Bücher veröffentlicht von Technische Universität Chemnitz

The property of human motion perception is used in this dissertation to infer human activity from data using artificial neural networks. One of the main aims of this thesis is to discover which modalities, namely RGB images, optical flow and human keypoints, are best suited for HAR in omnidirectional data. Since these modalities are not yet available for omnidirectional cameras, they are synthetically generated with a 3D indoor simulation with the result of a large-scale dataset, called OmniFlow. Due to the lack of omnidirectional optical flow data, the OmniFlow dataset is validated using Test-Time Augmentation. Compared to the baseline, which contains Recurrent All-Pairs Field Transforms trained on the FlyingChairs and FlyingThings3D datasets, it was found that only about 1000 images need to be used for fine-tuning to obtain a very low End-point Error. For an evaluation on activity-level, two state-of-the-art convolutional neural networks (CNNs), namely the Temporal Segment Network (TSN) for the modalities RGB images and optical flow and the PoseC3D for the modality human keypoints, were used. Both CNNs were trained and validated on OmniFlow and on the real-world dataset OmniLab. For both networks, TSN and PoseC3D, three hyperparameters were varied and the top-1, top-5 and mean accuracies were reported. In addition, confusion matrices indicating the class-wise accuracy of the 15 activity classes have been given for the modalities RGB images, optical flow and human keypoints.

Die Komplexität des Forschungsmanagements an Universitäten und Hochschulen für Angewandte Wissenschaften hat in den letzten Jahren zugenommen, sowohl auf Seiten der Wissenschaftler als auch auf administrativer Ebene. Insbesondere die Texterstellung und -verarbeitung für Forschungsanträge, Publikationen und andere wissenschaftliche Dokumente erfordern erheblichen Aufwand. Gleichzeitig existieren Methoden und Technologien in den Bereichen Information Retrieval, Maschinelles Lernen und Semantischer Technologien, die für die Analyse und Bewertung dieser Texte geeignet sind. Diese Arbeit zielt darauf ab, Aufwände im Lebenszyklus von öffentlich geförderten Forschungsprojekten zu optimieren. Sie identifiziert aktuelle Entwicklungen und Technologien, um Kriterien für eine Gesamtarchitektur abzuleiten, die wissenschaftliche Texte qualitativ annotiert, trainiert und evaluiert. Das resultierende Framework namens FELIX dient als prototypisches System für die computergestützte Assistenz zur Evaluation wissenschaftlicher Texte. Datenkorpora aus Forschungsanträgen und Publikationen wurden für explorative Experimente verwendet, die u. a. auf Methoden des Maschinellen Lernens basieren. FELIX ermöglicht die Analyse von Texten und Metadaten, die Klassifizierung nach definierten Kriterien und die Vorhersage der Bewilligung von Forschungsanträgen. Die Konzeption und Evaluierung von FELIX führte zu wissenschaftlichen und praktischen Implikationen zur Optimierung des Forschungsmanagements.

Die Digitalisierung der Arbeitswelt zwingt zur Innovation ingenieurwissenschaftlicher Lehre. Während sich technologische, personelle und organisatorische Aspekte dieses Wandels in den Lerninhalten wiederfinden, wird das Potenzial für die kompetenzorientierte Digitalisierung von Lehr- und Lernprozessen noch unzureichend genutzt.In der vorliegenden Dissertation wird ein Vorgehensmodell anhand des Design Science Research entwickelt und erprobt, das zwei Anforderungen kombiniert: die systematische Handlungsleitung im Gestaltungsprozess innovativer technologiebasierter Lehr-Lernformate sowie den Aufbau einer digitalen Gestaltungskompetenz der ausführenden Lehrenden. Hierfür werden die Potenziale des User-centered Design und Usability Engineering adaptiert.Aus der iterativen Evaluation des Vorgehensmodells werden Empfehlungen für den Aufbau von kompetenzförderlichen Gestaltungsprozessen für hybride Lehr-Lernarchitekturen (hLA) abgeleitet, in denen die Vorteile digitaler und analoger Lernformate verschmelzen. Praktisches Ergebnis ist ein gebrauchstaugliches Vorgehensmodell mit erprobter hLA. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden als Konzept der hLA in der ingenieurwissenschaftlicher Hochschullehre sowie als Präzisierung einer digitalen Lehrgestaltungskompetenz in die Wissensbasis zurückgespielt.

