TU Dortmund University
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Design requirements for aEVCS
No full textThis study investigates the dynamic behavior of electric vehicle (EV) inlets under various
real-world load scenarios to contribute to the design requirements of automated EV
charging systems (aEVCS). Inlet movements were tracked using a camera system in
combination with AprilTag markers during typical usage scenarios such as passenger
boarding and alighting, as well as cargo loading and unloading. The results show that
while translational displacements generally remain within the limits defined by ISO 5474-5,
rotational movements, especially in smaller vehicles, often exceed these thresholds. The
findings underscore the impact of vehicle type and inlet location on displacement behavior,
suggesting that current standards require refinement to better reflect real-world variability
Modeling Shear-Thinning Flow in Twin-Screw Extrusion Processes
No full textBackground/Objective: Hot-melt extrusion has been established as a formulation strategy for various pharmaceutical applications. However, tailoring the screw configuration is a major challenge where 1D modeling is utilized. This usually requires specific screw parameters, which are rarely noted in the literature, especially when dealing with shear-thinning formulations. Methods: Therefore, a custom-made test rig was used to assess the behavior of various conveying and kneading elements using Newtonian silicon oil and shear-thinning silicon rubber. The pressure and the power were measured as a function of volume flow. A model was proposed characterizing the screw element behavior by six individual parameters (A1, A2, A3, B1, B2, B3). Results: The experimental results regarding the behavior with respect to Newtonian fluids were in good agreement with the literature and were modeled in accordance with the Pawlowski approach. In terms of shear-thinning fluids, the influence of screw speed on pressure and power was quantified. An evaluation framework was proposed to assess this effect using two additional parameters. Based on a high number of repetitive measurements, a confidence interval for the individual screw parameters was determined that is suitable to highlight the differences between element types. Conclusions: Finally, geometrical screw parameters for Newtonian and shear-thinning flow were assessed and modeled, with three conveying and three kneading elements characterized
Optical study of spin and charge dynamics in hybrid nanostructures and perovskite semiconductors
No full textThe optical orientation and spin dynamics of charge carriers in semiconductors, such as electrons or holes, are of importance in the development of spintronic devices. Currently, there is a great interest in establishing hybrid structures, where the combination of different materials leads to the emergence of new properties. Moreover, lead halide perovskite semiconductors represent a new material system for spintronics, where optical studies of spin dynamics are poorly investigated even in bulk single crystals.
In this work, time-integrated and time-resolved magneto-optical spectroscopy and single beam pump-probe methods are used at low temperatures to investigate the spin dynamics in three types of semiconductor systems.
First, long-range magnetic proximity effect is demonstrated in hybrid systems comprising a semimetal (magnetite Fe3O4) or a dielectric (nickel ferrite NiFe2O4), paired with a CdTe quantum well separated by a nonmagnetic (Cd,Mg)Te barrier. The proximity effect is manifested as the ferromagnet-induced circular polarization of photoluminescence on acceptor-bound holes from the QW and shows an universal behavior. Additionally, it is demonstrated that electrons become slowly polarized indirectly, due to spin-dependent recombination.
Second, the spin dynamics of localized electrons in MoSe2-EuS hybrid structure is investigated. The spin dephasing of such electrons is determined by random effective magnetic fields arise from contact spin interactions, such as the hyperfine interaction with the nuclei in MoSe2 or the exchange interaction with the magnetic ions of the EuS film.
Finally, a high degree of optical orientation of 85 % is demonstrated in lead halide perovskite crystals (FA0.9Cs0.1PbI2.8Br0.2 and MAPbI3) which is attributed purely on selection rules for optical transitions and slow spin relaxation in crystals with spatial inversion symmetry
Towards trustworthy usage of indoor positioning data in manufacturing simulation
No full textThe usage of data from Indoor Positioning Systems (IPSs) within manufacturing simulation presents both challenges and opportunities. This dissertation explores the potential applications of IPS in manufacturing and focuses on utilizing IPS data for simulation studies. The research systematically gathers and organizes use cases through a structured literature review, revealing a significant yet largely unexplored potential for IPS in manufacturing by highlighting manifold benefits beyond mere localization. Additionally, on-the-ground examination of IPS applications in a sheet-metal manufacturing environment reveals associated challenges, particularly ethical and technical dimensions, underscoring the necessity of examining the trustworthiness of IPS data usage.
