Femoral morphology due to impingement influences the range of motion in slipped capital femoral epiphysis

Femoroacetabular impingement due to metaphyseal prominence is associated with the slippage in patients with slipped capital femoral epiphysis (SCFE), but it is unclear whether the changes in femoral metaphysis morphology are associated with range of motion (ROM) changes or type of impingement. We asked whether the femoral head-neck junction morphology influences ROM analysis and type of impingement in addition to the slip angle and the acetabular version. We analyzed in 31 patients with SCFE the relationship between the proximal femoral morphology and limitation in ROM due to impingement based on simulated ROM of preoperative CT data. The ROM was analyzed in relation to degree of slippage, femoral metaphysis morphology, acetabular version, and pathomechanical terms of "impaction" and "inclusion." The ROM in the affected hips was comparable to that in the unaffected hips for mild slippage and decreased for slippage of more than 30 degrees. The limitation correlated with changes in the metaphysic morphology and changed acetabular version. Decreased head-neck offset in hips with slip angles between 30 degrees and 50 degrees had restricted ROM to nearly the same degree as in severe SCFE. Therefore, in addition to the slip angle, the femoral metaphysis morphology should be used as criteria for reconstructive surgery.

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.

VuLF – Entwicklung eines Versuchsstandes zur Fehlerminimierung durch Fahrzeuganalyse

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) kommen in der Intralogistik immer mehr zum Einsatz. Dabei wer-den neue Anforderungen an die FTS gestellt, die bisherige Aufgaben weit übersteigen. Der Transport von schweren Lasten und die Fahrt mehrere FTS in einer Formation sind dabei nur der Anfang einer Menge zukünftiger Einsatzgebiete. Große Probleme stellen dabei Schlupf und Verschleiß dar, die bisher noch kaum erforscht sind, welche die Performance der Fahrzeuge jedoch stark beeinträchtigen. Um diese Fehlerquellen besser verstehen zu können, wurde ein Versuchsstand entwickelt, mit dessen Hilfe Einzelfahrten aber auch Formationsfahrten in Bezug auf Schlupf und Verschleiß besser untersucht werden können. Dabei kann ein sehr breites Spektrum an Fahrzeugarten abgedeckt werden, da Parameter wie Lenksysteme oder Bereifung variabel gewählt werden können.

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.

Automated load securing system for cargo vans

The use of lashing means, for example load securing straps or nets, is often time-consuming, especially for courier, express and parcel-services (CEP) using a lot stops. The following article describes the development of an automated load securing system with a three-dimensional-preformed net. Mainly two components interact in this system. On the one hand, an anti-skid system is integrated, which uses the advantages of a low-friction surface for loading and the anti-slip properties of an adhesive coating for the transport. On the other hand, a flexibly adaptive net consisting of high-performance synthetic fibers and integrated shorteners lash different sized transport units. Especially, the automatic lashing should increase the acceptance of the drivers for the new load securing system.

Slipped capital femoral epiphysis: relevant pathophysiological findings with open surgery

BACKGROUND Traditionally arthrotomy has rarely been performed during surgery for slipped capital femoral epiphysis (SCFE). As a result, most pathophysiological information about the articular surfaces was derived clinically and radiographically. Novel insights regarding deformity-induced damage and epiphyseal perfusion became available with surgical hip dislocation. QUESTIONS/PURPOSES We (1) determined the influence of chronicity of prodromal symptoms and severity of SCFE deformity on severity of cartilage damage. (2) In surgically confirmed disconnected epiphyses, we determined the influence of injury and time to surgery on epiphyseal perfusion; and (3) the frequency of new bone at the posterior neck potentially reducing perfusion during epimetaphyseal reduction. METHODS We reviewed 116 patients with 119 SCFE and available records treated between 1996 and 2011. Acetabular cartilage damage was graded as +/++/+++ in 109 of the 119 hips. Epiphyseal perfusion was determined with laser-Doppler flowmetry at capsulotomy and after reduction. Information about bone at the posterior neck was retrieved from operative reports. RESULTS Ninety-seven of 109 hips (89%) had documented cartilage damage; severity was not associated with higher slip angle or chronicity; disconnected epiphyses had less damage. Temporary or definitive cessation of perfusion in disconnected epiphyses increased with time to surgery; posterior bone resection improved the perfusion. In one necrosis, the retinaculum was ruptured; two were in the group with the longest time interval. Posterior bone formation is frequent in disconnected epiphyses, even without prodromal periods. CONCLUSIONS Addressing the cause of cartilage damage (cam impingement) should become an integral part of SCFE surgery. Early surgery for disconnected epiphyses appears to reduce the risk of necrosis. Slip reduction without resection of posterior bone apposition may jeopardize epiphyseal perfusion. LEVEL OF EVIDENCE Level IV, retrospective case series. See Guidelines for Authors for a complete description of levels of evidence.

