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Das heutige Antalya Ovasi, das im Süden der Türkei liegt, war in der Antike unter dem Namen ‘Pamphylien’ bekannt. Reste der pamphylische Stadt Perge erstrecken sich 12 km von der Strandlinie landeinwärts unterhalb einer Felshöhe. Das Theater von Perge ist in den Hang des Hügels Kocabelen im Südwesten der Stadt hineingebaut. Die Bühnenfassade, die scaenae frons, war dreigeschossig mit einer Spielbühne, dem Proskenion. Dennoch lag der Bühnenfassade keine einheitliche Planung zugrunde, sie ist vielmehr das Ergebnis von zwei Hauptbauabschnitten. Die Fassade bestand ursprünglich aus einem Proskenion und einer zweigeschossigen scaenae frons. In der zweiten Bauphase wurde das erste Proskenion abgetragen und ein neues errichtet. Zudem wurde die zweigeschossige scaenae frons um ein drittes Geschoß erhöht. Nach der Bauornamentik ist anzunehmen, daß sich die Errichtung der ersten Fassade von der Mitte des 2. Jhs. n. Chr. bis über die Jahrhundertwende hinweg hinzog. Das dritte Geschoß und das zweite Proskenion wurden etwa zehn bis dreizig Jahre später (220-240 n. Chr.) errichtet als die Abschnitte der ersten Bauphase.
In this study, heat-treated and multisurface engineered DIN 1.2367 tool steel was subjected to room and elevated temperature wear tests, and the effect of nitriding on its tribological behavior was investigated. CrN, AlTiN, and CrN/AlTiN coatings with a total thickness of 2 µm were obtained by arc cathodic physical vapor deposition on conventional heat-treated and gas-nitrided steels. The white layer formed during nitriding was removed, and a diffusion layer (100 µm) was achieved in the cross section of the steel having a tempered martensitic matrix. The highest surface hardness was attained with an integral coating (CrN/AlTiN), and surface hardness increased even more after nitriding due to the formation of a multicomponent ceramic layer on top of the diffusion layer. The room temperature wear tests performed against an alumina counterpart revealed that (i) CrN/AlTiN-coated steel had the highest friction coefficient of 0.26, which further increased to 0.33 by nitriding due to the increase in shear strength, and that (ii) with increasing surface hardness, the specific wear rates (W) of the heat-treated and coated steels could be ranked as follows: WCrN/AlTiN < WAlTiN < WCrN. The wear rates decreased when nitriding was carried out prior to coating. In order to simulate the aluminum extrusion conditions, hot wear behavior of the surfaces against AA6080 alloy at 450 °C was investigated. The hot wear tests revealed that (i) high friction coefficients were reached due to the adhesive characteristic of aluminum to the surfaces, (ii) the nitrided and CrN/AlTiN-coated sample exhibited the lowest wear rate among all studied surfaces, and (iii) the film damage on the worn surfaces mostly occurred in the form of droplet delamination.
Videokonferenzen gelten als eine populäre Anwendung in modernen Netzwerken. Trotz langjähriger Erfahrungen gehören sie nicht zu den alltäglich genutzten Diensten. Videokonferenzdienste im Internet unterstützen meist offene Konferenzgruppen. Jedoch haben die Mehrzahl der alltäglichen Beratungen einen geschlossenen Charakter. Systeme, die geschlossene Gruppen unterstützen, basieren meist auf spezieller Studiotechnik. Desktop-Systeme lassen nur ein begrenztes Leistungsangebot zu. Besonders beim Aufbau von Mehrteilnehmer-Gruppen ist es schwierig, eine gute Dienstgüte bereitzustellen. Deshalb haben Systeme für geschlossene Gruppen bisher keine breite Anwendung gefunden. Die vorliegende Arbeit untersucht zwei Anätze zur Gestaltungsprinzipien von geschlossenen Mehrteilnehmer-Videokonferenzsystemen. Der Erste untersucht den Aufbau von globalen Konferenzen über den Verbund lokaler Systeme. Der Zweite, ein Peer-to-Peer-Konzept, untersucht die Unterstützung von geschlossenen Gruppen im Internet.