A framework is developed to enrich IPS data for simulation parameterization
and input modeling, tailored for the sheet metal industry. The framework addresses the absence of directly applicable standards by refining existing data models and standards, providing a structured approach transferable to similar industries and discrete production systems. A qualitative analysis demonstrates the framework’s potential to enhance data quality in manufacturing simulation across various dimensions, highlighting the spatio-temporal nature of IPS data as an untapped resource. Furthermore, an ex-ante trustworthiness assessment of the framework is conducted using the Z-Inspection® process, identifying ethical issues and tensions associated with IPS-based simulation systems in manufacturing. Recommendations for improving trustworthiness are gathered, advocating for responsible and ethical development and deployment of IPS in the simulation framework. The findings contribute to enhancing ethical considerations in manufacturing simulation, with implications for industry practice and future research.
The dissertation identifies future research directions in advancing data modeling and analysis techniques, standardizing trustworthiness assessment processes, and quantifying and ensuring the trustworthiness of IPS-based simulation systems.Die Nutzung von Indoor-Lokalisierungs-Daten in der Fertigungssimulation birgt sowohl Herausforderungen als auch Chancen. Diese Dissertation untersucht die potenziellen Anwendungen von Indoor-Lokalisierungs-Systemen (engl. IPSs) in der Fertigung und konzentriert sich auf die Nutzung von IPS-Daten für Simulationen. Dafür werden systematisch Anwendungsfälle durch eine strukturierte Literaturrecherche gesammelt und ein bedeutendes aber weitgehend unerforschtes Potenzial für IPS in der Fertigung aufgezeigt, indem vielfältige Vorteile, die über die reine Lokalisierung hinaus gehen, verdeutlicht werden. Darüber hinaus offenbart eine Untersuchung von IPS-Anwendungen in einer Blechfertigung praktische Herausforderungen mit sowohl ethischer als auch technischer Dimension, welche die Notwendigkeit einer Prüfung der Vertrauenswürdigkeit der IPS-Datennutzung unterstreichen.
In dieser Arbeit wird ein Konzept entwickelt, um IPS-Daten für die Parametrisierung und Eingangsmodellierung von Simulationen zu nutzen, was dann am Beispiel der Blechindustrie vorgestellt wird. Da bestehende Datenmodelle und Standards dafür nicht genutzt werden konnten, wurde ein strukturiertes Vorgehen entwickelt, um diese für den Anwendungsfall der Blechindustrie und vergleichbare diskrete Produktionssysteme anwendbar zu machen. Eine qualitative Analyse zeigt das Potenzial des Konzepts zur Verbesserung der Datenqualität in der Fertigungssimulation auf und verdeutlicht das bisher ungenutzte Potential von IPS-Daten.
Das vorgestellte Konzept wird anschließend unter Verwendung des Z-Inspection® Verfahrens einer ex-ante Vertrauenswürdigkeits-Bewertung unterzogen, bei der ethische Probleme und Spannungen identifiziert werden, die mit IPS-basierten Simulationssystemen in der Fertigung verbunden sind. Empfehlungen zur Verbesserung der Vertrauenswürdigkeit werden gesammelt, welche die Basis für die verantwortungsvolle sowie ethische Entwicklung und Anwendung von IPS im Simulationssystem dienen. Die Ergebnisse tragen zur Verbesserung der ethischen Aspekte in der Fertigungssimulation bei und haben Auswirkungen auf die industrielle Praxis und zukünftige Forschung.
