Für jeden am Entwicklungsprozess Beteiligten ist es wichtig möglichst früh das Konzept zu verstehen und bewerten zu können. Die Anforderungen an eine Simulationssoftware hierfür sind die elegante Einbindung in die CAD Umgebung, die einfache Handhabung und natürlich die Verfügbarkeit einer genauen Lösung von Magnetik, Strömung, Festigkeit und Kopplungen. ANSYS AIM erfüllt genau diese Wünsche. ANSYS AIM basiert auf den validierten Solvern von ANSYS Mechanical, ANSYS CFD und ANSYS Maxwell und bietet in einer einheitlichen Umgebung einen leichten und modernen Einstieg in die Multiphysicssimulation. Das ist der Schlüssel, um während der Konstruktion die Produkteigenschaften zu verstehen und optimieren zu können. Im Rahmen des Vortrages verschaffen wir uns einen Überblick über die Breite der Anwendungen: - Bewertung von Kühlkonzepten - Bestimmung des Druckabfalls in Armaturen - Festigkeitsbewertung in Baugruppen - Thermische Auslegung stromdurchflossener Bauteile - Elektromagnetische und thermische Beurteilung von Spulen http://www.cadfem.de/produkte/ansys/ansys-aim.html

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Elektrisch-hydrostatische Kompaktantriebe (EKA) stellen ein innovatives, neuar-tiges Antriebskonzept dar, welches – ausgeführt als funktionsfertige Baugruppe – die Anwenderfreundlichkeit bei der Maschinenintegration, Inbetriebnahme und Wartung signifikant steigert. Elektrisch-hydrostatische Kompaktantriebe verbinden die inhärenten Vorteile hydraulischer Antriebstechnik wie beispiels-weise Robustheit, hohe Leistungsdichte und Überlastschutz mit Energieeffizi-enz, Ressourceneffizienz, Anwenderfreundlichkeit und geringem Bauraum. Auf-grund seines kompakten und kostengünstigen Aufbaus ist der Differentialzylin-der der mit Abstand am häufigsten eingesetzte Aktor bei hydraulischen Anwen-dungen. Die Herausforderung beim Einsatz eines Differentialzylinders im hyd-rostatischen Getriebe ist die Steuerung der asymmetrischen Volumenströme, die durch die einseitige Kolbenstange hervorgerufen werden. Die vorliegende Arbeit widmet sich der systematischen Entwicklung und Unter-suchung von Schaltungskonzepten, die sich für elektrisch-hydrostatische Kom-paktantriebe mit Differentialzylinder für die industrielle Anwendung eignen. Vor dem Hintergrund eines ressourcenschonenden und wirtschaftlichen Einsatzes der Antriebe werden Vorzugsvarianten ermittelt, die sowohl energie- als auch kosteneffizient sind. Das statische und dynamische Übertragungsverhalten so-wie die Energieeffizienz der ausgewählten Schaltungen werden auf der Grund-lage von praxisnahen Demonstratoren bestimmt. Die analytische und experi-mentelle Untersuchung der Vorzugsvarianten zeigt das Potential und die Gren-zen der Schaltungskonzepte für den industriellen Einsatz auf. Darüber hinaus wird der Vergleich mit elektromechanischen Kompaktantrieben im gleichen Leistungsbereich geführt, um die erzielten Ergebnisse in der Gegenüberstellung einordnen zu können. Um die Notwendigkeit einer aktiven Kühlung für potentielle Einsatzgebiete ohne aufwendige Experimente abschätzen zu