620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Fachbereich / Studiengang
In der Mathematik ist es im Allgemeinen üblich, alle Fragen ohne die Berücksichtigung der Einheiten der verwendeten Größen zu behandeln. Wendet man dann die Gesetze und Ergebnisse auf Probleme der Physik und der Ingenieurwissenschaften an, so ergeben sich hinsichtlich der Einheitenanalyse für den kritischen Betrachter formal einige unbefriedigende Darstellungen. Da für den Physiker und den Ingenieur die Einheitenanalyse zu den besonders aussagekräftigen Kontrollmöglichkeiten zählt, muss dieser Bereich widerspruchsfrei und klar aufgebaut werden. Im folgenden wird der Versuch unternommen, die formalen Widersprüche anhand einiger einfacher Beispiele anschaulich herauszustellen; anschließend wird ein Vorschlag für eine konsistente Einheitenanalyse gemacht.
Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben. In Versuchen mit starr und elastisch gebetteten Hostaphan-Ringen werden die Vorverformungen systematisch variiert.
Mit wenigen Ausnahmen wird im elektrischen Versorgungssystem die Pumpspeichertechnik zur Pufferung größerer Abweichungen zwischen momentanem Stromverbrauch und -erzeugung und zur zeitlichen Verschiebung von Lasten eingesetzt. Erste großtechnische Anlagen wurden bereits Ende der zwanziger Jahre des letzten Jahrhunderts in Deutschland gebaut, um die Auslastung thermischer Kraftwerke gleichmäßiger zu ermöglichen. Pumpspeicherwerke bieten sich somit als Referenztechnologie an, mit der sich neue Entwicklungen messen müssen. Ein Überblick.
Im Rahmen eines USA-Praxissemesters der erstgenannten Autorin an der Tulane University in New Orleans wurden im Jahr 1995 in Zusammenarbeit mit Pipe Liners, Inc. Außendruckversuche an PE-HD-Linern durchgeführt. Bei diesen Versuchen sollte der maximale Beuldruck unter Variation von Randbedingungen des Liners im Altrohr (hier: Längsversatz und Ovalisierung) ermittelt werden. Außerdem war die Ermittlung des Zeitstandverhaltens der mit konstantem Außendruck beaufschlagten Versuchskörper ein wichtiges Versuchsziel. Die experimentellen Ergebnisse werden unter Verwendung der vom Zweitverfasser entwickelten nichtlinearen Theorie ausgewertet.
Die Hälfte des Endenergiebedarfs in Deutschland wird zur Deckung des Wärmebedarfs der Wirtschaft und der privaten Haushalte benötigt; überwiegend erzeugt durch Erdgas und Heizöl. Gerade die energetisch nur unzureichend sanierten Einfamilienhausbestände des ländlichen Raumes bergen ein hohes Potenzial für Energieeinsparungs- und Effizienzsstrategien, um zum einen den Klimaschutz zu fördern und zum anderen eine nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung des ländlichen Raumes anzustoßen. Die 9. Steinfurter Bioenergiefachtagung zeigt Strategien und Maßnahmen auf, die zeigen, wie eine "Wärmewende im ländlichen Raum" aussehen kann, welche Chancen und Möglichkeiten sie bietet und warum eine "Wärmewende" strategisch unabdingbar für das Gelingen des Generationenprojektes "Energiewende" insgesamt ist. Die Veranstaltung zeichnet den Pfad von konzeptionellen Ideen über Beispiele aus der Praxis bis hin zu zukunftsweisenden technologischen Ansätzen: Wärmekataster Kreis Steinfurt KWK-Modellkommune Saerbeck Wege zum Bioenergiedorf - Praxisbeispiele Technische Voraussetzungen und Möglichkeiten für effiziente Wärmenetze im ländlichen Raum Finanzierungs- und Fördermodelle für eine gelungene Wärmewende
Wireless Sensor Networks
(2013)
Wireless Sensor
(2013)
Ausgelöst durch das neue Kreislaufwirtschaftsgesetz werden derzeit in zahlreichen Gebietskörperschaften Maßnahmen zur Erweiterung der Wertstofferfassung bis hin zur Erarbeitung einer Wertstoffstrategie unternommen. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Ausgestaltung in der Praxis sowie die bisherigen Erfahrungen, die durch die Begleitung vieler Modellversuche ermittelt wurden.
Eine besonders von Wassermangel betroffene Region ist das Bundesland Afar im Nordosten Äthiopiens. In diesem Gebiet befindet sich das Dorf Hidmo. Mittels Geldern aus der Entwicklungshilfe hat die äthiopische Regierung dort ein Schulgebäude errichten lassen, damit die Kinder aus der Umgebung der allgemeinen Schulpflicht nachkommen können. Es wurde aber vergessen, Geld für eine Wasser-und Sanitärversorgung einzuplanen, diese wäre notwendig, da die nächste Wasserstelle 500 m weit entfernt ist. Im Rahmen dieser Arbeit soll auf Vorplanungsniveau untersucht werden, inwiefern es möglich ist, Niederschlagswasser zu speichern, welches den Schülern als Wasserquelle dient und welche Sanitärsysteme dafür in Frage kommen. Zum einen sollen diese das Ausbreiten von Krankheiten verhindern und zum anderen die knappe Ressource Wasser schonen. Zusätzlich soll versucht werden, Bewässerungswasser bereit zu stellen, zur Bewässerung eines schuleigenen Nutzgartens, der dazu dienen soll, die Kinder in sparsamen Bewässerungsmethoden zu schulen. Der Wasserspeicher soll nur Brauchwasser zum Händewaschen und zu Bewässerungszwecken liefern. Trinkwasser soll mittels einer Rohrleitung aus der vorhandenen, 500m von der Schule entfernten, Wasserquelle bezogen werden. Zur Auswahl sollen nur angepasste Technologien kommen, vorwiegend einfach gehalten, dem Prinzip der Kreislaufwirtschaft nahekommend.
