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Wireless CAN
(2018)
Das vorgestellte System zu Wireless CAN bietet die Möglichkeit, CAN kabellos zu übertragen. Beide vorgestellten und entwickelten Konzepte funktionieren korrekt und ermöglichen den Auf-bau von kabellosen CAN Schnittstellen. Durch den kleinen Aufbau kann diese Technologie auch für eingebettete Systeme verwendet werden. Zudem bietet dieser Ansatz die Möglichkeit, durch die Entwicklung von geeigneten ICs die Größe des Systems bis auf Bauteilgröße zu reduzieren, um eine noch bessere Integration in eingebettete Systeme zu ermöglichen. Dadurch wird die Technologie attraktiv für Einsatzgebiete, wo die oben aufgelisteten Vorteile zum Tragen kommen können. Diese Einsatzgebiete können sowohl im Automobil als auch im Industriebereich liegen.
In addition to the technical content, modern courses at university should also teach professional skills to enhance the competencies of students towards their future work. The competency driven approach including technical as well as professional skills makes it necessary to find a suitable way for the integration into the corresponding module in a scalable and flexible manner. Agile development, for example, is essential for the development of modern systems and applications and makes use of dedicated professional skills of the team members, like structured group dynamics and communication, to enable the fast and reliable development. This paper presents an easy to integrate and flexible approach to integrate Scrum, an agile development method, into the lab of an existing module. Due to the different role models of Scrum the students have an individual learning success, gain valuable insight into modern system development and strengthen their communication and organization skills. The approach is implemented and evaluated in the module Vehicle Systems, but it can be transferred easily to other technical courses as well. The evaluation of the implementation considers feedback of all stakeholders, students, supervisor and lecturers, and monitors the observations during project lifetime.
Project work and inter disciplinarity are integral parts of today's engineering work. It is therefore important to incorporate these aspects into the curriculum of academic studies of engineering. At the faculty of Electrical Engineering and Information Technology an interdisciplinary project is part of the bachelor program to address these topics. Since the summer term 2020 most courses changed to online mode during the Covid-19 crisis including the interdisciplinary projects. This online mode introduces additional challenges to the execution of the projects, both for the students as well as for the lecture. The challenges, but also the risks and chances of this kind of project courses are subject of this paper, based on five different interdisciplinary projects
Communication via serial bus systems, like CAN, plays an important role for all kinds of embedded electronic and mechatronic systems. To cope up with the requirements for functional safety of safety-critical applications, there is a need to enhance the safety features of the communication systems. One measure to achieve a more robust communication is to add redundant data transmission path to the applications. In general, the communication of real-time embedded systems like automotive applications is tethered, and the redundant data transmission lines are also tethered, increasing the size of the wiring harness and the weight of the system. A radio link is preferred as a redundant transmission line as it uses a complementary transmission medium compared to the wired solution and in addition reduces wiring harness size and weight. Standard wireless links like Wi-Fi or Bluetooth cannot meet the requirements for real-time capability with regard to bus communication. Using the new dual-mode radio enables a redundant transmission line meeting all requirements with regard to real-time capability, robustness and transparency for the data bus. In addition, it provides a complementary transmission medium with regard to commonly used tethered links. A CAN bus system is used to demonstrate the redundant data transfer via tethered and wireless CAN.
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung im Leistungsbereich in 10kW mit periodisch arbeitender Sorptionsmaschine
(2009)
The paper presents a method for the quantitative assessment of choroidal blood flow using an OCT-A system. The developed technique for processing of OCT-A scans is divided into two stages. At the first stage, the identification of the boundaries in the selected portion was performed. At the second stage, each pixel mark on the selected layer was represented as a volume unit, a voxel, which characterizes the region of moving blood. Three geometric shapes were considered to represent the voxel. On the example of one OCT-A scan, this work presents a quantitative assessment of the blood flow index. A possible modification of two-stage algorithm based on voxel scan processing is presented.
