In this thesis, an innovative coarse grid CFD approach is developed that aims toexploit the capabilities of sub-channel codes and CFD methods while overcoming theirlimitations. In the approach, a very coarse mesh is implemented in the CFD softwareOpenFOAM and a new wall treatment, based on the traditional concept of the wallfunction, is applied to the wall boundary conditions of the domain to take into accountthe low resolution of the grid which does not allow to effectively capture the effect of thesolid walls on the thermo-hydraulics of the flow. To investigate the performance of thenew approach, the method is implemented first in three simple test cases for whichthe sub-channel codes are the state-of-the-art thermo-hydraulic analysis since theyare single-phase flow problems in which there are no prevailing 3D flow conditions.An additional test case representing a 2x2 fuel bundle with three full-length rods andone half-length rod is investigated to verify the behavior of the new approach in caseswhere secondary flows are present. The results for the pressure fields are comparedwith the analytical pressure profiles for the four test cases that well represent the onesthat would be obtained with sub-channel code analysis, while the results for the wallshear stresses obtained in the four test cases are compared with the ones obtained witha more refined mesh in which the traditional wall function approach is implementedsince they should be the best estimation of the actual wall shear stresses at the walldomain. For the first two cases, the developed approach produces reasonable resultswith a good agreement to the analytical pressure profiles while the other two testcases show that the methodology has a limited applicability and, before proceedingwith the extension of the new approach to single-phase problems with 3D prevailingphenomena and two-phase problems, it is necessary to solve the issues that emerge forsome types of cases. / I denna avhandling utvecklas en innovativ CFD-metod med grovt rutnät som syftar till att utnyttja kapaciteten hos underkanalskoder och CFD-metoder och samtidigt övervinna deras begränsningar. I metoden implementeras ett mycket grovt nät i CFD-programvaran OpenFOAM och en ny väggbehandling, baserad på det traditionella konceptet med vägg väggfunktion, tillämpas på domänens vägggränsvillkor för att ta hänsyn till den låga upplösningen av nätet som inte tillåter att effektivt fånga effekten av de solida väggar på flödets termo-hydraulik. För att undersöka prestandan hos den nya tillvägagångssättet implementeras metoden först i tre enkla testfall för vilka subkanalskoderna är den senaste termo-hydrauliska analysen eftersom de är enfasflödesproblem där det inte finns några rådande 3D-flödesförhållanden.Ett ytterligare testfall som representerar ett 2x2 bränsleknippe med tre fullängdsstavar och en halvlång stav undersöks för att verifiera beteendet hos den nya metoden i fall där sekundära flöden förekommer. Resultaten för tryckfälten jämförs med de analytiska tryckprofilerna för de fyra testfall som väl representerar de som som skulle erhållas med kodanalys av underkanalen, medan resultaten för väggskjuvspänningarna skjuvspänningar som erhållits i de fyra testfallen jämförs med de som erhållits med ett mer förfinat nät i vilket den traditionella väggfunktionsmetoden är implementerad eftersom de bör vara den bästa uppskattningen av de faktiska väggskjuvspänningarna vid väggens domän. För de två första fallen ger den utvecklade metoden rimliga resultat med en god överensstämmelse med de analytiska tryckprofilerna medan de andra två visar att metoden har en begränsad tillämplighet och, innan man går vidare med utvidgningen av den nya metoden till enfasproblem med 3D-fenomen och två fenomen och tvåfasproblem, är det nödvändigt att lösa de problem som uppstår för vissa vissa typer av fall.

Autotube är ett företag baserat i Varberg som utvecklar och producerar luft- och vätskelösningar främst inom bilindustrin. På senare tid har biltillverkarna skiftat till högre bränsletryck i bensindrivna förbränningsmotorer vilket har lett till att företagets produktutvecklingsavdelning saknar testutrustning för att utveckla nya produkter vilket i sin tur har lett till att företaget köpt tjänsten från extern leverantör. Kostnaderna och den bristande insynen i trycktester hos extern leverantör har lett Autotube att investera i ny utrustning och bedriva framtida tester i företagets lokaler. Ambitionen är att testanläggningen ska kunna genomföra tryckpulser och sprängprover både för produktutveckling och stickprov. Det övergripande syftet med examensarbetet är att programmera PLC logiken, designa HMI-panelen och skapa en elektriskt överförbar rapport efter genomfört testutförande. Under projektets progression visade studier och företagets empiriska kunskaper att resultatet från testanläggningen karakteriseras av tre nyckelparametrar; funktionsduglighet, realtidsövervakning och datahantering. Varje kategori har givetvis flera underkategorier som adderar värde till nyckelparametrarna. För funktionsduglighet krävs pålitlig hårdvara som klarar av att vara driftsatt under lång tid utan avbrott. Dock om ett avbrott från yttre faktorer skulle inträffa behöver testanläggningen programmeras för att spara data och undvika att testresultaten raderas. För att undvika irritation och handhavandefel bör användargränssnittet vara utformad efter målgruppens behov och mängden information bör begränsas. God realtidsövervakning ställer krav på lättåtkomlig information både vid testanläggningen och på distans vilket ökar möjligheten att läsa av testutförandes värden oberoende av vart användaren befinner sig. För att minska användarens arbetsbelastning bör varningssignaler som indikerar när testanläggningen inte utför önskvärt arbete användas. Datahantering bör ske automatiserat för att tillse att rätt data lagras och att den mänskliga faktorn kringgås. Flertalet rapporter under testutförandets förlopp är fördelaktigt för jämförelse av testutförandets olika skeden vilket ökar insikten om vad som skett när och möjliggör en djupare analys av testutförandet. Det genomförda arbetet har analyserat olika alternativ och använt litteratur relevant till nyckelparametrarna tillsammans med kontinuerlig återkoppling från företagets tekniker för att skapa mjukvaran till testanläggningen. Resultatet är en pålitlig anläggning med skräddarsydd realtidsövervakning och automatisk datahantering. / Autotube is a company based in Varberg that develops and produces air- and fluid solutions primarily to the automotive industry. Recently the automotive manufacturers