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Übergang von Bachelor-Absolventen in den Beruf

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Die vorliegende Studie untersucht am Beispiel der Studierenden in den sogenannten MINT-Fächern im Land Brandenburg, wie der Übergang von der Hochschule in den Beruf mit einem Bachelor-Abschluss gelingt. Sie zeigt dabei auf, dass Studierende, die diesen Weg gegangen sind, überwiegend zufrieden sind. Gleichzeitig ist festzustellen, dass in einigen Bereichen Handlungsbedarf besteht. ····· 10361108165

Biphasic osteoconductive polymer scaffolds for mandibular bone reconstruction

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Accounting for one third of the face, the mandible is one of the most influential anatomical facial regions. Playing a major role for the vital functions such as chewing and speaking as well as for the facial appearance, any mandibular deformation or discontinuity implicates serious impairments for the affected patients. As the majority of mandibular defects are classified as critical size defects, a spontaneous healing cannot be expected, thus leading to surgical interventions. To restore the patient`s mandible functionally and aesthetically, various reconstructive methods have been developed within the centuries, including alloplastic materials, autografts and distraction techniques. But despite this broad spectrum of techniques and the fact that no case remains untreated in nowadays, oral maxillofacial surgeons still emphasize indications where the currently available treatment methods are either not sufficient, do not render the desired outcome or can simply not be justified due to the 2nd medical intervention. In order to offer an effective and innovative solution, these cases were further specified through a treatment gap analysis. Based on the detected clinical need, this thesis aimed for the development of a synthetic osteoconductive polymer scaffold. Based on CT-data of patients, a negative mandibular mould was generated and the scaffold was produced by merging ceramics and resorbable polymers via microwave radiation. With respect to improved bone regeneration, the scaffold was equipped with an artificial vessel, enabling the connection to the remaining blood system. In regards to the material choice, numerous standardized blends were validated for their degradation behavior, mechanical and chemical characteristics. Furthermore, the biocompatibility and cytotoxicity of the developed blends were examined in vitro and in an ovine bone defect model in vivo. With the subsequent determination of a suitable scaffold composite, dynamic performance tests were conducted. By this, the developed scaffold might be a promising alternative to conventional treatment methods. ····· 10361108163

Kosteneffizientes Produktionsverfahren zur Herstellung von Carbonfaser-Precursoren

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Das Ziel der Dissertation ist, Möglichkeiten zur Kostenreduktion in der Carbonfaserprecursorherstellung zu identifizieren, umzusetzen und zu validieren. Die geringe Marktdurchdringung von Carbonfasern ist auf den hohen Preis zurückzuführen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird im Rahmen dieser Arbeit zunächst eine Methode entwickelt, mit der Produktionsprozesse kosteneffizient ausgelegt werden können. Anhand der entwickelten KEPp-Methode wird anschließend der Precursorherstellungsprozess analysiert, Effizienzsteigerungskonzepte werden erarbeitet und in Versuchen validiert. Zunächst wird im ersten Schritt eine Prozesskostenrechnung (KEPp 1) durchgeführt. Das Ergebnis hiervon ist eine Übersicht über die Prozessschritte, die verändert werden müssen, um die Kosteneffizienz zu erhöhen. Da in der Kostenrechnung nicht die technische Umsetzbarkeit berücksichtigt wird, wird die technische Machbarkeitsanalyse (KEPp 2) direkt an die Kostenrechnung angeschlossen. Zusätzlich erfolgt eine ökologische Betrachtung in Form der Berechnung des Carbon Footprints (KEPp 3). Die Kombination aus wirtschaftlicher, technischer und ökologischer Analyse ergibt, dass das Spinnverfahren für höhere Durchsätze ausgelegt und der Volumenstrom in die Lösungsmittelrückgewinnungsanlage verringert werden muss. Die beiden Entwicklungspfade werden anschließend getrennt voneinander betrachtet, die methodische Vorgehensweise bleibt jedoch identisch. Zunächst werden im Rahmen einer technologischen Feinanalyse (KEPp 4) die Prozesse im Detail beschrieben, so dass die Wirkungsweise bekannt ist. Dies ist notwendig, damit die Prozesse von Grund auf neu gestaltet werden können. Im Falle der Erhöhung des Durchsatzes im Spinnprozess zeigt sich, dass das Luftspaltspinnen Vorteile gegenüber dem konventionellen Nassspinnen bietet. Basierend auf dem in der Literatur beschriebenen Luftspaltspinnen wird dieses Konzept um die Realisierung eines Konzentrationsgradienten im Koagulationsbad erweitert (KEPp 5 & 6). Hierfür wird in das Koagulationsbad ein Trichter eingebaut, dem ein Wasser/DMSO-Gemisch mit hohem Anteil an DMSO zugegeben wird. Der Faden tritt nach Durchlaufen des Luftspalts durch den Trichter in das Koagulationsbad ein. Hierbei koaguliert er langsamer als im normalen Luftspaltspinnverfahren, da im Trichter ein geringerer Konzentrationsunterschied zwischen Faser und Koagulationsbad besteht. Nach Durchlaufen des Trichters tritt der Faden in das eigentliche Koagulationsbad ein und verfestigt sich weiter. Mit diesem Verfahren ist die Herstellung dichterer Faserstrukturen möglich. Dieses Konzept wird in Labor- und Pilotversuchen validiert (KEPp 7). Im Rahmen der Versuche wird der erreichbare Durchsatz als Funktion der Düsenaustrittsgeschwindigkeit und des Spinnverzugs, die Dichte, die Homogenität sowie die Querschnittsform der entstehenden Faser untersucht. Im zweiten Entwicklungspfad werden basierend auf den Anforderungen an ein Waschbad mehrere Konzepte im Rahmen einer Nutzwertanalyse verglichen (KEPp 5). Es ergibt sich, dass u. a. das Flottenverhältnis hoch sein muss und Turbulenzen im Bad erzeugt werden müssen. Die Auswahl des zu realisierenden Konzeptes mithilfe einer Nutzwertanalyse (KEPp 6) ergibt, dass drei neue Waschverfahren dem Standardprozess überlegen sein könnten. In Experimenten an einer Pilotspinnanlage (KEPp 7) wird untersucht, welchen Einfluss die Relativgeschwindigkeit zwischen Faden und Waschbad und der Einsatz von verschiedenen Turbulenz erzeugenden Konstruktionen auf den Restlösungsmittelgehalt der Faser hat. Die Analyse mit der Thermogravimetrie ergibt, dass eine hohe Relativgeschwindigkeit sowie der Einsatz von Turbulenzen zu den besten Waschergebnissen führen. Diese beiden Anforderungen erfüllt das Konzept der schiefen Ebene. Nach der praktischen Validierung wird ein Konzept erarbeitet, wie der neue Waschprozess in die Industrie übertragen werden kann. Aufbauend auf den Ergebnissen der Konzeptvalidierungen werden in den letzten Schritten (KEPp 8 und KEPp 9) der Arbeit die Auswirkungen der Entwicklungen im ökologischen sowie mikro- und makroökonomischen Kontext dargelegt. Abschließend werden im Ausblick Anregungen für weitere Forschungsthemen gegeben, die die Marktdurchdringung von Carbonfasern fördern werden. ····· 10361108161