Biomechanical simulation of different prosthetic meshes for repairing uterine/vaginal vault prolapse
(2017)
"[...] Der erste Teil des Vortags konzentriert sich auf die bei Ericsson gemachten Erfahrungen. Welche Muster wurden identifiziert, für welche Tests wurden sie eingesetzt. Wie werden diese Muster verwendet, wie werden sie beschrieben und spezifiziert. Und schließlich, wie entsteht eine Art Standardisierung, in der das Wissen über diese Muster als Organisationswissen zur Verfügung steht.
Im zweiten Teil des Vortrags werden die bei Ericsson gemachten Erfahrungen verallgemeinert. Die bei Ericsson verwendeten Muster werden auf allgemeine Strukturen übertragen (z.B. Client-Server). Es wird gezeigt, wie die Zuordnung von Testverfahren auf Netzwerkmuster auch in anderen Domänen verwendet wird und welche Vorteile sich damit erzielen lassen."
Quelle: http://www.qs-tag.de/fileadmin/software-qs-tag/public/2007/abstract_jacobs.shtml
The search for life on Mars and in the Solar System - strategies, logistics and infrastructures
(2018)
The question "Are we alone in the Universe?" is perhaps the most fundamental one that affects mankind. How can we address the search for life in our Solar System? Mars, Enceladus and Europa are the focus of the search for life outside the terrestrial biosphere. While it is more likely to find remnants of life (fossils of extinct life) on Mars because of its past short time window of the surface habitability, it is probably more likely to find traces of extant life on the icy moons and ocean worlds of Jupiter and Saturn. Nevertheless, even on Mars there could still be a chance to find extant life in niches near to the surface or in just discovered subglacial lakes beneath the South Pole ice cap. Here, the different approaches for the detection of traces of life in the form of biosignatures including pre-biotic molecules will be presented. We will outline the required infrastructure for this enterprise and give examples of future mission concepts to investigate the presence of life on other planets and moons. Finally, we will provide suggestions on methods, techniques, operations and strategies for preparation and realization of future life detection missions.
Electromechanical model of hiPSC-derived ventricular cardiomyocytes cocultured with fibroblasts
(2018)
The CellDrum provides an experimental setup to study the mechanical effects of fibroblasts co-cultured with hiPSC-derived ventricular cardiomyocytes. Multi-scale computational models based on the Finite Element Method are developed. Coupled electrical cardiomyocyte-fibroblast models (cell level) are embedded into reaction-diffusion equations (tissue level) which compute the propagation of the action potential in the cardiac tissue. Electromechanical coupling is realised by an excitation-contraction model (cell level) and the active stress arising during contraction is added to the passive stress in the force balance, which determines the tissue displacement (tissue level). Tissue parameters in the model can be identified experimentally to the specific sample.
The human arm consists of the humerus (upper arm), the medial ulna and the lateral radius (forearm). The joint between the humerus and the ulna is called humeroulnar joint and the joint between the humerus and the radius is called humeroradial joint. Lateral and medial collateral ligaments stabilize the elbow. Statistically, 2.5 out of 10,000 people suffer from radial head fractures [1]. In these fractures the cartilage is often affected. Caused by the injured cartilage, degenerative diseases like posttraumatic arthrosis may occur. The resulting pain and reduced range of motion have an impact on the patient’s quality of life. Until now, there has not been a treatment which allows typical loads in daily life activities and offers good long-term results. A new surgical approach was developed with the motivation to reduce the progress of the posttraumatic arthrosis. Here, the radius is shortened by 3 mm in the proximal part [2]. By this means, the load of the radius is intended to be reduced due to a load shift to the ulna. Since the radius is the most important stabilizer of the elbow it has to be confirmed that the stability is not affected. In the first test (Fig. 1 left), pressure distributions within the humeroulnar and humeroradial joints a native and a shortened radius were measured using resistive pressure sensors (I5076 and I5027, Tekscan, USA). The humerus was loaded axially in a tension testing machine (Z010, Zwick Roell, Germany) in 50 N steps up to 400 N. From the humerus the load is transmitted through both the radius and the ulna into the hand which is fixed on the ground. In the second test (Fig. 1 right), the joint stability was investigated using a digital image correlation system to measure the displacement of the ulna. Here, the humerus is fixed with a desired flexion angle and the unconstrained forearm lies on the ground. A rope connects the load actuator with a hook fixed in the ulna. A guide roller is used so that the rope pulls the ulna horizontally when a tensile load is applied. This creates a moment about the elbow joint with a maximum value of 7.5 Nm. Measurements were performed with varying flexion angles (0°, 30°, 60°, 90°, 120°). For both tests and each measurement, seven specimens were used. Student ́s t-test was employed to determine whether the mean values of the measurements in native specimen and operated specimens differ significantly.
