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Auditory foreground and background decomposition: New perspectives gained through methodological diversification
No full textA natural auditory scene contains many sound sources each of which produces complex sounds. These sounds overlap and reach our ears at the same time, but they also change constantly. To still be able to follow the sound source of interest, the auditory system must decide where each individual tone belongs to and integrate this information over time. For well-controlled investigations on the mechanisms behind this challenging task, sound sources need to be simulated in the lab. This is mostly done with sine tones arranged in certain spectrotemporal patterns. The vast majority of studies simply interleave two sub-sequences of sine tones. Participants report how they perceive these sequences or they perform a task whose performance measure allows hints on how the scene was perceived. While many important insights have been gained with this procedure, the questions that can be addressed with it are limited and the commonly used response methods are partly susceptible to distortions or only indirect measures.
The present thesis enlarged the complexity of the tone sequences and the diversity of perceptual measures used for investigations on auditory scene analysis. These changes are intended to open up new questions and give new perspectives on our knowledge about auditory scene analysis. In detail, the thesis established three-tone sequences as a tool for specific investigations on the perceptual foreground and background processing in complex auditory scenes. In addition, it modifies an already established approach for indirect measures of auditory perception in a way that enables detailed and univocal investigations on background processing. Finally, a new response method, namely a no-report method for auditory perception that might also serve as a method to validate subjective report measures, was developed. This new methodological approach uses eye movements as a measurement tool for auditory perception.
With the aid of all these methodological improvements, the current thesis shows that auditory foreground formation is actually more complex than previously assumed since listeners hold more than one auditory source in the foreground without being forced to do so. In addition, it shows that the auditory system prefers a limited number of specific source configurations probably to avoid combinatorial explosion. Finally, the thesis indicates that the formation of the perceptual background is also quite complex since the auditory system holds perceptual organization alternatives in parallel that were basically assumed to be mutually exclusive. Thus, both the foreground and the background follow different rules than expected based on two-tone sequences. However, one finding seems to be true for both kinds of sequences: the impact of the tone pattern on the subjective perception is marginal, be it in two- or three-tone sequences. Regarding the no-report method for auditory perception, the thesis shows that eye movements and the reported auditory foreground formations were in good agreement and it seems like this approach indeed has the potential to become a first no-report measure for auditory perception.:Abstract 3
Acknowledgments 5
List of Figures 8
List of Tables 9
Collaborations 11
1 General Introduction 13
1.1 The auditory foreground 13
1.1.1 Attention and auditory scene analysis 13
1.1.2 Investigating auditory scene analysis with two-tone sequences 16
1.1.3 Multistability 18
1.2 The auditory background 21
1.2.1 Investigating auditory background processing 22
1.3 Measures of auditory perception 23
1.3.1 Report procedures 23
1.3.2 Performance-based measures 26
1.3.3 Psychophysiological measures 27
1.4 Summary and goals of the thesis 30
2 The auditory foreground 33
2.1 Study 1: Foreground formation in three-tone sequences 33
2.1.1 Abstract 33
2.1.2 Introduction 33
2.1.3 Methods 37
2.1.4 Results 43
2.1.5 Discussion 48
2.2 Study 2: Pattern effects in three-tone sequences 53
2.2.1 Abstract 53
2.2.2 Methods 53