We have developed, manufactured and tested a unimorph deformable mirror for space applications based on piezoelectric actuation. The mirror was designed for the correction of low-order Zernike modes with a stroke of several tens of micrometers over a clear aperture of 50 mm. It was successfully tested in thermal vacuum, underwent lifetime tests, and was exposed to random vibrations, sinusoidal vibrations, and to ionizing radiation. We report on design considerations, manufacturing of the mirror, and present the test results. Furthermore, we discuss critical design parameters, and how our mirror could be adapted to serve recently proposed space telescopes such as HDST and TALC.
Over the past 5 years we have developed a new type of unimorph deformable mirror. The main advantages of this mirror technology are · very low surface scattering due to the use of superpolished glass · excellent coatings, even suitable for high power lasers, can be applied · active diameter of the mirrors can be between 10 mm and 100 mm · large strokes can be achieved even for small mirror diameters · integrated monolithic tip/tilt functionality based on a spiral arm design We have modeled these mirrors by analytical models as well as by the finite element method. This allows us to quickly design new mirrors tailored to specific applications. One example is a mirror for laser applications that has a diameter of 10 mm and can achieve a stroke in defocus mode of 5 μm. The stroke for these mirrors scales as the square of the mirror diameter, meaning that we can achieve, for example, a stroke of 125 μm for a mirror of 50 mm diameter. We will present design criteria and tradeoffs for these mirrors. We characterize our mirrors by the maximum stroke they can deliver for various Zernike modes, under the boundary condition that the Zernike mode has to be created with a certain fidelity, usually defined by the Maréchal criterion.
We have developed and manufactured a unimorph deformable mirror for space telescopes based on piezoelectric actuation. The mirror features 44 actuators, has an aperture of 50 mm, and is designed to reproduce low-order Zernike modes with a stroke of several tens of µm. We assessed the space compliance by operating the mirror in thermal vacuum, and exposing it to random and sinusoidal vibrations, as well as to ionizing irradiation. Additionally, the operational life time and the laser power handling capability were tested. The mirror was successfully operated in thermal vacuum at 100 K. We report on the conducted tests and the methods used to evaluate the mirror´s performance, and discuss the compliance with the demanded requirements
Large space telescopes made of deployable and lightweight structures suffer from aberrations caused by thermal deformations, gravitational release, and alignment errors which occur during the deployment procedure. An active optics system would allow on-site correction of wave-front errors, and ease the requirements on thermal and mechanical stability of the optical train. In the course of a project funded by the European Space Agency we have developed and manufactured a unimorph deformable mirror based on piezoelectric actuation. The mirror is able to work in space environment and is designed to correct for large aberrations of low order with high surface fidelity. This paper discusses design, manufacturing and performance results of the deformable mirror.
Trends of changes in waste management and possible optimizations within the waste collection process
(2013)
1. General waste management in Europe 2. Optimization process of disposal logistics a. Technologies (collection systems, vehicles etc.) b. Benchmarking c. Optimization 3. The future and sustainability of waste management
Die anhaltende Diskussion um Wirtschaftlichkeit, Leistungsfähigkeit und Qualität der Dienstleistung veranlasst zunehmend mehr Abfallwirtschaft- und Stadtreinigungsbetreibe sich mit der Frage auseinanderzusetzen, " Wo steht mein Betreib im Vergleich zu anderen und wie muss ich mich als Betrieb positionieren?". Erst Antworten hierzu kann u. A. auch eine Teilnahme an einem brancheninternen Benchmarking-Verfahren liefern.
Die Tigray and Afar Wasser Initiative (TAWI) ist ein Kooperationsprojekt der Mekelle Universität (Äthiopien), der Fachhochschule Münster und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Gegenstand der Initiative ist die Wasserversorgung im ländlichen Raum der besonders wasserarmen Regionalstaaten Tigray und Afar im semi-ariden Norden Äthiopiens. Im Untergrund ist häufig noch Wasser zu finden, das gelegentlich auch von Menschen zu landwirtschaftlichen Zwecken extensiv genutzt wird. Dichtwände im Untergrund können dazu dienen, diese Nutzung zu intensivieren und zusätzlich den Landschafts-Wasserhaushalt positiv zu beeinflussen. Die so aufgestauten unterirdischen Wasserspeicher sollen als kleine bzw. kleinste Anlagen dezentral die Versorgungslage kleiner, lokaler Bevölkerungsgruppen verbessern. Gleichzeitig vermeidet die unterirdische Speicherung die Gefahr einer Erhöhung der Inzidenzrate für beispielsweise Malaria, wie sie infolge von oberirdisch angelegten Ponds nachgewiesen worden ist.
Further space exploration in the far-infrared (FIR) requires larger apertures in order to improve the spatial resolution of captured images. To this purpose, the Thinned Aperture Light Collector (TALC) concept of a deployable annular telescope has been recently developed at CEA, which offers novel perspectives for FIR space missions. The consortium ELICSIR consortium of European institutes and companies has been created to improve the technological readiness level (TRL) of its key systems and components.
