TY - THES A1 - Sauter, Alexandra T1 - Gesundheitsverhalten und Zugang zu Präventionsangeboten bei Personen mit syrischem Migrationshintergrund - Ergebnisse einer longitudinalen qualitativen Studie N2 - Migration prägt die zweite Dekade des 21. Jahrhunderts in Europa. Eine der Hauptursachen ist der seit 2011 schwelende syrische Bürgerkrieg, welcher maßgeblich die gesellschaftliche und politische Diskussion in Europa und insbesondere Deutschland prägt. Syrische Migrant:innen bilden die größte Gruppe registrierter Asylsuchender und insgesamt die drittgrößte Ausländergruppe in Deutschland. Damit stellen sie eine relevante und neue Bevölkerungsgruppe für die Prävention und Gesundheitsförderung dar. Bisherige Forschung zur Gruppe der syrischen Migrant:innen fokussiert primär auf die psychische Gesundheit. Unklar ist, wie sich einzelne Gesundheitsverhalten dieser Bevölkerungsgruppe, z.B. bezogen auf Ernährung und Bewegung, zu Beginn des Aufenthaltes in Deutschland verhalten und wie sich diese Verhaltensweisen mit zunehmendem Aufenthalt verändern. Die vorliegende Arbeit hat diese Forschungslücke aufgegriffen und folgende Forschungsfragen zu a) dem Stellenwert von Gesundheit und Gesundheitsförderung; b) den Einflussfaktoren auf gesundheitsbezogene Verhaltensweisen; c) dem Zugang zu Präventionsangeboten; d) unterstützenden sozialen und strukturellen Rahmenbedingungen im Alltag der syrischen Migrant:innen gestellt. Zur Beantwortung der Forschungsfragen wurde ein qualitativ-exploratives Forschungsdesign gewählt, welches dem sozialwissenschaftlichen Ansatz der Grounded Theory nach Glaser und Strauss zugrunde liegt. Die Arbeit umfasst eine longitudinale leitfadengestützte Interviewstudie mit der Zielgruppe zu zwei Zeitpunkten (t₀ n=30, t₁ n=17) sowie eine Fokusgruppenbefragung mit 24 Expert:innen aus dem Bereich der migrationsspezifischen Gesundheitsförderung. Die Narrative der beiden Studien lassen einen zeitlichen Verlauf erkennen, in welchem die eigene Gesundheit sowie gesundheitsförderliche Verhaltensweisen eine unterschiedlich starke Gewichtung im Alltag der Migrant:innen einnehmen. Anhand der Ergebnisse lassen sich drei Phasen formulieren, welche syrische Migrant:innen in ihren ersten Aufenthaltsjahren im Gastland durchlaufen. Die erste Phase ist durch Behördengänge geprägt, um administrative und rechtliche Sachverhalte zu klären, wodurch der eigenen Gesundheit sowie gesundheitsförderlichen Verhaltensweisen wenig Relevanz zugeschrieben wird. Der Übergang von einer ersten hin zu einer zweiten Phase stellt für viele Migrant:innen einen Umbruch dar. Viele erleben in dieser Phase zahlreiche Förderfaktoren, um gesundheitsförderliche Verhaltensweisen stärker in den Alltag zu integrieren, wie beispielsweise neue Zukunftsperspektiven im Gastland oder westliche Verhaltensnormen. Aufgrund des doppelten biographischen Bruches, welcher mit der Migration nach Deutschland und dem damit verbundenen Auszug aus dem Elternhaus durchlaufen wird, erleben viele Migrant:innen auch Barrieren, um gesundheitsförderliche Verhaltensweisen in gewünschtem Umfang umzusetzen. Die soziale Umgebung (z.B. Mitbewohner:innen, Angehörige, Helferkreise) kann dabei eine wichtige Stütze sein, um gesundheitsbezogene Verhaltensweisen aufrechtzuerhalten. Im Übergang von Phase 2 zu Phase 3 können gesundheitsrelevante Verhaltensweisen etabliert und in die gefestigteren Alltagsabläufe der Migrant:innen eingebunden werden. In Phase 3 ist der Alltag geprägt durch das Absolvieren einer (akademische) Ausbildung oder einer Erwerbstätigkeit, welche aufgrund der neuen Sprache als anspruchsvolle Aufgaben gewertet wurde. Die Bewältigung traumatischer Flucht- und Migrationserlebnisse sowie hoher Akkulturationsanforderungen in einem fremden Land erfordern des Weiteren die völlige Aufmerksamkeit der Migrant:innen. Diese beiden Faktoren können zu einer geringeren Priorisierung gesundheitsförderlicher Verhaltensweisen führen. Der (gemeinsame) Verzehr heimischer Gerichte, kann als kurzeitige Ausflucht aus den psychischen Belastungen fungieren. Auch regelmäßige körperliche Aktivität stellt für manche ein geeigneter Coping-Mechanismus dar, um besser mit belastenden Ereignissen umgehen zu können. Für andere stellt die mentale Situation eine zu große Barriere da, um regelmäßig körperlich aktiv zu ein. Anhand der Ergebnisse wurden nach dem Paradigma „health in all policy“ der Gesundheitsförderung, elf multisektorial angesiedelte Handlungsempfehlungen für Politik und Praxis formuliert. Sowohl in Politik als auch Public-Health-Praktiken müssen die spezifischen Bedürfnisse syrischer Migrant:innen stärker eingebunden werden und unterstützende gesellschaftliche Strukturen in der Lern- und Arbeitswelt, als auch der sozioökonomischen und physischen Umwelt dieser Bevölkerungsgruppe geschaffen werden. Zukünftige Forschung sollte sich weiterhin mit den Lebensbedingungen syrischer Migrant:innen und deren Auswirkungen auf gesundheitsrelevante Verhaltensweisen konzentrieren. Aufgrund des anhaltenden Konfliktes in Syrien ist ein fortdauernder Aufenthalt der Zielgruppe in Deutschland anzunehmen, welcher über die in der Arbeit beschriebenen drei Phasen hinausgehen kann. N2 - Migration movements from the Middle East to Europe are characterizing the second decade of the 21st century in Europe. One of the main causes is the since 2011 ongoing Syrian civil war, which has had a significant impact on the social and political discussion in Europe and especially in Germany. Syrian migrants are the largest group of registered asylum seekers and the third largest group of foreigners in Germany. They represent a relevant and new population group for the field of preventive medicine and health promotion. Previous research on Syrian migrants has primarily focused on mental health issues. Thus, little is known about the health behavior of this population group, especially regarding nutrition and physical activity, and how it might change with increasing length of stay in the host country. The present thesis has addressed this research gap and posed research questions on a) the significance of health and health behavior; b) the factors influencing health behavior; c) access to preventive services; d) supportive social and organizational conditions in the everyday lives of Syrian migrants. To answer these research questions, a qualitative-explorative research design was chosen, which is based on grounded theory methodology. The thesis comprises a longitudinal qualitative interview study with Syrian migrants with a follow-up after 12 months (t₀ n=30, t₁ n=17) as well as a focus group study with 24 experts from the field of migration-specific health promotion. The narratives of the two studies reveal a temporal course in which the Syrian migrants' own health and health-promoting behaviors take on different considerations in their everyday lives. Based on the results, three phases could be derived which Syrian migrants underwent during their first years of residence in the host country. The first phase is characterized by visits to the authorities to clarify administrative and legal matters, which means that little relevance is attributed to their own health or health-promoting behaviors. The transition from the first to the second phase represents a radical change for many migrants. In this phase, many experience numerous supportive factors which help them to integrate health-promoting behaviors more strongly into everyday life, such as new future perspectives or westernized behavioral patterns. However, due to the double biographical break that Syrian migrants go through with their migration to Germany and the associated departure from their parental home, many migrants also experience some barriers in implementing health-promoting behaviors. The social environment (e.g. flat mates, relatives, volunteers) can be an important support in maintaining health-related behaviors. In the transition from phase 2 to phase 3, health-related behaviors can be established and integrated into the migrants' more established daily routines. In phase 3, everyday life is characterized by the completion of (academic) training or gainful employment, which was rated as challenging task due to the foreign language. Coping with traumatic flight and migration experiences as well as high acculturation demands in a foreign country also require the complete attention of the migrants. This can lead to a lower prioritization of health-promoting behaviors. Eating traditional Syrian food (together with peers) can act as a temporary escape from mental distress. Some migrants reported to suffer from fatigue and lack of energy and motivation to be physically active. Whereas others felt that physical activity was as a way of distracting them from their daily worries. Based on the results, eleven multisectoral implications for future policy and practice were formulated according to the "health in all policy" paradigm of modern health promotion. Prospectively, political as well as public health efforts must increasingly address the specific needs of Syrian migrants and create supportive social structures in the learning and working environment as well as the socio-economic and physical environment of the migrants. Future research should continue to focus on the living conditions of Syrian migrants and their impact on health-related behaviors. Due to the ongoing conflict in Syria, it can be assumed that the target group will continue to stay in Germany, which may go beyond the three phases described in this thesis. KW - Qualitative Sozialforschung KW - Migrationssoziologie KW - Syrien KW - Prävention KW - Gesundheitsförderung KW - Ernährung KW - Bewegung KW - Syria KW - Health Promotion KW - Qualitative Research KW - Migration KW - Physical Activity KW - Nutrition KW - Health Behavior KW - Immigrant Health Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-478673 ER - TY - THES A1 - Schedlbauer, Jürgen T1 - Anforderungsorientierte Optimierung, Evaluation und Validierung der praktischen Inhalte der Lehre in der Medizinischen Informatik in Hochschulen für Angewandte Wissenschaften (HAW) N2 - Die European University Association (EUA) definiert „Beschäftigungsfähigkeit“ als ein Hauptziel der Hochschulausbildung. Der zentrale Aspekt dieser Arbeit ist, kompetenzorientierte Lehre in der praktischen Ausbildung der medizinischen Informatik an Hochschulen für angewandte Wissenschaft(HAW) durch Analyse der Kompetenzanforderungen des Marktes und der Hochschulen zu optimieren. Als Erstes wird dazu ein Berufsbild der Medizinischen Informatik erarbeitet, indem mit Hilfe von Webcrawling, Webextraktion und Text Mining Begriffe von Stellenanzeigen, anhand einer Inhaltsanalyse, die Kompetenzen im Bereich Fachwissen und Soft Skills (Geschäftsprozessmanagement, Teamwork, Prozesse, Lern- und Problemlösungsfähigkeiten) ermittelt werden. Als Nächstes wird untersucht, inwiefern HAWs diese Kompetenzen in ihren Modulhandbüchern als Lernziele definieren. Um die Vermittlung der praktischen Inhalte der Ausbildung entsprechend dem Berufsbild zu optimieren wurde - basierend auf der Methodik des Design-based Research - die Lehrmethodik „INstall“ entwickelt und evaluiert um die Arbeitsmarktfähigkeit der Studierenden zu verbessern. Die Eignung der Lehrmethodik wurde anhand einer Fremd- und Selbsteinschätzung der Studierenden untersucht. Die Ergebnisse der Stellenanalyse zeigen, dass nur 45% der Begriffe der Kategorie Fachwissen und 55% der Kategorie Soft Skills zuzuordnen sind. Die vorherrschenden Begriffe waren Programmierung, Erfahrung, Projekt und Server. Die Auswertung der Modulhandbücher zur Kompetenzorientierung hat große Unterschiede offengelegt, da in zwei Dritteln der Modulhandbücher keine Soft Skills als Lernergebnisse formuliert wurden. Anhand eines Zyklus über drei Vorlesungen wurde nachgewiesen, dass die Erweiterung der Lernziele auf Soft Skills durch die Methode „INstall“, in der Fremd- und Selbsteinschätzung der Studierenden einen starken Zugewinn an Kompetenzen im fachlichen Wissen, bei der Teamarbeit, im Geschäftsprozessmanagement, beim Lernen, in der Kommunikation und der Problemlösung gebracht hat. Die Arbeit legt den Schluss nahe, dass Hard- und Soft Skills bei den Arbeitnehmeranforderungen zur Medizinischen Informatik gleich gewichtet sind. Daraus kann abgeleitet werden, dass die Vorgaben der Berufsverbände zum Kompetenzprofil überdacht werden sollten. Fraglich erscheint, ob ein großer Teil der Modulhandbücher den Vorgaben der EUA (Beschäftigungsfähigkeit) entsprechen, da die Lernziele ein Defizit an Soft Skills aufweisen. Insgesamt bleibt festzuhalten: Eine gezielte Ausrichtung der Lernziele von Übungen auf die Anforderungen des Arbeitsmarktes durch die neue Lehrmethode „INstall“ hat zu einer von den Studierenden selbst bestätigten spürbaren Steigerung der benötigten Kompetenzen geführt. N2 - The European University Association (EUA) defines employability as a primary goal of higher education. The central aspect of this work is to optimize competence-oriented teaching in the practical training of medical informatics at universities of applied science (HAW) by analyzing and comparing the competence requirements of the market and universities. First, a professional profile of medical informatics was developed by using web crawling, web extraction and text mining to determine the competencies in the field of specialist knowledge and soft skills (business process management, teamwork, processes, learning and problem-solving skills) on the basis of a content analysis . Following this, several HAWs were examined in order to ascertain to what extent they define these competencies as learning objectives in their module handbooks. In order to optimize both the communication of the training‘s practical content according to the job description and student employability, a teaching method – „INstall“ - based on the methodology of design-based research - was developed and evaluated . The suitability of this teaching methodology was examined on the basis of external and self-assessment by students taking part in a lecture tailored to make use of the new learning goals. The results of the job analysis show that only 45% of the terms found in the professional profile can be assigned to the specialist knowledge category and 55% to the soft skills category. The predominant terms were programming, experience, project and server. Evaluating the module handbooks on competence orientation revealed major differences, as two thirds failed to formulate them as learning outcomes . On the basis of a cycle of three lectures, it was demonstrated that – in the external and self-assessment of partaking students - the expansion of learning objectives with soft skills via the „INstall“ method led to a strong gain in technical knowledge, teamwork, business process management, learning, communication and problem-solving competencies. Another important finding is that hard and soft skills are equally weighted in the employee requirements for medical informatics. This observation may support the proposal that the requirements of the professional associations for the competence profile should be reconsidered. When considering the learning objectives‘ lack of soft skills , it is questionable whether a large part of the module handbooks meet the requirements of the EEA (employability). The findings clearly indicate that a targeted alignment of the learning objectives of exercises with the requirements of the job market through the new teaching method „INstall “ has led to a noticeable increase in the required competencies, which the students themselves confirmed. KW - Web crawling KW - Text mining KW - Competence-based education KW - Soft skills KW - Medical Informatics Graduate employability Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-477509 SN - 978-3-88246-461-0 ER - TY - THES A1 - Schmid, Isabel T1 - Weiterentwicklung von Methoden und Ansätzen zur automatisierten Informationsextraktion aus Social Networks N2 - Ob Werbebotschaften effektiv in einem sozialen Netzwerk verbreitet werden können, ist abhängig von der Person, die dabei als Multiplikator eingesetzt wird (Deng et al., 2016). Der Einsatz eines einflussreichen Nutzers kann nicht nur die Reichweite der Marketingbotschaft deutlich erhöhen, sondern auch in den Bereichen Innovations- und Produktmanagement wirken. Neben der großen praktischen Relevanz des Themengebiets hat dieses auch in der Wissenschaft eine Vielzahl an Publikationen hervorgebracht. Eine klare Definition und Abgrenzung einflussreicher Nutzertypen wie z.B. Influencer, Key User oder Lead User fehlt bislang und soll mit Hilfe eines ausführlichen Literaturüberblicks angefertigt werden (Veröffentlichung 1). Außerdem wird im Rahmen der Dissertation die Identifikation von Lead User weiterentwickelt, indem verschiedene Analyseformen wie z.B. die SNA, die Sentimentanalyse und das Topic Modeling miteinander kombiniert werden. Das Thema der Sentimentanalyse wird zudem in einer weiteren Veröffentlichung näher betrachtet, insbesondere im Zuge der Analyse langer und unstrukturierter Texte. Jedoch lassen sich Vorteile von sozialen Netzwerken nicht nur in Bezug auf die Verbindung zwischen Kunde und Unternehmen feststellen, sondern auch im Bereich ESN. ESN werden mit dem Ziel angewandt, die organisationale Effektivität sowie die Effizienz im Unternehmen zu verbessern (Stei et al., 2016). Zentral dabei ist, dass die Mitarbeiter dazu motiviert werden, aktiv Inhalte zu erzeugen und ihr Wissen mit anderen zu teilen (Günther and Spath, 2010). Hierbei lassen sich auch unter den Mitarbeitern unterschiedliche Nutzergruppen erkennen. So können u.a. aufgrund von Aktivität und Zentralität im Netzwerk Nutzertypen voneinander unterschieden werden. Zentrale Personen im Netzwerk müssen gefördert werden, um Kommunikation und Kollaboration zu sichern. Deshalb stehen die sog. „value-adding user“ im Zentrum der Analyse einer weiteren Publikation. N2 - The dissertation "Development of methods and approaches for automated information extraction from social networks" deals with the analysis of social media network data. Besides the distinction and characterization of different influential user types in social media networks, found in the research literature, the focus is on the (automated) identification of different influential user types applying various methods for analyzing the structured and unstructured social media data. In addition to the characterization and identification of influential users, this dissertation also concentrates on the analysis of textual social media network data. Thus, a comparison between different topic modeling techniques is performed in order to provide recommendations for several application scenarios. Furthermore, requirements for a trend analysis tool are collected. Based on these, software tools for the automated analysis of textual social media content (considering aspect-based sentiment analysis) were created and evaluated. Further research activities aim at deriving design approaches for the social media strategy regarding socially relevant topics (such as sustainability) by analyzing social media network data. KW - Social Media Network KW - Nutzertypen KW - Social Media Analyse Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-534918 ER - TY - THES A1 - Schmoll, Annemarie T1 - Zugeschriebene Geschlechterrollenbilder und Krise der männlichen Herrschaft im Feld des Hooliganismus N2 - Ob sich der Hooliganismus, einem Feld der „ernsten Spiele des Wettbewerbs“, in welchem die männliche Herrschaft herrscht, vor dem Hintergrund von weitreichenden sozialen Wandlungsprozessen in einer Krise befindet, da emanzipatorische Fortschritte eingetreten sind und eine gewisse Anzahl von Frauen am Hooliganismus gewaltförmig beteiligt ist und welche Geschlechterrollenbilder dort zugeschrieben werden, ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Diese und weitere Forschungsfragen werden aus der Innenperspektive der im Feld des Hooliganismus Befindlichen mit Hilfe der Forschungsstrategie der soziologischen Ethnographie beantwortet. N2 - Whether hooliganism, a field of "serious games of competition" in which masculine domination prevails, is in crisis against the background of far-reaching processes of social change, since emancipatory progress has occurred and a certain number of women are violently involved in hooliganism, and which gender role images are ascribed there, is the subject of the present work. These and other research questions are answered from the internal perspective of those in the field of hooliganism with the help of the research strategy of sociological ethnography. KW - Bourdieu KW - Gender KW - Geschlechterbilder KW - Geschlechterstereotype KW - Hooligans KW - Machismo KW - Männerbund KW - männliche Herrschaft KW - Hooliganismus KW - Fußball KW - weibliche Hooligans KW - Innenperspektive KW - Krise der männlichen Herrschaft KW - zugeschriebene Geschlechterrollenbilder KW - qualitative Forschung Y1 - 2022 SN - 978-3-7489-3283-3 SN - 978-3-8487-7492-0 PB - Nomos CY - Baden-Baden ET - 1. ER - TY - THES A1 - Schwarz, Colin Maximilian T1 - Indirekte modellprädiktive Regelung von Windenergieanlagen sowie deren energie-optimale und deren schädigungsarme Konfiguration N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der indirekten Methoden zur automatisierten Lösung von einer bestimmten Klasse von Optimalen Steuerungsproblemen im Rahmen einer modellprädiktiven Regelung für Windenergieanlagen. In einem zweiten Teil wird der Einfluss dieser Regelungsmethode auf die Festigkeit des Triebstranges untersucht. Diese führt zu einer überproportionalen Beanspruchung und damit zu einer Reduktion der Betriebsfestigkeit. Es gilt entsprechende Randbedingungen für die der Regelung zugrunde liegenden Optimalen Steuerungsprobleme zu finden, so dass weiterhin die Energieausbeute maximiert werden kann, gleichzeitig jedoch die Beanspruchung durch die Regelung begrenzt wird. Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-854767 ER - TY - THES A1 - Souza Jr., Luis Antonio de T1 - Computer-assisted diagnosis of Barrett's esophagus using machine learning techniques T1 - Auxílio ao diagnóstico automático do esôfago de Barrett utilizando aprendizado de máquina N2 - Esophageal adenocarcinoma is an illness that is usually hard to detect at the early stages in the presence of Barrett’s esohagus. The development of automatic evaluation systems of such illness may be very useful, thus assisting the experts in the neoplastic region detection. With the strong growth of machine learning techniques aiming to improve the effectivess of medical diagnosis, the use of such approaches characterizes a strong scenario to be explored for the early diagnosis of esophageal adenocarcinoma. Barrett’s esophagus as a predecessor of adenocarcinoma can be explained by some risk factors, such as obesity, smoking, and late medical diagnosis. This project proposes the development of new computer vision and machine learning techniques to assist the automatic diagnosis of the esophageal adenocarcinioma based on the evaluation of two kind of features: (i) handcrafted features, calculated by means of human knowledge using some image processing technique and; (ii) deeply-learnable features, calculated exclusively based on deep learning techniques. From the extensive application of global and local protocols for the models proposed in this work, the description of cancer-affected images and Barrett’s esophagus-affected samples were generalized and deeply evaluated using, for example, classifiers such as Support Vector Machines, ResNet-50 and the combination of descriptions by handcrafted and deeply-learnable features. Also, the behavior of the automatic definition of key-points within the evaluated techniques was observed, something of a paramount importance nowadays to guarantee transparency and reliability in the decisions made by computational techniques. Thus, this project contributes to both the computational and medical fields, introducing new classifiers, approaches and interpretation of the class generalization process, in addition to proposing fast and precise manners to define cancer, delivering important and novel results concerning the accurate identification of cancer in samples affected by Barrett’s esophagus, showing values around 95% of correct identification rates and arranged in a collection of scientific works developed by the author during the research period and submitted/published to date. KW - Machine Learning KW - Barrett's esophagus KW - Deep Learning KW - handcrafted features KW - deeply-learnable features KW - convolutional neural networks KW - interpretability Y1 - 2022 PB - Universidade Federal de São Carlos ER - TY - THES A1 - Zürner, Christian T1 - Ästhetische Bildung und Frühromanik : Kritische Dialoge zwischen Wilhelm Wackenroder und Theodor W. Adorno T2 - Villigst Perspektiven Y1 - 2006 SN - 978-3-8258-9171-8 VL - 8 PB - LIT CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Auer, Simon T1 - Musculoskeletal models in highly dynamic motion: effects of model parameters and mental stress N2 - The analysis and understanding of highly dynamic movements is a fundamental part of biomechanics. Since sports injuries often involve the lower extremities and muscles, musculoskeletal models can help to prevent them. These models allow the calculation of ground and joint reaction forces as well as muscle forces and activities for individual muscle strands. One goal of this work is to use musculoskeletal models to investigate the influence of mental stress on lower extremity loading. Moreover, the models themselves are evaluated for highly dynamic movements and practical recommendations for action will be derived. For this purpose, fast movements of youth competitive and amateur athletes will be recorded using different measurement systems. Subsequently, the models calculate the target parameters using inverse dynamics. Furthermore, measured and calculated muscle activities of the lower extremities are compared and artificial balancing forces (residuals) in the models are analyzed and minimization approaches are presented. The investigation of muscle and joint loading under mental stress has shown that the response to mental stress is highly individual. Athletes may experience a significant increase in muscle and knee forces with a simultaneous decrease in performance. The comparison of measured and calculated muscle activity proved the reliability of the models also for highly dynamic movements. With the frequently used default settings in the model and optical and inertial motion capture, the muscle activities in the model could be calculated reliably. The residual forces were highest, when the model transitioned from foot-ground contact to no contact and vice versa. By adjusting the settings of the kinematic filter and the ground reaction force prediction, the residuals were reduced by up to 54%. The analysis of musculoskeletal loading under mental stress has shown that the models can make a valuable contribution to the biomechanical analysis of highly dynamic movements. Subsequently, the models have also proven to be a reliable tool for the analysis of highly dynamic movements when the calculated parameters as well as the model-specific optimization options are reviewed. With this in mind, these models can contribute to further understand highly dynamic movements and prevent muscle injuries in athletes. N2 - Die Analyse und das Verständnis hochdynamischer Bewegungen ist ein fundamentaler Bestandteil der Biomechanik. Da Sportverletzungen häufig die unteren Extremitäten und Muskeln betreffen, können muskuloskelettale Modelle dazu beitragen, sie zu vermeiden. Diese Modelle ermöglichen die Berechnung von Boden- und Gelenkreaktionskräften sowie von Muskelkräften und -aktivitäten für einzelne Muskelstränge. Ein Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe von muskuloskelettalen Modellen den Einfluss von mentalen Belastungen auf die Belastung der unteren Extremitäten zu untersuchen. Darüber hinaus werden die Modelle selbst für hochdynamische Bewegungen evaluiert und praktische Handlungsempfehlungen abgeleitet. Zu diesem Zweck werden schnelle Bewegungen von jugendlichen Leistungs- und Freizeitsportlern mit verschiedenen Messsystemen aufgezeichnet. Anschließend berechnen die Modelle mittels inverser Dynamik die Zielparameter. Weiterhin werden gemessene und berechnete Muskelaktivitäten der unteren Extremitäten verglichen sowie künstliche Ausgleichskräfte (Residuen) in den Modellen analysiert und Minimierungsansätze vorgestellt. Die Untersuchung der Muskel- und Gelenkbelastung unter mentalem Stress hat gezeigt, dass die Reaktion auf mentalen Stress sehr individuell ist. Bei einzelnen Personen kann es zu einem deutlichen Anstieg der Muskel- und Kniegelenkreaktionskräfte bei gleichzeitiger Leistungsminderung kommen. Der Vergleich von gemessener und berechneter Muskelaktivität beweist die Zuverlässigkeit der Modelle auch bei hochdynamischen Bewegungen. Mit den häufig verwendeten Standardeinstellungen im Modell und der vielseitigen Bewegungserfassung konnten die Muskelaktivitäten im Modell zuverlässig berechnet werden. Die Residualkräfte waren am höchsten, wenn das Modell von Fuß-Boden-Kontakt zu keinem Kontakt und umgekehrt überging. Durch Anpassung der Einstellungen des kinematischen Filters und der Berechnung der Bodenreaktionskraft konnten die Residualkräfte um bis zu 54% reduziert werden. Die Analyse der muskuloskelettalen Belastung unter psychischer Beanspruchung hat gezeigt, dass die Modelle einen wertvollen Beitrag zur biomechanischen Analyse von hochdynamischen Bewegungen leisten können. In der Folge haben sich die Modelle auch bei der Überprüfung der berechneten Parameter sowie der modellspezifischen Optimierungsmöglichkeiten als zuverlässiges Werkzeug für die Analyse hochdynamischer Bewegungen erwiesen. Daher können die Modelle dazu beitragen, hochdynamische Bewegungen besser zu verstehen und Muskelverletzungen bei Sportlern vorzubeugen. Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-551061 CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Burger, Moritz T1 - Entwicklung eines innovativen Implantats zur minimalinvasiven Behandlung von isolierten Orbitabodenfrakturen Y1 - 2024 CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Steininger, Peter T1 - Experimentelle und numerische Untersuchungen an einem solarselektiven Wärmedämmsystem N2 - Zur Erreichung der von der Bundesregierung gesteckten Ziele, bis zum Jahr 2050 den Primärenergiebedarf im Gebäudesektor und die Treibhausgasemissionen beträchtlich zu reduzieren, kommt der nachhaltigen und zukunftsorientierten energetischen Sanierung von Fassaden an Bestandsgebäuden besondere Bedeutung zu. Für die Applikation an Außenwänden steht eine Vielzahl an herkömmlichen und neuartigen Dämmsystemen zur Verfügung, die entweder eine signifikante Erhöhung des thermischen Widerstands der Gebäudehülle oder die Nutzung der Sonne als zusätzliche Energiequelle ermöglichen. Um die vorteilhaften Eigenschaften der Erzielung winterlicher solarer Gewinne, des sommerlichen Überhitzungsschutzes und der hohen Dämmwirkung an sonnenlosen Tagen in einem Dämmsystem zu vereinen, unter Berücksichtigung ökologischer Aspekte, sind Entwicklungen im Bereich von innovativen Fassadensystemen notwendig. Das Ziel dieser Arbeit war die konstruktive Entwicklung sowie die experimentelle und numerische Untersuchung eines rein mineralischen solarselektiven Wärmedämmsystems, das die oben genannten Zielsetzungen erfüllt. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit des entwickelten Systems wurden an einem Prototyp, in einem eigens konzipierten Differenzklimakammerprüfstand, stationäre und dynamische Untersuchungen zum winkelabhängigen Solarstrahlungs- und Wärmetransport durchgeführt und bauphysikalische Kenngrößen, die einen Vergleich mit gängigen Dämmsystemen erlauben, abgeleitet. Der experimentell ermittelte winkelabhängige Gesamtenergiedurchlassgrad, der als stationäre Kenngröße zur Bewertung der Solarstrahlungsleitung herangezogen wird, zeigt ein Maximum im Auslegungspunkt für Wintermonate (19° Einstrahlwinkel) und kann für hohe Sonnenstände, zur Vermeidung von sommerlichen Überhitzungseffekten, signifikant reduziert werden. Darüber hinaus wurden die experimentellen Ergebnisse zur Validierung von stationären und dynamischen multiphysikalischen Simulationsmodellen des solarselektiven Wärmedämmsystems eingesetzt, welche ein tieferes Verständnis des Wärme- und Strahlungstransports ermöglichen. Unter Verwendung der validierten Simulationsmodelle wurden, ausgehend vom Prototyp, die wesentlichen konstruktiven Einflussfaktoren auf die Solarleitung und die Dämmwirkung des Systems ermittelt und das Verbesserungspotential entsprechend quantifiziert. Zudem wurden in einer jährlichen simulativen Untersuchung, unter Verwendung realer Wetterdaten, mithilfe zweier verbesserter Varianten des solarselektiven Wärmedämmsystems, die Heizenergieeinsparpotentiale in der Winter- und Übergangszeit gegenüber einer herkömmlich gedämmten Wandkonstruktion nachgewiesen. N2 - In order to reach the objectives of the Federal Government to considerably reduce the primary energy demand in the building sector and greenhouse gas emissions by the year 2050, the sustainable and future-oriented energetic retrofitting of existing buildings’ facades is of particular importance. A variety of conventional and novel thermal insulation systems are available for the application on exterior walls, which allow either a significant increase of the thermal resistance of the building envelope or the use of the sun as an additional energy source. In order to combine the beneficial properties of obtaining winter solar gains, summer overheating protection and high thermal insulation on sunless days in one insulating system, while taking into account ecological aspects, developments in the field of innovative facade systems are necessary. The objective of this work was the development as well as the experimental and numerical investigation of a purely mineral solar selective thermal insulation system that meets the aforementioned objectives. In order to assess the performance of the developed system, steady state and dynamic investigations of the angle-dependent solar irradiation and heat transport were carried out using a prototype in a differential climatic chamber test bench, so that characteristic building physics parameters, which allow a comparison with conventional thermal insulation systems, can be derived. The experimentally determined angle-dependent total solar energy transmittance, which is used as a steady state parameter for the assessment of the solar radiation transmission through the system, shows a maximum at the design point in winter months (19° incidence angle) and can be significantly reduced for high sun angles, thus avoiding overheating effects in summer. Furthermore, the experimental results were used for the validation of steady state and dynamic multiphysical simulation models of the solar selective thermal insulation system, which allow a deeper understanding of the heat and radiation transport. Using the validated simulation models, based on the prototype, the main constructive factors influencing the solar transmission and the thermal insulation performance of the system were determined and the potential for improvements was quantified accordingly. In addition, in a yearly simulation study using real weathering data, two improved variants of the solar selective thermal insulation system were used to show the heating energy savings in the winter and transition period compared to a conventionally insulated wall construction. Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20220614-1615021-1-1 UR - https://mediatum.ub.tum.de/?id=1615021 ER - TY - THES A1 - Süß, Franz T1 - The influence of mental stress on the musculoskeletal human back during static posture and trunk motion N2 - The investigation of the influence of mental stress on muscle recruitment of the back and its effect on the intervertebral discs was the main focus of this work. Furthermore, the goal was to develop algorithms to use mental stress as an input parameter in musculoskeletal simulation models. In the first step, a study was designed to investigate the influence of emotional and cognitive stress without kinetic influencing factors during sitting. At the muscular level, emotional stress was found to affect the upper back, while cognitive stress elicited higher muscle activity in the upper and lower back. Using a newly developed algorithm to apply back muscle recruitment changes to static inverse kinematic simulation models, load increases at the discs of up to 189 N on average and up to 907 N at peak were found.Based on the results of the first study, a second dynamic study was designed and conducted. In this case, the focus was on the cognitive stressor and the lower back. Using a dynamometer, subject-specific loads were applied during extension and flexion of the upper back. In contrast to the first study, in the upper back, only the right m. trapezius pars descendens showed a load-induced difference in muscle activity, but the lower back did. To investigate the effects of muscle tone increase in detail, the algorithm developed in the first study was extended to the dynamic case. The use of simulation models allowed the inference of the effects of the purely stress-induced tone increase. For this purpose, the kinetic and muscular effects were isolated and simulated. The study revealed a stress increase of 47% of the body weight in the L4L5 disc. The final numerical study focused on the general application of muscle activities to inverse kinematic simulation models. This was based on the novel simulation algorithm used in study two and the measured muscle activities. The simulation of the measured muscle activities formed the link between reality and simulation. To simulate the activities, neural networks and gradient boosting regression algorithms were investigated. The latter were found to be better suited to represent the data. However, the data is too small for a detailed statement, especially for loads below 100%. The results of this work can help to better assess the musculoskeletal effects of psychological stress on the musculoskeletal system and, if necessary, to develop ergonomic prevention strategies. By recognizing stress-related kinematic difference, as well as subsequent prompting of trunk movement, could help prevent long-term effects. When examining any situation, the combination of machine learning and musculoskeletal simulation tools can help examine and minimize the effects of psychological stress. N2 - Die Untersuchung des Einflusses von mentalem Stress auf die Muskelrekrutierung des Rückens und dessen Auswirkung auf die Bandscheiben war der Schwerpunkt dieser Arbeit. Des Weiteren war es das Ziel, Algorithmen zu entwickeln, um die mentale Belastung als Eingabeparameter in muskuloskelettalen Simulationsmodellen zu nutzen. Im ersten Schritt wurde eine Studie konzipiert, um den Einfluss von emotionalem und kognitivem Stress ohne kinetische Einflussfaktoren beim Sitzen zu untersuchen. Auf muskulärer Ebene wurde festgestellt, dass emotionaler Stress den oberen Rücken beeinflusste, während kognitiver Stress höhere Muskelaktivität im oberen und unteren Rücken auslöste. Unter Verwendung eines neu entwickelten Algorithmus zur Anwendung von Rekrutierungsänderungen der Rückenmuskulatur auf statische inverse kinematische Simulationsmodelle wurden Belastungserhöhungen an den Bandscheiben von bis zu 189 N im Mittel und bis zu 907 N in der Spitze gefunden. Basierend auf den Ergebnissen der ersten Studie wurde eine zweite dynamische Studie konzipiert und durchgeführt. In diesem Fall lag der Fokus auf dem kognitiven Stressor und dem unteren Rücken. Mit Hilfe eines Dynamometers wurden subjektspezifische Belastungen während der Extension und Flexion des Oberkörpers aufgebracht. Im Gegensatz zur ersten Studie konnte im oberen Rücken, nur im rechten m. trapezius pars descendens ein Lastfall bedingter Unterschied in der Muskelaktivität festgestellt werden, wohl aber im unteren Rücken. Um die Auswirkungen der Muskeltonuserhöhung im Detail zu untersuchen, wurde der in der ersten Studie entwickelte Algorithmus auf den dynamischen Fall erweitert. Die Verwendung von Simulationsmodellen erlaubte den Rückschluss auf die Auswirkungen der rein stressinduzierten Tonuserhöhung. Hierfür wurden die kinetischen und muskulären Effekte isoliert und simuliert. Die Studie ergab eine Belastungserhöhung von 47 % des Körpergewichts in der L4L5 Bandscheibe. Die abschließende numerische Studie konzentrierte sich auf die allgemeine Anwendung von Muskelaktivitäten auf inverse kinematische Simulationsmodelle. Grundlage dafür waren der neuartige Simulationsalgorithmus, der in Studie zwei verwendet wurde, und die gemessenen Muskelaktivitäten. Die Simulation der gemessenen Muskelaktivitäten bildete das Bindeglied zwischen Realität und Simulation. Um die Aktivitäten zu simulieren, wurden neuronale Netze und Gradient-Boosting-Regressionsalgorithmen untersucht. Es zeigte sich, dass letztere besser geeignet sind, die Daten abzubilden. Für eine detaillierte Aussage, insbesondere für Belastungen unter 100 %, ist die Datenlage jedoch zu klein. Die Ergebnisse dieser Arbeit können helfen, die muskuloskelettalen Auswirkungen psychischer Belastungen auf den Bewegungsapparat besser einzuschätzen und ggf. ergonomische Präventionsstrategien zu entwickeln. Durch das Erkennen stressbedingter kinematischer Unterschied sowie die darauffolgende Aufforderung zur Rumpfbewegung könnte helfen, langfristige Auswirkungen zu vermeiden. Bei der Untersuchung beliebiger Situationen, kann die Kombination aus maschinellem Lernen und muskuloskelettalen Simulationswerkzeugen helfen, die Auswirkungen psychischer Belastungen zu untersuchen und zu minimieren. KW - Musculoskeletal simulation KW - mental stress KW - spinal disc loads Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-460554 ER - TY - THES A1 - Thumann, Philipp T1 - Lebensdauerbewertung von stoßartig belasteten Werkzeugkomponenten T1 - Durability analyses of tool components subjected to impact loading N2 - Die vorliegende Arbeit beinhaltet ein neuartiges Gesamtkonzept zur Betriebsfestigkeitsbewertung von Werkzeugkomponenten unter Berücksichtigung dynamischer Einflüsse. Es werden experimentelle Untersuchungen an Proben aus dem Vergütungsstahl 42CrMoS4-QT sowie aus den Gusseisen mit Kugelgraphit EN-GJS-600-3 und mit Lamellengraphit EN-GJL-250 durchgeführt. Die Ergebnisse aus den Versuchen dienen zum einen zur allgemeinen Validierung von Betriebsfestigkeitsrechnungen. Zum anderen wird damit die Frequenzabhängigkeit in Bezug auf stoßartige Belastungen untersucht. Neben den validierten Berechnungsmodellen resultiert aus den Versuchungen die Erkenntnis einer ausgeprägten Frequenzabhängigkeit, welche in zukünftigen Auslegungsrechnungen berücksichtigt werden muss. Bei Untersuchungen an einem Umform- und Beschneidewerkzeug wird die erarbeitete methodische Vorgehensweise aus den Versuchen angewandt. Es wird eine FE-Simulation eines Gesamtmodells erstellt, welche mit Messungen am Werkzeug validiert wird. Die Untersuchungen am Umform- und Beschneidewerkzeug liefern demnach ein validiertes FE-Simulationsmodell, das neben dem Werkzeug das Pressenmodell und die im Fertigungsprozess zu bearbeitende Platine beinhaltet. Unter Anwendung der Submodelltechnik an einer Einzelkomponente werden geeignete FE-Ergebnisse für eine Betriebsfestigkeitsrechnung generiert. Die Betriebsfestigkeitsrechnung erfolgt nach dem validierten Berechnungsmodell aus den Versuchen. Im Zuge der Analysen am Werkzeug findet das validierte Berechnungsmodell für den Gusswerkstoff EN-GJS-600-3 Anwendung. Die Berechnungsergebnisse korrelieren mit tatsächlich aufgetretenen Schäden an einem Bauteil. N2 - The present work includes a new procedure for the operational fatigue strength assessment of tool components considering dynamic influences. Experimental investigations are carried out on specimen made from the quenched and tempered steel 42CrMoS4-QT as well as from the cast iron with spheroidal graphite EN-GJS-600-3 and with lamellar graphite EN-GJL-250. The results of the tests serve on the one hand for the general validation of operational fatigue strength calculations. On the other hand, the frequency dependency in relation to impact loads is examined. In addition to the validated calculation models, the material tests result in the recognition of a pronounced frequency dependency, which must be considered in future design calculations. In investigations on a forming and cutting tool, the methodical procedure developed from the material tests is used. An FE simulation of an overall model is created, which is validated with measurements on the tool. The investigations on the forming and cutting tool provide a validated FE simulation model, which contains the tool as well as the press model and the sheet metal part to be machined in the manufacturing process. Using the submodel technique on a single component, suitable FE results are generated for an operational fatigue strength calculation. The calculation is based on the validated calculation model from the material tests. In the course of the analyzes on the tool, the validated calculation model for the cast material EN-GJS-600-3 is used. The calculation results correlate with damage that has actually occurred to a component. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20210713-1554721-1-5 UR - https://mediatum.ub.tum.de/doc/1554721/1554721.pdf ER - TY - THES A1 - Weber, Sebastian T1 - Charakterisierung verschiedener Wassereinspritztechnologien für Ottomotoren N2 - Die Reduktion von Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemission bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrleistung bei kleinerem Hubraum und reduzierter Zylinderzahl, die erhöhte Performance und die Kompatibilität mit elektrifizierten Komponenten beschreiben die aktuellen Ziele und Herausforderungen der modernen Ottomotorentwicklung. Um alle Herausforderungen zu erfüllen, muss ein stöchiometrischer Betrieb sichergestellt werden. Dabei kann es jedoch an der Volllast zur Überschreitung thermischer Grenzen im Abgaspfad kommen, weswegen die Abgastemperatur ohne Leistungsverluste abgesenkt werden muss. Die Wassereinspritzung kombiniert Downsizing, Leistungssteigerung und die Verbesserung der Schadstoffemissionen wirkungsvoll miteinander und könnte einen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele leisten. Um ein optimales Systemlayout zu erarbeiten, sind prozessuale Betrachtungen oft nicht ausreichend. Vielmehr müssen die Phänomene im Brennraum beobachtet werden. Schwerpunktmäßig sind dies die Einbringung des Wassers, der Wandkontakt, die Spray- und Wandfilmverdampfung und somit die Wirksamkeit der Abgastemperaturreduktion und die Verbesserung des indizierten Wirkungsgrads. In einem ersten Schritt werden die Thermodynamik bei Wassereinspritzung analysiert und verschiedene Einspritztechnologien miteinander verglichen. Fokussiert wird die Verbrennung, die Veränderung in den gasförmigen und festen Abgasbestandteilen und die mechanische Belastung der Aggregate durch die Verbesserung der Zündwinkel. Die Mischungseinspritzung über den zentralen Hochdruckinjektor vereint den geringsten Wasserverbrauch mit bestmöglicher Schwerpunktlage, starker Reduktion des Partikelausstoßes und akzeptabler Erhöhung der mechanischen Belastung und ist damit das favorisierte Konzept. Neben den prozessualen Betrachtungen werden mit einem optisch zugänglichen Versuchsträger zwei laseroptische Messtechniken zur Visualisierung flüssigen Wassers und der spektralen Trennung zwischen Wasser und Kraftstoff entwickelt und validiert. Damit werden die verschiedenen Varianten optisch vermessen und die Sensitivität gegenüber veränderten Betriebs- und Randbedingungen ermittelt. Die Sammlereinspritzung zeigt die größten Tropfen, gefolgt von der Saugrohr- und der Mischungseinspritzung. Auch hat diese den mit Abstand größten Wandkontakt und die geringste Verdampfungsrate, ist zusätzlich anfällig für zyklische Schwankungen. Die Saugrohreinspritzung kennzeichnen kleine Tropfen, ein konzentriertes Einströmen durch den Ventilspalt, ein flächiger Wandfilm auf der Kolbenoberseite und die Verbesserung der Tropfenverdampfung durch Turbulenz und die Nutzung von Phasing. Favorit ist abermals die Mischungseinspritzung. Eine hohe Wandfilm- und unmittelbare Sprayverdampfung kennzeichnen das System, wobei eine Erhöhung des Einspritzdrucks die Verdampfungsrate signifikant verbessert. Außerdem ist die Einspritzdauer am geringsten und die Reproduzierbarkeit am größten, jedoch auch der applikative Aufwand. Am favorisierten System werden weitere Analysen durchgeführt, unter anderem zur Veränderung der Bauteiltemperaturen, der Vergleich mit einer Ethanoleinspritzung oder die vielversprechende Kombination in Form einer Wasser-Ethanol-Mischungseinspritzung. Auf Basis der experimentellen Erkenntnisse wird ein CFD-Verfahren vorgestellt, das die Wassereinspritzung abbildet und somit die Virtualisierung in der Produktentwicklung vorantreibt. Neben der methodischen Vorgehensweise wird das Verfahren validiert und am Einzylinder- und Vollmotorbetriebspunkt vorgestellt. Die auftretenden Unterschiede werden analysiert und ausgewählte Parameteranalysen durchgeführt. Mit den Simulationen kann nachvollzogen werden, wie das Wasser die Zylinderlaufbahn benetzt und mit dem Kolben interagiert. Zusammenfassend charakterisiert diese Arbeit die gängigen Wassereinspritzvarianten auf unterschiedlichen Ebenen, gibt Optimierungsempfehlungen für die bestmögliche Medienverdampfung und empfiehlt die Mischungseinspritzung als Systemlayout. N2 - The reduction in fuel consumption and pollutant emissions with simultaneous improving driving performance with a smaller displacement and a reduced number of cylinders, increased performance and compatibility with electrified components describe the current goals and challenges of modern gasoline engine development. In order to fulfil all challenges, stoichiometric operation must be ensured. At full load, however, thermal limits in the exhaust gas path can be exceeded, that is why the exhaust gas temperature must be reduced without loss of performance. The water injection effectively combines downsizing, increased performance and the improvement of pollutant emissions and could contribute to the achievement of the climate targets. In order to develop an optimal system layout, procedural considerations are often not sufficient. Rather, the phenomena in the combustion chamber must be observed. The focus is on the introduction of water, wall contact, spray, and wall film evaporation and thus the effectiveness of the exhaust gas temperature reduction and the improvement of the indicated efficiency. In a first step, the thermodynamics of water injection are analyzed, and different injection technologies compared. The focus is on the combustion, the change in the gaseous and solid exhaust gas components and the mechanical load on the engines by improving the ignition angle. The mixture injection via the central high-pressure injector combines the lowest water consumption with the best possible center of gravity, a strong reduction in particle emissions and an acceptable increase in the mechanical load and is therefore the preferred concept. In addition to the procedural considerations, two laser-optical measurement methods for visualizing liquid water and the spectral separation between water and fuel are being developed and validated using an optically accessible test engine. In this way, the different variants are optically measured and the sensitivity of changed operating and boundary conditions is determined. The manifold injection shows the largest droplets, followed by the manifold and the mixture injection. This has the greatest wall contact and the lowest evaporation rate by far but is susceptible to cyclical fluctuations. The intake manifold injection is characterized by small droplets, a concentrated inflow through the valve gap, a flat wall film on the top of the piston and the improvement of droplet evaporation through turbulence plus the use of phasing. Mixture injection is once again the favorite. The system is characterized by high wall film and direct spray evaporation, with an increase in the injection pressure significantly improving the evaporation rate. In addition, the injection duration is the shortest and the reproducibility greatest, but also the application effort. Further analyzes are carried out on the favored system, including changes in component temperatures, a comparison with an ethanol injection or the promising combination in the form of a water-ethanol mixture injection. Based on the experimental findings, a CFD process is presented that maps the water injection and thus drives the virtualization in product development. In addition to the methodical approach, the process is validated and presented at the single-cylinder and production engine operating point. The differences that arise are analyzed and the influence of selected parameters are pointed out. The simulations can be used to understand how the water wets the cylinder liner and interacts with the piston. In summary, this work characterizes the common water injection variants on different levels, gives optimization recommendations for the best possible media evaporation and recommends mixed injection as a system layout. KW - Kolbenkraftmaschine KW - Kraftstoffverbrauch KW - Schadstoffemission KW - Ottomotor KW - Einspritzanlage Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-884176 ER - TY - THES A1 - Weigl, Stefan T1 - Development of a sensor system for human breath acetone analysis based on photoacoustic spectroscopy N2 - The breath analysis section of this thesis outlines the potentials but also emphasises the concomitant challenges of human breath analysis. The section further describes the usefulness of a point-of-care (POC) device for breath acetone detection. In addition, it covers various breath analysis related subjects, which can be useful considering further developments of breath analysers. This includes an extensive summary involving the high abundant endogenous as well as the exogenous breath species present in a clinical environment. Subsequently, a detailed discussion about the theoretical aspects