Optimierung und Nachweis der Ultraschallprüfbarkeit von akustisch anisotropen Werkstoffen an austenitischen Schweiß- und Mischverbindungen

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Schweißnähte in austenitischen Stählen sowie in Mischschweißverbindungen gehören für die Qualitätsprüfung mit Ultraschall traditionell zu `schwerprüfbaren` Materialien. Während des Erstarrungsprozesses bildet sich in diesen Schweißnähten eine ausgeprägte dendritische Gefügestruktur, die gleichzeitig grobkörnig, anisotrop und inhomogen ist. Die Zuverlässigkeit von konventionellen Ultraschallprüfverfahren an austenitischen Schweißnähten hängt sehr stark von den ausgewählten Prüfparametern und der Erfahrung des Prüfers ab. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Ultraschallprüftechnik entwickelt, die den Fehlernachweis und -bewertung speziell in austenitischen Schweiß- und Mischschweißverbindungen mit quantitativen Aussagen zu Fehlergröße, -Art, und -Lage in akustisch anisotropen inhomogenen Werkstoffen ermöglicht. Das der Prüftechnik zugrunde liegende Prinzip der synthetischen Fokussierung mit Berücksichtigung der Materialanisotropie und -inhomogenität in Kombination mit zwei- und dreidimensionaler Darstellung der Ergebnisse gewährleistet eine quantitative und zuverlässige Bewertung von Materialfehlern in akustisch anisotropen inhomogenen Prüfobjekten. Unter anderem wurde in der vorliegenden Dissertation ein iterativer Algorithmus für Bestimmung von unbekannten elastischen Eigenschaften eines inhomogenen anisotropen Werkstoffs entwickelt. Er ermöglicht den Einsatz der entwickelten Prüftechnik in der Praxis, da die Anisotropie von den meisten (insbesondere von handgeschweißten) Schweißverbindungen in der Regel unbekannt ist. Die Funktionalität der entwickelten Prüftechnik wurde durch mehrere Prüfexperimente an geschweißten austenitischen Testkörpern mit künstlichen und realen Materialungänzen validiert. Für den Einsatz des neuen Verfahrens in der Prüfpraxis werden verschiedene Prüfstrategien vorgeschlagen, die je nach aktueller Prüfaufgabe verwendet werden können. ····· 10361108157

Investigations on the propulsion of droplets induced by surface acoustic waves

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The book is not only for the researchers working on this area for further development, but also for the students or other readers who would like to learn or study on the acoustic propulsion theoretically and experimentally. The book is with simple vivid explanations to introduce the acoustic phenomenon on droplet propulsion, which looks like the tsunami induced by the earthquake. Therefore, the market is big which could be from the researchers to the pupils. ····· 10361108152

Optimal Process Operation by Using Economics Optimizing Nonlinear Model Predictive Control

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Nonlinear model predictive control (NMPC) is perhaps the most advanced feedback control technique that introduced a significant impact on the industrial chemical processes since it is capable to optimize and control the system simultaneously. Its abilities to handle multivariable control systems, to incorporate constraints into the control problem formulation and to enable the integration of economics optimizing criteria into the feedback control design are the most outstanding advantages among many others. Different nonlinear model predictive techniques were applied successfully to different control structures of a simulated nonlinear continuous stirred tank reactor with feed concentration disturbances and sensor noise, and to different control structures of a simulated pilot-scale continuous catalytic distillation column with plant-model mismatch and input and output noise. Both of the considered case studies exhibit complex phenomena such as nonlinearity, non-minimum phase behaviour (NMP), input multiplicity and local minima. Input multiplicities for instance may lead to multiple solutions and to wrong control actions and the steady-state may be shifted to a sub-optimal operating point during the operation of the plant when the standard class of controllers with a regulation objective (conventional reference tracking NMPC) is used. Economics optimizing NMPC controllers to optimize and control the operations of a non-minimum phase continuous stirred tank reactor (CSTR) and the operations of a complex dynamics pilot-scale continuous catalytic distillation (CCD) process are intensively investigated. This direct economic optimization scheme is compared with a compromise scheme, the economics-oriented tracking controller. Different control structures are used to explore the potential benefits of the dynamic online economicsbased nonlinear control strategies. Online state and disturbance estimation is an integral part of the investigated NMPC control schemes particularly in the presence of disturbances and plant-model mismatch. Two conceptually different state and disturbance estimation techniques are used in this dissertation namely the extended Kalman filter (EKF) and the nonlinear gain-scheduled observer, which is a modified version of the extended Luenberger observer (ELO). In this dissertation, global as well as local optimization algorithms are used. The global optimization algorithm is used primarily to locate the optimal region (i.e. good initial guess) to a local optimization algorithm and to avoid those potentially optimal parts of the space from being overlooked. The local optimization algorithm finds the best point in that optimal region. The outcome of this work indicates that by using direct economics optimizing NMPC the plant economics can be handled better while guaranteeing the product specifications. The economics-oriented tracking controller can also improve the economics of the process when more degrees of freedom than controlled variables are available, however, it can also violates the product specifications which necessitates the use of an extensive tuning procedure. Generally, the economics of the process can be enhanced when more degree of freedom are manipulated at the price of more complex optimization problems. The concept of the economics optimizing NMPC can straightforwardly be applied to similar chemical processes and the findings and conclusions deduced from this work are important for analogous chemical processes. ····· 10361108146

Bimodal microstructure and fatigue properties of nanocrystalline and ultrafine grained nickel