2.2.3 Results 54
2.2.4 Discussion 58
2.3 Study 3: Pattern effects in two-tone sequences 59
2.3.1 Abstract 59
2.3.2 Introduction 59
2.3.3 General Methods 63
2.3.4 Experiment 1 – Methods and Results 65
2.3.5 Experiment 2 – Methods and Results 67
2.3.6 Experiment 3 – Methods and Results 70
2.3.7 Discussion 72
3 The auditory background 74
3.1 Study 4: Background formation in three-tone sequences 74
3.1.1 Abstract 74
3.1.2 Introduction 74
3.1.3 Methods 77
3.1.4 Results 82
3.1.5 Discussion 86
4 Audio-visual coupling for investigations on auditory perception 90
4.1 Study 5: Using Binocular Rivalry to tag auditory perception 90
4.1.1 Abstract 90
4.1.2 Introduction 90
4.1.3 Methods 92
4.1.4 Results 100
4.1.5 Discussion 108
5 General Discussion 113
5.1 Short review of the findings 113
5.2 The auditory foreground 114
5.2.1 Auditory foreground formation and attention theories 114
5.2.2 The role of tone pattern in foreground formation 116
5.2.3 Methodological considerations and continuation 117
5.3 The auditory background 118
5.3.1 Auditory object formation without attention 120
5.3.2 Multistability without attention 121
5.3.3 Methodological considerations and continuation 122
5.4 Auditory scene analysis by audio-visual coupling 124
5.4.1 Methodological considerations and continuation 124
5.5 Artificial listening situations and conclusions on natural hearing 126
6 Conclusions 128
References 13
Methodik für die Analyse zukünftiger technologischer Potenziale von Fahrzeugantriebskonzepten
Get PDFEin wichtiger Aspekt bei der Beurteilung und Gegenüberstellung von Fahrzeugantriebskonzepten sind Prognosen zu deren zukünftigen Entwicklung hinsichtlich gesellschaftlicher, ökonomischer und technischer Kriterien. Zukünftige technologische Potenziale von Fahrzeugantriebskonzepten und damit verbundene technologische Begleitaspekte nehmen hierbei eine wichtige Rolle im Rahmen der Antriebskonzipierung der frühen Konzeptphase ein. In dieser Arbeit wird eine in weiten Teilen simulationsbasierte Methodik für die Ermittlung und Analyse entsprechender Potenziale entwickelt. Die Methodik bildet dabei eine Kombination aus Expertenbefragungen und einer Metaanalyse für die Identifikation von Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten sowie Verfahren der Modellierung und Simulation für die Ermittlung von Prognosen zu Fahrzeugantriebskonzepten. Die Praxistauglichkeit sowie der Nutzen der Methodik werden anhand von zwei exemplarischen Anwendungen präsentiert. Die erste Anwendung umfasst die Analyse eines beispielhaften PHEVs hinsichtlich der zukünftigen Potenziale im Bereich des Kraftstoffverbrauchs und der rein elektrischen Reichweite. Die zweite Analyse stellt ein exemplarisches BEV und ein FCHEV in Bezug auf die zukünftigen Potenziale hinsichtlich der Reichweite und der Antriebsstrangherstellkosten gegenüber. Darüber hinaus erfolgen in beiden Anwendungen Analysen zu Grenzpotenzialen, technologischen Ursachen, Fehlereinflüssen und weiteren technologischen Fragestellungen.:1 Einleitung
2 Forschungsumfeld, Handlungsbedarf und Vorgehensweise
3 Grundlagen, technischer Stand und Perspektiven der Fahrzeugantriebstechnologien
4 Methodisches Vorgehen und Methodikaufbau
5 Anforderungsspezifische Modellierung im Simulationsmodell
6 Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten
7 Systematische Analyse der zukünftigen Potenziale von Antriebskonzepten
8 Anwendung und Ergebnisdiskussion
9 Zusammenfassung und Ausblick
A Programmiertechnische Umsetzung
B Bewertung von Antriebskonzepten
C Datenbasis und Ergebnisse der MethodikanwendungAn important aspect in the assessment and comparison of vehicle powertrain concepts are forecasts with respect to the future development of these concepts regarding societal, economical as well as technological criteria. In this context, future technological potentials of vehicle powertrain concepts and related technological issues and effects play an important role, especially within the early powertrain conception phase. This work presents a mainly simulation-based methodology for the evaluation und analysis of respective technological potentials. The methodology