TY - CHAP A1 - Schöpf, Nicolas ED - Reglin, Thomas ED - Schöpf, Nicolas T1 - Lernen im und mit dem Internet – Die WebQuest-Didaktik T2 - eLearning für die betriebliche Praxis . - (Wirtschaft und Bildung ; 30) Y1 - 2005 SN - 978-3-7639-3112-5 SP - 181 EP - 195 PB - Bertelsmann CY - Bielefeld ER - TY - CHAP A1 - Schöpf, Nicolas ED - Engel, Nicolas ED - Sausele-Bayer, Ines T1 - Lernen in Mikroorganisationen : Berufspädagogische Anmerkungen zu einem offenen Forschungsfeld T2 - Organisation : ein pädagogischer Grundbegriff (Erlanger Beiträge zur Pädagogik; 15) Y1 - 2014 UR - https://content.e-bookshelf.de/media/reading/L-2916742-3d390c5ca0.pdf SN - 978-3-8309-3060-0 SP - 185 EP - 200 PB - Waxmann CY - Münster; New York ER - TY - CHAP A1 - Rösl, Gerhard ED - Görgens, Egon ED - Ruckriegel, Karlheinz ED - Seitz, Franz T1 - Finanzielle Repression T2 - Europäische Geldpolitik : Theorie Empirie und Praxis. (UTB ; 8285). - (wisu-texte) Y1 - 2013 SN - 978-3-8252-8555-5 SP - 390 EP - 392 PB - UVK Lucius CY - Konstanz ET - 6 ER - TY - CHAP A1 - Braun, Carina N. A1 - Pundt, Leena ED - Goinger Kreis e.V., T1 - HR Standards für Diversity Management T2 - Zukunft Personal Beschäftigung : Zwischen Praxis und Innovation Unternehmen und Gesellschaft (Zukunft Personal & Beschäftigung) Y1 - 2015 SN - 978-3-658-09196-5 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-09196-5_7 SP - 111 EP - 116 PB - Springer Gabler CY - Wiesbaden ER - TY - CHAP A1 - Braun, Carina N. A1 - Klopprogge, Axel ED - Goinger Kreis e.V., T1 - Fachkräfte aus dem Ausland – Notwendigkeit und Hindernisse T2 - Zukunft Personal Beschäftigung : Zwischen Praxis und Innovation Unternehmen und Gesellschaft (Zukunft Personal & Beschäftigung) Y1 - 2015 SN - 978-3-658-09196-5 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-658-09196-5_10 SP - 143 EP - 162 PB - Springer Gabler CY - Wiesbaden 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 - BOOK A1 - Schultz, David A1 - Jain, Brijnesh T1 - Nonsmooth Analysis and Subgradient Methods for Averaging in Dynamic Time Warping Spaces N2 - Time series averaging in dynamic time warping (DTW) spaces has been successfully applied to improve pattern recognition systems. This article proposes and analyzes subgradient methods for the problem of finding a sample mean in DTW spaces. The class of subgradient methods generalizes existing sample mean algorithms such as DTW Barycenter Averaging (DBA). We show that DBA is a majorize-minimize algorithm that converges to necessary conditions of optimality after finitely many iterations. Empirical results show that for increasing sample sizes the proposed stochastic subgradient (SSG) algorithm is more stable and finds better solutions in shorter time than the DBA algorithm on average. Therefore, SSG is useful in online settings and for non-small sample sizes. The theoretical and empirical results open new paths for devising sample mean algorithms: nonsmooth optimization methods and modified variants of pairwise averaging methods. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.48550/arXiv.1701.06393 ER - TY - GEN A1 - Böhm, Tanja A1 - Lang, Laurenz A1 - Leusink, Florian A1 - Oberschmid, Diana T1 - KBE-Brückenwiderlager als nachhaltigere Alternativbauweise für Eisenbahnüberführungen T2 - 15. Tiefbaufachtagung VDEI, 12.02.2026, Radebeul N2 - Die zunehmende Beanspruchung des Schienennetzes und die Altersstruktur der Brücken im Netz der Deutschen Bahn erfordern künftig zahlreiche Ersatzneubauten. Bisherige Stahlbeton-Rahmenbauwerke, die oft mittels Querverschub eingebaut werden, verursachen jedoch hohe logistische Aufwendungen, lange Bauzeiten und erhebliche CO₂-Emissionen. In dieser Untersuchung wurden zwei Konzepte gegenübergestellt: ein konventionelles Rahmenbauwerk und eine Ausführung mit Widerlagern aus kunststoffbewehrter Erde (KBE) mit einem Stahltrog als Überbau-Fertigteil. Die Bemessung der KBE-Variante erfolgte nach aktueller Normung sowie den bahnspezifischen Richtlinien der DB im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. Die Ergebnisse belegen, dass das KBE-Widerlager alle relevanten Anforderungen der DB-Regelwerke erfüllt. Infolge ihrer duktilen Eigenschaften weisen KBE-Widerlager zudem geringere Relativsetzungen zum anschließenden Bahndamm auf als starre Betonbauwerke, wodurch Probleme am Übergang zwischen Erd- und Kunstbauwerk vermieden werden. Insgesamt stellen