Equations for the Drag Force and Aerodynamic Roughness Length of Urban Areas with Random Building Heights

We use a conceptual model to investigate how randomly varying building heights within a city affect the atmospheric drag forces and the aerodynamic roughness length of the city. The model is based on the assumptions regarding wake spreading and mutual sheltering effects proposed by Raupach (Boundary-Layer Meteorol 60:375-395, 1992). It is applied both to canopies having uniform building heights and to those having the same building density and mean height, but with variability about the mean. For each simulated urban area, a correction is determined, due to height variability, to the shear stress predicted for the uniform building height case. It is found that u (*)/u (*R) , where u (*) is the friction velocity and u (*R) is the friction velocity from the uniform building height case, is expressed well as an algebraic function of lambda and sigma (h) /h (m) , where lambda is the frontal area index, sigma (h) is the standard deviation of the building height, and h (m) is the mean building height. The simulations also resulted in a simple algebraic relation for z (0)/z (0R) as a function of lambda and sigma (h) /h (m) , where z (0) is the aerodynamic roughness length and z (0R) is z (0) found from the original Raupach formulation for a uniform canopy. Model results are in keeping with those of several previous studies.

Anomalous Velocity Distributions in Active Brownian Suspensions

Large-scale simulations and analytical theory have been combined to obtain the nonequilibrium velocity distribution, f(v), of randomly accelerated particles in suspension. The simulations are based on an event-driven algorithm, generalized to include friction. They reveal strongly anomalous but largely universal distributions, which are independent of volume fraction and collision processes, which suggests a one-particle model should capture all the essential features. We have formulated this one-particle model and solved it analytically in the limit of strong damping, where we find that f (v) decays as 1/v for multiple decades, eventually crossing over to a Gaussian decay for the largest velocities. Many particle simulations and numerical solution of the one-particle model agree for all values of the damping.

Model Predictive Control for Vehicle Stabilization at the Limits of Handling

Recent developments in vehicle steering systems offer new opportunities to measure the steering torque and reliably estimate the vehicle sideslip and the tire-road friction coefficient. This paper presents an approach to vehicle stabilization that leverages these estimates to define state boundaries that exclude unstable vehicle dynamics and utilizes a model predictive envelope controller to bound the vehicle motion within this stable region of the state space. This approach provides a large operating region accessible by the driver and smooth interventions at the stability boundaries. Experimental results obtained with a steer-by-wire vehicle and a proof of envelope invariance demonstrate the efficacy of the envelope controller in controlling the vehicle at the limits of handling.

Analyzing the effects of vertical acceleration and deceleration in multi-phase, debris-flow sediment-column experiments / by Christine Marie Williams.

Water-saturated debris flows are among some of the most destructive mass movements. Their complex nature presents a challenge for quantitative description and modeling. In order to improve understanding of the dynamics of these flows, it is important to seek a simplified dynamic system underlying their behavior. Models currently in use to describe the motion of debris flows employ depth-averaged equations of motion, typically assuming negligible effects from vertical acceleration. However, in many cases debris flows experience significant vertical acceleration as they move across irregular surfaces, and it has been proposed that friction associated with vertical forces and liquefaction merit inclusion in any comprehensive mechanical model. The intent of this work is to determine the effect of vertical acceleration through a series of laboratory experiments designed to simulate debris flows, testing a recent model for debris flows experimentally. In the experiments, a mass of water-saturated sediment is released suddenly from a holding container, and parameters including rate of collapse, pore-fluid pressure, and bed load are monitored. Experiments are simplified to axial geometry so that variables act solely in the vertical dimension. Steady state equations to infer motion of the moving sediment mass are not sufficient to model accurately the independent solid and fluid constituents in these experiments. The model developed in this work more accurately predicts the bed-normal stress of a saturated sediment mass in motion and illustrates the importance of acceleration and deceleration.

Slope stability analysis of the Pacaya Volcano, Guatemala, using limit equilibrium and finite element method

