erdnahen Orbit kann gezeigt werden, dass Störungen aufgrund von statischen magnetischen Verunreinigungen bei Weitem am meisten Einfluss auf die Dynamik des Satelliten haben. In dieser Arbeit wird eine Methode präsentiert, die Daten der Lageerkennung nutzt um das magnetische Dipolmoment eines Kleinstsatelliten zu bestimmen. Mithilfe dieses Verfahrens konnte das Dipolmoment von drei unterschiedlichen CubeSats im Bereicht von 23.1mAm² bis 137.2mAm² präzise bestimmt werden. Um die Lageregelungsgenauigkeit zu steigern wird ein Software Konzept präsentiert, welches die bekannten Störungen der Satellitendynamik inherent und energieoptimiert kompensiert. Die Anwendung dieser on-board Software wurde mit UWE-3 in einer Vielzahl von Lageregelungsexperimenten im Orbit demonstriert. Die Integration von elektrischen Antrieben wird zukünftigen Kleinstsatelliten die Möglichkeit zur Orbitkontrolle geben und damit viele neue Anwendungsszenarien eröffnen. Die Qualifizierung und Vermessung der Triebwerke im Orbit stellt jedoch eine technische Schwierigkeit dar, da Schübe im Bereich von µN gemessen werden müssen. Ein Verfahren zur genauen Bestimmung des Schubs eines solchen Triebwerks basierend auf dessen Auswirkung auf die Satellitendynamik wurde entwickelt und wird hier mit Hilfe von Simulationen für die UWE-4 Mission demonstriert. Es wird gezeigt, dass mit Hilfe von UWE-4 der Schub der Triebwerke mit einer hohen Genauigkeit von 1% Fehler für Schübe größer 1µN gemessen werden können. Eine magnetische Lageregelung unter Zuhilfenahme der elektischen Antriebe stellt das Konzept der hybriden Lage- und Orbitregelung für UWE-4 dar. Die damit erzielbare Leistung hinsichtlich der Ausrichtgenauigkeit sowie Orbitregelung wurde untersucht und ist hier für verschiedene Szenarien gezeigt.

The goal of this doctoral thesis is to identify appropriate methods for the estimation of connectivity and for measuring synchrony between spike trains from in vitro neuronal networks. Special focus is set on the parameter optimization, the suitability for massively parallel spike trains, and the consideration of the characteristics of real recordings. Two new methods were developed in the course of the optimization which outperformed other methods from the literature. The first method “Total spiking probability edges” (TSPE) estimates the effective connectivity of two spike trains, based on the cross-correlation and a subsequent analysis of the cross-correlogram. In addition to the estimation of the synaptic weight, a distinction between excitatory and inhibitory connections is possible. Compared to other methods, simulated neuronal networks could be estimated with higher accuracy, while being suitable for the analysis of massively parallel spike trains. The second method “Spike-contrast” measures the synchrony of parallel spike trains with the advantage of automatically optimizing its time scale to the data. In contrast to other methods, which also adapt to the characteristics of the data, Spike-contrast is more robust to erroneous spike trains and significantly faster for large amounts of parallel spike trains. Moreover, a synchrony curve as a function of the time scale is generated by Spike-contrast. This optimization curve is a novel feature for the analysis of parallel spike trains. / Ziel dieser Dissertation ist die Identifizierung geeigneter Methoden zur Schätzung der Konnektivität und zur Messung der Synchronität von in-vitro Spike-Trains. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Parameteroptimierung, die Eignung für große Mengen paralleler Spike-Trains und die Berücksichtigung der Charakteristik von realen Aufnahmen gelegt. Im Zuge der Optimierung wurden zwei neue Methoden entwickelt, die anderen Methoden aus der Literatur überlegen waren. Die erste Methode “Total spiking probability edges” (TSPE) schätzt die effektive Konnektivität zwischen zwei Spike-Trains basierend auf der Berechnung einer Kreuzkorrelation und einer anschließenden Analyse des Kreuzkorrelograms. Neben der Schätzung der synaptischen Ge- wichtung ist eine Unterscheidung zwischen exzitatorischen und inhibitorischen Verbindungen möglich. Im Vergleich zu anderen Methoden, konnten simulierte neuronale Netzwerke mit einer höheren Genauigkeit geschätzt werden. Zudem ist TSPE aufgrund der hohen Rechengeschwindigkeit für große Datenmengen geeignet. Die zweite Methode “Spike-contrast” misst die Synchronität paralleler Spike-Trains mit dem Vorteil, dass die Zeitskala automatisch an die Daten angepasst wird. Im Gegensatz zu anderen Methoden, welche sich ebenfalls an die Daten anpassen, ist Spike-contrast robuster gegenüber fehlerhaften Spike-Trains und schneller für große Datenmengen. Darüber hinaus berechnet Spike-Contrast eine Synchronitätskurve als Funktion der Zeitskala. Diese Kurve ist ein neuartiges Feature zur Analyse paralleler Spike-Trains.