comprises a combination of expert surveys and a meta-analysis for the identification of powertrain component forecasts and methods in the field of modelling and simulation for the evaluation of powertrain concept forecasts. Two exemplary applications are conducted to present the practicability and utility of the methodology. The first one comprises the analysis of an exemplary PHEV regarding its future potentials with respect to the fuel consumption and the purely electric range. Within the second one, an exemplary BEV and an exemplary FCHEV are compared with regard to future range and powertrain costs potentials. In addition to that, within both methodology applications, analyses with respect to technological limits, technological reasons, fault effects and further technological issues are conducted.:1 Einleitung
2 Forschungsumfeld, Handlungsbedarf und Vorgehensweise
3 Grundlagen, technischer Stand und Perspektiven der Fahrzeugantriebstechnologien
4 Methodisches Vorgehen und Methodikaufbau
5 Anforderungsspezifische Modellierung im Simulationsmodell
6 Prognosen zu Antriebsstrangkomponenten
7 Systematische Analyse der zukünftigen Potenziale von Antriebskonzepten
8 Anwendung und Ergebnisdiskussion
9 Zusammenfassung und Ausblick
A Programmiertechnische Umsetzung
B Bewertung von Antriebskonzepten
C Datenbasis und Ergebnisse der Methodikanwendun
Versuchsaufbau zur Untersuchung des Shutdownprozesses von PEM-Brennstoffzellen unter Nutzung des Kathodenabgastaupunktes als Indikator für den Trocknungszustand des Stacks zur Vorbereitung von Kaltstarts
Get PDFDer Kaltstart von Polymerelektrolytmembran Brennstoffzellen (PEM-BZ) stellt nach wie vor eine wesentliche Herausforderung dar. Passende Betriebsstrategien sind für Start und Shutdown von entscheidender Bedeutung um den BZ-Stack nicht irreversibel zu schädigen. Vor allem das geeignete Wassermanagement muss in den Fokus gerückt werden, da gefrierendes Reaktionswasser sowohl beim Start als auch bei der Lagerung unter Frostbedingungen die Funktionstüchtigkeit der PEMBZ beeinträchtigen können. Im Rahmen des Forschungsprojektes HZwo: InTherm wurde von der Professur Alternative Fahrzeugantriebe ein Teststand für die Untersuchung von Shutdownprozeduren und Froststarts entwickelt. Für die Feuchtemessung wurde ein Taupunkthygrometer verwendet und um die Vorgänge im Stack nachzuvollziehen drei Stromdichte- Temperaturverteilungsmessungen integriert
Influence of Cell Reversals on Cr/a-C Pre-coated vs Post-coated Metallic Bipolar Plates in Automotive PEMFC Systems
Get PDFThe results of the measurements presented in this manuscript show that none of the coatings has a significant impact on the performance degradation over the course of cell reversal cycling. However, for the EOL polarization curves, the voltage is significantly decreased for the carbon coatings compared to the Au coating. Further experiments should be performed here to determine if these are measurement inaccuracies or if the trend is confirmed. The BIP coatings Cr/a-C also perform worse in the resistance measurements of the HFR and ICR, with the pre-coat variant having the highest values after the tests. The surface changes, which can be seen in the area of the BIP deflections, probably also have an influence here. These appear to be more distinct for the BIP coating Cr/a-C pre-coat. Here, it should be analyzed in more detail how the surface changes and whether metal ions can emerge. The use of the BIP coatings Cr/a-C post- and pre-coat offers a lot of potential, both economically and technically, but cannot be recommended without reservation, as further investigations are still required.Die Ergebnisse der in diesem Manuskript vorgestellten Messungen zeigen, dass keine der Beschichtungen einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsverschlechterung im Verlauf der Cell Reversal Zyklen hat. Bei den EOL Polarisationskurven ist die Spannung bei den Kohlenstoffbeschichtungen jedoch deutlich niedriger als bei der Au-Beschichtung. Hier sollten weitere Experimente durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich um Messungenauigkeiten handelt oder ob der Trend