The Pacaya volcanic complex is part of the Central American volcanic arc, which is associated with the subduction of the Cocos tectonic plate under the Caribbean plate. Located 30 km south of Guatemala City, Pacaya is situated on the southern rim of the Amatitlan Caldera. It is the largest post-caldera volcano, and has been one of Central America’s most active volcanoes over the last 500 years. Between 400 and 2000 years B.P, the Pacaya volcano had experienced a huge collapse, which resulted in the formation of horseshoe-shaped scarp that is still visible. In the recent years, several smaller collapses have been associated with the activity of the volcano (in 1961 and 2010) affecting its northwestern flanks, which are likely to be induced by the local and regional stress changes. The similar orientation of dry and volcanic fissures and the distribution of new vents would likely explain the reactivation of the pre-existing stress configuration responsible for the old-collapse. This paper presents the first stability analysis of the Pacaya volcanic flank. The inputs for the geological and geotechnical models were defined based on the stratigraphical, lithological, structural data, and material properties obtained from field survey and lab tests. According to the mechanical characteristics, three lithotechnical units were defined: Lava, Lava-Breccia and Breccia-Lava. The Hoek and Brown’s failure criterion was applied for each lithotechnical unit and the rock mass friction angle, apparent cohesion, and strength and deformation characteristics were computed in a specified stress range. Further, the stability of the volcano was evaluated by two-dimensional analysis performed by Limit Equilibrium (LEM, ROCSCIENCE) and Finite Element Method (FEM, PHASE 2 7.0). The stability analysis mainly focused on the modern Pacaya volcano built inside the collapse amphitheatre of “Old Pacaya”. The volcanic instability was assessed based on the variability of safety factor using deterministic, sensitivity, and probabilistic analysis considering the gravitational instability and the effects of external forces such as magma pressure and seismicity as potential triggering mechanisms of lateral collapse. The preliminary results from the analysis provide two insights: first, the least stable sector is on the south-western flank of the volcano; second, the lowest safety factor value suggests that the edifice is stable under gravity alone, and the external triggering mechanism can represent a likely destabilizing factor.

STRUCTURAL CONTROL OF A SMALL-SCALE TEST-BED SHAKER STRUCTURE USING A SPONGE-TYPE MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID DAMPER

Semi-active damping devices have been shown to be effective in mitigating unwanted vibrations in civil structures. These devices impart force indirectly through real-time alterations to structural properties. Simulating the complex behavior of these devices for laboratory-scale experiments is a major challenge. Commercial devices for seismic applications typically operate in the 2-10 kN range; this force is too high for small-scale testing applications where requirements typically range from 0-10 N. Several challenges must be overcome to produce damping forces at this level. In this study, a small-scale magneto-rheological (MR) damper utilizing a fluid absorbent metal foam matrix is developed and tested to accomplish this goal. This matrix allows magneto-rheological (MR) fluid to be extracted upon magnetic excitation in order to produce MR-fluid shear stresses and viscosity effects between an electromagnetic piston, the foam, and the damper housing. Dampers for uniaxial seismic excitation are traditionally positioned in the horizontal orientation allowing MR-fluid to gather in the lower part of the damper housing when partially filled. Thus, the absorbent matrix is placed in the bottom of the housing relieving the need to fill the entire device with MR-fluid, a practice that requires seals that add significant unwanted friction to the desired low-force device. The damper, once constructed, can be used in feedback control applications to reduce seismic vibrations and to test structural control algorithms and wireless command devices. To validate this device, a parametric study was performed utilizing force and acceleration measurements to characterize damper performance and controllability for this actuator. A discussion of the results is presented to demonstrate the attainment of the damper design objectives.

A treatment method for Class II Division 1 patients with extraction of permanent maxillary first molars

Throughout the years, various treatment modalities have been presented for the treatment of Class II Division 1 malocclusions. The goal of this paper is to present a treatment approach that involves the extraction of the maxillary first molars followed by use of fixed appliances with low-friction brackets. This treatment approach has proven to be an efficient treatment modality for Class II Division 1 malocclusions, especially with noncompliant patients.

The Southern Hemisphere at glacial terminations: insights from the Dome C ice core

The many different proxy records from the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) Dome C ice core allow for the first time a comparison of nine glacial terminations in great detail. Despite the fact that all terminations cover the transition from a glacial maximum into an interglacial, there are large differences between single terminations. For some terminations, Antarctic temperature increased only moderately, while for others, the amplitude of change at the termination was much larger. For the different terminations, the rate of change in temperature is more similar than the magnitude or duration of change. These temperature changes were accompanied by vast changes in dust and sea salt deposition all over Antarctica. Here we investigate the phasing between a South American dust proxy (non-sea-salt calcium flux, nssCa2+), a sea ice proxy (sea salt sodium flux, ssNa+) and a proxy for Antarctic temperature (deuterium, δD). In particular, we look into whether a similar sequence of events applies to all terminations, despite their different characteristics. All proxies are derived from the EPICA Dome C ice core, resulting in a relative dating uncertainty between the proxies of less than 20 years. At the start of the terminations, the temperature (δD) increase and dust (nssCa2+ flux) decrease start synchronously. The sea ice proxy (ssNa+ flux), however, only changes once the temperature has reached a particular threshold, approximately 5°C below present day temperatures (corresponding to a δD value of −420‰). This reflects to a large extent the limited sensitivity of the sea ice proxy during very cold periods with large sea ice extent. At terminations where this threshold is not reached (TVI, TVIII), ssNa+ flux shows no changes. Above this threshold, the sea ice proxy is closely coupled to the Antarctic temperature, and interglacial levels are reached at the same time for both ssNa+ and δD. On the other hand, once another threshold at approximately 2°C below present day temperature is passed (corresponding to a δD value of −402‰), nssCa2+ flux has reached interglacial levels and does not change any more, despite further warming. This threshold behaviour most likely results from a combination of changes to the threshold friction velocity for dust entrainment and to the distribution of surface wind speeds in the dust source region.