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The nanocrystalline (NC) and ultrafine grained (UFG) materials show very high strength but low ductility. In this work bimodal microstructures are developed by introducing larger grains into the finer grained matrix, to combine high strength and considerably high ductility at the same time. Different bimodal microstructures are developed by heat treatment of the PED NC nickel and the ECAP UFG nickel. The grain growth kinetics is quantitatively analyzed using the JMAK model and the Burke and Turnbull model for the PED nickel. However, the annealing phenomena for the ECAP UFG nickel are difficult to be described quantitatively due to the initial severe plastic deformed state and are only qualitatively analyzed. Microhardness measurement and tensile tests show that the finer grains provide the strength and the coarser grains ensure the ductility in the bimodal microstructures. The fatigue behavior and crack growth resistance is systematically investigated for the different microstructures. The microcracks introduced by focus ion beam propagate during the fatigue experiments and induce the ultimate fracture for the PED NC, NC/UFG and UFG nickel. Among them the bimodal NC/UFG nickel shows the best fatigue performance. However, the ECAP nickel is not sensitive to the microcracks, and therefore the macro-notches are introduced to investigate the crack growth behavior. Dynamic recrystallization is found to be the main mechanism for the plastic deformation in the ECAP nickel. ····· 10361108142

Robust Composite Clock Using Modified Kalman Filtering

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Main focus of a global navigation satellite system (GNSS), such as the European System Galileo or the GPS operated by the United States is the generation of a highly stable and robust system time and the determination of the time offsets relative to the system time for each satellite clock. With the application of the so-called clock offset estimates or parameters, pseudo range measurements are corrected to mitigate the time related error of each satellite clock. Evidently, any failure or mal-functioning of the system time affects the synchronization performance. It is therefore a key requirement of a GNSS to generate a robust system time. Conceptually, there are two approaches to be distinguished to establish a system time: the master and the composite clock approach. Contrary to the master clock approach, in which one atomic clock physically defines the system time, a composite clock, studied within this work, establishes its system time as a kind of weighted average out of the participating clock offsets. Using a composite clock, a clock offset affected by an operational event can be excluded from the ensemble defining the average. Within the thesis the design and performance evaluation of an operational composite clock algorithm based on a novel modified Kalman filter is presented. ····· 10361108136

Zur Meerwasserentsalzung mit Mehreffekt-Verdampfern unter Nutzung nichtkonventioneller Energiequellen

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Die Entsalzung von Meerwasser kann in trockenen, küstennahen Regionen zur Versorgung mit Trink- und Brauchwasser beitragen. Der große Energiebedarf aller Entsalzungsverfahren wird heute hauptsächlich durch fossile Energieträger gedeckt. Alternativ könnte solare oder geothermische Wärme oder Abwärme aus Brennstoffzellen, Photovoltaik- Anlagen oder Müllverbrennungsanlagen eingesetzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurden für ein hierfür besonders geeignetes Entsalzungsverfahren, die Mehreffekt-Verdampfung, Konzepte zur Nutzung nichtkonventioneller Energiequellen erarbeitet und auf ihre technische und ökonomische Umsetzbarkeit geprüft. Für die Untersuchungen wurden Gesamtsysteme und geänderte Anlagenkonfigurationen von Mehreffekt-Verdampfern ausgelegt und ihr Betriebsverhalten unter geänderten Randbedingungen simuliert. Die Kopplung von Mehreffekt-Verdampfern mit solarthermischen Kraftwerken wurde für Standorte in Israel und Jordanien untersucht. Dieses technisch vielversprechende Konzept ermöglicht die Nutzung solarer Energie für Mehreffekt-Verdampfer großer Kapazität. Durch die hohen Kosten solarthermischer Kraftwerke sind die erreichbaren Wasserkosten noch relativ hoch. Dasselbe gilt für gekoppelte Systeme mit stationären Brennstoffzellen, die dennoch für kleinere Kapazitäten und abgelegene Standorte interessant sein können. Häufig lässt sich aus nichtkonventionellen Energiequellen warmes Wasser anstelle des üblicherweise eingesetzten Dampfs auskoppeln. Für diesen Fall wurden Vor- und Nachteile einer Beheizung von Mehreffekt-Verdampfern mit warmem Wasser im Vergleich zu einer vorgeschalteten Entspannungskammer aufgezeigt. Bei der Kopplung mit Prozessen mit fluktuierendem Verhalten, z.B. wenn solare Energie genutzt wird, kommt es zu Schwankungen der Energiezufuhr für den Mehreffekt-Verdampfer. Diese lassen sich durch thermische Speicher oder fossile Zufeuerung ausgleichen. Es wird gezeigt, dass sich unter günstigen Randbedingungen der bisher unübliche Teillastbetrieb von Mehreffekt- Verdampfern technisch und wirtschaftlich sinnvoll umsetzen lässt. ····· 10361108135

Numerische Modellierung dynamischer Belastungen von Stählen

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Zur Beschreibung des Gebrauchsverhaltens unter Belastung stehender Stahlbauteile bei dynamischer Beanspruchung wird traditionell auf das Verfestigungs- und Versagensmodell nach Johnson-Cook zurückgegriffen. Bedingt durch die unabhängige (ungekoppelte) Betrachtung von Verfestigung und Versagen weisen die über diese Form der Modellierung gewonnenen Ergebnisse häufig Abweichungen zu den Ergebnissen experimenteller Untersuchungen auf. Um dieser Problematik gerecht zu werden, wird in der vorliegenden Arbeit ein neues, gekoppeltes und isotropes Modell zur Beschreibung der Verfestigungs- und Versagensprozesse entwickelt: Durch diese Kopplung wird der Einfluss des Werkstoffversagens auf die Verfestigung berücksichtigt. Ergänzend wird neben duktiler Schädigung auch der Fall des spröden Versagens betrachtet. Zur Modellentwicklung werden für unterschiedliche hochfeste Stähle die Werkstoffparameter anhand quasistatischer und dynamischer Zugversuche bei unterschiedlichen Temperaturen kalibriert. Um auch sehr hohen Dehnraten Rechnung zu tragen, werden ergänzend Split-Hopkinson-Bar-Versuche durchgeführt. Die derart ermittelten Parameter werden durch Simulation mit den Ergebnissen von Kerbschlagbiegeversuchen verglichen, um die Gültigkeit der getroffenen Annahmen zu bestätigen. Abschließend wird die Anwendbarkeit des neu entwickelten Modells zur Beschreibung von Drop-Weight-Tear-Tests und Ansprengung validiert und verifiziert. Die Auswertung der experimentellen Ergebnisse und der Abgleich der dort gewonnenen Werte mit den aus der Simulation erhaltenen Parametern bestätigt die Anwendbarkeit des vorgestellten Modells. Insgesamt ist das vorgestellte, gekoppelte Modell in der Lage, reale dynamische Belastungen adäquat in numerischen Simulationen darzustellen. Ergänzend konnte nachgewiesen werden, dass neben der duktilen Schädigung auch der Einfluss spröden Versagens von entscheidender Bedeutung ist und angemessener Berücksichtigung bedarf. ····· 10361108110

