TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Grenzkontrollen. Erleichtert die Öffnung von Bildungswegen kontinuierliches Lernen? JF - Berufs- und Wirtschaftspädagogik Online N2 - "Individuelle Bildungsverläufe sind nur zu einem Teil das Ergebnis aktiver persönlicher Planung und Steuerung. Oftmals sind sie das Resultat von Selektion, systemischen Schranken und Abschottungen zwischen Teilen des Bildungssystems. Die Grenzen, die es auf individuellen Bildungspfaden zu überschreiten gilt, sind vielfältig: Sie existieren zwischen Jahrgangsklassen, zwischen Grund- und weiterführenden Schulen bis hin zur Hochschule oder zwischen Übergangssystem, beruflicher und akademischer Bildung. Gegenwärtig verbindet sich insbesondere mit Ansätzen der Europäisierung der Aus- und Weiterbildung die Hoffnung, Bildungswege zu öffnen und damit die Möglichkeiten lebenslanges Lernen zu erweitern: Die Rede ist dabei von einer Verbesserung der transnationalen Mobilität der Lernenden und der Durchlässigkeit nationaler Bildungssysteme. Es geht dabei also um die Anerkennung von Lernergebnissen, die im Ausland erzielt wurden, und ihre Anrechnung auf deutsche Bildungsgänge und um die Anerkennung und Anrechnung von Lernergebnissen zwischen Subsystemen der Bildung in Deutschland. Die Debatte um Durchlässigkeit macht dabei auf mehrere Aspekte aufmerksam: Die Frage, unter welchen Gesichtspunkten Anerkennung diskutiert wird, verweist unter anderem auf das klassische Verhältnis von Qualifizierung und Bildung, von Speziellem und Allgemeinem der Bildung. Damit verknüpft stellt sich zudem die Frage, inwieweit auch das Thema Durchlässigkeit eine Rolle für Entwicklungen spielt, die gegenwärtig als Neuvermessung des Bildungssystems diskutiert werden." (Autorenreferat; BIBB-Doku). KW - Anerkennung KW - Anrechnung KW - Auslandsaufenthalt KW - Berufsbildungssystem KW - Bildungsabschluss KW - Bildungssystem KW - Durchlässigkeit KW - Mobilität Y1 - 2010 UR - http://www.bwpat.de/ausgabe18/schoepf_bwpat18.pdf SN - 0945-3164 IS - 18 PB - bwp ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Der Qualifikationsrahmen als Weg in mehr Wettbewerb? Potenziale und Herausforderungen europäischer Bildungspolitik für die Erwachsenenbildung JF - DIE-Zeitschrift für Erwachsenenbildung N2 - Der vorliegende Beitrag sondiert Potenziale und Gefährdungen, die für die Erwachsenenbildung aus dem Prozess der Europäisierung von Bildungspolitik resultieren. Die zugehörigen strukturellen Wirkmechanismen im Spannungsfeld von Kooperation und Konkurrenz belegt der Text am Beispiel des Europäischen Qualifikationsrahmens (EQR). Mit dem Zweck einer besseren Vergleichbarkeit von Bildungssystemen und Bildungsgängen geht vom EQR unweigerlich der Impuls zu mehr Wettbewerb einher, international wie national. Der Autor ordnet diese Dynamik in die übergreifenden bildungspolitischen Prozesse ein, die mit Bolgna, Lissabon und Kopenhagen assoziiert werden. KW - Auswirkung KW - Bildungspolitik KW - Europa KW - Europäischer Qualifikationsrahmen KW - Kompetenz KW - Leistungsmessung KW - Qualifikation KW - Weiterbildung Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.3278/DIE1002W045 SN - 0945-3164 IS - 2 SP - 45 EP - 48 PB - Bertelsmann CY - Bielefeld ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Stiefkind Weiterbildung? Anmerkungen zur Diskussion um die Europäisierung der Berufsbildung JF - Wirtschaft und Berufserziehung : W & B ; Zeitschrift für Berufsbildung und Bildungspolitik N2 - ECVET wird gegenwärtig hauptsächlich im Zusammenhang mit der Verbesserung und Flexibilisierung des Ausbildungssystems diskutiert, während die berufliche Weiterbildung noch eine untergeordnete Rolle spielt. Der Beitrag beleuchtet Anknüpfungspunkte und Handlungsfelder für die berufliche Weiterbildung. Als Handlungsfelder rücken Transparenz und Vergleichbarkeit der Weiterbildungsergebnisse und Transparenz und Vergleichbarkeit ausländischer Qualifikationen in den Blick. ECVET könnte heterogene Prozesse der Weiterbildung angesichts standardisiert