Die Dissertation identifiziert zukünftige Forschungsschwerpunkte, wie die Weiterentwicklung von Datenmodellierungs- und Analysetechniken für IPS-Daten, die Standardisierung von Prozessen zur Vertrauenswürdigkeits-Bewertung sowie die Quantifizierung und Sicherstellung der Vertrauenswürdigkeit von IPS-basierten Simulationssystemen in der Praxis
Temporally and spatially resolved characterisation of flexible micro-Tube Plasmas as ionisation sources for analytical applications
No full textHelium ist ein häufig verwendetes Entladungsgas in plasma-basierten Ionisierungsquellen. Der Ionisierungsmechanismus wurde lange Zeit als ähnlich dem von Ionisierungsquellen bei atmosphärischem Druck angesehen. Plasmen, die mit Argon betrieben werden, erhalten zunehmend Aufmerksamkeit. Die Ionisierungseffizienz von Argonplasmen kann mit der von Heliumplasmen konkurrieren und diese teilweise sogar übertreffen. Der Ionisierungsmechanismus von Argonplasmen bleibt jedoch eine Herausforderung.
Um diese Herausforderung anzugehen, untersucht die vorliegende Arbeit systematisch die Anregungs- und Ionisierungsmechanismen von Plasmen, die mit Helium, Argon sowie Neon, Krypton und Xenon betrieben werden, durch spektroskopische Charakterisierung. Der Fokus liegt auf der Ausbreitung dieser Plasmen in einem Mikroröhrchen sowie auf ihrer Ausbreitung in die Umgebungsluft. Zudem wurde ein sogenanntes Diagnosegas mit definierten Emissionswellenlängen eingeführt, um die Umgebungsluft zu ersetzen und detaillierte Simulationen und Untersuchungen der Anregung und Ionisierung der Umgebungsluft zu ermöglichen.
Es wird eine alternative Erklärung für die Produktion von Reaktandionen in plasma-basierten Ionisationsquellen vorgeschlagen, die neue Einblicke bietet und langjährige Erklärungen des sanften Ionisierungssmechanismus infrage stellt. Diese umfassende Untersuchung der grundlegenden Entladungseigenschaften von Plasmen trägt nicht nur zum besseren Verständnis der für analytische Anwendungen kritischen Ionisierungsmechanismen bei, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für miniaturisierte Ionisierungsquellen in analytischen Plattformen.Helium is a common discharge gas in modern plasma-based ionisation sources. The ionisation mechanism has long been assumed to be like the classical atmospheric pressure chemical ionisation source. Plasmas operated with argon has been obtaining increasing attention. The ionisation efficiencies of argon plasmas can compete with helium plasmas and argon is additionally less expensive. However, the ionisation mechanism of argon plasmas is unknown or incorrect and remains challenging.
To address this challenge, the present work systematically investigates the excitation and ionisation mechanisms of Helium, Argon, Neon, Krypton and Xenon driven plasmas through spectroscopic characterisation. The focus is on the propagation of the named plasmas within a micro tube as well as their propagation to ambient air. Furthermore, another gas called diagnosis gas with well-defined emission wavelengths is introduced later to replace the surrounding ambient air, enabling detailed simulation and examination of the excitation and ionisation of ambient air.
An alternative explanation to produce reactant ions in plasma-based ionisation sources is proposed, providing new insights that challenge long-standing explanations of soft ionisation mechanisms. This comprehensive investigation into the fundamental discharge properties of plasmas not only enhances the understanding of ionisation mechanisms critical to analytical applications but also opens new miniature ionisation sources for analytical platforms
Non-linear modeling and structured variable selection in environmental and biomedical data
No full textThis thesis addresses three key challenges in the analysis of biological and environmental datasets. First, potential influence factors such as environmental or clinical variables are often modeled as having linear effects on health outcomes. In practice, however, these effects can be non-linear and may involve complex interactions between variables. Despite their relevance, non-linear modeling techniques remain underutilized in the environmental health domain. Second, the problem of variable selection is complicated because relevant predictors are often naturally grouped, such as molecular data, environmental variables, clinical information, family history, and genetic or pathological markers. Traditional variable selection methods often fail to account for this grouping structure, leading to the over-representation of certain groups and the neglect of others, especially low-dimensional but clinically meaningful variables. Third, this limitation is particularly problematic in time-to-event prediction, where clinical and pathological features can substantially impact patient survival outcomes.