This thesis encompasses the development of the additive manufacturing technology melt electrowriting, in order to achieve the improved applicability in biomedical applications and design of scaffolds. Melt electrowriting is a process capable of producing highly resolved structures from microscale fibres. Nevertheless, there are parameters influencing the process and it has not been clear how they affect the printing result. In this thesis the influence of the processing and environmental parameters is investigated with the impact on their effect on the jet speed, fibre diameter and scaffold morphology, which has not been reported in the literature to date and significantly influences the printing quality. It was demonstrated that at higher ambient printing temperatures the fibres can be hampered to the extent that the individual fibres are completely molten together and increased air humidity intensifies this effect. It was also shown how such parameters as applied voltage, collector distance, feed pressure and polymer temperature influence the fibre diameter and critical translation speed. Based on these results, a detailed investigation of the fibre diameter control and printing of scaffolds with novel architectures was made. As an example, a 20-fold diameter ratio is obtained within one scaffold by changing the collector speed and the feed pressure during the printing process. Although the pressure change caused fibre diameter oscillations, different diameter fibres were successfully integrated into two scaffold designs, which were tested for mesenchymal stromal cell suspension and adipose tissue spheroid seeding. Further design and manufacturing aspects are discussed while jet attraction to the printed structures is illuminated in connection with the fibre positioning control of the multilayer scaffolds. The artefacts that appear with the increasing scaffold height of sinusoidal laydown patterns are counteracted by layer-by-layer path adjustment. For the prediction of a printing error of the first deposited layer, an algorithm is developed, that utilizes an empirical jet lag equation and the speed of fibre deposition. This model was able to predict the position of the printing fibre with up to ten times smaller error than the of the programmed path. The same model allows to qualitatively assess the fibre diameter change along the nonlinear pattern as well as to indicate the areas of the greatest pattern deformation with the growing scaffold height. Those results will be used in the later chapters for printing of the novel MEW structures for biomedical applications. In the final chapter the concept of multimodal scaffold was combined with the suspended fibre printing, for the manufacturing of the MEW scaffolds with controlled pore interconnectivity in three dimensions. Those scaffolds were proven to be a promising substate for the control of the neurite spreading of the chick DRG neurons. / Diese Arbeit umfasst die Entwicklung der additiven Fertigungstechnologie Schmelzelektroschreiben, um die verbesserte Anwendbarkeit in biomedizinischen Anwendungen und die Konstruktion von Gerüsten zu erreichen. Schmelzelektroschreiben ist ein Verfahren, das in der Lage ist, hochaufgelöste Strukturen aus mikroskaligen Fasern zu erzeugen. Dennoch gibt es Parameter, die den Prozess beeinflussen, und es ist nicht klar, wie sie sich auf das Druckergebnis auswirken. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Verarbeitungs- und Umweltparameter mit der Auswirkung auf deren Einfluss auf die Polymerstrahlgeschwindigkeit, den Faserdurchmesser und die Gerüstmorphologie untersucht, was bisher in der Literatur nicht berichtet wurde und die Druckqualität wesentlich beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass bei höheren Umgebungstemperaturen die Entstehung von zylindrischen Fasern soweit behindert werden können, dass die einzelnen Fasern vollständig zusammengeschmolzen werden und eine erhöhte Luftfeuchtigkeit diesen Effekt verstärkt. Es wurde auch gezeigt, wie solche Parameter wie angelegte Spannung, Kollektorabstand, Vorschubdruck und Polymertemperatur den Faserdurchmesser und die kritische Translationsgeschwindigkeit beeinflussen. Basierend auf diesen Ergebnissen, wurde eine detaillierte Untersuchung der Faserdurchmessersteuerung durchgeführt und Gerüsten mit neuartigen Architekturen wurden gedruckt. Als Beispiel wird ein 20-fach Durchmesserverhältnis innerhalb eines Gerüstes durch die Änderung der Kollektorgeschwindigkeit und des Vorschubdrucks