Struktural design of linings
(2001)
The German Worksheet ATV-M 127-2 published in January 2000 after a seven years period of preparation and discussion is now well accepted in design practice for lining systems made of different materials and installed in various methods. The concept based on stress, deformation and stability analyses supports simple formula and diagram usage in standard cases like circular pipes up to ND 600 and more elaborate analyses for non-circular cross sections. Beside a short description of the design code the theoretical background is presented. Experimental test configurations are discussed regarding restrictions such as test specimen length, friction and load distribution. There is need of further research projects in co-operation with other universities to solve the problems left in theory and in practical use.
Statische Berechnung von Abwasserkanälen und -leitungen nach ATV-DVWK-A 127, 3. Auflage 08.2000
(2001)
Mit der 3. Auflage des Arbeitsblattes ATV-DVWK-A 127 vom August 2000 werden die folgenden Ziele verfolgt: Für den Rohrleitungsbau wichtige Neuentwicklungen werden berücksichtigt, z. B. neue Werkstoffe, profilierte Rohre, Erweiterung auf Druckentwässerungen usw. Zwar ist damit auch der Umfang der Vorschrift angewachsen, die Änderungen bleiben jedoch auch bei Handrechnungen überschaubar und plausibel. Beispiele sind die Abminderungsfaktoren beim Beulnachweis oder die einfach zu ermittelnden Vergrößerungsfaktoren, wenn ein nichtlinearer Nachweis geführt werden muss. In der Praxis sind Berechnungen mit dem PC üblich - dort fällt der Mehraufwand nicht ins Gewicht. Neben den gewohnten Handrechenverfahren (also die Verwendung von Beiwerten und geschlossenen Formeln) werden durch eine Öffnungsklausel auch EDV-Verfahren unter der Bedingung zugelassen, dass die bodenmechanischen Grenzzustände beachtet werden. Als Berechnungsmodell kann der elastisch gebettete Kreisring oder ein Stabwerk im Kontinuum verwendet werden. Wie in der 2. Auflage werden einfache und nachvollziehbare Formeln angegeben, mit deren Hilfe z. B. Einzeleinflüsse auf die Nachweise leicht überprüft werden können (Beispiel: die Verringerung der Beullast aufgrund der Vorverformungen des Rohres). Durch Diagramme werden die Auswirkungen von Parametern transparent gemacht.
Schadhafte Abwasserkanäle und -leitungen können durch Einziehen eines flexiblen Liners oder durch Teilauskleidung mit Platten saniert werden. Der Ringraum zwischen Rohr und Liner wird häufig mit Dämmer verfüllt. Die Standsicherheit muss für die Lebensdauer des sanierten Bauwerks unter den während der Sanierungsarbeiten und beim Betrieb des Abwasserkanals herrschenden Bedingungen gewährleistet sein. Das bedeutet, dass konservative Annahmen bezüglich des System- und Belastungsverhaltens zu treffen sind. Für einige wichtige Lastfälle (hydrostatischer Druck mit Auftrieb, Eigenlasten, Temperaturänderungen usw.) werden Lösungsansätze diskutiert und Durchschlagbeiwerte alpha D angegeben. Von besonderer Bedeutung für die Sicherheitsnachweise ist der richtige Ansatz der Vorverformungen: Sie müssen sowohl die Verformungen des Kanals repräsentieren als auch stabilitätstheoretischen Erkenntnissen entsprechen.
Konstruktionen aus dem Werkstoff PE-HD haben sich in besonderer Weise für den Einbau in einer Deponie bewährt. Zur Berücksichtigung der Einflüsse während des Betriebs wie Wärmeentwicklung, Chemikalieneinwirkung und hohe Belastungen ist eine sichere Dimensionierung mit analytischen und numerischen Verfahren möglich (Merkblatt ATV-M 127-1 und Finite Element Methode). Im Anschlussbereich Schachtmantel/-boden und Speicherrohr/Kopfschacht sind analytische Modelle auf der Grundlage der Schalentheorie zur Beurteilung von Randbedingungen vorteilhaft. Ferner liefern sie bei Anwendung der FEM Informationen für die an solchen Stellen er-forderliche Elementverfeinerung. Mit analytischen Verfahren lassen sich die relevanten Ein-flüsse von Imperfektionen der Konstruktion und von Grenzzuständen im Boden auf das Trag-verhalten systematisch aufzeigen. Bei zutreffender Modellierung kann das Tragverhalten von Rohren und Schächten in Deponien mit der Finite Element Methode gut angenähert werden. So muss mit geeigneten Schalenelementen der Einfluss von Schubverformungen erfasst werden. Bei Mitnahme des Bodens im Modell müssen Zugspannungen ausgeschlossen und die Schubspannungen im Boden be-grenzt werden. Bei profilierten Querschnitten ist eine Untersuchung der in Rohr- und Schachtanschlüssen auftretenden Spannungen von besonderer Bedeutung - die Schnittgrößen müssen in den inneren Wandaufbau verfolgt werden. Messprogramme an ausgeführten Bauwerken sind erfor-derlich, um die verwendeten Rechenmodelle weiter abzusichern.
Es werden die Verzweigungslasten von Kreisringen, die auf der Außenseite elastisch gebettet sind, nach der klassischen Stabilitätstheorie ermittelt und das Verhalten im überkritischen Bereich untersucht. Im Hinblick auf praktische Anwendungen werden sowohl Kreisringe mit Momentengelenken bzw. Momentenfedergelenken als auch biegesteife Ringe betrachtet. Als Ergebnisse werden die kritischen Lasten mitgeteilt und Hinweise für ihre Anwendung bei der Berechnung von Tunnelauskleidungen und unterirdischen Behältern gegeben.