of absorption spectra is provided, forming the basis for the spectral interference chapter. Classical absorption spectroscopy (AS) is compared with photoacoustic spectroscopy (PAS) in view of trace gas analysis. Different modulation schemes for signal generation, i.e. amplitude modulation (AM) and wavelength modulation (WM) are part of the comparison, while the advantages and disadvantages of each technique are highlighted. As a result, PAS is considered superior to AS and hence is selected as the method of choice regarding the development of a sensor for breath acetone detection. A detailed mathematical derivation of the photoacoustic signal generation as well as the signal enhancement by means of acoustic resonance amplification is provided. Moreover, several phenomena causing signal attenuation are outlined, including vibrational-translational (VT) relaxation, vibrational-vibrational (VV) energy transfer mechanism, acoustic detuning and photodissociation. Various simulations regarding spectral interferences in the infra-red (IR) and ultraviolet (UV) region are presented, demonstrating the susceptibility towards spectral cross-sensitivities in the IR region, hence, rather suggesting the UV region for acetone detection. However, this simulation can be easily adopted to other target analytes and serves as a basis for multicomponent analysis approaches in the IR region using tuneable light sources. Ultra sensitive acetone detection employing a high power UV LED is presented and a detailed analysis considering the effects of environmental parameters onto the photoacoustic signal, including temperature, pressure, LED duty cycle and flow rate, is provided. In addition, general cross-sensitivities of the photoacoustic signal towards the high abundant species O2, CO2 and H2O have been investigated and discussed. Moreover, several LED and photoacoustic cell (PAC) combinations have been compared in order to evaluate improvement approaches regarding an enhancement of the system’s sensitivity. Finally, photoacoustic sensor setups employing an interband cascade laser (ICL) or a quantum cascade laser (QCL) have been studied and compared to various UV setups in view of different key performance parameters, including the limits of detection (LOD) and the normalised noise equivalent absorption (NNEA) coefficients. The juxtaposition of the different approaches once more emphasises the extraordinary sensitivity of photoacoustic spectroscopy. To the best of the author’s knowledge, the LODs (3σ) of the UV LED based photoacoustic measurement in typical breath conditions (12.5 ppbV) and the LOD of the QCL measurement (0.79 ppbV) provide two world records. First, regarding photoacoustic acetone detection using an UV LED and second, in view of other published results for photoacoustic acetone detection in general. N2 - Zu Beginn der Arbeit werden zum einen die Potentiale der Analyse des menschlichen Ausatemgases aufgezeigt und zum anderen die damit verbundenen Herausforderungen beschrieben. Dabei wird auch die Nützlichkeit eines Point-of-Care (POC) Gerätes zur Bestimmung des Acetongehalts im Ausatemgas hervorgehoben. Darüber hinaus werden verschiedene mit der Atemgasanalyse zusammenhängende Themen behandelt, die hinsichtlich weiterer Entwicklungen von Atemgasanalysegeräten sehr hilfreich sein können. Dazu gehört u.a. eine ausführliche Analyse der Zusammensetzung des menschlichen Ausatemgases, die sowohl die hauptsächlichen endogenen als auch die im klinischen Umfeld verstärkt vorkommenden, exogenen Bestandteile, aufgelistet. Anschließend werden die theoretischen Grundlagen von Absorptionsspektren detailliert behandelt, da sie die Grundlage für das Kapitel über die spektralen Interferenzen bilden. Des Weiteren werden die klassische Absorptionsspektroskopie (AS), als auch die photoakustische Spektroskopie (PAS), hinsichtlich ihrer Eignung für die Spurengasanalytik verglichen. Verschiedene Modulationsschemata für die Signalerzeugung, d.h. Amplitudenmodulation (AM) und Wellenlängenmodulation (WM), sind Teil des Vergleichs, wobei die Vor- und Nachteile jeder Technik hervorgehoben werden. Als Ergebnis wurde die PAS gegenüber der AS als überlegen angesehen und daher als Methode der Wahl bei der Entwicklung eines Sensors zur Bestimmung des Acetongehalts in der Ausatemluft ausgewählt. Eine detaillierte mathematische Herleitung der photoakustischen Signalerzeugung sowie der Signalverstärkung mittels akustischer Resonanzverstärkung ist ebenso in der Arbeit enthalten. Darüber hinaus werden mehrere Phänomene der Signaldämpfung skizziert, dazu zählen u.a. die Schwingungs-Translation Relaxation, der Schwinungs-Schwingungs Energieübertragungsmechanismus, die Photodissoziation und die akustische Resonanzverschiebung. Es werden verschiedene Simulationen bezüglich spektraler Interferenzen im infraroten (IR) und ultraviolleten (UV) Wellenlängenbereich vorgestellt, die die Anfälligkeit gegenüber spektralen Querempfindlichkeiten im IR-Bereich demonstrieren und somit eher den UV-Bereich für die Acetonbestimmung nahelegen. Die Simulationsergebnisse können leicht auf weitere Zielanalyten übertragen werden und dienen somit als Grundlage für Multikomponenten-Analyseansätze im IR-Bereich mittels durchstimmbarer Lichtquellen. Im Ergebnisteil wird u.a. ein hochempfindliches System zur Acetondetektion unter Verwendung einer Hochleistungs-UV LED vorgestellt. Dieses System wurde außerdem einer detaillierten Analyse unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Umgebungsparametern auf das photoakustische Signal, einschließlich Temperatur, Druck, LED-Tastverhältnis und Durchfl ussrate, unterzogen. Zusätzlich wurden Querempfi ndlichkeiten des photoakustischen Systems gegenüber den im Ausatemgas hochkonzentrierten Stoffen O2, CO2 und H2O untersucht und die Ergebnisse diskutiert. Darüber hinaus wurden verschiedene Kombinationen von LEDs und photoakustischen Zellen verglichen, um Verbesserungsansätze hinsichtlich der Empfindlichkeit des Systems zu untersuchen. Abschließend wurden photoakustische Sensorsysteme, die einen Interbandkaskadenlaser (ICL) oder einen Quantenkaskadenlaser (QCL) verwenden, untersucht und mit verschiedenen UV LED Systemen im Hinblick auf unterschiedliche Leistungsparameter, einschließlich der Nachweisgrenzen (NWG) und den normierten, rauschäquivalenten Absorptionskoeffizienten, verglichen. Die Gegenüberstellung der verschiedenen Ansätze unterstreicht einmal mehr die außerordentliche Empfindlichkeit der photoakustischen Spektroskopie. Nach bestem Wissen des Autors stellen die NWGs (3σ) der photoakustischen Messung mit einer UV LED in typischer Atemgaszusammensetzung (12.5 ppbV) und die NWG der QCL-Messungen (0.79 ppbV) zwei Weltrekorde dar. Zum einen gibt es keine Veröffentlichung hinsichtlich einer besseren, photoakustisch ermittelten NWG für Aceton mittels einer UV LED und zum anderen stellt die mit dem QCL photoakustisch gemessene NWG im Allgemeinen die beste, je veröffentlichte photoakustische NWG für Aceton dar. KW - Photoacoustic KW - Breath Analysis KW - Acetone Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-447768 ER - TY - THES A1 - Weiß, Nils T1 - Security testing in safety-critical networks T1 - Testování zabezpečení v sítích pro bezpečnostně kritické aplikace N2 - The evolution of cars from mechanical systems to rolling computers creates new requirements for safety and security engineering. Nowadays, every vehicle contains a safety-critical real-time communication network to fulfill its function. Especially the increasing connectivity of automotive systems enlarged the attack surface for cyber-attacks. Safety engineering in this area is well understood and studied for decades, though the security engineering of these systems needs further research. This thesis introduces a black-box investigation process to analyze existing auto-motive systems and components and identifies security vulnerabilities in four different ECUs. Combined with a survey of published security research, vehicle-internal networks are identified as an extraordinary threat to the vehicle’s safety and security. The outstanding automation capabilities of security tests for these networks are leveraged in the second part of this thesis. In order to create automated tools for automotive networks, a software foundation is necessary. As part of this thesis, a comprehensive open-source software framework for security testing in vehicular networks was developed and published. This aims to support further security research based on open and free software. Novel tools for the automated identification and exploration of attack surfaces in automotive diagnostic protocol implementations are created and evaluated. These tools allow the creation of comparable attack surface metrics through black-box scans of arbitrary ECUs. Automata learning and system state reverse-engineering techniques highly increase the exploration capabilities of the presented tools. The exploration algorithm is tested on thirteen different ECUs from independent OEMs. All gathered results are evaluated and discussed in the final part of this thesis. Finally, open issues and further research based on this contribution are discussed. N2 - Současný vývoj vozidel směřující od čistě mechanických systémů k systémům řízeným specializovanými procesory vytváří nové požadavky na oblast bezpečnosti automobilů. V dnešní době je každé moderní vozidlo vybaveno bezpečnostně kritickou real-time komunikační sítí, která zajišťuje a kontroluje všechny funkce automobilu. Neustále rostoucí konektivita automobilových systémů je ale ve stále větší míře ohrožena možnými kybernetickými útoky. Ačkoli se bezpečnostní inženýrství v této oblasti rozvíjí již několik desetiletí, zajištění bezpečnosti těchto systémů stále více vyžaduje velmi intenzivní výzkum. Tato práce seznamuje čtenáře s procesem ”black-box” analýzy existujících elektronických automobilových systémů a jejich součástí a popisuje možnosti zranitelnosti bezpečnostních systémů na základě výsledků testování čtyř různých elektronických řídicích jednotek. Z hodnocení dosavadního výzkumu bezpečnosti vnitřní počítačové sítě automobilu je spolehlivost, resp. zranitelnost, celého elektronického systému uváděna jako největší hrozba pro bezpečnost vozidla, a proto mimořádné automotivní schopnosti interních sítí automobilu jsou rozebírány v druhé části práce. Při koncepci automatových prostředků pro automotivní sítě automobilů je ne- zbytné vytvořit komplexní softwarové prostředky emulující logické systémy speciálního účelu. Proto jako další část této práce byl vyvinut, implementován a též již nabízen obsáhlý open-source programový paket pro testování bezpečnosti specializovaných automobilových sítí. Další výzkumné činnosti v tomto směru jsou pak zaměřeny na výzkum bezpečnosti vozidlových sítí založené na otevřeném, popř. volně dostupném programovém vybavení. Moderní prostředky pro zjišťování a automatickou identifikaci zdrojů kybernetic kých útoků jsou vytvořeny a hodnoceny v rámci navržené a realizované implementace automotivního diagnostického protokolu. Tyto prostředky umožňují vytvoření speciální metriky pro hodnocení úrovně útoku prostřednictvím ”black-box” scanování libovolné elektronické řídicí jednotky. Učící se automaty a reverzní techniky vyhodnocování stavu systému dále značně rozšiřují možnosti vytvořených programových prostředků. Navržený algoritmus byl testován na třinácti různých řídicích jednotkách, získaná data byla rozsáhle testována v laboratorních i reálných podmín-kách, objektivně vyhodnocena a výsledky testování jsou uvedeny zčásti v poslední části práce, zčásti pak v přílohách. V závěru práce jsou pak diskutovány dosud otevřené problémy návrhu takových systémů a zaměření dalšího výzkumu založeného na výše uvedených výsledcích. N2 - Die Entwicklung des Autos von einem mechanischen System zu einem rollenden Computer schafft neue Anforderungen an die Sicherheit der Fahrzeugsoftware. Heutzutage enthält jedes Fahrzeug ein sicherheitskritisches Echtzeit-Kommunikationsnetzwerk, um seine Funktionen zu erfüllen. Vor allem die zunehmende Konnektivität der automobilen Systeme vergrößert die Angriffsfläche für Cyber-Attacken. Die Softwarezuverlässigkeit in diesem Bereich ist seit Jahrzehnten gut verstanden und erforscht, die Softwaresicherheit gegen Angriffe auf diese Systeme bedarf jedoch weiterer Forschung. Diese Arbeit führt einen Black-Box-Untersuchungsprozess zur Analyse bestehender Automobilsysteme und -komponenten ein und identifiziert Sicherheitsschwachstellen in vier verschiedenen Steuergeräten. Kombiniert mit einer Übersicht über die veröffentlichte Sicherheitsforschung werden fahrzeuginterne Netzwerke als außergewöhnliche Bedrohung für die Sicherheit des Fahrzeugs identifiziert. Die herausragenden automatisierungsmöglichkeiten von Sicherheitstests für diese Netzwerke werden im zweiten Teil dieser Arbeit genutzt. Um automatisierte Werkzeuge für automobile Netzwerke zu erstellen, ist ein Softwareframework notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein umfassendes Open-Source-Software-Framework für Sicherheitstests in Fahrzeugnetzwerken entwickelt und veröffentlicht. Damit soll Sicherheitsforschung auf Basis von offener und freier Software unterstützt werden. Es werden neuartige Werkzeuge zur automatisierten Identifikation und Exploration von Angriffsflächen in automobilen Diagnoseprotokoll-Implementierungen erstellt und evaluiert. Diese Werkzeuge ermöglichen die Erstellung von vergleichbaren Angriffsflächenmetriken durch Black-Box-Scans beliebiger Steuergeräte. Automatisches Lernen und Systemzustands-Reverse-Engineering-Techniken erhöhen die Explorationsfähigkeiten der vorgestellten Werkzeuge erheblich. Der Explorationsalgorithmus wird auf dreizehn verschiedenen Steuergeräten von unabhängigen OEMs getestet. Alle gesammelten Ergebnisse werden im letzten Teil dieser Arbeit ausgewertet und diskutiert. Abschließend werden offene Fragen und weitere Forschung auf Basis dieser Arbeit diskutiert. KW - security KW - automated testing KW - reverse engineering KW - automotive systems Y1 - 2022 UR - https://portal.zcu.cz/StagPortletsJSR168/CleanUrl?urlid=prohlizeni-prace-detail&praceIdno=87868 ER - TY - THES A1 - Wiesent, Lisa T1 - Numerical analysis of laser powder bed fused stents made of 316L stainless steel considering process-related geometric irregularities T1 - Numerische Analyse von lasergeschmolzenen Stents aus Edelstahl 316L unter Berücksichtigung prozessbedingter geometrischer Unregelmäßigkeiten N2 - Re-narrowing of a coronary vessel after stent implantation, known as in-stent restenosis (ISR), is a predominant problem in the treatment of atherosclerosis. ISR is caused, e.g., by vessel wall injury during stent implantation, malpositioning, over- or undersizing of the stent, and associated adverse alteration of natural blood flow. Advances in metal additive manufacturing, particularly in laser powder bed fusion (L-PBF), are enabling the generation of micro-scale L-PBF lattice structures and thus potentially coronary stents. By enabling new or even patient-specific stent designs, L-PBF stents could improve the conformity of the implanted stent and the vessel wall, thus potentially reducing ISR rates in the future. Research in the field of L-PBF stents is still in its early stages. Previous studies have mainly focused on the analysis of stent design requirements and basic functionality of L-BF stents. Studies regarding the determination of the specific mechanical behavior of L-PBF stents but also regarding their numerical analysis are currently not available. Due to their similar topology, L-PBF stents resemble L-PBF lattice structures with a low structural density. Therefore, it is reasonable to transfer the findings in the field of L-PBF lattice structures to L-PBF stents. L-PBF lattice structures exhibit process-related geometric irregularities that (negatively) affect their morphology and their mechanical behavior. Therefore, for an accurate (numerical) evaluation of L-PBF lattice structures and thus of L-PBF stents, their mechanical behavior must be determined first, and the influence of the process-related geometric irregularities must be analyzed or considered within the numerical models. Furthermore, the mechanical and morphological behavior of filigree L-PBF stents can be altered by post-processing steps (surface, heat treatment). However, studies on L-PBF lattice structures are mainly limited to as-built structures. Therefore, the aim of this doctoral thesis is to determine the effects of L-PBF process-related geometric irregularities and different post-processing conditions on the mechanical behavior of L-PBF 316L stents, as well as to develop a numerical methodology for their numerical evaluation. In a first step, a finite element analysis (FEA) for the prediction of stent deformation during crimping and expansion was developed and validated using extensive experimental data from conventionally manufactured stents. These models accurately predicted the expansion behavior of two different stent designs with different expansion behavior, as well as different positioning of the stent on the balloon catheter. In the second step, the mechanical behavior of L-PBF 316L was determined using uniaxial tensile tests on standard flat tensile specimens with variable specimen thickness and orientation angle. For each specimen configuration, as-built and heat treated specimens were considered. In the as-built condition, besides the anisotropic mechanical properties of L-PBF 316L already known from the literature, a significant increase in strength with increasing specimen thickness was observed, which stagnated at a specimen thickness of t > 1.5 mm, thus reaching a saturation value. Heat treatment resulted in homogenization but no recrystallization of the microstructure. Thus, the melt pool boundaries and substructures were dissolved, and residual stresses were reduced, whereas the elongated and oriented grains and thus the anisotropic microstructure were preserved. Accordingly, the specimen thickness- and direction-dependent mechanical properties of L-PBF 316L were still observed after heat treatment. Thus, for a reliable structural mechanical evaluation of L-PBF parts, their mechanical properties must be determined using test specimens that are comparable in size, orientation angle, and post-treatment condition to the later L-PBF part. In a final step, the mechanical behavior of L-PBF stents was determined and the expansion behavior of L-PBF stents under different post-processing conditions was evaluated by FEAs. The generation of L-PBF miniature tensile specimens of comparable cross section to stent struts and their experimental evaluation is challenging and highly error-prone. Therefore, a combined experimental-numerical approach was developed for the inverse determination of the mechanical behavior of L-PBF 316L stents based on experimental testing and FEA of uniaxial compression of L-PBF stents. The stent models were reconstructed from computed tomography (CT) scans of real L-PBF stents. In this way, process-related geometric irregularities were depicted enabling an accurate prediction of the stent structure-property relationship. Thus, the macroscopic mechanical behavior of L-PBF 316L stents could be determined for the first time and subsequently described numerically by a material model. Morphological analysis of the L-PBF stents further revealed significant discrepancies between the actual L-PBF stents and its computed aided design (CAD) model due to process-related geometric irregularities (surface roughness, strut waviness, enlarged and inhomogeneous strut diameters, internal defects). Numerical expansion analysis of the L-PBF stent models showed that L-PBF stents can exhibit comparable expansion behavior to conventional stents only after surface and heat treatment. However, subsequent analysis of deformation and stress states showed that L-PBF stents, both in the as-built condition and after surface and heat treatment, may exhibit critical local stress/strain concentrations, especially in the areas of pronounced geometric irregularities. Improvements in the L-PBF process, post-processing steps, and stent design are therefore essential to minimize process-related geometric irregularities and thus their strength-reducing effects, ultimately ensuring the structural safety of L-PBF stents. One possible improvement approach is to manufacture the stents on special µ-L-PBF systems that have explicitly been optimized to produce filigree structures. In this way, a higher geometric accuracy and low surface roughness could already be achieved in the as-built condition of L-PBF stents, and the subsequent required surface treatment could be reduced to a minimum. Furthermore, the fatigue strength, the damage behavior, the interaction of the stent with the blood vessel as well as the biocompatibility of L-PBF 316L stents should be investigated. To effectively use numerical models for the development of L-PBF stents, the potential of synthetic L-PBF stent models should also be investigated. The synthetic stent models represent a statistics-based modification of the original stent CAD model (e.g., local variations of strut cross section along strut length). In this way, the effects of L-PBF process-related geometric irregularities could be represented statistically and thus without explicit reconstruction from CT scans. The development of L-PBF stents is a very complex interdisciplinary task in the fields of manufacturing technology, material science, design development and numerical simulation. To establish L-PBF as a reliable alternative to conventional stent fabrication, further research in this area is essential. By providing a method to determine the mechanical properties of L-PBF stents as well as their numerical analysis, this doctoral thesis could contribute to the further development of L-PBF 316L stents, as well as define necessary research aspects for further work. N2 - Die Wiederverengung eines Koronargefäßes nach Stentimplantation, die sogenannte In-stent-Restenose (ISR), stellt ein vorherrschendes Problem der Behandlung der Arteriosklerose dar. ISR wird u.a. durch Gefäßwandverletzungen während der Stentimplantation, durch Fehlplatzierung, Über- oder Unterdimensionierung des Stents sowie eine damit verbundene ungünstige Veränderung des natürlichen Blutflusses verursacht. Fortschritte in der additiven Fertigung (AM) von Metallen, insbesondere in der Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), ermöglichen die Herstellung von filigranen Gitterstrukturen im Mikrometerbereich und damit potenziell auch von Koronarstents. Indem sie neue oder sogar patientenspezifische Stentdesigns ermöglichen, könnten L-PBF Stents die Konformität des implantierten Stents mit der Gefäßwand verbessern und so möglicherweise die ISR-Raten in Zukunft reduzieren. Die Forschung auf dem Gebiet der L-PBF-Stents befindet sich noch im Anfangsstadium. Der Schwerpunkt bisheriger Studien liegt hauptsächlich auf der Analyse der Anforderungen an das Stentdesign und der grundlegenden Funktionalität von L-BF-Stents. Untersuchungen zur Bestimmung des spezifischen mechanischen Verhaltens der L-PBF Stents, aber auch zu deren numerischen Analysen fehlen bis dato. Aufgrund der vergleichbaren Topologie stellen L-PBF Stents prinzipiell Gitterstrukturen mit einer geringen strukturellen Dichte dar. Daher ist es naheliegend, Erkenntnisse auf dem Gebiet der L-PBF Gitterstrukturen auf L-PBF-Stents zu übertragen. L-PBF Gitterstrukturen sind von prozessbedingten geometrischen Unregelmäßigkeiten betroffen sind, die sowohl deren Morphologie als auch deren mechanischen Eigenschaften (negativ) beeinflussen. Für eine genaue (numerische) Bewertung von L-PBF Stents müssen, analog zu L-PBF Gitterstrukturen, zunächst deren mechanischen Eigenschaften bestimmt und der Einfluss von prozessbedingten geometrischen Irregularitäten analysiert bzw. in den numerischen Modellen berücksichtigt werden. Weiterhin können, die mechanischen und morphologischen Eigenschaften von filigranen L-PBF Stents durch Nachbearbeitungsschritte (Oberflächen-, Wärmebehandlung) beeinflusst werden. Derzeit werden L-PBF Gitterstrukturen jedoch hauptsächlich im Bauzustand untersucht. Ziel dieser Dissertation ist es, die Auswirkungen von prozessbedingten Unregelmäßigkeiten und unterschiedlichen Nachtbearbeitungsschritten auf das mechanische Verhalten von L-PBF 316L Stents zu bestimmen sowie eine numerische Methodik für deren Bewertung zu entwickeln. Im ersten Schritt wurden Finite Elemente Analysen (FEA) zur Vorhersage der Verformung und des Spannungszustands von konventionell hergestellten Stents während des Crimpens und der Expansion entwickelt und anhand umfangreicher experimenteller Daten validiert. Diese FEAs ermöglichten eine genaue Vorhersage des Expansionsverhaltens von zwei verschiedenen Stentdesigns mit unterschiedlichem Expansionsverhalten sowie unterschiedlicher Positionierung auf dem Ballonkatheter. Im zweiten Schritt wurde das mechanische Verhalten von L-PBF 316L anhand einachsiger Zugversuche an Standard-Flachzugproben mit variabler Probendicke und Ausrichtungswinkel bestimmt. Für jede Probenkonfiguration wurden Proben im Bauzustand als auch nach Wärmebehandlung berücksichtigt. Im Bauzustand wurde neben den bereits aus der Literatur bekannten anisotropen mechanischen Eigenschaften von L-PBF 316L ein signifikanter Anstieg der Festigkeit mit zunehmender Probendicke beobachtet, der bei einer Probendicke von etwa t > 1.5~mm stagnierte und somit einen Sättigungswert erreichte. Die durchgeführte Wärmebehandlung führte zu einer Homogenisierung und zu keiner Rekristallisation des Gefüges. So wurden die Meltpoolgrenzen und Substrukturen aufgelöst und die Eigenspannungen abgebaut, während die länglichen und orientierten Körner und damit die anisotrope Mikrostruktur erhalten blieben. Dementsprechend wiesen die L-PBF 316L Zugproben auch nach der Wärmebehandlung probendicken und -richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften auf. Für eine zuverlässige strukturmechanische Bewertung von L-PBF-Bauteilen müssen daher deren mechanische Eigenschaften anhand von Prüfkörpern ermittelt werden, die in Größe, Ausrichtungswinkel und Nachbehandlungszustand mit dem späteren L-PBF-Bauteil vergleichbar sind. Im letzten Schritt wurde eine Methode zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von L-PBF-Stents entwickelt und das Expansionsverhalten von L-PBF-Stents unter Berücksichtigung prozessbedingter geometrischer Unregelmäßigkeiten in verschiedenen Nachbearbeitungszuständen mittels FEA bewertet. Die Herstellung von L-PBF Miniatur-Zugproben mit vergleichbarem Querschnitt wie Stentstreben sowie deren experimentelle Prüfung ist schwer zu realisieren und zudem sehr fehleranfällig. Daher wurde ein kombinierter experimentell-numerischer Ansatz für die inverse Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von L-PBF 316L Stents entwickelt, welcher auf der exerimentellen Durchführung und FEA der uniaxialen Kompression von L-PBF Stents basierte. Die Stentmodelle innerhalb der FEA wurden aus Computertomographie (CT) Scans realer L-PBF Stents rekonstruiert. Auf diese Weise wurden die prozessbedingten geometrischen Irregularitäten detailliert