Motivation: Ceroxid wurde Beachtung in der Mikroelektronik (z.B. als hoch-k Oxid, Pufferschicht in der Heteroepitaxie) und in der Katalyse (z.B. zur selektiven Oxidation und für Dehydrierungsreaktionen) geschenkt, aufgrund seiner strukturellen (ähnliche Kristallstruktur und kleine Gitterfehlanpassung in Bezug auf Silizium) und elektronischen (Variation des Ce4+/Ce3+-Valenzzustandes und Ausbildung von Sauerstoffvakanzen) Eigenschaften. Deshalb wurden einkristalline, epitaktische Ceroxiddünnfilme ausgiebig untersucht. Obwohl das benachbarte Seltenerdoxid, Praseodymoxid, ergänzende Eigenschaften aufweist, wurde es weniger studiert, aufgrund seines komplexen Phasendiagramms. Da beide Oxide ein flexibles strukturelles (Polymorphismus) und elektronisches (Variation des Valenzzunstandes) Verhalten aufweisen, ist es von Interesse, Cer-Praseodym-Mischoxide zu untersuchen, um gezielt Eigenschaften für die jeweilige Anwendung einzustellen und zu verbessern. Ziel: Zwecks dessen ist es das Ziel dieser Doktorarbeit in einem interdisziplinären Ansatz solche einkristallinen und epitaktischen, binären und ternären Ce1-xPrxO2-δ Dünnfilme zu wachsen und zu charakterisieren, um so qualitative Proben für weitere Grundlagenstudien, bezüglich der strukturellen und elektronischen Eigenschaften, zur Verfügung zu stellen, die für künftige Anwendungen in Mikroelektronik und Katalyse von Interesse sind. Experiment: Solche einkristallinen und epitaktischen Ce1-xPrxO2-δ Dünnfilme wurden auf einem Si(111) Substrat mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen. Eine in-situ Kontrolle über die Kristallwachstumsqualität wurde mittels Beugung hochenergetischer Elektronen bei Reflexion erreicht. Eine detaillierte Strukturaufklärung wurde mittels labor- und synchrotronbasierter Röntgenstreuung durchgeführt. Zusätzlich diente Transmissions-elektronenmikroskopie dazu eine hochauflösende Einsicht in die Struktur zu bekommen. Die strukturelle Charakterisierung wurde mit theoretischen ab-initio Berechnungen untermauert. Um die Stöchiometrie und den Valenzzustand in den ternären Mischoxiden zu bestimmen, wurde Röntgenphotoelektronenspektroskopie benutzt. Die mikroskopische Defektstruktur wurde mittels Ramanspektroskopie untersucht. Schlußendlich gab die Temperatur-programmierte Desorption einen ersten Einblick in das katalytische Verhalten. Ergebnisse: Die strukturellen Untersuchungen implizieren ein epitaktisches, zwillingsfreies, ausschließlich typ-B orientiertes CeO2(111) Wachstum auf Si(111) mittels einer ultradünnen hex-Pr2O3(0001) Pufferschicht. Dies wurde durch die kristallographische Weiterführung des Sauerstoffuntergitters und den Erhalt des halbleitenden Verhaltens an der Ceroxid-Praseodymoxid-Grenzfläche möglich. Eine Stabilisierung von Pr4+ Kationen wurde mittels ab-initio Berechnungn vorausgesagt, um den Grenzflächenübergang zu begünstigen. Auf solchen hex-Pr2O3(0001)/Si(111) Trägern wurde auch das Wachstum von ternären Ce1-xPrxO2-δ Mischoxiden ermöglicht. Eine stöchiometrieabhängige Studie implizierte ebenfalls ein Zusammenspiel von strukturellen und elektronischen Eigenschaften. In Abhängigkeit von dem Pr Gehalt stellte sich heraus, dass in der Tat Mischungen mit Pr3+ Eingliederung in die CeO2 Fluoritmatrix und mit Ce3+ Eingliederung in die hex-Pr2O3 Matrix resultierten. Zwischen diesen beiden Grenzfällen wurde gezeigt, dass eine höhere Pr-Konzentration zu einer höheren Tendenz führte, Ce3+ Kationen in einem Bixbyit Gitter zu bilden. Jedoch konnten Fluoriteinschlüsse nicht ausgeschlossen werden. In einer ersten temperaturabhängigen Studie bezüglich des Reduktionsverhaltens wurde mittels des linear steigenden, integralen O2 Desorptionssignals und des kristallographischen Netzebenenunterschiedes der geheizten Ce1-xPrxO2-δ Mischoxide demonstriert, dass die Sauerstoffspeicherungsfähigkeit aufgrund des Pr4+/Pr3+ Redoxsystems über die Pr-Dotierung