können, werden zudem die Methoden der thermo-energetischen Netzwerksimulation auf elektrisch-hydrostatische Kompaktantriebe angewendet. Anhand eines Beispielantriebs wird ermittelt, mit welcher Genauigkeit das thermo-energetische Verhalten und die sich einstel-lende Beharrungstemperatur berechnet werden können.:1 Einleitung 1 2 Zielstellung der Arbeit 6 3 Stand der Forschung 8 3.1 Grundlagen 8 3.2 Hydrostatische Getriebe mit Gleichgangzylinder 10 3.2.1 Elektrisch-hydrostatische Aktuatoren (EHA) 11 3.3 Hydrostatische Getriebe mit Differentialzylinder 13 3.4 Thermo-energetische Analyse und Modellierung 24 4 Systematisierung der Schaltungsmöglichkeiten 27 4.1 Analyse typischer Anwendungen für EKA 27 4.2 Systematisierung der Lastfälle 27 4.3 Schaltungssystematik 29 4.4 Auswahl von Vorzugsvarianten 35 5 Einpumpenkonzept mit Ausgleichsventil 40 5.1 Aufbau und Funktionsweise 40 5.2 Demonstrator 43 5.3 Statisches Betriebsverhalten 46 5.4 Dynamisches Übertragungsverhalten 47 5.4.1 Dynamische Streckenkennwerte 47 5.4.2 Lastfallspezifisches dynamisches Verhalten 57 5.4.3 Dynamisches Verhalten bei dominanten Massekräften 60 5.5 Energieeffizienz 89 5.5.1 Elektrischer Antrieb 91 5.5.2 Hydrostatisches Getriebe 93 5.5.3 Gesamtantrieb 96 5.6 Fazit und Einsatzempfehlungen 97 6 Tandempumpenkonzept im offenen Kreis 99 6.1 Aufbau und Funktionsweise 99 6.2 Demonstrator 101 6.3 Statisches Übertragungsverhalten 102 6.4 Dynamisches Übertragungsverhalten 103 6.4.1 Dynamische Streckenkennwerte 103 6.4.2 Lastfallspezifisches dynamisches Verhalten 106 6.5 Energieeffizienz 109 6.5.1 Hydrostatisches Getriebe 109 6.5.2 Gesamtantrieb 111 6.6 Fazit und Einsatzempfehlungen 112 7 Untersuchung eines elektromechanischen Referenzantriebs 114 7.1 Bauarten, Eigenschaften und Einsatzgebiete elektromechanischer Linearantriebe 114 7.1.1 Übersetzung 117 7.1.2 Maximale Hubgeschwindigkeit 117 7.1.3 Maximale Hubkraft 117 7.1.4 Lebensdauer und Verschleiß 118 7.1.5 Wirkungsgrad 120 7.1.6 Steifigkeit 120 7.1.7 Fail-safe 121 7.2 Referenzantrieb 121 7.3 Statisches Übertragungsverhalten 122 7.4 Dynamisches Übertragungsverhalten 122 7.5 Energieeffizienz 123 7.5.1 Kugelgewindetrieb 123 7.5.2 Gesamtantrieb 124 8 Vergleich und Bewertung der Antriebssysteme 126 8.1 Statisches Übertragungsverhalten 126 8.2 Dynamisches Übertragungsverhalten 127 8.3 Energieeffizienz 128 8.4 Weiterführender Vergleich und Bewertung 129 9 Thermo-hydraulische Netzwerksimulation 134 9.1 Methodik 134 9.2 Grundlagen der Thermodynamik und Wärmeübertragung 135 9.2.1 Wärmeleitung 136 9.2.2 Konvektion 136 9.2.3 Wärmestrahlung 138 9.2.4 Wärmeübergang an Fugen zwischen Bauteilen 139 9.3 Analyse der Verlustleistungen 142 9.4 Analyse der Wärmeströme und thermischen Widerstände 145 9.4.1 Erzwungene Konvektion zwischen Öl und Innenfläche 146 9.4.2 Wärmeleitung in Festkörpern (Gehäuse) 147 9.4.3 Wärmeübergang an Fugen zwischen Bauteilen 147 9.4.4 Freie Konvektion an den Außenflächen 148 9.4.5 Wärmestrahlung an den Außenflächen 150 9.4.6 Zusammenfassung 151 9.5 Zulässige Öltemperatur des Antriebs 152 9.6 Thermo-hydraulisches Simulationsmodell