bestätigt wird. Die BIP-Beschichtungen Cr/a-C schneiden auch bei den Widerstandsmessungen des HFR und ICR schlechter ab, wobei die pre-coat nach den Tests die höchsten Werte aufweist. Wahrscheinlich haben auch hier die Oberflächenveränderungen, die im Bereich der BIP Umlenkungen zu sehen sind, einen Einfluss. Diese scheinen bei der BIP Beschichtung Cr/a-C pre-coat deutlicher ausgeprägt zu sein. Hier sollte noch genauer analysiert werden, wie sich die Oberfläche verändert und ob Metallionen austreten können. Der Einsatz der BIP Beschichtungen Cr/a-C post- und pre-coat bietet sowohl wirtschaftlich als auch technisch viel Potenzial, kann aber nicht uneingeschränkt empfohlen werden, da noch weitere Untersuchungen erforderlich sind
Development of a Bypass Valve to Improve Fuel Cell Safety and Durability
No full textProperly inerting a fuel cell is an essential function for the safety and durability of the product. DAM designs and produces a bypass valve to effectively inert the fuel cell while maintaining the oxidant gas flow in the compressor. The system provides a short closing and opening response time less than 100 ms, while consuming very little energy. In addition to cutting off the oxidant gas supply, the valve can be used to drain the fuel cell, optimize the shutdown and startup cycles, and even optimize the inerting of the fuel cell through the hydrogen circuit. DAM has already produced valve prototypes in diameters 16 mm and 50 mm which are currently in the test phase with first successful results, and whose functions can be extended with a position sensor or heating system.Die geeignete Inertisierung einer Brennstoffzelle ist eine wesentliche Funktion für die Sicherheit und Lebensdauer des Produkts. DAM entwickelt und produziert ein Bypass-Ventil, das die Brennstoffzelle effektiv inertisiert und gleichzeitig den Oxidationsmittel-Gasstrom im Kompressor aufrechterhält. Das System bietet eine kurze Schließ- und Öffnungszeit von weniger als 100 ms und verbraucht dabei sehr wenig Energie. Neben der Unterbrechung der Oxidationsgaszufuhr kann das Ventil auch zum Entleeren der Brennstoffzelle, zur Optimierung der Abschalt- und Anfahrzyklen und sogar zur Optimierung der Inertisierung der Brennstoffzelle durch den Wasserstoffkreislauf eingesetzt werden. DAM hat bereits Ventilprototypen in den Durchmessern 16 mm und 50 mm hergestellt, die sich derzeit mit ersten Erfolgen in der Testphase befinden und deren Funktionen durch einen Positionssensor oder ein Heizsystem erweitert werden können
Development of a Universal Cell Voltage Monitoring System
Get PDFThe voltage of the fuel cell must be measured during the test phase to characterize and condition it. Similarly, monitoring the fuel cell during its operation in series has many advantages. The CVM is a permanent and individualized measurement system for each cell. DAM has developed a universal system that can be connected to any type of bipolar plate. In addition, its modularity allows it to adapt to the number of cells and the fuel cell voltage, while compensating deformation phenomena.
Moreover, its electronic architecture also allows a great modularity while proposing additional functions of diagnosis and measurements of insulation and short-circuit.
These features are essential for the mass production of the CVM and the automated assembly of the CVM on the fuel cell, ensuring a cost competitive solution.Die Spannung der Brennstoffzelle muss während der Testphase gemessen werden, um sie zu charakterisieren und zu konditionieren. Auch die Überwachung der Brennstoffzelle während ihres Serienbetriebs hat viele Vorteile. Das CVM ist ein permanentes und individuelles Messsystem für jede einzelne Zelle. DAM hat ein universelles System entwickelt, das an jede Art von Bipolarplatte angeschlossen werden kann. Außerdem kann es aufgrund seiner Modularität an die Anzahl der Zellen und die Brennstoffzellenspannung angepasst werden, wobei Verformungsphänomene kompensiert werden.
Darüber hinaus ermöglicht seine elektronische Architektur eine große Modularität und bietet zusätzliche Diagnosefunktionen und Messungen für Isolation und Kurzschluss.
