University of Siegen
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2016 research outputs found
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Practical and competent: vocational education and COMET diagnostics
No full textDie berufliche Bildung steht vor neuen Herausforderungen durch Digitalisierung, Fachkräftemangel und veränderte Kompetenzanforderungen. Der erste Band der Reihe Praxisnah und Kompetent: Berufliche Bildung und COMET-Diagnostik beleuchtet die wissenschaftlichen Grundlagen und praktischen Anwendungen der COMET-Diagnostik. Die Beiträge thematisieren Kompetenzmessung, Ratertrainings und die Bedeutung von Ganzheitlichkeit in der Diagnostik. Das Werk bietet fundierte Einblicke in aktuelle Entwicklungen und zeigt Wege auf, wie die COMET-Diagnostik zur Weiterentwicklung einer modernen, zukunftsgerichteten beruflichen Bildung beitragen kann.Vocational education is facing growing challenges from digitalization, skills shortages, and evolving competence requirements. The first volume of the series Practical and Competent: Vocational Education and COMET Diagnostics explores both the theoretical foundations and practical applications of COMET diagnostics. Contributions address key aspects such as competence assessment, rater training, and the importance of holistic approaches. This book provides valuable insights into current developments and demonstrates how COMET diagnostics can support the advancement of modern and future-oriented vocational education
Effiziente großflächige Time-of-Flight-3D-Bildgebung durch adaptive kompressive Abtastung
No full textSince the birth of Science, understanding, capturing and systematically reproducing the reality that surrounds us has represented an aspiration as well as a technological challenge for Engineers and Researchers. In this sense, 3D imaging technologies have remarkably evolved over the past decades, boosted by the increase of computational capabilities, the development of more efficient algorithms and the reduction of hardware requirements. Nowadays, our homes, offices and streets are ubiquitously appareled by 3D imaging devices. Thanks to them, we are able to guarantee the secure access to our data by enabling face recognition systems, reduce to a minimum the need of human intervention in routine or unsafe tasks, improve the productivity of our businesses, ensure the safety of our travels with more accurate navigation systems, or reproduce realities that were previously inaccessible for us. In this respect, Time-of-Flight 3D imaging has become an attractive and continuous pole of attention for researchers, practitioners and commercial users over the past years. Time-of-Flight cameras are cheap, manageable in size and are characterized by a relatively low-power consumption. These imaging systems provide a dense 3D representation of the observed scene by estimating the return-trip time of an intensity-modulated light signal from the camera to the surrounding objects. Despite their tremendous potential, the use of Time-of-Flight cameras is not fully exploited as, in practice, the reachable angular range is restricted by the optical system, while the lateral resolution is bound by the number of pixels and artifacts may appear in unsteady environments.
In this Thesis, we present a novel computational sensor to surpass such limitations, i. e., to uncouple the lateral resolution from the pixel count and the angular range from the field of view of the camera. Our approach relies on the introduction of a controlled rotation during the sensing of the scene alongside the implementation of Compressive Sensing techniques. We demonstrate that our scheme may achieve depth resolutions close to milimeter-range, whilst approaching real-time operation. On the sensing front, we develop a novel near-to-optimal construction methodology of the sensing functions, which implements a combinatorial approach plus an evaluation step to avoid the self-intersection of the coding curves. Moreover, we introduce an original metric to predict and, eventually, correct the error derived from conventional sensing schemes, such as the ones based on random (0,1)-binary matrices of Scrambled Hadamard Ensembles. With regards to the 3D scene reconstruction, we thoroughly describe a set of original Compressive Sensing-based recovery algorithms, by exploring several concepts such as spatial correlations, spatio-temporal super-resolution, and generalization of multiple-path depth retrieval to helicoidally-coded 3D sensing functions. Finally, we present a PB-ToF camera prototype as a proof of concept of our computational sensor with the ultimate objective of becoming a cost-effective and practical alternative to 360º LIDAR sensors in navigation and mapping systems.
In conclusion, in this manuscript the reader will get a profound understanding of Compressive Sensing fundamentals and their practical application to a real Time-of-Flight 3D camera.Seit den Anfängen der Wissenschaft ist das Verstehen, Erfassen und systematische Reproduzieren der uns umgebenden Realität sowohl ein Bestreben als auch eine technologische Herausforderung für Ingenieure und Forscher. In diesem Sinne haben sich die 3D-Bildgebungstechnologien in den letzten Jahrzehnten bemerkenswert weiterentwickelt, begünstigt durch die Steigerung der Rechenkapazitäten, die Entwicklung effizienterer Algorithmen und die Verringerung der Hardwareanforderungen. Heutzutage sind unsere Häuser, Büros und Straßen allgegenwärtig mit 3D-Bildgebungsgeräten ausgestattet. Dank dieser Geräte können wir den sicheren Zugang zu unseren Daten durch Gesichtserkennungssysteme gewährleisten, die Notwendigkeit menschlichen Ein-greifens bei Routine- oder unsicheren Aufgaben auf ein Minimum reduzieren, die Produktivität unserer Unternehmen verbessern, die Sicherheit unserer Reisen mit genaueren Navigationssystemen gewährleisten oder Realitäten abbilden, die uns zuvor unzugänglich waren.
