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Die hyperspektrale Bildgebung gewinnt zunehmend in Bereichen wie der klinischen Diagnostik an Bedeutung. Sie stellt eine nichtinvasive Methode der Gewebeuntersuchung dar. Eine wichtige Anwendung dieser bildgebenden Systeme ist die Gewebedifferenzierung. Aus diesem Grund wurde ein Messaufbau realisiert, mit welchem sich eine Gewebedifferenzierung anhand hyperspektraler Aufnahmen durchführen lässt. Durch die Verwendung eines breiten Spektralbereichs konnten die optischen Eigenschaften der unterschiedlichen Gewebetypen zur genauen Differenzierung ausgenutzt werden. Durch Anfertigen hyperspektraler Aufnahmen und anschließender numerischer Auswertung konnte der Informationsgehalt dieser Aufnahmen noch weiter gesteigert werden.
Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die Entwicklung eines Gesamtsystems für die Aufnahme von Vitalparametern. Die Daten von den Vitalparametern werden verwendet, um das Stresslevel eines Patienten, während einer sinnesphysiologischen Untersuchung zu bewerten und zu überwachen. Für diesen Zweck werden über drei Messsysteme die Herzfrequenz, die elektrodermale Aktivität und die Griffkraft aufgenommen, da sich in diesen Parametern der Stress eines Patienten gut widerspiegelt. Die einzelnen Messsysteme wurden in einem Gesamtsystem zusammengeführt und unter Laborbedingungen getestet.
Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Erstellung eines optischen Messsystems für die zeitgleiche Detektion von Stickstoffdioxid und Distickstofftetroxid mittels Cavity-Ring-Down Verfahren.
Darauf basierend wurde ein Messsystem erstellt, welches die Detektion von Stickstoffdioxid mit Hilfe von Cavity-Ring-Down-Spectroscopy bei 510 nm und Distickstofftetroxid über Cavity-Enhanced-Spectroscopy bei 270 nm ermöglicht. Durch die Messung in zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ist eine Referenzierung auf Stickstoffdioxid möglich, wodurch die Analyse der Konzentration von Distickstofftetroxid erfolgen kann.
Auf diese Weise könnten rechnerisch Stickstoffdioxidkonzentrationen von bis zu 98 ppb, sowie 80 ppb Distickstofftetroxid nachgewiesen werden. Der realisierte Messaufbau stellt eine Grundlage für weitere Untersuchungen von Stickoxidkonzentrationen an Atmosphäre auf der Basis der vorgestellten Messmethoden dar.
Koloskopien haben einen hohen Stellenwert in der Krebsvorsorge, doch das Erlernen der Koloskopie gestaltet sich häufig schwierig. Deshalb kommen Trainingssysteme zum Einsatz, an denen die Untersuchung ohne Patientengefährdung geübt werden kann. Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Konstruktion eines haptischen Trainingsmodells für die Simulation einer Koloskopie. Ein Trainingssystem mit einem nachgebildeten Kolon wurde entwickelt, in welchem auch auswechselbare Pathologien diagnostiziert und therapiert werden können. Ein Test zur Beurteilung des Fertigungsverfahren für das Kolon wurde durchgeführt und erste Prototypen wurden konstruiert und gefertigt.
Die Kultur von eukaryotischen Zellen wird in vielen Forschungsbereichen eingesetzt, wie z.B. in der Krebsforschung, der Stammzellforschung und - aktuell von besonderem Interesse - in der Forschung zur Viruskontrolle. Dabei liegt besonderes Interesse in der mikroskopischen Beobachtung lebender Zellen. Es gibt bereits kommerziell erhältliche Kultursysteme, mit denen Zellen auf Mikroskopen kultiviert werden können. Diese Systeme sind jedoch sehr teuer und daher für Forschergruppen mit kleinen Budgets nicht zugänglich. Das Bestreben ist daher, ein Zellkultursystem zu schaffen, das einfach und kostengünstig ist, aber dennoch eine hohe Qualität aufweist und mit dem Standard vergleichbar ist. Ich habe im Rahmen dieser Arbeit die Möglichkeit erhalten, an der Entwicklung eines solchen Systems mitzuwirken und habe einen funktionsfähigen Kleinserien-Prototyp entworfen, hergestellt und getestet.