The spatially varying intensity in a standing wave resonator leads to spatial hole burning in the gain medium of a laser. The spatial hole burning changes the gain of different longitudinal modes and can thus determine the optical spectrum of the laser. We simulate this longitudinal mode competition in standing wave resonators of thin-disk lasers. The resulting optical spectra of the laser are compared to measured optical spectra. We examine two types of resonators: I-resonators and V-resonators with different angles of incidence. In V-resonators, the non-normal incidence of the laser beam on the disk lifts the degeneracy of the polarization. Experiments show that the slight gain advantage for the p-polarization does not lead to polarized emission. For both types of resonators, the measured spectra are in good agreement with the simulated ones. The simulations allow to study the influence of spectral intra-cavity losses on the optical spectrum of a thin-disk laser.
We present a novel pump concept that should lead to single-frequency operation of thin-disk lasers without the need for etalons or other spectral filters. The single-frequency operation is due to matching the standing wave pattern of partially coherent pump light to the standing wave pattern of the laser light inside the disk. The output power and the optical efficiency of our novel pump concept are compared with conventional pumping. The feasibility of our pump concept was shown in previous experiments.
Statische Berechnungen von Linern zur Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen werden in Deutschland nach dem Merkblatt ATV-M 127-2 durchgeführt. Hierfür ist der Zustand der Altleitung durch die Altrohrzustände I, II und III zu beschreiben, die für die anzusetzenden Belastungen und Imperfektionen maßge-bend sind. Für den in der Praxis bedeutsamen Fall einer Störung der Kreisgeometrie (oder der Geometrie des Ei-querschnitts) durch eingebaute Telekommunikationskabel existiert noch keine gesonderte Berechnungsvor-schrift. Im folgenden werden hierfür auf der Grundlage der Vorgehensweise in ATV-M 127-2 und unter Be-rücksichtigung von Verfahrensprüfungen Nachweismöglichkeiten fortentwickelt und Vergleichsrechnungen dis-kutiert. Die Untersuchungen beschränken sich auf den Altrohrzustand I (keine Längsrisse), da dieser Fall für den Einbau von Kabeln eher geeignet ist
Die hier vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit dem Thema "Realisierung und Implementierung einer zentralen, funkgestützten Steuerung der Rollladen eines Einfamilienhauses". Die entworfene Schaltung ist kompatibel zu einem bestehenden Funkschaltsystem für Steckdosen und Dimmer. Ein weiterer Zielpunkt dieser Diplomarbeit war, dass die neue Schaltung günstiger herzustellen ist, als schon existierende Systeme. Die Funktionalität eine Rolllade per Taster oder durch eine Funkfernbedienung, auf 433MHz Basis, zu bedienen bzw. zu steuern ist auch gegeben. Durch eine Verkleinerung der Platine bzw. eine Optimierung der Programmierung ist eine Verbesserung der Schaltung möglich. Weitere Funktionen können durch Ergänzung der Hard- und Software hinzugefügt werden.
We report on interferometric measurements of the thermo-optical aberrations of the laser medium of an Yb:YAG thin-disk laser in pumped and cw lasing conditions at several pump-power levels with a mean repeatability of 5 nm. These measurements build the basis for future intracavity compensation of the aberrations with our deformable mirror in order to improve the fundamental-mode efficiency.
Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben.
Die vorliegende Praktikumsanleitung ist in wesentlichen Teilen in Inhalt und Layout überarbeitet worden. Dazu haben neben Kollegen auch Studenten beigetragen, deren Ergebnisse Sie nun nutzen können. Um die Qualität weiter zu sichern und den Nutzen zu steigern, bitten wir Sie um folgende Mitarbeit: Sollten Sie bei der Vorbereitung Ihres 1. Versuches inhaltliche Fehler oder Rechtschreib- und Grammatikfehler feststellen, so teilen Sie uns diese bitte mit. Sollten Sie nach Abschluß des Praktikums Wünsche oder Anregungen haben, so teilen Sie uns diese bitte ebenfalls mit.
Zu den Versuchen existieren Versuchsanleitungen, die die Grundlage zum Versuchsthema, die Geräteliste, die Versuchsschaltungen, die Meßaufgaben und die Fragen zur Auswertungen enthalten. Von den Praktikumsteilnehmern sind die theoretischen Grundlagen der einzelnen Versuche anhand der Versuchsanleitungen und ggf. weitergehender Fachliteratur jeweils vor dem Versuch selbständig zu erarbeiten. Stellt der Praktikumsleiter bei der Versuchsbesprechung fest, daß die Teilnehmer einer Gruppe die Grundlagen des aktuellen Versuches nicht beherrschen, so wird diese Gruppe i.a. von der momentanen Durchführung des Versuches ausgeschlossen und muß diesen Versuch an einem Nachholtermin durchführen.
Efficient quasi-three-level laser operation requires the generation of the highest possible pump rate from a given pump source. We derive the fundamental scaling laws for the pump rate and we extract optimization criteria for pump concepts from these laws. The analysis is then applied to the thin-disk laser. Based on the results, a novel pump concept for thin-disk lasers is proposed, which allows for several tens of pump beam passes and reduces the optical complexity of conventional pump concepts. Furthermore, the beam quality of the pump source is preserved almost completely, facilitating the highest possible pump rate.
Novel unimorph deformable mirror with monolithic tip-tilt functionality for solid state lasers
(2011)
We present a new type of unimorph deformable mirror with monolithic tip-tilt functionality. The tip-tilt actuation is based on a spiral arm design. The mirror will be used in high-power laser resonators for real-time intracavity phase control. The additional tip-tilt correction with a stroke up to 6 μm simplifies the resonator alignment significantly. The mirror is optimized for a laser beam footprint of about 10 mm. We have modeled and optimized this mirror by finite element calculations and we will present design criteria and tradeoffs for this mirrors. The mirror is manufactured from a super-polished glass substrate with very low surface scattering and excellent dielectric coating.