In dieser Hinsicht ist die 3D-Flugzeitbildgebung in den letzten Jahren zu einem attraktiven und kontinuierlichen Schwerpunkt für Forscher, Praktiker und kommerzielle Nutzer geworden. Time-of-Flight-Kameras sind billig, von überschaubarer Größe und zeichnen sich durch einen relativ geringen Stromverbrauch aus. Diese bildgebenden Systeme liefern eine dichte 3D-Darstellung der beobachteten Szene, indem sie die Rücklaufzeit eines intensitätsmodulierten Lichtsignals von der Kamera zu den umliegenden Objekten schätzen. Trotz ihres enormen Potenzials wird der Einsatz von Time-of-Flight-Kameras nicht voll ausgeschöpft, da in der Praxis der erreichbare Winkelbereich durch das optische System eingeschränkt ist, während die laterale Auflösung durch die Anzahl der Pixel begrenzt ist und in unruhigen Umgebungen Artefakte auftreten können.
In dieser Arbeit stellen wir einen neuartigen Sensor vor, der diese Einschränkungen überwindet, d. h. die laterale Auflösung von der Pixelzahl und den Winkelbereich vom Sichtfeld der Kamera entkoppelt. Unser Ansatz beruht auf der Einführung einer kontrollierten Rotation während der Erfassung der Szene zusammen mit der Implementierung von Compressive Sensing Techniken. Wir zeigen, dass mit unserem System Tiefenauflösungen im Millimeterbereich erreicht werden können, während wir uns dem Echtzeitbetrieb nähern. Im Bereich der Abtastung entwickeln wir eine neuartige, nahezu optimale Konstruktionsmethode für die Abtastfunktionen, die einen kombinatorischen Ansatz sowie einen Bewertungsschritt zur Vermeidung der Selbstüberschneidung der Kodierungskurven beinhaltet. Darüber hinaus führen wir eine originelle Metrik zur Vorhersage und schließlich zur Korrektur des Fehlers ein, der sich aus konventionellen Erfassungsschemata ergibt, wie z. B. denjenigen, die auf zufälligen (0,1)-Binärmatrizen von Scrambled Hadamard Ensembles basieren. Im Hinblick auf die 3D-Szenenrekonstruktion beschreiben wir ausführlich eine Reihe von originellen, auf Compressive Sensing basierenden Wiederherstellungsalgorithmen, indem wir verschiedene Konzepte wie räumliche Korrelationen, räumlich-zeitliche Super-auflösung und die Verallgemeinerung der Mehrweg-Tiefenabfrage auf schraubenförmig kodierte 3D-Erfassungsfunktionen untersuchen. Schließlich stellen wir einen PB-ToF-Kameraprototyp als Konzeptnachweis für unseren rechnergestützten Sensor vor, der letztlich eine kostengünstige und praktische Alternative zu 360◦-Lidar-Sensoren in Navigations- und Kartierungssystemen werden soll.
Abschließend erhält der Leser in diesem Manuskript ein tiefes Verständnis der Grundlagen des Compressive Sensing und deren praktische Anwendung auf eine reale Time-of-Flight 3D-Kamera
Dynamische Rekonfiguration und Fehlerdiagnose in zeitgesteuerten Mehrkernarchitekturen
No full textThe growing complexity of modern System-on-Chip (SoC) designs, coupled with their application in safety-critical domains, requires significant advancements in fault tolerance and energy efficiency. Safety-critical systems, where failures can result in catastrophic consequences, demand reliable and efficient communication frameworks. Despite considerable advancements, challenges persist in achieving accurate fault localization, ensuring adaptability in real-time
fault scenarios, and maintaining energy-efficient operation across diverse Network-on-Chip(NoC) topologies.
The first part of the thesis introduces an adaptive communication service for time-triggered NoCs, which dynamically adjusts schedules in response to events such as slack, battery depletion, and faults. This approach enhances energy efficiency by employing techniques such as Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) and clock gating, and it supports timely communication while maintaining fault isolation. The second part focuses on fault detection, localization within time-triggered and event-triggered NoCs. A diagnostic architecture incorporating deterministic behavior and source-based routing enables precise identification and localization of faults. The Fault Monitor Unit plays a key role in detecting errors at run-time
through real-time monitoring of message validity and timing. Once detected, faults are localized using techniques such as Cyclic Redundancy Code (CRC) checks and time-stamp analysis. Recovery is achieved by isolating the affected component and dynamically rerouting messages or reallocating tasks to healthy nodes using predefined schedule, minimizing system disruption. These solutions are validated through simulations and experimental scenarios across various NoC topologies, demonstrating significant improvements in fault tolerance and system adaptability.
The experimental results validate the proposed architectures across a range of scenarios, including both synthetic and real-world avionics configurations. Latency tests conducted on 2x2, 3x3, and 4x4 mesh topologies exhibit predictable delay patterns across varying packet sizes. Additionally, memory optimization techniques, which focus on storing only the differences in schedules, effectively reduce storage requirements. Fault detection achieved a 100% rate for
single faults in routers, tiles, and links across various network topologies such as mesh, torus, and ring, with accurate localization in most cases. The results emphasize the scalability, robustness, and adaptability of the proposed methods, demonstrating their suitability for deployment in safety-critical domains such as automotive, aerospace, and industrial automation.Die wachsende Komplexität moderner System-on-Chip (SoC)-Designs, zusammen mit ihrer Anwendung in sicherheitskritischen Bereichen, erfordert erhebliche Fortschritte in der Fehlerresistenz und Energieeffizienz. In sicherheitskritischen Systemen, bei denen Fehler katastrophale Folgen haben können, sind zuverlässige und effiziente Kommunikationsframeworks erforderlich. Trotz erheblicher Fortschritte bestehen weiterhin Herausforderungen bei der präzisen Fehlerlokalisierung, der Gewährleistung von Anpassungsfähigkeit in Echtzeit-Fehlerszenarien und der Aufrechterhaltung einer energieeffizienten Operation über verschiedene Network-on-Chip (NoC)-Topologien hinweg.