The overall objective of this study is to develop a new external fixator, which closely maps the native kinematics of the elbow to decrease the joint force resulting in reduced rehabilitation time and pain. An experimental setup was designed to determine the native kinematics of the elbow during flexion of cadaveric arms. As a preliminary study, data from literature was used to modify a published biomechanical model for the calculation of the joint and muscle forces. They were compared to the original model and the effect of the kinematic refinement was evaluated. Furthermore, the obtained muscle forces were determined in order to apply them in the experimental setup. The joint forces in the modified model differed slightly from the forces in the original model. The muscle force curves changed particularly for small flexion angles but their magnitude for larger angles was consistent.
Mathematical morphology is a part of image processing that has proven to be fruitful for numerous applications. Two main operations in mathematical morphology are dilation and erosion. These are based on the construction of a supremum or infimum with respect to an order over the tonal range in a certain section of the image. The tonal ordering can easily be realised in grey-scale morphology, and some morphological methods have been proposed for colour morphology. However, all of these have certain limitations.
In this paper we present a novel approach to colour morphology extending upon previous work in the field based on the Loewner order. We propose to consider an approximation of the supremum by means of a log-sum exponentiation introduced by Maslov. We apply this to the embedding of an RGB image in a field of symmetric 2x2 matrices. In this way we obtain nearly isotropic matrices representing colours and the structural advantage of transitivity. In numerical experiments we highlight some remarkable properties of the proposed approach.
Pandaboard, TurtleBot, Kinect und Co. : Low-Cost Hardware im Lehreinsatz für die mobile Robotik.
(2012)
Mit freundlicher Genehmigung der Autoren und des Oldenbourg Industrieverlags https://www.oldenbourg-industrieverlag.de/de/9783835633223-33223 erschienen als Beitrag im Tagungsband zur AALE-Tagung 2012. 9. Fachkonferenz 4.-5. Mai 2012, Aachen, Fachhochschule. ISBN 9783835633223 S 8-1 S. 229-238 Original-Abstract des Autors: "Die mobile Robotik wird durch den Einsatz von Low-Cost Hardware einem breiten Publikum zugänglich. Bis vor kurzem basierte eine erschwingliche Hardware meist auf Mikrocontrollern mit den entsprechenden Leistungseinschränkungen z.B. im Bereich der Bildverarbeitung. Die Wahrnehmung einer 3D-Umgebung und somit die Möglichkeit zur autonomen Navigation wurde mit relativ kostenintensiver Hardware, z.B. Stereo-Vision-Systemen und Laserscannern gelöst. Die zur Auswertung der Sensorik notwendige Rechenleistung stand - entweder aufgrund des Stromverbrauchs oder der Performance meist für mobile Plattformen (lokal) - nicht zur Verfügung. Durch Einsatz von leistungsfähigen Prozessoren aus dem Bereich der Mobilgeräte (Smartphones, Tablets) und neuartigen Sensoren des Consumer-Bereichs, wie der Kinect, können mobile Roboter kostengünstig für den Einsatz in der Lehre aufgebaut werden.
Entwicklung eines Kletterroboters zur Diagnose und Instandsetzung von Windenergieanlagen (SMART)
(2016)
In the study, the process chain of additive manufacturing by means of powder bed fusion will be presented based on the material glass. In order to reliably process components additively, new concepts with different solutions were developed and investigated.