KBE-Brückenwiderlager eine technisch gleichwertige und in Teilen überlegene Alternative dar. Sie verbinden gute Gebrauchstauglichkeit und kurze Bauzeiten mit hoher Wirtschaftlichkeit. Die Reduktion von Stahlbetonmengen bietet zudem ein signifikantes Potenzial zur Senkung des CO₂-Ausstoßes, weshalb eine Etablierung der KBE-Bauweise als Standardbauweise im Netz der DB erstrebenswert ist.Die zunehmende Beanspruchung des Schienennetzes und die Altersstruktur der Brücken im Netz der Deutschen Bahn erfordern künftig zahlreiche Ersatzneubauten. Bisherige Stahlbeton-Rahmenbauwerke, die oft mittels Querverschub eingebaut werden, verursachen jedoch hohe logistische Aufwendungen, lange Bauzeiten und erhebliche CO₂-Emissionen. In dieser Untersuchung wurden zwei Konzepte gegenübergestellt: ein konventionelles Rahmenbauwerk und eine Ausführung mit Widerlagern aus kunststoffbewehrter Erde (KBE) mit einem Stahltrog als Überbau-Fertigteil. Die Bemessung der KBE-Variante erfolgte nach aktueller Normung sowie den bahnspezifischen Richtlinien der DB im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. Die Ergebnisse belegen, dass das KBE-Widerlager alle relevanten Anforderungen der DB-Regelwerke erfüllt. Infolge ihrer duktilen Eigenschaften weisen KBE-Widerlager zudem geringere Relativsetzungen zum anschließenden Bahndamm auf als starre Betonbauwerke, wodurch Probleme am Übergang zwischen Erd- und Kunstbauwerk vermieden werden. Insgesamt stellen KBE-Brückenwiderlager eine technisch gleichwertige und in Teilen überlegene Alternative dar. Sie verbinden gute Gebrauchstauglichkeit und kurze Bauzeiten mit hoher Wirtschaftlichkeit. Die Reduktion von Stahlbetonmengen bietet zudem ein signifikantes Potenzial zur Senkung des CO₂-Ausstoßes, weshalb eine Etablierung der KBE-Bauweise als Standardbauweise im Netz der DB erstrebenswert ist. Y1 - 2026 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-89072 CY - Radebeul ER - TY - CHAP A1 - Neidhart, Thomas T1 - Auswirkungen der zweiten Generation des Eurocode 7 auf die Bemessung von Stabilisierungssäulen T2 - 21. Erdbaufachtagung "Aktueller Stand der Technik im Erd- und Spezialtiefbau", 05.-06.02.2026, Leipzig N2 - In den aktuellen Regelwerken – insbesondere dem eingeführten EC 7 – werden Stabilisierungssäulen (StS) nicht direkt behandelt. Im kommenden Eurocode 7, Teil 3 (EC 7-3 neu), der als finaler Entwurf vorliegt, wurde nun ein Abschnitt 12 eingeführt, der Baugrundverbesserungen und StS umfasst. Aktuell wird an der deutschen Fassung des Eurocode 7, Teil 3 gearbeitet, die mit nicht widersprechenden, zusätzlichen nationalen Informationen, Angaben und Anhänge (NCI, NDP, NA) ergänzt wird, welche die Anwendung des Eurocode 7 -3 konkretisieren, ohne den europäischen Normentext in zu ändern oder zu widersprechen. Aufgrund des Inhaltes des neuen Eurocodes 7, Teil 3 wird die anstehende Einführung von deutliche Auswirkungen auf die bisherige Bemessung, Nachweisführung und Qualitätssicherung von StS haben, welche in der Praxis zu berücksichtigen sind. Kommentare und Anmerkungen des Arbeitskreises 2.8 Stabilisierungssäulen der DGGT konnten in den letzten Jahren an die jeweiligen Gremien weitergeleitet werden. Im Folgenden werden wichtige Änderungen und Neuerungen in den Normungen aufgezeigt und deren Auswirkungen erläutert. Y1 - 2026 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-89032 VL - 2026 ER - TY - JOUR A1 - Waas, Thomas A1 - Brockmann, R. A1 - Weise, Wolfram T1 - Deeply bound pionic states and the effective pion mass in nuclear systems JF - Physics Letters B N2 - We show that the s-wave pion-nuclear potential which reproduces the deeply bound pionic states in Pb, recently discovered at GSI, is remarkably close to the one constructed directly from low energy theorems based on chiral symmetry. Converting this information into an effective pion mass we find m:/m,, N 1.13 in the center of the Pb nucleus, and mi/m,, N 1.07 in symmetric nuclear matter. Y1 - 1997 U6 - https://doi.org/10.1016/S0370-2693(97)00643-6 N1 - Die Preprint-Version ist ebenfalls in diesem Repositorium verzeichnet unter: https://opus4.kobv.de/opus4-oth-regensburg/frontdoor/index/index/docId/7914 VL - 405 IS - 3;4 SP - 215 EP - 218 PB - Elsevier ER - TY - JOUR A1 - Dobler, Barbara A1 - Walter, Cornelia A1 - Knopf, Antje A1 - Fabri, Daniella A1 - Löschel, Rainer A1 - Polednik, Martin A1 - Schneider, Frank A1 - Wenz, Frederik