Der erste Teil der Dissertation führt einen adaptiven Kommunikationsdienst für zeitgesteuerte NoCs ein, der Zeitpläne dynamisch an Ereignisse wie Slack, Batterieentleerung und Fehler anpasst. Dieser Ansatz verbessert die Energieeffizienz durch Techniken wie Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) und Clock Gating und unterstützt die rechtzeitige Kommunikation bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Fehlerisolierung. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Fehlererkennung und Fehlerlokalisierung in zeitgesteuerten und ereignisgesteuerten NoCs. Eine diagnostische Architektur, die deterministisches Verhalten und quellenbasierte Routings beinhaltet, ermöglicht eine präzise Identifikation und Lokalisierung von Fehlern. Die Fault Monitor Unit spielt eine Schlüsselrolle bei der Erkennung von Fehlern zur Laufzeit durch Echtzeit-Überwachung der Gültigkeit von Nachrichten und der Zeitmessung. Sobald Fehler erkannt werden, werden diese mit Techniken wie CRC-Checks und Zeitstempel-Analyse lokalisiert. DieWiederherstellung erfolgt durch Isolierung des betroffenen Bauteils und dynamisches Umleiten von Nachrichten oder Neuzuordnung von Aufgaben an gesunde Knoten unter Verwendung eines vordefinierten Zeitplans, um Systemstörungen zu minimieren. Diese Lösungen werden durch Simulationen und experimentelle Szenarien über verschiedene NoC-Topologien validiert, wobei signifikante Verbesserungen in der Fehlertoleranz und Systemanpassungsfähigkeitgezeigt werden.
Die experimentellen Ergebnisse validieren die vorgeschlagenen Architekturen in einer Reihe von Szenarien, einschließlich sowohl synthetischer als auch realer Avionik-Konfigurationen. Latenztests, die an 2x2, 3x3 und 4x4 Mesh Topologien durchgeführt wurden, zeigen vorhersehbare Verzögerungsmuster bei unterschiedlichen Paketgrößen. Zusätzlich reduzieren Speicheroptimierungstechniken, die sich auf das Speichern nur der Unterschiede in den Zeitplänen konzentrieren, effektiv die Speicheranforderungen. Die Fehlererkennung erreichte eine 100%-Rate für Einzelstörungen in Routern, Kacheln und Links über verschiedene Netzwerk-Topologien wie Mesh, Torus und Ring, mit genauer Lokalisierung in den meisten Fällen. Die Ergebnisse unterstreichen die Skalierbarkeit, Robustheit und Anpassungsfähigkeit der vorgeschlagenen Methoden und demonstrieren deren Eignung für den Einsatz in sicherheitskritischen Bereichen wie der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie der industriellen Automatisierung
Ensemble Learning for Dealing with Missing Data in Public Health
No full textMissing data in public health present challenges for evidence-based research. While convenient missing data handling methods like complete-case analysis or single imputation have a strong tendency to produce biased parameter estimates, Multiple Imputation by Chained Equations (MICE) provides a more appropriate approach but struggles with statistical complexities such as non-linearity in health data. Ensemble learning methods like random forest and XGBoost offer greater flexibility for multiple imputation (MI). Particularly multiple Imputation through XGBoost (Mixgb) is a recent development that promises to transfer the strong performance of XGBoost to missing data challenges.
This thesis evaluates three traditional methods (complete-case analysis, mean-mode-median imputation, MICE) alongside two ensemble algorithms for MI (MICE-ranger, Mixgb) through a simulation study recreating complex health data sets. Eight missing data scenarios combine Missing At Random (MAR) or Missing Not At Random (MNAR) mechanisms with missing data proportions of 10%, 20%, 30%, or 40%. Statistical complexities including non-linearity, interactions, conditional heteroskedasticity, class imbalance, and noise were incorporated. Methods were assessed on bias, confidence interval width, coverage, and a composite performance score, then applied to real-world health data.
Results indicate Mixgb is, on average, the most robust method across all scenarios, demonstrating the least bias and consistently good coverage. MICE-ranger performed better than MICE but worse than Mixgb. Real-world data analysis showed all MI methods generated proper imputations for low-to-moderate missing data proportions, though significant differences in single parameter estimates occurred between methods, underscoring the need to consider different MI methods to handle missing data.
These findings suggest ensemble learning methods, particularly Mixgb, offer superior performance compared to linear methods like MICE for complex missing data scenarios. Given the heterogeneous nature of public health data, researchers should consider ensemble methods for MI as robust solutions for missing data challenges, without neglecting MICE as a possible solution to more linear missing data scenarios.Fehlende Daten im Bereich Public Health stellen eine Herausforderung für die evidenzbasierte Forschung dar. Während bequeme Methoden zum Umgang mit fehlenden Daten wie die Complete-Case-Analysis oder einfache Imputation stark dazu neigen, verzerrte Parameterschätzungen zu liefern, bietet Multiple Imputation by Chained Equations (MICE) einen geeigneteren Ansatz, wird jedoch durch statistische Komplexitäten wie Nichtlinearität in Gesundheitsdaten herausgefordert. Ensemble Learning Methoden wie Random Forest und XGBoost bieten eine größere Flexibilität für die multiple Imputation (MI). Insbesondere die multiple Imputation durch XGBoost (Mixgb) ist eine neuere Entwicklung, die verspricht, die starke Leistung von XGBoost auf Herausforderungen fehlender Daten zu übertragen.