have increased the fuel injection pressure in petrol engines which has led to the absence of proper test equipment which limits the company’s product development department as pressure test has to be bought by a third-party company. The costs and lack of insight in the pressure tests that is associated with purchasing the service from a third part company has led Autotube to invest in new equipment that will allow the company to do future tests in-house. The ambition is to perform pressure pulsation tests and burst tests for both product development and production samples. The general purpose of the thesis is to program the PLC logic, design the HMI-panel and to create and electrically transferrable report after test completion. During the progression of the project studies and the company’s empirical knowledge showed that the result from a test facility is characterized primarily by three key parameters; functionality, real time monitoring and data management. Each category includes several subcategories that adds value to each key parameter. Functionality requires reliable hardware that can stay commissioned for extended periods of times without Interruption. However, if interruptions do occur it is important that the data from the ongoing test is saved so that data is not lost. To avoid irritation and mishandling it’s important to design the user interface according to the needs of the users and to avoid excessive information that is not vital for the result. A proper real time monitoring solution requires that information is easily available both at the location of the test facility and at distance in order to enable to user to act no matter where the user is located. Warning signals that indicate when the test facility does not perform as expected should be used in order to reduce the workload. Data management should be automatic in order to store the correct data and prevent errors caused by the human factor. Several reports should be used during the test as it allows the user to compare the data in the different test stages which improves the insight and analysis capability of the performed test. The performed work has analysed different alternatives and used literature relevant to the key parameters combined with continuous feedback from the company’s technicians in order to create the software for the test facility. The result is a reliable facility with tailored real time monitoring and automatic data management.

En växande global befolkning och stor efterfrågan på grödor driver den teknologiska utvecklingen framåt inom det moderna lantbruket. I sin utveckling av nya styr- och reglerfunktioner för frontlastare behövde Ålö AB en pålitlig och effektiv plantmodell av deras frontlastare Quicke Q5M. Plantmodellen skulle inkludera det tillhörande mekaniska och hydrauliska systemet och kunna rendera simulering och 3D-animering i realtid. En automatisk nedställningsfunktion för material skulle också utvecklas för att automatisera den vanligt förekommande sysslan att ställa ned material från en upphöjd position. En plantmodell för Quicke Q5M med ett lastkännande hydraulsystem utvecklades i MATLAB Simulink med Simscape Multibody och Simscape Fluids. Prestandan av den simulerade plantmodellen utvärderades. Plantmodellen visade grundläggande överensstämmelse när den jämfördes med sensordata från en frontlastare i verkligheten. En reglerfunktion för automatisk nedställning av material utvecklades i Simulink. En algoritm för att detektera kollision med mark konstruerades genom att analysera sensordata från en frontlastare i verkligheten som ställt ned material på marken. För att detektera materialets kontakt med mark utfördes hastighets- och accelerationsestimeringar på sensordata från vinkelgivare och trycksensorer. Vid kontakt med mark avslutades nedställningsrörelsen automatiskt. Prestandan och noggrannheten av reglersystemet under olika scenarion analyserades och diskuterades. Trots att simuleringar av plantmodellen och den föreslagna nedställningsfunktionen såg realistiska ut var det svårt att kvantifiera överensstämmelsen mellan plantmodell och frontlastare då inga utförligare fysiska tester hanns med. Framtida utveckling av plantmodell och nedställningsfunktion rekommenderas därför att börja med ett implementeringstest av reglerfunktionen i en traktor i verkligheten. Det skulle ge ett mått på hur pass bra plantmodellen representerar frontlastaren samt möjliggöra utvärdering och vidare justering av reglerfunktionens parametrar i en verklig fysisk miljö. / A growing global population and large demands for crops worldwide is driving agricultural technological advances forward. In developing new automatic control functions for front end loader applications, Ålö AB needed a reliable and effective plant model of their front end loader Quicke Q5M. The plant model should include the associated mechanical and hydraulic system and be capable of rendering simulation and 3D animation in real time. An automated put down control function would also be of benefit for farming operators, speeding up the commonly performed farming task of putting down material from an elevated position. A plant model for the Quicke Q5M with a Load Sensing hydraulic system was developed in MATLAB Simulink with Simscape Multibody and Simscape Fluids. The performance of the simulated plant model was evaluated. The plant model showed some consistent results when compared to sensor data logs from a real-world front end loader. An automatic put down control function for material was also developed and tested in Simulink. A collision detection algorithm was constructed by analyzing sensor data logs from a real-world tractor putting down material on the ground. Velocity and acceleration estimations were made from angular position and pressure sensors to detect the contact between material and ground. The control function automatically stopped the lowering movement when contact was detected. The performance and accuracy of the control system under different scenarios were analyzed and discussed. Although the simulations of the plant model and proposed control function seemed realistic, the consistency of the plant model was hard to quantify since there was no time left for any thourough physical tests. It is recommended that future development of both the plant model and control system begin with an implementation test of the control system in a real-world tractor. This would help determine how accurately the plant model represents the front end loader. It would also allow evaluation and further tuning of the control function in a real physical environment.

