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Mathematik 1 Beweisaufgaben
(2020)
Die Beweisaufgabensammlung richtet sich an angehende Ingenieure, die die im Rahmen einer Mathematik 1-Vorlesung eingeführten Formeln nicht nur anwenden, sondern selbst herleiten wollen. Zur Unterstützung dienen neben ausführlichen Lösungen die in einem Extrakapitel angegebenen Lösungshinweise: halbfertige Skizzen, Teilergebnisse, Nennung der Beweismethode oder eine Auflistung der relevanten Gleichungen. Bei umfangreicheren Herleitungen ist eine Aufteilung in mehrere Aufgaben vorgenommen worden. Für die 2. Auflage wurden 45 weitere Beweisaufgaben aufgenommen, viele aus dem Bereich der Geometrie, z.B. der Höhensatz des Euklid, Abstandsformeln oder ein Vergleich der verschiedenen Darstellungsarten einer Ebene. Neben der pq-Formel wird nun auch die abc-Formel hergeleitet, die Potenzgesetze werden durch Wurzelgesetze komplettiert, und es wird bewiesen, dass die Kubikwurzel sogar im Sattelpunkt streng monoton steigt. Es wird diskutiert, warum man 0 hoch 0 zu eins definieren sollte, die verschiedenen Darstellungsformen einer Parabel ineinander überführt und gezeigt, woher das Newton-Verfahren kommt.
Die Beweise werden ergänzt durch zwei Formelsammlungen, mit denen sich eine typische Mathematik 1-Klausur lösen lässt. Die Gleichungen und Regeln der Lern-Formelsammlung sind von so elementarer Bedeutung, dass sie jeder Ingenieurstudent auswendig können sollte. Formeln und Lösungsstrategien, die aufgrund ihres etwas anspruchsvolleren Inhalts nicht jeder im Kopf haben muss, finden sich in der Klausur-Formelsammlung.
Statik Verständnisaufgaben
(2021)
Dieses Buch ist ein Lehrbuch, allerdings kein klassisches. Es gibt keine seitenlangen Erklärungen, stattdessen wird die Theorie in Form von Aufgaben eingeführt. Wichtige Formeln und Zusammenhänge wie die Schwerpunktsformeln, die Beziehung zwischen Biegemoment und Querkraft oder die Euler-Eytelwein-Formel können anhand von halbfertigen Skizzen und anderen Lösungs\-hinweisen selbst hergeleitet werden. Zum besseren Verständnis tragen auch die vielen Kontrollfragen zu grundlegenden Prinzipien und Fachbegriffen bei. Beispielsweise soll anhand einer an einem Seil hängenden Kiste der Unterschied zwischen dem Wechselwirkungsprinzip und einer Gleichgewichtsbedingung erläutert werden, oder man soll angeben, wie die abgebildeten Lager heißen: Loslager, Festlager oder doch eine feste Einspannung? Dieses Buch ist auch ein Übungsbuch, eines mit vielen Hilfestellungen. Aufgaben werden abgewandelt oder sollen auf unterschiedlichen Wegen gelöst werden, um ein Gefühl für die optimale Herangehensweise entwickeln zu können. Über allem steht das große Ziel, Studierende von Ingenieurstudiengängen bestmöglich auf die Statik-Prüfung vorzubereiten.
Die Verständnisaufgaben werden ergänzt durch zwei Formelsammlungen, mit denen sich eine Statik-Klausur lösen lässt. Die Gleichungen und Regeln der Lern-Formelsammlung sind von so elementarer Bedeutung, dass sie jeder Ingenieurstudent auswendig können sollte. Formeln und Lösungsstrategien, die aufgrund ihres etwas anspruchsvolleren Inhalts nicht jeder im Kopf haben muss, finden sich in der Klausur-Formelsammlung.
Mathematik Beweisaufgaben
(2016)
Dieses Buch verfolgt das Ziel, Studierende bestmöglich auf die Festigkeitslehre-Klausur vorzubereiten. Eine zentrale Rolle spielt dabei das in den Statik Verständnisaufgaben eingeführte didaktische Konzept: Die Theorie wird nicht einfach nur erklärt, sondern in Form von Aufgaben präsentiert. Bei Herleitungen ist der Lösungsweg einschließlich der erforderlichen Skizzen vorgegeben, um den Blick auf die wichtigen Details lenken zu können. Übungsaufgaben werden variiert, bei Bedarf in Teilaufgaben zerlegt und zu Beginn eines neuen Themas mit vielen Hinweisen versehen. Abgerundet werden die Verständnisaufgaben durch Kontrollfragen zu grundlegenden Prinzipien, Konventionen und Fachbegriffen. Neben ausführlichen Lösungen, die in der Regel über die reine Beantwortung der Frage hinausgehen und auf die kommenden Themen vorbereiten sollen, gibt es ein eigenes Kapitel mit Lösungshinweisen. Wer nicht von allein auf den Lösungsansatz kommt, der muss nicht in der Lösung spicken, sondern kann sich zunächst die ein oder andere Anregung geben lassen.
Ergänzt werden die Verständnisaufgaben durch zwei Formelsammlungen. Der Inhalt der Lern-Formelsammlung kann als das kleine Einmaleins der Festigkeitslehre angesehen werden und muss spätestens bei der Prüfung abrufbereit sein. Anspruchsvollere Formeln finden sich in der Klausur-Formelsammlung, ein klassisches Nachschlagewerk, das in dieser und ähnlicher Form bei vielen Prüfungen zum Einsatz kommt.
Mathematik 2 Beweisaufgaben
(2019)
Der zweite Band der Beweisaufgabensammlung richtet sich an angehende Ingenieure und Naturwissenschaftler, die die im Rahmen einer Mathematik 2-Vorlesung behandelten Formeln nicht nur anwenden, sondern selbst herleiten wollen. Bei der Zusammenstellung des Inhalts wurde großer Wert auf Vollständigkeit gelegt, weshalb sich die Beweise hinsichtlich Umfang und Schwierigkeitsgrad mitunter sehr deutlich voneinander unterscheiden. Um die Herleitung der auf Lern- und Klausur-Formelsammlung aufgeteilten mathematischen Gleichungen und Regeln zu erleichtern, wird eine Dreiteilung der Beweise in Aufgabe, Lösungshinweis und Lösung vorgenommen. Umfangreichere Herleitungen sind in Teilaufgaben zerlegt und anspruchsvollere Beweise durch Sternchen bzw. durch Sterne kenntlich gemacht.