Diese Arbeit evaluiert drei traditionelle Methoden (Complete-Case-Analysis, Mean-Mode-Median-Imputation, MICE) neben zwei Ensemble-Algorithmen für MI (MICE-Ranger, Mixgb) durch eine Simulationsstudie, die komplexe Gesundheitsdatensätze nachbildet. Acht Szenarien mit fehlenden Daten kombinieren die Mechanismen "Missing At Random" (MAR) oder "Missing Not At Random" (MNAR) mit Anteilen fehlender Daten von 10%, 20%, 30% oder 40%. Statistische Komplexitäten wie Nichtlinearität, Interaktionen, konditionale Heteroskedastizität, Klassenungleichgewicht und Rauschen wurden implementiert. Die Methoden wurden hinsichtlich Verzerrung (Bias), Konfidenzintervallbreite, Überdeckung (Coverage) und einem Komposit-Score ausgewertet und anschließend auf reale Gesundheitsdaten angewendet.
Die Ergebnisse zeigen, dass Mixgb im Durchschnitt die robusteste Methode in allen Szenarien ist, die geringste Verzerrung aufweist und durchweg eine gute Überdeckung bietet. MICE-ranger schnitt besser ab als MICE, aber schlechter als Mixgb. Die Analyse echter Daten ergab, dass alle MI-Methoden bei geringen bis moderaten Anteilen fehlender Daten angemessene Imputationen generierten, obwohl zwischen den Methoden signifikante Unterschiede bei einzelnen Parameterschätzungen auftraten, was die Notwendigkeit unterstreicht, verschiedene MI-Methoden zur Behandlung fehlender Daten in Betracht zu ziehen.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass Ensemble Lerning Methoden, insbesondere Mixgb, im Vergleich zu linearen Methoden wie MICE in komplexen Szenarien mit fehlenden Daten eine überlegene Leistung bieten. Angesichts der Heterogenität von Daten im Public Health Bereich sollten Forscher Ensemble-Methoden für MI als robuste Lösungen für Probleme mit fehlenden Daten in Betracht ziehen, ohne MICE als mögliche Lösung für eher lineare Szenarien mit fehlenden Daten zu vernachlässigen
Multi-Link Torsion Axle – modeling, sevelopment, and experimental validation of a space-saving rear axle concept for enhanced battery integration in small-segment BEVs
No full textDie Integration großvolumiger Batterien in batterieelektrische Fahrzeuge stellt insbesondere in der Kleinwagenklasse eine erhebliche Herausforderung dar, da der Bauraum durch konventionelle Achskonzepte wie die Verbundlenkerachse stark begrenzt ist. Zur Lösung dieser Problematik wurde am Lehrstuhl für Fahrzeugleichtbau die Mehrlenker-Torsionsachse (MLTA) entwickelt, die durch ihre neuartige Kinematik eine optimierte Fahrzeugintegration ermöglicht und so zusätzlichen Bauraum für die Batterie schafft.
Ziel dieser Arbeit war die Modellierung, Entwicklung und experimentelle Erprobung der MLTA, wobei der Fokus auf dem elastokinematischen Verhalten lag. Hierzu wurde zunächst ein MKS-Solver entwickelt, mit dem sowohl die Kinematik als auch die Elastokinematik von Radaufhängungen modelliert und analysiert werden kann. Aufbauend darauf wurde ein MKS-Modell der MLTA erstellt. Anschließend erfolgte die Entwicklung, Konstruktion und der Aufbau eines Achsprototyps, der in ein Versuchsfahrzeug integriert wurde.
Die Erprobung erfolgte mittels KnC-Messungen, objektiver Fahrversuche sowie einer subjektiven Bewertung durch erfahrene Testfahrer und ungeschulte Alltagsfahrer. Zum Vergleich diente ein Serienfahrzeug mit Zusatzmassen, das hinsichtlich Fahrzeuggewicht, Schwerpunktlage und Massenträgheiten, an BEV-Eigenschaften angepasst wurde.
Die Ergebnisse der KnC-Versuche belegen das Potenzial der MLTA. Kinematisch zeigten sich insbesondere Vorteile in der Schrägfederung und der Bremsabstützung. Schwächen traten bei der Sturznachgiebigkeit auf, verursacht durch Abweichungen der Prototypenlager von den ausgelegten Zielwerten.
Simulative Analysen zeigen jedoch, dass bei Umsetzung der spezifizierten Lagereigenschaften die gewünschte Sturznachgiebigkeit erreicht werden kann. Die objektiven Fahrversuche zeigen eine hohe Agilität sowie ein deutlich reduzierte Längsbeschleunigung bei Hindernisüberfahrt im Vergleich zur Serienachse. Im Vergleich zur Referenzachse schnitt die MLTA in der subjektiven Bewertung schwächer ab, was den Bedarf an einer seriennahen Abstimmung für die Zukunft deutlich macht.The integration of large battery packs into battery electric vehicles poses a particular challenge in the compact vehicle class, as available packagespace is limited by conventional axle designs such as the twist beam axle. To address
this issue, the Multi-Link Torsion Axle (MLTA) was developed at the Institute of Automotive Lightweight Design. Its novel kinematic behavior enables optimized vehicle integration and creates additional space for the battery package.
This work deals with the modeling, development, and experimental evaluation of the MLTA, with a focus on its elastokinematic behavior. For this purpose, an MBS solver was developed that is capable of modeling and analyzing both the kinematics and elastokinematics of suspension systems. Based on this solver, an MBS model of the MLTA was created. In the next step, a prototype axle was designed, built, and integrated into a test vehicle.
The experimental evaluation included KnC-measurements, objective driving tests, and subjective evaluation by experienced test drivers and untrained everyday drivers. For comparison, a production vehicle equipped with additional masses was used to emulate the characteristic mass and center-of-gravity properties of a BEV.