während eines Druckvorgangs erreicht. Obwohl die Vorschubdruckveränderung spürbare Oszillationen des Faserdurchmessers verursachte, wurden Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern erfolgreich in zwei Scaffoldmuster integriert, die für mesenchymale Stromazell und L929 Zellsuspension und die Aussaat von Fettgewebe-Sphäroiden getestet wurden. Weitere Design- und Herstellungsaspekte werden diskutiert, während die Polymerstrahlanziehung auf die gedruckten Strukturen in Verbindung mit der Faserpositionierungssteuerung der mehrschichtigen Scaffolds beleuchtet wird. Den Artefakten, die mit zunehmender Gerüsthöhe sinusförmiger Ablagemuster auftreten, wird durch schichtweise Anpassung von Verfahrweg des Kollektors entgegengewirkt. Für die Vorhersage eines Druckfehlers der ersten abgelegten Schicht wurde ein Algorithmus entwickelt, der die empirischen Zusammenhänge zwischen Kollektorgeschwindigkeit, Nachlauf, und die Geschwindigkeit der Faserablage verwendet. Dieses Modell war in der Lage die Position der gedruckten Faser mit einem bis zu zehnmal kleinerem Fehler als die Position auf dem programmierten Pfad vorherzusagen. Dasselbe Modell erlaubt es, die Änderung des Faserdurchmessers entlang des nichtlinearen Musters qualitativ zu bewerten und die Bereiche mit der größten Musterdeformation mit zunehmender Gerüsthöhe anzuzeigen. Diese Ergebnisse werden in anderen Kapiteln für den Druck der neuartigen MEW-Strukturen für biomedizinische Anwendungen verwendet. Im letzten Kapitel wurde das Konzept des multimodalen Gerüstes mit dem Druck von hängenden Fasern kombiniert, um MEW-Gerüste mit kontrollierter Porenvernetzung in drei Dimensionen herzustellen. Diese Gerüste erwiesen sich als vielversprechendes Substrat für die Kontrolle der Neuritenausbreitung der Nervenzellen aus Spinalganglien.

In vitro models mimic the tissue-specific anatomy and play essential roles in personalized medicine and disease treatments. As a sophisticated manufacturing technology, 3D printing overcomes the limitations of traditional technologies and provides an excellent potential for developing in vitro models to mimic native tissue. This thesis aims to investigate the potential of a high-resolution 3D printing technology, melt electrowriting (MEW), for fabricating in vitro models. MEW has a distinct capacity for depositing micron size fibers with a defined design. In this thesis, three approaches were used, including 1) extending the MEW polymer library for different biomedical applications, 2) developing in vitro models for evaluation of cell growth and migration toward the different matrices, and 3) studying the effect of scaffold designs and biochemical cues of microenvironments on cells. First, we introduce the MEW processability of (AB)n and (ABAC)n segmented copolymers, which have thermally reversible network formulation based on physical crosslinks. Bisurea segments are combined with hydrophobic poly(dimethylsiloxane) (PDMS) or hydrophilic poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) (PPO-PEG-PPO) segments to form the (AB)n segmented copolymers. (ABAC)n segmented copolymers contain all three segments: in addition to bisurea, both hydrophobic and hydrophilic segments are available in the same polymer chain, resulting in tunable mechanical and biological behaviors. MEW copolymers either support cells attachment or dissolve without cytotoxic side effects when in contact with the polymers at lower concentrations, indicating that this copolymer class has potential in biological applications. The unique biological and surface properties, transparency, adjustable hydrophilicity of these copolymers could be beneficial in several in vitro models. The second manuscript addresses the design and development of a melt electrowritten competitive 3D radial migration device. The approach differs from most of the previous literature, as MEW is not used here to produce cell invasive scaffolds but to fabricate an in vitro device. The device is utilized to systematically determine the matrix which promotes cell migration and growth of glioblastoma cells. The glioblastoma cell migration is tested on four different Matrigel concentrations using a melt electrowritten radial device. The glioblastoma U87 cell growth and migration increase at Matrigel concentrations 6 and 8 mg mL-1 In the development of this radial device, the accuracy, and precision of melt electrowritten circular shapes were investigated. The results show that the printing speed and design diameter are essential