Bei der Auslegung von geschraubten Stirnplattenstößen mit elastomerer Trennschicht dürfen gemäß Eurocode 3 lediglich die Flansche für eine Übertragung der Schnittgrößen berücksichtigt werden. Unsere Untersuchungen zeigen, dass auch die Stege für eine Bemessung herangezogen werden sollten. Sie tragen zu einer gleichmäßigeren Spannungsverteilung im Elastomerlager bei und erlauben somit höhere Belastungen bei gleichbleibenden Abmessungen.
Basis der FE-Analysen sind ein- und zweiachsige Zug- und Druckversuche, die das komplexe Materialverhalten der elastomeren Trennschicht erfassen. Die Übereinstimmung von Messung und Simulation ist sehr gut, was insbesondere auf das verwendete Materialgesetz zurückzuführen ist: ein nicht-linear viskoelastischer Ansatz in Kombination mit dem hyperelastischen Marlow-Modell.
Es hat sich herausgestellt, dass der Reibungskoeffizient und die Querkontraktionszahl des Elastomerlagers maßgeblich das Tragverhalten der geschraubten Stirnplattenstöße beeinflussen.
For the standard ISO 16842 cruciform test specimen, stresses obtained from the gauge area are far below the ultimate tensile strength due to high stress concentrations at the slit ends which lead to premature failure. Objective: To introduce a new cruciform specimen design which has been optimized with respect to the determination of yield surfaces. Methods: The proposed design differs from the ISO standard by an additional thinning of the gauge area and wider slits in the arms to avoid stress singularities. Compared to other cruciform test piece designs found in the literature, the stress distribution is still homogeneous and there is no need to reduce the size of the gauge area, thanks to the specimen’s well-balanced proportions. Results: Biaxial tensile tests have been conducted with aluminium 5754 alloy samples of different thicknesses. For the standard cruciform test piece, the maximum strain achieved at the gauge area is only 25% of the fracture strain. The optimized cruciform test piece can attain about 66% of the fracture strain before breaking. Conclusions: The optimized specimen design enables the measurement of yield surfaces at higher stress levels. In case of other materials such as elastomers, the slit length has be to adjusted accordingly.
The applicability of finite elements for molecular dynamic simulations depends on both the structure’s dimensions and the underlying force field type. Shell and continuum elements describe molecular structures only in an average sense, which is why they are not subject of this paper. In contrast, truss and beam elements are potentially attractive candidates when it comes to accurately reproducing the atomic interactions. However, special considerations are required for force fields that use not only two-body, but also multi-body potentials. For the example of bending and torsion energies it is shown how standard beam element models have to be extended to be equivalent to classical molecular dynamic simulations.
Rubber materials are characterized by a variety of inelasticities such as softening behavior, hysteresis loops and permanent set. In order to calculate the inelastic material behavior, constitutive models, that describe rubber as a homogeneous continuum, have to make use of damping or friction elements.
On the nanoscale, there is no need to adopt such rheological models. Inelastic material behavior can be explained and simulated by a continuous rearrangement of bonds, in particular, the van der Waals interactions, and by the polymer chains transitioning between cis and trans equilibrium torsion angles. The discrete molecular dynamics simulations presented in this paper are performed in an explicit FEM environment using nonlinear but elastic force field potentials. From a structural mechanics point of view, topological changes of the polymer network can be interpreted as a sequence of local material instability problems due to negative tangential bond stiffnesses.
In order to obtain representative results within reasonable computational time, the model is optimized with respect to the number of atoms and the loading velocity. It is shown that by increasing the model size, the stress–strain curves become independent of both the atoms initial state and the strain amplitudes.
Instabilities of the interface between two thin liquid films under DC electroosmotic flow are investigated using linear stability analysis followed by an asymptotic analysis in the long-wave limit. The two-liquid system is bounded by two rigid plates which act as substrates. The Boltzmann charge distribution is considered for the two electrolyte solutions and gives rise to a potential distribution in these liquids. The effect of van der Waals interactions in these thin films is incorporated in the momentum equations through the disjoining pressure. Marginal stability and growth rate curves are plotted in order to identify the thresholds for the control parameters when instabilities set in. If the upper liquid is a dielectric, the applied electric field can have stabilizing or destabilizing effects depending on the viscosity ratio due to the competition between viscous and electric forces. For viscosity ratio equal to unity, the stability of the system gets disconnected from the electric parameters like interface zeta potential and electric double-layer thickness. As expected, disjoining pressure has a destabilizing effect, and capillary forces have stabilizing effect. The overall stability trend depends on the complex contest between all the above-mentioned parameters. The present study can be used to tune these parameters according to the stability requirement.
This paper evaluates the implementation of Medium Access Control (MAC) protocols suitable for massive access connectivity in 5G multi-service networks. The access protocol extends multi-packet detection receivers based on Physical Layer Network Coding (PLNC) decoding and Coded Random Access protocols considering practical aspects to implement one-stage MAC protocols for short packet communications in mMTC services. Extensions to enhance data delivery phase in two- stage protocols are also proposed. The assessment of the access protocols is extended under system level simulations where a suitable link to system interface characterization has been taken into account.
Acoustic waves are investigated which are guided at the edge (apex line) of a wedge-shaped elastic body or at the edge of an elastic plate. The edges contain a periodic sequence of modifications, consisting either of indentations or inclusions with a different elastic material which gives rise to high acoustic mismatch. Dispersion relations are computed with the help of the finite element method. They exhibit zero-group velocity points on the dispersion branches of edge-localized acoustic modes. These special points also occur at Bloch-Floquet wavenumbers away from the Brillouin zone boundary. Deep indentations lead to flat branches corresponding to largely non-interacting, Einstein-oscillator like vibrations of the tongues between the grooves of the periodic structure. Due to the nonlinearity of the elastic media, quantified by their third-order elastic constants, an acoustic mode localized at a periodically modified edge generates a second harmonic which partly consists of surface and plate modes propagating into the elastic medium in the direction vertical to the edge. This acoustic radiation at the second-harmonic frequency is investigated for an elastic plate and a truncated sharp-angle wedge with periodic inclusions at their edges. Unlike nonlinear bulk wave generation by surface acoustic waves in an interdigital structure, surface and plate mode radiation by edge-localized modes can be visualized directly in laser-ultrasound experiments.