Ganzheitliches Krankenhaussystem (GKS)

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In deutschen Krankenhäusern führten politisch-rechtliche und makroökonomische Veränderungen zu einem Paradigmenwechsel, der zu einer Problemstellung aus Investitionsstau, Wettbewerbs- und Kostendruck geführt hat und die Existenz vieler Krankenhäuser bedroht. Zentraler Ansatz zur Bewältigung dieser Problemstellung ist die Steigerung der Effektivität und Effizienz im Leistungserstellungsprozess. Der resultierende Handlungsbedarf lässt sich in acht Aspekten zusammenfassen, die in einem ganzheitlichen Management zu verbinden sind: Verbesserung der Organisationsstrukturen, Prozessorientierung, Verweildauerverkürzung, Verbesserung der Behandlungsqualität, sparsame Ressourcennutzung, Patientenorientierung, Flexibilität/Anpassungsfähigkeit und Standardisierung. Vor diesem Hintergrund zeigt die vorliegende Dissertation, dass Ganzheitliche Produktionssysteme (GPS) als aktueller Entwicklungspfad im Produktionsmanagement eine geeignete Lösung für deutsche Krankenhäuser bereitstellen, um die Problemstellungen aus dem Paradigmenwechsel zu bewältigen. Ein Vergleich von Krankenhäusern und produzierenden Unternehmen zeigt, dass in vielen Aspekten Ähnlichkeiten bestehen und Krankenhäuser einer speziellen Form von produzierenden Unternehmen entsprechen. Darüber hinaus wird der Nachweis der Übertragbarkeit von GPS auf Krankenhäuser erbracht. Diese Arbeit leitet ein Organisationsmodell speziell für Krankenhäuser her, das sich am Vorgehen zur GPS-Implementierung orientiert. Für deutsche Krankenhäuser ist die Konzeption, als erste Phase der GPS-Implementierung, relevant, weil eine GPS-Einführung in Krankenhäusern nicht belegt ist. Hierbei unterstützen Organisationsmodelle, die die zweckgerichtete Zusammenstellung von Systemen, Elementen und deren Beziehungen beschreiben. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Krankenhäusern wird der Begriff Ganzheitliches Krankenhaussystem (GKS) verwendet. Das GKS-Organisationsmodell als krankenhausspezifisches methodisches Regelwerk zur umfassenden und durchgängigen Gestaltung der Prozesse eines Krankenhauses besteht aus zwei Modulen. Der GKS-Ordnungsrahmen (Modul 1) vermittelt einen Überblick über die allgemeine prozessorientierte Struktur des GKS-Organisationsmodells in sechs Stufen und legt die Begriffe der GKS-Bestandteile fest. Darüber hinaus umfasst der GKS-Ordnungsrahmen eine auf Krankenhäuser abgestimmte Sammlung von Kennzahlen sowie Gestaltungsfeldern mit Methoden und Werkzeugen. Das GKS-Vorgehensmodell (Modul 2) beschreibt in sechs Schritten eine Vorgehensweise, um aus den Unternehmenszielen die passenden Methoden und Werkzeuge auszuwählen. Unter der Berücksichtigung der erforderlichen Aktivitäten und Abhängigkeiten wird aus den Bestandteilen des GKS-Ordnungsrahmens ein krankenhausindividuelles GKS konzipiert. In einer repräsentativen empirischen Studie zeigen große Krankenhäuser in öffentlicher Trägerschaft in der Bedeutung von definierten Zielgrößen den größten Handlungsbedarf. Für diesen Krankenhaustyp kann die praktische Anwendbarkeit des GKS-Organisationsmodells in einem Fokus-Krankenhaus konkret nachgewiesen werden. Daneben belegen zwei Anwendungsbeispielen den erfolgreichen Einsatz von GKS-Methoden und -Werkzeugen zur Bewältigung des Paradigmenwechsels. ····· 10361108088

Characteristics of sensor-based sorting technology and implementation in mining

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The study introduces the basic components of senso-based sorting plants and the respective requirements. Both stationary and semi-mobile installations are evaluated and two developed semi-mobile plants described. As semi-mobile installations are relatively compact they allow for flexible application at strategic logistical positions which is in many cases close to the mining face. This requires the implementation into the mining system, especially due to the resulting backfill activities. Process efficiency testing of sensor-based sorters is effective with applied tracers and partition curves. Sensor-based sorting can be applied as a sampling tool for liberation analysis and process efficiency testing. The variographic analysis is identified as highly applicable for process efficiency testing and evaluation of the Total Sampling Error. The study at hand evaluates the technical and financial characteristics of senso-based sorting technology as well as for its implementation in mining applications. It introcduces a framework and methodology for project development and evaluation, for implementation, for efficiency testing and optimisation and for future research and development. ····· 10361108085

Organisationsformen der Instandhaltung

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Die Untersuchung geht der Frage nach, wie die Instandhaltung der Betriebsmittel und Anlagen in Produktionsbetrieben zur Unterstützung einer möglichst hohen Produktionsergiebigkeit zu organisieren ist. Dazu werden zunächst für typische Organisationsformen der Teilefertigung und Montage als Hauptprozesse der Sachgüterproduktion jeweils eigene Anforderungsprofile an die Instandhaltungsorganisation beschrieben. Anschließend werden grundsätzliche organisatorische Varianten der Instandhaltung unter räumlichen, zeitlichen und technischen Gesichtspunkten als Organisationsprinzipien systematisiert und zu praktikablen Organisationsformen der Instandhaltung zusammengeführt. Mit Blick auf die Anforderungen der Hauptprozesse Teilefertigung und Montage werden die spezifischen Fähigkeiten der Instandhaltungsorganisationsformen in Fähigkeitsprofilen beschrieben. Durch den Abgleich der Anforderungs- und der Fähigkeitsprofile der Instandhaltung werden passgerechte, eine hohe Ergiebigkeit des Produktionsprozesses versprechende, Organisationsformenbeziehungen zwischen Teilefertigung und Montage einerseits und Instandhaltung andererseits identifiziert. Diese Betrachtung wird anschließend ausgeweitet auf die organisatorischen Varianten vermischter Organisationsformen der Instandhaltung, Übernahme von Instandhaltungsarbeiten durch Fertigungsarbeitskräfte sowie Instandhaltung durch externe Dienstleister. ····· 10361108068