des Demonstrators 152 9.7 Validierung 155 9.7.1 Vorbetrachtungen an einer Modellgeometrie 155 9.7.2 Prüfstandsaufbau und Versuchsparameter 157 9.7.3 Gegenüberstellung von Simulation und Messung 159 9.8 Sensitivitätsanalyse 162 9.8.1 Variation der Verlustleistung 163 9.8.2 Variation der Umgebungstemperatur 164 9.8.3 Variation des Korrekturfaktors für Umgebungsströmungen 165 9.9 Simulationsstudie zur Verbesserung des Wärmeabgabevermögens 166 9.10 Zusammenfassung 166 10 Zusammenfassung und Ausblick 168 11 Literaturverzeichnis 172 12 Anhang 194

Das Cold-Top-Schmelzen alkalifreier Borosilikatgläser hat im Vergleich zu angepassten Gas-Sauerstoff-beheizten Schmelzaggregaten nach dem Hot-Top-Prinzip wesentliche Vorteile, wie minimale Verdampfung von borsäurehaltigen Komponenten, hohe flächenspezifische Schmelzleistungen und niedrige Betriebskosten. Als Schlüsseltechnologie gilt der neu entwickelte Mo-Heizstrahler, welcher trotz der extrem schlechten elektrischen Leitfähigkeit der Schmelze eine aus Sicht der Schmelze indirekte elektrische Beheizung realisieren lässt. Mit Hilfe dieser Heizstrahler-Technologie lässt sich die Schmelze auf > 1450 °C erhitzen, was die Voraussetzung für eine direkt elektrische Beheizung ist. Diese weltweit einzigartige Technologie ermöglicht die Herstellung von alkalifreien technischen Gläsern nach dem Cold-Top-Verfahren.

Für jeden am Entwicklungsprozess Beteiligten ist es wichtig möglichst früh das Konzept zu verstehen und bewerten zu können. Die Anforderungen an eine Simulationssoftware hierfür sind die elegante Einbindung in die CAD Umgebung, die einfache Handhabung und natürlich die Verfügbarkeit einer genauen Lösung von Magnetik, Strömung, Festigkeit und Kopplungen. ANSYS AIM erfüllt genau diese Wünsche. ANSYS AIM basiert auf den validierten Solvern von ANSYS Mechanical, ANSYS CFD und ANSYS Maxwell und bietet in einer einheitlichen Umgebung einen leichten und modernen Einstieg in die Multiphysicssimulation. Das ist der Schlüssel, um während der Konstruktion die Produkteigenschaften zu verstehen und optimieren zu können. Im Rahmen des Vortrages verschaffen wir uns einen Überblick über die Breite der Anwendungen: - Bewertung von Kühlkonzepten - Bestimmung des Druckabfalls in Armaturen - Festigkeitsbewertung in Baugruppen - Thermische Auslegung stromdurchflossener Bauteile - Elektromagnetische und thermische Beurteilung von Spulen http://www.cadfem.de/produkte/ansys/ansys-aim.html

Es wird ein Überblick über die Bedeutung des Übergangswiderstandes beim Pressschweißen, sowie dessen physikalische Ursachen gegeben. Ausgewählte etablierte und neuere Ansätze der mathematischen Beschreibung des Übergangswiderstandes und deren Charakteristika werden dargestellt und charakterisiert. Im Vergleich wird der empirische Ansatz des KMK-Modells des Übergangswiderstandes dargestellt und dessen Implementierung in das FEM- Programmsystem erläutert. Ein Anwendungsbeispiel belegt die Qualität der mit dem Modell durchführbaren Simulationen, und zeigt daraus resultierende vertiefte Bewertungsmöglichkeiten des Schweißvorganges auf.