Oxidation of the nickel electrode is a severe aging mechanism of solid oxide fuel cells (SOFC) and solid oxide electrolyzer cells (SOEC). This work presents a modeling study of safe operating conditions with respect to nickel oxide formation. Microkinetic reaction mechanisms for thermochemical and electrochemical nickel oxidation are integrated into a 2D multiphase model of an anode‐supported solid oxide cell. Local oxidation propensity can be separated into four regimes. Simulations show that the thermochemical pathway generally dominates the electrochemical pathway. As a consequence, as long as fuel utilization is low, cell operation considerably below electrochemical oxidation limit of 0.704 V is possible without the risk of reoxidation.
Multi-phase management is crucial for performance and durability of electrochemical cells such as batteries and fuel cells. In this paper we present a generic framework for describing the two-dimensional spatiotemporal evolution of gaseous, liquid and solid phases, as well as their interdependence with interfacial (electro-)chemistry and microstructure in a continuum description. The modeling domain consists of up to seven layers (current collectors, channels, electrodes, separator/membrane), each of which can consist of an arbitrary number of bulk phases (gas, liquid, solid) and connecting interfaces (two-phase or multi-phase boundaries). Bulk and interfacial chemistry is described using global or elementary kinetic reactions. Multi-phase management is coupled to chemistry and to mass and charge transport within bulk phases. The functionality and flexibility of this framework is demonstrated using four application areas in the context of post-lithium-ion batteries and fuel cells, that is, lithium-sulfur (Li-S) cells, lithium-oxygen (Li-O) cells, solid oxide fuel cells (SOFC) and polymer electrolyte membrane fuel cells (PEFC). The results are compared to models available in literature and properties of the generic framework are discussed.
The lifetime and performance of solid-oxide fuel cells (SOFC) and electrolyzer cells (SOEC) can be significantly degraded by oxidation of nickel within the electrode and support structures. This paper documents a detailed computational model describing nickel oxide (NiO) formation as a growing film layer on top of the nickel phase in Ni/YSZ composite electrodes. The model assumes that the oxidation rate is controlled by transport of ions across the film (Wagner's theory). The computational model, which is implemented in a two-dimensional continuum framework, facilitates the investigation of alternative chemical reaction and transport mechanisms. Model predictions agree well with a literature experimental measurement of oxidation-layer growth. In addition to providing insight in interpreting experimental observations, the model provides a quantitative predictive capability for improving electrode design and controlling operating conditions.
The formation of secondary phases in the porous electrodes is a severe mechanism affecting the lifetime of solid oxide fuel cells (SOFC). It can occur via various chemical mechanisms and it has a significant influence on cell performance due to pore clogging and deactivation of active surfaces and triple-phase boundary (TPB). We present a modeling and simulation study of nickel oxide formation (reoxidation) and carbon formation (coking) within the SOFC anode. We use a 2D continuum model based on a multi-phase framework [Neidhardt et al., J. Electrochem. Soc., 159, 9 (2012)] that allows the introduction of arbitrary solid phases (here: Ni, YSZ, NiO, Carbon) plus gas phase. Reactions between the bulk phases are modeled via interface-adsorbed species and are described by an elementary kinetic approach. Published experimental data are used for parameterization and validation. Simulations allow the prediction of cell performance under critical operation conditions, like (i) a non-fuel operation test, where NiO formation is taking place (Figure 1a), or (ii) an open circuit voltage (OCV) stability test under hydrocarbon atmosphere, where solid carbon is formed (Figure 1b). Results are applied for enhanced interpretation of experimental data and for prediction of safe operation conditions.
Durch den technischen Fortschritt werden sowohl die diagnostischen, als auch die therapeutischen Medizinprodukte immer komplexer. Gleichzeitig steigt auch der Funktionsumfang an, wodurch Krankheiten besser erkannt und behandelt werden können. Dabei muss das Gerät nicht nur funktional effektiv und sicher sondern auch einfach und intuitiv zu bedienen sein.
Aus diesem Grund muss beim Hersteller als letztes Glied des Entwicklungsprozesses die Produktvalidierung erfolgen. Um diese nach der erfolgreichen Verifizierung vollständig und effizient durchzuführen, wird in dieser Thesis zunächst die Datenanalyse der klinischen Bewertung aufgezeigt. Anschließend werden die Aufgabenanalyse und der Gebrauchstauglichkeitstest mit der Bewertung durch einen Fragebogen als Methoden der Usability-Validierung vorgestellt. Außerdem schließt die Produktvalidierung die Validierung der Lastenheftanforderungen mit ein, was mit Hilfe einer Dokumentenanalyse abgeprüft wird. Abschließend wird die Produktvalidierung in einem Dokument zusammengefasst und die Validität erklärt.
Zur Umsetzung der Validierungen werden am Beispiel eines mobilen EKG-Systems regularienkonforme Validierungsdokumente erörtert.
Microservice- und andere service-basierte Architekturen wurden im Laufe der Jahre immer beliebter und große Unternehmen steigen zunehmend auf solche Architekturen um. Einige Unternehmen scheitern aber an der Entwicklung und Umsetzung dieser Architekturen, da zu wenig Zeit investiert wird.
Das Ziel dieser Thesis ist es, ein Konzept zur Umsetzung einer Microservice Architektur für ein Ticketsystem mit .Net Core zu entwickeln. Dabei liegt der Fokus auf der Konzeption der Architektur des Ticketsystems anhand der im Unternehmen herrschenden Rahmenbedingungen. Damit soll gezeigt werden, wie eine solche Architektur umgesetzt werden kann und welche Kompromisse gegebenenfalls eingegangen werden müssen.
Um herauszufinden welche Architektur geeignet ist, wurde zunächst eine Analyse der Microservice Architektur und der service-orientierten Architektur (SOA) durchgeführt und die Ergebnisse gegenübergestellt. Dabei stellte sich schnell heraus, dass im Fall des Unternehmens eine Microservice Architektur besser geeignet ist, aber gewisse Eigenschaften nicht so umgesetzt werden konnten, wie sie im Idealfall umgesetzt werden sollten. Durch einige Anpassungen konnte ein Konzept für eine Microservice Architektur entwickelt werden, welches über einen Prototyp auf Umsetzbarkeit geprüft wurde.