parameters for the accuracy of printed constructs. It is the first instance where MEW is used for the production of in vitro devices. The influence of biochemical cues and scaffold designs on astrocytes and glioblastoma is investigated in the last manuscript. A fiber comprising the box and triangle-shaped pores within MEW scaffolds are modified with biochemical cues, including RGD and IKVAV peptides using a reactive NCO-sP(EO-stat-PO) macromer. The results show that astrocytes and glioblastoma cells exhibit different phenotypes on scaffold designs and peptide-coated scaffolds. / In-vitro-Modelle sind Werkzeuge, die die gewebespezifische Anatomie nachbilden und eine wesentliche Rolle in der personalisierten Medizin und bei der Behandlung von Krankheiten spielen. Als hochentwickelte, multifunktionale Fertigungstechnologie überwindet der 3D-Druck die Grenzen herkömmlicher Technologien und bietet ein hervorragendes Potenzial für die Herstellung von In-vitro-Modellen. Der 3D-Druck ist eine der vielversprechendsten Techniken, um biologische Materialien in einer komplexen Anordnung zusammenzusetzen, die das natürliche Gewebe nachahmt. In dieser Arbeit soll das Potenzial der hochauflösenden 3D-Drucktechnologie melt electrowriting (MEW), für die Herstellung von In-vitro-Modellen untersucht werden. Wir konzentrieren uns auf drei Ansätze: 1) die Erweiterung der MEW-Polymerbibliothek für verschiedene biomedizinische Anwendungen, 2) die Entwicklung von In-vitro-Modellen zur Bewertung des Zellwachstums und der Zellmigration in Richtung der verschiedenen Matrizes und 3) die Untersuchung der Auswirkungen von MEW-Gerüstdesigns und biochemischen Faktoren der Mikroumgebung auf Zellen. Zunächst haben wir die MEW-Verarbeitbarkeit von segmentierten (AB)n- und (ABAC)n-Copolymeren vorgestellt, die eine thermisch reversible Netzwerkformulierung auf der Grundlage physikalischer Vernetzungen aufweisen. Bisurea-Segmente werden mit hydrophoben hydrophobic poly(dimethyl siloxane) (PDMS) oder hydrophilen poly(propylene oxide)-poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) (PPO-PEG-PPO) Segmenten kombiniert, um die (AB)n segmentierten Copolymere zu bilden. Segmentierte (ABAC)n-Copolymere enthalten alle drei Segmente: Zusätzlich zu den Bisurea-Segmenten sind sowohl hydrophobe als auch hydrophile Segmente in derselben Polymerkette vorhanden, was den segmentierten (ABAC)n-Copolymeren abstimmbare mechanische und biologische Eigenschaften verleiht. MEW-Copolymere unterstützten entweder die Anhaftung an Zellen oder lösten sich ohne zytotoxische Nebenwirkungen auf, wenn sie in niedrigeren Konzentrationen mit ihnen in Berührung kamen, was darauf hindeutet, dass diese Copolymerklasse über umfassende biologische Eigenschaften verfügt. Die einzigartigen biologischen Eigenschaften und Oberflächeneigenschaften, die Transparenz und die einstellbare Hydrophilie dieser Copolymere könnten in verschiedenen In-vitro-Modellen von Vorteil sein. Das zweite Manuskript befasst sich mit einem durch MEW hergestellten wettbewerbsfähigen 3D-Radialmigrationsdesign. Der Ansatz unterscheidet sich vom Großteil der MEW-Literatur, da MEW nicht zur Herstellung von invasiven Zellgerüsten verwendet wurde, sondern zur Herstellung eines In-vitro-Designs diente. Das Design wurde verwendet, um systematisch die Matrix zu bestimmen, die die Zellmigration und das Wachstum von Glioblastomzellen fördert. Die Migration der Glioblastomzellen wurde auf vier verschiedenen Matrigel-Konzentrationen unter Verwendung einer durch MEW hergestellten Radialvorrichtung getestet. Das Wachstum und die Migration der Glioblastomzellen U87 nahmen bei Matrigelkonzentrationen von 6 und 8 mg mL-1 zu. Wir untersuchten auch die Genauigkeit und Präzision der durch MEW erzeugten Kreisformen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Druckgeschwindigkeit und der Designdurchmesser wesentliche Parameter für die Genauigkeit der gedruckten Konstrukte sind. Die Arbeit ist die erste Studie, die MEW für die Herstellung von In-vitro-Modellen verwendet. Im letzten Manuskript wurde der Einfluss von biochemische Funktionalisierung in Kombination mit Gerüstdesigns auf Astrozyten und Glioblastome untersucht. Die kastenförmigen und achteckigen MEW-Gerüste wurden mit biochemischen Wirkstoffen modifiziert, darunter RGD- und IKVAV-Peptide unter Verwendung von reaktivem NCO-sP(EO-stat-PO). Wir fanden heraus, dass Astrozyten und Glioblastomzellen unterschiedliche Phänotypen auf den verschiedenen Designs und mit Peptiden beschichteten Gerüsten aufweisen.