Das Verständnis über die Ausbildung der Grenzfläche eines hybriden Bauteils aus thermoplastischem Kunststoff und Metall sowie die maßgeblichen Faktoren zum Erreichen einer hohen Verbundhaftung und Mediendichtheit in der Grenzfläche stellen nach wie vor eine große Herausforderung dar. Am Beispiel einer spritzgegossenen Kunststoff-Metall-Verbundprobe werden diese Zusammenhänge untersucht und bewertet. Es wird eine Methode zur Herstellung stoffschlüssig gefügter Verbunde mit hoher Mediendichtheit auf Basis einer hohen Kontakttemperatur beim Fügen entwickelt, indem Verbundspritzgießen und nachträgliches thermisches Fügen durch Induktionsheizen kombiniert werden. Eine stoffschlüssige Verbindung mit hoher Mediendichtheit zwischen thermoplastischem Kunststoff und Metall erfordert eine Haftung in der Grenzfläche der Verbundpartner auf Basis intermolekularer Wechselwirkungen. Die Quantifizierung der Mediendichtheit in der Grenzfläche erfolgt über eine eigens entwickelte Messmethode. Die entwickelte Vorgehensweise ermöglichet die Differenzierung zwischen intermolekularen Wechselwirkungen und mechanischen Verklammerungen als Ursache für eine Haftungsausbildung und deren Einfluss auf die Grenzflächeneigenschaften. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen zum Verständnis der Grenzflächenausbildung, insbesondere zum Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit des metallischen Verbundpartners sowie der Fügeprozessbedingungen zur Fertigung von Kunststoff-Metall-Verbunden mit hoher Mediendichtheit, bei.

Vibration converters based on piezoelectric materials are currently becoming increasingly important for powering low-power wireless sensor nodes and wearable electronic devices. Piezoelectric materials generate variable electrical charges under mechanical stress, requiring an energy management interface to meet load requirements. Resonant interfaces like Parallel Synchronized Switch Harvesting on Inductor (P-SSHI) are highly efficient and robust to energy sources and loads variations. Nevertheless, SSHI circuits require synchronous switch control for efficient energy transfer. At irregular excitation, SSHI circuits may not perform optimally because the resonant frequency of the circuit is typically tuned to match the frequency of the energy source, which in the case of footsteps can be irregular and unpredictable. In addition, the circuit may also be susceptible to noise and interference from irregular excitations, which can further affect its performance. The aim is to design a self-powered energy management solution that can operate autonomously even at low frequencies and for irregular chock excitations, while at the same time allowing higher energy flow to the energy storage device and maintaining high levels of energy efficiency. To evaluate the performance of the proposed circuit, a piezoelectric shoe insole is designed and used for testing with different storage capacitance values and loads as a proof of the circuit's adaptability to various loading conditions.

Data gathering is a constant in human history with ever increasing amounts in quantity and dimensionality. To get a feel for the data, make it interpretable, or find underlying laws it is necessary to fit a function to the finite and possibly noisy data. In this thesis we focus on a method achieving this, namely least squares approximation. Its discovery dates back to around 1800 and it has since then proven to be an indispensable tool which is efficient and has the capability to achieve optimal error when used right.Crucial for the least squares method are the ansatz functions and the sampling points. To discuss them, we gather tools from probability theory, frame subsampling, and L2-Marcinkiewicz-Zygmund inequalities. With that we give results in the worst-case or minmax setting, when a set of points is sought for approximating a class of functions, which we model as a generic reproducing kernel Hilbert space. Further, we give error bounds in the statistical learning setting for approximating individual functions from possibly noisy samples. Here, we include the covariate-shift setting as a subfield of transfer learning. In a natural way a parameter choice question arises for balancing over- and underfitting effect. We tackle this by using the cross-validation score, for which we show a fast way of computing as well as prove the goodness thereof.