This cumulative thesis comprises three studies with five contributed articles that aim to overcome these methodological challenges. The first study investigates the joint effects of ambient temperature and air pollution on systolic and diastolic blood pressure in elderly German women. Using generalized additive models (GAMs), the study captures non-linear exposure-response relationships and complex interactions. The second project provides a new methodological contribution and introduces a novel variant of the Exclusive Lasso for high-dimensional data with grouped variables, such as multi-omics datasets. Smooth approximations are applied to address the non-differentiability of the group-wise L1-norm, enabling efficient optimization using Newton-based methods. Unlike the conventional Exclusive Lasso, the proposed method does not force selection from every group, allowing for greater sparsity and improved performance. The third study extends this regularization technique to time-to-event data by incorporating Exclusive Lasso into the Cox proportional hazards model. This allows the integration of multiple heterogeneous data types, including gene expression and clinical variables, while preserving the grouping structure. The method is applied to a real-world cancer dataset, showing improved survival prediction and ensuring that low-dimensional but important clinical variables are retained in the model
Aspekte transdisziplinärer Konzepte von Data Literacy
No full textDer Beitrag beleuchtet die komplexen Anforderungen an Data Literacy in einer datengetriebenen Gesellschaft. Er betont interdisziplinäre Ansätze, von kritischer Datenkompetenz bis zu KI-Bildung, und verbindet diese mit unterschiedlichen Konzepten von citizen education. Der Beitrag basiert auf einem Surveyteam Report zur ICME 15 (2024)
Lernen mit digitalen Medien im Mathematikunterricht der Primarstufe
No full text„Synchronität und Vernetzung von Darstellungsebenen“ ist ein Potential digitaler Artefakte. Dadurch werden kognitive Anforderungen für Lernende ersetzt. Hingegen ist die Bedeutung des eigenständig zu leistenden Darstellungstransfers für den Entwicklungsprozess von mathematischen Vorstellungen und Verständnis unbestritten. In einem qualitativen Forschungsprojekt werden Lernende der Primarstufe hinsichtlich der Nutzung dieses Potentials beforscht. Individuelle Nutzungsverläufe und Nutzungsmuster werden mit Hilfe des Modells „Darstellungs-Transfers-Spektrum“ sichtbar gemacht und identifiziert
Analyse der Nutzung eines intelligenten tutoriellen Systems (ITS) in der Mittelstufe
No full textDie Nutzung intelligenter tutorielle Systeme (ITS) hat das Ziel, den Lernzuwachs von Schüler*innen zu erhöhen. Diese Lernwirksamkeit hängt jedoch vermutlich stark von der konkreten Anwendung im schulischen Kontext ab. Im Rahmen der Studie wird untersucht, wie und wann Schüler*innen aus Schleswig-Holstein (n=525) ein ITS innerhalb und außerhalb der Schulzeit nutzen, und analysiert, in welchem Umfang Aufgaben bearbeitet werden. Erste Ergebnisse zeigen, dass ITS relativ flexibel im Lernprozess eingesetzt werden
Vorstellungen von Lehrkräften zu fachmathematischem Professionswissen für das Unterrichten
No full textFachmathematisches Wissen stellt eine zentrale Facette des Professionswissens von Lehrkräften dar. Für die Konzeption und Beschreibung dieser Facette gibt es verschiedene Ansätze. Dabei wird zum Beispiel zwischen Alltagswissen, Schulwissen und akademischen mathematischen Wissen unterschieden. Bauer und Hefendehl-Hebeker (2019) beschreiben ein Literacy-Modell für die universitäre Ausbildung von Gymnasiallehrkräften. In diesem Beitrag soll die Sicht von Lehrkräften auf die vier Stufen des Literacy-Modells untersucht werden und mit der Sicht von Hochschuldozierenden in Verbindung gesetzt werden