abgebildet, wodurch die Vorhersage der Struktur-Eigenschafts-Beziehung ermöglicht wurde. So konnte erstmals das makroskopische mechanische Verhalten von L-PBF 316L Stents ermittelt und anschließend numerisch in einem Materialmodell abgebildet werden. Die morphologische Analyse der L-PBF Stents zeigte deutliche Abweichungen zwischen den tatsächlichen L-PBF Stents und dessen CAD-Modell auf (z.B., Oberflächenrauigkeit, Strebenwelligkeit, vergrößerte und inhomogene Strebendurchmesser, innere Defekte). Die numerische Expansionsanalyse der L-PBF-Stentmodelle zeigte, dass L-PBF-Stents erst nach einer Oberflächen- und Wärmebehandlung ein vergleichbares Expansionsverhalten wie konventionell hergestellte Stents aufweisen. Die Analyse der Verformungs- und Spannungszustände zeigte, dass die L-PBF Stent sowohl im Bauzustand als auch nach einer Oberflächen- und Wärmebehandlung z.T. kritische lokale Spannungs-/Dehnungskonzentrationen aufweisen, insbesondere in den Bereichen mit ausgeprägten geometrischen Unregelmäßigkeiten. Verbesserungen des L-PBF Verfahrens, der Nachbearbeitungsschritte und des Stentdesigns sind daher unerlässlich, um prozessbedingte geometrische Unregelmäßigkeiten und deren festigkeitsmindernde Auswirkungen zu minimieren und somit die strukturelle Sicherheit von L-PBF Stents zu gewährleisten. Ein möglicher Verbesserungsansatz ist die Herstellung der Stents auf speziellen µ-L-PBF Anlagen, die explizit für die Herstellung von filigranen Strukturen optimiert wurden. Auf diese Weise könnte bereits im Bauzustand eine höhere geometrische Genauigkeit und eine geringe Oberflächenrauigkeit erreicht und die anschließend notwendige Oberflächenbehandlung auf ein Minimum reduziert werden. Darüber hinaus sind Studien zur Ermüdungsfestigkeit, zum Schädigungsverhalten, zur Interaktion des Stents mit dem Blutgefäß und zur Analyse der Biokompatibilität von L-PBF 316L Stents unerlässlich. Um numerische Modelle effektiv für die Entwicklung von L-PBF Stents zu nutzen, sollte auch das Potenzial synthetischer L-PBF Stentmodelle untersucht werden, um die numerische Bewertung neuer Stent-Designs vor ihrer tatsächlichen Herstellung zu ermöglichen. Die synthetischen Stentmodelle stellen eine statistikbasierte Modifikation des ursprünglichen Stent-CAD-Modells dar (z.B. lokale Variationen des Strebenquerschnitts entlang der Strebenlänge). Auf diese Weise könnten die Auswirkungen von L-PBF bedingten geometrischen Unregelmäßigkeiten statistisch, und somit ohne explizite Rekonstruktion aus CT-Scans abgebildet werden. Die Entwicklung von L-PBF Stents ist ein sehr komplexes interdisziplinäres Vorhaben in den Bereichen Fertigungstechnologie, Materialwissenschaft, Designentwicklung und numerischer Simulation. Um L-PBF als zuverlässige Alternative zur konventionellen Stentherstellung zu etablieren, ist weitere Forschung in diesen Bereichen unerlässlich. Durch die Bereitstellung einer Methode zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von L-PBF Stents sowie deren numerische Analyse trägt diese Dissertation zur Weiterentwicklung von L-PBF 316L Stents bei und definiert notwendige Forschungsaspekte für zukünftige Arbeiten. KW - laser powder bed fusion KW - stents KW - finite element analysis Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-531392 CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Wulf, Frederik T1 - Essays on cloud computing adoption, post-adoption, and security Y1 - 2021 ER - TY - THES A1 - Grauvogl, Dominik ED - Gerling, Dieter T1 - Multiphysikalische Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine mit magnetischer Asymmetrie für einen Hochvolt-Achsantrieb N2 - In der vorliegenden Arbeit wird eine fremderregte Synchronmaschine als Achsantrieb für ein Elektrofahrzeug entwickelt. Als Grundlage hierfür dient ein bereits vorhandener Stator einer permanenterregten Synchronmaschine. Durch die Wiederverwendung des Stators ist eine maschinentypunabhängige Baukastenerweiterung in Form eines magnetfreien Rotors gegeben, wodurch die ökonomischen und ökologischen Nachteile der Permanentmagnete ausgeschlossen sind. Bei der Auslegung des Rotors wird von Beginn an ein multiphysikalischer Entwicklungsansatz gewählt, mit dem der praxistaugliche Einsatz für den modularen Baukasten sichergestellt ist. Dabei ist die elektromagnetische Auslegung iterativ auf die mechanische Blechpaketfestigkeit, das thermische Verhalten und die magnetischen Geräusche abgestimmt. In Kombination mit den gesetzten Restriktionen ergibt sich ein neuartiges asymmetrisches Polschuhdesign mit dem es möglich ist, das geforderte Drehmoment mit genügend kleiner Welligkeit ohne eine Rotorschrägung zu erreichen. Die Simulationsergebnisse sind durch die Vermessung eines aufgebauten Prototyps validiert und bestätigt. Ein abschließender Simulationsvergleich mit der baugleichen permanenterregten Synchronmaschine zeigt, dass die fremderregte Synchronmaschine hinsichtlich Performance, Wirkungsgrad und Geräuschverhalten eine konkurrenzfähige Alternative dazu ist. KW - Magnetische Asymmetrie KW - Traktionsmotor KW - Elektroantrieb KW - E-Mobilität KW - magnetfreier Antrieb KW - magnetische Geräusche KW - NVH KW - elektromagnetische Auslegung KW - Magnetkreisberechnung KW - Rotorkühlung KW - Luftkühlung KW - Erregerstromoptimierung KW - FEM KW - mechanische Festigkeit Y1 - 2022 UR - https://www.shaker.de/de/content/catalogue/index.asp?lang=de&ID=8&ISBN=978-3-8440-8553-2 SN - 9783844085532 PB - Shaker Verlag CY - Düren ER - TY - THES A1 - Munninger, Maximilian T1 - Betrachtung der inhärenten Stochastizität durch das Scheduling in Verbindung mit der mehrstufigen Losbildung in einem hierarchischen Planungskonzept N2 - In der Dissertationsschrift „Betrachtung der inhärenten Stochastizität durch das Scheduling in Verbindung mit der mehrstufigen Losbildung in einem hierarchischen Planungskonzept“ werden mehrere Modellformulierungen für die Lösung von mehrstufigen kapazitierten Losgrößenproblemen erarbeitet. Bei der Losgrößenplanung mit Mikroperiodenmlodelen entstehen durch die üblicherweise integrierte Reihenfolgeplanung keine Verspätungen durch Wartezeiten. Jedoch sind die Rechenzeiten für optimale Lösungen in praxisrelevanten Problemgrößen nahezu unbeherrschbar. Bei einer Lösung mit Makroperiodenmodellen und einer nachfolgenden Reihenfolgeplanung mit Prioritätsregeln entstehen hingegen durch die unzureichenden Kapazitätsberechnungen immer wieder unvorhergesehene Wartezeiten. Deshalb werden in der Arbeit drei Modifikationen für das Makroperiodenmodell MLCLSP vorgeschlagen, mit denen diese Wartezeiten geschätzt werden können. Im ersten Ansatz werden Kapazitätskorrekturfaktoren eingeführt und deren Werte simulativ ermittelt, womit das Problem der reihenfolgebedingten Wartezeiten teilweise behoben werden kann. In einem zweiten Modellvorschlag werden diese Kapazitätskorrekturfaktoren mit einer Analogie aus der Warteschlangetheorie geschätzt. Ein drittes Modell wird vorgeschlagen, in dem ein Parameter eingeführt wird mit dem die Robustheit gegenüber der inhärenten Stochastizität zwischen den Losgrößen- und Scheduling-Problemen gesteuert werden kann. KW - Hierarchische Produktionsplanung KW - Mehrstufige kapazitierte Losgrößenplanung KW - Materialbedarfsplanung KW - Scheduling KW - Reihenfolgeplanung KW - Ressourceneinsatzplanung KW - Robuste Planung KW - Makroperiodenmodelle KW - Big-Bucket-Modelle KW - Sukzessivplanung KW - MLCLSP KW - Multi-level Capacitated Lotsizing Problem KW - Kapazitätskorrekturfaktoren KW - Warteschlangentheorie KW - Verspätungen KW - gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung KW - Operations Research KW - Werkstattfertigung KW - Hierarchical production planning KW - Multi-level Capacitated Lotsizing Problem KW - Material requirements planning KW - Scheduling KW - Robust planning KW - Big-Bucket-Models KW - Consecutive planning KW - Capacity Correction Factors KW - Queueing Theory KW - Tardiness KW - mixed-integer linear programming KW - Job shop KW - stochasticity KW - Stochastizität KW - Kapazitätslotsenproblem KW - Zentrale Recheneinheit KW - capacity correction factors KW - Arbeitsgangfolge KW - work sequence KW - Lagerkosten KW - storage costs KW - Totalplanungsmodelle KW - total planning models KW - gleichgestellte Partialmodelle KW - equivalent partial models KW - Beschäftigungsglättung KW - employment smoothing KW - Direktbedarfskoeffizient KW - direct demand coefficient KW - Produktionslogistik KW - production logistics KW - Informationstechnik KW - information technology KW - simulation software KW - Simulationssoftware KW - delay values KW - Verzögerungswerte KW - Rüstzeit KW - set-up time KW - Mindestvorlaufzeit KW - minimum lead time Y1 - 2022 SN - 9783736975958 VL - 2022 PB - Cuvillier Verlag CY - Göttingen ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Schwanzer, Peter T1 - Experimentelle Untersuchungen zur On-Board Überwachung von Partikelfiltern für den Einsatz an direkteinspritzenden Benzinmotoren N2 - This thesis deals with the development of a methodology for an improved on-board diagnosis of particulate filters in vehicles with gasoline direct injection (GDI) technology with regard to future emission legislations. In order to comply with statutory particle number limits, particulate filters are used in the exhaust gas aftertreatment for GDI-engines. The currently applied method for diagnostic purposes, a differential pressure sensor, will not be suitable for future legislations. Therefore, an on-board strategy with real-time ability shall be developed. To achieve this, the application of novel sensor concepts has been investigated, namely electrostatic soot sensors (ePM sensor) and radio frequency antennas (RF sensor). Due to the results of the ePM-sensors, no methodology for an on-board diagnosis based on an ePM sensor concept was made. The RF sensor showed varying sensitivities for different soot and different quantities of volatile components in the filter element. The analysis of the oxidation processes showed that the regeneration of the filter element is detected by the RF sensor. Furthermore, the stored amount of ash could be captured. Due to these findings, a concept for an improved on-board diagnosis strategy by means of an RF sensor concept was developed. In the course of the work it turned out that a combined sensor concept consisting of a differential pressure sensor and a RF sensor is most suitable. In a validation process, this sensor concept showed sufficient results concerning the detection capability of soot and ash loads as well as of the degree of damage of particulate filters. Especially for small amounts of ash, this sensor concept showed specific advantage. Also, the determination of the current amount of soot in the filter element proved to be suitable. Regarding the detection of damages, the sensor concept convinces through a higher sensitivity. KW - GDI KW - GPF KW - On-Board-Monitoring Y1 - 2022 SN - 978-3-8439-5101-2 PB - Verlag Dr. Hut CY - München ER - TY - THES A1 - Mühlbauer, Christian T1 - Entwicklung einer Methodik zur Bewertung und Optimierung des vibroakustischen Verhaltens von Kraftstoffeinspritzsystemen N2 - Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der akustischen Analyse von Kraftstoffein-spritzsystemen und deren NVH-Optimierung mithilfe ansteuerungstechnischer Maßnahmen. Da sich der Körper- und Luftschall beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit anderen, nicht untersuchungsrelevanten Geräuschkomponenten überlagert, ist im Vollmotorbetrieb eine diffe-renzierte komponentenbasierte Geräuschmessung nicht möglich. Deshalb wurde ein NVH-Sys-temprüfstand entwickelt, der eine isolierte akustische Vermessung von Einspritzsystemen im seriennahen Systemverbund ermöglicht. Die Betriebsparameter des Einspritzsystems wurden an einem Vollmotor in einem leerlaufna-hen Motorbetriebspunkt erfasst und mithilfe eines speziellen Entwicklungssteuergeräts auf den NVH-Systemprüfstand transferiert. Ausgehend von dem definierten Referenzbetriebspunkt wurden sowohl die Randbedingungen als auch die Ansteuerstrategie variiert und deren Einfluss auf das akustische Verhalten analysiert. Dabei zeigten primär der Raildruck und die Anzahl der Einspritzungen einen ausgeprägten Einfluss auf die betrachteten (psycho-)akustischen Parame-ter Schalldruckpegel, Lautheit, Schärfe und Impulshaltigkeit. Zur akustischen Optimierung der mechatronischen Komponenten wurden zum einen der An-steuerstrom reduziert und zum anderen ein Bremsimpuls am Ende der Ansteuerung implemen-tiert. Dadurch konnten die mechanischen Prellereignisse deutlich reduziert werden. Mithilfe eines Einspritzratenmessgeräts wurde allerdings nachgewiesen, dass sich die Optimierungs-maßnahmen insbesondere auf die Streuung der eingespritzten Kraftstoffmasse negativ auswir-ken und damit ein Zielkonflikt aus Geräuschqualität und Primärfunktionen entsteht. Als signi-fikanter Kipppunkt wurde bei den Injektoren der Übergang vom linearen Vollhub-Betrieb zum ballistischen Teilhub-Betrieb identifiziert. Aus diesem Grund wurde die elektrische Ansteue-rung unter der Voraussetzung des Injektor-Vollhub-Betriebs optimiert. Bei der Beurteilung des Einflusses der NVH-optimierten Ansteuerprofile auf die Robustheit der mechatronischen Komponenten wirkten sich eine niedrige Versorgungsspannung sowie eine kurze Ansteuerdauer der Injektoren besonders negativ auf die Streuung der eingespritzten Kraftstoffmasse aus. Vor allem in Verbindung mit der stromreduzierten Ansteuerung wurden die Injektoren nicht mehr zuverlässig und reproduzierbar im Voll-Hub geöffnet. Weiterhin wur-den durch die Bremspuls-Applikation injektorspezifische Abweichungen im Schließverhalten weiter verstärkt und erhöhten damit auch die Abweichungen der mittleren eingespritzten Kraft-stoffmasse zwischen den untersuchten Injektor-Exemplaren. Abschließend wurde die Übertragbarkeit des Systemverhaltens ermittelt, indem die Optimie-rungsmaßnahmen auf einen weiteren Versuchsträger ausgeweitet wurden. Dabei zeigte sich, dass die Maßnahmen zwar grundsätzlich übertragbar waren, aber die Parametrierung bezüglich Ansteuerstromreduzierung und Bremspuls-Applikation zum Teil stark angepasst werden mussten. N2 - The present dissertation deals with the acoustic analysis of fuel injection systems and their NVH optimization by means of control measures. Since the structure-borne and airborne sound dur-ing operation of the combustion engine is superimposed with other noise components that are not relevant for the analysis, a differentiated component-based noise measurement is not possi-ble in full engine operation. For this reason, an NVH system test bench has been developed that enables isolated acoustic measurements of fuel injection systems in a near-series system com-pound. The operating parameters of the injection system were recorded on a full engine at an engine operating point close to idle and transferred to the NVH system test bench by means of a special development control unit. Beginning from the defined reference operating point, both the boundary conditions and the control strategy were varied and their influence on the acoustic behavior analyzed. Primarily, the rail pressure and the number of injections had a distinct in-fluence on the (psycho-)acoustic parameters considered: sound pressure level, loudness, sharp-ness and impulsiveness. To optimize the mechatronic components acoustically, the control current was reduced and a braking pulse was implemented at the end of the control. This significantly reduced the me-chanical bounce events. However, using an injection rate measurement device revealed that the optimization measures had a particularly negative effect on the scattering of the injected fuel mass, resulting in a trade-off between noise quality and performance. To this, the shift from linear full-stroke operation to ballistic partial-stroke operation of the injectors was identified as a significant tipping point. Therefore, the electrical control was optimized under the condition of injector full stroke operation. Considering the influence of the NVH optimized control profiles on the robustness of the mech-atronic components, particularly a low supply voltage and a short control duration of the injec-tors showed a negative effect on the scattering of the injected fuel mass. Especially in combi-nation with the reduced control current, the injectors were no longer able to open reliably and reproducibly in the full stroke. Additionally, the brake pulse application further increased in-jector-specific deviations in the closing behavior and thus increased the deviations of the mean injected fuel mass between the injector samples investigated. Finally, the transferability of the system behavior was determined by extending the optimization measures to another demonstrator. It turned out that the measures were generally transferable, but the parameterization with regard to control current reduction and brake pulse application had to be adapted considerably in some cases. KW - Brennstoffe KW - Explosivstoffe KW - Kraftstoffe KW - Technik der Verkehrsmittel Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:ma9:1-1981185920-1115312 ER - TY - THES A1 - Baumann, Martina T1 - Health Technology Assessment und ethische Aspekte der Prothesenversorgung N2 - Innovative Hand- und Beinprothesen haben das Potenzial, die Gesundheit und Lebensqualität von Menschen mit Gliedmaßenamputationen und Dysmelien zu verbessern. Aus einer Behindertenrechtsperspektive haben Menschen ein Recht auf eine Versorgung mit solchen Hilfsmitteln, die ihnen mehr gesellschaftliche Inklusion ermöglichen. Gleichzeitig können neue Prothesentechnologien Gesundheitssysteme aufgrund ihrer hohen Kosten vor Herausforderungen in Bezug auf die gerechte Ressourcenallokation stellen. Auch die zunehmende Verschmelzung von Prothesen mit menschlichen Körpern wirft ethische Fragen nach Autonomie und Sicherheit auf. Das Health Technology Assessment (HTA) ist ein wissenschaftlicher Ansatz zur Effizienzsteigerung und gerechten Rationierung in Gesundheitswesen. HTA soll Entscheidungen zur Erstattungsfähigkeit von Gesundheitstechnologien unterstützen, indem es deren Kosten und Nutzen systematisch untersucht – aber auch ethische, rechtliche und soziale Aspekte ihres Einsatzes beleuchtet. Diese Arbeit gibt einen Überblick über den Stand des HTA zu Prothesen auf Basis einer Recherche zu HTA-Berichten und Einschätzungen von Stakeholder*innen des deutschen Gesundheitswesens. Ethische Aspekte der Prothesentechnologie und -versorgung werden auf Basis eines Literaturreviews und einer Befragung von Prothesenträger*innen beleuchtet. Dieser Teil der Arbeit untersucht auch, inwiefern solch eine Kombination aus literaturbasiertem und empirischem Ansatz („empirische Ethik“) einen Mehrwert für Ethik im HTA bietet. In einem Fokus auf Gerechtigkeit wird untersucht, welche Hürden von Prothesennutzer*innen und Stakeholder*innen beim Zugang zu Prothesen im deutschen Gesundheitssystem wahrgenommen werden und inwiefern diese Hürden zu ungerechtem Zugang führen können. Es werden dann basierend auf den empirisch identifizierten Defiziten in der Versorgungspraxis und Norman Daniels Ansatz für Gesundheitsgerechtigkeit Empfehlungen für eine gerechtere und bessere Prothesenversorgung vorgestellt. Die Arbeit liefert somit Beiträge zur methodischen Diskussion um Ethik im Health Technology Assessment und zur bislang in Deutschland eher zögerlich geführten Diskussion, wie mit Ressourcenknappheit im Gesundheitswesen umgegangen werden sollte. N2 - Innovative hand and leg prostheses have the potential to improve the health and quality of life of people with limb amputations and dysmelia. From a disability rights perspective, people have a right to fair access to medical aids that enable them to be better included in society. At the same time, new prosthetic technologies may pose challenges for healthcare systems in terms of just resource allocation due to their high costs. The increasing fusion of prostheses with human bodies also raises ethical questions about autonomy and safety. Health Technology Assessment (HTA) is a scientific approach to increasing efficiency and fair rationing in the healthcare system. HTA supports decisions on the reimbursement of health technologies by systematically analysing their costs and benefits, as well as the ethical, legal, and social aspects of their implementation. This dissertation provides an overview of the status of HTA on prostheses based on a search of HTA reports and assessments by stakeholders in the German healthcare system. Ethical aspects of prosthesis technology and care are analysed based on a literature review and an interview study of prosthesis users. This part of the thesis also examines if such a combination of literature-based and empirical approaches (empirical ethics) offers added value for ethics in HTA. With a focus on ethics of justice, the barriers perceived by prosthesis users and stakeholders in access to prostheses in the German healthcare system, and the extent to which these barriers can lead to unfair access are analysed. Based on the empirically identified deficits in care practice and Norman Daniel's approach to just health, recommendations for fairer and better prosthesis care are presented. The work thus contributes to the methodological discussion on ethics in health technology assessment and to the rather hesitant debate in Germany on how to deal with resource scarcity in the healthcare system. Y1 - 2023 UR - https://publikationen.bibliothek.kit.edu/1000170547 U6 - https://doi.org/10.5445/IR/1000170547 ER - TY - THES A1 - Jonker, Dirk T1 - Advanced nanofabrication techniques for electron emission devices N2 - The goal of this thesis is to develop an electron injection source based on a cold field emission cathode that ultimately functions as an alternative electron source used during the Birch reduction process. The experimental configuration to conduct an alternative Birch reduction involves the combination of various physical domains, including solid-state physics, physics of interfaces, electrochemistry, and fluid dynamics. The body of this thesis discusses the fabrication and characterization of a silicon nanocone array. It also presents a self-aligned method to incorporate an electronic gate structure that may function as an extractor grid. The emission behavior and transport properties of the silicon nanocones are assessed by scanning tunneling microscopy by performing measurements on flat silicon and silicon nanocone surfaces containing different dopant types and doping concentrations. Furthermore, additional experimental work is conducted to replace a thermally grown silicon dioxide layer with platinum silicide and characterize the electrical properties by means of scanning tunneling microscopy. Lastly, the thesis discusses the fabrication of two plasmonic structures and evaluates the plasmonic modes, surface enhancement, and Raman activity. KW - Nanofabrication KW - Scanning tunneling microscopy (STM) KW - Geometric diode KW - surface enhanced Raman scattering KW - silicon nanowires KW - silicon nanocones KW - platinum silicide (PtSi) KW - Plasmonic substrates Y1 - 2023 UR - https://research.utwente.nl/en/publications/advanced-nanofabrication-techniques-for-electron-emission-devices SN - 978-90-365-5632-3 U6 - https://doi.org/10.3990/1.9789036556323 ER - TY - THES A1 - Kratzer, Simon T1 - The Fractional CIO as a new form of IT management for SMEs : essays on current issues and new developments in IT executive management N2 - For decades, the importance of information technology (IT) for organizations has continuously increased. To ensure effective IT management and operations, to enable the business, and to stay competitive, many large organizations appoint a Chief Information Officer (CIO) as their highest-ranked IT executive (Preston et al., 2008). While many small to medium-sized enterprises (SMEs) face similar challenges concerning IT, they often lack the resources to employ a full-time IT executive (Bhagwat & Sharma, 2007; Cragg et al., 2013). However, Kamariotou and Kitsios (2022) find that strategic planning and alignment with IT are important determinants for increasing an SME’s business value. An increasing number of SMEs started to employ CIOs part-time to avoid the risk of not staying competitive and losing business value (Moise, 2021; Pratt, 2022). Such so-called “Fractional CIOs” are often highly experienced and skilled individuals working for multiple SMEs simultaneously (Kratzer et al., 2022). By contracting a Fractional CIO, SMEs benefit in various ways. First, they get an experienced IT leader at a fraction of the cost. Second, they remain flexible concerning billable hours and the time horizon of the engagement. Third, they are receiving an outside-in perspective and might profit from the Fractional CIO’s experience gained from simultaneous engagements. Even though the Fractional CIO role benefits SMEs, adoption and awareness are still low. Further, substantial research on the novel role is missing. This dissertation aims to establish a new stream in CIO research that explores the role of the Fractional CIO. Our comprehensive literature review of the CIO research field provides the basis for this research (Kratzer et al., 2023b). As we explore this novel phenomenon, we are also interested in how to best report research findings. We, therefore, aim to conceptualize techniques to convey novel phenomena in information systems (IS) research in an illustrative way. Hence, we posed the following overarching research questions: RQ1: How can novel phenomena be communicated in an illustrative yet rigorous way in research papers? RQ2: What is the state-of-the-art in the CIO research field, and what are further avenues for research? RQ3: What concepts provide SMEs with the experienced IT executive management they need? RQ4: What makes Fractional CIO engagements successful? RQ5: How does the role of the Fractional CIO take shape in practice in the German market? These overarching research questions are answered through six consecutive publications. 1) 'Literary Sketches in Information Systems Research: Conceptualization and Guidance for Using Vignettes as a Narrative Form' This paper is conceptual and has a methodological focus on the use of vignettes. The paper contributes to the usage of vignettes as a narrative form in academic research, providing a taxonomy that structures vignettes and identifies three archetypes. By conceptualizing vignettes through a taxonomy and archetypes, we create transparency for the usage of vignettes, encourage the use of vignettes, and provide recommendations how to use them more rigorously. Long term, this might contribute to a better exchange between academia and practice through better comprehensibility of academic papers. 2) 'Four Decades of Chief Information Officer Research: A Literature Review and Research Agenda Based on Main Path Analysis' In this paper, we conducted a bibliographic literature review using main path analysis, which helped to objectively identify existing topics based on their importance. We also illustrated the knowledge flow in CIO research by identifying major and emerging research streams and analyzing their evolution over time. Additionally, we aggregated central papers in CIO research and developed a research agenda to provide guidance for future research. Overall, this paper helps to advance the understanding of the CIO research field and provides insights for researchers and practitioners. 