Energy efficiency and renewable energy use are two main priorities leading to industrial sustainability nowadays according to European Steel Technology Platform (ESTP). Modernization efforts can be done by industries to improve energy consumptions of the production lines. These days, steel making industrial applications are energy and emission intensive. It was estimated that over the past years, energy consumption and corresponding CO2 generation has increased steadily reaching approximately 338.15 parts per million in august 2010 [1]. These kinds of facts and statistics have introduced a lot of room for improvement in energy efficiency for industrial applications through modernization and use of renewable energy sources such as solar Photovoltaic Systems (PV).The purpose of this thesis work is to make a preliminary design and simulation of the solar photovoltaic system which would attempt to cover the energy demand of the initial part of the pickling line hydraulic system at the SSAB steel plant. For this purpose, the energy consumptions of this hydraulic system would be studied and evaluated and a general analysis of the hydraulic and control components performance would be done which would yield a proper set of guidelines contributing towards future energy savings. The results of the energy efficiency analysis showed that the initial part of the pickling line hydraulic system worked with a low efficiency of 3.3%. Results of general analysis showed that hydraulic accumulators of 650 liter size should be used by the initial part pickling line system in combination with a one pump delivery of 100 l/min. Based on this, one PV system can deliver energy to an AC motor-pump set covering 17.6% of total energy and another PV system can supply a DC hydraulic pump substituting 26.7% of the demand. The first system used 290 m2 area of the roof and was sized as 40 kWp, the second used 109 m2 and was sized as 15.2 kWp. It was concluded that the reason for the low efficiency was the oversized design of the system. Incremental modernization efforts could help to improve the hydraulic system energy efficiency and make the design of the solar photovoltaic system realistically possible. Two types of PV systems where analyzed in the thesis work. A method was found calculating the load simulation sequence based on the energy efficiency studies to help in the PV system simulations. Hydraulic accumulators integrated into the pickling line worked as energy storage when being charged by the PV system as well.

With a surface area of about 10,000 km², the Salar de Uyuni is the largest salt flat in the world. It is located at an altitude of 3,653 m on the Altiplano, a high plateau in the south of the Bolivian Andes. The Salar de Uyuni consists of an alternating sequence of highly porous salt layers (mainly composed of halite) and lacustrine clay sediments. The pore volume of the uppermost salt layer which has a thickness of up to 11 m is filled by brine. The brine contains high amounts of Mg, K, Li and B. The element lithium is an especially important raw material for the production of batteries. Thus, it plays an important role for the development of the electric mobility. With this background, extensive hydrogeological exploration activities were carried out at the Salar de Uyuni in the context of this dissertation. The hydraulic properties of the uppermost salt crust and the physical properties (density and viscosity) of the brine must be characterized. In order to do this, several core drillings were made, observation wells were installed, brine samples were taken and pumping tests were conducted between 2009 and 2012. The stratigraphic documentation of the obtained sediment cores provided insights about the deposit structure and the upper salt layer thickness. The determination of the salt core porosity was carried out by three different methods: (a) by using X-ray computed tomography, (b) gravimetrically by saturation with 2-octanol and (c) by completion of the core volume with plasticine and calculation of the porosity under consideration of the particle density of the salt. The laboratory investigations showed a depth-dependent porosity distribution in the upper salt layer. The uppermost 2 m were characterized by very high porosity values between 30 and 39%. However at greater depth, the total porosity decreases on average to 13.5%. Geochemical analyses of brine samples confirmed the general spatial distribution of the lithium concentrations as already published by previous studies. On the basis of the lithium distribution in the brine, the thickness of the upper salt layer and the depth-dependent porosity distribution, the total lithium