Die Anforderungen, in vielen Bereichen des Maschinen- und Anlagenbaus immer mehr Leichtbaumaßnahmen zu realisieren, steigen ständig weiter an. Die Umsetzung von Leichtbaukonzepten wird durch den Einsatz neu entwickelter Werkstoffe und Werkstoffsubstitution realisiert. Es steht fest, dass die herkömmlichen Technologien eine weitere Steigerung der Leichtbaupotentiale nicht mehr gewährleisten können. In der vorliegenden Arbeit wurden neue innovative Fertigungstechnologien zur Herstellung von hohlen, MMC und damit massereduzierten Bauteilen entwickelt, die in der Kraftfahrzeugtechnik, Wärmetechnik und Medizin sowie im Maschinenbau Anwendung finden können. Die neuen Gießverfahren beinhalten Fertigungsmethoden auf der Basis des bekannten Niederdruckgießens durch gesteuerte Formfüllung und definierte Abkühlungsbedingungen.

Die Charakterisierung von Dispersionen hat das Ziel, die Zusammensetzung und den Zustand von partikelhaltigen Stoffgemischen zu erfassen. Vor allem der Zustand der dispersen Phase (Partikel), der wiederum von der Größe und der Konzentration der Partikel bestimmt wird, ist in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Neben optischen Verfahren, wie der Laserbeugung oder der Lichtstreuung, ist die Anwendung von akustischen Methoden vor allem dann sinnvoll, wenn die zu untersuchenden dispersen Stoffgemische opak und optische Methoden nur noch eingeschränkt (nach Verdünnung) anwendbar sind. Derartige Dispersionen weisen oftmals eine hohe Partikelkonzentration auf. Die Erfassung und Auswertung von Ultraschallechosignalen aus konzentrierten Dispersionen stellt einen neuartigen Ansatz innerhalb der akustischen Partikelmesstechnik dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Ultraschallrückstreuverhalten von konzentrierten Dispersionen im unteren Megahertzbereich durchgeführt. Die messtechnische Erfassung der von der Dispersion reflektierten Schallanteile stellte eine besondere Herausforderung dar. Vor allem bei Partikeln, die klein gegenüber der Wellenlänge des Schalls sind oder einen geringen akustischen Kontrast gegenüber der kontinuierlichen Phase aufweisen, ist ein entsprechend schwaches Echosignal zu erwarten. Im Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen zeigt sich eine hohe Sensitivität des akustischen Rückstreuverhaltens gegenüber der Zusammensatzung der Dispersion. Vor allem in konzentrierten Dispersionen kann die Messung direkt, d. h. ohne vorherige Verdünnung durchgeführt werden. Dieser Umstand prädestiniert das entwickelte Messverfahren für den Einsatz innerhalb der prozessnahen Charakterisierung von Partikelsystemen, beispielsweise bei Nasszerkleinerungs- oder Kristallisationsprozessen. Bei derartigen Prozessen ist eine Probenahme und Probenaufbereitung nicht oder nur eingeschränkt möglich.