maßgeschneidert werden kann. Des Weiteren wurde festgestellt, dass der Kohlenwasserstoffoxidationprozess hauptsächlich über das Ce4+/Ce3+ Redoxsystem gesteuert wird, da die Desorptionstemperatur von CO2 sich mit steigendem Ce Gehalt verringert. Ausblick: Epitaktische und einkristalline Ce1-xPrxO2-δ/Si(111) Heterostrukturen sind in den Forschungsbereichen der Katalyse und Mikroelektronik von Interesse für zukünftige Untersuchungen. Sie können als modelkatalytisches System verwendet werden, um einen tieferen Einblick in die Korrelation von kristallographischer und elektronischer Struktur mit den Reaktionsmechanismen zu erhalten, indem die Komplexität des Systems schrittweise unter definierten Reaktionsbedingungen erhöht wird. Des Weiteren können Anwendungen im Bereich der Mikroelektronik evaluiert werden. „Oxygen vacancy engineering“ in Seltenerdoxiden wird bereits intensiv untersucht, um „room temperature ferromagnetism“ Phänomene zu erklären und gegebenfalls in der Spintronik nutzbar zu machen.
Gallium nitride (GaN) is a III-V semiconductor, characterized by direct, wide band gap of 3.4 eV at RT. As a material of particular interest for opto- and power electronics applications, it has been thoroughly studied in recent years. Utilization of GaN homoepitaxy in manufacturing of laser diodes (LDs), light-emitting diodes (LEDs), power devices, etc. would be beneficial in terms of reducing defect density, thus improving their lifetime and performance. Yet cost-effective process for providing native GaN substrates has not been established so far.
The focus of this work is put on development of a new method to grow single crystalline GaN layers from Ga vapour. Our approach exploits microwave (MW) plasma as a source of excited nitrogen species, in contrast to classical physical vapour transport (PVT)-based technique, in which ammonia (NH3) serves as a source of reactive nitrogen. Novelty of MW plasma enhanced growth of GaN from vapour lies in MW nitrogen plasma formation in the vicinity of the seed, at moderate pressure (200 – 800 mbar range), and concurrent physical vapour transport of Ga to the growth zone. Simulations of the growth setup (HEpiGaN software) and of the MW plasma source (CST Microwave software) have followed the extensive investigations of material properties. The growth setup and the MW plasma source, with the resonance cavity being its crucial part, have been constructed and implemented into the existing growth reactor.
The stability of MW plasma in function of temperature and pressure has been studied along with its influence on the seed temperature, and thus on the growth conditions. Furthermore, optical emission spectroscopy (OES) has been utilized for in-situ characterization of the growth atmosphere. Studies on the interaction of Ga vapour with the nitrogen discharge were interpreted on the basis of the level structure of lower excited states of Ga.
Deposition experiments have been conducted, using sapphire seeds, GaN, AlN and AlGaN templates, while GaN single crystalline layers have been grown on sapphire and GaN templates. Characterization of GaN layers have been done by various methods, i.e. structure of layers by scanning electron microscopy (SEM), their composition by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and secondary ion mass spectrometry (SIMS), and crystal quality by high resolution X-ray diffraction (HRXRD). Results of the characterization together with outcome of OES measurements revealed importance of carbon for the sub-atmospheric MW plasma enhanced growth of GaN from vapour. In addition, this fact was confirmed by experiments in the setup with reduced carbon content. Possible routes for GaN synthesis have been discussed, with the most probable being CN-assisted GaN formation. While CN was detected in the plasma spectra, there was no evidence for the existence of GaN molecules in vapour phase.