Auf dieser Grundlage ist es empfehlenswert, vor der Umsetzung einer neuen Architektur,ein Konzept zu erstellen und verschiedene Optionen abzuwägen. Eine Microservice Architektur ist dabei für web-basierte Anwendungen geeignet, bei denen die einzelnen Services klein gehalten werden können. Außerdem ist die Verwendung einer Microservice Architektur in Kombination mit Montainertechnologien empfehlenswert, um die einzelnen Services besser voneinander zu trennen.
Beschrieben wird die Kombination Gold/Titan als Edelmetall-Legierung die sich durch die hohe Biokompatibilität im Vergleich zu anderen Legierungsmetallen bei der Implantatprothetik auszeichnet. Motiviert wird die Anwendung durch die Tatsache, daß einzelne der in aufbrennfähigen Edelmetallegierungen vorhandenen Komponenten vermehrt zu Unverträglichkeitsreaktionen bei Patienten Anlaß gaben. Ziel ist mit möglichst nur einer Legierung einen möglichst breiten Indikationsbereich abzudecken. Dies läßt die Verwendung von Titan als Bestandteil hochgoldhaltiger Legierungen erstrebenswert erscheinen. Anhand eines Patientenfalles wird der Einsatz der Goldbasislegierung 'Esteticor Vision' der Firma Cendres & Metaux dargestellt. Die Legierung setzt sich zusammen aus 98.2 % Gold, 1,7 % Titan, 0,1 % Iridium. Die technischen Daten erlauben eine universelle Einsetzbarkeit. Präpariert wurde ein Langzeitprovisorium nach Knochenaufbau im Bereich der atrophierten Alveolarfortsätze. Das Aufschmelzen der Legierung erfolgt unter Schutzgas in Graphittiegeln um Oxidbildung zu vermeiden. Die guten Fließeigenschaften ermöglichen die Ausbildung selbst filigranster Bereiche der Restauration was zu einem in Form und Funktion gelungenen Ergebnis führt. Biokompatibilität, Sicherheit, Kosten/Nutzen-Verhältnis und der Wunsch nach einer einzigen goldfarbenen Legierung für möglichst viele Indikationen werden nach Meinung des Autors durch die beschriebene Legierung erfüllt.
Die Arbeit beinhaltet die Konzeption und den Aufbau eines Prüfstandes für den Elektromotor sowie den Antriebsstrang des Hocheffizienzfahrzeugs "Schluckspecht S6" der Hochschule Offenburg. Neben Beschreiben des Vorgehens bei dem Entwerfen von benötigten CAD-Modellen wird auch auf die Auswahl und Implementierung elektronischer Komponenten sowie die Programmierung des verwendeten Mikrocontrollers eingegangen. Die Ergebnisse eines ersten Tests des Prüfstandes werden außerdem aufgezeigt und diskutiert.
Im Rahmen dieser Studie sollen Struktur und der Ablauf internationaler Carve-Out-Transaktionen dargestellt werden. Der Fokus liegt hierbei auf den rechtlichen Aspekten solcher Transaktionen. Nichtsdestotrotz, da internationale Carve-Out-Transaktionen gerade eine sehr enge und komplexe Verflechtung rechtlicher, organisatorischer und strategischer Aspekte ausmacht, soll die internationale Carve-Out-Transaktion als Ganzes beleuchtet werden.
Kurzfassung
Hintergrund: Eine Methode, mit der Richtungswechsel (COD) im Sport erkannt und quantifiziert werden können, kann eine weitere wichtige Variable bei der Überwachung von Belastungen sein und so Einfluss auf die Belastungssteuerung nehmen.
Zielsetzung: Die Überprüfung der Genauigkeit und Übereinstimmung einer GNSS-Trackingeinheit (Catapult OptimEye S5) bei vorgegebenen CODs im Bereich zwischen 45° und 180° nach links und rechts im Vergleich zu einem Bewegungserfassungssystem.
Stichprobe: 20 junge und zum Zeitpunkt der Messung gesunde Fußballer (10 Männer/10 Frauen; Alter: 25.3 ± 3.5 Jahre; Größe: 173 ± 8.5 cm; Gewicht: 66 ± 9.3 kg)
Methodik: Gleichzeitige Aufnahme von Positionsdaten (Catapult OptimEye S5) und Bewegungserfassungsdaten (Theia3D Markerless Motion-Capture) während je drei aufeinanderfolgenden Läufen pro vorgegebenen Winkel (180°, 135°, 90°, 45°) in beide Richtungen.
Ergebnisse: Eine gute Genauigkeit ist für 180°-CODs in beide Richtungen ermittelt worden. Deutlich unterschätzt sind die 45°-CODs in beide Richtungen und der 90°-COD nach links, weniger unterschätzt ist der 90°-COD nach rechts. Der 135°-COD ist für beide Richtungen deutlich nach oben verzerrt. Die Übereinstimmung ist für beide 180° Winkel und die 135°- und 45° Winkel nach links zufriedenstellend. Alle Ergebnisse werden über den Mittelwert ± Standardabweichung und der Bland-Altman 95%-Grenzen dargestellt.
Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass die GNSS-Technologie bei CODs an ihre Grenzen stößt. Dennoch können mit einem Kompromiss in Bezug auf die Genauigkeit, unterschiedliche Winkel bei CODs bestimmt werden.
In this report, we have studied field-effect transistors (FETs) using low-density alumina for electrolytic gating. Device layers have been prepared starting from the structured ITO glasses by printing the In 2 O 3 channels, low-temperature atomic layer deposition (ALD) of alumina (Al 2 O 3 ), and printing graphene top gates. The transistor performance could be deliberately changed by alternating the ambient humidity; furthermore, ID,ON/ID,OFF-ratios of up to seven orders of magnitude and threshold voltages between 0.66 and 0.43 V, decreasing with an increasing relative humidity between 40% and 90%, could be achieved. In contrast to the common usage of Al 2 O 3 as the dielectric in the FETs, our devices show electrolyte-typegating behavior. This is a result from the formation of protons on the Al 2 O 3 surfaces at higher humidities. Due to the very high local capacitances of the Helmholtz double layers at the channel surfaces, the operation voltage can be as low as 1 V. At low humidities (≤30%), the solid electrolyte dries out and the performance breaks down; however, it can fully reversibly be regained upon a humidity increase. Using ALD-derived alumina as solid electrolyte gating material, thus, allows low-voltage operation and provides a chemically stable gating material while maintaining low process temperatures. However, it has proven to be highly humidity-dependent in its performance.