The maintenance schedule of generators in power plants needs to match the electricity demand and needs to ensure the reliability of the power plant at a minimum cost of operation. In this study, a comparison is made between the modified generator maintenance scheduling model and the classic generator maintenance scheduling model using the reliability objective functions. Both models are applied to a 21-unit test system, and the results show that the modified generator maintenance scheduling model gives better and more reliable solutions than the regular generator maintenance scheduling model. The better results of the modified generator maintenance scheduling model are due the modified and additional constraints in the modified generator maintenance scheduling model. Due to the reliable results of the modified generator maintenance scheduling model, a robust model is formulated using the economic cost objective function. The model includes modified crew and maintenance window constraints, with some additional constraints such as the relationship constraints among the variables. To illustrate the robustness of the formulated GMS model, the maintenance of the Arnot power plant in South Africa is scheduled with open-loop and closed-loop controllers. Both controllers satisfy all the constraints but the closed-loop results are better than the open-loop results. AFRIKAANS : Die onderhoudskedule vir kragopwekkers (OSK) in kragstasies moet kan voorsien in die vraag na elektrisiteit en moet die betroubaarheid van die kragstasie teen ’n minimum operasiekoste verseker. In hierdie studie word die betroubaarheidsdoelwitfunksie gebruik om ’n gewysigde onderhoudskeduleringsmodel vir kragopwekkers te vergelyk met die konvensionele onderhoudskeduleringsmodel. Beide modelle word toegepas op 'n 21-eenheid-toetsstelsel, en die resultate toon dat die gewysigde model ’n beter en meer betroubare oplossing bied as die konvensionele model. Die beter resultate van die gewysigde model is die gevolg van die gewysigde en bykomende beperkings in die gewysigde model. As gevolg van die betroubare resultate van die gewysigde onderhoudskeduleringsmodel word die koste-ekonomie-doelwitfunksie gebruik om ’n robuuste model te formuleer. Die model sluit gewysigde bemanning- en onderhoudvensterbeperkings in, met ’n paar bykomende beperkings soos die verhoudingsbeperkings tussen die veranderlikes. Om die robuustheid van die geformuleerde OSK-model te illustreer word die instandhouding van die Arnot kragstasie in Suid-Afrika geskeduleer met oop- en geslotelus-beheerders. Beide beheerders voldoen aan al die beperkinge, maar die geslotelusresultate is beter as die ooplusresultate. / Dissertation (MSc)--University of Pretoria, 2011. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / Unrestricted

Run-of-mine ore milling circuits are generally difficult to control owing to the presence of strong external disturbances, poor process models and the unavailability of important process variable measurements. These shortcomings are common for processes in the mineral-processing industry. For processes that fall into this class, the peripheral control tools in the control loop are considered to be as important as the controller itself. This work addresses the implementation of peripheral control tools on a run-of-mine ore milling circuit to help overcome the deteriorated control performance resulting from the aforementioned shortcomings. The effects of strong external disturbances are suppressed through the application of a disturbance observer. A fractional order disturbance observer is also implemented and a novel Bode ideal cutoff disturbance observer is introduced. The issue of poor process models is addressed through the detection of significant mismatch between the actual plant and the available model from process data. A closed-form expression is given for the case where the controller has a transfer function. If the controller does not have a transfer function, a partial correlation analysis is used to detect the transfer function elements in the model transfer function matrix that contain significant mismatch. The mill states and important mill parameters are estimated with the use of particle filters. Simultaneous state and parameter estimation is compared with a novel dual particle filtering scheme. A sensitivity analysis shows the class of systems for which dual estimation would provide superiorestimation accuracy over simultaneous estimation. The implemented peripheral control tools show promise for current milling circuits where proportional-integral-derivative (PID) control is prevalent, and also for advanced control strategies, such as model predictive control, which are expected to become more common in the future. AFRIKAANS : Maalkringe wat onbehandelde erts maal is oor die algemeen moeilik om te beheer as gevolg van die teenwoordigheid van sterk eksterne steurings, onakkurate aanlegmodelle en metings van belangrike prosesveranderlikes wat ontbreek. Hierdie probleme is algemeen vir aanlegte in die mineraalprosesseringsbedryf. Vir aanlegte in hierdie klas word die randbeheerinstrumente as net so belangrik as die beheerder beskou. Hierdie verhandeling beskryf die implementering van randbeheerinstrumente vir ’n maalkring wat onbehandelde erts maal, om die verswakte beheerverrigting teen te werk wat veroorsaak word deur bogenoemde probleme. Die impak van sterk eksterne steurings word teengewerk deur die implementering van ’n steuringsafskatter. ’n Breuk-orde-steuringsafskatter is ook geïmplementeer en ’n nuwe Bode ideale afsnysteuringsafskatter word voorgestel. Die kwessie van onakkurate aanlegmodelle word hanteer deur van die aanlegdata af vas te stel of daar ’n verskil is tussen die aanleg en die beskikbare model van die aanleg. ’n Uitdrukking word gegee vir hierdie verskil vir die geval waar die beheerder met ’n oordragsfunksie voorgestel kan word. Indien die beheerder nie ’n oordragsfunksie het nie, word van ‘n parsiële korrelasie-analise gebruik gemaak om die element, of elemente, in die aanleg se oordragsfunksiematriks te identifiseer wat van die werklike aanleg verskil. Die toestande en belangrike parameters in die meul word beraam deur van partikel-filters gebruikte maak. Gelyktydige toestand- en parameter-beraming word vergelyk met ’n nuwe dubbel-partikelfilter skema. ’n Sensitiwiteitsanalise wys die klas van stelsels waarvoor dubbel-afskatting meer akkurate waardes sal gee as gelyktydige afskatting. Die voorgestelde randbeheerinstrumente is toepaslik vir huidige maalkringe waar PID-beheer algemeen is, asook vir gevorderde beheerstrategieë, soos model-voorspellende beheer, wat na verwagting in die toekoms meer algemeen sal word. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2012. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