High-resolution imaging of buried metal interconnect structures in advanced microelectronic products with full-field X-ray microscopy is demonstrated in the hard X-ray regime, i.e., at photon energies > 10 keV. The combination of two multilayer optics—a side-by-side Montel (or nested Kirkpatrick–Baez) condenser optic and a high aspect-ratio multilayer Laue lens—results in an asymmetric optical path in the transmission X-ray microscope. This optics arrangement allows the imaging of 3D nanostructures in opaque objects at a photon energy of 24.2 keV (In-Kα X-ray line). Using a Siemens star test pattern with a minimal feature size of 150 nm, it was proven that features < 150 nm can be resolved. In-Kα radiation is generated from a Ga-In alloy target using a laboratory X-ray source that employs the liquid-metal-jet technology. Since the penetration depth of X-rays into the samples is significantly larger compared to 8 keV photons used in state-of-the-art laboratory X-ray microscopes (Cu-Kα radiation), 3D-nanopattered materials and structures can be imaged nondestructively in mm to cm thick samples. This means that destructive de-processing, thinning or cross-sectioning of the samples are not needed for the visualization of interconnect structures in microelectronic products manufactured using advanced packaging technologies. The application of laboratory transmission X-ray microscopy in the hard X-ray regime is demonstrated for Cu/Cu6Sn5/Cu microbump interconnects fabricated using solid–liquid interdiffusion (SLID) bonding.
Diese Bachelorarbeit präsentiert die Implementierung und Validierung einer Partitionierungsstrategie mit graphentheoretischem Ansatz für aeroelastische Berechnungen in thermischen Turbomaschinen für den Rolls-Royce plc. (RR) firmeneigenen Strömungslöser AU3D. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der effizienten Parallelisierung von reduzierten und dennoch akkuraten aeroelastischen Rechenmodellen der SPMR-Methode und der SAMR-Methode. Mit der momentanen Partitionierungsmethode kann das Potenzial dieser Modelle aufgrund des besonderen geometrischen Aufbaus nicht ausgenutzt werden und eine erfolgreiche Integration in den Entwurfsprozess ist nicht möglich. Durch die exakte Darstellung der im Strömungslöser auftretenden Kommunikation mittels eines Graphen und der Einbindung des externen Graphenpartitionierers Metis können nun auch reduzierte Modelle erfolgreich parallelisiert werden. Zuerst werden alle Gitterpunkte anhand der Gitterstruktur in einen Graphen transformiert. Zusätzliche Verbindungen werden in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Modells bestimmt und als zusätzliche Information im Graphen abgespeichert. Anschließend wird mit Hilfe eines externen Graphenpartitionierers eine Partitionstabelle erstellt. Im Anschluss werden alle Paare, welche auf Grund des Strömungslösers in einer Partition sein müssen, kontrolliert und falls notwendig verändert. Die so produzierten Partitionen zeigen eine ausgeglichene Punkteverteilung und es können die geometrischen Besonderheiten in den getesteten Modellen verarbeitet werden. Unter Berücksichtigung der noch ausstehenden Validierungsarbeiten bezüglich des parallelen Strömungslösers kann mit der neuen Partitionierungsmethode ein SPMR-Modell zur Berechnung von erzwungenen Schwingungen in weniger als 7 Stunden, statt in zweieinhalb Tagen, absolviert werden. Somit ist eine Integration von aeroelastischen Rechnungen in den Entwurfsprozess zukünftiger Triebwerksentwicklungen möglich. Die vielseitige Anwendungsmöglichkeit für alle Arten von aeroelastischen Modellen konnte während der Laufzeit-Validierung gezeigt werden. Es wurde nachgewiesen, dass die neue Partitionierungsstrategie um eine Größenordnung weiter skaliert als die bisherigen Methoden. Somit können auch zukünftige Modellgrößen und Computercluster effizient genutzt werden und auch Vollmodelle innerhalb von 24 Stunden berechnet werden.
In-stream microbial carbon transformation under opposing stresses - drought and sediment transport
(2018)
The mineralization of organic matter (OM) is an important ecosystem service that has come under pressure because of increased frequency of droughts and higher sediment loads in running waters. In particular, lowland streams in temperate regions may experience reinforced sediment transport through migratory ripples and changes of naturally sorted sand and gravel in streambeds towards sand-dominated, homogenized streambed structure. The impact on microbial carbon (C)-transformation from these changes was the main focus of my doctoral thesis, in particular the impact of (i) periodic mechanical disturbance associated with ripple migration (ii) streambed structure homogenization, and (iii) drought in streambeds with sorted or homogenized sediment structure.