Compared to established metallic materials, the properties of glass materials differ significantly. Therefore, the process control was adapted to the material glass in the investigations. With extensive parameter studies based on various glass powders such as borosilicate glass and quartz glass, scientifically proven results on powder bed fusion of glass are presented. Based on the determination of the particle properties with different methods, extensive investigations are made regarding the melting behavior of glass by means of laser beams. Furthermore, the experimental setup was steadily expanded. In addition to the integration of coaxial temperature measurement and regulation, preheating of the building platform is of major importance. This offers the possibility to perform 3D printing at the transformation temperatures of the glass materials. To improve the component’s properties, the influence of a subsequent heat treatment was also investigated.
The experience gained was incorporated into a new experimental system, which allows a much better exploration of the 3D printing of glass. Currently, studies are being conducted to improve surface texture, building accuracy, and geometrical capabilities using three-dimensional specimen.
The contribution shows the development of research in the field of 3D printing of glass, gives an insight into the machine and process engineering as well as an outlook on the possibilities and applications.
Hydrophobic magnetic nanoparticles (NPs) consisting of undecanoate-capped magnetite (Fe3O4, average diameter ca. 5 nm) are used to control quantized electron transfer to surface-confined redox units and metal NPs. A two-phase system consisting of an aqueous electrolyte solution and a toluene phase that includes the suspended undecanoatecapped magnetic NPs is used to control the interfacial properties of the electrode surface. The attracted magnetic NPs form a hydrophobic layer on the electrode surface resulting in the change of the mechanisms of the surface-confined electrochemical processes. A quinone-monolayer modified Au electrode demonstrates an aqueous-type of the electrochemical process (2e-+2H+ redox mechanism) for the quinone units in the absence of the hydrophobic magnetic NPs, while the attraction of the magnetic NPs to the surface results in the stepwise single-electron transfer mechanism characteristic of a dry nonaqueous medium. Also, the attraction of the hydrophobic magnetic NPs to the Au electrode surface modified with Au NPs (ca. 1.4 nm) yields a microenvironment with a low dielectric constant that results in the single-electron quantum charging of the Au NPs.
Humanized UGT2 and CYP3A transchromosomic rats for improved prediction of human drug metabolism
(2019)
The downsizing of spark ignition engines in conjunction with turbocharging is considered to be a promising method for reducing CO₂ emissions. Using this concept, FEV has developed a new, highly efficient drivetrain to demonstrate fuel consumption reduction and drivability in a vehicle based on the Ford Focus ST. The newly designed 1.8L turbocharged gasoline engine incorporates infinitely variable intake and outlet control timing and direct fuel injection utilizing piezo injectors centrally located. In addition, this engine uses a prototype FEV engine control system, with software that was developed and adapted entirely by FEV. The vehicle features a 160 kW engine with a maximum mean effective pressure of 22.4 bar and 34 % savings in simulated fuel consumption. During the first stage, a new electrohydraulically actuated hybrid transmission with seven forward gears and one reverse gear and a single dry starting clutch will be integrated. The electric motor of the hybrid is directly connected to the gear set of the transmission. Utilizing the special gear set layout, the electric motor can provide boost during a change of gears, so that there is no interruption in traction. Therefore, the transmission system combines the advantages of a double clutch controlled gear change (gear change without an interruption in traction) with the efficient, cost-effective design of an automated manual transmission system. Additionally, the transmission provides a purely electric drive system and the operation of an air-conditioning compressor during the engine stop phases. One other alternative is through the use of CAI (Controlled Auto Ignition), which incorporates a process developed by FEV for controlled compression ignition.