We have developed a new type of unimorph deformable mirror, designed to correct for low-order Zernike modes. The mirror has a clear optical aperture of 50 mm combined with large peak-to-valley Zernike amplitudes of up to 35 μm. Newly developed fabrication processes allow the use of prefabricated super-polished and coated glass substrates. The mirror's unique features suggest the use in several stronomical applications like the precompensation of atmospheric aberrations seen by laser beacons and the use in woofer-tweeter systems. Additionally, the design enables an efficient correction of the inevitable wavefront error imposed by the floppy structure of primary mirrors in future large space-based telescopes. We have modeled the mirror by using analytical as well as finite element models. We will present design, key features and manufacturing steps of the deformable mirror.
We present a novel unimorph deformable mirror with a diameter of only 10 mm that will be used in adaptive resonators of high power solid state lasers. The relationship between applied voltage and deformation of a unimorph mirror depends on the piezoelectric material properties, layer thicknesses, boundary conditions, and the electrode pattern. An analytical equation for the deflection of the piezoelectric unimorph structure is derived, based on the electro-elastic and thin plate theory. The validity of the proposed analytical model has been proven by numerical finite-element modelling and experimental results. Our mirror design has been optimized to obtain the highest possible stroke and a high resonance frequency.
We have developed a new type of unimorph deformable mirror for the correction of low-order Zernike modes. The mirror features a clear aperture of 50 mm combined with large peak-to-valley amplitudes of up to 35 μm. Newly developed fabrication processes allow the use of prefabricated, coated, super-polished glass substrates. The mirror's unique features suggest the use in several astronomical applications like the compensation of atmospheric aberrations seen by laser beacons, low light astronomy, and the use in woofer-tweeter systems. Additionally, the design enables an efficient correction of the inevitable wave-front error imposed by the floppy structure of primary mirrors in future large space telescopes. We have modeled the mirror by using analytical as well as finite element models. We will present design, key features and manufacturing steps of the deformable mirror.
The German Code ATV-M 127-2 published in 2000 for the design of linings to rehabilitate sewers has proved itself a helpful guideline to find the optimum wall thickness of any liner material, e.g. CIPP or stainless steel sleeves. Many rehabilitation projects in different European countries have been performed successfully using this code. The code differentiates between three host pipe states: State I for untight sewers without cracks, state II for sewers with longitudinal cracks but a stable soil pipe system and state III for cracked pipes with larger deformations and considerable risk to collapse in the near future. State II sewers but installed close to the traffic surface must be calculated as a state III situation too. According to the code stress, deformation and stability tests are necessary. For many practical cases charts with stress factors and imperfection reductions allow to design without a computer. Numerous theoretical and experimental papers are available which mainly deal with circular linings. An evaluation of design codes carried out by experts of different countries shows a fairly good coincidence of the required wall thicknesses, but the assessment of pipeline damages by engineers is sometimes resulting in quite different assumptions necessary for the design input parameters. The paper reports about the progress in liner design since the 1st edition of the code. Additional clauses have to be introduced into the 2nd edition for non circular geometries (e.g. for hood and rectangular profile), imperfections describing practical and theoretical situations and new applications (e.g. railway crossings). International discussion can be useful to find safe and resources saving constructions.
Die statische Berechnung von erdgebetteten Abwasserleitungen und -kanälen erfolgt in Deutschland seit 1984 nach dem Arbeitsblatt ATV-A 127 [V1]. Im Rahmen der CEN/TC165/WG12 wurden zwar zwei Optionen für eine europäische Rohrstatik erarbeitet, es konnte jedoch keine Einigkeit auf ein gemeinsames Verfahren erzielt werden. Die Ergebnisse werden daher lediglich in Form eines Technischen Berichtes TR 1295-3 [V4] veröffentlicht. Zur Berücksichtigung von Weiterentwicklungen bei der Rohrherstellung und beim Rohreinbau sowie der Notwendigkeit einer Anpassung an europäisch übliche Regelungen zur Standsicherheit wird daher in der DWA-Arbeitsgruppe ES 5.4 eine 4. Auflage des Arbeitsblattes A 127 vorbereitet. Dabei können auch neuere Erkenntnisse bezüglich der Tragwirkung des Rohr-Boden-Systems einbezogen werden. Flache Überdeckungen sind für die Praxis von besonderer Bedeutung, da solche Anwendungen einerseits zunehmen, andererseits auf die Rohrleitungen hohe Bodenspannungen aus Verkehrslasten einwirken. Im Rahmen eines durch das Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW unterstützten Forschungsvorhabens, an dem die Fachhochschule Münster, das Institut für Unterirdische Infrastruktur Gelsenkirchen, die Leibniz Universität Hannover und die Ruhr-Universität Bochum beteiligt sind, sollen mit Hilfe von Versuchen im Maßstab 1:1 und Finite Element-Simulationen eine Reihe von Fragen geklärt werden, die bei der Dimensionierung von Abwasserkanälen mit flacher Überdeckung auftreten. Die Untersuchungen sollen außerdem Aussagen über die Reststandsicherheit von geschädigten Kanälen und die Berechnung von Sanierungssystemen bei nicht mehr allein tragfähigen Altrohren liefern.