In a set of microcosms, the significance of periodic mechanical disturbances for microbial C-transformation was tested. Thereby, the quantity and quality of the OM in the sandy sediments were varied by the addition of leaves and fish feces to the OM-poor sands. The results revealed that periodic mechanical disturbances resulted in significant decrease in microbial respiration to a low and similar level regardless of OM quality contained in sand.
The importance of the streambed structure (sorted vs homogenized) for C-transformation was tested using set of experimental streams. The focus was on the interaction between benthic and hyporheic microbial processes in C-transformation to better understand the consequences of streambed homogenization on microbial function. The results showed that sediment structure determines connectivity between the benthic and hyporheic zones. The lower water exchange in homogenized streambeds and thereby reduced supply of freshly produced bioavailable OM from the benthic to the hyporheic zone, curtailed microbial respiration in the latter affecting the water quality.
The influence of a drought and rewetting was tested on C-transformation in streambeds with a sorted or homogenized sediment structure using experimental streams where one half of the streams were strongly shaded and the other half moderately shaded. The results showed that streambeds affected by droughts, either with sorted or homogenized sediment structure have a similar microbial activity at the first place controlled by shading, whereas microbial composition during drought and its recovery after rewetting was additionally affected by sediment structure.
Overall, this doctoral thesis showed that in sediment transport– and drought-impacted streambeds (i) ripple migration results in decreased C-transformation regardless of the available quality of OM, (ii) homogenization of sorted sediment structure leads to a decrease in microbial C-transformation in the hyporheic zone, and (iii) interaction between sediment structure and shading alters microbial community composition especially critical for resistance and resilience of C-transformation during drought and rewetting.
Im heutigen Bereich der Analytik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle und kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Vorteilhaft ist dabei die berührungslose und zerstörungsfreie Messung mit Licht, die die Analyse von kritischen Substanzen deutlich vereinfacht. Die optische Spektroskopie nimmt dabei einen wichtigen Teil der Analytik ein. Speziell die Nah-Infrarot (NIR)-Spektroskopie im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm weist zahlreiche Anwendungen auf, die von chemischen Reaktionen und Prozessanalysen, der Untersuchung von Polymeren und Textilien, der Qualitätskontrolle von Früchten und Samen bis in die Medizintechnik reichen. Die hierfür verwendeten NIR-Spektrometer sind überwiegend als Spektrografen ausgelegt, wobei das dispersive Element fest eingebaut ist und das Spektrum über ein Galliumarsenid basiertes Diodenarray vermessen wird. Diodenarrays im NIR-Bereich sind kostenintensiv, tragen allerdings maßgeblich zur spektralen Auflösung der Spektrografen bei. Ein alternativer Ansatz ergibt sich durch Monochromatoren mit einem beweglichen dispersiven Element, wobei das Spektrum zeitabhängig über den Detektor streicht. Dadurch ist nur eine Einzeldiode als Detektor ausreichend. Die spektrale Auflösung ist in diesem Fall allerdings eine Funktion der zeitabhängigen Position des dispersiven Elements, die mit hoher Präzision kontrolliert und bestimmt werden muss. In Kombination mit schnellen Messzeiten eines Spektrums im Millisekunden-Bereich, ist eine makroskopische Realisierung sehr aufwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich alternativ mit der Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen NIR-Beugungsgitters, durch das ein neuartiges, miniaturisiertes NIR-Spektrometer, basierend auf einer Monochromator-Konfiguration, realisiert werden konnte. Das Beugungsgitter basiert dabei auf einem resonant schwingenden Mikrospiegel, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) mittels siliziumbasierter, oberflächennaher Volumen-mikromechanik hergestellt wurde. Dabei konnte durch den Einsatz des mikromechanischen Beugungsgitters ein äußerst kompaktes und robustes NIR-Spektrometer (10 x 8 x 7,5 cm³) entwickelt werden, das als Monochromator-System einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber derzeitigen NIR-Spektrografen erzielen kann. Erforderlich war hierbei, die Anforderungen an das mikromechanische Beugungsgitter zwingend an den Randbedingungen des NIR-Spektrometers zu spiegeln und mit Ihnen in Übereinstimmung zu bringen. Durch eine gezielte Dimensionierung und Optimierung der mechanischen und optischen Eigenschaften des mikromechanischen Beugungsgitters, zu der unter anderem die Größe, Beugungseffizienz, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstabilität, Schockfestigkeit und ein Verfahren zur Detektion des zeitabhängigen Torsionswinkels gehörte, konnte eine spektrale Auflösung des NIR-Spektrometers von unter 10 nm bei einem Wellenlängenbereich von 900 – 2500 nm erreicht werden. Gleichzeitig wurden 3 verschiedene Gitterstrukturen zur Maximierung der Beugungseffizienz untersucht, erfolgreich hergestellt und vermessen.