A1 - Lohr, Frank T1 - Optimization of extracranial stereotactic radiation therapy of small lung lesions using accurate dose calculation algorithms JF - Radiation Oncology N2 - BACKGROUND The aim of this study was to compare and to validate different dose calculation algorithms for the use in radiation therapy of small lung lesions and to optimize the treatment planning using accurate dose calculation algorithms. METHODS A 9-field conformal treatment plan was generated on an inhomogeneous phantom with lung mimics and a soft tissue equivalent insert, mimicking a lung tumor. The dose distribution was calculated with the Pencil Beam and Collapsed Cone algorithms implemented in Masterplan (Nucletron) and the Monte Carlo system XVMC and validated using Gafchromic EBT films. Differences in dose distribution were evaluated. The plans were then optimized by adding segments to the outer shell of the target in order to increase the dose near the interface to the lung. RESULTS The Pencil Beam algorithm overestimated the dose by up to 15% compared to the measurements. Collapsed Cone and Monte Carlo predicted the dose more accurately with a maximum difference of -8% and -3% respectively compared to the film. Plan optimization by adding small segments to the peripheral parts of the target, creating a 2-step fluence modulation, allowed to increase target coverage and homogeneity as compared to the uncorrected 9 field plan. CONCLUSION The use of forward 2-step fluence modulation in radiotherapy of small lung lesions allows the improvement of tumor coverage and dose homogeneity as compared to non-modulated treatment plans and may thus help to increase the local tumor control probability. While the Collapsed Cone algorithm is closer to measurements than the Pencil Beam algorithm, both algorithms are limited at tissue/lung interfaces, leaving Monte-Carlo the most accurate algorithm for dose prediction. Y1 - 2006 U6 - https://doi.org/10.1186/1748-717X-1-45 VL - 1 PB - BMC ; Springer ER - TY - JOUR A1 - Zygmanski, Piotr A1 - Högele, Wolfgang A1 - Cormack, Robert A1 - Chin, Lee A1 - Löschel, Rainer T1 - A volumetric-modulated arc therapy using sub-conformal dynamic arc with a monotonic dynamic multileaf collimator modulation JF - Physics in medicine and biology N2 - We present a new dose delivery scheme utilizing sub-conformal dynamic arc (sub-CD-ARC) with a dynamic multileaf collimator (dMLC) modulation in a single rotation. In sub-conformal delivery, a MLC aperture conforms not to the whole target but to its portion, simultaneously completely avoiding organs at risk (OARs). In CD-ARC therapy, the dose deposition level depends on the target width and distance to the axis of rotation, and therefore the use of multiple arcs is necessary to achieve a uniform dose within the target in 3D. In our delivery scheme, the dose deposition variations symptomatic of non-modulating sub-CD-ARC are compensated for in 3D by a quasi-periodic monotonic dMLC modulation. For this reason, we call this scheme sub-conformal dynamic modulated arc (sub-CD-MARC) therapy. The advantage of using such a modulation is that MLC leaf motion has just a few control points, and that an inverse planning problem is reduced to a linear equation problem with a few unknown parameters, which have clear physical meaning. We show the general dosimetric properties of sub-CD-ARC and sub-CD-MARC for a specific geometry of the target and OARs (rotational symmetry with varying inner and outer radii along the axis of rotation). In addition, we present numerical results of sub-CD-MARC inverse planning optimization. Y1 - 2008 U6 - https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/22/009 VL - 53 IS - 22 SP - 6395 EP - 6417 PB - IOP Publishing ER - TY - JOUR A1 - Hoegele, W. A1 - Löschel, Rainer A1 - Zygmanski, Piotr T1 - An alternative VMAT with prior knowledge about the type of leaf motion utilizing projection method for concave targets JF - Medical physics N2 - The authors present an alternative approach to inverse planning optimization and apply it to volumetric modulated are therapy (VMAT) in one rotation with a prior knowledge about the type of leaf motions. The optimization is based on the projection theorem in inner product spaces. MLC motion is directly considered in the optimization, thus avoiding leaf segmentation characteristic of IMRT optimization. In this work they