deposit in the Salar de Uyuni was calculated to be about 7 million tons. The evaluation of the pumping tests under consideration of the density and viscosity of the pumped brine showed that the salt has a very high permeability in the horizontal direction. In contrast, flow-through experiments on drill cores indicated a clear vertical anisotropy of the permeability. This is caused by the inhomogeneous sediment stratification for instance by interbedded fine gypsum or clay lamina. Thus, horizontal brine movements are possible, but a deep vertical flow component can hardly be expected. This assumption is confirmed by radiocarbon dating the brine samples from different salt depths. The influence of annual floods during the rainy season could be observed by long-term brine level measurements. Throughout the time-series analysis, distinct periodic brine fluctuations of a few centimeters per day could be identified during the dry season. These daily fluctuations indicated an impermeable crust probably formed by the evaporation of near-surface brine and subsequent crystallization of salts in the pore volume. Thus, daily temperature and atmospheric pressure changes could directly affect the brine level. Due to the extensive hydrogeological investigations, this dissertation contributes to the essential understanding of the hydraulic conditions in the Salar de Uyuni. / Mit einer Fläche von rund 10.000 km² ist der Salar de Uyuni die größte Salz-Ton-Ebene der Welt. Er befindet sich in einer Höhe von 3653 m NN im Altiplano, einer Hochebene im Süden der bolivianischen Anden. Der Salar de Uyuni besteht aus einer Wechsellagerung von hochporösen Salzschichten (überwiegend aus Halit bestehend) und lakustrinen Tonsedimenten. Die Porenräume der obersten bis zu 11 m mächtigen Salzschicht sind mit einer Sole gefüllt, die hohe Gehalte an Mg, K, Li und B aufweist. Insbesondere das Element Lithium ist ein wichtiger Rohstoff u.a. für die Herstellung von Batterien und spielt damit eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung der Elektromobilität. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen der vorliegenden Dissertation umfassende hydrogeologische Erkundungsarbeiten am Salar de Uyuni durchgeführt, um die hydraulischen Eigenschaften der obersten Salzkruste sowie die physikalischen Eigenschaften (Dichte und Viskosität) der Sole zu charakterisieren. Dazu wurden zwischen 2009 und 2012 zahlreiche Kernbohrungen abgeteuft, Beobachtungsbrunnen installiert, Soleproben entnommen und Pumpversuche durchgeführt. Die stratigraphische Dokumentation der gewonnenen Bohrkerne lieferte Erkenntnisse zur Ablagerungsstruktur und zur Mächtigkeitsverteilung der obersten Salzschicht. Die Bestimmung der Porosität der Salzkerne erfolgte mit drei verschiedenen Methoden: (a) mittels Computertomographie, (b) gravimetrisch durch Aufsättigung mit 2-Oktanol und (c) durch Volumenergänzung der Kernproben mit Plastilin und Berechnung der Porosität unter Einbeziehung der Reindichte des Salzes. Die Laboruntersuchungen zeigten eine tiefenabhängige Porositätsverteilung in der obersten Salzschicht. Während die obersten 2 m durch sehr hohe Porositäten zwischen 30 und 39% gekennzeichnet sind, nimmt die Gesamtporosität in größerer Tiefe auf durchschnittlich 13.5% ab. Geochemische Analysen von Soleproben bestätigten die grundsätzliche räumliche Verteilung der Lithium-Konzentrationen, wie sie bereits durch frühere Studien veröffentlicht wurde. Auf Basis der Lithium-Verteilung in der Sole, der Mächtigkeit der oberen Salzschicht sowie der tiefenabhängigen Porositätsverteilung wurde ein Lithium-Vorkommen im Salar de Uyuni von rund 7 Millionen Tonnen berechnet. Die Auswertung der Pumpversuche unter Berücksichtigung der Dichte und Viskosität der geförderten Sole zeigte, dass das Salz eine sehr hohe Permeabilität in horizontaler Richtung aufweist. Allerdings zeigten Durchströmungsversuche an Bohrkernen eine deutliche vertikale Anisotropie der Permeabilität, was auf die inhomogene Sedimentschichtung durch z.B. eingeschaltete feine Gips- oder Tonschichten zurückzuführen ist. Somit sind zwar horizontale Solebewegungen möglich, jedoch ist kaum mit einer tiefgreifenden vertikalen Strömungskomponente in der Salzschicht zu rechnen. Diese Vermutung wird durch 14C-Altersdatierungen von Soleproben aus unterschiedlichen Tiefen des Salzes bestätigt. Der Einfluss der jährlichen Überschwemmungen während der Regenzeit konnte anhand von Langzeitmessungen des Solespiegels beobachtet werden. Im Zuge der Zeitreihen-Analyse zeigten sich zudem ausgeprägte periodische Tageschwankungen von einigen Zentimetern während der Trockenzeit. Diese deuten darauf hin, dass durch Verdunstung oberflächennaher Sole und