Diese Merkmale sind für die Massenproduktion des CVM und die automatisierte Montage des CVM auf der Brennstoffzelle von wesentlicher Bedeutung und ermöglichen eine kostengünstige Lösung
Führung im Wandel: Herausforderungen und Chancen durch KI
Get PDFKünstliche Intelligenz (KI) verändert die Arbeitswelt und führt zu einer dynamischen Neugestaltung der Arbeitsteilung zwischen Mensch und Technik in Unternehmen. Dies betrifft nicht zuletzt auch den Bereich der Führung. KI-Systeme können Führungskräfte bei der Ausübung ihrer Aufgaben unterstützen, etwa
indem sie vor allem administrative Koordinations- und Kontrollaufgaben und -entscheidungen übernehmen. Dadurch bleibt den Führungskräften mehr Zeit, sich der Personalführung oder Innovationsprozessen zu widmen. Führungskräfte nehmen künftig eine zentrale Rolle ein, den KI-Transformationsprozess erfolgreich mitzugestalten und dabei im Rahmen ihrer Fürsorgepflichten besonders auf die menschengerechte Gestaltung der KI-Systeme mit den und für die Beschäftigten hinzuwirken.
Expertinnen und Experten der Arbeitsgruppe Arbeit/Qualifikation und Mensch-Maschine-Interaktion der Plattform Lernende Systeme wollen mit diesem Whitepaper aufzeigen, welche neuen Möglichkeiten und Chancen, aber auch welche Herausforderungen durch den Einsatz von KI-Systemen in Führungsaufgaben entstehen können. Dazu skizzieren sie zunächst die Herausforderungen, mit denen Führungskräfte schon heute durch digitale Technologien konfrontiert sind (Kapitel 2). Darauf aufbauend wird dargelegt, welche
spezifischen Auswirkungen der Einsatz von Lernenden Systemen auf unterschiedliche Führungsaufgaben haben kann, die anhand von vier Aufgabenclustern vorgestellt werden: Strategische Führung, Organisationale Führung, Personalführung und Selbstführung (Kapitel 3). Entlang dieser Systematik wird aufgezeigt, welche Beiträge Lernende Systeme dabei als „unterstützender Akteur“ leisten können. Führung unterliegt einem Wandel. Bedingt durch den digitalen, strategischen Transformationsprozess in Unternehmen werden traditionelle, hierarchische Führungsmodelle sukzessive durch kooperative, netzwerkdynamische und werteorientierte Führungsstile abgelöst. Dies verändert zunehmend die Rolle der Führungskraft hin zu einem vermittelnden ,Übersetzer‘, Vorbild und Coach und verlangt nach einem stärkeren partizipativen Führungsstil (Kapitel 2). Lernende Systeme in der Arbeitswelt werden nicht nur die Rolle von Führungskräften weiter verändern, sondern zunehmend auch deren Aufgaben. Als technologisches Hilfsmittel unterstützen sie bei Aufgaben, die eine hohe Strukturierung und Regelmäßigkeiten aufweisen, sodass mehr Zeit für strategische Aufgaben und Entwicklungen oder mitarbeiterbezogene Führung bleibt.
Eigenständig lernende (KI-)Systeme kommen zudem neben der Führungsperson als weiterer unterstützender und möglichst entlastender ,Akteur‘ zum Führungsprozess hinzu.