We present a HiLo microscope with an electrically tunable lens for high-contrast three-dimensional image acquisition. HiLo microscopy combines widefield and speckled illumination images to create optically sectioned images. Additionally, the depth-of-field is not fixed, but can be adjusted between widefield and confocal-like axial resolution. We incorporate an electrically tunable lens in the HiLo microscope for axial scanning, to obtain three-dimensional data without the need of moving neither the sample nor the objective. The used adaptive lens consists of a transparent polydimethylsiloxane (PDMS) membrane into which an annular piezo bending actuator is embedded. A transparent fluid is filled between the membrane and the glass substrate. When actuated, the piezo generates a pressure in the lens which deflects the membrane and thus changes the refractive power. This technique enables a large tuning range of the refractive power between 1/f = (-24 . . . 25) 1/m. As the NA of the adaptive lens is only about 0.05, a fixed high-NA lens is included in the setup to provide high resolution. In this contribution, the scan properties and capabilities of the tunable lens in the HiLo microscope are analyzed. Eventually, exemplary measurements are presented and discussed.

Innerhalb des Forschungsprojekts “InduRex” sollen u.a. dünnwandige Graphit-Polymer Bipolarplatten (BPP) für Brennstoffzellen (BZ) entwickelt werden. Der Fokus liegt dabei auf hochgefüllten Compoundmaterialien und Prozesstechniken zur kontinuierlichen Herstellung dünnwandiger Folien. Dabei wird die gesamte Prozesskette, beginnend von der Auswahl der verwendeten Rohstoffe, über die Folienherstellung bis hin zur Einbringung der erforderlichen Strukturen betrachtet. Die vom „Department of Energy“ festgelegten physikalischen und chemischen Zielwerte werden auch für die Folien als Zielvorgabe gesetzt. Der Schwerpunkt der wissenschaftlichen Arbeit liegt auf einem grundlegenden Verständnis der Materialzusammensetzung und deren Zusammenhang mit den endgültigen Eigenschaften der strukturierten Bipolarplatten, sowie deren Leistung in einem Brennstoffzellenstapel. Die hergestellten Bipolarplattenfolien wurden vor einem Zelltest umfassend hinsichtlich elektrischer Widerstände, H2-Permeation, Warmformbeständigkeit u.a. charakterisiert, um den Einfluss des Produktionsprozesses auf ihre Qualität zu bewerten. / Within the research project 'InduRex', thin-walled graphite-polymer bipolar plates (BPP) for fuel cells (FC) are to be developed, among other things. The focus is on highly filled compound materials and process technologies for the continuous production of thin-walled foils. The entire process chain, starting with the selection of the raw materials used, through film production, to the insertion of the required structures, will be considered. The physical and chemical target values defined by the 'Department of Energy' are also set as targets for the films. The focus of the scientific work is on a fundamental understanding of the material composition and its relationship to the final properties of the patterned bipolar plates, as well as their performance in a fuel cell stack. The fabricated bipolar plate films were extensively characterized in terms of electrical resistances, H2 permeation, heat deflection temperature, and others prior to a cell test to evaluate the impact of the production process on their quality.

Für den AMANDA-Detektor wurde ein neuartiges Optisches Modul - das digitale Analoge Optische Modul (dAOM) - entwickelt. Es vereint sowohl lokale 'Intelligenz' zur Steuerung als auch aktive Elektronik zur optisch-analogen und elektrisch-analogen Pulsübertragung. Vorteile der optisch-analogen Übertragung sind die Immunität gegenüber einem Übersprechen zwischen den Signalkabeln, ein größerer linearer Signalbereich und eine gute Zeit- sowie Doppelpulsauflösung, wohingegen die elektrisch-analoge Übertragung das robuste elektrische Kabel als Verbindung mit der Datennahme nutzt. Deshalb dient sie als Ersatzübertragung, falls die optische Verbindung beschädigt wird. In der Saison 1999/2000 wurden 23 dAOMs im AMANDA-II-Detektor erfolgreich installiert. Das dAOM-Konzept wurde daraufhin weiterentwickelt. Der sogenannte dAOM++ war eine nahezu ideale Lösung für den zukünftigen ICECUBE-Detektor. / For the AMANDA detector a new type of Optical Module - the digital Analog Optical Module (dAOM) - has been developed. It incorporates some local 'intelligence' for slow control as well as active electronics for optical analog and electrical analog pulse transmission. Advantages of the optical analog transmission are the absence of crosstalk, a higher linear signal range and a good timing and double pulse resolution, whereas the electrical transmission uses the robust electrical cable as transmission line to the data aquisition. For that reason it is the fallback solution in case of a damaged optical transmission line. 23 dAOMs have been successfully installed in the AMANDA-II detector during the 1999/2000 season. After that the dAOM concept was further improved towards the dAOM++, which was a almost ideal solution for the ICECUBE detector.