damit einhergehender Kristallisation von Salzen im Porenraum eine undurchlässige Kruste entsteht. Dadurch haben tägliche Temperatur- und Luftdruckschwankungen direkten Einfluss auf den Solespiegel. Die vorliegende Dissertation trägt aufgrund der umfangreichen hydrogeologischen Untersuchungen wesentlich zum Verständnis der hydraulischen Verhältnisse im Salar de Uyuni bei. / Con una superficie de aproximadamente 10.000 kilómetros cuadrados el Salar de Uyuni es el mayor lago de sal en el mundo. Se encuentra a una altura de 3.653 m sobre el nivel del mar en el altiplano en el sur de los Andes bolivianos. El Salar de Uyuni consiste en una alternancia de capas de sal altamente porosa (que consiste predominantemente de halita) y lacustre sedimentos de arcilla. La capa superior de sal tiene un espesor de hasta 11 metros. Los espacios de poros del sal se llenan con una salmuera que contiene altos contenidos de Mg, K, Li y B. En particular, el elemento litio constituye una importante materia prima para la producción de baterías que son utilizadas en la construcción de vehículos eléctricos. Bajo estos antecedentes y en el contexto de la presente tesis, se han desarrollado extensas actividades de exploración hidrogeológica en el Salar de Uyuni. Las propiedades hidráulicas de la corteza de sal superior y las propiedades físicas (densidad y viscosidad) de la salmuera debían caracterizadas. Para ello, entre 2009 y 2012 se realizaron varios perforaciones con la finalidad de obtener muestras de núcleos, se instalaron pozos de supervisión, se realizaron pruebas de bombeo y se tomaron muestras de salmuera. La documentación estratigráfica de los núcleos de perforacíon proporciona conocimientos para la estructura de los depósitos y para el espesor del superior capa de sal. La porosidad de los núcleos de sal fue determinada por medio de tres métodos diferentes: (a) por tomografía computarizada (TC), (b) gravimétricamente mediante la saturación con 2-octanol y (c) mediante de compleción del volumen del núcleo con plastilina y computacíon de la porosidad en atención a la densidad real del sal. Las investigaciones de laboratorio demostraron una distribución de la porosidad dependiente de la profundidad en la capa superior de sal. Mientras que la parte superior 2 m se caracterizan por altas porosidades entre el 30 y 39%, la porosidad total decrese en una profundidad mayor a un promedio de 13,5%. Los análisis geoquímicos de muestras de salmuera confirmaron la distribución espacial fundamental de las concentraciones de litio, como ya se ha publicado por estudios anteriores. A base de la distribución de litio en la salmuera, el espesor de la capa superior de sal, y la porosidad dependiente de la profundidad determinaron que todos los recursos minerales de litio en el salar de Uyuni son alrededor de 7 millones de toneladas. La evaluación de las pruebas de bombeo en consideración de la densidad y la viscosidad de la salmuera transmitido mostró que la sal generalmente tiene una permeabilidad muy alta. Pero, las pruebas de flujo en muestras de núcleo mostró una anisotropía significativa de la permeabilidad con la profundidad, que se debe a una estratificación de sedimentos no homogénea debido las láminas finas de yeso o arcilla intercaladas. Por lo tanto, es correcto que los movimientos de salmuera horizontales son posibles, pero es poco probable que movimientos verticales de salmuera ocurran. Esta hipótesis se ve confirmada por la datación por radiocarbono de muestras de salmuera de diferentes profundidades de la sal. El impacto de las inundaciones anuales durante la estación lluviosa se puede observar a partir de las mediciones a largo plazo del nivel de salmuera. En el curso del análisis de series de tiempo también mostraron pronunciadas variaciones diarias periódicas de unos pocos centímetros en la estación seca. Esto sugiere que hay una corteza impermeable que se forma por evaporación de salmuera cerca de la superficie y la cristalización de sales en el espacio de los poros. En esta manera, las fluctuaciones diarias de temperatura y de preción de aire influyen directamente el nivel de salmuera. Gracias a las extensas investigaciones hidrogeológicas realizadas, la presente tesis contribuye significativamente a la comprensión de las condiciones hidráulicas en el Salar de Uyuni.