Die Schwingfestigkeit einer Welle oder Achsen unterliegt einer Streuung. Diese Streuung wird durch Werkstoff- und Fertigungseinflüsse verursacht. Die Kenntnis der Streuung ist essenziell zur Vermeidung von Schadensfällen. Bislang besteht die Problematik, dass seitens der Schwingfestigkeitsstreuung im Bereich der Langzeitfestigkeit nur wenige Literaturwerte vorliegen und eine experimentelle Bestimmung mit geringem Fehler äußerst zeit- und kostenaufwendig ist. Zudem erfassen die beiden genannten Optionen, aufgrund der immer zugrunde liegenden experimentellen Ermittlung der Werte der Schwingfestigkeitsstreuung, nicht alle für die auszulegende Welle oder Achse möglichen Streueinflüsse. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, eine Methode zur Abschätzung der Streuung der Schwingfestigkeit für Vergütungsstähle zu entwickeln. Für die Entwicklung einer solchen Methode gilt es, die im Kontext einer sogenannten zweifachen Wöhlerlinie auftretenden Schadensorte - Bauteiloberfläche und Bauteilinneres - im Hinblick auf die ursächlichen Schädigungsmechanismen zu betrachten. Auf den identifizierten Einflussgrößen der Schädigungsmechanismen aufbauend werden geeignete Konzepte zur Schwingfestigkeitsabschätzung für die Schädigungsmechanismen entwickelt, die die Einflussgrößen erfassen. Anhand dieser Konzepte wird ein stochastisches Modell der Langzeitfestigkeit entwickelt. Dieses wird mittels durchgeführter experimenteller Untersuchungen sowie im Kontext bestehender Literaturdaten bewertet.

Die Funktionsintegration ermöglicht es, zusätzliche Bauteile einzusparen und somit nicht nur Kosten, sondern auch das Gewicht im Automobilbau zu reduzieren. Diese Methode wird insbesondere bei Blech- und Kunststoffwerkstoffen untersucht. Allerdings kann der derzeitige Stand der Technik beide Werkstoffe mit ihren jeweiligen spezifischen Eigenschaften nicht optimal vereinen, um Bauteile mit integrierten Funktionen in großem Umfang herzustellen. In dieser Arbeit wird das Thema anhand eines sensorischen Werkstoffverbundes behandelt, der aus einer mit piezokeramischen Partikeln gefüllten thermoplastischen Folie sowie einem Aluminiumblech und Kupferelektroden besteht. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf den Prozessschritten des Fügens der thermoplastischen sensorischen Folie mit einem Aluminiumblech und der schädigungsfreien Weiterverarbeitung des sensorischen hybriden Laminats mittels Blechumformprozessen. Dabei soll ein robuster kontinuierlicher Fügeprozess zwischen thermoplastischer Folie und Aluminiumblech umgesetzt und die mechanischen und technologischen Eigenschaften des sensorischen hybriden Laminats vollumfänglich charakterisiert werden. Der sensorische Verbund wird schließlich in einen Blechumformprozess überführt, um einen Funktionsdemonstrator herzustellen. Zusätzlich soll die Entwicklung eines FE-Modells zur Beschreibung des Umformverhaltens mit Schwerpunkt auf der Grenzfläche zwischen Metall und Kunststoff erfolgen. Mit den aufgeführten Methoden wird es möglich sein, die Abläufe zu analysieren und zu optimieren. Abschließend wird die Funktion des sensorischen hybriden Laminats als haptisches Eingabesystem und zur Zustandsüberwachung im Automobilbau nachgewiesen.