Efficient calculation of sound transmission through multi-layered panels

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Multi-layered panels are widely used for reducing noise transmission, e.g. in the aircraft industry where a low mass is desired. To predict the sound transmission through such a panel, a structural-acoustical numerical model has been created. Several aspects of the model were investigated: the diffuse field excitation, shell formulations for different material layers, the coupling between the layers and the surrounding medium. As a result, a general framework for efficiently solving the transmission problem has been developed combining preconditioning techniques and Krylov subspace iterative solvers. ····· 10361108061

Algorithmen zur automatisierten Justage mikrooptischer Komponenten

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Die automatisierte, aktive Justage von mikrooptischen Kollimationslinsen (FACLinsen) für Hochleistungs-Diodenlaserbarren stellt aufgrund der erforderlichen Positioniergenauigkeit im Sub-Mikrometerbereich, der bis zu sechs Freiheitsgrade und der komplexen Abhängigkeit zwischen der Linsenfehlstellung und der Leistungsdichteverteilung im Nah- und Fernfeld eine Herausforderung dar. In der vorliegenden Arbeit wird ein Algorithmus zur automatisierten, aktiven Justage von mikrooptischen Komponenten für Hochleistungs-Diodenlaserbarren am Beispiel der FAC-Linse entwickelt. Im Gegensatz zu bestehenden, iterativen Verfahren basiert der vorgestellte Algorithmus auf der quantitativen Vorhersage und definierten Korrektur der Fehlstellungen (prädiktive Justage). Im ersten Teil der Arbeit werden unterschiedliche Typen von kommerziell erhältlichen FAC-Linsen und Hochleistungs-Diodenlaserbarren hinsichtlich optischer und geometrischer Eigenschaften charakterisiert. Anschließend wird ein wellenoptisches Modell zur Berechnung und Beschreibung der Leistungsdichteverteilung im Nah- und Fernfeld hinter fehlgestellten FAC-Linsen entwickelt. Ein wesentlicher Schritt zur Vereinfachung der Modellierung ist die Segmentierung der FAC-Linse. Dabei wird die sechsdimensionale Fehlstellung der FAC-Linse auf dreidimensionale Fehlstellungen von einzelnen FAC-Linsensegmenten abgebildet. Die Berechnung der Leistungsdichteverteilung im Nahfeld erfolgt mittels skalarer Beugungstheorie. Die Leistungsdichteverteilung im Fernfeld wird über Fourier-Propagation berechnet. Aus den Nah- und Fernfeldverteilungen lassen sich charakteristische Merkmale (Strahlschwerpunkt, Strahldurchmesser, Poyntingfehler und Restdivergenzwinkel) in Abhängigkeit der Fehlstellungen ableiten. Daraus folgen in bestimmter Reihenfolge eindeutige Beziehungen zwischen Merkmalen und Fehlstellungen. Aus der Reihenfolge der Eindeutigkeit wird ein idealisierter Justagealgorithmus für ein einzelnes FAC-Linsensegment abgeleitet. Darauf basierend erfolgt die Entwicklung eines Justagealgorithmus für den realen Fall einer FAC-Linse. Zur experimentellen Verifikation der Justagealgorithmen wird ein Demonstrator-System entwickelt und aufgebaut, welches ein motorisiertes Mehrachspositioniersystem und ein Bildverarbeitungssystem zur simultanen Analyse der Nah- und Fernfeldverteilung enthält. Der entwickelte Justagealgorithmus wird über eine Ablaufsteuerung auf dem Demonstrator-System ausgeführt und exemplarisch mit vier verschiedenen Kombinationen aus eng tolerierten FAC-Linsen und Hochleistungs-Diodenlasern demonstriert. Die Ergebnisse zeigen eine mittlere Prozessdauer des automatisierten Justageablaufs von 20 bis 25 Sekunden. Gegenüber bestehenden Verfahren wird die Prozessdauer damit um ca. 30% reduziert. Die translatorischen Fehlstellungen der FAC-Linse werden bis auf 0,8 µm korrigiert. Gemessen an der Standardabweichung der Ergebnisse weist der automatisierte Justageablauf eine um 70% höhere Reproduzierbarkeit auf als vergleichbare manuelle Justageabläufe. In zukünftigen Untersuchungen kann erarbeitet werden, inwieweit der vorgestellte Algorithmus auf die Justage von weniger eng tolerierten bzw. ähnlichen mikrooptischen Bauteilkombinationen im Bereich der Hochleistungs-Diodenlaser angewendet und angepasst werden kann. Insbesondere Strahltransformations-Optiken für Hochleistungs-Diodenlaserbarren stellen aufgrund der komplexen Nah- und Fernfeldverteilung eine interessante Anwendung dar. Die erzielte Prozessdauer wird durch die Genauigkeit des verwendeten Mehrachspositioniersystems und durch die Leistungsfähigkeit des Anlagenrechners begrenzt. Durch die Verwendung eines Hexapod-Systems mit deutlich höherer Positioniergenauigkeit sowie einer optimierten Bildverarbeitung ist eine Prozessdauer von weniger als 10 Sekunden realistisch. ····· 10361108053