Like all other viruses, a successful egress of functional particles from infected cells is a prerequisite for foamy virus (FV) spread within the host. The budding process of FVs involves steps, which are shared by other retroviruses, such as interaction of the capsid protein with components of cellular vacuolar protein sorting (Vps) machinery via late domains identified in some FV capsid proteins. Additionally, there are features of the FV budding strategy quite unique to the spumaretroviruses. This includes secretion of non-infectious subviral particles and a strict dependence on capsid-glycoprotein interaction for release of infectious virions from the cells. Virus-like particle release is not possible since FV capsid proteins lack a membrane-targeting signal. It is noteworthy that in experimental systems, the important capsid-glycoprotein interaction could be bypassed by fusing heterologous membrane-targeting signals to the capsid protein, thus enabling glycoprotein-independent egress. Aside from that, other systems have been developed to enable envelopment of FV capsids by heterologous Env proteins. In this review article, we will summarize the current knowledge on FV budding, the viral components and their domains involved as well as alternative and artificial ways to promote budding of FV particle structures, a feature important for alteration of target tissue tropism of FV-based gene transfer systems.

Morphogens of the Wnt and Hedgehog families are secreted signaling molecules that coordinate growth and patterning of many different tissues. Both, Wingless and Hedgehog spread across long distances in developing wing of Drosophila melanogaster. However, both proteins are covalently modified with lipid moieties. The mechanisms that allow long-range movement of such hydrophobic molecules are unclear. Like Wingles and Hedgehog, glycosylphosphatidylinositol (gpi)-linked proteins also transfer between cells with their lipid anchor intact. It has been speculated that gpi-linked proteins and lipid-linked morphogens travel together on a membranous particle, which was termed an argosome. As yet however, no functional link between argosome production and dispersal of lipid-linked proteins has been established. The topic of this thesis is to understand the cell biological nature of the argosome and thus contribute to understanding of morphogen gradient formation. To address the question of argosome biosynthesis, at least two models have been proposed. One possibility is that argosomes are membranous exovesicles with a complete membrane bilayer. Alternatively, argosomes might resemble lipoprotein particles that comprise on of a family of apolipoproteins scaffolded around a phospholipid monolayer that surrounds a core of esterified cholesterol and triglyceride. Lipid-modified proteins of the exoplasmic face of the membrane (like GFPgpi, Wingless or Hedgehog) might fit well into the outer phospholipid monolayer of such a particle. Here, I utilize biochemical fractionation to determine the sort of particle that lipid-linked proteins associate with. I show that Wingless, Hedgehog and gpi-linked proteins bind Drosophila lipoprotein particles in vitro, and colocalize with them in wing imaginal discs. Next, I use genetic means to address the functional importance of this association. I demonstrate that reducing Lipophorin levels in Drosophila larvae perturbs long-range but not shor-range Wingless and Hedgehog signaling, and increases the sequestration of Hedgehog by Patched. I propose that Lipophorin particles are vehicles for the long-range movement of lipid-linked morphogens and gpi-linked proteins.