Dating brittle tectonic movements with cleft monazite: Fluid-rock interaction and formation of REE minerals

[1] Two millimeter-sized hydrothermal monazites from an open fissure (cleft) that developed late during a dextral transpressional deformation event in the Aar Massif, Switzerland, have been investigated using electron microprobe and ion probe. The monazites are characterized by high Th/U ratios typical of other hydrothermal monazites. Deformation events in the area have been subdivided into three phases: (D1) main thrusting including formation of a new schistosity, (D2) dextral transpression, and (D3) local crenulation including development of a new schistosity. The two younger deformational structures are related to a subvertically oriented intermediate stress axis, which is characteristic for strike slip deformation. The inferred stress environment is consistent with observed kinematics and the opening of such clefts. Therefore, the investigated monazite-bearing cleft formed at the end of D2 and/or D3, and during dextral movements along NNW dipping planes. Interaction of cleft-filling hydrothermal fluid with wall rock results in rare earth element (REE) mineral formation and alteration of the wall rock. The main newly formed REE minerals are Y-Si, Y-Nb-Ti minerals, and monazite. Despite these mineralogical changes, the bulk chemistry of the system remains constant and thus these mineralogical changes require redistribution of elements via a fluid over short distances (centimeter). Low-grade alteration enables local redistribution of REE, related to the stability of the accessory phases. This allows high precision isotope dating of cleft monazite. 232Th/208Pb ages are not affected by excess Pb and yield growth domain ages between 8.03 ± 0.22 and 6.25 ± 0.60 Ma. Monazite crystallization in brittle structures is coeval or younger than 8 Ma zircon fission track data and hence occurred below 280°C.

Lake sediments as natural seismographs: A compiled record of Late Quaternary earthquakes in Central Switzerland and its implication for Alpine deformation

Central Switzerland lies tectonically in an intraplate area and recurrence rates of strong earthquakes exceed the time span covered by historic chronicles. However, many lakes are present in the area that act as natural seismographs: their continuous, datable and high-resolution sediment succession allows extension of the earthquake catalogue to pre-historic times. This study reviews and compiles available data sets and results from more than 10 years of lacustrine palaeoseismological research in lakes of northern and Central Switzerland. The concept of using lacustrine mass-movement event stratigraphy to identify palaeo-earthquakes is showcased by presenting new data and results from Lake Zurich. The Late Glacial to Holocene mass-movement units in this lake document a complex history of varying tectonic and environmental impacts. Results include sedimentary evidence of three major and three minor, simultaneously triggered basin-wide lateral slope failure events interpreted as the fingerprints of palaeoseismic activity. A refined earthquake catalogue, which includes results from previous lake studies, reveals a non-uniform temporal distribution of earthquakes in northern and Central Switzerland. A higher frequency of earthquakes in the Late Glacial and Late Holocene period documents two different phases of neotectonic activity; they are interpreted to be related to isostatic post-glacial rebound and relatively recent (re-)activation of seismogenic zones, respectively. Magnitudes and epicentre reconstructions for the largest identified earthquakes provide evidence for two possible earthquake sources: (i) a source area in the region of the Alpine or Sub-Alpine Front due to release of accumulated north-west/south-east compressional stress related to an active basal thrust beneath the Aar massif; and (ii) a source area beneath the Alpine foreland due to reactivation of deep-seated strike-slip faults. Such activity has been repeatedly observed instrumentally, for example, during the most recent magnitude 4.2 and 3.5 earthquakes of February 2012, near Zug. The combined lacustrine record from northern and Central Switzerland indicates that at least one of these potential sources has been capable of producing magnitude 6.2 to 6.7 events in the past.