3) 'The Fractional CIO in SMEs: Conceptualization and Research Agenda' With this paper, we were the first to conceptualize the role of the Fractional CIO and to develop a research agenda for this novel research field. The results from this paper contribute to research and practice in several ways. First, we are the first authors to conceptualize the role of the Fractional CIO, derive a definition, compare it to existing CIO role research, and derive four engagement types. Second, we develop a research agenda to guide future research in the new Fractional CIO research field. Third, we contribute to practice by promoting the role’s awareness among potential Fractional CIOs and organizations. Fourth, we show that Fractional CIO services are versatile and can benefit organizations of different sizes and maturity levels, and there are diverse possibilities for evolution. 4) 'What Makes Fractional CIO Engagements in SMEs Successful? – A Research Framework' In this paper, we developed a research framework for Fractional CIO engagement success. It makes contributions to research and practice. First, we propose a research framework for Fractional CIO engagement success and, therefore, develop a common ground for future research. Second, we provide practical advice for Fractional CIOs and SMEs regarding factors for engagement success. Third, we raise awareness about the Fractional CIO role that may benefit many SMEs around the world. 5) 'Factors for Fractional CIO Engagement Success' In this paper, we used Q-methodology to empirically evaluate the relative importance of factors influencing Fractional CIO engagement success and to identify different viewpoints on engagement success. Our paper makes several contributions to research and practice. First, our paper is the first to identify and evaluate the importance of factors for Fractional CIO engagement success. Therefore, it serves as a basis for further research in the new Fractional CIO research field. Second, we find that upper echelon theory (Hambrick & Mason, 1984) can be applied to executives independent of their contractual relationship in cases of comparable responsibilities. Third, by thoroughly applying Q-methodology, we showcase an exploratory tool for identifying opinions and preferences of participants and clustering them accordingly. This approach provides guidance for other IS scholars to apply it. Fourth, we develop preliminary archetypes of Fractional CIOs and, based on that, provide tentative advice for Fractional CIOs and organizations that hire them. These preliminary archetypes enabled us to identify further theoretical explanations of this phenomenon. In addition to transaction cost theory, agency theory, and upper echelon perspective, we found that stewardship theory and dynamic capabilities explain additional characteristics of Full-ownership CIOs and Change Agents. 6) 'Mehr als Vollzeit: Fractional CIOs in KMUs' This paper summarizes the results of our previous studies regarding the Fractional CIO role in German language and conducts semi-structured interviews with three Fractional CIOs from Germany to complement it with a perspective on the German market. Overall, we find that the Fractional CIO role in the German market is performed similarly to the international market. The interviewed German Fractional CIOs/CTOs could not clearly identify any hurdles that might explain the low adoption of the role. However, all three German Fractional CIOs agree that German SMEs would strongly benefit from Fractional CIOs. (References to be found in the full text) KW - Fractional CIO KW - CIO KW - Chief Information Officer KW - IT Management KW - KMUs KW - SMEs Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-894186 ER - TY - THES A1 - Lalo, Erjola T1 - Deployment designs for multi-core-real time systems N2 - In modern embedded automotive systems, multi-core processors are used to provide higher execution performance and more computing capacity. However, they influence the way these systems are designed. Each change of the platform and application software results in an effort required to ensure and validate the functional correctness and timing requirements of these systems in a multi-core platform. For this reason, the use of the Logical Execution Time (LET) paradigm is advantageous for multi-core systems, as it satisfies these requirements by providing time and dataflow determinism, thereby reducing the development cycle and the impact of the platform in the design of such systems. To integrate LET into these systems, special mechanisms are required to satisfy its semantics. Therefore, this work focuses on buffering and scheduling techniques for resource efficient integration of LET in automotive systems. A buffering mechanism and an automatic schedule synthesis are proposed to guarantee functional correctness, timing requirements, and LET semantics and to reduce the increased demands of LET for memory and processor resources. A static and global buffering protocol is proposed, which compared to lock-based protocols has plausible memory needs and zero-communication overheads at the boundaries of LET intervals. The automatic schedule synthesis considers the Operating System (OS) overheads such that scheduling is optimized with respect to context-switching overheads caused by preemption. Buffering implements most of the LET semantics, but it provides no guarantee that tasks execute within their LET intervals. If scheduling is not designed to ensure that all tasks execute within their LET intervals, then functional correctness and LET semantics are violated. The manual design of a feasible schedule that satisfies the semantics and additional requirements of the application is inefficient and requires a significant amount of effort. Therefore, an automatic schedule generation approach for the Fixed-Priority Scheduling (FPS) and Time-Triggered Scheduling (TTS) is proposed. FPS is the widely used mechanism in the automotive domain because of its flexibility to handle dynamic changes of highly event-driven applications. Recently, TTS has attracted considerable attention in this domain to increase deterministic execution of tasks and efficient planning of processor resources. Therefore, schedule synthesis of FPS and TTS is provided to identify the efficiency, practicality, and resource optimization abilities of each approach for LET systems. To show the practicality of LET for industrial automotive systems, its integration into the software architecture of the classic platform of AUTomotive Open System Architecture (AUTOSAR) is described and a case study is conducted using a real world system. Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:104-20240712-00000-7 SN - 978-3-86845-181-8 PB - Universitätsverlag Regensburg CY - Regensburg ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Lindner, Matthias T1 - Miniaturisierte dielektrische Barrierenentladungen und ihre Anwendung für das Anti- bzw. De-Icing von aerodynamischen Oberflächen N2 - Das grundlegende physikalische Verständnis und die kontinuierliche Weiterentwicklung von dielektrischen Oberflächenbarrierenentladungen (SDBDs) sowie der damit erbundenen elektrischen Diagnostik, sind für eine Vielzahl von Niedertemperaturplasmaanwendungen von entscheidender Bedeutung. In Bezug auf die Anwendung dieser Plasmatechnologie in der Luftfahrt liegt neben der bereits umfassend erforschten aktiven Strömungskontrolle zunehmend der Schwerpunkt auf der Vermeidung von Eisablagerungen auf aerodynamischen Komponenten. Die Bildung von Eis auf Oberflächen wie zum Beispiel den Tragflächen kann unter extremen Wetterbedingungen erhebliche Leistungsdefizite hervorrufen und zu ernsthaften Sicherheitsrisiken führen. In Anbetracht der signifikanten Vorteile gegenüber traditionellen Enteisungsmethoden steht die Erforschung von SDBDs im Mittelpunkt des anwendungsorientierten Abschnitts dieser Arbeit. Vorliegende Arbeit untergliedert sich in einen grundlegenden und einen anwendungsbezogenen Teil. Darin werden sowohl die physikalischen Eigenschaften und Prozesse von SDBDs analysiert als auch ihre potenziellen Anwendungen in Bezug auf Flugsicherheit und Effizienz untersucht. Die wissenschaftliche Forschung hat in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen, um ein umfassendes Verständnis der physikalischen Vorgänge, die im Zusammenhang mit SDBDs stehen, zu erarbeiten. Insbesondere die präzise Bestimmung der räumlichen Ausdehnung der Entladung entlang der dielektrischen Oberfläche - die üblicherweise in direkter Proportionalität zur Amplitude der angelegten Spannung steht - ist hierbei eine herausfordernde Aufgabe. Diese umfangreichen Studien sind essenziell, um die Entladungseigenschaften und die grundlegenden physikalischen Prozesse zu verstehen, was erhebliche Anwendungspotenziale eröffnet. Parallel zu diesen grundlegenden Studien hat sich auch der praktische Einsatz von SDBDs zur Verhinderung der Eisbildung auf aerodynamischen Bauteilen bedeutend weiterentwickelt. Untersuchungen legen nahe, dass Lösungen auf Basis von SDBDs im Vergleich zu konventionellen Enteisungsmethoden, wie beispielsweise chemischen Enteisungsmitteln oder thermischen Systemen, ein höheres Effizienz- und Wirkungspotential besitzen könnten. Allerdings wurden bisherige Entwicklungen von SDBDs hauptsächlich auf Basis der Leiterplattentechnologie realisiert, was bestimmte Begrenzungen in Bezug auf ihre Anwendbarkeit für Anti-Icing- Technologie mit sich bringt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die sequentielle Ausbreitung der SDBD-Entladung entlang der dielektrischen Al2O3-Oberfläche systematisch analysiert. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen zeigten, dass die Entladungen unmittelbar nach dem Erreichen der Zündspannung einen fest definierten Bereich belegen, der bis zum Erreichen einer kritischen Spannungsamplitude VL stabil bleibt. Anzumerken ist auch, dass das Ausbleiben der Plasmaausbreitung innerhalb dieses Spannungsbereichs zu einer linearen Korrelation zwischen der Entladungsleistung und der angelegten Spannungsamplitude führt. Diese tiefergehenden Einblicke in die Dynamik der Entladung können dazu beitragen, den Einsatz von SDBDs in diversen Anwendungsbereichen effizienter zu gestalten. Im zweiten Teil der Arbeit steht die Entwicklung und Implementierung eines innovativen Ansatzes zur Realisierung von SDBDs im Vordergrund, der auf der Nutzung von Dünnschichtsubstra-Vten und mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) basiert. Die Verwendung dieser Technologie erlaubt einen präziseren Design- und Fertigungsprozess von Elektrodenstrukturen, was sich positiv auf die Effizienz der Enteisung auswirken kann. Zur Beurteilung des Anti-Icing-Potenzials der entwickelten MEMS-SDBDs wurde ein direkter Vergleich mit konventionellen PCB-SDBDs durchgeführt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die 35 μm dicken Elektroden der PCB-SDBDs eine Oberflächenvereisung fördern, die vorrangig durch die Elektrodenkanten induziert wird. Im Gegensatz dazu wurde dieser Effekt bei den deutlich dünneren, lediglich 0.3 μm dicken, mittels MEMS gefertigten Elektroden nicht festgestellt. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass SDBDs, die mit MEMS-Technologien gefertigt wurden, einen signifikanten Vorteil in Anti-Icing-Anwendungen aufweisen könnten und stellen somit einen wesentlichen Fortschritt in der Forschung und Anwendung von SDBDs dar. Die in dieser Arbeit vorgelegten Forschungsergebnisse und innovativen Methoden liefern zahlreiche neue Erkenntnisse, die das Potential besitzen, sowohl das Verständnis als auch die Anwendung von SDBDs wesentlich zu erweitern. So bestätigen die Langzeitbelichtungsaufnahmen das neu entdeckte Phänomen einer sequenziellen Ausbreitung des Entladungsplasmas, das bei SDBDs mit dickeren Dielektrika stärker ausgeprägt ist. Eine neu entwickelte Methodik ermöglicht die Anwendung der Ladungs-Spannungs-Charakteristik von SDBDs, um essenzielle Parameter für ein vereinfachtes Ersatzschaltbild abzuleiten. Darüber hinaus wurde eine bemerkenswerte numerische Übereinstimmung zwischen der Ladungs-Spannungs-Charakteristik für den positiven Halbzyklus der Entladung und der aus den optischen Aufnahmen abgeleiteten spannungsabhängigen Reaktorkapazität festgestellt. Diese Erkenntnisse öffnen neueWege für die Optimierung und Anwendung von SDBDs in verschiedenen technischen Bereichen. Weiterhin identifizierte die durchgeführte Erosionsstudie Titan als optimal geeignetes Material für MEMS-Elektroden aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit. Es wurden auch Potentiale zur Optimierung von MEMS-SDBDs durch die Auswahl geeigneter dielektrischer Materialien und geeigneter SDBD-Geometrien aufgezeigt. Eine solche Optimierung könnte die Enteisungseffizienz weiter verbessern, indem beispielsweise die dielektrischen Eigenschaften an die spezifischen Anwendungsanforderungen angepasst werden. Innovative Designkonzepte, wie eine gezielte Anordnung der Elektroden oder die Integration von Sensoren zur Überwachung des Enteisungsprozesses, könnten ebenfalls zur Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von MEMS-SDBDs beitragen. Ein weiterer bedeutender Aspekt ist die Anwendung von Piezotransformatoren zur Generierung der benötigten Hochspannung für SDBD-Systeme. Dieser innovative Ansatz könnte die Effizienz des auf SDBD-Technologie basierenden Enteisungsverfahrens optimieren und somit zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Flugzeugen unter extremen Wetterbedingungen beitragen. Das Forschungsfeld bietet viel Raum für zukünftige Studien, was die Bedeutung und Zukunftsrelevanz der in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse hervorhebt. N2 - The fundamental physical understanding and continuous development of Surface Dielectric Barrier Discharges (SDBDs) and associated electrical diagnostics are of crucial importance for a wide range of low-temperature plasma applications. Regarding the application of this plasma technology in aviation, the focus is increasingly on the prevention of ice accumulation on aerodynamic components, in addition to the already extensively researched active flow control. The formation of ice on surfaces such as the wings can cause significant performance deficits under extreme weather conditions and lead to serious safety risks. Considering the significant advantages over traditional de-icing methods, the investigation of SDBDs is at the forefront of the application-oriented section of this work. This work is divided into a fundamental and an application-oriented part. Both the physical properties and processes of SDBDs are analyzed and their potential applications in terms of flight safety and efficiency are examined. Past scientific research has made considerable efforts to develop a comprehensive understanding of the physical processes associated with SDBDs. The precise determination of the spatial extension of the discharge along the dielectric surface - which is typically in direct proportion to the amplitude of the applied voltage - is a challenging task. These extensive studies are essential to understand the discharge characteristics and the fundamental physical processes, revealing significant application potential. In parallel to these fundamental studies, the practical use of SDBDs for preventing ice formation on aerodynamic components has also made significant progress. Research suggests that solutions based on SDBDs could have higher efficiency and effect potential compared to conventional de-icing methods such as chemical de-icing agents or thermal systems. However, past developments of SDBDs have been mainly based on printed circuit board technology, which brings certain limitations in terms of their applicability for anti-icing technology. In the first part of this work, the sequential propagation of the SDBD discharge along the dielectric Al2O3 surface was systematically analyzed. The experimental investigations carried out showed that the discharges occupy a fixed area immediately after reaching the ignition voltage, which remains stable until a critical voltage amplitude VL is reached. It should also be noted that the absence of plasma expansion within this voltage range leads to a linear correlation between the discharge power and the applied voltage amplitude. These deeper insights into the dynamics of the discharge can contribute to making the use of SDBDs more efficient in various application areas. In the second part of the work, the development and implementation of an innovative approach to realize SDBDs is in the foreground, based on the use of thin-film substrates and Microelectromechanical Systems (MEMS). Using this technology allows for a more precise design and manufacturing process of electrode structures, which can positively affect the efficiency of deicing. To assess the anti-icing potential of the developed MEMS-SDBDs, a direct comparison with conventional PCB-SDBDs was conducted. The results suggest that the 35 μm thick electrodes of the PCB-SDBDs promote surface icing, primarily induced by the electrode edges. In contrast, this effect was not observed with the much thinner, only 0.3 μm thick, electrodes produced using MEMS. These observations suggest that SDBDs manufactured using MEMS technologies could have a significant advantage in anti-icing applications and thus represent a significant advance in the research and application of SDBDs. The research results and innovative methods presented in this work provide numerous new insights that have the potential to significantly expand both the understanding and application of SDBDs. Long-exposure photographs confirm the newly discovered phenomenon of a stepwise expansion of the discharge plasma, which is more pronounced for SDBDs with thicker dielectrics. A new methodological approach – the bow tie plot - allows the utilization of the charge-voltage relationship in SDBDs to derive crucial parameters from the simplest equivalent circuit model. Furthermore, a remarkable numerical agreement was found between the charge-voltage characteristic for the positive half-cycle of the discharge and the voltage-dependent reactor capacity derived from the optical images. These findings present new opportunities for the enhancement and deployment of SDBDs across various technological sectors. Moreover, the erosion study conducted identified titanium as the optimal material for MEMS electrodes due to its high corrosion resistance and excellent electrical conductivity. There were also potentials for optimizing MEMS-SDBDs by selecting suitable dielectric materials and suitable SDBD geometries. Such optimization could further improve de-icing efficiency, for example by adjusting the dielectric properties to the specific application requirements. Innovative design concepts, such as targeted arrangement of electrodes or integration of sensors for monitoring the de-icing process, could also contribute to the performance and reliability of MEMS-SDBDs. Another significant aspect is the application of piezoelectric transformers to generate the required high voltage for SDBD systems. This innovative approach could optimize the efficiency of the de-icing process based on SDBD technology and thus contribute to improving the performance and safety of aircraft under extreme weather conditions. The field of research offers great potential for future studies, which underscores the significance and future relevance of the results obtained in this work. KW - Kaltes Plasma KW - Barrierenentladung KW - Enteisung KW - Flugzeugaerodynamik KW - MEMS KW - Plasmaentladung KW - Dielektrische Barrierenentladung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:384-opus4-1118933 UR - https://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/111893 ER - TY - THES A1 - Renner, Sebastian T1 - Secure Lightweight Authenticated Encryption for Critical Infrastructures in the Internet of Things N2 - The cryptographic protection of transmitted data on resource-constraint IoT devices presents a difficult challenge. In this thesis, a benchmarking framework for the performance evaluation of lightweight encryption algorithms is introduced. It is analyzed, if and when novel encryption algorithms are more suitable for IoT use cases than the current standard. Besides comparing the sole performance, the cost for hardening the algorithms against side-channel analysis is discussed. N2 - Die kryptographische Absicherung der von ressourcenschwachen IoT-Geräten übertragenen Daten stellt eine schwierige Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird eine Plattform zur Evaluierung der Performanz leichtgewichtiger Verschlüsselungsalgorithmen eingeführt. Es wird analysiert, ob und unter welchen Umständen neuartige Algorithmen für den IoT-Bereich passender sind als der aktuelle Standard. Außerdem werden effiziente Härtungsmaßnahmen der Algorithmen gegenüber Seitenkanalangriffen untersucht. T2 - Sichere leichtgewichtige authentifizierte Verschlüsselung für kritische Infrastrukturen im Internet der Dinge Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20230922-1703211-1-0 UR - https://mediatum.ub.tum.de/?id=1703211 ER - TY - THES A1 - Thema, Martin Jiří T1 - Process optimization for microbial biosynthesis of methane in a trickle-bed reactor for Power-to-Gas applications: the ORBIT-process N2 - This thesis identifes Power-to-Gas in general and biological CO2-methanation in trickle-bed reactors in particular as promising energy storage and sector coupling technology ready for application but with further optimization potential. It reviews the global status and development of Power-to-Gas technology as to be of exponentially growing importance in energy systems changing towards renewable power supply and analyzes optimization and standardization potential for biological CO2-methanation in tricklebed reactors deriving an improved methanation process. Process development and experiments on hydrodynamical and biological improvement of such a setup were performed, leading to an optimized combination of a packing and microorganisms in pure culture embedded in the new ORBIT-process. First experimental results give evidence of successful application of different optimization approaches implemented in a technical center scale setup. N2 - Die vorliegende Arbeit analysiert Status und Entwicklung der Power-to-Gas-Technologien Wasserelektrolyse und CO2-Methanisierung hinsichtlich Kosten, technischer Parameter und energiepolitischer Stellung in den wichtigsten Einsatzländern. So konnte ein exponentieller Trend in zugebauter Anlagenleistung sowie deutliche Investitionskostendegressionen für alle untersuchten Technologien abgeleitet werden. Die Arbeit entwickelt Optimierungs- und Standardisierungsansätze für die biologische CO2-Methanisierung im Rieselbett-Reaktor, welche als eine der vielversprechenden Power-to-Gas-Anwendungen identifiziert wird. Mit Versuchen zur Verbesserung der hydrodynamischen Bedingungen im Reaktor sowie zu einer optimierten Verbindung aus Packungselementen und Mikroorganismen in Reinkultur wird daraus der neue ORBIT-Prozess abgeleitet. Erste Versuchsergebnisse aus einer realisierten Anlage im Technikumsmaßstab deuten hin auf die erfolgreiche Umsetzung der identifzierten Optimierungsansätze. T2 - Prozessoptimierung zur biologischen CO2-Methanisierung im Rieselbettreaktor f¨ur Power-to Gas-Anwendungen: der ORBIT-Prozess KW - CO2-methanation KW - ORBIT-process KW - Power-to-Gas KW - biological methanation KW - biomethanation KW - trickle-bed reactor Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:29-opus4-150567 SN - 978-3-8440-7656-1 ER - TY - THES A1 - Stadler, Sebastian Rudolf Johann T1 - The integration of virtual reality into the design process T1 - Die Integration von virtueller Realität in den Designprozess N2 - Technological advances strive towards automation and digitalization with the aim to increase efficiency in terms of decreased costs and product development time, resulting in shorter product life cycles. As this causes industries to release products more frequently and more quickly, industrial designers face problems in developing more complex systems in a decreased amount of time while aiming to meet individualized user requirements and stakeholder demands. If prototypes are infeasible or unaffordable, a successful market implementation of products is jeopardized. As design history proves, the introduction of new technologies to the profession of design has the potential to revolutionize the way of working for industrial designers. Virtual Reality may be one of these revolutions, as Computer-Aid Design has been in the 1980s. The present dissertation investigates the integration of Virtual Reality and its impact on the design process, the respective design method, but also the designer and design as a profession. After defining industrial design and Virtual Reality, a basic framework is proposed that describes a design process consensus model, the transfer of conventional design methods into VR, as well as a preliminary set of criteria for evaluating design studies. Based on this framework, four research questions are defined that initiate the investigation of how Virtual Reality can impact the design process, design methods, the role of designers, and design as a profession. To allow this, a refined set of criteria for evaluating design studies is developed and a benchmark study is conducted that proves the suitability for using Virtual Reality in the chosen context. Subsequently, five design studies are conducted in the field of autonomous mobility for public transport in Singapore to investigate the previously defined questions. The five design methods that are combined with Virtual Reality are heuristic evaluation, surveys, Computer-Aided Design prototyping, usability testing, and product presentation. For each design study, the development of the VR apparatus as well as the data collection and test of the method is explained. Additionally, two conventional design methods are consulted for a subsequent comparative analysis of each VR methods. Beyond the definition of the refined evaluation criteria, consisting of safety, validity, time and cost, variability, interactivity, immersion, and effort, the suitability of using VR for behavioural observation in the present application domain is confirmed. Based on the present investigations, the Virtual Design Toolbox is presented. The toolbox consists of five method cards that explain the usage of Virtual Reality for industrial designers throughout the product development and function as support for successfully developing and applying design methods utilizing this technology. The case studies prove that the usage of Virtual Reality has the potential to impact the design process, as divergent thinking and convergent thinking is fostered through valid data collection, decreased time- and cost- involvement, and increased variability. The roles of the involved designers throughout all design