Printed systems spark immense interest in industry, and for several parts such as solar cells or radio frequency identification antennas, printed products are already available on the market. This has led to intense research; however, printed field-effect transistors (FETs) and logics derived thereof still have not been sufficiently developed to be adapted by industry. Among others, one of the reasons for this is the lack of control of the threshold voltage during production. In this work, we show an approach to adjust the threshold voltage (Vth) in printed electrolyte-gated FETs (EGFETs) with high accuracy by doping indium-oxide semiconducting channels with chromium. Despite high doping concentrations achieved by a wet chemical process during precursor ink preparation, good on/off-ratios of more than five orders of magnitude could be demonstrated. The synthesis process is simple, inexpensive, and easily scalable and leads to depletion-mode EGFETs, which are fully functional at operation potentials below 2 V and allows us to increase Vth by approximately 0.5 V.
Chancen und Risiken der Digitalisierung - Fallstudie Medientechnik - Brennweite dünner Linsen
(2021)
Diese Bachelorarbeit thematisiert die Chancen und Risiken der Digitalisierung von Lerninhalten. Hierfür sind zwei Laborversuche als Videoprojekt umgesetzt worden. Um diese Umsetzung sinnvoll zu gestalten, wird auf die allgemeinen didaktischen, digitalen, versuchs-theoretischen und video- technischen Hintergründe eingegangen. Die Didaktik in dieser Arbeit umfasst eine kurze geschichtliche Einbettung und eine anschließende Auseinandersetzung mit den didaktischen Modellen, die bei der Erstellung digitaler Inhalte von Bedeutung sind. Der Teil der Digitalisierung gibt zuerst einen allgemeinen Überblick über die Digitalisierung in Deutschland, um die aktuelle Lage zu betrachten. Anschließend werden diverse relevante digitale Formate thematisiert, mit welchen Lerninhalte vermittelt werden können. Der Abschluss des Themenfeldes bildet eine allgemeine Zusammenfassung der Chancen und Risiken, welche durch die Digitalisierung im akademischen Bereich entstehen können. Da sich die beiden Laborversuche mit dem Thema von Abbildungen durch Linsen beschäftigen und damit optische Versuche sind. Wird in dieser Abschlussarbeit auf optische Grundlagen eingegangen, die für die Versuchsdurchführung und Dokumentation relevant sind. Den Abschluss dieser Bachelorarbeit bilden die Durchführung des Videoprojekts und die damit verbundenen theoretischen Grundlagen.
Eingebettete Systeme werden immer komplexer.Dabei werden System-on-Chips (SoC) eingesetzt und spielen eine sehr wichtige Rolle. Unter SoC versteht man „die Integration aller oder eines großen Teils der Funktionen eines Systems auf einem Chip“ [G]. SoCs haben sehr viele Vorteile. Vor einigen Jahren gab es noch riesige Leiterplatten mit Schaltungen, die aus mehreren Schaltkreisen aufgebaut wurden. Heute werden diese auf einem einzigen Chip realisiert. SoCs sind nicht nur sehr kompakt, sondern verbrauchen auch weniger Energie, da einerseitsdie Bauteile näherbeieinander sind, sie andererseits mit besseren Technologien ausgerüstet sind. Heutige SoCs sind so gebaut, dass sie wiederverwendet werden können. Sie bestehen aus mehreren einzelnen Systemkomponenten, um sowohl Kosten, als auch Entwicklungszeit zu sparen. Neben SoCs sind FPGAs (Field Programmable Gate Array) und CPLDs (ComplexProgrammableLogic Devices)sehr beliebte programmierbare Logikbauelemente, die in der Digitaltechnik ihren Einsatz finden. Sie sind die zwei wesentlichen Gruppen von ProgrammableLogic Devices (PLDs), dieexistieren. Sie bestehen hauptsächlich aus FlipFlops, CPLDs weisen sie aber vergleichsweise weniger auf. FPGAs sind komplexer als CPLDs. In der Hardware wird die Implementierung von arithmetischen Funktionen wie Addierern, Subtrahierern und Multiplizierern teilweise unterstützt. FPGAs sind aus diesem Grund die passenden Bauelemente zur Realisation von Anwendungen wie digitalen Signalverarbeitungssystemen oder Mikroprozessorsystemen.Die größten Hersteller von FPGAs sind Altera und Xilinx. Ein anderes aktuelles Thema sind die Bussysteme in Chips. Aufgrund der Komplexität der oben beschriebenen System-on-Chips, bestehen sie auch aus immer komplexeren Baugruppen, wie Prozessoren, Speichern oder auch Interfacecontrollern. Bussysteme werden zur Verbindung dieser Baugruppen eingesetzt. Je nach Baugruppe-Interfaces werden unterschiedliche Bussystem verwendet. Diese Bussysteme sind mit speziellen Spezifikationen dotiert, die aus diversen Anforderungen folgen. Einheitliche Standards sind daher wichtig. Unter anderen sind Bussysteme wie AMBA, Wishbone und CoreConnect häufig in FPGAs eingesetzt. Ihr Vorteil liegt an Ihren standardisierten Schnittstellen. Auf diese Bussysteme wird ins Detail in Kapitel 2.1 eingegangen. Zu der Familie von AMBA-Bussen gehört der AXI-Bus.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem AufbaueineswiederverwendbarenMasters, der aufAXI4-Protokoll basiert ist. Dieser sollte zunächst als Ethernet-Master eingesetzt werden, um Burst-Transaktionen zwischen dem Ethernet MAC und einemSpeicher zu ermöglichen, wird aber in anderen Projekten wiederverwendet.
Wireless sensor networks have recently found their way into a wide range of applications among which environmental monitoring system has attracted increasing interests of researchers. Such monitoring applications, in general, don way into a wide range of applications among which environmental monitoring system has attracted increasing interests of researc latency requirements regarding to the energy efficiency. Also a challenge of this application is the network topology as the application should be able to be deployed in very large scale. Nevertheless low power consumption of the devices making up the network must be on focus in order to maximize the lifetime of the whole system. These devices are usually battery-powered and spend most of their energy budget on radio transceiver module. A so-called Wake-On-Radio (WoR) technology can be used to achieve a reasonable balance among power consumption, range, complexity and response time. In this paper, some designs for integration of WOR into IEEE 802.1.5.4 are to be discussed, providing an overview of trade-offs in energy consumption while deploying the WoR schemes in a monitoring system.