Die GURNEY-Energie lässt Aussagen über den Energiegehalt eines Sprengstoffes und somit über sein Arbeitsvermögen zu. Diese im militärischen Bereich etablierte Größe wurde im Rahmen dieser Arbeit für verschiedene zivil genutzte Sprengstoffe bestimmt. Es wurden Sprengstoffe gewählt, die im gewerblichen Bereich häufig angewendet werden, z.B. in Steinbrüchen oder im Bergbau. Die Bestimmung der GURNEY-Energien dieser Gesteinssprengstoffe wurde mit dem ebenfalls aus dem militärischen Bereich adaptierten Zylindertestverfahren durchgeführt. Dazu wurden die Messbedingungen an die Anforderungen, die zivile Sprengstoffe an einen solchen Test stellen, angepasst. Ferner wurde eine neue Methode zur Aufzeichnung der Versuche entwickelt. Mit Hilfe einer Ultra-High-Speed-Kamera wurde die seitliche Zylinderrohraufweitung infolge der sich durch die Detonationswirkung ausbreitenden Schwaden aufgezeichnet. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten zur Auswertung der Zylindertests. Im Gegensatz zu der üblicherweise eingesetzten Streak-Aufnahmetechnik können mit der hier verwendeten Methode mehr Informationen aus einem Versuch gewonnen werden. Aus den Zylindertestdaten lassen sich mit Hilfe der sogenannten GURNEY-Gleichung die GURNEY-Energien und auch die häufig verwendeten GURNEY-Konstanten ermitteln.
Die JWL- Zustandsgleichung (Jones – Wilkens – Lee – Zustandsgleichung) beschreibt den Druckverlauf der sich ausbreiten Detonationsschwaden. Diese Zustandsgleichung ist Bestandteil verschiedener Computercodes zur numerischen Simulation von Detonationsprozessen. Da solche Simulationen immer mehr an Bedeutung gewinnen, ist eine Kenntnis der sprengstoffspezifischen Parameter auch für zivil genutzte Sprengstoffe wichtig. Bislang sind nur sehr wenige zivile Sprengstoffe hinsichtlich ihrer JWL-Parameter untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein einfaches Näherungsverfahren entwickelt, um die sprengstoffspezifischen JWL-Parameter der untersuchten zivilen Gesteinssprengstoffe durch partielles Fitting der aus den Daten der Zylindertestversuche erhaltenen Energiekurven zu bestimmen.