Die Mechanik, eine der ältesten logischen Wissenschaften, hat in ihrer Entwicklung sowohl physika­lische als auch durch das Inge­nieurwesen geprägte Traditionen herausgebildet, die gegenwärtig in unterschiedlichen wissenschaft­lichen Auffassungen über ihre Grundlagen münden. Die Statik der Körper in der Technischen Mechanik beruht seit langem auf dem Schnittprinzip und den unab­hängigen Bilanzen von Kräften und Momenten. Die Physik gründet Statik und Kinetik auf den newtonschen Axiomen für Sys­teme von Punktmassen und ist prinzipiell nicht auf den Momentenbegriff angewiesen. Eine Mischung der unterschiedlichen Konzepte liefert Grundgleichun­gen, deren Strukturen mit forma­len Mängeln behaftet sind. Die Vermeidung dieser Mängel wird an der Einführung in die Tech­nische Mechanik demonstriert.:Einleitung Die Struktur der Grundgleichungen in der allgemeinen Mechanik Die Struktur der statischen Grundgleichungen in der Technischen Mechanik Schlussfolgerungen für die Struktur der kinetischen Grundgleichungen in der Technischen Mechanik Literatur / For a long time, the statics of free bodies in engineering mechanics has been based on the indepen­dent balances of forces and moments. In physics, statics and kinetics are founded on Newton´s axioms and, in principle, do not require the notion of moment. A mixture of the two concepts pro­vides basic equations with formal shortcomings. For an introduction in the engineering mechanics, it is demonstrated how these shortcomings are to be avoided.:Einleitung Die Struktur der Grundgleichungen in der allgemeinen Mechanik Die Struktur der statischen Grundgleichungen in der Technischen Mechanik Schlussfolgerungen für die Struktur der kinetischen Grundgleichungen in der Technischen Mechanik Literatur

Verkehr und Mobilität gehören in unserer Gesellschaft zu den wichtigsten Schlüsselthemen der Gegenwart und Zukunft. Um im Bereich von Spitzentechnologien auch im heute weltweit stattfindenden Wettbewerb mithalten zu können ist die Bearbeitung von Innovationsfeldern eine entscheidende Voraussetzung. Dazu zählt im Besonderen auch die Verkehrstechnik. Mobilität ist aus unserer modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Das Verkehrswachstum wächst nach wie vor unaufhaltsam und scheinbar unbegrenzt auch in wirtschaftlich schwierigen Zeiten. Besonders dort, wo aufgrund von Massereduzierung, Energieeinsparung, Gewichtskraftverringerung oder Geschwindigkeitserhöhung bei bewegten Massen erzielt werden kann, werden immer neue Einsatzgebiete erschlossen. So ist es nicht verwunderlich, dass sich gerade die TUC und herausragende Industriepartner der Region wie die Firma Lätzsch GmbH auf der Basis eines Verbundprojektes mit der Themenstellung „Entwicklung von Herstellungstechnologien für belastungsgerechte Strukturgelege und deren Anwendung in Bauteilen der Verkehrstechnik“ befasst. Dieses Thema wurde im Rahmen des InnoRegio- Programms als Forschungsthema 10/2002 begonnen und 12/2005 zum Abschluss gebracht. Als Themenschwerpunkt in der Entwicklungstätigkeit wurden Massenverkehrsmittel wie Reisebusse und Schienenfahrzeuge im Besonderen betrachtet. Strukturkonzepte unter Einsatz von Glas- und Kohlenstofffasern haben während der Themenbearbeitung hochinteressante Einsatzfelder ergeben. So haben die in der Baugruppe verbleibenden Bauteile mehrere, multiple Aufgaben. Das Spektrum der Veränderlichkeit ist dabei recht breit gefächert und reicht von der Schwerpunktverlagerung bis zu Änderungen der Eigenfrequenz.