Environmental Monitoring is an attractive application field for Wireless Sensor Network (WSN). Water Level Monitoring helps to increase the efficiency of water distribution and management. In Pakistan, the world’s largest irrigation system covers 90.000 km of channels which needs to be monitored and managed on different levels. Especially the sensor systems for the small distribution channels need to be low energy and low cost. The distribution presents a technical solution for a communication system which is developed in a research project being co-funded by German Academic Exchange Service (DAAD). The communication module is based on IEEE-802.15.4 transceivers which are enhanced through Wake-On-Radio (WOR) to combine low-energy and real-time behavior. On higher layers, IPv6 (6LoWPAN) and corresponding routing protocols like Routing Protocol for Low power and Lossy Networks (RPL) can extend range of the network. The data are stored in a database and can be viewed online via a web interface. Of course, also automatic data analysis can be performed.
Wireless sensor networks have found their way into a wide range of applications among which environmental monitoring systems have attracted increasing interests of researchers. The main challenges for the applications are scalability of the network size and energy efficiency of the spatially distributed motes. These devices are mostly battery-powered and spend most of their energy budget on the radio transceiver module. A so-called Wake-On-Radio (WOR) technology can be used to achieve a reasonable balance among power consumption, range, complexity and response time. In this paper, a novel design for integration of WOR into IEEE802.1.5.4 is presented, which flexibly allows trade-offs in energy consumption between sender and receiver station, between real-time capability and energy consumption. For identical behavior, the proposed scheme is significantly more efficient than other schemes, which were proposed in recent publications, while preserving backward compatibility with standard IEEE802.15.4 transceivers.
„Was ich in der deutschen Debatte nie verstehen werde, ist, warum am Ende so viel mehr Bereitschaft da ist, Apple, Google, Facebook oder auch Alibaba die eigenen persönlichen Daten jeden Tag zur Verfügung zu stellen, als dann, wenn der eigene Staat einen Rahmen dafür setzt, Daten zum Wohle des Einzelnen - anonymisiert oder pseudonymisiert - zur Forschung und zum Mehrwert für alle Patientinnen und Patienten zu nutzen. Dann gibt es so ein Grundmisstrauen. Solange das so ist und es ein Grundvertrauen in amerikanische Großkonzerne und ein Grundmisstrauen in den eigenen Staat gibt, werden wir in der Digitalisierung nicht vorankommen.“ Mit diesem Appell warnte der Bundesgesundheitsminister Jens Spahn am 3. Juli 2020 vor dem Setzen falscher Prioritäten beim Datenschutz, im Rahmen der von ihm forcierten Digitalisierung im Gesundheitswesen. Diese von ihm kritisierte Inkonsequenz betrifft in Teilen auch den Autor dieser Arbeit. So hat dieser bei seinem letzten Arztbesuch die ausgehändigte „Patienteninformation zum Datenschutz“ erstmals kritisch beäugt und sich Gedanken darüber gemacht, ob der Arzt den alten Praxiscomputer ausreichend vor unberechtigtem Zugriff auf seine Daten schützt. Weniger Bedenken hingegen hat er, während er im Wartezimmer am Smartphone durch die sozialen Netzwerke stöbert und hierbei seine persönlichen Daten in sozialen Netzwerken preisgibt, deren Firmensitze teilweise sogar im Ausland liegen. Dass nicht nur der Autor von der Datenverarbeitung im digitalen Zeitalter betroffen ist, zeigt die „ARD/ZDF-Onlinestudie 2020“, nach der mittlerweile über 90% der deutschen Bevölkerung online sind und ein Viertel der Gesamtbevölkerung regelmäßig soziale Netzwerke nutzt. Doch nicht nur beim Arztbesuch, sondern auch im alltäglichen Leben gewinnt das Thema Datenschutz im E-Health-Bereich eine immer bedeutender werdende Rolle. Im pandemiegeprägten Jahr 2020 wurde zur Einführung der Corona-Warn-App über die digitale Datenverarbeitung im Gesundheitswesen kontrovers diskutiert. Kritiker bemängelten die staatliche Kontrolle, während Befürworter die Effektivität der App zur Pandemiebekämpfung mittels Nachverfolgung sowie die hohen Datenschutzstandards hervorheben.
Das Projekt Yaffa "Yeast Analysis by Field Flow Fractionation" ist ein Verbundprojekt der Hochschule Offenburg und der Hochschule Wiesbaden in Kooperation mit der Forschungsanstalt Geisenheim, der Université Limoges, mehreren Industriepartnern der Weinbaubranche sowie der Postnova Analytics GmbH. Ziel ist es, für die Weinherstellung ein praxistaugliches und wirtschafltiches Analyseverfahren mit Feldflussfraktionierung zu entwickeln. Das Analyseverfahren soll zur Qualitätsüberwachung des Weinfermetationsprozesses eingesetzt werden, wodurch z. B. Gärstörungen rechtzeitig erkannt und geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.
Der Fernsehmarkt im Bereich Live-Sport hat sich in den letzten Jahren verändert. Wir erleben das Vordringen eines neuen Mediums in den Sportsektor. Streaming-Plattformen etablierten sich bereits in den frühen 2010er Jahren in der Gesellschaft. Online-Plattformen, mit Fokus auf Unterhaltungsformate wie Filmen und Serien, stellen eine moderne Form der heutzutage bereits fast ausgestorbenen Video-Mediatheken dar. Doch auch der Sport und vor allem der Fußball erweist sich als interessantes Produkt für die Online-Streaming-Anbieter. Fußball wird in der heutigen Zeit nicht mehr nur im klassischen, linearen Fernsehen konsumiert, sondern auch im Internet. Dabei zeichnen sich signifikante Unterschiede zwischen den beiden Medienkanälen ab. Im Laufe der Zeit kommt es vor, dass ein altes Medium von einem neuen Medium komplett verdrängt oder in den Hintergrund gerückt wird. Das Radio nimmt beispielsweise in der heutigen Zeit eine komplett andere Rolle ein als noch vor 80 Jahren. Es wird in gewisser Weise vom Fernsehen abgelöst und muss sich neu positionieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Frage zu klären, ob eine ähnliche Entwicklung auch für den Sport- Fernsehmarkt denkbar ist. Außerdem soll die aktuelle Marktsituation analysiert und das Konsumverhalten der Menschen erleuchtet werden. Hinzu kommt eine qualitative Befragung, die neue Aspekte zur Forschung liefern soll. Basierend auf dieser Analyse und auf einer empirischen Datenerhebung, soll eine Prognose für die Zukunft getroffen werden.