In der vorliegenden Dissertation wird ein Beitrag zur Theorie der Steuerungsaufgaben mit einem a priori gegebenen unendlichen Zeithorizont geleistet. Diese Aufgabenklasse entsteht im Kontext der Quantenmechanik und der Theorie der Stabilisierung dynamischer Systeme, wo eine Divergenz des zu optimierenden Zielfunktionals ausgeschlossen werden muss. Es wird das Lebesgue-Integral zugrunde gelegt. Die Optimierung erfolgt in gewichteten Hilberträumen. Konkret werden Aufgaben betrachtet, deren Zustände Elemente eines gewichteten Sobolev-Raumes sind. Die Gewichtsfunktion µ mit µ(t)=exp(-⍴t), ⍴ > 0 ist dabei geeignet zu wählen. Hierzu wird der Parameter ⍴ > 0 aus der Dynamik bestimmt. Die Steuerungsaufgabe bettet sich so in eine konvexe Hilbertraumtheorie ein. Die zulässigen Prozesse lassen sich uniform in der Norm des Hilbertraumes majorisieren. Fast überall punktweise konvergente Folgen zulässiger Zustandstrajektorien konvergieren gemäß dem Satz von Lebesgue über die majorisierte Konvergenz auch in der Topologie des Hilbertraumes selbst. Dies erlaubt es, die Aufgabe zum einen mit Methoden der Funktionalanalysis zu studieren, zum anderen punktweise Argumente zu verwenden. Konkret wird die Dynamik im Sinn eines Anfangswertproblems nach Carathéodory studiert. Die lokal absolut stetige Lösung lässt sich in den gewichteten Sobolev-Raum einbetten. Es genügen lokale, punktweise Argumente auf Seiten der Dynamik, um die Aufgabe in den Kontext einer Hilbertraumtheorie zu setzen.
In diesem Kontext befasst sich die vorliegende Arbeit mit der Herleitung notwendiger Optimalitätskriterien. Es werden zwei Maximumprinzipien vom Pontryagin-Typus bewiesen. Die Kernidee zum Beweis dieser Resultate bildet die Trennung konvexer Mengen. Konkret untersuchen wir einen konvexen und abgeschlossenen Variationskegel, welcher nicht den gesamten Hilbertraum aufspannt. Der Trennungssatz von Hahn-Banach liefert neben den Kernbedingungen des Maximumprinzips - kanonische Gleichung, Maximumbedingung - auch die explizite Existenz einer Adjungierten, welche der natürlichen Transversalitätsbedingung genügt. Zur Konstruktion des Variationskegels werden entsprechend der beiden studierten Optimalitätskriterien zwei unterschiedliche Arten der Variation verwendet. Zum einen wird eine auf Euler zurückgehende Variationsidee benutzt, zum anderen ein Ansatz, der auf Weierstraß zurückzuführen ist.
Ein Vergleich der hergeleiteten Maximumprinzipien mündet in einer geeigneten Formulierung einer Variation im gewichteten Hilbertraum. Gleichzeitig zeigen sich natürliche Barrieren der konvexen Analysis auf. So können mit der in dieser Arbeit präsentierten Beweistechnik lediglich Aufgaben untersucht werden, welche eine bezüglich der Steuerung affin-lineare Dynamik besitzen.
Violent chronic conflicts, uprooting, and the continuous massive (re)generation of displacement waves constitute the main elements of the Kurds’ history within nation-states’ (changing) geographies. Today, Kurdish-inhabited territories represent palimpsests of involuntary dislocations and relocation stories, constantly (re)written by refuge-seeking/ granting (spatial) practices. Since 2011, contemporary uprisings and wars in Syria and Iraq have inscribed the Kurdistan Region of Iraq (KR-I) territories with a new layer of displacement stories. These territories acted as frontline receptors for consecutive Syrian refugees and Iraqi internally displaced waves seeking protection. Displacees found refuge in the rural, urban and newly set humanitarian camps’ spaces; hence, they (temporarily) anchored and carved some sort of a presence within their receiving sites. The rationale behind such receiving sites' emergence, use and progression in the KR-I have historically oscillated between modernization, discipline, development and humanitarianism.
Guided by the urbanism lens, this research aims to narrate the KR-I’s forced displacement territorial biography of involuntary dislocated and (re)located Kurds. This narration chronologically traces these groups' newly (re)shaped receiving sites and how refuge-seeking/granting practices aggregated and (re) articulated the KR-I’s territories. It investigates the ways in which these receiving sites act as seeds of emerging urbanities in such a politically contested region. On the one hand, the research zooms out and repositions these sites' emergence and spatial progression within a broader geopolitical context, socioeconomic conditionalities, uses and meaning subversions due to the ever-changing actors. On the other hand, it zooms closely into the newly set Syrian-Kurdish refugee camps in the KR-I within and beyond predefined (nation-state) belongings in their ever-distorted time-space frames. It securitizes on the ways in which these sites are conceived and inhabited to (re)claim rights “to” and “in” space, territory, history and future. Between the large and small pictures, the research investigates the human and the non-human spatial agency that (re)patches these ruptured Kurds' collective memories and contemporary narratives of where, when, what and with whom (a future) home rests.