The KnC results confirm the potential of the MLTA. Kinematic advantages were observed particularly in wheel-center recession and anti-lift behavior. Weaknesses were found in camber compliance due to deviations of the prototype bushings from the target specifications. However, simulation results show that the desired compliance behavior can be achieved if the specified bushing characteristics are met. Objective driving tests show high agility and a significantly reduced longitudinal acceleration during obstacle crossing compared to the reference suspension. Compared to the reference axle, the MLTA received lower ratings in the subjective evaluation, clearly indicating the need for series-level tuning in future development
Lumineszierende Lanthanid-dotierte Nano- und Mikropartikel und Hybridmaterialien für biomedizinische Anwendungen
No full textLuminescent lanthanide materials are of great interest not only for biomedical applications due to their tuneable emission wavelengths that extend from the
ultra-violet region into the near-infrared region. These materials are known to be non-toxic and resistant to photobleaching unlike traditional organic dyes. In this Thesis,
the focus was laid on the synthesis of nanoscale and microscale fluoride containing luminescent lanthanide materials, such as (LaF₃:Ce³⁺Tb³⁺, TiO₂@SiO₂@LaF₃:Ce³⁺Tb³⁺, and KSmF₄:Ln³⁺ (Ln = Ce, Tb, Eu), which promise unique optical properties, as fluoride containing lanthanide materials are recognized for their strong luminescence and good optical stability due to their low phonon energies. To harness these properties for potential bioimaging applications, this Thesis thus focused on developing and optimizing synthetic routes for producing monodisperse lanthanide doped particles that bridge the length scales from the nano- ( 1 µm). Furthermore, to enhance their scope by exploiting their surface features, these particles were incorporated into hydrogels and were modified with polymer brushes.
The results confirm the successful synthesis of monodisperse particles with sizes ranging from 1 µm. Die so hergestellten Partikel wurden auch in Hydrogele integriert und mit Polymerbürsten modifiziert, um ihre Anwendungsbreite zu erhöhen. Die Ergebnisse zeigen, dass es gelungen ist, Partikel mit Größen von < 10 nm bis zu 15 µm mit engen monomodalen Größenverteilungen zu synthetisieren, die intensive rote und grüne Lumineszenz durch Eu³⁺- und Tb³⁺-Ionen aufweisen. Die (LaF₃:Ce³⁺Tb³⁺)-Nanopartikel wurden auf ihre Zelltoxizität hin untersucht, während die MgF₂-Mikroperlen speziell für Anwendungen in der digitalen Holographie-Mikroskopie entwickelt wurden. Die Toxizitätstests zeigten, dass die Nanopartikel bei Konzentrationen unter 0,0023 mg/mL im Zellmedium nicht toxisch sind. Weiterhin wurden diese Nanopartikel in eine biokompatible Natriumalginat-Hydrogelmatrix eingebettet, und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Hydrogele wurde untersucht. Rheologische Messungen zeigten, dass die Einbindung der Nanopartikel die strukturelle Stabilität der Hydrogele signifikant erhöht, was ihre potenzielle Verwendung in der Medikamentenfreisetzung und im Bioimaging unterstützt. Die Untersuchung der sphärischen MgF₂-Mikropartikel mittels Tomographie-Phasenmikroskopie ergab einen Brechungsindex, der dem von menschlichen Zellen sehr ähnlich ist (1,360 ± 0,004). Diese Partikel eignen sich daher hervorragend für eine präzise Kalibrierung in der digitalen Holographie, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der markierungsfreien Echtzeit-Zell-Bildgebung verbessert wird. Zudem zeigten antibakterielle Tests mit E. coli, dass die antibakterielle Aktivität im Vergleich zu kommerziell erhältlichem MgF₂ verbessert ist. Insgesamt lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass Lanthanid-basierte Partikel in zukünftigen biomedizinischen Anwendungen vielversprechend eingesetzt werden können
Navigieren im Übergang: Die Rolle formeller und informeller Institutionen bei der Gestaltung von unternehmerischen Ökosystemen
No full textUnternehmerische Ökosysteme haben aufgrund ihrer enormen wirtschaftlichen Bedeutung große Aufmerksamkeit erlangt. Die Eigenschaften und Komponenten dieser Ökosysteme, ihre systemischen Beziehungen und insbesondere ihre Auswirkungen auf unternehmerische Aktivitäten in verschiedenen Ländern sind für viele Forscher von großem Interesse. Dieser Einfluss wirkt sich wiederum direkt oder indirekt auf die wirtschaftliche Entwicklung und das Wachstum von Ländern und Regionen aus. Doch selbst Regionen mit ähnlichen Merkmalen können gänzlich unterschiedliche Ergebnisse bezüglich des Vorhandenseins von Unternehmertum aufweisen. Daraus ergibt die Frage, warum Länder mit ähnlichen strukturellen Merkmalen und historischen Pfaden unterschiedliche unternehmerische Ökosysteme haben, und wie sich diese Unterschiede auf unternehmerische Aktivitäten auswirken. Warum entwickeln einige Ökosysteme mit ähnlicher Geografie, Ressourcen oder historischem Kontext unternehmerische Aktivitäten effektiver als andere? Darüber hinaus wirft diese erste Hauptforschungsfrage weitere Fragen auf, wie z. B.: Haben bestimmte Ökosystemelemente mehr Einfluss auf die anderen und auf das Gesamtsystem? Und weshalb? Ist dieser unterschiedliche Einfluss auch der Auslöser für die wichtigsten Voraussetzungen für unternehmerische Ergebnisse?