Elastic and plastic properties of fcc Fe-Mn based alloys

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High Mn steels exhibit an excellent combination of high strength and extraordinary ductility, which make these steels interesting as lightweight steels with advanced crash resistance and high formability in the automotive industry. This outstanding property combination is enabled by several deformation mechanisms, namely dislocation glide, transformation induced plasticity and twinning induced plasticity. The deformation mechanisms are affected by the stacking fault energy, which is dependent on temperature and chemical composition. The influence of the chemical composition on the elastic properties of fcc Fe-Mn alloys with additions of C, Al, Cr, Co, Ni and Cu was investigated by combinatorial thin film approach and ab initio calculations. The influence of C and Mn content on the Young`s modulus of Fe-Mn-C alloys has been studied experimentally and theoretically. Combinatorial thin film and bulk samples were characterized regarding their structure, texture and Young`s modulus. The experimental lattice parameters change marginally with addition of C and are consistent with ab initio calculations. C has no significant effect on the Young`s modulus of these alloys within the composition range studied here. The comparison of thin film and bulk samples results reveals similar elastic properties for equivalent compositions. The influence of the Al concentration in Fe-Mn alloys on their elastic properties has been investigated on combinatorial Fe-Mn-Al thin films deposited with different substrate bias potentials to analyze the effect on the phase formation, microstructure, texture and elastic properties. With higher substrate bias potentials fine polycrystalline structure with -Fe, a-Fe and ß-Mn phases was obtained while with lower substrate bias potentials the -Fe phase was prominent and a preferred growth direction in is observed. With addition of Al into the Fe-Mn matrix, the lattice expands as the Al concentration increases. This is consistent for calculations and experiments. Neither the Al content nor the substrate bias potential influence the Young`s modulus values significantly. Ab initio calculations were performed to predict the lattice parameter, B/G ratio and Young`s modulus of fcc Fe-Mn-X (X = Cr, Co, Ni and Cu) and combinatorial thin films were synthesized and analyzed regarding the structure and elastic properties. Both the calculations and experiments indicate that with addition of element X in Fe-Mn alloys the lattice parameter and Young`s modulus values were marginally affected. Generally very good agreement is obtained between the predictions and the experimental data. Additions with Cr and Co seem to exhibit no substantial effect on the B/G ratio, while with additions of Cu and Ni the B/G ratio is increased. The trends in B/G may be understood by considering the changes in shear modulus induced by the variation in valence electron concentration (VEC). As the VEC is increased, more pronounced metallic bonds are formed, giving rise to smaller shear modulus values. The effect of the chemical composition on the plastic properties was studied by nanoindentation technique for selected fcc Fe-Mn-C-Al alloys with varying Al concentration. Bulk samples have been electrochemically polished and analyzed locally in their chemical composition, local mechanical properties and topography. The indentation stress-strain curves were determined based on the load-displacement data of the indentations. The curves exhibit a scattering with a maximum deviation in stress by 0.680 GPa and in strain by 0.004. With increasing Al concentration a decreased yielding was observed which might be explained by weaker dynamic Hall-Petch strengthening. The sample with higher Al contents exhibits a pronounced pile-up in comparison with the sample with lower Al concentrations. The experimental and calculated results of the phase formation, lattice parameter and the Young`s modulus values are in good agreement and emphasize the combined experimental and theoretical approach is a valuable research strategy for future design of multi-component high Mn steels. The use of the nanoindentation technique to study the plastic properties of high Mn steels is a powerful method for describing the deformation behavior locally especially in combination with investigations of the local microstructure and texture. ····· 10361108022

Konzeptionierung, Entwicklung und Validierung einer miniaturisierten Herz-Lungen-Maschine für Neugeborene mit angeborenem Herzfehler

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Angeborene Herzfehler treten mit einer Häufigkeit von 0,8% bei Neugeborenen auf. Die Korrektur dieser Herzund Gefäßmissbildungen wird durch den Einsatz einer Herz-Lungen-Maschine (HLM), die eine Aufrechterhaltung der Körperperfusion und der Körperoxygenierung gewährleistet, ermöglicht. Dieser extrakorporale Kreislauf kann jedoch, insbesondere bei kleinen Neugeborenen, zu einer akuten systemischen entzündlichen Reaktion sowie zur Schädigung des Gerinnungssystems führen. Diese Patienten leiden postoperativ an Fieber und Fehlfunktionen verschiedener Organsysteme bis hin zum Multiorganversagen. Kommerziell erhältliche Systeme bestehen aus lediglich verkleinerten Einzelkomponenten der HLM für Erwachsene. Diesem Konzept der Skalierung sind aber technische und physikalische Grenzen gesetzt, wie z.B. durch die benötigte Gasaustauschfläche. Um eine HLM speziell für den Einsatz an früh- und neugeborenen Kindern zu konzipieren und um oben genannte Reaktionen und Komplikationen erheblich zu vermindern, müssen daher gänzlich neue Konstruktionsansätze verfolgt werden. Am Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik, Helmholtz-Institut, RWTH Aachen, wurde daher im Rahmen der Promotion von Frau Dipl.-Ing. Jutta Arens in Zusammenarbeit mit der Kinderherzchirurgie des Universitätsklinikums Aachen eine neuartige miniaturisierte Herz-Lungen-Maschine (MiniHLM) entwickelt. ····· 10361108016

Hochgeschwindigkeits-Laserfunktionalisierung gedruckter, nanopartikulärer Schichten am Beispiel von Indium-Zinn-Oxid

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Das in dieser Arbeit betrachtete Verfahren ist additiver Natur, d. h. dass nur die benötigte Schichtstruktur in Umgebungsatmosphäre aufgebracht wird, was Indium, Strom und Chemikalien spart. Der Verfahrensansatz ist somit ressourcen-, energie- und umweltschonend. Grundsätzlich besteht dieser Herstellungsprozess von nanopartikulären Schichten beliebigen Materials aus drei Teilschritten. 1. Im ersten Schritt wird aus Nanopartikeln und liquiden Additiven eine Dispersion hergestellt, in der die zu applizierenden Nanopartikel fein verteilt sind. 2. Diese Dispersion wird im zweiten Schritt auf das gewünschte Substrat aufgebracht. Dies kann mit unterschiedlichen Verfahren wie Dip- Coating, Spin-Coating oder Tintenstrahldruck (Ink-Jet) realisiert werden, wobei in dieser Arbeit der Tintenstrahldruck als Auftragsverfahren benutzt wird. Dabei handelt es sich um eine vielfach eingesetzte kostengünstige Alternative, die eine gezielte, strukturierte Deposition des nanopartikulären Materials ermöglicht. Weiterhin kommt dieses Verfahren ohne aufwendige Vakuum-Technologie aus, wodurch es leicht in Inline-Fertigungsanlagen integriert werden kann. 3. Im dritten Schritt des Herstellungsprozesses müssen die nanopartikulären Schichten thermisch nachbehandelt werden. Dabei werden Reste des Dispersionsmittels aus der Schicht entfernt (Trocknung) und die gewünschten Funktionalitäten (z. B. Leitfähigkeit, Kratzfestigkeit/Verschleißschutz etc.) während der Funktionalisierung (z. B. Temperung) erzielt. Konventionell geschieht dies in einem Ofenprozess von mehreren Minuten bis Stunden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass dieser Ofenprozess bei gedruckten ITO- Schichten durch einen Lasernachbehandlungsprozess substituiert werden kann, der ebenfalls zu einer Funktionalisierung der Schichten führt. Dabei sollen die durch die Laserstrahlung zu realisierenden kurzen Wechselwirkungszeiten eine substratschonende Funktionalisierung der ITO-Schicht in Sekunden ermöglichen. Temperaturempfindliche Substratmaterialien wie z. B. Polymerfolien, die zuvor nicht im angesprochenen Ofenprozess nachbehandelt werden konnten, da ihre Zerstörungstemperaturen weit unterhalb der Funktionalisierungstemperatur der nanopartikulären ITO-Schicht liegen, sollen nun durch das Tintenstrahldruck- und Laserverfahren in Umgebungsatmosphäre erschlossen werden. ····· 10361107993