Während über die Erfassung und Bewertung des Bauzustands kleinformatiger Abwasserkanäle inzwischen umfangreich berichtet wurde, liegen über begehbare Kanäle nur wenige Veröffentlichungen vor. Als Teil einer umfassenden Bestandsaufnahme werden Methoden vorgestellt, wie bei Mauerwerkskanälen die Bauzustandserfassung durch Begehungen und ergänzende Untersuchungen erfolgen kann. Ferner werden Verfahren zur Bewertung des Kanalmilieus, der Baustoffverhältnisse und insbesondere der statischen Tragfähigkeit aufgezeigt. Diese Methoden sind teilweise auf begehbare Kanäle aus anderen Baustoffen übertragbar.
Ten opzichte van de richtlijnen voor direct in de bodem ingebedde leidingen (In Duitsland betreft het de richtlijn ATV A127[1], in Frankrijk de Fascicule 70, in Nederland Cur n° 122 voor betonbuizen) vereist de richtlijn voor de statische berekening van linersystemen (kousrelining, u lining, buis in buislining...) voor de sanering van beschadigde riolen een grondig andere aanpak en berekeningsmethodiek. Onder meer zijn voor liners volgende parameters van belang: Toestand van de beschadigde leiding. Wanneer de oude leiding vervormd is, zal bij close fit renovatiesystemen zoals kousliners ook de liner zelf voorvervormingen vertonen. Bij deze onvolkomenheden wordt onderscheid gemaakt tussen lokale intrusie (opbolling) globale voorvervorming (ovalisatie); Materiaalkarakteristieken van de liner samenhangend met de uitharding (vorming van ringspleet enz.); Hoge drukspanningen door externe waterdruk in combinatie met de geringe wanddikte en de relatief lage elasticiteitsmodulus van de liner; De liggingcondities van de liner in de beschadigde leiding (aanwezigheid van scheuren, radiale en axiale verplaatsing enz..); Specifieke eigenschappen van de materialen waaruit de liner is opgebouwd (Elasticiteitsmodulus en buigtreksterkte op lange termijn) Vragen in verband met de stabiliteit van saneringsystemen werden de afgelopen jaren uitgebreid in internationale fora en wereldwijd bediscussieerd, [2] tot [5], en om de mechanische draagkracht ervan na te gaan werden omvangrijke proeven uitgevoerd, [2], [4], [6], [12] en [18]. Aan de hand van het document Merkblatt ATV-M 127-2 [14] is het mogelijk om statische berekeningen op een voor liners adequate wijze uit te voeren en is het mogelijk controleberekeningen uit te voeren zoals dit in Duitsland in het document Merkblatt ATV-M 143-3 [13] geëist wordt.
With the assessment of sewers and drains generally recognised criteria such as tightness, stability, hydraulic capability and efficiency are valid. For the assessment of the stability, however, there are often uncertainties. In this connection the ATV-DVWK Advisory Leaflet ATV M 127-2 represents a practical development of the system of rules and standards for the stability of earth-bedded pipelines that is called upon in the case of dimensioning for rehabilitation procedures. Nevertheless, further assumptions about the pipe-soil system are necessary which often are based on individual appraisals and experiences of the designer. To that end, in the years 1999 to the beginning of 2002, extensive experiments and theoretical investigations were carried out at the Universities of Bremen and Muenster as well as at the Bremen hanseWasser GmbH in order to assess more reliably the load-carrying capacity in particular of damaged host pipes in the ground. The research was supported by the Federal Ministry for Education and Research (BMB+F) under the short title ASSUR. The paper gives a view of the essential contents of the research; further information can be taken from the final report to ASSUR.
Auf Basis der Wirtschaftschulen und der Technischen Schulen des Kreises Steinfurt wurde im Laufe des Forschungsprojektes ein Konzept zur integralen Sanierung von Schulen erarbeitet. Zu Beginn des Projektes wurde eine umfangreiche Bestandsaufnahme der betrachteten Schulen vorgenommen. Hierzu erfolgten messtechnische Untersuchungen in ausgewählten Räumen der Schulen als auch Befragungen der am Schulbetrieb beteiligten Gruppen. Die messtechnischen Untersuchungen umfassten die Raumluftsituation, die Raumtemperatur, die Akustik und die Beleuchtungssituation. Mittels Fragebogen wurde das subjektive Emp-finden der Schüler und Lehrkräfte bezüglich der Raumluft, Akustik, Beleuchtung und Behag-lichkeit erfasst. (Abschnitt 1.1.6, S. 14 und Abschnitt 1.3 bis 1.5, ab S. 33) Die Raumtemperaturen, die Akustik und die Beleuchtungssituation zeigten sich sowohl bei den Messungen als auch in den Befragungen überwiegend als nicht auffällig. Eine gravieren-de Ausnahme hiervon stellten die Raumtemperaturen in den EDV-Räumen der Wirtschaft-schulen dar. Die inneren Wärmelasten durch den Betrieb der