Es scheint daher, dass ein effektives und gut angepasstes Design eines unternehmerischen Ökosystems ein entscheidender Punkt für viele Länder und Regionen ist, die besondere Schwierigkeiten bei der Entwicklung des unternehmerischen Sektors haben. Dies gilt insbesondere für Situationen, in denen eine solche Entwicklung notwendig oder wünschenswert ist. Das Thema ist vor allem für Entwicklungsländer oder für Länder inmitten einer wirtschaftlichen Transformation relevant, die eine vergleichsweise kürzere Geschichte kapitalistischer Marktwirtschaften haben und daher in vielen Fällen eine schwächere unternehmerische Kultur und ein niedrigeres Niveau an Unternehmertum aufweisen. Dies gilt für Kaukasus-Länder wie Aserbaidschan oder Georgien (und viele andere post-sowjetische Länder), die weiterhin Schwierigkeiten haben, einen florierenden unternehmerischen Sektor zu entwickeln. Die gleiche Herausforderung zeigt sich in Entwicklungsländern mit unterschiedlichen Niveaus der Industrialisierung oder wirtschaftlicher Freiheit. Daher kann die Untersuchung des Einflusses von unternehmerischen Ökosystemen und deren Elementen aufeinander und auf das Gesamtniveau des Unternehmertums in verschiedenen Ländern und Kontexten mehr Licht auf das Thema werfen und Entscheidungsträger dabei unterstützen, ein tieferes Verständnis dafür zu gewinnen, wie solche Ökosysteme funktionieren. Das beinhaltet auch die Überlegung, was erforderlich ist, um ein besseres Ökosystemdesign zu entwickeln und unternehmerische Aktivitäten zu fördern.
Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, neue Erkenntnisse über die Auswirkungen von unternehmerischen Ökosystemen auf das Unternehmertum zu gewinnen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es zunächst notwendig, ein detaillierteres Verständnis von unternehmerischen Ökosystemen zu erlangen – einem Begriff, der sich in der Literatur noch in der „Adoleszenz“ befindet. Anschließend werden im Rahmen des Ökosystem-Unternehmertum-Nexus neue Einsichten darüber gewonnen, warum die Effektivität des Unternehmertums je nach Ökosystemkonfiguration unterschiedlich ist und auf welche Elemente der Fokus gelegt werden sollte, um den Prozess zu fördern. Solche Erkenntnisse können zur Schaffung positiver Ökosysteme und damit auch eines unternehmerfreundlichen Klimas beitragen, das den privaten Sektor dazu ermutigt, darüber nachzudenken, wie bestehende Systeme geändert und fruchtbarer für die unternehmerische Entwicklung gemacht werden können. Basierend auf den Erkenntnissen über den Einfluss von unternehmerischen Ökosystemen auf das Unternehmertum vergleicht die Dissertation a) die Entwicklung eines Ökosystems in einem Land; b) zwei kaukasische Länder innerhalb derselben Region und desselben historischen Unabhängigkeitsdatums, um zu verstehen, wie unterschiedliche Entwicklungswege entstehen können und welche Faktoren zu solchen Divergenzen führen; und c) analysiert Entwicklungsländer mit Fokus auf spezifische Aspekte in ihren Ökosystemen (insbesondere formelle Institutionen) und deren Auswirkungen auf unternehmerische Ergebnisse.Entrepreneurial Ecosystems have gained significant attention due to the enormous economic importance they have. The unique properties of ecosystem components, their systemic relationships, and, most significantly, the impact they have on entrepreneurial activities in various nations, are of great interest to many researchers in this field. Such influence, in turn, directly or indirectly affects the economic development and growth of countries or regions. Yet even regions with similar characteristics can display varying entrepreneurial outcomes. So, the question is why similar nations or areas have different ecosystem settings, and how does this variance impact entrepreneurial activity? Why do some ecosystems, with similar geography, size, resources, or historical context, develop entrepreneurial activities more effectively than others? Furthermore, this first main research question raises other questions like, such as: do certain ecosystem elements have more influence on the others and onto the overall system, and if so, why? Moreover, does this differential influence trigger the main antecedents of entrepreneurial outcomes?
Thus, it seems that an effective and well-fitting entrepreneurial ecosystem design is a crucial point for many countries and regions which face particular difficulties in the development of the entrepreneurial sector. It is especially true for situations in which such development is necessary or desirable. The issue is mostly relevant for developing countries, or countries in transition, which have a comparatively shorter history of capitalist market economies, and therefore, in many cases, a weaker entrepreneurial culture and a lower level of entrepreneurship. It holds true for Caucasian countries like Azerbaijan or Georgia (and many other post-Soviet countries) which continue to struggle in developing a thriving entrepreneurial sector. The same challenge is observed in developing countries with different levels in industrialization or freedom. Therefore, examining the influence of the entrepreneurial ecosystems and their elements on each other and on the overall entrepreneurship level in different countries and contexts can shed more light on the issue and help policymakers to gain a deeper understanding of how such ecosystems function, including what is needed to develop better ecosystem design in order to foster entrepreneurial activity.