Development of Protective Artificial Respiration Strategies

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Acute lung injury (ALI) and the more progressed acute respiratory distress syndrome (ARDS) are characterized by a massive inflammation of the lung tissue that results in a severe pulmonary dysfunction. Therapies of ALI and ARDS consist of ventilation of the injured lung. The understanding of the complex flow field inside the human airways is of high relevance for the optimization of artificial respiration. The German Research Foundation DFG launched the priority program `Protective Artificial Respiration` (PAR) to gain deeper knowledge about the fundamental fluid mechanical and medical processes of respiration and to develop protective ventilation strategies. The primary aims of the presented study, which was part of the PAR program, were the investigation of the tracheobronchial flow field at steady and oscillatory respiration, the in-vivo investigation of the intrapulmonary pressures and the associated thoracic volumes using porcine lung models, and the experimental and numerical analysis of the fluid mechanical equilibrium processes during simulated alveolar/airway recruitments. The flow field inside the tracheobronchial tree was determined by 2C/2D, 2C/3D, and 3C/3D particle-image velocimetry measurements using three different silicone casts, which were based on computer tomographic scans of two different human lungs. The airflow was analyzed for physiological and fluid-mechanical fundamental ventilation parameters. The results show a homogenization of the inhaled air for increased respiration rates and evidence a natural washout of the airborne particles at expiration. The in-vivo measurements were performed for a set of healthy and injured lungs to simulate ALI/ARDS conditions, whereby correlations evidence a criterion for an optimized exhalation time. The analysis of the fluid mechanical equilibrium processes supports the fundamental understanding and suggests recruitment methods for collapsed airways or alveoli. The experimental investigations used a lung model with a generic geometry and elastic vessels modeling the nonlinear properties of an injured lung. The numerical simulations, which were verified by the experimental in-vitro and in-vivo results, solved one-dimensional mass and energy equations of the flow inside the generic, multiple-bifurcating lung model. The spatial pressure drop distribution and the frequency spectra were analyzed resulting in the description of the Pendelluft phenomenon and its spatial influence. Inaddition, analysescomparing sinusoidal and artificial ventilation suggest an improved inspiration pattern. ····· 10361107989

Processing of Co-mingled Recyclate Material at UK Material Recycling Facilities (MRF`s)

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Comingled recyclate with glass is produced and collected in a variety of UK households. Its processing and recycling into valuable commodities requires careful consideration and important adaptions to already established dry recyclate waste processing. Analysis of data through research and field work carried out at UK Material Recycling Facilities is used to develop a recycling process for the processing of comingled recyclate with glass. ····· 10361107988

Lattice Boltzmann Modeling of Advection-Diffusion-Reaction Equations in Non-equilibrium Transport Processes

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In dieser Dissertation wird die numerische und analytische Lösung der Advektion-Diffusions- Reaktionsgleichung, die in einer Vielzahl komplexer physikalischer Systeme auftritt, behandelt. Die Dissertation beginnen zunächst mit der Untersuchung des transversalen diffusiven Transports einer skalaren Komponente in einem Y-förmigen laminaren Mikromischer. Dieses Problem wird durch eine Advektions-Diffusionsgleichung mit einem Poiseuilleartigen Strömungsfeld beschrieben. Die gekoppelten Gleichungen der Hydrodynamik und des Advektions-Diffusions-Modells werden mittels der Lattice-Boltzmann-Methode gelöst, welche erlaub die intrinsischen hydrodynamischen Merkmale dieses Problems, wie etwa die nicht-parabolilizität des Geschwindigkeitsfelds und die Strömungsgradienten verursacht durch die Seitenwände, zu berücksichtigen. Die verschiedenen transversal-diffusiven Skalenbereiche in der Mitte des Kanals und nahe der oberen und unteren Wand,beachtet werden, in Übereinstimmung mit der existierenden Literatur. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den Einflusss des endlichen Seitenverhältnisses auf die diffusive Verbreiterung. Interessanterweise die gleichen Skalengesetze gefunden, unabhängig von dem Seitenverhältniss des Kanals. Der Ort flussabwärts, bei dem der Exponent 1/3, welcher die diffusive Verbreiterung an der oberen/unteren Wand beschreibt, seinen normalen diffusiven Wert annimmt, hängt jedoch stark vom Seitenverhältnis ab. Es wird eine Interpretation dieser Beobachtung unter Berück-sichtigung der Scherrate an den Seitenwänden vorgeschlagen. Desweiteren wird auch ein Kriterium für den Bereich, in dem die Seitenverhältnisse einen nicht zu vernachlässigenden Effekt auf die diffusive Verbreiterung haben, ausgearbeitet. ····· 10361107978