Reibung – ein unterschätztes Phänomen in der Verpackungslogistik

„Geiz ist geil!“ ist das Motto eines Handelshauses. Aber diese Philosophie erweist sich immer häufiger als ungeeignet, längerfristigen Erfolg zu sichern. Oftmals wird gerade aus diesem Grund wieder verstärkt auf Qualität geachtet, auf die Qualität von Produkten, auf die Qualität von Herstellungsprozessen, auf die Qualität von Logistikprozessen etc. Dieser Sinneswandel beeinflusst auch alle Verpackungsprozesse, da diese untrennbar mit der Sicherung der Produktqualität und der sicheren Abwicklung aller logistischen Prozesse verbunden ist. Neben der Forderung nach einem wirtschaftlichen Produktschutz als Kernaufgabe der Verpackung müssen jedoch auch zwingende Vorgaben – beispielsweise seitens des Gesetzgebers (z. B. im Lebensmittelbereich, in der Gefahrgutlogistik, im Straßenverkehrsrecht) – beachtet werden. Das führt u. a. dazu, dass alle verpackten Güter so geschützt sein sollten, dass sie den Belastungen im Transportprozess, aber auch den Belastungen aufgrund von Ladungs- und Ladeeinheitensicherungsmaßnahmen standhalten können. Da sich jedoch nicht alle Ladegüter oder Packstücke beliebig für form- oder kraftschlüssige Sicherungsmaßnahmen eignen, sollte bei der Auslegung von Verpackungsmaßnahmen insbesondere der hilfreichen Wirkung von Reibungskräften zur Reduzierung zusätzlicher Sicherungsmaßnahmen Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Reibung – ein unterschätztes Phänomen in der Verpackungslogistik

„Geiz ist geil!“ ist das Motto eines Handelshauses. Aber diese Philosophie erweist sich immer häufiger als ungeeignet, längerfristigen Erfolg zu sichern. Oftmals wird gerade aus diesem Grund wieder verstärkt auf Qualität geachtet, auf die Qualität von Produkten, auf die Qualität von Herstellungsprozessen, auf die Qualität von Logistikprozessen etc. Dieser Sinneswandel beeinflusst auch alle Verpackungsprozesse, da diese untrennbar mit der Sicherung der Produktqualität und der sicheren Abwicklung aller logistischen Prozesse verbunden ist. Neben der Forderung nach einem wirtschaftlichen Produktschutz als Kernaufgabe der Verpackung müssen jedoch auch zwingende Vorgaben – beispielsweise seitens des Gesetzgebers (z. B. im Lebensmittelbereich, in der Gefahrgutlogistik, im Straßenverkehrsrecht) – beachtet werden. Das führt u. a. dazu, dass alle verpackten Güter so geschützt sein sollten, dass sie den Belastungen im Transportprozess, aber auch den Belastungen aufgrund von Ladungs- und Ladeeinheitensicherungsmaßnahmen standhalten können. Da sich jedoch nicht alle Ladegüter oder Packstücke beliebig für form- oder kraftschlüssige Sicherungsmaßnahmen eignen, sollte bei der Auslegung von Verpackungsmaßnahmen insbesondere der hilfreichen Wirkung von Reibungskräften zur Reduzierung zusätzlicher Sicherungsmaßnahmen Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Tribologische Untersuchungen am Förderzahnriemen