Zielsetzung der Arbeit war vorrangig die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Methoden zur verbesserten Interpretation der hydraulischen Gegebenheiten in einem Grundwasserleiter mit Hilfe der Bestimmung von Radiumisotopenverhältnissen im Verlauf von Pumpversuchen. Daneben wurden 222Rn/226Ra-Verhältnisse betrachtet und interpretiert. Des Weiteren wurden Gesteinsuntersuchungen durchgeführt sowie Untersuchungen an Gesteinsoberflächen (Sekundärminerale) um Aussagen über das Löslichkeitsverhalten bzw. die Mobilität von Radium im Grundwasser zu erhalten. Die Grundwasser- und Gesteinsproben stammten vor allem aus dem Umfeld der kontinentalen Tiefbohrung (KTB Oberpfalz) sowie aus der Vorbohrung zur KTB, aber auch aus benachbarten Bundesländern und der Tschechischen Republik (Egergraben). Im Ergebnis zeigte sich, dass sich die Untersuchung der Isotopenverhältnisse zur vertiefenden Aquiferdiagnose gut eignet. Die geochemischen Untersuchungen erlaubten einen Einblick in das Löslichkeitsverhalten der untersuchten Radionuklide.:LISTE DES ABKÜRZUNGEN 12 LISTE DER TABELLEN 17 1. EINLEITUNG - BISHERIGE ARBEITEN 23 1.1 ZIELSETZUNG 23 1.2 BISHERIGE ARBEITEN ZU RADIUM UND RADON 25 2. RADIUM UND RADON: GRUNDLAGEN 27 2.1 ENTSTEHUNG UND VORKOMMEN 27 2.1.1 VORKOMMEN IN DER LITHOSPHÄRE 27 2.1.2 VORKOMMEN IN DER HYDROSPHÄRE 29 2.2 PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN 31 2.2.1 RADIOAKTIVITÄT 31 2.2.2 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON RADIUM 32 2.2.3 CHEMISCHE UND PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON RADON 33 2.3 DAS VERHALTEN VON RADON UND RADIUM IM GRUNDWASSERLEITER 34 2.3.1 DAS VERHALTEN VON RADON 34 2.3.2 GEOCHEMIE UND HYDROCHEMIE DES RADIUMS 35 2.3.3 VERHALTEN VON RADIUM BEI ANWESENHEIT VON KOLLOIDEN UND TONMINERALEN 37 2.3.4 STOFFTRANSPORT UND ADSORPTION 38 2.3.5 DAS VERHALTEN VON RADIUM BEI ANWESENHEIT VON EISEN UND MANGAN 41 2.3.5.1 HYDROLYSE DES EISEN-III 42 2.3.5.2 BILDUNG VON EISENHYDROXIDNIEDERSCHLÄGEN AUF GESTEINSOBERFLÄCHEN UND IHRE ALTERATION 42 2.3.5.3 PARAMETER WELCHE DIE HYDROLYSE, DIE BILDUNG VON NIEDERSCHLÄGEN UND DIE ALTERATION BEEINFLUSSEN 43 2.3.5.4 RADIUM-ADSORPTION AN EISEN- UND MANGANHYDROXIDE 45 3. DIE RADIUM-ISOTOPENVERHÄLTNIS-METHODE ALS HILFSMITTEL FÜR DIE AQUIFERDIAGNOSE 47 3.1 GRUNDLAGEN DER HYDRAULIK 47 3.1.1 PERMEABILITÄT (K) 47 3.1.2 WEITERE HYDRAULISCHE PARAMETER 48 3.2 HYDRAULISCHE METHODEN FÜR DIE AQUIFERDIAGNOSE 49 3.2.1 PUMPVERSUCHE 50 3.2.1.1 DATENERHEBUNG 50 3.2.1.2 AUSWERTUNG 50 3.3 VERÄNDERUNG VON RADIUM- UND RADONISOTOPENVERHÄLTNISSEN IM VERLAUF VON PUMPVERSUCHEN ALS INDIKATOREN FÜR FLIEßVERHALTEN UND MISCHUNG VERSCHIEDEN MARKIERTER GRUNDWÄSSER 52 3.3.1 THEORIEN ZU DEN RADIUM-ISOTOPENVERHÄLTNIS-METHODEN 52 3.3.1.1 EINSCHÄTZUNG DER RELATIVEN FLIEßGESCHWINDIGKEIT - FLIEßZEITMODELL - 53 3.3.1.2 EINSCHÄTZUNG DER ZUMISCHUNG EINES FREMDEN SYSTEMS - MISCHMODELLE - 57 3.3.1.3 UNTERSCHEIDUNG VON DOPPELPOROSITÄT, LEAKAGE UND SCHEINBARER DOPPELPOROSITÄT - DOPPELPOROSITÄTSMODELL - 58 3.3.1.4 METHODE ZUM NACHWEIS ANTHROPOGENER RADIONUKLIDE IM GRUNDWASSER - KONTAMINATIONSMODELL - 60 3.3.1.5 ÄNDERUNG DES 222RN/226RA-VERHÄLTNISSES - REDOXMODELL - 60 3.3.1.6 ÄNDERUNG DES 222RN-GEHALTES - DRUCKÄNDERUNGSMODELL - 61 4. PROBENAHME, PRÄPARATION UND ANALYSE VON WASSERPROBEN 63 4.1 RADIUM IN GRUNDWASSERPROBEN 63 4.1.1 PROBENAHME 63 4.1.2 PRÄPARATION 63 4.1.3 MESSUNG 63 4.2 RADON IN GRUNDWASSERPROBEN 64 4.2.1 PROBENAHME 64 4.2.2 PRÄPARATION 64 4.2.3 MESSUNG 64 5. ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER RA- UND RN- ISOTOPEN-UNTERSUCHUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER GEOLOGIE, DER WASSERCHEMIE UND DER KONVENTIONELLEN ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN (3H, 2H, 18O, 13C, 14C) 65 5.1. GEOLOGIE DES BEREICHES DER KTB UND DES KTB-UMFELDES 65 5.2 AUSWERTUNG DER CHEMISCHEN UND RADIOMETRISCHEN UNTERSUCHUNGEN VON EINZELPROBEN VON GRUNDWÄSSERN VERSCHIEDENER REGIONEN 67 5.2.1 RELATION ZWISCHEN DEN SPEZIFISCHEN ELEKTRISCHEN LEITFÄHIGKEITEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 68 5.2.2 RELATION ZWISCHEN DEN CHLORID-GEHALTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 71 5.2.3 RELATION ZWISCHEN DEN SULFAT-GEHALTEN UND RADIUM-AKTIVITÄTEN 72 5.2.4 RELATION ZWISCHEN DEN BARIUM- UND STRONTIUM-GEHALTEN SOWIE DEN EISEN- UND MANGAN-GEHALTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 72 5.2.5 RELATION ZWISCHEN DEN PH-WERTEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 75 5.2.6 RELATION ZWISCHEN DEN REDOX-POTENTIALEN UND DEN RADIUM-AKTIVITÄTEN 78 5.2.7 RADONAKTIVITÄTEN IN RELATION ZU RADIUMAKTIVITÄTEN UND ENTNAHMETIEFEN SOWIE RADIUMAKTIVITÄTEN IN RELATION ZU DEN VERWEILZEITEN DES GRUNDWASSERS, 226RA/228RA-VERHÄLTNISSE 78 5.2.8 DISKUSSION EINZELNER UNTERSUCHUNGSGEBIETE 84 5.2.8.1 KTB-UMFELD 84 5.2.8.2 SÜDSCHWARZWALD - HERKUNFT DES RADIUMS 85 5.2.8.3 MYDLOVARY (ČR) - ANWENDUNG DES KONTAMINATIONSMODELLS 86 5.3 UNTERSUCHUNGEN AN FLUID- UND GESTEINSPROBEN AUS DER KTB-VB UND AN FLUIDPROBEN DER KTB-HB 88 5.3.1 PUMPVERSUCH APRIL 1990 AN DER KTB-VB 89 5.3.1.1 RADIUM-AKTIVITÄTEN DER