Observations of the northern seasonal polar cap on Mars II: HiRISE photometric analysis of evolution of northern polar dunes in spring

We present an overview of our analyses of HiRISE observations of spring evolution of selected dune areas of the north polar erg. The north polar erg is covered annually by seasonal volatile ice layer, a mixture of CO2 and H2O with mineral dust contamination. In spring, this layer sublimes creating visually enigmatic phenomena, e.g. dark and bright fan-shaped deposits, dark–bright–dark bandings, dark down-slope streaks, and seasonal polygonal cracks. Similar phenomena in southern polar areas are believed to be related to the specific process of solid-state greenhouse effect. In the north, it is currently unclear if the solid-state greenhouse effect is able to explain all the observed phenomena especially because the increased influence of H2O on the time scales of this process has not yet been quantified. HiRISE observations of our selected locations show that the ground exhibits a temporal behaviour similar to the one observed in the southern polar areas: a brightening phase starting close to the spring equinox with a subsequent darkening towards summer solstice. The resolution of HiRISE enabled us to study dunes and substrate individually and even distinguish between different developments on windward and slip face sides of single dunes. Differences in the seasonal evolution between steep slip faces and flatter substrate and windward sides of dunes have been identified and compared to CRISM data of CO2 and H2O distributions on dunes. We also observe small scale dark blotches that appear in early observations and tend to sustain a low reflectivity throughout the spring. These blotches can be regarded as the analogue of dark fan deposits in southern polar areas, leading us to the conclusion that both martian polar areas follow similar spring evolutions.

Three-dimensional Vortex Structures on Heated Micro-lattice in a Gas

This paper addresses the microscale heat transfer problem from heated lattice to the gas. A micro-device for enhanced heat transfer is presented and numerically investigated. Thermal creep induces 3-D vortex structures in the vicinity of the lattice. The gas flow is in the slip flow regime (Knudsen number Kn⩽0.1Kn⩽0.1). The simulations are performed using slip flow Navier–Stokes equations with boundary condition formulations proposed by Maxwell and Smoluchowski. In this study the wire thicknesses and distances of the heated lattice are varied. The surface geometrical properties alter significantly heat flux through the surface.

Extension and Partitioning in an Oblique Subduction Zone, New Zealand: Constraints from Three-Dimensional Numerical Modeling

Contraction, strike slip, and extension displacements along the Hikurangi margin northeast of the North Island of New Zealand coincide with large lateral gradients in material properties. We use a finite- difference code utilizing elastic and elastic-plastic rheologies to build large- scale, three-dimensional numerical models which investigate the influence of material properties on velocity partitioning within oblique subduction zones. Rheological variation in the oblique models is constrained by seismic velocity and attenuation information available for the Hikurangi margin. We compare the effect of weakly versus strongly coupled subduction interfaces on the development of extension and the partitioning of velocity components for orthogonal and oblique convergence and include the effect of ponded sediments beneath the Raukumara Peninsula. Extension and velocity partitioning occur if the subduction interface is weak, but neither develops if the subduction interface is strong. The simple mechanical model incorporating rheological variation based on seismic observations produces kinematics that closely match those published from the Hikurangi margin. These include extension within the Taupo Volcanic Zone, uplift over ponded sediments, and dextral contraction to the south.

Experimental, theoretical and numerical investigation of the nonlinear micromechanical properties of bone