Computer lassen die Tempera-tur in den Räumen im Sommer auf unerträgliche Temperaturen ansteigen. Im Rahmen des Projektes wurde daher in einem EDV-Raum die Wirksamkeit einer Kühldecke und einer Schwerkraftkühlung messtechnisch untersucht. Beide Kühlsysteme wurden mittels Kühlwas-ser aus Erdsonden betrieben und waren in der Lage, die Temperatur im EDV-Raum im akzeptablen Bereich zu halten. (Kapitel 5, S. 143) Im Hinblick auf die Überhitzung der Räume und den Stromverbrauch von Computern als Ein-zelplatzlösung wurden die Vorteile des Green-IT bezüglich der Behaglichkeit, des Stromver-brauchs und der Wirtschaftlichkeit im Zusammenhang mit Schulen herausgestellt. (Abschnitt 6.2.1, S. 187) Die Raumluftsituation stellte sich in fast allen untersuchten Situationen als mangelhaft her-aus. Das Ergebnis bestätigt Untersuchungsergebnisse anderer Institutionen im In- und Aus-land und verlangt einen Paradigmenwechsel bezüglich der Belüftung von Schulräumen. Wei-tergehende messtechnische Untersuchungen an einem Proberaum der Technischen Schulen zeigten, dass auch die Lüftung über gekippte Fenster unzureichend ist (Abschnitt 1.3.5, S. 44 bzw. Abschnitt 6.2.5, S. 200). Alles in allem ist bei normaler Personenzahl in einem Klassen-raum eine mechanische Lüftung unerlässlich. In den Technischen Schulen werden diese Er-kenntnisse durch den Einbau von lüftungstechnischen Anlagen umgesetzt. Nach Abschluss von Sanierungsmaßnahmen an den Wirtschaftsschulen wurden erneut akus-tische Messungen in Klassenräumen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die vor der Sanierung guten Ergebnisse sich durch akustisch wirksame Wandpaneele erneut einhalten lassen. Das Ergebnis bestätigt, dass pflegeleichte, schallharte Böden in Kombination mit durchdachten akustischen Maßnahmen problemlos funktionieren. Die energetische Sanierung von Gebäuden setzt einen bekannten Ist-Zustand des spezifischen Energieverbrauchs voraus, um Zielstellungen für die durch die Sanierung zu erwartenden Einsparungen formulieren zu können. Erhebungen bei den kommunalen Schulträgern sollten dazu dienen, diesen Ist-Zustand der Schulen zu beschreiben und den energetischen Erfolg bereits durchgeführter Sanierungen zu dokumentieren. Es stellte sich heraus, dass die Dokumentation der entsprechenden Daten bei den Schulträgern in den überwiegenden Fäl-len nicht vorliegen und auch nicht bereitgestellt werden können. Wesentliche Ursachen hier-für sind die Personalsituation und fehlendes Energiemanagement in den Verwaltungen. Der im Arbeitsplan vorgesehenen Erstellung einer Datenbank zu Sanierungsauswirkungen auf den Energieverbrauch von Schulen fehlte damit die Basis. Die zeitliche Entwicklung der spezifischen Energieverbräuche konnte für einige Schulen zusammengetragen werden. (Ab-schnitt 1.2, S. 23; Kapitel 1, S. 85 und Kapitel 3, S. 103) Die Erstellung des Sanierungskonzeptes für die Wirtschaftsschulen war zu Projektbeginn be-reits erfolgt. Im Rahmen des Projektes wurden die anstehenden und darüber hinausgehen-den Sanierungsschritte mittels dynamischer Simulationsrechnungen hinsichtlich ihrer ener-getischen Auswirkungen beurteilt und wirtschaftlich bewertet. Darüber hinaus konnten mit der dynamischen Simulationsrechnung Energieeinsparpotenziale aufgezeigt werden, die mit-tels Optimierung der Betriebstechnik erreicht werden können. (Abschnitt 6.1.4, S. 168) Im Rahmen des Sanierungskonzeptes der Technischen Schulen wurde für die Frischluftzufuhr und Temperierung der Klassenräume nach einem kombinierten, alternativen System ge-sucht. Daraus entwickelte sich die Klimawand. Diese benötigt aufgrund der flächigen Ausfüh-rung in Verbindung mit unterstützenden Konvektionsströmungen in Konvektionsschächten zur Temperierung nur geringe Über- bzw. Untertemperaturen. Gleichzeitig wird die Klimawand für die Frischluftzufuhr mit einem zentralen Belüftungssystem kombiniert. Die Klimawand ist unauffällig, robust mit geringem Platzbedarf und ist somit weitestgehend aus dem Wirkungsbereich der Schüler ausgenommen. (Abschnitt 6.2.3, S. 192) Das Sanierungskonzept der Technischen Schulen wurde im Rahmen des Projektes erstellt. Die jetzt beginnende bautechnische Umsetzung des Konzeptes beinhaltet die wesentlichen Ergebnisse des Projektes. Der Einbau von lüftungstechnischen Anlagen sowie die mittels dy-namischer Simulation erarbeitete bauphysikalische Optimierung sind Ergebnisse der Projekt-arbeit. Die dynamische Simulation hat sich als starkes und wichtiges Werkzeug bezüglich der Erstellung von Sanierungskonzepten erwiesen (Abschnitt 6.1.2, S. 157 und Abschnitt 6.1.4, S. 168). Durch die Sanierung wird der spezifische Primärenergiebedarf der Technischen Schulen von 73 auf rund 25 kWh pro Quadratmeter und Jahr sinken.