Die dynamische Schätzung der Fahrzeugposition durch Sensordatenfusion ist eine der grundlegenden Aufgaben für moderne Verkehrsanwendungen wie zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme oder Pre-Crash-Sicherheitssysteme. In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur dezentralen kooperativen Fahrzeuglokalisierung vorgestellt, das auf einer allgemeinen Methode zur Fusion von Informationen mehrerer Teilnehmer beruht. Sowohl die lokale als auch die übertragene Schätzung wird durch Partikel dargestellt. Innerhalb einer Simulation wird gezeigt, dass sich die Positionsschätzung der einzelnen Teilnehmer im Netzwerk im Vergleich zu einer reinen GPS-basierten Lösung verbessert.

Spreading of mixtures of oil with suitable silica particles onto a water surface leads to the formation of composite layers in which particles protrude at the top and at the bottom from the oil. Solidification of the oil and removal of the particles give rise to porous membranes. Pore widths and membrane thicknesses depend on particle sizes and usually are in the range of 70 – 80% of their diameters. Often freely suspended porous membranes are too fragile to operate them in pressure filtration without supportive structure. To improve mechanical stability of porous membranes, a mixture of silica particles with an oil is spread onto a nonwoven fibrous support that was drenched with water. Solidification of the oil and removal of particles yields porous membrane attached to the fibers of the support. Due to inhomogeneous surface of the fabric, the membranes that are attached to it are corrugated. To obtain flat supportive structures, glass beads with 75 μm in diameter are spread onto the water surface with the oil. Solidification of the oil and then removal of particles gives rise to porous membranes with pore diameters in micrometer range. Another concept of improvement of mechanical stability is the preparation of asymmetric membranes via spreading of a mixture of two sorts of particles with opposite surface properties with the oil onto the water surface. After solidification of the oil and removal of particles, membranes with pores width in the range from 30 – 50 nm are obtained. Slow removal of silica particles from composite monolayer that floats on the water surface gives rise to silica rings in intermediate stages of removal. Mixed matrix membranes with embedded carbon molecular sieves are prepared in a similar process as detailed above by using carbon particles instead of silica. Carbon molecular sieves protrude at the top and bottom from the polymeric matrix. Theoretical prediction of permeability and selectivity through these membranes are much higher than in membranes where particles are smaller than the membrane thickness. / Spreitet man Mischungen eines Öls mit geeigneten Kieselgelpartikeln auf eine Wasseroberfläche, führt dies zur Bildung gemischter Schichten, in denen die Partikel auf der Ober- und Unterseite aus dem Öl herausragen. Härtet man das Öl aus und entfernt die Partikel, erhält man poröse Membranen mit einheitlichen Poren. Dabei hängen die Porenweiten und Membrandicken von der Partikelgröße ab und betragen üblicherweise 70 – 80 % von deren Durchmesser. Oft sind freitragende poröse Membranen zu zerbrechlich um mit ihnen Druckfiltration ohne Stützstruktur durchzuführen. Um die mechanische Stabilität von porösen Membranen zu erhöhen spreitet man eine Mischung aus Kieselgelpartikeln und einem Öl auf einem Vliesstoff, der mit Wasser getränkt ist. Das Aushärten des Öls und die Entfernung der Partikel führt zu einer porösen Membran, die an die Fasern der Stützstruktur angeheftet ist. Durch die inhomogene Oberfläche des Vliesgewebes sind die daran angehefteten Membranen gewellt. Um eine ebene Stützstruktur zu erhalten, werden Mischungen aus dem Öl und Glaskugeln mit einem Durchmesser von 75 μm verwendet. Das Aushärten des Öls und die Entfernung der Partikel führt zu ebenen porösen Membranen mit Porendurchmessern im Mikrometerbereich. Ein weiteres Konzept, um die mechanische Stabilität zu erhöhen, ist die Herstellung asymmetrischer Membranen mit Hilfe des Spreitens einer Mischung zweier Partikelsorten mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften mit dem Öl auf die Wasseroberfläche. Nach dem Aushärten des Öls und der Entfernung der Partikel erhält man eine asymmetrische Membran mit kleinen Porenweiten an der Oberseite und großen Porenweiten an der Unterseite. Durch langsames Entfernen der Kieselgelpartikel aus der gemischten Schicht, die auf der Wasseroberfläche schwimmt, kann man in einem Zwischenstadium Kieselgelringe erhalten. Kompositmembranen (mixed matrix membranes) mit eingebetteten Kohlenstoffmolekularsieben werden in einem gleichen Prozess wie oben beschrieben hergestellt, indem man Kohlenstoffpartikel anstatt der Kieselgelpartikel verwendet. Die Kohlenstoffmolekularsiebe ragen auf der Ober- und Unterseite aus der Polymermatrix heraus. Die theoretisch vorhersagten Durchlässigkeiten und Selektivitäten solcher Membranen sind wesentlich höher als bei Membranen, in denen die Partikel kleiner als der Membrandicke sind.