This work is a contribution to the evaluation of the power cycling reliability of different packaging and interconnection solutions at high temperature swings. It provides the designer of power circuits data for module lifetime prediction especially at high operational temperatures. Failure analysis with the different microscopic techniques provide cognitions about the failure mechanisms and eventual weak points of the power devices at high thermal stresses. / Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Qualifizierung der Lastwechselfestigkeit von modernen Aufbau- und Verbindungstechniken bei hohen Temperaturhüben. Dadurch wird den Designern von Leistungsschaltkreisen Daten zur Abschätzung der Lebensdauer ihrer Komponente besonders unter höheren Umgebungstemperaturen zur Verfügung gestellt. Eine Ausfallanalyse mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM) und der Ultraschallmikroskopie liefert Erkenntnisse über die zu erwartende Ausfallmechanismen und die eventuellen Schwachpunkte der Bauelemente bei hohen Temperaturen

This study was concerned with the most common reverse flow type of cyclones where the flow enters the cyclone through a tangential inlet and leaves via an axial outlet pipe at the top of the cyclone. Numerical computations of two different cyclones were based on the so-called Stairmand cyclone. The difference in geometry between these two cyclones was basically characterized by the geometrical swirl number Sg of 3.5 and 4. Turbulent secondary flows inside a straight square channel have been studied numerically by using Large Eddy Simulation (LES) in order to verify the implementation process. Prandtl’s secondary motion calculated by LES shows satisfying agreement with both, Direct Numerical Simulation (DNS) and experimental results. Numerical calculations were carried out at various axial positions and at the apex cone of a gas cyclone separator. Two different NS-solvers (a commercial one, and a research code), based on a pressure correction algorithm of the SIMPLE method have been applied to predict the flow behavior. The flow was assumed as unsteady, incompressible and isothermal. A k − epsilon turbulence model has been applied first using the commercial code to investigate the gas flow. Due to the nature of cyclone flows, which exhibit highly curved streamlines and anisotropic turbulence, advanced turbulence models such as RSM (Reynolds Stress Model) and LES (Large Eddy Simulation) have been used as well. The RSM simulation was performed using the commercial package CFX4.4, while for the LES calculations the research code MISTRAL/PartFlow-3D code developed in our multiphase research group has been applied utilizing the Smagorinsky model. It was found that the k − epsilon model cannot predict flow phenomena inside the cyclone properly due to the strong curvature of the streamlines. The RSM results are comparable with LES results in the area of the apex cone plane. However, the application of the LES reveals qualitative agreement with the experimental data, but requires higher computer capacity and longer running times than RSM. These calculations of the continuous phase flow were the basis for modeling the behavior of the solid particles in the cyclone separator. Particle trajectories, pressure drop and the cyclone separation efficiency have been studied in some detail. This thesis is organized into five chapters. After an introduction and overview, chapter 2 deals with continuous phase flow turbulence modeling including the governing equations. The emphasis will be based on LES modelling. Furthermore, the disperse phase motion is treated in chapter 3. In chapter 4, the validation process of LES implementation with channel flow is presented. Moreover, prediction profiles of the gas flow are presented and discussed. In addition, disperse phase flow results are presented and discussed such as particle trajectories; pressure drop and cyclone separation efficiency are also discussed. Chapter 5 summarizes and concludes the thesis.

Umschlagleistung, Stellplatzzahl und Stellplatzkosten sind für Lagersysteme häufig die bedeutendsten Kenngrößen. Die Einflussfaktoren auf die Umschlagleistung lassen sich in technische und organisatorische Größen einteilen. Während für die technischen Parameter eine Reihe von Berechnungsvorschriften existieren, werden die organisatorischen Einflussgrößen meist nur qualitativ beschrieben oder durch Simulationsmodelle in speziellen Einzelfällen untersucht. Es soll hier eine Methode vorgestellt werden, die es ermöglicht, die Umschlagleistung unter Berücksichtigung ausgewählter organisatorischer Einflussgrößen durch Nutzung von Simulationsdatenbanken zu berechnen. Die allgemeingültigen Simulations- und Optimierungsergebnisse können anschließend mittels eines Berechnungsprogramms auf jedes beliebige Hochregallager übertragen werden. Dafür sind neben MS Excel keine weiteren Softwareprodukte erforderlich. Der Anwender benötigt somit weder Zeit für die Erstellung entsprechender Simulationsmodelle noch umfangreiche Kenntnisse spezieller Simulationssoftware.