The main purpose of this dissertation is to gain new insights into the influences resulting from entrepreneurial ecosystems’ impact on entrepreneurship. To achieve this goal, it is necessary to first gain a more detailed understanding of the entrepreneurial ecosystems, a term still in its “adolescence” in the literature. Next, within the framework of the ecosystem-entrepreneurship nexus, we establish new insights of why the effectiveness of entrepreneurship is different depending on the ecosystem setting, and which elements are important to focus on to boost the process. Such insights can contribute to the establishment of favorable ecosystems, and therefore also the entrepreneurial climate, encouraging the private sector to think about how to change existing systems and make them more fruitful for entrepreneurial development. Based on the findings regarding the influence of entrepreneurial ecosystem on entrepreneurship, the PhD thesis a) compares the development of an ecosystem in one country; b) compares two Caucasian countries within the same region and same historical date of independence, to understand how different developmental paths can occur, and which factors lead to such divergence; and c) analyzes developing countries focusing on specific aspects in their ecosystems (especially formal institutions) and their effect on entrepreneurial outcomes
German translation of the Revised Physical Self-Perception Profile Competence (PSPP-R Competence)
No full textFinanziert aus dem DFG-geförderten Open-Access-Publikationsfonds der Universität Siegen für ZeitschriftenartikelThis paper examines the validity of the competence scale of the Revised Physical Self-Perception Profile (PSPP-R Competence) in a large German sample of 1,007 predominantly female participants by assessing construct validity, discriminant and criterion validity, and reliability. The PSPP-R Competence measures four factors: Body Attractiveness, Physical Strength, Sports Competence, and Physical Condition. Confirmatory factor analyses confirmed the hypothesized correlated four-factor structure and offered support for a hierarchical factor structure. Discriminant and criterion validity analyses offered insight into the nomological net and were in line with theoretical considerations. Reliability of all subscales was estimated using Cronbach’s α and found to be good to excellent ranging from .84 to .92. Overall, this study provides support for a good adaptation of the PSPP-R in the German language and enriches previous validation studies focused mainly on factorial validity by adding discriminant and concurrent validity estimates
Design of experiments for experimental modeling of existing mechatronic processes
No full textBestehende mechatronische Prozesse müssen stetig verbessert werden, um aktuelle Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Qualität und Effizienz zu erfüllen. Hierfür werden Modelle benötigt, die das Prozessverhalten abbilden und zur Analyse und Optimierung geeignet sind. Zunehmend werden zu diesem Zweck datenbasierte Modelle verwendet, deren Güte in hohem Maße von den verfügbaren Daten abhängig ist. Daten aus dem regulären Betrieb von Prozessen sind häufig auf wenige Arbeitspunkte konzentriert und somit für eine gute Modellbildung ungeeignet.
Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellen Modellbildung, bei der die Trainingsdaten eines datenbasierten Modells gezielt in Experimenten erfasst werden. Dazu werden neue Versuchsplanungsmethoden entwickelt, die mit einem geringen Aufwand praktisch eingesetzt werden können. Aufwände werden sowohl in der Versuchsplanung als auch -durchführung reduziert, indem verfügbares Prozesswissen einbezogen und Prozesseigenschaften ausgenutzt werden.
Mit der inkrementellen Modellbildung wird ein schrittweises Verfahren zur Versuchsplanung und Modellbildung vorgestellt. In jedem Schritt wird eine weitere Eingangsgröße zum Versuchsplan und Modell hinzugefügt, was durch die ansteigende Komplexität zu einem intuitiven Vorgehen führt. Indem die bedeutendsten Eingangsgrößen zuerst betrachtet werden, kann das wesentliche Prozessverhalten in wenigen Schritten abgebildet werden. Darüber hinaus wird eine neue Versuchsplanungsmethode für zusammengesetzte Einheiten beschrieben. Bei dieser Art von Prozessen sind die Werte der Eingangsgrößen durch die in den Einheiten verwendeten Komponenten festgelegt. Durch die Ermittlung von optimalen Kombinationen gegebener Komponenten werden kosteneffiziente Versuche z. B. für Montageprozesse ermöglicht.
Die entwickelten Methoden werden anhand von Testprozessen mit Referenzmethoden verglichen. Hierbei werden trotz der gesteigerten praktischen Anwendbarkeit gleichwertige Modellgüten erreicht. Anhand von drei verschiedenen realen Anwendungen wird die praktische Anwendbarkeit demonstriert.Existing mechatronic processes have to be continuously improved in order to meet current requirements for flexibility, quality and efficiency. For this purpose, models are needed that represent the process behavior and are suitable for analysis and optimization. More and more, data-based models are used for this purpose, whose quality strongly depends on the available data. Data from regular process operation are often concentrated on a few operating points and are therefore not well suited for modeling.
In this work, experimental modeling is applied, in which the training data for a data-based model are systematically obtained in experiments. For this purpose, new design of experiments methods are developed that can be practically applied with little effort. Both in the design of experiments and in the execution of experiments, efforts are reduced by incorporating existing process knowledge and by exploiting process characteristics.
With incremental modelling, a stepwise approach for experimental design and modelling is presented. In each step, the experimental design and the process model are extended by an additional input variable, which leads to an intuitive modeling approach due to the increasing complexity. By incorporating the most important input variables first, the main process behavior can be modeled in a few steps. Furthermore, a new experimental design method for composite units is described. In this type of processes, the values of the input variables are specified by the components used in the units. By creating optimal combinations of given components, cost-efficient experiments are enabled, e.g. for assembly processes.
The developed methods are compared to reference methods using test processes. With these novel methods, equivalent model quality can be achieved even though greater practical applicability is given. The practical applicability is demonstrated by the means of three different real-world applications
Das Verhalten von Titan-Alpha-Legierungen bei der Warmkriechumformung.
No full textHot creep forming (HCF) is an innovative sheet metal forming process used to obtain high demands on material properties along with high geometric accuracy in terms of dimensional and shape stability without any need for post-treatment. Such a manufacturing process has been used mainly for special aluminum alloys. The application on titanium alloys is not known so far.
Titanium alloys, on the other hand, have excellent density-specific mechanical properties combined with high chemical resistance, making them preferred in the aerospace industry. The mechanical properties such as the deformation behavior, are strongly determined by the existing microstructure and phase composition. In this context, the crystal modifications of α-titanium (hexagonal) and β-titanium (body-centered cubic) differ significantly.