Hinweise und Kommentare zur Anwendung des ATV-M 127-2 für die statische Berechnung von Linern
(2003)
Das deutsche Merkblatt ATV-M 127-2 regelt die statische Berechnung von Lining- und Montagesystemen zur Sanierung von Abwasserkanälen und leitungen. Es wurde in den Jahren 1994 bis 1999 von der ATV-Arbeitsgruppe ES 2.3 erstellt, mit Vertretern der Praxis im Rahmen eines internen Einspruchverfahrens diskutiert und im Januar 2000 veröffentlicht. Die Bemessungsregeln werden bei einer großen Zahl von Liningmaßnahmen im Leistungsverzeichnis als Grundlage der Ermittlung von Linerwanddicken und der Qualitätssicherung vorgeschrieben. Sie wurden bereits vor der endgültigen Fertigstellung des Merkblattes an einer Vielzahl von Projekten erprobt und angewendet. Ferner werden sie zur Begutachtung von Schadensfällen und zu internationalen Vergleichen herangezogen. Auch nach dem Erscheinen des Merkblattes ATV-M 127-2 wurden die Forschungsarbeiten zu Fragen des Altrohrzustandes III, der Standsicherheit geschädigter Rohrleitungen und der Mess- und Versuchstechnik im Sandkasten und in-Situ fortgesetzt und publiziert. Die Arbeit behandelt z. B. Abgrenzungen der Altrohrzustände I bis III, Messung und Abschätzung der Ovalisierung bei Altrohrzustand II und III, Abminderungsfaktoren der Beullast für mehrere gleichzeitig zu berücksichtigende Imperfektionen, experimentelle Traglasten und Nachweise von Druckzonen in geschädigten Altrohren, Verformungszustände bei Eiprofilen mit Längsrissen, Hinweise für Ausschreibungen von Rehabilitationsmaßnahmen mit Linern.
Diese Vorlesung Grundlagen der Elektrotechnik im Studiengang Physikalische Technik beruht im wesentlichen auf den Büchern [MP92], [CW92] und [FB82]. [MP92] Anfängern, besser Fachfremden ist ein Studium von [MP92] empfohlen, das für Studenten des Fachbereiches Wirtschaft ausgelegt ist. [CW92] Bei vorhandenen Grundkenntnissen bietet sich [CW92] an, das über den Stoff der Vorlesung hinaus die Elektrotechnik theoretisch erläutert. [FB82] Aus dem Bereich Maschinenbau kommt [FB82], das für den Teil der elektrischen Maschinen als Vorlage diente. Es kann aber auch Fachfremden für ein allgemeines Verständnis empfolen werden.
Bedingt durch die zunehmende Mächtigkeit des Wasser führenden Deckgebirges wird bei neueren Schachtbauten der innere Ausbau als Verbundkonstruktion ausgeführt (Voerde, Sophia Jacoba 8): Ein Stahl- oder Gusseisenliner wird von einem dickwandigen Betonmantel mit außen liegendem, wasserdicht verschweißten Stahlmantel umschlossen. Die Verbundkonstruktion wird durch mit der Teufe anwachsende Druckkräfte beansprucht, die einen besonderen Stabilitätsnachweis des relativ dünnwandigen Liners verlangen. Es werden die Durchschlaglasten für unverankerte und verankerte Liner in Abhängigkeit vom Radius-/Wanddickenverhältnis angegeben. Die bei der Berechnung zu berücksichtigenden Imperfektionen, die Grenzwerte für die Annahme einer starren Bettung und weitere Gültigkeitsgrenzen für die Durchschlagslasten werden erläutert und Rechenverfahren für die Praxis aufbereitet.
Für elastisch gebettete, kreiszylindrische Konstruktionen wird im Fall getrennter Belastungs- und Bettungswirkung das Last-Verschiebungsverhalten analysiert. Es zeigt sich, dass das System eine Grenzlast hat, nach deren Überschreitung die aufnehmbare Belastung absinkt. Für Anwendungsfälle in der Praxis und zur Auswertung von Modell- und Großversuchen wird ein Diagramm für die Ermittlung der Grenzlasten angegeben. Die untersuchten Bereiche des Steifigkeitsparameters ß und des Konstruktionsparameters k* umfasst Anwendungen wie Tunnelwandungen, Rohre und Rohrauskleidungen aus PVC und Polyethylen sowie Durchlässe aus kalt gewellten und kalt gebogenen Stahlblechen. Es wird die Gültigkeit des gewählten, linear elastischen Stoffgesetzes der Konstruktion abgegrenzt. Beim Erddruckproblem kann die Last- und Bettungswirkung nicht mehr voneinander getrennt werden. Hierfür werden Versuche und rechnerische Ansätze dargestellt, die einen Einblick in das Verhalten der Konstruktion bei Laststeigerung ermöglichen. Unter idealisierten Voraussetzungen existiert im überkritischen Bereich des zunächst mehrwelligen Beulproblems ein weiterer Indifferenzpunkt und eine einwellige Beulform.
Experimentelle Standsicherheitsuntersuchung an einem gemauerten Abwasserkanal mit Eiquerschnitt
(1999)
Die Standsicherheitsbeurteilung alter gemauerter Kanäle mit Eiprofil wird dadurch erschwert, dass neben den Unwägbarkeiten der Materialeigenschaften und des Baugrundes keine Regeln zur Nachweisführung vorliegen. ln Anlehnung der Schnittgrößenermittlung an das Arbeitsblatt ATV-A 127 ergeben sich insbesondere bei bestimmten Tiefenlagen rechnerisch unzureichende Sicherheitsbeiwerte, die jedoch offensichtlich mit der örtlich erreichten Tragfähigkeit nicht übereinstimmen. Um die im Sammler-Baugrund-System auftretenden Lastabtragungen zu erkennen und um diese in einem Rechenmodell nachzubilden, wurden die Untersuchungen an einem Abwassersammler in Bremen durchgeführt.
Die aktuelle Standardisierung und Normung von Dienstleistungen in der Abfall- und Wertstoffsammlung unter Angebe konkreter Service Levels verdeutlicht die Notwendigkeit von Qualitätsprüfungen als Bestandteil des Qualitätsmanagements in diesem Bereich. Die aktuelle Untersuchung hat das Ziel, praxisrelevante Qualitätsmerkmale abzuleiten, in der Praxis messbare Indikatoren zu identifizieren und eine Methodik zur Durchführung der Qualitätsprüfungen zu entwickeln.