Die neue Vornorm VDE V 0185 Teil 2 „Risikomanagement: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen“ [1] ist seit November 2002 gültig. Sie ermöglicht nicht nur die Ermittlung der Schutzklasse eines Blitzschutzsystems, sondern auch die Untersuchung zur Notwendigkeit anderer Schutzmaßnahmen gegen Blitzeinwirkungen (Überspannungsschutzgeräte in Unterverteilern und/oder an Endgeräten, Schirmung des Gebäudes und/oder interner Räume, Potentialsteuerung, Brandmelde- und Feuerlöscheinrichtungen, etc.) nach objektiven Kriterien und damit in einer für alle Beteiligten grundsätzlich nachvollziehbaren Art und Weise. Dass eine solche Analyse rel. komplex sein muss und der intensiven Beschäftigung bedarf, ist deshalb nicht verwunderlich. Die Komplexität des Verfahrens sollte allerdings nicht dazu führen, die Vornorm als Ganzes abzulehnen. Die Vornorm beruht auf dem Stand der Diskussion im internationalen Normengremium IEC TC81 WG9 Ende des Jahres 2000. Integriert wurden einige nationale Besonderheiten, die aus Sicht des zuständigen Normenkomitees DKE K251 erforderlich erschienen. In Deutschland konnten und können nun erste breite Erfahrungen in der Anwendung dieser Risikoanalyse gesammelt werden; in anderen Ländern ist dies noch nicht möglich. Diese Erfahrungen können dann, nach Diskussion im nationalen Rahmen, in die internationale Normenarbeit eingebracht werden. Im folgenden Beitrag sollen einige, seit Erscheinen der Vornorm oft wiederkehrende Fragen dargestellt und Lösungsvorschläge vorgestellt werden. Dabei wird auch auf die Tendenzen im internationalen Normengremium IEC TC81 WG9 eingegangen, d.h. auf den aktuellen Entwurf zur IEC 62305-2 [3]. Die Lösungsvorschläge werden begründet, sind allerdings weitestgehend subjektive Meinung des Autors. Für übliche bauliche Anlagen ist die Anwendung der Vornorm rel. einfach möglich. Auch für spezielle Fälle können die darin festgelegten Verfahren herangezogen werden; allerdings sind dann einige weiterführende Überlegungen notwendig, die der Planer von Blitzschutzsystemen durchführen muss. Anhand zweier Beispiele soll die Anwendung der VDE V 0185 Teil 2 auf solche speziellen Fälle dargestellt werden.
Ein vorausschauendes Risikomanagement beinhaltet, Risiken für das Unternehmen zu kalkulieren. Es liefert Entscheidungsgrundlagen, um diese Risiken zu begrenzen und es macht transparent, welche Risiken sinnvollerweise über Versicherungen abgedeckt werden sollten. Beim Versicherungsmanagement ist jedoch zu bedenken, dass zur Erreichung bestimmter Ziele Versicherungen nicht immer geeignet sind (z.B. Erhaltung der Lieferfähigkeit). Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Risiken lassen sich durch Versicherungen nicht verändern. Bei Unternehmen, die mit umfangreichen elektronischen Einrichtungen produzieren oder Dienstleistungen erbringen (und das sind heutzutage wohl die meisten), muss auch das Risiko durch Blitzeinwirkungen besondere Berücksichtigung finden. Dabei ist zu beachten, dass der Schaden aufgrund der Nicht-Verfügbarkeit der elektronischen Einrichtungen und damit der Produktion bzw. der Dienstleistung und ggf. der Verlust von Daten den Hardware-Schaden an der betroffenen Anlage oft bei weitem übersteigt. Im Blitzschutz gewinnt innovatives Denken in Schadensrisiken langsam an Bedeutung. Risikoanalysen haben die Objektivierung und Quantifizierung der Gefährdung von baulichen Anlagen und ihrer Inhalte durch direkte und indirekte Blitzeinschläge zum Ziel. Seinen Niederschlag hat dieses neue Denken in der neuen deutschen Vornorm DIN V 0185-2 VDE V 0185 Teil 2 [1] gefunden. Die hier vorgegebene Risikoanalyse gewährleistet, dass ein für alle Beteiligten nachvollziehbares Blitzschutz-Konzept erstellt werden kann, das technisch und wirtschaftlich optimiert ist, d.h. bei möglichst geringem Aufwand den notwendigen Schutz gewährleisten kann. Die sich aus der Risikoanalyse ergebenden Schutzmaßnahmen sind dann in den weiteren Normenteilen der neuen Reihe VDE V 0185 [2, 3] detailliert beschrieben.