Zahnriemenfördersysteme haben auf Grund ihrer wirtschaftlichen und technischen Vorteile beim Transport von Stückgütern ein breites Anwendungsfeld in den unterschiedlichen Bereichen der Industrie gefunden und gewinnen weiterhin an Bedeutung. Die Auslegung der Systeme beschränkt sich gegenwärtig im Wesentlichen auf die Zugstrang- und die Zahnfußfestigkeit des Zahnriemens. Grundlagen der Berechnungen sind oft recht vage Aussagen zur Höhe des Reibwertes zwischen dem Zahnriemen und dessen Stützschiene. Die Erhöhung der Kontakttemperatur durch die eingebrachte Reibleistung wird meist völlig vernachlässigt. In der Praxis wird oftmals auf Erfahrungswerte zurückgegriffen, wobei die Gefahr der Über- bzw. Unterdimensionierung mit erheblichen Auswirkungen auf die Lebensdauer, das Verschleißverhalten und die Betriebssicherheit besteht. 1. Anwendung von Zahnriemenförderern Das Einsatzgebiet der Zahnriemen ist neben der Antriebstechnik in zunehmendem Maße die Fördertechnik, wo diese als Zug- und Tragmittel für den Stückguttransport zur Anwendung kommen. Der Grund dieser Entwicklung lässt sich mit den günstigen Eigenschaften dieser Maschinenelemente erklären. Besonders zu erwähnen sind dabei der geräuscharme Lauf, die geringe Masse und die niedrigen Kosten in Anschaffung und Wartung. Der synchrone Lauf, der mit Zahnriemen wie auch mit Förderketten realisierbar ist, ist ein weiterer wesentlicher Vorteil. Dabei übernehmen die robusten Förderketten den Bereich der Fördertechnik, in dem große Kräfte übertragen werden müssen und stark schmutzintensive Umgebungsbedingungen vorherrschen. Haupteinsatzgebiete der Zahnriemenförderer ist der Bereich der empfindlicheren Güter mit relativ geringen Massen, wobei sich immer mehr abzeichnet, dass auch Einsatzgebiete mit schweren Werkzeugträgern erschlossen werden. Die Transportzahnriemen müssen bei dem Einsatz zahnseitig abgestützt werden, um die Gutmasse aufnehmen zu können. Stückgüter können von Zahnriemen durch Kraft- oder Formschluss transportiert werden. Der Einsatz ist von den technologischen Erfordernissen und der Art des Transportgutes abhängig. Formschluss wird meist über aufgeschweißte Formelemente / Mitnehmer realisiert. Diese Art des Transportes wird verwendet, wenn Teile: • vereinzelt, • genau positioniert, ������ zeitlich exakt getaktet, • über starke Steigungen bis hin zum vertikalen transportiert werden müssen, • bzw. sich gegenseitig nicht berühren dürfen. Abbildung 1: Formschlüssiger Transport mit aufgeschweißten Formelementen Die Art und die Form des auf dem Zahnriemenrücken aufgebrachten Formelementes werden vom Gut selbst und dem Einsatzzweck bestimmt. Eine Vielzahl von verschiedenen Elementen wird von der Industrie standardmäßig angeboten. Bei der kraftschlüssigen Variante können zwei grundlegende Arten unterschieden werden: Zum einen Zahnriemenbeschichtungen mit sehr hohem Reibwert, zum anderen mit sehr niedrigen Reibwerten. Beschichtungen mit sehr hohem Reibwert (z. B. Silikon, PUR-Schaum, Naturkautschuk) eignen sich besonders für Schrägförderer und Abzugsbänder sowie für einfache Positionieraufgaben. Dabei wird eine relative Verschiebung des Gutes zum Zahnriemen durch den hohen Reibwert in der Kontaktzone behindert. Abbildung 2: Abzugsband für biegeschlaffe Flachformkörper z. B. Folie, Textilien Zahnriemenrückenbeschichtungen mit geringen Reibwerten bestehen meist aus Polyamidgewebe und eignen sich besonders gut für den Staubetrieb. Hierbei dient der Zahnriemen selbst als Zwischenspeicher. Bei Bedarf können die Güter freigegeben werden. Dabei muss aber sichergestellt werden, dass auch die Auflagefläche des Fördergutes für einen solchen Einsatzzweck geeignet ist, da es zu einer Relativbewegung zwischen Gut und undZahnriemen kommt. Abbildung 3: Stauförderer Parallelförderer können sowohl als reibschlüssige als auch als formschlüssige Variante ausgeführt werden. Ihr Vorteil liegt darin, dass größere Güter, z. B. Flachglas, Bleche usw. auf zwei oder mehreren Riemen aufliegen und durch die gleiche Geschwindigkeit der synchron angetriebenen Riemen keine Verschiebung des Gutes erfolgt. Würde der Antrieb nicht über Zahnriemen erfolgen, sondern über Flachriemen bzw. Gurte, wäre außerdem ein Zugmittel in der Breite des Fördergutes notwendig. Daraus ergibt sich zusätzlich eine wesentliche Massereduzierung der Zugmittel für den Stückguttransport in der Fördertechnik. Abbildung 4: Parallelförderer für kraftschlüssigen Transport Allen diesen Varianten ist jedoch gemein, dass der Zahnriemen auf einer Stützschiene gleitet und die Normalkraft des Transportgutes in Verbindung mit Riemengeschwindigkeit und Reibwert eine Reibleistung und damit Wärme erzeugt. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt fehlen exakte Angaben zu den Reibwerten für die einzelnen Gleitpaarungen. Auch ist eine Veränderung dieser Reibwerte bei Geschwindigkeits-, Temperatur-, und Belastungsänderung ungeklärt. Des Weiteren ist es auch notwendig, die Belastungsgrenzen für die Auslegung von Zahnriemenförderern zu definieren und das Verschleißverhalten zu kennen. Die derzeit üblichen Auslegungskriterien für diese fördertechnischen Anlagen sind Zugstrangfestigkeit und Zahnfußfestigkeit. Dabei bleibt jedoch die Erwärmung des Zugmittels und der Stützschiene durch die eingebrachte Reibleistung und den sich ändernden Reibwert unbeachtet. Insbesondere bei kurzen Förderstrecken mit großen Lasten bzw. hohen Transportgeschwindigkeiten ist die Gefahr von thermischen Überlastungen gegeben, welche zu erhöhtem Verschleiß bzw. zum Totalausfall der Anlage führen kann. Soll dieses zusätzliche Auslegungskriterium angewandt werden, sind Erkenntnisse aus den Gebieten der Tribologie und der Wärmelehre/Thermodynamik anzuwenden. Zum einen ist eine Bestimmung der entstehenden Reibleistung notwendig und zum anderen der abgeführte Wärmestrom zu ermitteln. Die sehr komplexen Zusammenhänge werden durch konstruktive und technologische Größen beschrieben, welche sich wiederum gegenseitig beeinflussen. 2. Reibwerte in der Gleitpaarung In DIN ISO 7148-2 sind die Besonderheiten bei der tribologischen Prüfung von polymeren Werkstoffen beschrieben. Dabei wird explizit darauf hingewiesen, dass die Prüfanordnung möglichst der praktischen Anwendung entsprechen sollte, um die Übertragbarkeit der Prüfergebnisse zu gewährleisten. Deshalb wurde ein Versuchsstand konzipiert, der die Kontaktverhältnisse von Zahnriemen und Stützschienen möglichst real abbildet (Abb.5). Abbildung 5: Schematischer Aufbau des Versuchsstandes Für die Untersuchung der Zahnriemenpaarung wird der Zahnriemen mit der Zahnseite nach oben aufgespannt. Auf die nach oben zeigende Zahnseite wird eine planparallele Platte des jeweiligen Gleitschienenmaterials aufgelegt. Die Flächenpressung der Paarung lässt sich über aufgebrachte Massestücke variieren und die Reibkraft über den Kraftsensor direkt über eine Schnittstelle zur Aufzeichnung an einen Rechner weiterleiten. Zur Ermittlung der Kontakttemperaturen wurden Bohrungen in das Gleitschienenmaterial eingebracht, die unmittelbar bis an die Oberfläche der Kontaktfläche reichen und mit Thermoelementen bestückt sind. Die Abstützung des Zahnriemens erfolgt auf einem Flachriemen, der wiederum auf einer Rollenbahn abrollt. Dadurch wird ein zusätzlicher Wärmeeintrag durch eine gleitende Abstützung vermieden. Die Gleitgeschwindigkeit und Flächenpressung auf die Paarung werden in Stufen variiert. Als Versuchszahnriemen dienten PU-Riemen mit und ohne zahnseitiger Polyamidbeschichtung der Abmessung 1250 x 25 T10. Abbildung 6: Reibwertmessungen an PU-Zahnriemen ohne Beschichtung (Kurzzeitversuche) Die ermittelten Messwerte der Gleitreibungszahl µ für verschiedene PU-Zahnriemen – Stützschienenkombinationen sind in Abbildung 6 dargestellt. Die schraffierten Balken geben die Reibungszahlempfehlungen von Herstellern sowie aus Literaturquellen für diese Paarungen wieder. Oft wird jedoch darauf hingewiesen, dass für einen konkreten Anwendungsfall eigene Untersuchungen durchzuführen sind. Die grauen Balken geben die bei einer Versuchsdauer von bis zu 8 Stunden ermittelten Reibungszahlen wieder. Dabei wurden sowohl die Flächenpressungen