Mit dem Einsatz von Lernenden Systemen bekommen zentrale Werte wie Datenschutz, Transparenz oder Fairness in der Führung für die Beschäftigten eine neue Bedeutung: Daher darf es nicht verwundern, wenn die Einführung von KI in der Führung zunächst von Skepsis begleitet wird. Entscheidend wird es deshalb
sein, das Vertrauen und die Akzeptanz der Beschäftigten sowohl in die Technologie als auch in die eigene Führung für eine gelingende Zusammenarbeit zu fördern. Dies setzt eine frühzeitige Einbindung der Beschäftigten sowie der Interessensvertretungen in Planung und Gestaltung der KI-Systeme voraus: Für ein
gelingendes KI-Change-Management in Unternehmen wird eine passende Führungs- und Unternehmenskultur notwendig sein, die auf Partizipation, Offenheit und Transparenz beruht. KI und Führung lassen sich gut ergänzen und können für eine moderne, menschenzentrierte Führung einen wichtigen Beitrag leisten. Dafür sind notwendige Rahmenbedingungen (in den Unternehmen) zu schaffen,
damit das volle Potenzial der KI-Systeme auch für Führungskräfte nutzbar werden kann. Welche effektiven Maßnahmen dabei helfen, KI-Systeme für Führungsaufgaben einzusetzen, formulieren die Autorinnen und Autoren in passenden Gestaltungsoptionen (Kapitel 4). Zu diesen Gestaltungsoptionen zählen unter anderem eine menschenzentrierte Aufgabenzuteilung zwischen KI und Beschäftigten durch die Führungskräfte, das Aufbauen von notwendigen KI-Kompetenzen der Mitarbeitenden oder das Vorleben einer Feedbackkultur, die die Perspektiven der Beschäftigten und ihrer Interessensvertretungen offen einbindet
Sperm-Driven Micromotors Moving in Oviduct Fluid and Viscoelastic Media
Get PDFBiohybrid micromotors propelled by motile cells are fascinating entities for autonomous biomedical operations on the microscale. Their operation under physiological conditions, including highly viscous environments, is an essential prerequisite to be translated to in vivo settings. In this work, a sperm-driven microswimmer, referred to as a spermbot, is demonstrated to operate in oviduct fluid in vitro. The viscoelastic properties of bovine oviduct fluid (BOF), one of the fluids that sperm cells encounter on their way to the oocyte, are first characterized using passive microrheology. This allows to design an artificial oviduct fluid to match the rheological properties of oviduct fluid for further experiments. Sperm motion is analyzed and it is confirmed that kinetic parameters match in real and artificial oviduct fluids, respectively. It is demonstrated that sperm cells can efficiently couple to magnetic microtubes and propel them forward in media of different viscosities and in BOF. The flagellar beat pattern of coupled as well as of free sperm cells is investigated, revealing an alteration on the regular flagellar beat, presenting an on–off behavior caused by the additional load of the microtube. Finally, a new microcap design is proposed to improve the overall performance of the spermbot in complex biofluids
Einflussfaktoren auf die Haftfestigkeit und Eigenschaftsänderungen textiler Substrate beim 3D-Druck mit unterschiedlichen Druckmodulen
No full textDie 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt.
Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten.
Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung
2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie
2.1.2 Sintern und Schmelzen
2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung
2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie
2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung
2.2.2 Textilmodifikation
2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand
2.3 Überblick zur Haftfestigkeit
2.4 Zielstellung
3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden
3.1 Versuchsanlage am STFI
3.1.1 Filamentextruder
3.1.2 Nadelventil
3.1.3 Dispensersystem
3.2 Materialien
3.2.1 Textile Substrate
3.2.2 Druckmaterialien
3.3 Versuchsplanung und -durchführung
3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter
3.3.2 Versuchsplanung
3.3.3 Prüfverfahren
3.4 Methoden der statistischen Auswertung
4 Untersuchung zur Haftfestigkeit
4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats
4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials
4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit
4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils
4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul
4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit
5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde
5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen
5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten
5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien
5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften
6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit
6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien
6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien
6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten
6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit
6.2 Einfluss auf das Zugverhalten
6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien
6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien
6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten
6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten
6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien
6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien
6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten
6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten
6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien
7 Bewertung der erzielten Ergebnisse
7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand
7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang
10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung
10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit
10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie
10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung
10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit
10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten
10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber.
The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper.