In dieser Arbeit wird ein neuartiges Düsensystem zum effizienten Heißgas-schweißen erforscht. Die theoretisch gewonnenen Daten der CFD-Simulationen werden an einer serienfähigen Heißgasschweißanlage, zwei Werkstoffen und zwei Probekörpergeometrien bestätigt. Das Düsensystem macht eintauchende Düsensysteme für den Heißgasschweißprozess serienfähig und erlaubt eine Reduktion der Erwärmungszeit um bis zu 50 %. Zusätzlich sind Kunststoffe mit hoher Schmelztemperatur (z. B. PA6T/XT-GF35) erstmals zuverlässig schweißbar. Mit dem neuen Düsensystem können anspruchsvolle, technische Werkstoffe mit hohen Schmelztemperaturen und großer Temperatursen-sivität gefügt werden. Zudem erlaubt das Aufsatz-Düsen-System das Fügen von Bauteilen mit komplex verlaufenden Schweißnähten. Die schnelle und homogene Erwärmung des Kunststoffes mit dem neuartigen Düsensystem erlaubt es, den Energie- und Gasverbrauch deutlich zu reduzieren.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Synthese-Vorauslegungsmethode beschrieben, mit der für individuelle Anforderungsprofile in einem frühen Entwicklungsprozess eine methodische Generierung von Lösungsvarianten für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen-Stacks erfolgt. Hierzu werden Parametervariationen auf Basis Kanalquerschnitts- und Flussfeldmodellen durchgeführt. Weiterhin werden Berechnungsmodule genutzt, um individuelle konstruktive und verfahrenstechnische Kennwerte der jeweiligen Lösungsvarianten zu bestimmen, unter anderem hinsichtlich GDL-Intrusionseffekten, hydraulischer Druckabfälle, der Umformschädigung metallischer Kanalstrukturen sowie der Berechnung der Flussfeldüberdeckungsbereiche zweier kombinierter Flussfelder. Auf Basis der Variantenkennwerte erfolgen wichtungsbasierte Bewertungsprozesse, aus denen gesamtheitliche Vorzugslösungen resultieren. In einem Beispielszenario wird die Anwendung der präsentierten Synthese-Vorauslegungsmethode exemplarisch dargestellt sowie die experimentellen Ergebnisse zur Charakterisierung der real umgesetzten Vorzugslösung aufgezeigt.

In the dissertation "Through-Silicon Vias in SiGe BiCMOS and Interposer Technologies for sub-THz Applications", a through-silicon via (TSV) technology module is developed targeting high frequency packaging applications in the millimeter-wave and sub-THz frequency range. Based on a high-performance 130 nm SiGe BiCMOS technology, TSVs are embedded in a via-middle integration approach. The TSV process module consists of the TSV integration, a carrier wafer handling and a wafer backside process to realize a redistribution layer. A process flow was developed to realize TSV structures with various geometries to ensure a high TSV design flexibility. The TSV process module can be applied for SiGe BiCMOS as well as for interposer technologies.High-performance TSV interconnections have been simulated to optimize their electrical properties. TSVs were electrically characterized and 3D transitions with low insertion loss

In this thesis, we study the following three types of periodic string patterns and some of their variants.Firstly, we consider maximal d-repetitions. These are substrings that are at least 2+d times as long as their minimum period.Secondly, we consider 3-cadences. These are arithmetic subsequence of three equal characters.Lastly, we consider maximal pairs. These are pairs of identical substrings.Maximal d-repetitions and maximal pairs of uncompressed strings are already well-researched. However, no non-trivial upper bound for distinct occurrences of these patterns that take the compressed size of the underlying strings into account were known prior to this research.We provide upper bounds for several variants of these two patterns that depend on the compressed size of the string, the logarithm of the string's length, the highest allowed power and d.These results also lead to upper bounds and new insights for the compacted directed acyclic word graph and the run-length encoded Burrows-Wheeler transform.We prove that cadences with three elements can be efficiently counted in uncompressed strings and can even be efficiently detected on grammar-compressed binary strings. We also show that even slightly more difficult variants of this problem are already NP-hard on compressed strings.Along the way, we extend the underlying geometry of the convolution from rectangles to arbitrary polygons. We also prove that this non-rectangular convolution can still be efficiently computed.