als auch die Gleitgeschwindigkeiten variiert. Bei einigen Paarungen (Holz (Abb.7)) konnte ein sehr starker abrasiver Verschleiß am Zahnriemen festgestellt werden. Diese Werkstoffkombinationen sind nur für geringe Belastungen geeignet. Abbildung 7: Oberfläche PU-Zahnriemen, verschlissen an Schichtholz Die Paarungen in Verbindung mit Stahl- bzw. Aluminiumstützschienen neigen zu stick-slip- Erscheinungen verbunden mit starker Geräuschentwicklung. Aufgrund der relativ hohen Reibungszahlen wurden keine Dauerversuche an unbeschichteten PU-Zahnriemen durchgeführt. Für die weiteren Untersuchungen wurden ausschließlich polyamidbeschichtete Zahnriemen verwendet. In Abbildung 8 werden die Ergebnisse der Reibwertuntersuchungen an PAZ-Zahnriemen (Polyamidgewebebeschichtung auf der Zahnseite) dargestellt. Die schraffierten Balken stellen wiederum die bisherigen Empfehlungen dar, die grauen Balken die ermittelten Messwerte im Kurzzeitversuch (bis 8 Stunden) und die schwarzen Balken die Messwerte im Langzeitversuch (zwischen 7 und teilweise bis zu 100 Tagen). Hier ist die Übereinstimmung der Reibungszahlen zwischen Empfehlungen und Kurzzeitmesswerten sehr gut. Der deutliche Anstieg der Werte im weiteren Verlauf der Untersuchungen deutet daraufhin, dass der tribologische Einlauf innerhalb von 8 Stunden meist noch nicht abgeschlossen ist und dass nach fortlaufender Belastung weitere tribologische Phänomene die Kontaktverhältnisse ändern. Abbildung 8: Reibungszahlen an polyamidbeschichteten PU-Zahnriemen (PAZ) in Verbindung mit verschiedenen Gleitschienen Bei den Paarungen mit einer Stützschiene aus Stahl, Aluminium oder Schichtholz konnte eine polymere Filmbildung auf der Gleitfläche beobachtet werden. In Abbildung 9 und 10 ist die Entwicklung am Beispiel von Stahlproben zu sehen. Gemeinsam bei diesen Paarungen ist die fortschreitende Schichtbildung, verbunden mit einer Reibwerterhöhung. Der Verschleiß der Gewebeschicht am Zahnriemen setzt bei größeren Reibungszahlen ein, was zu deren weiterer Erhöhung führt Ein weiterer Einsatz führt zur vollständigen Abtragung der Gewebeschicht und damit zu einer neuen tribologischen Paarung PU-Zahnriemen ��� Polymerschicht. Abbildung 9: beginnende polymere Ablagerung auf Stahlprobe Rz28 Abbildung 10: nahezu geschlossener polymerer Film auf Stahlprobe Rz28 Am Beispiel der Paarung PAZ Zahnriemen – Stahlstützschiene wird die Entwicklung der Reibungszahl über die Zeit des Gleitkontaktes in Abbildung 12 dargestellt. Dabei wurde die Oberflächenrauigkeit (Rz 6,3; Rz 28) durch entsprechende Bearbeitungen variiert. Der relativ starke Anstieg an der Paarung Rz 6,3 kann zum einen auf die hohe Gleitgeschwindigkeit und den damit entsprechend langen Gleitweg zurückgeführt werden, zum anderen auf den höheren adhäsiven Anteil durch die relativ glatte Oberfläche und der damit erhöhten Kontaktfläche. Abbildung 11 zeigt einen verschlissenen Zahnkopf. Abbildung 9: Verschlissene Zahnkopfflanke, PAZ - Stahl Abbildung 10: Änderung der Reibungszahl im zeitlichen Verlauf an der Paarung ZR PA – Stahl Die Erhöhung der Reibungszahlen an der Paarung PE UHMW - polyamidbeschichteter Zahnriemen kann nicht unmittelbar auf direkte Verschleißerscheinungen zurückgeführt werden. Sowohl die Gleitfläche als auch der Zahnriemen weisen auch nach längerem Kontakt keine sichtbaren Schäden auf: Es bildet sich kein polymerer Film auf der PE- UHMW- Gleitfläche heraus. In Abbildung 11 wird die Änderung der Reibungszahl dargestellt. Es wurden Paarungen mit steigendem p•v-Wert gewählt. Mit höheren Werten für die eingebrachte Leistung pro Flächeneinheit ist ein schnellerer Anstieg der Reibungszahlen zu verzeichnen. Abbildung 11: Änderung der Reibungszahl im zeitlichen Verlauf an der Paarung ZR PAZ – PE UHMW Die Erhöhung der Reibwerte zieht nicht nur eine Steigerung der Antriebsleistung nach sich, sondern auch eine Zunahme der Reibleistung und damit einen Anstieg der Kontakttemperatur. Hat diese einen bestimmten Wert erreicht, kommt es zum Aufschmelzen der Gleitflächen und damit zum Totalausfall der Paarung (Abbildungen 14, 