Methodik zur Gestaltung von Bewehrungssystemen für textilbewehrten Beton

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Bereits nach einer sehr kurzen und intensiven Entwicklungsphase ist offensichtlich, dass der Werkstoff Textilbeton ein vielfältiges Anwendungspotential besitzt. Unterschiedliche Bauteiltypen wurden in Pilotprojekten umgesetzt und begeistern Ingenieure, Architekten und Anwender gleichermaßen. Der Übergang vom neuen Werkstoff aus Forschung und Entwicklung zum Industrieprodukt, dass in der Breite der Bauwirtschaft eingesetzt wird, gestaltet sich derzeit noch schwierig. Die Materialien sowie deren Verarbeitung und Anwendung sind noch nicht standardisiert. Normen sind nicht verfügbar. Die Komplexität des Verbundwerkstoffs mit vielen Beteiligten im Anwendungsprozess erschwert den Wissenstransfer in die Praxis. Ausgehend vom den interdisziplinären Grundlagen zum Verbundwerkstoff werden die Vorteile von Textilbeton gegenüber Stahlbeton herausgearbeitet. Die Gegenüberstellung der anwendungsspezifischen Nachteile ermöglicht eine erste Einschätzung des Potentials und der Erfolgschancen für neue Anwendungen. Basierend auf konstruktionstheoretischer Systematik wird eine Gestaltungsmethode für Textilbetonbewehrungen hergeleitet. Der Nutzer der Methodik wird anwendungsnah durch die Prozessschritte geleitet. Nach der Anforderungsdefinition werden diese durch eine Parametrisierung für die systematische Bewehrungsgestaltung nutzbar gemacht. Die Reduktion der Anforderungsmenge auf vier Basisanforderungen ermöglicht es, aus einem Lösungskatalog schnell eine passende Bewehrungsstruktur auszuwählen. Die gewählte Bewehrungsstruktur wird anschließend bewertet und validiert. Ein Abgleich mit weiteren Anforderungen ermöglicht einen gezielten Verbesserungsprozess. Von der Gestaltungsmethodik unabhängig sind in einer umfangreichen Datenbasis alle anwendungsrelevanten Informationen abgelegt, die für das Gestalten einer Textilbewehrung notwendig sind. Der Nutzer der Methodik kann so auf den aktuellen Stand der Technik zu den Werkstoffen für Textilbeton und den Gestaltungsparametern für Bewehrungen zurückgreifen. Weitere Literatur muss nicht hinzu gezogen werden. Umfangreiche Verweise auf Fachveröffentlichungen ermöglichen eine Vertiefung des Themas. Mithilfe eines vereinfachten Auslegungsverfahrens für Textilbewehrungen kann eine Abschätzung des Tragverhaltens der unterschiedlichen Bewehrungssysteme vorgenommen werden. Den Bogen zu den Anwendungsprojekten schlägt eine Einführung in die Produktionssystematik für Textilbewehrungen und Verbundbauteile. Zur Bewertung der technischen und wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit einer Textilbetonanwendung im Vergleich zur traditionellen Bauweise werden unterschiedliche Konzepte vorgestellt. Anhand von drei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen wird schließlich die Leistungsfähigkeit der Gestaltungsmethode demonstriert. So ermöglicht die Gestaltungsmethodik für Textilbetonbewehrungen auf Basis ingenieurwissenschaftlicher Werkzeuge die anwendungsorientierte Entwicklung und Bewertung von Bewehrungsstrukturen für Textilbetonbauteile. Mit dem erweiterungsfähigen Textilkatalog werden mit parametrisierten Anforderungen passende Bewehrungsstrukturen gewählt. Eine gezielte Anpassung der Bewehrungsparameter erfolgt mit dem in der Datenbasis bewerteten Stand der Technik und Forschung. Der Transfer der umfangreichen Kenntnisse zu Textilbetonbewehrungen aus Forschung und Entwicklung in die Praxis wird damit entscheidend beschleunigt. ····· 10361107976

Process development for ZrO2-ZrSiO4/NiCr functionally graded materials

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Summary of the work Metal-ceramic functionally graded materials (FGMs) are promising candidates for future high-temperature applications, with the ceramic component offering thermal barrier effects and protecting the metal from melting and oxidation, while the FGMs are strengthened by the metallic component. In previous works, it has been proved that ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs of thermal barrier type possess significantly higher oxidation resistance as compared to conventional ZrO2/NiCr FGMs. Moreover, it was also found that thermal mismatch stresses in pressurelessly sintered ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs vanish at high temperatures. In the present study, further efforts were given with the aim to develop pressureless sintered ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs based on two different microstructural concepts. On the one hand, five-layered ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs with a stepwise gradient were prepared via slip casting by pressureless sintering with a shrinkage matching process. Shrinkage behavior of the constituent layers of FGM was matched based on the strategy of reducing the mismatches of shrinkage rate between the adjacent layers by a systematic adjustment of the ZrSiO4 inclusion content and the particle size of ZrO2 matrix. By ultilizing this strategy, ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs without any sintering defects were obtained. The prapared FGMs were further investigated with respect to their microstructures, mechanical, thermal properties and high temperature oxidation behavior. Bending strength and Young`s modulus of the individual layers of FGM depend not only upon relative density, but also upon phase connectivity of metal and the amount of ZrO2/NiCr interface. Coefficients of thermal expansion of the individual layers are lower than calculated theoretical values, due mainly to the relatively low phase connectivity of metal in the metal-ceramic composite layers. The prepared FGMs exhibit superior thermal barrier effects due to the existence of a huge amount of interfacial microstructural defects as thermal resistance in the ceramic-rich side of FGM. In addition, oxidation kinetics of the individual layers decreases with increasing volume fraction of metal, due mainly to the increasing phase connectivity of metal and corresponding increasing fracture toughness of the layers, which also governed the crack pattern caused by the volume expansion of NiCr particles during oxidation. On the other hand, attempts were made to integrate an isotropic NiCr foam with hollow struts as an interpenetrating metallic preform into the five-layered ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGM. By integrating the NiCr foams, several property improvements for the ZrO2-ZrSiO4/NiCr FGMs were expected: (1) Improvement of fracture toughness of FGM, especially for the relatively brittle ceramic-rich side of FGM (2) Reductions in mismatch of thermal expansion between the ceramic- and the metal-rich sides of FGM and resulting thermal mismatch stresses generated during thermal cycling (3) Improvement of strain tolerance and thermal shock resistance of FGM by introducing the hollow space inside foam struts. From the processed FGMs with an integrated NiCr foam, however, partially debonded metal-ceramic interfaces were observed, due mainly to the low bonding strength between ZrO2 and NiCr phases. ····· 10361107971

Development and Evaluation of Alternative Concepts for Interactive Control of Robot Aided Craniectomies in Neurosurgery

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In the framework of Neurosurgery craniectomy is a surgical procedure required due to diverse pathological processes. This procedure is usually performed manually by a surgeon using a milling device. As this procedure removes completely cranial bone, it has to be replaced by an implant. In order to achieve safety, efficiency of the process and accuracy for implant placement, such procedure requires good expertise and coordination of the surgeon. With the development of computer-assisted surgery and robotics, the application of such procedures took place also for craniectomy. These implementations are mainly intended to increase safety, accuracy and for optimization of the milling process. However the surgeon still has to be aware and perceive the status of the procedure to react or intervene in non-planned situations. The use of interface devices in terms of synergistic and haptic architectures is intended to re-integrate the surgeon to the control procedure, while preserving advantages of automatic parameter control. This work presents the investigation of the use of haptic technology in a neurosurgery robotic system for craniectomy, regarding aspects such as awareness, vigilance, workload, and safety as well as requirements of the milling process. A combination of haptic device and autonomous robot is proposed. For comparisons and evaluation of different operation modes (autonomous and synergistic as well as haptic master-slave interaction) experimental studies have been conducted using laboratory setups with different user groups, including computer based simulations. Results showed the potential of haptic technology in order to increase surgeons integration in the control of robotic system. Haptic feedback based control presented results similar to the autonomous implementation. Safety can be potentially increased due to faster surgeon reactions during the process, while milling process parameters could be controlled automatically. On the other hand, special care must be taken due to the increase of workload, however the haptic display solution showed lower increases compared to the synergistic mode. ····· 10361107954

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