Für die Beschreibung von Bioprozessen mit Mikroorganismen ist die Erfassung mehrerer
Prozess-Parameter relevant. Die Biomassekonzentration eines biologischen Systems gibt Aufschluss über die Wachstumsprozesse der Organismen, die eine wichtige Rolle in der Bio-technologie spielen.
Zur online-Bestimmung der Biomasse wurde der „Cell Growth Quantifier“ der Firma aquila biolabs eingesetzt, welcher nach dem Prinzip der Rückstreumessung arbeitet.
Für die Kultivierung der Hefe Yarrowia lipolytica wurden Glucose als hydrophiles Substrat und Sonnenblumenöl als hydrophobes Substrat eingesetzt.
Zur Quantifizierung wurden Stoffbilanzen aufgestellt.
Bei der Fermentation mit Glucose konnten Wachstumskurven generiert und Wachstumsraten mit 0,09 h-1 für Glucose und 0,24 h-1 für Sonnenblumenöl bestimmt werden. Mit Hilfe des online-Signals konnte bei der Bilanzierung eine Änderung in der Reaktionsstöchiometrie festgestellt werden und ein Hinweis auf eine Unterteilung in zwei Phasen, aufgrund einer möglichen Produktbildung, gewonnen werden. Der Signalverlauf des online-Biomassesensors beim Einsatz hydrophiler Substrate entspricht weitestgehend den Werten der Methoden der offline Biomassebestimmung. Für die Fermentation mit Pflanzenöl konnte dagegen keine Korrelation festgestellt werden. Sowohl die Biomasse als auch das hydrophobe Substrat sorgen für ein Streusignal, welches auch nicht durch unterschiedliche Wellenlängeneinstellungen des online-Sensors getrennt werden konnte.
Die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlämmen wurde mit der novellierten Klärschlammverordnung im Jahr 2017 stark eingeschränkt. Für Kläranlagen der Größenklassen 4b und 5 wird in Zukunft die Rückgewinnung von Phosphor aus dem Klärschlamm oder aus der Klärschlammasche verpflichtend.
Da die Rückgewinnungsquote für Phosphor gesetzlich vorgeschrieben ist und der Phosphor in Klärschlammaschen höher konzentriert vorliegt, gibt es zahlreiche Verfahren, die an dieser Stelle ansetzen.
Mit dem Bau der Monoklärschlammverbrennungsanlage am Standort Büddenstedt hat sich die EEW Energy from Waste GmbH (EEW) entschieden, ein Baustein dieser Prozesskette zu sein. Die Kernkompetenz von EEW liegt jedoch im Betrieb von Verbrennungsanlagen, somit soll das künftig geforderte Phosphorrecycling durch einen kompetenten Partner durchgeführt werden. Im Fokus steht dabei die Firma Seraplant mit ihrem nasschemischen Verfahren.
Aufgrund der bereits in Haldensleben errichteten großtechnischen Anlage der Firma Seraplant zur Düngemittelherstellung aus Klärschlammaschen und der geringen Entfernung zum EEW Standort, ist die Firma Seraplant ein attraktiver Partner. Im Rahmen der genehmigungsrechtlichen Auflagen und der durch die Firma Seraplant festgelegten Ascheannahmebedingungen müssen die Klärschlammaschen bereits bei der Anlieferung bestimmte Schadstoffgrenzwerte einhalten. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Klärschlämme auf ihre Zusammensetzung untersucht, um kritische Schwermetallparameter zu identifizieren sowie den P2O5-Gehalt der späteren Asche einschätzen zu können. Anhand der Analysen und Hochrechnungsdaten der verschiedenen Elemente in Bezug auf den Aschegehalt konnten Arsen, Blei, Chrom, Quecksilber und Thallium als unkritisch eingestuft werden, da die Mittelwerte bezogen auf den Aschegehalt zum Teil weit unter dem Annahmegrenzwert lagen. Der Mittelwert des Elementes Nickel überschreitet den Grenzwert um knapp 10% und wurde als mäßig kritisch eingeordnet. Sofern in Zukunft hoch und niedrig belastete Klärschlämme mit Hilfe von geeigneten Prozessen unterschieden werden können, könnte ein gezieltes Stoffstrommanagement die Einhaltung des Grenzwertes gewährleisten. Die Elemente Cadmium und Kupfer sind im Hinblick auf die Verwertung im Seraplant-Phosphorrecyclingverfahren als kritisch einzustufen, da die Mittelwerte die Annahmegrenzwerte der Firma Seraplant deutlich überschreiten. Es ist daher wichtig, die angelieferten Klärschlämme zu kennen und zu kontrollieren. Daher wurde ein entsprechendes Annahmekonzept entwickelt, welches auch die Möglichkeit zur Mitverbrennung in der benachbarten Abfallverbrennungsanlage bis zur gesetzlichen Recyclingpflicht beinhaltet.