realize the method for concave irregular targets encompassing an organ at risk leading to a repetitive MLC motion pattern. Applying the projection theorem leads to a noniterative optimization method and reduces to solving few systems of linear equations with small numbers of dimensions. The solution of the inverse problem is unique, and false minima are naturally excluded. They divided the full rotation into about 50 short arc segments and for each segment decomposed dose into separate contributions related to stages of MLC motion. This results generally in an inverse problem with just four free parameters per arc segment. Practically three degrees of freedom will be used for the purpose of a constant angular speed of the gantry. Therefore the total number of degrees of freedom for a 3D problem is about 3 x 50 x number of collimator leaf pairs for irradiating the whole target volume in one rotation. Two 2D and one 3D concave target volumes are applied for a slice by slice optimization. A 6 MV photon beam model is used, including realistic scattering and attenuation, and a maximal leaf velocity of 3 cm/s is regarded. The resulting dose distributions cover the PTVs very well and have maxima at about 108% of dose in the PTVs. The OAR is spared very strong in all cases. As a result of optimization, the MLC apertures are repetitively opening and closing and can be interpreted in an intuitive way. Applying the projection method for this knowledge-based VMAT delivery scheme for concave target volumes is an alternative technique for dose optimization. There are several properties, such as uniqueness of MLC motions and their continuous dependence on geometry and prescribed dose, that make this approach interesting to inverse planning. This method is still in an investigational stage, but promising results are presented. In future work it will be extended directly (without conceptual changes) in several directions to be more clinically applicable. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1118/1.3173815 VL - 36 IS - 8 SP - 3764 EP - 3774 PB - American Association of Physicists in Medicine ER - TY - JOUR A1 - Dobler, Barbara A1 - Streck, Natalia A1 - Klein, Elisabeth A1 - Löschel, Rainer A1 - Haertl, Petra Maria A1 - Kölbl, Oliver T1 - Hybrid plan verification for intensity-modulated radiation therapy (IMRT) using the 2D ionization chamber array I'mRT MatriXX--a feasibility study JF - Physics in medicine and biology N2 - The 2D ionization chamber array I'mRT MatriXX (IBA, Schwarzenbruck, Germany) has been developed for absolute 2D dosimetry and verification of intensity-modulated radiation therapy (IMRT) for perpendicular beam incidence. The aim of this study is to evaluate the applicability of I'mRT MatriXX for oblique beam incidence and hybrid plan verification of IMRT with original gantry angles. For the assessment of angular dependence, open fields with gantry angles in steps of 10 degrees were calculated on a CT scan of I'mRT MatriXX. For hybrid plan verification, 17 clinical IMRT plans and one rotational plan were used. Calculations were performed with pencil beam (PB), collapsed cone (CC) and Monte Carlo (MC) methods, which had been previously validated. Measurements were conducted on an Elekta SynergyS linear accelerator. To assess the potential and limitations of the system, gamma evaluation was performed with different dose tolerances and distances to agreement. Hybrid plan verification passed the gamma test with 4% dose tolerance and 3 mm distance to agreement in all cases, in 82-88% of the cases for tolerances of 3%/3 mm, and in 59-76% of the cases if 3%/2 mm were used. Separate evaluation of the low dose and high dose regions showed that I'mRT MatriXX can be used for hybrid plan verification of IMRT plans within 3% dose tolerance and 3 mm distance to agreement with a relaxed dose tolerance of 4% in the low dose region outside the multileaf collimator (MLC). Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1088/0031-9155/55/2/N02 VL - 55 IS - 2 SP - N39 EP - N55 PB - IOP Publishing ER - TY - JOUR A1 - Hoegele, W. A1 - Löschel, Rainer A1 - Merkle, N. A1 - Zygmanski, Piotr T1 - An efficient inverse radiotherapy planning method for VMAT using quadratic programming optimization JF - Medical physics N2 - PURPOSE The purpose of this study is to investigate the feasibility of an inverse planning optimization approach for the Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) based on quadratic programming and the projection method. The performance of this method is evaluated against a reference commercial planning system (eclipse(TM) for rapidarc(TM)) for clinically relevant cases. METHODS The inverse problem is posed in terms of a linear combination of basis functions representing arclet dose contributions and their respective linear coefficients as degrees of freedom. MLC motion is decomposed into basic motion patterns in an intuitive manner leading to a system of equations with a relatively small number of equations and unknowns. These equations are solved using quadratic programming under certain limiting physical conditions for the solution, such as the avoidance of negative dose during optimization and Monitor Unit reduction. The modeling by the projection method assures a unique treatment plan with beneficial properties, such as the explicit relation between organ weightings and the final dose distribution. Clinical cases studied include prostate and spine treatments. The optimized plans are evaluated by comparing isodose lines, DVH profiles for target and normal organs, and Monitor Units to those obtained by the clinical treatment planning system eclipse(TM). RESULTS The resulting dose distributions for a prostate (with rectum and bladder as organs at risk), and for a spine case (with kidneys, liver, lung and heart as organs at risk) are presented. Overall, the results indicate that similar plan qualities for quadratic programming (QP) and rapidarc(TM) could be achieved at significantly more efficient computational and planning effort using QP. Additionally, results for the quasimodo phantom [Bohsung et al., "IMRT treatment planning: A comparative inter-system and inter-centre planning exercise of the estro quasimodo group," Radiother. Oncol. 76(3), 354-361 (2005)] are presented as an example for an extreme concave case. CONCLUSION Quadratic programming is an alternative approach for inverse planning which generates clinically satisfying plans in comparison to the clinical system and constitutes an efficient optimization process characterized by uniqueness and reproducibility of the solution. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1118/1.3671922 VL - 39 IS - 1 SP - 444 EP - 454 PB - American Association of Physicists in Medicine ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas A1 - Iseler, K. A1 - Sausele, I. T1 - Persistenz und Verschwinden. Pädagogische Organisationen im historischen Kontext JF - Zeitschrift für Soziologie der Erziehung und Sozialisation Y1 - 2007 SN - 1436-1957 VL - 27 IS - 4 SP - 442 EP - 447 PB - Beltz Juventa ER - TY - JOUR A1 - Zürner, Christian T1 - Religiöse Bildung in der säkularisierten Gesellschaft. Grundsatzüberlegungen mit Bezug auf den Philosophen Jürgen Habermas JF - Freies Christentum : auf der Suche nach neuen Wegen Y1 - 2007 SN - 0931-3834 VL - 59 IS - 3 SP - 67 EP - 69 ER - TY - JOUR A1 - Thieme, Dorothea A1 - Landenberger, M. T1 - Therapie der akuten tiefen Beinvenenthrombose - eine Literaturrecherche: Verbandtechniken im Vergleich JF - Pflegezeitschrift Y1 - 2009 VL - 62 IS - 4 SP - 206 EP - 209 ER - TY - JOUR A1 - Thieme, Dorothea A1 - Langer, G. A1 - Behrens, Johann T1 - Das Wissen Pflegender zur Kompressionstherapie - Studie zur Therapie der akuten tiefen Beinvenenthrombose JF - Pflegezeitschrift Y1 - 2009 VL - 62 IS - 5 SP - 296 EP - 301 ER - TY - JOUR A1 - Thieme, Dorothea A1 - Langer, G. A1 - Behrens, Johann T1 - Befragung Pflegender zur Kompressionstherapie bei akuter tiefer Beinvenenthrombose JF - Pflegezeitschrift Y1 - 2010 VL - 63 IS - 3 SP - 162 EP - 167 ER - TY - JOUR A1 - Zürner, Christian T1 - ... geheimnisvolle Dinge, die ich in Worten nicht aufsetzen kann : Ästhetik in der religiösen Bildung JF - Evangelische Aspekte Y1 - 2006 VL - 16 IS - 1 SP - 27 EP - 30 ER - TY - JOUR A1 - Zürner, Christian T1 - Auf der Suche nach Identität… JF - Arnoldshainer Akzente : Nachrichten aus der Evangelischen Akademie Y1 - 2009 SN - 0934-7119 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Schöpf, Nicolas T1 - Mit Kompetenzpässen die Talente ihrer Mitarbeiter kennen und entwickeln JF - Personal im Fokus Y1 - 2013 IS - 8 SP - 30 EP - 32 ER - 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 - 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 -