Leadgenerierung durch Marketing Automation im Vorfeld einer Messe am Beispiel der Firma SensoPart
(2023)
This master’s thesis presents a comprehensive report on a research project carried out in collaboration with SensoPart, a prominent manufacturer of sensors for industrial automation processes. The study focuses on the strategic planning, execution and analysis of a targeted lead generation campaign to support SensoParts participation in a major automation themed trade show. The decision-making process and different approaches used throughout the project are explained in a well-founded way, allowing the reader to understand the underlying thoughts and strategies. In addition, the elements of the campaign, including visuals such as images, graphs and key statistics, are presented to enhance understanding.
An international study summarizes the threat situation in the OT environment under the heading "Growing security threats" [1]. According to this study, attacks on automation systems are likely to increase in the future. Accordingly, an automation system must be able to protect the integrity of the transmitted information in the future. This requirement is motivated, among other things, by the fact that the network-side isolation of industrial communication systems is no longer considered sufficient as the sole protective measure. This paper uses the example of PROFINET to show how the future requirements for a real-time communication protocol can be met and how they can be derived from the IEC 62443 standard.
We have developed a methodology for the systematic generation of a large image dataset of macerated wood references, which we used to generate image data for nine hardwood genera. This is the basis for a substantial approach to automate, for the first time, the identification of hardwood species in microscopic images of fibrous materials by deep learning. Our methodology includes a flexible pipeline for easy annotation of vessel elements. We compare the performance of different neural network architectures and hyperparameters. Our proposed method performs similarly well to human experts. In the future, this will improve controls on global wood fiber product flows to protect forests.
A prototype multiwavelength sensor able to characterise soot emissions in Diesel exhaust in terms of size and concentration has been tested against other methods for diesel particle measurements like electrical mobility sizing (SMPS) and raw exhaust gravimetric sampling (RES). Measurements carried out with the prototype sensor were correlated with the SMPS by assuming spherical and/or fractal aggregate morphology of the particles. Correlation of RES gravimetric data against the sensor and the SMPS led to the calculation of the solid density for soot particles to be 2.3 gr/cm3.
We propose secure multi-party computation techniques for the distributed computation of the average using a privacy-preserving extension of gossip algorithms. While recently there has been mainly research on the side of gossip algorithms (GA) for data aggregation itself, to the best of our knowledge, the aforementioned research line does not take into consideration the privacy of the entities involved. More concretely, it is our objective to not reveal a node's private input value to any other node in the network, while still computing the average in a fully-decentralized fashion. Not revealing in our setting means that an attacker gains only minor advantage when guessing a node's private input value. We precisely quantify an attacker's advantage when guessing - as a mean for the level of data privacy leakage of a node's contribution. Our results show that by perturbing the input values of each participating node with pseudo-random noise with appropriate statistical properties (i) only a minor and configurable leakage of private information is revealed, by at the same time (ii) providing a good average approximation at each node. Our approach can be applied to a decentralized prosumer market, in which participants act as energy consumers or producers or both, referred to as prosumers.
In this study, a high-performance controller is proposed for single-phase grid-tied energy storage systems (ESSs). To control power factor and current harmonics and manage time-shifting of energy, the ESS is required to have low steady-state error and fast transient response. It is well known that fast controllers often lack the required steady-state accuracy and trade-off is inevitable. A hybrid control system is therefore presented that combines a simple yet fast proportional derivative controller with a repetitive controller which is a type of learning controller with small steady-state error, suitable for applications with periodic grid current harmonic waveforms. This results in an improved system with distortion-free, high power factor grid current. The proposed controller model is developed and design parameters are presented. The stability analysis for the proposed system is provided and the theoretical analysis is verified through stability, transient and steady-state simulations.
Das Thema Elektromobilität wird immer wichtiger, was unter anderem durch den Ausbau eines kabelgebunden Ladenetzes deutlich wird. Aber auch die Entwicklung berührungsloser Ladetechnologien schreitet voran. So existieren bereits zahlreiche Projekte, die das Laden von Elektrofahrzeugen untersuchen. Untersucht wird hierbei das induktive statische sowie induktive dynamische Laden. In Norwegen, als einer der am schnellsten wachsenden Märkte in Bezug auf die Elektromobilität, wurde im Rahmen dieser Entwicklungsarbeit im Jahr 2020 ein Projekt initiiert, welches das berührungslose Laden mittels Induktion in der Praxis untersucht.
Da die Elektromobilität auch regional ein wichtiges Thema ist und weiter voran gebracht wird, brachte das Induktionsprojekt aus Norwegen den Anstoß, ein derartiges Vorhaben in Offenburg zu initiieren. Ziel des Vorhabens ist dabei, an Taxiständen am Offenburger Bahnhof eine Infrastruktur für induktiv ladbare Taxen aufzubauen, damit Elektro-Taxen während sie auf Kunden warten, kabellos aufgeladen werden können. Da die Durchführung eines solchen Projekts möglicherweise sehr teuer ist, ist es sinnvoll zunächst zu überprüfen, ob einem derartigen Vorhaben etwas im Wege steht.
Daher ist das Ziel der vorliegenden Arbeit im Rahmen einer vorläufigen Machbarkeitsstudie die Frage zu erörtern, ob das Induktionsprojekt am Standort Offenburg eine detaillierte Machbarkeitsstudie rechtfertigt oder nicht und aufzuzeigen, welche noch zu klärenden Punkte es gibt.