Generell ist für alle betrachteten Parameter zu berücksichtigen, dass durch das Zusammenführen und Mischen der Klärschlämme im Klärschlammbunker ein Verdünnungseffekt von hoch belasteten Klärschlämmen erfolgt und somit für eine Verwertbarkeit der Klärschlammaschen im Seraplant-Verfahren spricht.
Anknüpfend an diese Arbeit sollte betrachtet werden, welche der künftigen Klärschlämme, die mit einer Jahresmenge von mehr als 5000 Tonnen der Monoklärschlammverbrennungsanlage zugeführt werden, hohe Gehalte der (mäßig) kritisch eingestuften Schwermetallparameter aufweisen, um diese künftig steuern zu können.
In der vorliegenden Arbeit geht es um eine Machbarkeitsstudie für die Wasserstoffstrategie im Vogtlandkreis.
Nach der Erarbeitung der Grundlagen zum Thema Wasserstoff und ihre technischen Möglichkeiten wurde eine Umfrage gestartet, indem die Unternehmen ihre Vorstellungen und Voraussetzungen zum Aufbau eines Wasserstoffnetzwerkes einbringen konnten. Diese Umfrage wird in der Arbeit ausführlich bewertet.
In dieser Bachelorarbeit wird die technische und wirtschaftliche Dimensionierung von Proton-Exchange-Membrane-Elektrolyseuren zur grünen Wasserstofferzeugung aus Photovoltaikstrom und anderen erneuerbaren Energiequellen untersucht. Dabei wird das Potential einer lokalen Photovoltaikanlage hinsichtlich des Wasserstoffertrags in Verbindung mit mehreren Elektrolyseuren theoretisch betrachtet. Die Wasserstoffgestehungskosten werden abhängig von der Betriebsweise und der gewählten Elektrolyseure erarbeitet und wichtige wirtschaftliche Kenngrößen wie der EBT (earnings before taxes = Gewinn vor Steuern) und die Projektrendite mit Hilfe der Monte-Carlo-Simulation unter zufällig gewählten Eingangsbedingungen berechnet. Anschließend werden Aussagen zur wirtschaftlichen Machbarkeit getroffen, ein Vergleich zu aktuellen Gestehungskosten für grünen Wasserstoff gezogen und mögliche Anwendungsfelder und Vermarktungsoptionen in Aussicht gestellt.
Digitalisierung der Hersteller-Krankenhaus-Schnittstelle am Beispiel medizinischer Implantate
(2021)
Angesichts der ständig steigenden Anforderungen an die Effizienz und Qualität der angebotenen Dienstleistungen wurde im unternehmerischen Kontext analysiert, wie die Dienstleistungserbringung neugestaltet werden könnte.
Diesbezüglich bestand das Ziel dieser Arbeit darin, die Digitalisierung der Serviceprozesse zwischen dem untersuchten Unternehmen und seinen Kunden zu prototypisieren.
Dafür wurde einerseits ein Webportalprototyp entwickelt, der den Kunden des untersuchten Unternehmens die Möglichkeit bietet, OP-Termine zu buchen sowie Produktbestellungen aufzunehmen. Andererseits wurde auch ein remote Supportprototyp vorgestellt, mit welchem die Fernbegleitung einer medizinischen Implantation und Nachsorgendienstleistungen realisiert werden konnten.