Das Verhalten der elektronischen Eigenschaften von gespaltenen, aus der Schmelze gezüchteten In2O3-(111) Kristallen wurde bei Deposition von Edelmetallen, In und Sn mittels winkelaufgelöster Photoelektronen-Spektroskopie untersucht. Die Stöchiometrie, strukturelle Qualität und Kristall-Orientierung, die Oberflächenmorphologie und die Elektronenkonzentration wurden jeweils mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie, Laue-Beugung, Raster Tunnel-Mikroskopie (STM) und Hall-Effekt untersucht. Die Ähnlichkeit der fundamentalen und Oberflächen-Bandlücken kann auf das fast flache Verhalten der Bänder auf der gespaltenen Oberfläche der Kristalle zurückgeführt werden. Die Grenzflächen von Ag und Au/In2O3 zeigen Schottky-Verhalten, während ein ohmscher in Cu, In und Sn /In2O3-Kontakten beobachtet wurde. Aufgrund der Übereinstimmung zwischen optischen und Oberflächen-Bandlücken, der Bildung eines Gleichrichterkontaktes und des Auftretens der Oberflächenphotospannung auf der frischen Kristalloberfläche kann gefolgert werden, dass SEAL nicht eine intrinsische Eigenschaft der gespaltenen Oberfläche der untersuchten Kristalle ist. Des Weiteren wurden bei dicker Au- und Cu-Beschichtung von In2O3 bei Raumtemperatur Shockley-artige Oberflächenzustände beobachtet. Zusätzlich wurde die erste Phase des Wachstums von Cu und In auf In2O3 von der Ausbildung eines 2-dimensionalen Elektrongases (2DEG) begleitet, welches bei dickeren Schichten verschwand, die von dem auf reinen Oberflächen von dünnen In2O3- Filmen gemessenen 2DEG verschieden sind. Nach Messung der Austrittarbeit von In2O3 und den jeweils untersuchten Metallen in situ und unter Verwendung der Schottky-Mott-Regel trat außer bei Ag/In2O3 eine deutliche Abweichung auf. Die experimentellen Ergebnisse stimmen auch mit fortgeschrittenen Theorien, die auf dem Elektronegativitätskonzept und MIGS–Modellen basieren, nicht überein. / The behavior of the electronic properties of as-cleaved melt-grown In2O3 (111) single crystals was studied upon noble metals, In and Sn deposition using angle-resolved photoemission spectroscopy. The stoichiometry, structural quality and crystal orientation, surface morphology, and the electron concentration were examined by energy dispersive X-ray spectroscopy, Laue diffraction, scanning tunneling microscopy (STM), and Hall-effect measurement, respectively. The similarity of the measured-fundamental and surface-band gaps reveals the nearly flat behavior of the bands at the as-cleaved surface of the crystals. Ag and Au/In2O3 interfaces show Schottky behavior, while an ohmic one was observed in Cu, In, and Sn/In2O3 contacts. From agreement of the bulk and surface band gaps, rectifying contact formation as well as the occurrence of photovoltage effect at the pristine surface of the crystals, it can be deduced that SEAL is not an intrinsic property of the as-cleaved surface of the studied crystals. Moreover, for thick Au and Cu overlayer regime at room temperature, Shockley-like surface states were observed. Additionally, the initial stage of Cu and In growth on In2O3 was accompanied by the formation of a two dimensional electron gas (2DEG) fading away for higher coverages which are not associated with the earlier-detected 2DEG at the surface of In2O3 thin films. The application of the Schottky-Mott rule, using in situ-measured work functions of In2O3 and the metals, showed a strong disagreement for all the interfaces except for Ag/In2O3. The experimental data also disagree with more advanced theories based on the electronegativity concept and metal-induced gap states models.