studies shifted from being concept creators towards coordinators and facilitators. Implications are derived on different levels, starting with the technology of Virtual Reality that could be a future game changer for research and design, followed by increased motivation to participate in design studies, the need for interdisciplinary teams to establish the required expertise, and lastly integration of Virtual Reality in design education. The usage of Virtual Reality in design will not replace conventional design methods but has the potential to lead to a paradigm shift for the whole profession of design. N2 - Der technologische Fortschritt entwickelt sich in Richtung Automatisierung und Digitalisierung, was zu erhöhter Effizienz und damit zu verkürzten Produktentwicklungszeiten und verkürzten Produktlebenszyklen führt. Da dies die Industrie dazu veranlasst, Produkte häufiger und schneller zur Marktreife zu bringen, stehen Industriedesigner vor dem Problem, komplexere Systeme in kürzerer Zeit entwickeln zu müssen und gleichzeitig die individuellen Anforderungen der Nutzenden und anderer Stakeholder zu erfüllen. Wenn Prototypen nicht fertigbar oder nicht bezahlbar sind, ist eine erfolgreiche Markteinführung gefährdet. Wie die Designgeschichte beweist, hat die Implementierung neuartiger Technologien in den Beruf des Designers das Potenzial, die Arbeitsweise des Industriedesigners zu revolutionieren. In der vorliegenden Dissertation wird daher die Integration und die Auswirkung von Virtual Reality auf den Designprozess, Designmethoden, aber auch den Designer und das Design als Profession untersucht. Nach der Definition von Industriedesign und Virtual Reality wird ein grundlegendes Vorgehen vorgeschlagen, das ein Konsensmodell für den Designprozess, die Übertragung konventioneller Designmethoden in die VR sowie vorläufige Evaluierungskriterien zur Bewertung von Designstudien beschreibt. Basierend auf diesem Vorgehen werden vier Forschungsfragen definiert, die die Untersuchung einleiten, wie Virtual Reality den Designprozess, Designmethoden, die Rolle von Designern und Design als Profession beeinflussen kann. Um dies zu ermöglichen, wird mit Hilfe von Experteninterviews ein ausgearbeitetes Set von Evaluierungskriterien zur Bewertung von Designstudien entwickelt und eine Benchmark-Studie durchgeführt, die die Eignung für die Verwendung von Virtual Reality in der gewählten Applikationsdomäne belegt. Anschließend werden fünf Designstudien im Bereich autonomer Mobilität für den öffentlichen Verkehr in Singapur durchgeführt, um die zuvor definierten Forschungsfragen zu untersuchen. Die fünf Designmethoden, die mit Virtual Reality kombiniert werden, sind heuristische Evaluation, Umfragen, Computer-Aided-Design Prototyping, Usability-Tests und Produktpräsentation. Für jede Designstudie wird die Entwicklung des VR Apparats sowie die Datenerhebung und der Test der Methode erläutert. Zusätzlich werden zwei konventionelle Designmethoden für eine anschließende vergleichende Analyse herangezogen. Nach der Definition der verfeinerten Bewertungskriterien, bestehend aus Sicherheit, Validität, Zeit und Kosten, Variabilität, Interaktivität, Immersion und Aufwand, wird die Eignung der Verwendung von Virtual Reality zur Datenerhebung in der vorliegenden Anwendungsdomäne bestätigt. Basierend auf den vorliegenden Untersuchungen wird die Virtual Design Toolbox vorgestellt. Die Toolbox besteht aus fünf Methodenkarten, die den Einsatz von Virtual Reality für Industriedesigner während der Produktentwicklung erklären und als Unterstützung für die erfolgreiche Entwicklung und Anwendung von Designmethoden mit dieser Technologie dienen. Die Fallstudien belegen, dass der Einsatz von Virtual Reality das Potenzial hat, den Designprozess zu beeinflussen, da divergentes und konvergentes Denken durch valide Datenerhebung, verringerten Zeit- und Kostenaufwand und erhöhte Variabilität gefördert wird. Die Rollen der beteiligten Designer verschoben sich in allen Designstudien von der Rolle des Konzepterstellers hin zum Koordinator und Moderator. Implikationen werden auf verschiedenen Ebenen abgeleitet, beginnend mit der Technologie von Virtual Reality, die ein zukünftiger Game-Changer für Forschung und Design sein könnte, gefolgt von der gesteigerten Motivation, an Designstudien teilzunehmen, der Notwendigkeit interdisziplinärer Teams, um die erforderliche Expertise zu etablieren, und schließlich der Integration von Virtual Reality in die Designausbildung. Der Einsatz von Virtual Reality im Design wird herkömmliche Designmethoden nicht ersetzen, hat jedoch das Potenzial, zu einem Paradigmenwechsel für das gesamte Berufsfeld des Designs zu führen. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?https://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20211103-1612177-1-3 UR - https://www.researchgate.net/publication/356638451_The_Integration_of_Virtual_Reality_into_the_Design_Process UR - https://mediatum.ub.tum.de/?id=1612177 ER - TY - THES A1 - Paric, Ivan T1 - Erfassung und in situ Aussteuerung der rheologischen Eigenschaften von SVB N2 - Diese Arbeit diskutiert den Einsatz eines neuen rheologischen Messsystems. Die rheologischen Untersuchungen finden unmittelbar nach der Herstellung im Mischer statt. Mischungen verschiedener SVB-Rezepturen wurden mit variierenden w/z-Werten hergestellt. Die einzelnen rheologischen Messergebnisse liefern aneinandergereiht Kennlinien. Solche Kennlinien erlauben die zahlenmäßige Definition einer angestrebten Konsistenz. Zusätzlich wurden Kennlinien mit Fließmitteln und Stabilisierern generiert. Diese Kennlinien bilden eine Art Wissensdatenbank für die untersuchte Rezeptur. Ein neu entwickelter Algorithmus kann die rheologischen Messwerte einer aktuellen Mischung mit der jeweiligen Wissensdatenbank vergleichen. Bei Abweichungen von der angestrebten Konsistenz berechnet das Aussteuerungssystem die Art und Menge einer zusätzlich erforderlichen Komponente. Versuchsserien an SVBs mit abweichender Konsistenz belegen die erfolgreichen Aussteuerungen mit Wasser oder Zusatzmittel. KW - Selbstverdichtender Beton KW - Rheologie KW - Konsistenz KW - Viskosität KW - Fließgrenze Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hbz:294-104639 CY - Bochum ER - TY - THES A1 - Eigenberger, Andreas T1 - Die Auswirkungen der mechanischen Kräfte eines innovativen Operationsverfahrens für die intraoperative Gewebezubereitung bei autologem Fetttransfer auf das Fettgewebe und dessen Stammzellen Y1 - 2024 SP - 235 Blätter CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Thumann, Maria T1 - Anpassung der Verarbeitungseigenschaften von Frischbetonmischungen für die Entwicklung von Spritzbetonen mit reduziertem Versinterungspotential N2 - In nicht druckwasserhaltenden Tunnelbauwerken wird das Bergwasser über Entwässerungs� systeme gesammelt und aus dem Bauwerk geleitet. Versinterungen der Drainageleitungen des sekundären Entwässerungssystems führen zu Querschnittsverminderungen und -verschlüssen, wodurch die gezielte Ableitung des Bergwassers aus dem Bauwerk gestört wird. Zur Vermeidung von Schäden am Tunnelbauwerk oder von Wassereintritten in den Tunnel, aufgrund eines Anstiegs des Bergwasserdrucks hinter der Innenschale, sind regelmäßige Reinigungsarbeiten erforderlich. Die Reinigung der Drainageleitungen ist häufig sehr kosten� intensiv und führt zu Verkehrsbehinderungen in den Tunneln. Die Entstehung von Versinterungen wird durch die chemisch-physikalische Zusammensetzung des Bergwassers, die Umgebungsbedingungen im Bereich des Tunnels, die Ausführung des Entwässerungssystems und den Kontakt des Bergwassers mit zementgebundenen Materialien, z. B. dem Spritzbeton, beeinflusst. Ein Ansatz, um die Entstehung von Versinterungen zu reduzieren, ist die Optimierung der Spritzbetonrezeptur. Die Änderung der Rezeptur� zusammensetzung beeinflusst aber auch die Verarbeitbarkeit der Frischbetonmischung, die Frühfestigkeitsentwicklung des jungen Spritzbetons und die Festigkeitsentwicklung des Spritzbetons. Die Versuchsergebnisse von Auslaugversuchen mit Mörtel-, Spritzmörtel- und Spritzbeton� proben im Rahmen dieser Arbeit belegen, dass das Versinterungspotential durch eine Reduzierung des Klinkergehalts im Bindemittel, den Einsatz von puzzolanischen oder latent� hydraulischen Zusatzstoffen und eine geringe Porosität reduziert wird. Die Änderungen der Bindemittelzusammensetzung des Spritzbetons haben Auswirkungen auf den Klinkergehalt, den Wasserbedarf und den Leimgehalt und damit auch auf die Verarbeitbarkeit der Frischbetonmischung. Für die Beurteilung der Verarbeitbarkeit, v. a. der Pumpbarkeit, von Frischbetonen und Frischbetonmischungen wurden Konsistenzprüfverfahren, rheologische Prüfverfahren und Prüfverfahren zur Beurteilung der Stabilität ausgewählt. Ihre Eignung und Aussagekraft wurde bei Pumpversuchen mit einer mobilen Spritzbetonmaschine verifiziert. Für die Pumpbarkeit von Frischbetonmischungen ist zum einen ein ausreichendes Leimvolumen zur Ausbildung einer Gleitschicht an der Rohrwandung erforderlich und zum anderen müssen die Mischungen unter Druck ausreichend stabil bleiben, damit während des Pumpens keine Blockaden in den Förderleitungen auftreten. Sofern diese Aspekte bei den entwickelten Rezepturen erfüllt sind, ist eine ausreichende Verarbeitbarkeit der Frischbetonmischungen erreicht. Darüber hinaus konnten die Anforderungen an die Frühfestigkeitsentwicklung und die 28 d Druckfestigkeit der Spritzbetone mit optimierten Mischungen erfüllt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, welche Aspekte bei der Entwicklung von Spritzbetonen mit einem reduzierten Versinterungspotential berücksichtigt werden müssen, um auch die genannten baupraktischen Anforderungen zu erfüllen. N2 - In double-shell tunnel linings, the construction of ‚umbrella’ insulations helps preventing water ingress: depressurized ground water is led to drainage pipes, relieving the tunnel lining from water pressure. However, these solutions are associated in many cases with sintering (precipitation of carbonates) in the drainage system. Over time, the drainage pipes get clogged and the water cannot flow off. Subsequently, the water pressure increases and the tunnel may be damaged. The cleaning of the drainage pipes during operation of traffic tunnels is possible, but very costly and time consuming. To minimize the tunnel maintenance work, it is crucial to reduce such precipitations to a minimum. The parameters that influence the sintering process are (i) the chemical composition of the ground water, (ii) the environmental conditions, (iii) the design of the drainage system, (iv) and the contact of the water with cementitious materials, e.g. the sprayed concrete. In fact, the mix design of the sprayed concrete can be adapted to develop mixes with low sintering potential. To achieve this purpose special care has to be taken to avoid compromising the workability of the wet mix, the early strength development of the young sprayed concrete and the strength development of the hardened sprayed concrete. Results of leaching tests show that the calcium released from mortar, sprayed mortar and sprayed concrete samples can be reduced by lowering the clinker content of the binder, by adding supplementary cementitious materials, or by producing a dense matrix. Changes in the binder composition influence the clinker content in the binder, the water demand, the paste content, and thus the workability of the wet-mixes. The workability, and specifically the pumpability, of the wet-mixes was characterised using different test methods. The reliability of the selected test-methods was verified in pumping tests with a spraying machine. Results of lab tests and pumping tests show that the pumpability of wet-mixes requires, on the one hand, sufficient paste volume to form a lubricating layer on the pipe wall and, on the other hand, that the concrete remains stable even under pressure to avoid blockages in the conveying pipe. In addition to the requirements concerning the workability of the wet-mix, the requirements for early strength development and 28 day compressive strength of the sprayed concrete must be met. This work describes the various aspects that have to be taken into account when designing new mixes for sprayed concrete with low sintering potential, fulfilling at the same time the corresponding requirements for workability and hardened concrete properties. Y1 - 2019 UR - https://www.baustoffe.ruhr-uni-bochum.de/bs/mam/content/dissertation_maria_thumann.pdf CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Fleischmann, Florian T1 - Ein Beitrag zur Bestimmung der Rheologischen Eigenschaften Selbstverdichtender Betone mit dem Kugel-Messsystem N2 - Zur Erfassung der rheologischen Eigenschaften Selbstverdichtender Betone (SVB) existieren unterschiedlichste Betonrheometer und Messsysteme. Aufgrund der besonderen Eigenschaften Selbstverdichtender Betone ist die Erfassung deutlich schwieriger als bei Flüssigkeiten und feinkörnigen Suspensionen. Vor allem die Zusammensetzung unterschiedlicher Ausgangsstoffe, die verwendete grobe Gesteinskörnung sowie die ablaufende Hydratation und die dabei entstehenden Wechselwirkungskräfte erschweren die Bestimmung der rheologischen Eigenschaften. Ferner haben diese Eigenheiten zur Folge, dass die geforderten Randbedingungen der klassischen Rheologie nicht mehr eingehalten sind und eine genormte Darstellung der Ergebnisse nicht möglich ist. Bei den existierenden Betonrheometern handelt es sich daher meist um Relativ-Messsysteme, die an die Rheometer der klassischen Rheologie angepasst sind. Eine exakte Bestimmung der rheologischen Eigenschaften Selbstverdichtender Betone ist daher schwierig. Ein Kennzeichen vieler Betonrheometer ist zudem die hohe Schergeschwindigkeit und die permanente Scherung der Probe. Diese Scherbelastung entspricht aber in den meisten Fällen nicht dem tatsächlichen Fließverhalten Selbstverdichtender Betone. Aufgrund dieser Sachlage hat sich diese Arbeit ergeben. Ziel war die Entwicklung eines Betonrheometers, das die speziellen Eigenschaften des SVB berücksichtigt und die tatsächlichen Fließbedingungen simuliert. Als Ausgangspunkt diente die exzentrisch rotierende Kugel (Kugel-Messsystem), die bereits für rheologische Untersuchungen von Leimen und Mörtel erfolgreich eingesetzt wird. Eine Kugel bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn durch den Leim oder den Mörtel und erfasst das Widerstandsmoment bei definierter Geschwindigkeit. Rheometer auf der Grundlage des Kugel-Messsystems ermöglichen die Ermittlung von mehreren Fließparametern in frischen, ungestörten Zementleimen oder Selbstverdichtenden Mörtel. Durch geeignete Wahl des Messprofils können mit diesem Messsystem in kurzer Zeit genaue Informationen über das Fließverhalten ermittelt werden. In den hier beschriebenen Studien wurde das Kugel-Messsystem für Selbstverdichtende Betone adaptiert und an seine speziellen Randbedingungen angepasst. Bei der Messung kamen zwei grundlegende Messprofile zum Einsatz: Beim ersten Messprofil wurde ein Rampenprofil mit zu- und abnehmender Geschwindigkeit vorgegeben und die dazugehörigen Messwerte als Fließkurve dargestellt. Beim zweiten Messprofil wurde eine konstante Geschwindigkeit vorgegeben und die dabei ermittelte Schubspannung über den Messzeitraum bzw. über den zurückgelegten Weg der Kugel abgebildet. Als Resultat konnten die Fließgrenze und die Viskosität ausgewertet werden. Mit unterschiedlichen Messprofilen und den damit verbundenen unterschiedlichen Auswertungen wurden unterschiedlich definierte Fließgrenzen ermittelt und einander gegenübergestellt. Um den Zusammenhang mit dem Setzfließmaß und der Trichterauslaufzeit darzulegen, wurde das modifizierte Kugel-Messsystem anhand mehrerer SVBRezepturen verifiziert. Für die Bewertung des Fließverhaltens wurde jeder Abschnitt der Messkurven betrachtet und diskutiert. Um die Ergebnisse einordnen und mit anderen Rheometern vergleichen zu können, wurden aus den gemessenen Werten die rheologisch genormten Einheiten berechnet. Neben der Berechnung dieser genormten Einheiten, die in dieser V Arbeit kontrovers diskutiert wird, wurde auch das Strömungsverhalten der Kugel beim Durchfahren des Betons beobachtet und beschrieben. Ein weiterer wesentlicher Aspekt war die Betrachtung der Geschwindigkeit, mit der die Kugel durch den Beton fährt. Diese Geschwindigkeit hat einen beträchtlichen Einfluss auf die Ergebnisse der Messung. Bei zu geringer Geschwindigkeit konnte weder eine Fließkurve noch der Verlauf der Schubspannung bei konstanter Geschwindigkeit erzeugt werden. Bei zu hoher Geschwindigkeit war dagegen, zu Beginn der Messung eine zusätzliche Widerstandskraft infolge der hohen Beschleunigung der Kugel zu verzeichnen. Neben der Geschwindigkeit war auch der Strukturaufbau nach einer Ruhezeit von Bedeutung. Beobachtet wurde das Verhalten nach einer, drei, fünf, zehn und 20 Minuten. Es konnte beobachtet werden, dass es infolge der Hydratation und unterschiedlicher Wechselwirkungskräfte zu einem Strukturaufbau kommt, der sich deutlich auf die gemessenen Fließgrenzen (insbesondere die Statische Fließgrenze) und die Viskosität auswirkt. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wurde anhand unterschiedlicher Betonrezepturen und Wiederholungsversuchen gezeigt. Ein besonderes Augenmerk lag dabei in der Betrachtung eines variierenden Wassergehalts bei gleichbleibender Rezeptur. Mit dem modifizierten Kugel-Messsystem war es möglich, bereits geringe Wassergehaltsschwankungen (3 bis 5 l/m³) verlässlich zu erfassen. Das Messgerät wurde schließlich mit der Vane-Zelle und dem Platte/Platte-Messsystem verglichen. Ein direkter Vergleich der Messwerte war jedoch schwierig, da den drei Geräten unterschiedliche Messsysteme zugrunde liegen. Auch die Umrechnung der Messwerte in genormte rheologische Einheiten ist von Messgerät zu Messgerät unterschiedlich und die Ergebnisse somit nicht identisch. Ein Vergleich war aus diesem Grund nur qualitativ möglich. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, mit einem Messgerät auf Grundlage der exzentrisch rotierenden Kugel, die rheologischen Eigenschaften Selbstverdichtender Betone zu bewerten. Dabei wurden die Bedingungen einer langsamen Schergeschwindigkeit und der Messung in frischem Beton eingehalten. Y1 - 2014 UR - https://www.baustoffe.ruhr-uni-bochum.de/bs/mam/content/dissertation_florian_fleischmann.pdf CY - Bochum ER - TY - THES A1 - Meißner, Jonathan T1 - Beitrag zur Bemessung von monolithischem Planziegelmauerwerk im Außenwand-Decken-Knoten N2 - In dieser Arbeit werden die bei monolithischem Planziegelmauerwerk auftretenden Beanspruchungssituationen am Außenwand-Decken-Knoten sowohl experimentell als auch numerisch untersucht sowie die daraus resultierenden Besonderheiten charakterisiert. Vor dem Hintergrund, dass die Knotenmomente mit der vereinfachten Rahmenberechnung nach [EN 1996-1-1:2022] Anhang C.3 basierend auf der Elastizitätstheorie ermittelt werden, liegt der Fokus vor allem auf der Ermittlung und Quantifizierung von nichtlinearen Einflüssen auf die Knotenmomente am Wandkopf und -fuß. N2 - In this thesis, the load situations occurring in monolithic clay unit masonry with thin layer mortar at the exterior wall-floor joint are investigated as well experimentally as numerically, and the resulting particularities are characterized. Against the background that the nodal moments are determined with the joint analysis method according to [EN 1996-1-1:2022] Annex C.3 based on elastic material behaviour, the focus is mainly on the determination and quantification of nonlinear effects on the nodal moments at the top and bottom of the wall. KW - Mauerwerk KW - Wand-Decken-Knoten KW - Planziegel Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20240625-1721392-1-4 CY - München ER - TY - THES A1 - Wagner, Bernd T1 - Ein Beitrag zur axialen Bettung von Kunststoffmantelrohren der Fernwärme in Zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) Y1 - 2018 SN - 2195-853x CY - Freiberg ER - TY - THES A1 - Wolfrum, Dominik T1 - Wechselwirkungsverhalten von thermisch beanspruchten Rohren und zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (kurz: ZFSV) und erdverlegten, thermisch beanspruchten Rohren und die Entwicklung eines Berechnungsansatzes, mit dem das Tragverhalten der Rohre genauer beschrieben werden kann. Zu den thermisch belasteten Rohren zählen Fernwärmeleitungen sowie Übertragungsleitungen für hohe Gleichspannungen. Zur Berechnung der Verschiebungs- und Normalkraftverläufe entlang der Rohre ist vor allem die Kenntnis über den Widerstand gegen temperaturbedingte axiale Rohrverschiebung maßgebend. Der Verschiebewiderstand wird mit speziell entwickelten, kleinmaßstäblichen Versuchen im Labor untersucht und in Abhängigkeit des Probenalters und der Normalspannung dargestellt. Da die Normalspannung Einfluss auf die Größe des Widerstands hat, wird ein Großversuch durchgeführt, mit dem aus der radialen Temperaturausdehnung des Rohres auf die Kontaktnormalspannungsänderung geschlossen werden kann. Es wird bei dem Großversuch sowie bei den kleinmaßstäblichen Laborversuchen ein quasi-kontinuierlich messendes faseroptisches Messsystem eingesetzt, mit dem die Dehnungen bzw. Stauchungen des Rohres und des ZFSV bestimmt werden können. Aus den Versuchen wird gefolgert, dass im Vergleich zu nichtbindigen Böden, zwischen dem Rohr und dem ZFSV Adhäsionskräfte auftreten, die zu deutlichen Verschiebewiderständen führen. Da es aktuell keine Regelwerke sowie wissenschaftliche Untersuchungen gibt, mit denen zuverlässig ein thermisch beanspruchtes Rohr bemessen werden kann, bei dem auch Adhäsionskräfte an der Kontaktfläche berücksichtigt werden, ist eine Bemessung von in ZFSV verlegten Rohren aktuell nicht möglich. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Tragverhalten solcher Rohrleitungssysteme untersucht und die Grundlagen für die Bemessung erstellt. Aus den kleinmaßstäblichen Laborversuchen, dem Großversuch sowie mit numerischen Untersuchungen wird das Kontaktverhalten analysiert und eine Arbeitslinie entwickelt, die den Verschiebewiderstand in Abhängigkeit der axialen Rohrverschiebung wiedergibt. Mit dieser Kontaktwiderstandsarbeitslinie wird ein Stab-Feder-System und ein halbanalytischer Berechnungsansatz entwickelt, mit denen die Normalkräfte und Verschiebungen von erdverlegten, thermischen beanspruchten Rohren berechnet werden können. Y1 - 2021 UR - https://repo.uni-hannover.de/items/207296cd-166c-40ae-b3c3-383729269d50 U6 - https://doi.org/10.15488/10904 PB - Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover CY - Hannover ER - TY - THES A1 - Grad, Marius T1 - Oberflächenmodifikation von Titanbasiswerkstoffen durch das Eindiffundieren von Kohlenstoff N2 - Titan und seine Legierungen finden aufgrund ihrer geringen Oberflächenhärte vorwiegend in wenig verschleißbeanspruchten Bereichen Anwendung. Zur Erhöhung der Härte werden oft Verschleißschutzschichten durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Diese Schichten weisen jedoch mitunter eine schlechte Haftung auf, was zu vorzeitigem Versagen führen kann. Eine Alternative bietet das Diffusionsschweißen, bei dem durch den Konzentrationsgradienten verschiedener Elemente eine Diffusionsschicht zwischen Titan und einem Fügepartner entsteht. Bei hochkohlenstoffhaltigen Stählen bildet sich an der Grenzfläche eine TiC-Schicht. Durch chemisches Auflösen des Stahls kann diese Schicht freigelegt und genutzt werden. Jedoch ist dieses Verfahren noch nicht gänzlich untersucht. Verschiedene Veröffentlichungen treffen widersprüchliche Aussagen, ob neben TiC auch Eisen-Titan-Verbindungen (FeTi oder Fe2Ti) entstehen. Neben der Zusammensetzung ist auch die Mikrostruktur der entstehenden Schicht nicht abschließend untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, das Schichtwachstum anhand thermodynamischer Gesetzmäßigkeiten zu untersuchen. Dabei werden der Einfluss von Temperatur, Zeit und Kohlenstoffkonzentration auf das Diffusionsverhalten und die Schichtbildungsgeschwindigkeit analysiert. Besonders relevant ist, dass der Kohlenstoff in interstitieller Form vorliegt. Die Schichtbildungskinetik wird bildgebend untersucht. Die chemische Zusammensetzung wird mittels Glimmentladungsspektroskopie (GDOES) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) bestimmt, während die Phasenanalyse durch Röntgendiffraktometrie (XRD) erfolgt. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur werden EBSD-Messungen herangezogen. Nanoindentation dient der Ermittlung mechanischer Kennwerte wie E-Modul und Härte. Die Ergebnisse zeigen, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls die Schichtbildung wesentlich beeinflusst. Ein hoher Kohlenstoffanteil kann die Bildung intermetallischer Fe-Ti-Verbindungen unterdrücken. Die mikrostrukturellen Eigenschaften können hingegen nur durch die Prozessparameter (Temperatur und Zeit) beeinflusst werden. Die mechanischen Kennwerte sind nur durch die Phasenzusammensetzung der Schicht, welche in großen Teilen konstant ist, bestimmt. Durch das chemische Entfernen des Stahlsubstrats aus dem Verbund und dem damit einhergehenden Freilegen der Schicht, stellt das Verfahren des Diffusionsschweißens eine alternative Möglichkeit der Beschichtung von Titanbasiswerkstoffen dar. Die vorliegenden Untersuchungen belegen, dass der Prozess bestimmten Grenzen unterliegt, dieser jedoch innerhalb des erarbeiteten Prozessfensters beherrschbar ist. Dies ist der Grund, weshalb dem Diffusionsschweißen großes Potenzial im Bereich der Beschichtungstechnik zuzuordnen ist. KW - Diffusionsschweißen KW - Titancarbid KW - Röntgendiffraktometrie Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.22032/dbt.66089 N1 - Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2025 PB - Technische Universität Ilmenau CY - Ilmenau ER - TY - THES A1 - Schönberger, Manuel T1 - Eine zweigleisige Strategie hin zu ausgereiftem Quanten-Datenmanagement T1 - A Twofold Strategy Towards Mature Quantum Data Management N2 - By relying on stagnant general-purpose devices limited by the end of Moore's law, conventional data management (DM) methods are challenged by ever-increasing computational loads. As a promising alternative, we may rely on quantum processing units (QPU) as special-purpose accelerators, which may overcome the limitations of conventional systems by exploiting quantum phenomena. However, given their early-stage, prototypical nature, contemporary QPUs remain limited in size and reliability, which renders them unfit for practical scenarios. In this thesis, we therefore propose a twofold strategy to aid the shift towards mature quantum data management. As a first fundamental pillar, our strategy rests on QPU-DM co-design: Inspired by the conventional hardware-software co-design paradigm, our method yields recommendations for the tailored design of QPU architecture, to craft quantum systems conforming to the specific requirements of DM tasks. Based on an empirical assessment involving contemporary quantum systems, and simulating enhanced QPU architectures, our method identifies the most effective among a variety of architectural enhancements, and allows us to derive recommendations on the design of QPUs tailored to DM tasks. However, to decide whether QPU-DM co-design efforts are truly worth pursuing, we require insights into the true potential of quantum systems for DM up-front. As a second fundamental pillar, our strategy hence assesses the algorithmic aptness of our methods on quantum-inspired special-purpose hardware (HW): While classical in nature, such systems mimic the workings of pure QPUs, and thus provide a lower bound on the capabilities of future QPUs. Thereby, our strategy yields insights into the true potential of future QPUs, which are expected to achieve still higher performance upon obtaining a sufficient level of maturity. We demonstrate the aptness of our twofold strategy on fundamental DM and query optimisation tasks by (1) deriving QPU design recommendations for the join ordering (JO) problem by applying our QPU-DM co-design method, (2) demonstrating the scalability aptness of quantum-inspired HW for extremely large JO solution spaces that prove challenging for conventional approaches, (3) deriving methods to solve the most extensive class of JO problems on quantum(-inspired) systems, and (4) conducting a still more extensive assessment of quantum-inspired HW for multiple query optimisation. Thereby, we aid the shift from currently imperfect QPUs towards systems fit for mature quantum data management. N2 - Anforderungen zur Verarbeitung stetig ansteigender Datenmengen stellen eine wachsende Herausforderung im Bereich des Datenmanagement (DM) dar, dessen etablierte Methoden auf traditionellen Allzweck-Systemen beruhen, deren Entwicklung durch das Ende des Mooreschen Gesetzes stagniert. Eine vielversprechende Alternative bieten Quantum Processing Units (QPU), welche das Potential aufweisen, die Limitationen traditioneller Systeme durch das Ausnutzen von Phänomenen der Quantenmechanik zu überwinden. Aufgrund ihres frühen Entwicklungsstadiums und ihrer prototypischen Natur sind gegenwärtige QPUs jedoch trotz dieses Potentials in ihrer Kapazität und Zuverlässigkeit begrenzt, und folglich ungeeignet für praktische Anwendungen. In dieser Arbeit schlagen wir daher eine zweigleisige Strategie für die Entwicklung hin zu ausgereiftem Quanten-Datenmanagement vor. Als erste fundamentale Säule beruht unsere Strategie auf Techniken des QPU-DM Co-Design: Inspiriert durch das konventionelle Hardware-Software Co-Design Paradigma können wir anhand unserer Methode Empfehlungen für das maßgeschneiderte Design von QPU Architekturen ermitteln, um Quanten-Systeme zu entwerfen, welche an spezifische Anforderungen fundamentaler DM Aufgaben angepasst sind. Basierend auf empirischen Analysen gegenwärtiger Quanten-Systeme und der Simulation strukturell erweiterter QPU Architekturen identifiziert unsere Methode unter Betrachtung einer Vielzahl möglicher Alternativen die effektivsten Erweiterungen für das Design von maßgeschneiderten QPUs. Zur Entscheidung über die Anwendung ressourcen-intensiver QPU-DM Co-Design Methoden benötigen wir vorab jedoch Erkenntnisse über das tatsächliche Potential von Quanten-Systemen für DM. Als zweite fundamentale Säule sieht unsere Strategie daher eine algorithmische Analyse von Quanten-Methoden mittels quanten-inspirierten Systemen vor: Derartige Systeme imitieren die Funktionsweise tatsächlicher QPUs, und geben daher trotz ihrer klassischen Natur Aufschluss über die Mindest-Leistungsfähigkeit und das Potential tatsächlicher, ausgereifter QPUs, welche zur Ausnutzung von Quantenphänomenen befähigt sind. Wir demonstrieren die Tauglichkeit unserer zweigleisigen Strategie für fundamentale DM Probleme durch (1) das Ermitteln von Design-Empfehlungen für das Join Ordering (JO) Problem durch Anwendung unserer QPU-DM Co-Design Methode, (2) das Demonstrieren der Skalierbarkeit quanten-inspirierter Methoden für extrem große JO Lösungsräume, (3) das Konzipieren von Methoden zum Lösen der umfangreichsten Klasse von JO Problemen auf quanten(-inspirierten) Systemen, und (4) das Durchführen einer noch umfangreicheren Analyse quanten-inspirierter Methoden für Multiple Query Optimisation. Dadurch unterstützen wir die Transformation von aktuellen QPU-Prototypen hin zu Quanten-Systemen, die für ausgereiftes Quanten-Datenmanagement geeignet sind. Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-84774 ER - TY - THES A1 - Grabinger, Lisa T1 - Data Science in der empirischen Eyetracking-Forschung N2 - Empirische Forschung stellt Anfänger vor eine Vielzahl von Herausforderungen. Besonders herausfordernd gestaltet sich die (statistische) Datenanalyse -- eine Aufgabe, die bislang Vorkenntnisse aus zwei verschiedenen Bereichen erfordert: Experimentalforschung und Programmierung. Es muss bekannt sein, was zu tun ist, aber auch wie dies technisch umgesetzt werden kann. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage, wie angehende Forschende bei dieser Aufgabe bestmöglich unterstützt werden können. In einem ersten Schritt wird hierfür die Ausgangslage erfasst. Mit einer systematischen Literaturrecherche wird identifiziert, welche Analyseverfahren in der Praxis Anwendung finden; für diese Verfahren werden dann jeweils der theoretische Hintergrund und die praktische Anwendung aufgearbeitet. Zudem werden in unsystematischer Recherche die Möglichkeiten ausgelotet, die bestehende Software-Systeme bieten. Basierend darauf wird dann eine Webanwendung konzipiert bzw. realisiert, die gängige Analysen auf eine Weise ermöglicht, die sowohl für Statistik- als auch für Programmieranfänger geeignet ist. Das entstandene System wird in einem dritten Schritt durch heuristische Diskussion und empirische Nutzerstudien bestätigt. Angemerkt sei, dass alle Untersuchungen auf die empirische Eyetracking-Forschung in der Disziplin Software Engineering zugeschnitten, aber nicht darauf beschränkt sind. KW - Data Science KW - Eyetracking KW - Statistik Y1 - 2025 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-84797 ER - TY - THES A1 - Hüttner, Susanne T1 - Numerische Untersuchungen zum Last-Verformungsverhalten von Untergrundverbesserungen organischer Böden mit nichtummantelten Sandsäulen N2 - Weiche organische Böden sind als Baugrund problematisch, dennoch lässt es sich immer häufiger nicht vermeiden, diese mit Infrastrukturprojekten zu queren. Hierfür sind Bodenverbesserungsmaßnahmen erforderlich. Der Einsatz von granularen Säulen kann den Untergrund verbessern und die Konsolidation beschleunigen. Jedoch weisen die organischen Böden eine geringe undrainierte Scherfestigkeit auf, so dass das in Deutschland weit verbreitete Verfahren der Rüttelstopfsäulen nicht zum Einsatz kommen kann. Es konnte in vorausgehenden Arbeiten bereits gezeigt werden, dass das aus Japan stammende Verfahren der Sandverdichtungspfähle auch in Mudden und Torfen angewandt werden kann, ohne dass die Säulen auf Grund fehlender radialer Stützung versagen. In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Laborversuche, u.a. Oedometer- und Triaxialversuche, nachgerechnet um die Eignung der Stoffmodelle Soft Soil Creep und Visco-Hypoplastizität für die untersuchten Böden mit unterschiedlichen organischen Anteilen zu verifizieren. Die Modellierung des Säule-Boden-Verbundsystems mit dem FE-Programm Plaxis soll einen Beitrag zum Verständnis des Setzungsverhaltens liefern und Kenntnisse zu den relevanten Einflussfaktoren. Die Ergebnisse der Variation des Flächenverhältnisses von Säule zu Boden wurde mit analytischen Bemessungsverfahren und Modellversuchen aus der Literatur verglichen. Außerdem wurde eine Sensitivitätsanalyse bezüglich verschiedener Bodenparameter und Modellannahmen durchgeführt. Des Weiteren wurde die Baugrundverbesserung von Böden mit unterschiedlichen organischen Anteilen untersucht. Neben der Modellierung des Bodenersatzverfahrens als ”wished in place“, wurde das Bodenverdrängungsverfahren mit Hilfe einer Hohlraumaufweitung simuliert. Am Beispiel eines dokumentierten Bauvorhabens wurde aufgezeigt, dass es mit den gewonnenen Erkenntnissen möglich ist, durch eine FE-Simulation eine gute Prognose der Messergebnisse aufzustellen. Im Zuge der Weiterentwicklung des numerischen Versuchsstands und der Ableitung eines Bemessungsansatzes für das Bodenersatzverfahren wären ergänzende Untersuchungen zur Anisotropie des Materials und eine zusätzliche Verifizierungen in situ wünschenswert. Um den Versuchs- und Simulationsaufwand möglichst gering zu halten, wird eine statistische Versuchsplanung (DOE) empfohlen. KW - FE-Modellierung KW - Visco-Hypoplastizität KW - Bodenersatz KW - Hohlraumaufweitung KW - Flächenverhältnis KW - Sensitivitätsanalyse KW - Bodenverdrängung KW - Maßstabsabhängigkeit Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.14279/depositonce-23106 CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Florian Kellner, T1 - Distribution Network Analysis for Fast Moving Consumer Goods N2 - This dissertation summarizes three reserach contributions that have been published in academic journals. The reserach analyzes economic and environmental sensitivites of Fast Moving Consumer Goods distribution networks. Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:355-epub-328237 SN - https://epub.uni-regensburg.de/32823/ PB - University of Regensburg CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - ZInner, Helge T1 - Vernetzung heterogener Feldbusse auf Basis des Standards Ethernet Audio Video Bridging Y1 - 2015 UR - https://d-nb.info/1079219927 CY - Ilmenau ER - TY - THES A1 - Berndt, Dominik T1 - Thermische Wasserstoffsensoren für den Automobilbereich N2 - Für den sicheren Betrieb eines Brennstoffzellenfahrzeugs sind Sensoren wichtig, welche die Wasserstoffkonzentration im Fahrzeuginterieur kontinuierlich überwachen, um möglichen Entzündungen bzw. Explosionen vorzubeugen. Dafür wurden von verschiedenen nationalen und internationalen Instanzen bestimmte Kriterien definiert, die Wasserstoffsensoren für einen Einsatz in Brennstoffzellenfahrzeugen erfüllen müssen. Im Jahr 2020gab es noch keinen einzigen kommerziell erhältlichen Sensor, der alle diese Kriterien bedienen konnte. In der vorliegenden Arbeit wurde für zwei verschiedene Sensoren die Eignung des thermischen Wirkprinzips für die Detektion von Wasserstoff im Kontext dieser Sicherheitskriterien untersucht. Dabei wurden mit einem MEMS-Sensor und einem Mikrodrahtsensor zwei vergleichsweise einfache Geometrien herangezogen, welche den eindimensionalen und zylindersymmetrischen Fall abbilden sollen. Für zwei dynamische Operationsmodi (gepulste Ströme und 3ω-Methode) wurden darauf aufbauend analytische Modelle basierend auf vereinfachten Sensorgeometrien entwickelt, um die Temperaturentwicklung des Sensorelements in Abhängigkeit der Zeit zu charakterisieren. Diese Studien wurden anschließend anhand von detaillierteren Modellen mithilfe von FEM-Simulationen ergänzt und spezifiziert. Darin konnte gezeigt werden, dass für den gepulsten Betrieb sowohl die Pulshöhe als auch die Zeitkonstante des gemessenen Widerstands- bzw. Temperaturpulses als Messgröße herangezogen werden kann. Beim 3ω-Betrieb konnte zudem eine starke Frequenzabhängigkeit dieser Widerstands- bzw. Temperaturcharakteristik beobachtet werden. Die analytischen und numerischen Studien wurden anschließend durch experimentelle Ergebnisse bestätigt. Im Hinblick auf die zuvor definierten Kriterien stellte sich heraus, dass die Auswertung der Zeitkonstante beim gepulsten Betrieb im Hinblick auf Sensitivität und Auflösungsgrenze der Auswertung der Pulshöhe deutlich unterlegen ist. Beim 3ω-Betrieb können durch die hochintegrierte Messumgebung deutlich höhere Genauigkeiten und Auflösungsgrenzen erzielt werden. Für den MEMS-Sensor wurde bei einer Anregungsfrequenz von 1 Hz mit 55 ppm die bislang geringste in der Literatur berichtete Auflösungsgrenze für einen thermischen Wasserstoffsensor erreicht. Der Leistungsverbrauch ist dabei im Vergleich zum Pulsbetrieb entsprechend des jeweiligen Tastgrads leicht bis mäßig erhöht, die Ansprechzeit wird bei beiden Operationsmodi maßgeblich durch die Sensorgeometrie beeinflusst. Die geometrischen Parameter der jeweiligen Sensoren haben ferner einen starken Einfluss auf die Sensitivität, womit die Divergenz in der Performance von MEMS-Chip und Drahtsensor erklärt werden kann. Es besteht ferner eine starke Temperatur- und Feuchtigkeitsabhängigkeit des Sensorsignals, welches bei beiden Operationsmodi indirekt proportional zur Wärmeleitfähigkeit des betrachteten Gasgemischs ist. Die Abhängigkeit vom definierten Umgebungsdruck ist lediglich für die Zeitkonstante relevant, bei der Pulshöhe besteht keine Druckabhängigkeit. Es konnte eine grundsätzliche Eignung des thermischen Messprinzips für den Einsatz eines Wasserstoffsensors im Automobilbereich festgestellt werden. Für eine Anwendung müssen allerdings Referenzsensoren für Temperatur, Feuchtigkeit und Druck implementiert werden und eine Kalibrierung in Abhängigkeit dieser Größen erfolgen. Der 3ωBetrieb ist aufgrund der höheren Genauigkeit zu bevorzugen. Während der MEMSSensor im Hinblick auf Sensitivität, Ansprechzeit und Leistungsaufnahme gut abschneidet, liegen die Vorteile des Mikrodrahtsensors in seiner Robustheit und der vergleichsweise einfachen Realisierbarkeit N2 - For the safe operation of a fuel cell vehicle, sensors that continuously monitor the hydrogen concentration in the vehicle interior are crucial in order to prevent possible ignitions or explosions. For this purpose, various national and international institutions have defined certain criteria that hydrogen sensors must meet for being used in fuel cell vehicles. In 2020, there was not yet a single commercially available sensor that could serve all of these criteria. In the present work, the suitability of the thermal operating principle for the detection of hydrogen in the context of these safety criteria was investigated for two different sensors. Two relatively simple geometries, a MEMS sensor and a micro-wire sensor, were used to represent the one-dimensional and cylinder-symmetric case. Analytical models based on simplified sensor geometries were subsequently developed for two dynamic operation modes (pulsed currents and 3ω-method) to characterize the temperature response of the sensor element as a function of time. These studies were then extended and specified using more detailed models based on FEM simulations. In these studies, it was shown that for pulsed operation, both the pulse height and the time constant of the measured resistance or temperature pulse can be used as a measurand. For 3ω-operation, a strong frequency dependence of these resistance or temperature characteristics was also observed. The analytical and numerical studies were subsequently confirmed by experimental results. With respect to the previously defined criteria, the evaluation of the time constant during pulsed operation was found to be significantly inferior to the evaluation of the pulse height in terms of sensitivity and resolution limit. For 3ω-operation, significantly higher accuracies and resolution limits could be achieved due to the highly integrated measurement environment. For the MEMS sensor, at an excitation frequency of 1 Hz, the lowest resolution limit for a thermal hydrogen sensor reported in the literature to date was achieved at 55 ppm. The power consumption is slightly increased compared to the pulse mode according to the corresponding duty cycle. The response time is significantly influenced by the sensor geometry for both operation modes. Furthermore, the geometrical parameters of the individual sensors have a strong influence on the sensitivity, which can explain the divergence in the performance of the MEMS chip and the micro-wire sensor. There is also a strong temperature and humidity dependence of the sensor signal, which is indirectly proportional to the thermal conductivity of the gas mixture. The dependence on the ambient pressure is only relevant for the time constant, there is no pressure dependence for the pulse height. A fundamental suitability of the thermal measurement principle for the use of a hydrogen sensor in the automotive sector could be identified. However, for an application, reference sensors for temperature, humidity and pressure must be implemented and calibration must be performed as a function of these variables. The 3ω-operation is preferred due to its higher accuracy. While the MEMS sensor performs well in terms of sensitivity, response time and power consumption, the advantages of the microwire sensor are based on its robustness and the fact that the manufacturing process is comparably easy. KW - Kraftfahrzeugtechnik KW - Brennstoffzellenfahrzeug KW - Wasserstoff KW - Gassensor KW - Sensortechnik KW - Feuchtigkeitsabhängigkeit KW - thermischer Wasserstoffsensor Y1 - 2023 UR - https://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/frontdoor/deliver/index/docId/105227/file/Diss_Berndt.pdf CY - Regensburg ER - TY - THES A1 - Schmailzl, Anton ED - Franke, Jörg ED - Hanenkamp, Nico ED - Hausotte, Tino ED - Merklein, Marion ED - Müller, Sebastian ED - Schmidt, Michael ED - Wartzack, Sandro T1 - Festigkeits- und zeitoptimierte Prozessführung beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen N2 - Mit Blick auf Leichtbauanwendungen ist der Bedarf an thermoplastischen Strukturbauteilen sowohl in der Automobil- als auch in der Luftfahrtindustrie in den letzten Jahren deutlich angestiegen. Das quasi-simultane Laser-Durchstrahlschweißen ist ein etabliertes Kunststoffschweißverfahren, welches jedoch zur Herstellung von tragenden und sicherheitsrelevanten Bauteilen bislang kaum in Betracht gezogen wird. In der vorliegenden Arbeit wird die Korrelation zwischen dem Prozessablauf und der Schweißnahtfestigkeit beim quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißen von Polyamid 6 (Ultramid B3s) erstmalig untersucht. Zur Prozessanalyse wird ein 3D-Scanner mit integriertem Pyrometer realisiert und für die Messaufgabe kalibriert. Es wird gezeigt, dass die detektierte Wärmestrahlung dem Kern der Schweißnaht zuzuordnen ist. Die Kerntemperatur in der quasi-stationären Prozessphase steht in direkter Korrelation mit der Schweißnahtfestigkeit. Mit steigender Kerntemperatur bzw. Molekülbeweglichkeit erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Molekül-Verschlaufungen in der Fügeebene. Zur Ermittlung der Kerntemperatur ist sowohl die in dieser Arbeit entwickelte Temperaturmesstechnik als auch die realisierte numerische Prozesssimulation nutzbar. Die Erkenntnisse in dieser Arbeit sind für eine festigkeits- und zeitoptimierten Prozessführung des quasi-simultanen Laser-Durchstrahlschweißens nutzbar. N2 - The demand on thermoplastic components for lightweight constructions is continuously rising in the automotive as well as in the aerospace industry. The quasi-simultaneous laser transmission welding is an established joining technique in industry, but so far, it is usually not used for high strength applications as well as for safety-relevant components. This is caused by the lack of process understanding in case of producing high strength joints. Especially the temperature in the joining zone is a crucial process characteristic. Up to now, it was not measured in the needed precision. The quasi-simultaneous laser transmission welding of polyamide 6, especially the correlation between process characteristics and the joint strength is analyzed in this work. Therefore, a 3D-scanner with integrated pyrometer was realized and calibrated for the measurement task. It is shown, that the detected heat radiation is mainly coming from the core of the weld seam. The core temperature in the quasi-stationary process state is in direct correlation with the joint strength. The core temperature represents the mobility of the macromolecules in the polymer. An increased mobility leads to a better diffusion, relaxation or retardation of the macromolecules across the joining interface. A process window is defined on basis of the core temperature. The process setting which leads to a high joint strength as well as to the shortest irradiation time is found on the upper corner of the process window. The temperature can be measured with the needed precision by using the herein shown 3D-scanner with integrated pyrometer as well as by using the developed numerical process model. In conclusion, these tools for process diagnostics and the results of this work are useful for the production of welds with high joint strength and short welding times. KW - Laserschweißen KW - Kunststoffe KW - Prozessüberwachung KW - Laserscanner KW - Ingenieurwissenschaften KW - Maschinenbau KW - Produktionstechnik Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:29-opus4-207070 PB - FAU University Press CY - Erlangen ER - TY - THES A1 - Ramsauer, Ralf T1 - OSS Architecture for Mixed-Criticality Systems BT - A Dual View from a Software and System Engineering Perspective N2 - Computer-based automation in industrial appliances led to a growing number of logically dependent, but physically separated embedded control units per appliance. Many of those components are safety-critical systems, and require adherence to safety standards, which is inconsonant with the relentless demand for features in those appliances. Features lead to a growing amount of control units per appliance, and to a increasing complexity of the overall software stack, being unfavourable for safety certifications. Modern CPUs provide means to revise traditional separation of concerns design primitives: the consolidation of systems, which yields new engineering challenges that concern the entire software and system stack. Multi-core CPUs favour economic consolidation of formerly separated systems with one efficient single hardware unit. Nonetheless, the system architecture must provide means to guarantee the freedom from interference between domains of different criticality. System consolidation demands for architectural and engineering strategies to fulfil requirements (e.g., real-time or certifiability criteria) in safety-critical environments. In parallel, there is an ongoing trend to substitute ordinary proprietary base platform software components by mature OSS variants for economic and engineering reasons. There are fundamental differences of processual properties in development processes of OSS and proprietary software. OSS in safety-critical systems requires development process assessment techniques to build an evidence-based fundament for certification efforts that is based upon empirical software engineering methods. In this thesis, I will approach from both sides: the software and system engineering perspective. In the first part of this thesis, I focus on the assessment of OSS components: I develop software engineering techniques that allow to quantify characteristics of distributed OSS development processes. I show that ex-post analyses of software development processes can be used to serve as a foundation for certification efforts, as it is required for safety-critical systems. In the second part of this thesis, I present a system architecture based on OSS components that allows for consolidation of mixed-criticality systems on a single platform. Therefore, I exploit virtualisation extensions of modern CPUs to strictly isolate domains of different criticality. The proposed architecture shall eradicate any remaining hypervisor activity in order to preserve realtime capabilities of the hardware by design, while guaranteeing strict isolation across domains. KW - real-time operating system KW - mixed-criticality KW - static hardware partitioning KW - development processes KW - development process reconstruction KW - quantitative software engineering Y1 - 2021 UR - https://www.repo.uni-hannover.de/bitstream/handle/123456789/11815/Dissertation_Ramsauer-Ralf.pdf?sequence=3&isAllowed=y PB - Leibniz Universität Hannover ER - TY - THES A1 - Frikel, Jürgen T1 - Reconstructions in limited angle x-ray tomography: Characterization of classical reconstructions and adapted curvelet sparse regularization N2 - This thesis is devoted to the problem of tomographic reconstruction at limited angular range. In the first part, we prove a characterization of filtered backprojection reconstructions from limited angle data. Moreover, we develop a strategy for artifact reduction and stabilization. In the second part, we introduce a new edge-preserving reconstruction algorithm for limited angle tomography and analyze this algorithm mathematically. Some numerical experiments are also presented. N2 - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der tomographischen Rekonstruktion bei eingeschränktem Winkelbereich. Im ersten Teil wird eine Charakterisierung der Rekonstruktionen mittels gefilterter Rückprojektion bewiesen. Darüberhinaus wird eine Strategie zur Artefaktreduktion und Stabilisierung entwickelt. Der zweite Teil stellt einen neuen kantenerhaltenden Rekonstruktionsalgorithmus für die Computertomographie bei eingeschränktem Winkelbereich vor and analysiert diesen mathematisch. Numerische Experimente runden die Arbeit ab. KW - Computertomographie KW - Optimale Rekonstruktion KW - Regularisierungsverfahren Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss-20130328-1115037-0-3 UR - https://mediatum.ub.tum.de/?id=1115037 PB - Technische Universität München CY - München ER - TY - THES A1 - Lerch, Maximilian T1 - Hochauflösende faseroptische Dehnungsmessungen zur Ermittlung des Tragverhaltens von Pfählen und pfahlartigen Traggliedern N2 - Zur Untersuchung und Prognose des Tragverhaltens von Pfählen und pfahlartigen Traggliedern wurden auf einem geotechnisch umfangreich erkundeten Testfeld dynamische und statische Pfahlprobebelastungen durchgeführt und anschließend wissenschaftlich ausgewertet. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen im Maßstab 1:1 lieferten neue Erkenntnisse über die Tragmechanismen der Pfähle und pfahlartigen Traggliedern und über Zusammenhänge zwischen den Ergebnissen der dynamischen und statischen Probebelastungen. Darüber hinaus bildeten die Erkenntnisse und Messergebnisse aus den verschiedenen Probebelastungen die Grundlage für die Entwicklung innovativer numerischer Simulationsmodelle zur Prognose des Tragverhaltens der Tragglieder. Um die genannten Effekte im Tragverhalten der Pfähle und pfahlartigen Tragglieder genauer zu untersuchen, wurde faseroptische Sensortechnik eingesetzt. Mit den Messergebnissen des Wellenausbreitungsverhaltens und deren Auswertung im Zeit- und Frequenzbereich konnte ein Zusammenhang zwischen Mantelreibung und Ausbreitungsgeschwindigkeit der eingeleiteten Welle in den Pfählen durch einen Vergleich mit den ermittelten Mantelreibungskurven aus quasi-kontinuierlicher Messung qualitativ nachgewiesen werden. Ergänzend zu den Belastungsversuchen wurden numerische Simulationsmodelle erstellt, um das Pfahl-Boden-Interaktionsverhalten unter dynamischer und statischer Belastung darzustellen und vorherzusagen. Die entwickelten Verfahren zur Prognose des Tragverhaltens von Pfählen und pfahlartigen Traggliedern können fallspezifisch eingesetzt werden, um eine Optimierung des Planungsprozesses der Tragglieder zu erreichen. Zur Ermittlung des Tragverhaltens der Pfählen ist es nicht erforderlich, ein umfangreiches Versuchsprogramm mit statischen oder dynamischen Lastversuchen durchzuführen, wie es üblicherweise der Fall ist. Anhand von Lastversuchen an ausgewählten und sorgfältig instrumentierten Traggliedern können die erforderlichen Referenzdaten ermittelt werden, um mit den vorgestellten Simulationsverfahren und Simulationsmethodiken das Tragverhalten bzw. die mobilisierten Widerstände im Pfahl-Boden-Interaktionsverhalten vorherzusagen. Die Ergebnisse der Arbeit haben gezeigt, dass für CFA-Pfähle Messdaten zum axialen Wellenausbreitungsverhalten in den Pfählen und konventionelle Messungen der Schwinggeschwindigkeit an den Pfahlköpfen ausreichen, um das Tragverhalten in guter Korrelation zu den Messungen aus statischen Lastversuchen darzustellen. KW - Pfähle KW - faseroptische Sensorik KW - pfahlartige Tragglieder KW - numerische Prognosemodelle KW - Probebelastungen Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.14279/depositonce-16492 N1 - Technische Universität Berlin / Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt, Dissertation PB - Berlin ER - TY - THES A1 - Singh, Max Diamond T1 - Aspects of the Dynamics of Spine Surgery Technologies: Assessing the Reality of Innovation and Entrepreneurship in the U.S. Medical Device Industry Y1 - 2016 PB - Karlsruhe Institute of Technology CY - Karlsruhe ER - TY - THES A1 - Schlamp, Matthias T1 - Der Einfluss elliptischer Krümmung auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten glasfaserverstärkter Kunststoffstrukturen N2 - In Industriebereichen, in welchen Masse aufgrund von Trägheit oder Gravitationsüberwindung einen beeinflussenden Faktor ausmacht, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt oder der Windkraft, spielen faserverstärkte Kunststoffstrukturen aufgrund ihres Leichtbaupotentials hinsichtlich der dichtespezifischen Steifigkeit und Festigkeit eine große Rolle. Außen liegende Bauteile in Form dünnwandiger Flächentragwerke in diesen Anwendungen weisen zumeist nicht eine kreisrunde, sondern unstetige Bauteilkrümmung auf und sind aufgrund ihres Einsatzortes durch Schlagbelastungen (Impacts) in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gefährdet. Besonders im Niedergeschwindigkeitsbereich sind diese Impacts bei diesen meist gekrümmten Strukturen als kritisch zu beurteilen, da sie von außen oftmals nicht sichtbar sind, sich aber stark auf die verbleibende Restfestigkeit, insbesondere die Druck- und Schwingfestigkeit, aufgrund inter- und intralaminarer Schädigungen auswirken. Sie stellen demnach eine kritisch zu betrachtende Belastungsart dar. In der vorliegenden Arbeit werden oben benannte unstetig gekrümmte Flächentragwerke auf eine unstetig elliptisch gekrümmte Prüfkörpergeometrie in Anlehnung an den Querschnitt einer Flügelvorderkante abstrahiert. Mittels experimenteller, numerischer und analytischer Untersuchungen wird ein grundlegendes Verständnis des Krümmungseinflusses auf das Schädigungs- und Verformungsverhalten ebendieser Strukturen bei Impact-Belastung und quasi-statischer Druckbelastung erarbeitet. Prüfkörper mit vier verschiedenen Krümmungsstufen werden dahingehend unter Verwendung einer Fallbolzenanlage im Niedergeschwindigkeitsbereich schädigend geprüft und die resultierende projizierende Schadensfläche in Abhängigkeit des Krümmungsgrades ausgewertet. Zur Untersuchung des reinen Krümmungseinflusses werden Prüfkörper in quasistatischen Druckversuchen im elastischen Bereich auf deren Verformungsverhalten hin analysiert. Durch Einführung des geometriebedingten Verformungswiderstandes als vergleichende Kenngröße kann auf Basis lokal variierender Struktursteifigkeiten ein Zusammenhang aus dem Impact-Verhalten und dem elastischen Verformungsverhalten gleicher Krümmungsstufen geschlossen werden. Durch begleitende numerische Untersuchungen wird das Verformungsverhalten sowie die sich dabei einstellenden einzelschichtspezifischen Spannungszustände untersucht. Weiterhin werden bestehende analytische Berechnungsmethoden für stetige Kreisbögen im Berechnungsumfang erweitert und auf die vorliegende Problemstellungübertragen. Eine Gegenüberstellung und Diskussion aller erfassten Versuchs- und Berechnungsergebnisse zeigt abschließend gemeinsame Abhängigkeiten auf. KW - Gekrümmte Struktur KW - Impact-Schädigung KW - Strukturmechanik KW - Glasfaserverstärkter Kunststoff Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.6094/UNIFR/228064 N1 - Der Dr.-Titel wurde von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau verliehen. ER - TY - THES A1 - Kastenmeier, Andreas T1 - Biegeverhalten faserverstärkter Kunststoffrohre unter Berücksichtigung einer mehrreihigen Bolzenverbindung N2 - In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit Fügepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekrümmten Auflageflächen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abstützung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die über FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer möglichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu zählt die Verwendung von zusätzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraftüberleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine Änderung der Abstützung in Lastrichtung. Für das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizität für Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bezüglich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gewährleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probekörpern aus den Rohren bestimmt. KW - Kunststoffrohr KW - Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff KW - Krafteinleitung KW - Bolzenverbindung KW - Biegezugfestigkeit KW - Bolzenverbindung KW - Biegeverhalten KW - Rohr KW - Faserverbund KW - Krafteinleitung Y1 - 2020 UR - https://athene-forschung.unibw.de/135000 UR - http://d-nb.info/1229961569/34 N1 - Kooperative Promotion zwischen der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich) und der Universität der Bundeswehr München ER - TY - THES A1 - Laumer, Tobias T1 - Erzeugung von thermoplastischen Werkstoffverbunden mittels simultanem, intensitätsselektivem Laserstrahlschmelzen N2 - Mittels des entwickelten additiven Fertigungsprozesses des simultanen, intensitätsselektiven Laserstrahlschmelzens lassen sich Werkstoffverbunde bestehend aus unterschiedlichen Polymerwerkstoffen mit hohen Bauteilfestigkeiten realisieren. Die zukünftig realisierbaren Werkstoffverbunde können dabei durch eine örtlich variable Ausnutzung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften die hinsichtlich lokal definierter Belastungsprofile gestellten Anforderungen an komplexe Multi-Material-Bauteile erfüllen. Dadurch lassen sich neue Anwendungsfelder für die additive Fertigung von Werkstoffverbunden erschließen. Y1 - 2017 UR - https://www.researchgate.net/publication/330440080_Erzeugung_von_thermoplastischen_Werkstoffverbunden_mittels_simultanem_intensitatsselektivem_Laserstrahlschmelzen SN - 978-3-87525-428-0 PB - Meisenbach CY - Bamberg ER - TY - THES A1 - Schulz, Carsten T1 - Ganzheitliche Systemanalyse von Schaufelradantrieben Y1 - 2014 N1 - TU Dresden, Dissertation CY - Dresden ER - TY - THES A1 - Höller, Christoph T1 - Indirect methods of obtaining activity and mobility of structure-borne sound sources N2 - The work reported in this thesis focuses on the development of indirect methods for the experimental determination of important source parameters for structure-borne sound source characterization. In the first part of the thesis, matrix inversion methods for the determination of blocked forces are investigated. A simplified measurement procedure is proposed which offers a solution to the two major challenges to these methods, namely the acquisition of the FRF matrix and the problems associated with matrix inversion. The proposed procedure involves a free, low-mobility receiver plate which is modelled numerically. Calculated FRFs are used together with measured velocity responses to inversely determine the blocked forces. It is found that while the method has great potential in principle, in practice the accurate modelling of the receiver plate is of critical importance. In the second part of the thesis, three formulations are considered for the indirect determination of source mobility. Instead of performing measurements on the source in the free state, the source mobility is obtained from measurements made in-situ. This approach is beneficial if the source is difficult to suspend, or if it contains non-linear structural elements. The three formulations are validated numerically and experimentally. It is found that the methods can quantify source mobilities of single-contact and multi-contact sources from in-situ measurements. However, typical measurement errors, such as background noise or inaccuracies in sensor positioning, can significantly reduce the accuracy and reliability of the methods. In the final part of the thesis, the reception plate method for the determination of the power injected by a high-mobility source into a low-mobility receiver is reviewed, and a source substitution method proposed as a development. The substitution method circumvents problems that may arise when the reception plate method is applied to coupled walls and floors. A special focus of investigation is on the calibration of the receiver structure. It is found that the calibration can be performed with shaker or hammer, and that an average calibration factor may be used. The source substitution method thus offers a potential alternative to the reception plate method, for application with coupled plates. Y1 - 2013 UR - https://livrepository.liverpool.ac.uk/id/eprint/14233 N1 - University of Liverpool, Dissertation PB - University of Liverpool CY - Liverpool ER - TY - THES A1 - Putzer, Michael T1 - Development of subject-specific musculoskeletal models for studies of lumbar loading N2 - Anatomical differences between individuals are often neglected in musculoskeletal models, but they are necessary in case of subject-specific questions regarding the lumbar spine. A modification of models to each subject is complex and the effects on lumbar loading are difficult to assess. One objective of this work is to create a validated musculoskeletal human model, which facilitates a subject-specific modification of the lumbar geometry. In a second step, important parameters are identified in sensitivity studies and at last, a case study regarding multifidus muscle atrophy after a disc herniation is conducted. The results of the studies indicate that lumbar motion and loading is dependent on lumbar ligament stiffness. Furthermore, subject-specific modelling of the lumbar spine should include at least the vertebral height, disc height and lumbar lordosis. The results of the case study suggest that an overloading of the multifidus muscle could follow disc herniation. Additionally, a subsequent atrophy of the muscles could expose adjacent levels to an increased loading, but these findings are highly dependent on the individual. KW - ligaments KW - lumbar geometry KW - lumbar spine KW - multifidus KW - musculoskeletal simulation KW - sensitivity study Y1 - 2019 SN - 978-3-8440-6695-1 U6 - https://doi.org/10.2370/9783844066951 N1 - Kooperative Promotion an der Universität der Bundeswehr München und an der OTH Regensburg PB - Shaker Verlag CY - Düren ER - TY - THES A1 - Finckh, Wolfgang T1 - Einfluss bauteilspezifischer Effekte auf die Bemessung von mit CFK-Lamellen verstärkten Stahlbetonbauteilen N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Tragverhalten von mit kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Lamellen (CFK-Lamellen) biegeverstärkten Betonbauteilen. Ein wesentlicher Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf dem Verbundverhalten aufgeklebter CFK-Lamellen und der damit verbundenen Verbundkraftübertragung am Bauteil. Dazu werden auf Grundlage von zahlreichen eigenen experimentellen Untersuchungen verschiedene bekannte Modelle miteinander kombiniert und um bauteilspezifische Effekte erweitert. Dadurch kann erstmals ein geschlossenes, realitätsnahes sowie vollständig mechanisch begründetes Bemessungsmodell für mit aufgeklebten CFK-Lamellen biegeverstärkte Betonbauteile angegeben werden. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass das so entwickelte Bemessungsmodell das Tragverhalten von zahlreichen Bauteilversuchen an unterschiedlichen statischen Systemen mit unterschiedlichsten Bauteilabmessungen und Bewehrungsführungen gut beschreiben kann. Aufbauend auf dem entwickelten Bemessungsmodell werden mithilfe von Simulationen auf der sicheren Seite liegende vereinfachte Ingenieurmodelle für eine schnelle und einfache Bemessung angegeben. Neben der Verbundkraftübertragung der aufgeklebten CFK-Lamellen, welche erstmals in Abhängigkeit der Bauteilverformungen und der Querkrafteinflüsse beschrieben wird, werden in der Arbeit auch das Querkrafttragverhalten, die Rissbildung sowie die Schnittgrößenumlagerung von mit aufgeklebten und in Schlitze ver- klebten CFK-Lamellen verstärkten Betonbauteilen betrachtet. Somit steht mit dieser Arbeit ein vollständiges Bemessungskonzept für mit CFK-Lamellen biegeverstärkten Betonbauteilen unter statischer Belastung zur Verfügung. Y1 - 2012 UR - https://mediatum.ub.tum.de/doc/1083989/1083989.pdf N1 - Technische Universität München, Dissertation CY - München ER - TY - THES A1 - Bulenda, Thomas T1 - Behandlung nichtlinearer Lösungspfade in der Statik mit Hybriden Krylov-Newton-Verfahren KW - Finite Elemente KW - Kurvenverfolgung KW - Nichtlinearität KW - Schalen KW - Stabilität KW - Strukturmechanik KW - Nichtlineares Phänomen KW - Krylov-Verfahren Y1 - 1993 N1 - Technische Universität München, Dissertation CY - München ER - TY - THES A1 - Maier, Johannes T1 - Entwicklung eines Haptisch und Visuell unterstützten Trainingssystems (HaptiVisT) für komplexe Knochenbohrungen in der minimalinvasiven Handchirurgie N2 - Eine gängige Operationsmethode, um Frakturen der menschlichen Hand nach einem Unfall zu korrigieren, ist eine Osteosynthese mit sogenannten Kirschnerdrähten (K-Drähten) zur Stabilisierung von Knochenfragmenten. Die Einführung dieser langen, dünnen und scharfen Drähte durch manuelles Bohren ist eine komplexe minimalinvasive Operation, bei der ein Chirurg nahezu ohne visuelle Orientierung und nur durch eine kleine Öffnung der Haut des Patienten arbeitet. Als Orientierungshilfe für die optimale Lage der K-Drähte bleibt dem Chirurgen lediglich eine zweidimensionale (2D)-Röntgendarstellung und das Ertasten von knöchernen Vorsprüngen auf der menschlichen Hand, um Verletzungen an Risikostrukturen (Nerven, Gefäße usw.), die im Weichteilgewebe der Hand eingebettet sind, zu vermeiden. Für eine sichere und fehlerfreie Durchführung einer K-Draht-Osteosynthese ist deswegen eine gründliche theoretische und praktische Ausbildung junger Chirurgen notwendig. Da traditionelle Trainingsmethoden zeitaufwendig, kostspielig, ethisch nicht korrekt und unzureichend realistisch sind, wird in dieser Arbeit ein innovativer, auf virtueller Realität (VR) basierender, Haptisch und Visuell unterstützter Trainingssimulator (HaptiVisT) für die Platzierung von K-Drähten entwickelt, der vor allem Handchirurgen mit Übungs- und Perfektionierungsbedarf dabei unterstützt, das Bohrverfahren in einer realistischen aber virtuellen Umgebung zu erlernen. Beim HaptiVisT-Prototypenaufbau werden reale Patientendaten segmentierter Volumendaten aus einer Computertomographie (CT) und einer Magnetresonanztomographie (MRT) im virtuellen, dreidimensionalen (3D) Raum auf einem 3D-Monitor visualisiert und für eine intuitive bimanuelle Haptik sowohl mit einem Kraftfeedback-Gerät für den Bohrprozess und einer 3D-gedruckten und optisch getrackten Phantomhand kombiniert. Die vorliegende Arbeit beschreibt zunächst alle verwendeten Hardwaregeräte, die C++-Softwareumgebung, aufgebaut auf Multithreading (gleichzeitige Ausführung mehrerer Anweisungsfolgen in einem Prozess), und die auf Oberflächen- und Volumenrendering basierte Visualisierung. Die Kollisionsdetektion zwischen Bohrer und Knochen im virtuellen Raum wird in zwei separate Ereignisse unterteilt: Kollisionen zwischen Objekten als Gesamtes (Simulation der Kollision über die gesamte Objektoberfläche) und Kollisionen zwischen einer K-Draht-Spitze und dem Knochenvolumen für die Entfernung kleiner Volumenelemente (Voxel). Das Herzstück des Trainingssystems bildet eine echtzeitfähige Bohrsimulation, die den gesamten Bohrprozess in eine endliche Anzahl logischer Unterprozesse gliedert und diese Zustände in einen endlichen Zustandsautomaten (FSM, engl.: Finite State Machine) zusammenfasst. Das Kraftfeedback während einer Bohrung wird mit sogenannten „Virtual Fixtures“ (abstrakten sensorischen Informationen) berechnet und über einen Haptikarm auf den Benutzer übertragen. Damit die Simulation der Realität entspricht, wird unter Zuhilfenahme eines experimentellen Aufbaus die reale Bohrgeschwindigkeit durch kortikale Knochen ermittelt. Anschließend werden ein Levelkonzept und alle im System verfügbaren Bohrunterstützungswerkzeuge, wie haptische Korridore als Goldstandard oder eine Röntgenbildsimulation, vorgestellt. Mit ihnen ist es möglich, ausgesuchte Operationsfälle in Level unterschiedlicher Schwierigkeit zu unterteilen und den Operationsvorgang qualitativ zu bewerten. Der 3D-Druck einer Phantomhand (realitätsnahe Nachbildung einer Patientenhand) mit realistischen haptischen Eigenschaften zum Ertasten von Knochenvorsprüngen wird über einen metamaterialbasierten Ansatz (Neuanordnung des Grundmaterials durch eine künstlich angelegte, sich wiederholende Struktur) realisiert, da das aktuell am Markt verfügbare 3D-Druckmaterial für den Druck menschlichen Weichteilgewebes zu hart ist. Die Echtzeitverfolgung der Phantomhand beruht auf einem mit einer Stereokamera optisch getrackten Marker in Form eines Dodekaeders (Körper mit zwölf Flächen). Abschließend wird das HaptiVisT-Gesamtsystem in drei und der 3D-Druck einer Phantomhand in zwei Expertenevaluationen ausführlich untersucht und ausgewertet. Das HaptiVisT-System versteht sich als notwendiges Komplement für den ersten und weltweit einzigen funktionsfähigen, kompakten Prototypen für virtuelle K-DrahtOsteosynthesen mit haptischen Kraftfeedback, der in Zukunft Chirurgen in Aus- und Weiterbildung an Kliniken oder Trainingszentren ein risikofreies, zeit- und ortsunabhängiges Training ermöglicht. Die Kernelemente dieser Arbeit sind: • Stereoskopische 3D-Darstellung von realen Patientendaten. • Bimanuelle Haptik aus haptischen Kraftfeedback des Bohrens verbunden mit einer optisch getrackten, haptisch korrekten und 3D-gedruckten Phantomhand. • Zuverlässige Kollisionsdetektion zwischen virtuellen Objekten als Grundlage für das Kraftfeedback und die Abtragung von Knochen. • Echtzeitfähige Bohrsimulation durch Reduzierung des Bohrprozesses auf logische Bohr-Teilprozesse kombiniert mit einer Virtual Fixtures basierten Kraftberechnung. Haptisch korrekte Phantome sind vor allem im medizinischen Training von hoher Relevanz und die Berechnung des Kraftfeedbacks beruht erstmals auf der performanten und stabilen Simulation von Bohr-Teilprozessen unter Verwendung von Virtual Fixtures. Der Prototyp wird von Experten durchgehend positiv bewertet und bietet nach deren Einschätzung einen hohen Mehrwert für das chirurgische Training. Zukünftige Arbeiten könnten den Lerneffekt durch das HaptiVisT-Trainingssystem in stichhaltigen Evaluationen mit jungen Medizinstudenten unter Vorhandensein einer Kontrollgruppe statistisch validieren. Bei Bestätigung dieses Lerneffekts ist eine Ausgründung als eigenständiges Unternehmen und Weiterentwicklung des Prototyps mit Ausweitung auf weitere chirurgische Bereiche wie Knie- oder Hüftchirurgie denkbar. Unter Zuhilfenahme von automatischer Segmentierung könnten in Zukunft akut zu behandelnde Brüche abgebildet, vorab einer tatsächlichen Operation geübt und anschließend komplikationslos unter reduzierter Operationszeit durchgeführt werden. KW - Medizinisches Trainingssystem KW - Virtual Reality KW - Minimalinvasive Handchirurgie Y1 - 2020 SN - 978-3-8440-7547-2 N1 - Titel verleihende Institution: Universität Regensburg PB - Shaker CY - Düren ER - TY - THES A1 - Gömmel, Roland T1 - Berücksichtigung unbewehrter pfahlartiger Tragglieder beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit N2 - Das Lastabtragungsverhalten und die Interaktion schlanker, unbewehrter, hydraulisch gebundener Tragglieder mit dem umgebenden Boden wird bei Nachweisen der Gesamtstandsicherheit mit bestehenden Bemessungsansätzen nicht zutreffend erfasst. Mit numerischen Modellierungen werden die Interaktion pfahlartiger Tragglieder mit dem umgebenden Boden sowie die daraus resultierenden Versagensmechanismen untersucht. Die Validierung des numerischen Modells erfolgt durch Nachrechnung von 1g-Modellversuchen. Das validierte Modell wird darauf für die Sensitivitätsanalyse und die Ableitung eines analytischen Modells genutzt. Mit dem analytischen Berechnungsansatz wird die Aktivierung der Bemessungswiderstände von pfahlartigen Traggliedern quantifiziert. Es werden Berechnungsmethoden zur Berücksichtigung der Bemessungswiderstände der pfahlartigen Tragglieder beim Nachweis der Gesamtstandsicherheit aufgezeigt. KW - Standsicherheit KW - Tragwerk KW - Bemessung KW - Numerisches Modell Y1 - 2019 SN - 978-3-8440-7045-3 PB - Shaker CY - Düren ER - TY - THES A1 - Weiss, Matthias T1 - Labor Market Effects of Technological Change and Working Time Reduction BT - Some Insights from a General Equilibrium Perspective Y1 - 2003 ER - TY - THES A1 - Romano, Marco T1 - Charakterisierung von gewebeverstärkten Einzellagen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Hilfe einer mesomechanischen Kinematik sowie strukturdynamischen Versuchen N2 - Die vorliegende Arbeit behandelt die analytische und numerische Identifikation einer mesomechanischen Kinematik in gewebeverstärkten Einzellagen sowie deren Validierung über die Strukturdynamik von flachen stabförmigen Probekörpern aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Unter der Voraussetzung, dass das wiederholte Wirken der Kinematik Energie dissipiert, trägt sie bei zyklischer viskoelastischer Deformation zusätzlich zur reinen viskoelastischen Werkstoffdämpfung in gewebeverstärkten Einzellagen bei. Die analytischen und numerischen Untersuchungen beschränken sich auf die Betrachtung des ebenen, zweidimensionalen Zusammenhangs einer vollständigen Ondulation bzw. einer repräsentativen Sequenz in Dickenrichtung. Zur Parameteridentifikation werden die geometrischen Abmessungen in definierten Schritten variiert. Dafür wird der Grad der Ondulation in gewebeverstärkten Einzellagen Õ=A/L als dimensionslose Kennzahl eingeführt. Zur Validierung der dämpfungserhöhenden Wirkung der in den analytischen und numerischen Untersuchung identifizierten mesomechanischen Kinematik in gewebeverstärkten Einzellagen werden in experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen frei abklingende Transversalschwingungen von einseitig fest eingespannten Probekörpern untersucht. Im Detail werden flache stabförmige Probekörper aus kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz mit Lagenaufbauten aus 0°-unidirektionalen und gewebeverstärkten Einzellagen untersucht. Die Ergebnisse der experimentellen strukturdynamischen Untersuchungen dienen schließlich der Validierung des analytischen Modells und der numerischen Berechnungen. Die dämpfungserhöhende Wirkung der identifizierten mesomechanischen Kinematik wird schließlich in Abhängigkeit des eingeführten Grades der Ondulation Õ quantifiziert. KW - faserverstärkte Kunststoffe KW - CFK KW - Mesomechanik KW - Leinwandgewebe KW - Köpergewebe 2/2 KW - Ondulation KW - Grad der Ondulation KW - Strukturdynamik KW - Dämpfung KW - Werkstoffdämpfung; KW - flache stabförmige Probekörper KW - Kragbalken Y1 - 2017 SN - 978-3-8440-5177-3 U6 - https://doi.org/10.2370/9783844051773 PB - Shaker CY - Aachen ER - TY - THES A1 - Putzer, Michael T1 - Development of subject-specific musculoskeletal models for studies of lumbar loading N2 - Anatomical differences between individuals are often neglected in musculoskeletal models, but they are necessary in case of subject-specific questions regarding the lumbar spine. A modification of models to each subject is complex and the effects on lumbar loading are difficult to assess. The objective of this thesis is to create a validated musculoskeletal model of the human body, which facilitates a subject-specific modification of the geometry of the lumbar spine. Furthermore, important parameters are identified in sensitivity studies and a case study regarding multifidus muscle atrophy after a disc herniation is conducted. Therefore, a generic model is heavily modified and a semi-automatic process is implemented. This procedure remodels the geometry of the lumbar spine to a subject-specific one on basis of segmented medical images. The resulting five models are validated with regard to the lumbar loading at the L4/L5 level. The influence of lumbar ligament stiffness is determined by changing the stiffness values of all lumbar ligaments in eleven steps during a flexion motion. Sensitivities of lumbar loading to an altered geometry of the lumbar spine are identified by varying ten lumbar parameters in simulations with each model in four postures. The case study includes an analysis of the loading of the multifidus muscle and of the lumbar discs throughout various stages of disc herniation. This time each model performs four motions with two different motion rhythms. The results indicate that lumbar motion and loading is dependent on lumbar ligament stiffness. Furthermore, subject-specific modelling of the lumbar spine should include at least the vertebral height, disc height and lumbar lordosis. The results of the case study suggest that an overloading of the multifidus muscle could follow disc herniation. Additionally, a subsequent atrophy of the muscles could expose adjacent levels to an increased loading, but these findings are highly dependent on the individual. KW - Lendenwirbelsäule KW - Geometrie KW - Lendenwirbelsäulenkrankheit KW - Computertomografie KW - Modell KW - Hochschulschrift Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-5924 N1 - Kooperative Promotion an der Fakultät Maschinenbau der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH.R) im Labor für Biomechanik (LBM) bei Prof. Dr.-Ing. Sebastian Dendorfer und Labor für Faserverbundtechnik (LFT) bei Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich ER - TY - THES A1 - Schubert, Martin J. W. T1 - Eindimensionale Modellierung von SOI MOSFETs Y1 - 1991 CY - Hamburg ER - TY - THES A1 - Ehrlich, Ingo T1 - Impactverhalten schwach gekrümmter Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen Y1 - 2004 UR - https://d-nb.info/973886102/34 CY - München ER - TY - THES A1 - Mohr, Christa T1 - Versorgungsrealität depressiver Patienten in einer psychiatrisch-psychotherapeutischen Klinik BT - eine Analyse der BADO der Jahre 1997 bis 2006 KW - Depression KW - Klinische Psychotherapie KW - Psychiatrische Versorgung Y1 - 2010 ER - TY - THES A1 - Raptis, Georgios T1 - Vertraulichkeit von medizinischen Daten in der Telematik-Infrastruktur - Sicherheitsanalyse unter Berücksichtigung von Aspekten der langfristigen Sicherheit KW - Medizinische Dokumentation KW - Telekommunikation KW - Datensicherheit Y1 - 2008 CY - Heidelberg ER -