15, 16). Ebenfalls tritt durch die Reibwerterhöhung eine höhere Belastung des Zugstranges und der Zahnfüße im Einlauf des Zahnriemens auf. Für eine konstruktive Auslegung entsprechender Zahnriemenförderer ist dies durch entsprechende Sicherheitsfaktoren zu berücksichtigen. Abbildung 12: Aufgeschmolzene PE-Laufschiene, 2-fach vergrößert Abbildung 13: geschmolzene Faserbündel 20- fach Abbildung 14: zerstörtes Gewebe in Folge thermischer Überlastung 3. Thermische Zusammenhänge Die Temperaturerhöhung in der Wirkstelle zwischen Zahnriemen und Stützschiene kann im stationären Zustand in der vereinfachten Form: p Flächenpressung v Gleitgeschwindigkeit µ Reibungszahl A Kontaktfläche / jeweilige Oberfläche a Wärmeübergangskoeffizient l Wärmeleitwert Abbildung 15: Kontaktmodell dargestellt werden. Dabei werden verschiedene Vereinfachungen angenommen: • Reibleistung wird auf die gesamte Fläche gleichmäßig verteilt, • Wärmestrom erfolgt nur in Normalenrichtung zur Gleitfläche, • konstante Reibleistung über die gesamte Zeit, • keine Ableitung des Wärmestromes über Stirn- und Seitenflächen, • eingeschwungener Gleichgewichtszustand der Temperaturverteilung, • gleiche Temperatur über der jeweiligen Oberfläche, • gleiche Strömungsverhältnisse und -bedingungen an der jeweiligen Oberfläche, • konstante - und - Werte über der gesamten Fläche. Der Temperaturverlauf für verschiedene Materialpaarungen ist in Abbildung 16 dargestellt. Der unterschiedliche Verlauf der Kurven kann mit den verschiedenen eingebrachten Reibleistungen durch sich unterschiedlich einstellende Reibungszahlen und durch die unterschiedlichen Wärmeleitwerte und Wärmekapazitäten der Gleitschienen erklärt werden. Ist eine stationäre Temperatur erreicht, so gilt vereinfacht die Vorstellung von Abbildung 15. Abbildung 16: thermischer Einlauf verschiedener Stützschienenmaterialien Die sich einstellende Gleitflächentemperatur ist im Wesentlichen von den in Abbildung 17 dargestellten Einflüssen abhängig. Da die Kontakttemperatur die Grenztemperatur (ca. 65°C) nicht überschreiten darf, um eine thermische Schädigung zu vermeiden, sind die entsprechenden Einflussgrößen zweckmäßig zu wählen. Die Parameter Gleitgeschwindigkeit und Flächenpressung sind meist durch die technologischen Erfordernisse vorgegeben, die Reibungszahl stellt sich entsprechend der tribologischen Paarung ein und die Wärmeleitfähigkeit ist ein kaum zu verändernder Stoffwert. Die Einflussmaßnahmen erstrecken sich also meist auf die Schichtstärke s der Abstützung und den Wärmeübergang zur Umgebung. Abbildung 17: Technologische und konstruktive Einflüsse auf die Gleitflächentemperatur in der Wirkstelle 4. Zusammenfassung Die Kenntnis der sich nach einer entsprechenden Einlaufphase einstellenden Reibungszahlen für verschiedene Zahnriemen – Stützschienenkombinationen ist für die Anwender und Entwickler wichtig, da damit eine optimale Auslegung von Zahnriemenförderern erfolgen kann. Diese optimale Auslegung realisiert dann in der Anwendung eine ökonomische Lebensdauer bei verbesserter konstruktiver Auslegung. Die bisher weitgehend unbeachtete Temperaturerhöhung in der Gleitschienen – Zahnriemenkombination durch die eingebrachte Reibleistung sollte zukünftig ein weiteres Auslegungskriterium darstellen. Eine erste Annäherung an dieses Problem kann durch die Form: p Flächenpressung v Gleitgeschwindigkeit µ Reibungszahl A Kontaktfläche / jeweilige Oberfläche K Wärmeabgabekoeffizient DT max. zul. Temperaturerhöhung K= f (µ, p, v, Gleitschienenmaterial, Zahnriemenausführung, Maschinenkonstante…) gezeigt werden. Für die Ermittlung des Wärmeabgabekoeffizienten sind entsprechende Untersuchungen durchzuführen und Zusammenhänge zu ermitteln. Bestimmte Praxiseinflüsse (Umgebungstemperaturschwankungen, Verschmutzung, Stöße, Montagefehler) sind in die bisherigen Untersuchungen noch nicht eingeflossen, sollten aber nicht unbeachtet bleiben. Durch eine vorteilhafte Auslegung der Förderanlagen kann eine höhere Zuverlässigkeit bei geringeren Wechselintervallen und niedrigeren Kosten für den Betrieb erreicht werden.