Die Prototypentwicklung wurde nach den Phasen des V-Modells durchgeführt und getestet. Zuerst wurde eine Ist-Analyse durchgeführt, die den derzeitigen Verlauf der in dieser Arbeit verarbeiteten Prozesse mit dessen Verbesserungspotenzialen darstellt. Im Anschluss daran wurde eine Soll-Analyse präsentiert, die eine Lösungsmöglichkeit zur Optimierung der in der Ist-Analyse dargestellten Prozesse bietet. Dann wurde eine Anforderungsanalyse durchgeführt, bei der die aus den Prozessen resultierenden Anforderungen an die zu entwickelnden Prototypen erfasst und zusammengefasst wurden. Danach wurde der Webportalprototyp mittels der Entwicklungsplattform Outsystems entwickelt.
Der remote Supportprototyp wurde hingegen mit dem Tablet Microsoft Surface Pro 7, dem „USB 2.0 to DVI adapter“, dem „E-piphan AV.io HD“ und der Software GoToMeeting aufgebaut. Die beiden Prototypen wurden bei Kunden vorgestellt und anschließend wurden Feedbacks zur technischen Machbarkeit eingeholt.
Im Vergleich zu den bisherigen Prozessen erhöhen die entwickelten Prototypen die Flexibilität des Kunden und des Unternehmensmitarbeiters, da der Kunde rund um die Uhr OP-Termine über das Webportal buchen sowie Produkte bestellen und sofort eine Bestätigungsnachricht erhalten kann. Der Außendienstmitarbeiter hingegen muss nicht mehr reisen, um den Kunden bei einer medizinischen Implantation zu unterstützen.
In der AG Biomateriallabor wurde ein Projekt gestartet, das sich mit der Schwingungsanalyse zur Beurteilung der Osseointegration von Implantaten beschäftigt. Dazu wurde zunächst eine Bachelorarbeit [19] in Kooperation mit dem Frauenhofer Institut ENAS Chemnitz gemacht. Darauf aufbauend wurde im Labor der AG im Rahmen einer eigenen Arbeit [20] eine Messtrecke konzipiert und realisiert.
Zudem wurde ein stabiles und schweres Implantatgehäuse entwickelt, das mit Hilfe eines Piezoaktors zum Schwingen gebracht wurde. Die Resonanzfrequenzen wurden dann mit einem Beschleunigungssensor gemessen und mit einem USB-Oszilloskop aufgezeichnet.
Mit der selbst entwickelten Messtrecke konnte zusätzlich an Gehäuse Materialblöcke (Stahl, Kunstholz, Kunstknochen) angekoppelt werden, die Knochengewebe simulieren sollten. Doch durch die schwere und kompakte Bauweise des Gehäuses konnte nur eine Veränderung des Schwingungsverhalten mit angekoppelten Stahlblöcken beobachtet werden. Zusätzlich konnte das Gehäuse mit angekoppelten Materialien mit reproduzierbaren Einspannkräften in der Messstrecke verspannt werden.
Diese Messtrecke wurde als Grundlage der vorliegenden Arbeit genommen und sollte im Rahmen dieser verbessert werden.
Dazu sollte zu einem ein neues Gehäusemodell konzipiert und realisiert werden. Das neuentwickelte Gehäuse sollte im Gegensatz zu seinem Vorgänger vor allem im Gewicht reduziert werden, damit leichter angekoppelte Materialien eine Auswirkung auf das Schwingverhalten des Gehäuses hätten. Außerdem sollte ein neues Aktorsystem zur Schwingungsanregung getestet und mit dem Piezoaktor verglichen werden. Des Weiteren sollte ein Auswertungsprogramm in Matlab realisiert werden, das das Aktor- und Beschleunigungssensorsignal mit Hilfe einer FFT auf ihre Frequenzspektrum untersucht.
Im Rahmen der Arbeit wurde ein neues Implantatgehäuse entwickelt, das um 36,4 g leichter war als sein Vorgängermodell. Durch die starke Gewichtsreduzierung konnte auch ein verändertes Schwingverhalten bei leichter angekoppelten Materialblöcken beobachtet werden. Zudem wurde ein Unwuchtmotor als neues Aktorsystem für Schwingungsanregung des neuentwickelten Gehäusemodells getestet.