A compromise is offered by the mixed form α +β titanium alloys, which are represented by the most common titanium alloy, Ti-6Al-4V. The latter alloy is used in many different areas, from aerospace to medical applications, and their usage has, therefore, already been widely explored. α-titanium alloys have so far been used in automobiles, sports goods, and biomedical applications, but rarely in the aerospace industry.
In this work, the behavior of several titanium alpha alloys has been investigated during the hot creep forming process. KS1.2ASNEX, Exhaust-XT®, and ASTM grade 04 were the spoken alloys owing to their excellent oxidation resistance at high temperatures. However, the pronounced springback behavior of titanium alloys poses a significant challenge for sheet metal forming in order to produce dimensionally accurate and stable components and should definitely be avoided. Since the springback effect is temperature dependent, the springback behavior at different temperature levels was investigated. To develop a better understanding of material behavior during hot creep forming, several factors were varied and analyzed for their influence. The relationships between the significant factors such as forming temperature, heating time, creep strain, strain rate and relaxation time were worked out by means of a statistical design of experiments, on the basis of which the HCF process was optimized. In order to analyze the influence of further parameters such as the friction coefficient, die temperature and blankholder force and to use them for process optimization, HCF simulations based on the finite element method were carried out. Based on the approach mentioned above, forming temperature and relaxation time are the most significant factors to impact the oxidation behavior and the residual stresses. The alloy KS1.2ASNEX exhibits the best behavior at 650°C with a relaxation time of 720s so that full stress relief can be achieved without any detrimental oxidation layers. The simulation also shows an improvement in results due to a small coefficient of friction in combination with increasing the blank holding force. The experimental research was accompanied by metallographic investigations, which were used to evaluate the process-microstructure-property relationships.Hot Creep Forming (Warmkriechformen) ist ein innovatives Blechformgebungsverfahren, mit dem hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften und zugleich mit Blick auf die geforderte Maß- und Formhaltigkeit eine hohe geometrische Genauigkeit erzielt werden können, ohne dass eine Nachbehandlung der gefertigten Blechformteile erforderlich ist. Solch ein Fertigungsverfahren wurde bisher hauptsächlich auf spezielle Aluminiumlegierungen angewandt. Eine Anwendung auf Titanlegierungen ist bislang nicht bekannt. Titanlegierungen verfügen hingegen über ausgezeichnete dichtespezifische mechanische Eigenschaften bei gleichzeitiger hoher chemischer Beständigkeit, weswegen sie bevorzugt in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen. Die mechanischen Eigenschaften, wie u.a. das Formänderungsverhalten, werden stark von der vorliegenden Mikrostruktur und Phasenzusammensetzung bestimmt. In diesem Zusammenhang unterscheiden sich die Kristallmodifikationen von α-Titan (hexagonal) und β-Titan (kubisch-raumzentriert) deutlich. Einen Kompromiss bietet die Mischform α +β -Titan, zu der die am weitersten verbreitete Titanlegierung Ti-6Al-4V gehört, die in vielen unterschiedlichen Bereichen von der Luft- und Raumfahrt- bis hin in der Medizintechnik Anwendung findet und daher bereits weitreichend erforscht ist. α-Titanbasislegierungen werden unter anderem im Automobilbau, in der Medizintechnik und in Sportgeräten eingesetzt, weniger jedoch im Bereich der Luft- und Raumfahrt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verhalten einiger Titan-α-Legierungen beim Warmkriechformen untersucht. Die Legierungen KS1.2ASNEX, Exhaust-XT® und ASTM Gr. 04 wurden insbesondere aufgrund ihrer hervorragenden Oxidationsbeständigkeit in erhöhten Temperaturen ausgewählt. Das Rücksprungverhalten von Titanlegierungen bei der Blechumformung stellt eine wesentliche Herausforderung dar, um maß- und formhaltige Bauteile herstellen zu können.
Da das Rücksprungverhalten temperaturabhängig ist, wurde das Verhalten bei verschiedenen Temperaturniveaus untersucht. Zur Entwicklung eines besseren Verständnisses des Werkstoffverhaltens beim Warmkriechformen, wurden eine Reihe von Faktoren variiert und auf ihren Einfluss hin analysiert. Die Zusammenhänge der signifikanten Faktoren wie Umformtemperatur, Erwärmungszeit, Kriechdehnung, Dehnungsrate und Relaxationszeit wurden mittels einer statistischen Versuchsplanung erarbeitet, auf deren Basis der Warmkriechformprozess optimiert wurde. Um den Einfluss weiterer Parameter wie der Reibungskoeffizient, die Matrizentemperatur und die Niederhalterkraft zu analysieren und zur Prozessoptimierung zu nutzen, wurden Prozesssimulationen auf Basis der Finite-Elemente-Methode durchgeführt.
Basierend auf dem oben genannten Ansatz sind die Umformtemperatur und die Relaxationszeit die wichtigsten Faktoren, die das Oxidationsverhalten und die Eigenspannung beeinflussen. Die Legierung KS1.2ASNEX zeigt das günstigste Verhalten bei 650 ° C mit einer Relaxationszeit von 720 s, sodass ein vollständiger Spannungsabbau ohne das Auftreten von unerwünschten Oxidschichten erreicht werden kann. Eine weitere Verbesserung der Ergebnisse durch Verringerung der Reibungskoeffizient in Kombination mit Erhöhung der Niederhalterkraft lässt sich mit Hilfe der Simulation zeigen. Die experimentellen Versuche wurden von metallographischen Untersuchungen begleitet, die zur Bewertung der Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen herangezogen wurden