FLUIDPROBEN 90 5.3.2 PUMPVERSUCH AUGUST BIS DEZEMBER 1991 AN DER KTB-VB 91 5.3.3 RADONAKTIVITÄTEN VON FLUID- UND GASPROBEN AUS DER KTB-VB 93 5.3.4 RELATION DER RA-AKTIVITÄTEN DER FLUIDE ZU DENEN DES GESTEINS DER KTB-VB 94 5.3.5 UNTERSUCHUNGEN AN FLUIDEN DER KTB-HB 95 5.4 PUMPVERSUCHE IM NÄHEREN KTB-UMFELD 96 5.4.1 PUMPVERSUCHE IN EINEM GRANIT-/DIABAS-GRUNDWASSERLEITER 96 5.4.1.1 PECHBRUNN SILVANA I 96 5.4.1.2 PECHBRUNN SILVANA II 99 5.4.1.3 ZUSAMMENFASSENDE BEURTEILUNG DER GRUNDWÄSSER AUS SILVANA I UND II 101 5.4.2 PUMPVERSUCH IN EINER TIEFBOHRUNG IM EGERGRABEN UND VERGLEICHENDE UNTERSUCHUNG DES GRUNDWASSERS AUS EINER THERMALQUELLE: KARLOVY VARY (KARLSBAD, ČR) 102 5.4.2.1 EINFÜHRUNG UND BESCHREIBUNG DER PROBENAHMESTELLEN 102 5.4.2.2 VERLAUF DES PUMPVERSUCHS IN DER BOHRUNG HJ-2 103 5.4.2.3 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER FLUIDE 104 5.4.2.4 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADONISOTOPENUNTERSUCHUNGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER ISOTOPENHYDROLOGISCHEN UNTERSUCHUNGEN 106 5.4.2.5 ERGEBNISSE DER GASANALYSEN 109 5.4.2.6 ZUSAMMENFASSUNG DER ERGEBNISSE UND DARAUS ABGELEITETE FOLGERUNGEN 110 5.4.3 PUMPVERSUCH IN KELLERHAUS NE` MANTEL (OBERPFALZ) 111 5.5 PUMPVERSUCHE IM WEITEREN KTB-UMFELD 113 5.5.1 PUMPVERSUCH IM OBEREN BUNTSANDSTEIN (RHÖT) UNTERFRANKENS: WIESENFELD BEI KARLSTADT 113 5.5.1.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN UND DER HYDROCHEMISCHEN UNTERSUCHUNGEN 113 5.5.1.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 114 5.5.1.3 ERGEBNISSE DER RADIUM-UNTERSUCHUNGEN UND INTERPRETATION 114 5.5.2 PUMPVERSUCH IM UNTEREN KEUPER/BENKER SANDSTEIN OBERFRANKENS: NEUHAIDHOF BEI CREUSSEN 117 5.5.2.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN UND WASSERCHEMIE 118 5.5.2.2 ERGEBNISSE DER TRITIUMUNTERSUCHUNGEN 118 5.5.2.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 118 5.5.3 PUMPVERSUCH IN EINEM GRUNDWASSERLEITER DES MITTLEREN KEUPER: THERMALBOHRUNG BAYREUTH/OBERFRANKEN 120 5.5.3.1 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 120 5.5.3.2 ERGEBNISSE DER GASGEHALTSBESTIMMUNGEN 122 5.5.3.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 123 5.5.4 PUMPVERSUCH IM MITTLEREN KEUPER/BURGSANDSTEIN: ECKERSDORF/OBERFRANKEN 123 5.5.4.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN 125 5.5.4.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 125 5.5.4.3 ERGEBNISSE DER RADIUM- UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 125 5.5.5 PUMPVERSUCH IM MUSCHELKALK UND ROTLIEGENDEN DER BOHRUNG TREUCHTLINGEN T2 126 5.5.5.1 ERGEBNISSE DER RADIUM-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 128 5.6 PUMPVERSUCHE IN BADEN-WÜRTTEMBERG 128 5.6.1 DREI HORIZONTIERTE PUMPVERSUCHE IN EINER OPALINUSTON-BOHRUNG IN WÜRTTEMBERG (GEISINGEN) 128 5.6.1.1 ERGEBNISSE DER VOR-ORT-MESSUNGEN 130 5.6.1.2 ERGEBNISSE DER ISOTOPENUNTERSUCHUNGEN 130 5.6.1.3 ERGEBNISSE DER RADIUM UND RADON-AKTIVITÄTSBESTIMMUNGEN 132 6. UNTERSUCHUNGEN AN GESTEINSPROBEN 136 6.1 RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE (RFA) 136 6.2 PROBENAHME 136 6.3 PRÄPARATION 136 6.4 MESSUNG UND AUSWERTUNG 137 7. ERGEBNISSE UND DISKUSSION DER GESTEINSUNTERSUCHUNGEN 138 7.1 BOHRKERN AUS DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 138 7.1.1 PETROGRAPHISCHE BESCHREIBUNG DER BEARBEITETEN BOHRKERNABSCHNITTE DER BOHRUNG HJ-2 IM EGERGRABEN 138 7.1.1.1 BESCHREIBUNG DER DÜNNSCHLIFFE 141 7.1.1.2 ERGEBNISSE DER RÖNTGENFLUORESZENZANALYSE UND DER KRISTALLWASSER-BESTIMMUNG NACH DER PENFIELD-METHODE 150 7.1.1.3 DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER DÜNNSCHLIFF- UND DER RÖNTGENFLOURESZENZANALYSE UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES GRUNDWASSERCHEMISMUS 157 7.1.2 BESTIMMUNG DER 226RA- 228RA- UND 230TH-AKTIVITÄTEN AN GESTEINSPROBEN DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 159 7.1.3 BESTIMMUNG DER Δ18O-WERTE AN GESTEINSPROBEN DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 162 7.1.4 VERGLEICHENDE INTERPRETATION DER GEOCHEMISCHEN, ISOTOPEN-GEOCHEMISCHEN UND RADIOMETRISCHEN ERGEBNISSE 168 7.2 GESTEINSOBERFLÄCHEN 169 7.2.1 BESTIMMUNG DER 238U-GEHALTE, DER 234U/238U- UND 230TH/234U-VERHÄLTNISSE, SOWIE DER 226RA- UND 228RA-AKTIVITÄTEN UND DER 226RA/228RA-VERHÄLTNISSE AN AUSGEWÄHLTEN GESTEINSPROBEN AUS DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ-2 169 7.2.1.1 PRÄPARATION UND LEACHING 169 7.2.1.2 DISKUSSION UND INTERPRETATION DER ERGEBNISSE 173 7.2.2 LEACHING-TESTS AN GESTEINSPROBEN AUS SIBYLLENBAD 174 7.3 RADIUMGEHALTSBESTIMMUNGEN AN VERSCHIEDENEN GESAMTGESTEINSPROBEN 175 8. GEOCHEMISCHE UND RADIOMETRISCHE UNTERSUCHUNGEN AN EISEN- UND MANGAN-OXIHYDROXIDEN 177 8.1 SEQUENTIELLE EXTRAKTION DER EISEN- UND