Aging societies suffer from an increasing incidence of bone fractures. Bone strength depends on the amount of mineral measured by clinical densitometry, but also on the micromechanical properties of the bone hierarchical organization. A good understanding has been reached for elastic properties on several length scales, but up to now there is a lack of reliable postyield data on the lower length scales. In order to be able to describe the behavior of bone at the microscale, an anisotropic elastic-viscoplastic damage model was developed using an eccentric generalized Hill criterion and nonlinear isotropic hardening. The model was implemented as a user subroutine in Abaqus and verified using single element tests. A FE simulation of microindentation in lamellar bone was finally performed show-ing that the new constitutive model can capture the main characteristics of the indentation response of bone. As the generalized Hill criterion is limited to elliptical and cylindrical yield surfaces and the correct shape for bone is not known, a new yield surface was developed that takes any convex quadratic shape. The main advantage is that in the case of material identification the shape of the yield surface does not have to be anticipated but a minimization results in the optimal shape among all convex quadrics. The generality of the formulation was demonstrated by showing its degeneration to classical yield surfaces. Also, existing yield criteria for bone at multiple length scales were converted to the quadric formulation. Then, a computational study to determine the influence of yield surface shape and damage on the in-dentation response of bone using spherical and conical tips was performed. The constitutive model was adapted to the quadric criterion and yield surface shape and critical damage were varied. They were shown to have a major impact on the indentation curves. Their influence on indentation modulus, hardness, their ratio as well as the elastic to total work ratio were found to be very well described by multilinear regressions for both tip shapes. For conical tips, indentation depth was not a significant fac-tor, while for spherical tips damage was insignificant. All inverse methods based on microindentation suffer from a lack of uniqueness of the found material properties in the case of nonlinear material behavior. Therefore, monotonic and cyclic micropillar com-pression tests in a scanning electron microscope allowing a straightforward interpretation comple-mented by microindentation and macroscopic uniaxial compression tests were performed on dry ovine bone to identify modulus, yield stress, plastic deformation, damage accumulation and failure mecha-nisms. While the elastic properties were highly consistent, the postyield deformation and failure mech-anisms differed between the two length scales. A majority of the micropillars showed a ductile behavior with strain hardening until failure by localization in a slip plane, while the macroscopic samples failed in a quasi-brittle fashion with microcracks coalescing into macroscopic failure surfaces. In agreement with a proposed rheological model, these experiments illustrate a transition from a ductile mechanical behavior of bone at the microscale to a quasi-brittle response driven by the growth of preexisting cracks along interfaces or in the vicinity of pores at the macroscale. Subsequently, a study was undertaken to quantify the topological variability of indentations in bone and examine its relationship with mechanical properties. Indentations were performed in dry human and ovine bone in axial and transverse directions and their topography measured by AFM. Statistical shape modeling of the residual imprint allowed to define a mean shape and describe the variability with 21 principal components related to imprint depth, surface curvature and roughness. The indentation profile of bone was highly consistent and free of any pile up. A few of the topological parameters, in particular depth, showed significant correlations to variations in mechanical properties, but the cor-relations were not very strong or consistent. We could thus verify that bone is rather homogeneous in its micromechanical properties and that indentation results are not strongly influenced by small de-viations from the ideal case. As the uniaxial properties measured by micropillar compression are in conflict with the current literature on bone indentation, another dissipative mechanism has to be present. The elastic-viscoplastic damage model was therefore extended to viscoelasticity. The viscoelastic properties were identified from macroscopic experiments, while the quasistatic postelastic properties were extracted from micropillar data. It was found that viscoelasticity governed by macroscale properties has very little influence on the indentation curve and results in a clear underestimation of the creep deformation. Adding viscoplasticity leads to increased creep, but hardness is still highly overestimated. It was possible to obtain a reasonable fit with experimental indentation curves for both Berkovich and spherical indenta-tion when abandoning the assumption of shear strength being governed by an isotropy condition. These results remain to be verified by independent tests probing the micromechanical strength prop-erties in tension and shear. In conclusion, in this thesis several tools were developed to describe the complex behavior of bone on the microscale and experiments were performed to identify its material properties. Micropillar com-pression highlighted a size effect in bone due to the presence of preexisting cracks and pores or inter-faces like cement lines. It was possible to get a reasonable fit between experimental indentation curves using different tips and simulations using the constitutive model and uniaxial properties measured by micropillar compression. Additional experimental work is necessary to identify the exact nature of the size effect and the mechanical role of interfaces in bone. Deciphering the micromechanical behavior of lamellar bone and its evolution with age, disease and treatment and its failure mechanisms on several length scales will help preventing fractures in the elderly in the future.

Stochastic Resonance Whole-Body Vibration Improves Postural Control in Health Care Professionals: A Worksite Randomized Controlled Trial

Slip, trip, and fall injuries are frequent among health care workers. Stochastic resonance whole-body vibration training was tested to improve postural control. Participants included 124 employees of a Swiss university hospital. The randomized controlled trial included an experimental group given 8 weeks of training and a control group with no intervention. In both groups, postural control was assessed as mediolateral sway on a force plate before and after the 8-week trial. Mediolateral sway was significantly decreased by stochastic resonance whole-body vibration training in the experimental group but not in the control group that received no training (p < .05). Stochastic resonance whole-body vibration training is an option in the primary prevention of balance-related injury at work.