All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung
2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie
2.1.2 Sintern und Schmelzen
2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung
2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie
2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung
2.2.2 Textilmodifikation
2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand
2.3 Überblick zur Haftfestigkeit
2.4 Zielstellung
3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden
3.1 Versuchsanlage am STFI
3.1.1 Filamentextruder
3.1.2 Nadelventil
3.1.3 Dispensersystem
3.2 Materialien
3.2.1 Textile Substrate
3.2.2 Druckmaterialien
3.3 Versuchsplanung und -durchführung
3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter
3.3.2 Versuchsplanung
3.3.3 Prüfverfahren
3.4 Methoden der statistischen Auswertung
4 Untersuchung zur Haftfestigkeit
4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats
4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials
4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit
4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils
4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul
4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit
5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde
5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen
5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten
5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien
5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke
6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften
6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit
6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien
6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien
6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten
6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit
6.2 Einfluss auf das Zugverhalten
6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien
6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien
6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten
6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten
6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien
6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien
6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten
6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten
6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien
7 Bewertung der erzielten Ergebnisse
7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand
7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten
8 Zusammenfassung und Ausblick
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang
10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung
10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit
10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie
10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung
10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit
10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten
10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalte
Simulation der Modendynamik von Fabry-Pérot-Laserdioden unter Berücksichtigung mikroskopischer Effekte
No full textIn dieser Dissertation werden verschiedene Methoden zur Simulation der Dynamik der optischen Moden einer Fabry-Pérot-Laserdiode diskutiert. Experimentell lässt sich hierbei der Effekt des Modenrollens oder Modenhüpfens beobachten. Hier sind zu einem gegebenem Zeitpunkt nur ein oder zwei longitudinale Moden aktiv, dabei wechseln sich die Moden in einem bestimmten Wellenlängenbereich ab. Eine Erklärung für diesen Effekt sind Vibrationen der Ladungsträgerdichten in den aktiven Schichten bzw. den Quantenfilmen. So werden in der ersten betrachteten Methode die Ladungsträgerdichten bzw. die Besetzungsfunktionen zunächst als ortsabhängig betrachtet, um die Ladungsträger-Vibrationen direkt zu bestimmen. Bei diesem
Vorgehen wird eine hohe Rechenzeit benötigt, welche bei einer anderen Methode mithilfe eines effektiven Modenwechselwirkungsterms allerdings erheblich reduziert wird. Im ersten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass diese beiden Methoden sehr ähnliche Ergebnisse liefern, außerdem wird der effektive Modenwechselwirkungsterm unter Berücksichtigung verschiedener Streuprozesse hergeleitet. Bei Strukturen mit mehreren Quantenfilmen oder größeren Stegbreiten spielt der Transport der Ladungsträger von den Kontakten zu den Quantenfilmen eine große Rolle, welcher in dieser Arbeit mithilfe der Drift-Diffusions-Gleichungen untersucht wird. Abschließend wird die Modendynamik mithilfe des Traveling-Wave-Modells simuliert. Im Gegensatz zu den bisher in dieser Arbeit verwendeten Methoden wird das optische Feld hierbei nicht mehr in die einzelnen Moden aufgeschlüsselt, sondern es wird partielle Differentialgleichung gelöst.In this thesis different methods for the simulation of the mode dynamics in Fabry-Pérot laser diodes are discussed. These laser diodes show the effect of mode rolling, where the currently active longitudinal mode changes over time. This effect can be observed experimentally and can be explained by beating vibrations of
the carrier densities in the quantum wells. In the first method used in this work the location dependence of the carrier densities and the distribution functions is considered. This procedure requires a lot of computing time, which is significantly reduced in another method using an effective mode interaction term. In the
first part of this thesis it is shown that these two methods give very similar results, and the effective mode interaction term is derived taking into account various scattering processes. For structures with multiple quantum wells or broad ridge widths the transport of the charge carriers from the contacts to the quantum
wells is important, which is examined in this work using the Drift-diffusion equations. Finally, the mode dynamics is simulated using the traveling wave model. In contrast to the methods used so far in this work the optical field is no longer broken down into the individual modes, instead a partial differential equation is solved