MANGANOXIHYDROXIDE 178 8.1.1 PRÄPARATIONSVERFAHREN 178 8.1.2 ERGEBNISSE DER SEQUENTIELLEN EXTRAKTION 179 8.2 RÖNTGENAUFNAHMEN 180 8.3 ELEKTRONENMIKROSKOPISCHE AUFNAHMEN VERBUNDEN MIT ENERGIEDISPERSIVER RÖNTGENANALYSE EDX 181 8.3.1 PRÄPARATION UND MESSUNG 181 8.3.2 ERGEBNISSE DER ELEKTRONENMIKROSKOPIE UND DER EDX 182 8.4 RÖNTGENFLUORESZENZANALYSEN 184 8.5 ZUSAMMENFASSENDE DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER 194 EISEN- UND MANGANOXIHYDROXID-UNTERSUCHUNGEN 194 9. KURZE GESAMTZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 194 DANK 195 LITERATURVERZEICHNIS 196 VERZEICHNIS DER VERWENDETEN KARTEN 204 ANHANG A: FUßNOTEN 206 ANHANG B: TABELLEN 210 ANHANG C: AUFNAHMEN DER UNTERSUCHTEN BOHRKERNABSCHNITTE DER BOHRUNG KARLOVY VARY HJ 2. 309 ANHANG D: GEOLOGIE DES KTB-UMFELDES (AUS: GEOLOG. KARTE DES KTB-UMFELDES OBERPFALZ 1: 50.000, HANNOVER 1991) 313

Tribology has been recognized as a very important discipline in different branches of industry because almost every mechanical system has some moving parts. Due to the relative motion between these different mechanical parts, a variety of contacts are formed, and they are very often lubricated with oil. Environmental protection and ecological awareness are becoming increasingly important, which in turn has resulted in the shift to a low-carbon society, making water more interesting as a possible lubricant. On the one hand, water is less environmentally damaging as a lubricant than oil, but on the other hand, water has very poor lubrication properties, as its viscosity is 100 times lower than the viscosity of oil. These limitations might be overcome by appropriate surface engineering (e.g., diamond-like carbon, DLC). Tribological tests were performed in oil and water for two different contacts. Steel/steel and steel/DLC were investigated. DLC was recognized as a very promising solution, which ensures low friction and low wear. DLC was deposited on a real hydraulic part in an orbital hydraulic motor and tested under real industrial conditions. The overall efficiency of the hydraulic motor was measured.

Biped robots with serial links driven by an electric motor experience problems because the motor and transmission are installed in each joint, causing the legs to become very heavy. Previous solutions involved robots using servo valves, a type of highly responsive proportional valve. However, high supply pressure is necessary to realize high responsiveness and the resulting energy losses are large. To address this problem, we proposed a hydraulic direct-drive system in which the pump controls the cylinder meter-in flow, while a proportional valve controls the meter-out flow. Furthermore, our hydraulic interlocking drive system connects two hydraulic direct-drive systems for biped humanoid robots and concentrates the pump output on one side cylinder. The meter-in flow rate of the other side cylinder is controlled by the meter-out flow rate of the cylinder on which the pump is concentrated. A comparison of the walking simulation performance with that of the conventional independent system shows that our proposed system reduces the motor output power by 24.3%. These results prove the feasibility of constructing a two-legged robot without having to incorporate highly responsive servo valves.

In this paper, electrification of hydraulic systems is proposed using high-efficiency permanent magnet (PM) motors and wide bandgap power electronic drives. Direct driven hydraulics (DDH) is selected because of its higher efficiency compared to other conventional technologies such as valve-controlled systems. The DDH is directly driven by a servomotor. The ratings and design guidelines for a servomotor used in DDH applications are provided in this paper. Specifically, a surface permanent magnet synchronous machine (SPMSM) is designed. Finally, a state-of-the-art inverter using silicon carbide wide bandgap devices are designed for high performance operation.

The following article describes the development, validation and series introduction of a novel highly integrated smart electrohydraulic 4-quadrant displacement machine. Starting in 2012, an unique unit consisting of a hydraulic internal gear machine combined with a newly developed electric machine with integrated electronic unit was created. The developed unit aims at the application in fully active automotive chassis in combination with hydraulic shock absorbers. The very special requirements of this application resulted in a new development with numerous detailed solutions which are described below. Parallel and interacting with the product development, all new series assembly and testing devices tailored to this product was developed.