Eine spezielle Art poröser Membranen sind die sogenannten Mikrosiebe. Ihre Dicke ist geringer als der Durchmesser der Poren und sie besitzen eine einheitliche Porengröße und eine dichte Porenpackung. Sie zeichnen sich somit durch eine hohe Trennschärfe aus und eignen sich daher und aufgrund ihres geringen Filtrationswiderstandes besonders für den Einsatz als Filtrationsmedien. Ein Prinzip, um Mikrosiebe herzustellen, ist die Partikel-assistierte Benetzung. Bei dieser Methode wird ein polymerisierbares organisches Öl zusammen mit Kieselgelpartikeln auf einer Wasseroberfläche gespreitet. Nach dem Auspolymerisieren des Öls und dem anschließenden Entfernen der Partikel erhält man die gewünschten Mikrosiebe, welche an den Stellen, an denen sich zuvor die Kieselgelpartikel befanden, Poren besitzen. Die Porengröße der Siebe ist dabei über die Größe der verwendeten Partikel in weiten Grenzen (ca. zwischen 20 nm und 1000 nm) einstellbar und die Größe und Form des Mikrosiebes wird lediglich durch die Flächengröße und -form der zur Herstellung verwendeten Wasseroberfläche vorgegeben. Jedoch ist die mechanische Stabilität der Mikrosiebe für die gewünschte Anwendung als Filtrationsmedium oftmals nicht zufriedenstellend. Daher ist eine Stabilisierung erforderlich. Eine Möglichkeit, diese Stabilisierung zu erreichen, ist das Aufbringen einer externen makroporösen Stützstruktur. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Möglichkeit vorgestellt mittels der Drucktechnik des sog. Inkjet-Druckens eine potentielle Stützstruktur auf ein solches Mikrosieb zu applizieren und dieses somit zu stabilisieren.

We report on the fabrication of a new complex catalytic system composed of silica-supported silver nanoparticles (AgNP) encapsulated inside polymer microcapsules (MC)s. The silver nanocatalyst itself was obtained by reduction of silver salt in the presence of SiO₂ particles acting as AgNP carriers, to provide a complex Ag/SiO₂ catalyst with the Ag surface completely free of capping agents. Ag/SiO₂ particles were enclosed inside the interior of polymer microcapsules. Due to the presence of the hydrophobic shell on the MC surface, catalytic reactions become feasible in an organic solvent environment. On the other hand, the hydrophilic nature of the MC interior forces the water-soluble reactants to concentrate inside the capsules which act as microreactors. Based on the example of catalytically driven reduction of 4-nitrophenol we demonstrate that encapsulated Ag/SiO₂ particles possess enhanced catalytic activity as compared to the catalyst being freely dispersed in reaction medium.