beschriebener Lernergebnisse vergleichbar und erzielte Kompetenzen über regionale und trägerbezogene Grenzen hinweg verwertbar machen. (BIBB-Doku). KW - Berufsausbildung KW - Berufsbildung KW - Europäische Union KW - Kreditpunktesystem KW - Lernergebnis KW - Lernergebnisorientierung KW - Weiterbildung Y1 - 2009 SN - 0341-339X VL - 61 IS - 10 SP - 28 EP - 30 PB - Ziel CY - Augsburg ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Lernergebnisse – Schlüssel für die Verständigung in Europa? Perspektiven für die Erwachsenen- und Weiterbildung JF - Bildung für Europa : Journal der Nationalen Agentur beim Bundesinstitut für Berufsbildung Y1 - 2011 SN - 1616-5837 IS - 15 SP - 33 EP - 34 PB - Nationale Agentur beim Bundesinstitut für Berufsbildung ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Die Qual der Wahl. Fragen der Weiterbildungsorganisation und des Einsatzes von eLearning in Unternehmen JF - IT-Mittelstand Y1 - 2005 IS - 12 SP - 54 EP - 58 PB - MEDIENHAUS Verlag GmbH ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Anstöße aus Europa JF - Personal Y1 - 2009 IS - 4 SP - 18 EP - 20 ER - TY - CHAP A1 - Griesberger, Philipp A1 - Leist, Susanne A1 - Zellner, Gregor T1 - Analysis of techniques for business process improvement T2 - 19th European Conference on Information Systems, ECIS 2011, Helsinki, Finland, June 9-11, 2011 N2 - This paper is about identifying and analyzing techniques that can be used in a business process improvement (BPI) situation. To determine suitable techniques, the term BPI is defined and criteria are derived to analyze the usability of the selected techniques. Over 300 techniques from various improvement methods were reduced to those techniques which can be applied to help improve business processes and, in particular, to support the act of improvement. Identifying these techniques is helpful, because in most cases the act of improvement is a black box that lacks guidelines or structured procedures. In our research we developed an evaluation scheme to analyze the usability of BPI techniques and give hints about how to select a suitable technique for a certain improvement situation. Y1 - 2011 UR - https://www.researchgate.net/publication/221408836_Analysis_of_techniques_for_business_process_improvement ER - TY - JOUR A1 - Heinrich, Bernd A1 - Zellner, Gregor A1 - Leist, Susanne T1 - Service integrators in business networks - The importance of relationship values JF - Electronic Markets N2 - To realise the potentials of CRM (customer relationship management), relationship-specific processes need to be designed and implemented in companies. This is all the more important and complicated in business networks where two or more actors collaborate to serve the customers. A good collaboration within business networks is the basis for understanding the customer process and identifying customer needs. But, even in these days of customer orientation, transaction orientation is still a matter of strong interest, and the following questions remain to be answered: What is the difference between relationship-oriented processes and transaction-oriented processes, and how can relationship-oriented processes be designed for a business network? The authors give first answers to both questions by using a systematic, goal-oriented specialisation of generic actions. To give an example, one relationship-oriented process will be designed and specified for a certain customer process in the course of this paper. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1007/s12525-011-0075-x VL - 21 IS - 4 SP - 215 EP - 235 PB - Springer ER - TY - JOUR A1 - Hoegele, W. A1 - Löschel, Rainer A1 - Dobler, Barbara A1 - Hesser, J. A1 - Kölbl, Oliver A1 - Zygmanski, Piotr T1 - Stochastic formulation of patient positioning using linac-mounted cone beam imaging with prior knowledge JF - Medical physics N2 - PURPOSE In this work, a novel stochastic framework for patient positioning based on linac-mounted CB projections is introduced. Based on this formulation, the most probable shifts and rotations of the patient are estimated, incorporating interfractional deformations of patient anatomy and other uncertainties associated with patient setup. METHODS The target position is assumed to be defined by and is stochastically determined from positions of various features such as anatomical landmarks or markers in CB projections, i.e., radiographs acquired with a CB-CT system. The patient positioning problem of finding the target location from CB projections is posed as an inverse problem with prior knowledge and is solved using a Bayesian maximum a posteriori (MAP) approach. The prior knowledge is three-fold and includes the accuracy of an initial patient setup (such as in-room laser and skin marks), the plasticity of the body (relative shifts between target and features), and the feature detection error in CB projections (which may vary depending on specific detection algorithm and feature type). For this purpose, MAP estimators are derived and a procedure of using them in clinical practice is outlined. Furthermore, a rule of thumb is theoretically derived, relating basic parameters of the prior knowledge (initial setup accuracy, plasticity of the body, and number of features) and the parameters of CB data acquisition (number of projections and accuracy of feature detection) to the expected estimation accuracy. RESULTS MAP estimation can be applied to arbitrary features and detection algorithms. However, to experimentally demonstrate its applicability and to perform the validation of the algorithm, a water-equivalent, deformable phantom with features represented by six 1 mm chrome balls were utilized. These features were detected in the cone beam projections (XVI, Elekta Synergy) by a local threshold method for demonstration purposes only. The accuracy of estimation (strongly varying for different plasticity parameters of the body) agreed with the rule of thumb formula. Moreover, based on this rule of thumb formula, about 20 projections for 6 detectable features seem to be sufficient for a target estimation accuracy of 0.2 cm, even for relatively large feature detection errors with standard deviation of 0.5 cm and spatial displacements of the features with standard deviation of 0.5 cm. CONCLUSIONS The authors have introduced a general MAP-based patient setup algorithm accounting for different sources of uncertainties, which are utilized as the prior knowledge in a transparent way. This new framework can be further utilized for different clinical sites, as well as theoretical developments in the field of patient positioning for radiotherapy. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1118/1.3532959 VL - 38 IS - 2 SP - 668 EP - 681 PB - American Association of Physicists in Medicine ER - TY - JOUR A1 - Heckner, Markus A1 - Schneidermeier, Tim A1 - Hastreiter, Isabella A1 - Wolff, Christian T1 - Der Newbie, der Fortgeschrittene und der Power-User. Warum es nicht reicht, “einfach mal die Nutzer zu fragen” JF - i-com N2 - Innerbetriebliche Software entwickelt sich häufig über Jahre hinweg inkrementell weiter, sammelt so Schritt für Schritt Funktionen an und verliert an Übersichtlichkeit. Soll diese Software hinsichtlich ihrer Gebrauchstauglichkeit optimiert werden, müssen aus Sicht eines externen Usability-Beraters zunächst die Domäne des Kunden verstanden und die Arbeitsprozesse analysiert werden. In der Analyse muss insbesondere der Umgang unterschiedlicher Nutzergruppen mit der Software berücksichtigt werden, um fundierte Neuvorschläge in einem Redesign erarbeiten zu können. In diesem Erfahrungsbericht beschreiben wir anhand eines konkreten Praxisbeispiels Eigenschaften von Nut-zergruppen und deren Einfluss auf die Analyse, und warum es nicht reicht, die Nutzer „einfach mal zu fragen, wie sie die Software denn finden". Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1524/icom.2012.0038 VL - 11 IS - 3 SP - 47 EP - 50 PB - DeGruyter 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 -