Reibschlüssige Greifsysteme für die automatische Handhabung im Materialfluss

Die personalintensive manuelle Durchführung notwendiger Handhabungsaufgaben im Materialfluss ist bedingt durch die oftmals vielfältig auftretenden charakteristischen Eigenschaften der zu behandelnden Stückgutobjekte. Typische Beispiele hierfür sind die Tätigkeiten des Kommissionierens und Sortierens, geprägt durch einen hohen Anteil manueller Tätigkeiten zur Handhabung wie: Vereinzeln, Greifen, Bewegen, Auf- und Abstapeln, Ordnen, Beladen und Ähnliche. Innovative Greifersysteme zur Stückguthandhabung eröffnen neue Möglichkeiten zur weiteren Automatisierung auch in diesem Bereich. Ein Lösungsansatz zur Entwicklung neuer Greifsysteme ist es, gezielt Friktionskräfte in Oberflächenbereiche des zu greifenden Objektes einzubringen und diese für den Handhabungsvorgang z.B. als Haltekräfte zu nutzen. Bei guten Reibwerten und entsprechender Anordnung der Wirkelemente können Objekte auch dann rein reibschlüssig gegriffen werden, wenn deren Oberfläche nur seitlich und von oben zugänglich ist, wie etwa Kartons im Packmusterverbund auf der Palette.

Living with Contradiction: Examining the Worldview of the Jewish Settlers in Hebron

In the West Bank city of Hebron the Israeli-Palestinian conflict still overshadows all activities. Despite the tension, friction, and violence that have become integral to the city’s everyday life, the Jewish Community of Hebron is expanding in numbers and geographical extent. Since the Six Day War, the community has attracted some of the most militant groups among the settlers in the West Bank, responsible for severe violence against Palestinians, including harassment, car bombs, and attempts to blow up the Dome of the Rock mosque itself. Why do the members of the Jewish Community of Hebron wish to live and raise their children in such a violent setting? Using a series of interviews with members of the Jewish Community of Hebron and related settler communities in the period 2000–05, the article examines the ways the Jewish Community legitimizes its disputed presence. It reveals a deep religious belief, blended with intense distrust of and hatred toward the Palestinian population.

InUse – Intelligente Unterlegscheibe zur Messung der Kräfte in Schraubverbindungen

Die lösbare Verbindung von mechanischen Komponenten innerhalb von Maschinen und Anlagen wird zumeist über Schraubverbindungen realisiert. Um eine ausreichende Verbindung zu erzielen werden derzeit die Klemmkräfte durch ein definiertes Anzugsmoment aufgebracht. Bei der Berechnung des Momentes entsprechend der benötigten Kraft finden Reibbeiwerte innerhalb der Schraubverbindung Berücksichtigung, welche nur bedingt ermittelt werden können. In kritischen Maschinenkomponenten wird daher eine Überdimensionierung der Schrauben zur Erhöhung der Sicherheit akzeptiert. Die direkte Kraftmessung mittels einer intelligenten Unterlegscheibe und eine transpondergestützte Datenübertragung ermöglicht es, die Kräfte genau einzustellen und somit die Sicherheit zu erhöhen.

Automatisiertes Ladungssicherungssystem für Kleintransporter

Besonders für Kurier-Express-Paket-Dienste (KEP) mit vielen Haltepunkten sind verfügbare Mittel zur Ladungssicherung, wie z.B. Sicherungsnetze oder Sicherheitsgurte viel zu zeitaufwendig in der Anwendung. Im vorliegenden Artikel wird die Entwicklung eines automatisierten Ladungssicherungssystems mit dreidimensionalem-vorgeformten Sicherungsnetz vorgestellt. Für die Ladungssicherung wirken zwei Kernkomponenten zusammen. Zum einen ist ein Antirutschsystem integriert, welches die Vorteile einer reibarmen Oberfläche zum Beladen und die rutschhemmende Wirkung eines haftenden Belags beim Transport ausnutzt. Zum anderen werden unterschiedlich große Transporteinheiten durch ein sich flexibel anpassendes Netz überspannt, welches aus hochfestem Material, mit integrierten Netzverkürzern besteht. Die automatische Bedienbarkeit soll vor allem bei den Fahrern die Akzeptanz für das Ladungssicherungssystem erhöhen.