Aus diesem Grund wurden sechs Bereiche einer Machbarkeitsstudie zur Analyse ausgewählt. Dabei wurden unter anderem die Themen Standortanalyse, Stakeholderanalyse oder die Technische Machbarkeit bearbeitet. Zur Veranschaulichung des Schwerpunkts des jeweiligen Analysebereichs, wurde zu Beginn jeden Analysebereichs eine oder mehrere Leitfragen gestellt. Weiterhin erfolgte eine Maßnahmenplanung, die den Erfolg des Projekts fördern könnte.
Das Ergebnis der vorläufigen Machbarkeitsstudie zeigt, dass keine Notwendigkeit zu einer detaillierten Machbarkeitsstudie besteht. Stattdessen könnte das Projekt direkt in die Projektvorbereitungs- bzw. Planungsphase übergehen, da über die wichtigsten Analysebereiche ausreichend Informationen gewonnen werden konnten und zu klärende Fragen aufgezeigt wurden. In einem nächsten Schritt könnte nun die konkrete Öffentlichkeitsarbeit und die Umsetzung der Maßnahmen durchgeführt werden.
Die Analytik von Pflanzenkohle ist besonders im Hinblick auf einen möglichen Einsatz in der Landwirtschaft als Düngemittel Ersatz wichtig, da bei der Herstellung krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) entstehen. Die PAK-Analytik bietet die Möglichkeit zu überprüfen und zu kontrollieren, wie viel belastetes Material auf diese Weise in die Umwelt eingeführt wird. In dieser Arbeit werden mögliche Methoden zur Extraktion und Analyse im Hinblick auf einen Schnelltest mit der bestehenden Methode bestehend aus Soxhlet-Extraktion und GC-MS Analyse verglichen. Untersucht werden die 16 EPA-PAK. Ein Schnelltest würde den Herstellern von Pflanzenkohle eine günstigere und engmaschigere Überwachung ihrer Produkte bieten.
Für die Extraktion wurden Ultraschallbad, Schüttler und Mikrowelle getestet, sowie verschiedene grüne Lösemittel als mögliche Alternativen zum momentan verwendeten Toluol. Die Extraktion mit 6 h Ultraschallbad hat mit 64% im Verhältnis zur Soxhlet am besten abgeschnitten. Bei dem Vergleich zweier Ultraschallbad-Extrakte mit den Soxhlet-Referenzen wurden jedoch 43 % und 93 % für die Summe der 16 EPA PAK gemessen. Die Methode bedarf also weiterer Untersuchungen.
Für die Analyse wurde HPTLC mit RP-18 Platten und einem Acetonitril-Wasser-Gemisch als mobile Phase getestet. Es wurden drei mögliche Methoden für die Gestaltung eines Schnelltestes getestet, ein Summenpeak mit allen 16 EPA-PAK und Naphthalin oder Benzo[a]pyren als Indikatorsubstanz. Aus diesen Versuchen geht das Standard-Additionsverfahren mit Benzo[a]pyren erfolgreich hervor, da die Ergebnisse durch die GC-MS-Analyse der gleichen Extrakte bestätigt werden konnten. Die Bestimmung von LOD und LOQ bestätigt, dass die Methode empfindlich genug ist, um den nötigen Messbereich erfassen zu können. Es wurden auch Versuche mit Coffein imprägnierten Platten durchgeführt. Diese Methode ist jedoch wegen der notwendigen Zweifachentwicklung deutlich aufwendiger und wurde daher nicht für die quantitativen Versuche gewählt.
Die Auswirkungen der Entlüftung auf den Spritzgießablauf, das Formteil sowie das Verhalten bei teilevakuierter Kavität wurden im Rahmen einer Diplomarbeit untersucht. Die negativen Folgen für Formteil, Werkzeug und Spritzgießablauf, die aus einer ungenügenden Werkzeugentlüftung resultieren, werden aufgezeigt. Die grundsätzlichen Gestaltungsmöglichkeiten von Werkzeugentlüftungen sind zusammengestellt. In Versuchsreihen wurde das Entlüftungsverhalten bei teilevakuierter Kavität bei konstantem Einspritzdruck untersucht sowie der Einfluß der Werkzeugentlüftung bei unterschiedlichen Spalttiefen des Entlüftungskanals ermittelt. Die wichtigsten Resultate und konstruktiven Auslegungskriterien bezüglich der Entlüftungselemente, des Einspritzens unter teilevakuierter Kavität und des Einflusses der Werkzeugentlüftung, welche aus den Untersuchungen im Rahmen der Diplomarbeit hervorgehen, sind zusammengefaßt.
Die Folgen ungenügender Entlüftung wurden durch Umfragen bei Konstrukteuren und Werkzeugmachern aus sechs Betrieben ermittelt und sind für Formteil, Werkzeug, Spritzgießprozeß ebenso tabellarisch wie die Gestaltungsmöglichkeiten von Entlüftungen (in der Trennebene und Kavität) dargestellt. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurden mit Hilfe eines speziellen Versuchswerkzeuges die Auswirkungen der Entlüftung auf den Spritzgießablauf, das Formteil und das Verhalten bei teilevakuierter Kavität (der Einfluß des Evakuierungsgrades auf die gemittelte Füllhöhe wird anhand einer Kurve erläutert) untersucht. Die Konstanz der Werkzeuginnendrücke, die Berechenbarkeit der Druckabfälle (Tabelle mit Druckabfällen in Abhängigkeit der Entlüftungsspaltgeometrie), die Entlüftungselemente (bewegliche haben den Vorzug der Selbstreinigung) und das Einspritzen unter teilevakuierter Kavität werden beschrieben. Der Einfluß der Werkzeugentlüftung umfaßt die Spalttiefe des Entlüftungskanals, die Größe des Expansionsraumes und den Anschluß an die Dichtkante des Expansionsraumes.
Time Sensitive Networking (TSN) provides mechanisms to enable deterministic and real-time networking in industrial networks. Configuration of these mechanisms is key to fully deploy and integrate TSN in the networks. The IEEE 802.1 Qcc standard has proposed different configuration models to implement a TSN configuration. Up until now, TSN and its configuration have been explored mostly for Ethernet-based industrial networks. However, they are still considered “work-in-progress” for wireless networks. This work focuses on the fully centralized model and describes a generic concept to enable the configuration of TSN mechanisms in wireless industrial networks. To this end, a configuration entity is implemented to conFigure the wireless end stations to satisfy their requirements. The proposed solution is then validated with the Digital Enhanced Cordless Telecommunication ultra-low energy (DECT ULE) wireless communication protocol.