Alle Unternehmen sind vielfältigen Risiken ausgesetzt, die Finanz- und Betriebsbereiche einschließlich Dienstleistungen betreffen können. Die Firmen müssen üblicherweise Risiken eingehen, um im Wettbewerb bestehen zu können. Entscheidend ist, dass man sich über die Risiken bewusst ist, diese einschätzen und kontrollieren kann. Falsche Einschätzungen, Versäumnisse und Fehlentscheidungen können empfindliche finanzielle Schäden bis hin zum Totalverlust nach sich ziehen. Ein effektives Risikomanagement ist heute als wichtiger Sicherheitsfaktor anzusehen und sollte zur strategischen Unternehmensführung gehören. Ein vorausschauendes Risikomanagement beinhaltet, Risiken für das Unternehmen zu kalkulieren. Es liefert Entscheidungsgrundlagen, um diese Risiken zu begrenzen und es macht transparent, welche Risiken sinnvollerweise über Versicherungen abgedeckt werden sollten. Beim Versicherungsmanagement ist jedoch zu bedenken, dass zur Erreichung bestimmter Ziele Versicherungen nicht geeignet sind (z.B. Erhaltung der Lieferfähigkeit). Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Risiken lassen sich durch Versicherungen nicht verändern. Bei Unternehmen, die mit umfangreichen elektronischen Einrichtungen produzieren oder Dienstleistungen erbringen (und das sind heutzutage wohl die meisten), muss auch das Risiko durch Blitzeinwirkungen besondere Berücksichtigung finden. Dabei ist zu beachten, dass der Schaden aufgrund der Nicht-Verfügbarkeit der elektronischen Einrichtungen und damit der Produktion bzw. der Dienstleistung und ggf. der Verlust von Daten den Hardware-Schaden an der betroffenen Anlage oft bei weitem übersteigt. Im Blitzschutz gewinnt innovatives Denken in Schadensrisiken langsam an Bedeutung. Risikoanalysen haben die Objektivierung und Quantifizierung der Gefährdung von baulichen Anlagen und ihrer Inhalte durch direkte und indirekte Blitzeinschläge zum Ziel. Seinen Niederschlag hat dieses neue Denken in der neuen deutschen Norm DIN V 0185-2 VDE V 0185 Teil 2 gefunden. Die hier vorgegebene Risikoanalyse gewährleistet, dass ein für alle Beteiligten nachvollziehbares Blitzschutz-Konzept erstellt werden kann, das technisch und wirtschaftlich optimiert ist, d.h. bei möglichst geringem Aufwand den notwendigen Schutz gewährleisten kann. Die sich aus der Risikoanalyse ergebenden Schutzmaßnahmen sind dann in den weiteren Normenteilen der neuen Reihe VDE V 0185 detailliert beschrieben.
[Paper of the X International Symposium on Lightning Protection 9th - 13th November, 2009 - Curitiba, Brazil. 6 pages] The international standard IEC 62305-3, published in 2006, requires as an integral part of the lightning protection system (LPS) the consideration of a separation distance between the conductors of the LPS and metal and electrical installations inside the structure to be protected. IEC 62305-3 gives two different methods for this calculation: a standard, simplified approach and a more detailed approach, which differ especially regarding the treatment of the current sharing effect on the LPS conductors. Hence, different results for the separation distance are possible, leading to some discrepancies in the use of the standard. The standard approach defined in the main part (Clause 6.3) and in Annex C of the standard in some cases may lead to a severe oversizing of the required separation distance. The detailed approach described in Annex E naturally gives more correct results. However, a calculation of the current sharing amongst all parts of the air-termination and downconductor network is necessary, in many cases requiring the use of network analysis programs. In this paper simplified methods for the assessment of the current sharing are presented, which are easy to use as well as sufficiently adequate.
Risk management for structures with a risk of explosion should be considered very carefully when performing a risk analysis according to IEC 62305-2. In contrast to the 2006 edition of the standard, the 2010 edition describes the topic “Structures with a risk of explosion” in more detail. Moreover, in Germany separate procedures and parameters are defined for the risk analysis of structures with a risk of explosion (Supplement 3 of the German DIN EN 62305-2 standard). This paper describes the contents and the relevant calculations of this Supplement 3, together with a numerical example.