Doch im Vergleich zum Piezoaktor ist das Größe-Leistungs-Verhältnis wesentlich schlechter. So gab der Piezoaktor Spannungen im Volt-Bereich und der Unwuchtmotor nur in mV-Bereich aus. Jedoch konnten auch mit dem Unwuchtmotor Veränderungen der Spannung, je nach angekoppeltem Material gemessen werden. Als letztes wurde eine Software in Matlab implementiert, dass die aufgenommenen Daten einliest und die Signale mit Hilfe einer FFT auf ihre Frequenzspektrum analysiert. Jedoch lief das Programm nicht optimal für die aufgenommenen Messdaten, was aber aufgrund der Zeit im Rahmen dieser Arbeit nicht behoben werden konnte.
Diese Arbeit soll mit als Grundlage für weitere Messungen und Verbesserungen für die Evaluierung der Schwingungsanalyse zur Beurteilung der Osseointegration von Implantaten dienen und vorantreiben.
An der Westsächsischen Hochschule Zwickau soll in naher Zukunft ein GitHub-Enterprise-Server in Betrieb genommen werden. Das Versionsverwaltungssystem GitHub soll in den (Informatik-) Lehrveranstaltungen zum Einsatz kommen, um die Softwareprojekte von Studierenden hochschulintern zu verwalten bzw. zu versionieren.
Diese Arbeit setzt sich mit der Frage der Einsatzmöglichkeit von GitHub in den Lehrveranstaltungen auseinander.
Dabei wird festgestellt, dass die Web-UI von GitHub für die Verwaltung einer Vielzahl an Studierenden, Softwareprojekten und Lehrveranstaltungen unzureichend ist. Deswegen wird eine Recherche nach Lösungsmöglichkeiten dieses Problems durchgeführt und ein Bedarf nach einer Softwarelösung festgestellt.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Werkzeug zur Verwaltung von GitHub-Repositories entwickelt. Es werden Anwendungsfälle eines Versionsverwaltungssystems herausgefunden und Anforderungen an das Werkzeug festgelegt. Das Werkzeug soll sämtliche zeitaufwendige Abläufe automatisieren und möglichst leicht einsetzbar sein. Es wird die Konzeption des Werkzeugs und seiner Interaktion mit GitHub vorgestellt. Anschließend wird die Implementierung des Werkzeugs beschrieben.
Die Ergebnisse dieser Arbeit werden hinsichtlich der Anforderungen an das Werkzeug beurteilt. Das entwickelte Werkzeug zeigt, dass GitHub mithilfe der API erweitert werden kann. Es vereinfacht die Verwaltung von Repositories bei GitHub und ist leicht einsetzbar, erfüllt jedoch nicht alle aufgestellten Anforderungen.
Durch Überdüngung infolge der intensiven Landwirtschaft wird in einigen Regionen Deutschlands der Nitratgrenzwert im Grundwasser überschritten.
Aus diesem Grund wurde zum Umweltschutz die Ausbringung von stickstoffhaltigem Wirtschaftsdünger, wie beispielsweise Gärrest, verschärft. Um dennoch eine flexible Ausbringung zu ermöglichen, bedarf es einer gezielten Gärrestaufbereitung. Dies ist durch eine systematische Ammoniakverschiebung mit Hilfe der Kreislaufstrippung möglich.
In der vorliegenden Bachelorarbeit wurde dafür der Einfluss des pH-Werts auf den Ammoniakübertrag bei der Kreislaufstrippung experimentell untersucht.
Bestimmt wurde der Übertrag durch Messungen der Ammoniumionenkonzentration im Gärrest mit Hilfe der Ionenchromatographie. Zusätzlich wurde die Auswirkung einer externen Ansäuerung sowie der Einfluss des Puffervermögens auf den Chemikalienverbrauch untersucht. Die Messergebnisse zum Ammoniakaustrag zeigen eine deutliche Abhängigkeit vom pH-Wert. Der Ammoniakeintrag ist im Gegensatz dazu im Bereich von pH 5 bis pH 7 bei einer Temperatur von 20 °C relativ pH-Wert-unabhängig. Die Ergebnisse der externen Ansäuerung ergaben ein deutliches Einsparungspotenzial an Base während der Kreislaufstrippung durch das Ausschleusen der ausgetriebenen Gase. Die Titrationen der drei verschiedenen Gärrestchargen zeigen, dass das Puffervermögen selbst bei Gärrest aus der gleichen Biogasanlage großen Schwankungen unterliegt.