Im vorliegenden Buch werden im ersten Teil bekannte aber auch ausgewählte neue Verfahren zum Fügen von Metallen mit Kunststoffen vorgestellt und miteinander verglichen. Im zweiten Teil werden verschiedene Berechnungsmöglichkeiten für die Auslegung bzw. die Nachweisführung von mechanisch gefügten Verbindungen vorgestellt. Hierbei handelt es sich ebenfalls um bekannte Konzepte als auch um neue Konzepte aus verschiedenen Forschungsvorhaben. Anhand der Aufbereitung dieser Konzepte in Algorithmen nach DIN 66001 und der Bereitstellung von Beispielen, welche sich auf die Algorithmen beziehen, sind diese einfach anwendbar und für die studentische Ausbildung gut geeignet.

In der vorliegenden Arbeit wird der abrasive Verschleiß von Textilsilos näher betrachtet. Ziel der Untersuchungen ist die Auslegung eines geeigneten Prüfstands, um die Eignung verschiedener textiler Flächenelemente für den Einsatz als Silowandung zu prüfen.Es werden zunächst die unterschiedlichen etablierten physikalischen Verschleiß-Prüfungen vorgestellt und an Hand der Stand der Technik eine eigene Prüfvorrichtung entwickelt. Anschließend werden die charakteristischen Kennwerte der ausgewählten Schüttgüter und textilen Proben ermittelt. Verschiedene Schüttgut-Textil Kombinationen werden in der neuen Prüfvorrichtung getestet und anhand verschiedener Auswertemethoden die damit ermittelten Messwerte auf Plausibilität geprüft.

Security is a relatively new topic in the automotive industry. In the former days, the only security defense methods were the engine immobilizer and the anti-theft alarm system. The rising connection of vehicles to external networks made it necessary to extend the security effort by introducing security development processes. These processes include, among others, risk analysis and treatment steps. In parallel, the development of ISO/SAE 21434 and UNECE No. R155 started. The long development cycles in the automotive industry made it necessary to align the development processes' early designs with the standards' draft releases.This work aims to design a new consistent, complete, and efficient security development process aligned with the normative references. The resulting development process design aligns with the overall development methodology of the underlying, evaluated development process. Use cases serve as a basis for evaluating improvements and the method designs.This work concentrates on the left leg of the V-Model. Nevertheless, future work targets extensions for a holistic development approach for safety and security.

Die Mechanische Fügetechnik hat durch den Trend der Mischbauweise sowie schlecht schweißgeeigneter Werkstoffe in den letzten Jahren einen erhöhten Stellenwert erlangt. Aus diesem Grund wird die Weiterentwicklung dieser Verfahrensgruppe stark vorangetrieben. Neben den bekannten Verfahren Blindnieten, Fließformschrauben oder Bördeln wird auch das Durchsetzfügen, welches als Clinchen bekannt ist, in seinen Anwendungsgebieten stetig erweitert. Prozessbedingt ist das Clinchen von schlanken Hohlprofilen nur stark eingeschränkt möglich. Die Verfahrenserweiterung des ¿Orbitalclinchens¿ ermöglicht erstmals, schlanke Hohlprofile mittels Clinchens zu verbinden. In der experimentellen Prozessuntersuchung wurden Mischverbindungen aus Stahl- und Aluminiumrundrohren hergestellt. Weiterhin wurden mit einem nachgelagerten Wärmebehandlungsverfahren Rohrverbindungen aus dem Werkstoff 22MnB5 pressgehärtet. Infolge dessen konnte die Scherzugfestigkeit der Clinchpunkte um bis zu 25 % gesteigert werden.