This study is an urgent call for the international and local constellation of actors to critically rethink their standardized ready-made solutions and piece-meal spatial interventions in geographies associated with chronic crisis, ever (re)branded under emergency, development and peace ‘help’ banners. It sets the basis for rearticulating and developing further research-based interventions that account for exhausted conflict-ridden (infra)structures, political sensitivities, socio-economic situations and environmental impacts.
In dieser Bachelorarbeit wird das Problem der Auswahl von Antennenstandorten für eine maximale räumliche Abdeckung in 5G-Funknetzen untersucht. Das Hauptziel besteht darin, eine effiziente Lösung für dieses kombinatorische Optimierungsproblem zu finden, indem es als Partial Set Covering Problem formuliert und gelöst wird. Die Arbeit gliedert sich in zwei Teile: Der erste Teil bietet eine Einführung in die mathematischen Grundlagen des Partial Set Covering Problems, einschließlich Definitionen, Formulierung und Lösungsverfahren. Im zweiten Teil wird ein praktischer Ansatz zur Lösung dieses Problems präsentiert, wobei realen Instanzen für die Auswahl von Antennenstandorten analysiert werden. Hierbei werden zwei Hauptfragen untersucht: 1) Wie kann die gegebene Instanz in ein Partial Set Covering Problem umformuliert werden? 2) Wie kann dieses Problem mithilfe eines heuristischen Verfahrens, insbesondere des Simulated-Annealing-Algorithmus, gelöst werden? Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, fundierte Entscheidungen über den Aufbau von 5G-Netzen zu treffen und die Netzwerkabdeckung unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen zu maximieren.
The main subject of this work was the investigation of sintering behavior, microstructure, mechanical properties and biocompatibility of metal injection moulded (MIM) Ti-Nb alloys for biomedical applications. Commercially pure titanium (CP-Ti) samples were also fabricated by MIM as a reference. The sintering behavior of MIM Ti-Nb alloys was studied at first, in order to roughly determine the sintering parameters in the following investigations. Dilatometry was applied to investigate the linear shrinkage of MIM Ti-Nb samples from room temperature to 1500 °C at a heating rate of 3 °C/min under argon atmosphere. Various sintering parameters and Nb contents were used to investigate their influences on microstructure and mechanical properties of MIM Ti-Nb alloys by means of density measurements, optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and mechanical testing. Transmission electron microscopy (TEM) and high energy X-ray diffraction (HEXRD) measurement were applied to investigate the nature and precipitation of the unexpected titanium carbide precipitates in MIM Ti-Nb alloys. Initial cell adhesion and cell proliferation assays of human umbilical cord perivascular cells (HUCPV) on MIM Ti-Nb alloys were performed for biocompatibility characterization. The results of this work show that MIM Ti-Nb and MIM CP-Ti samples have been successfully fabricated and the as-sintered samples show good shape retention without distortion compared to the green sample. The sintering process of MIM Ti-Nb alloys consists of three main steps – Ti-diffusion step, Ti-Nb-diffusion step and Matrix-diffusion step. With increasing sintering temperatures and time, MIM Ti-Nb alloys exhibit lower porosity and higher Young’s modulus. A higher Nb content in MIM Ti-Nb alloys leads to an increase of carbide area fraction and porosity. The three factors – Nb content, carbide area fraction and porosity – determine the mechanical properties of MIM Ti-Nb alloys. An increase of Nb content and amount of carbides as well as a lowered porosity lead to a higher tensile strength. A decrease of Young’s modulus can be expected with higher Nb content and porosity. A high amount of titanium carbides can result in very poor ductility, but annealing and quenching process can significantly improve the elongation by dissolving the carbides. MIM Ti-Nb alloys exhibit good biocompatibility, indicating their potential for implant applications.
The accelerated urbanization has led to increasing tension on urban land use. In this context, more and more slender high-rise buildings are being built worldwide in pursuit of better economic benefits. However, these structures are susceptible to wind excitation due to their lower first natural frequency. Different passive, semi-active, and active damping systems have been developed to reduce wind-induced structural vibration. Among them, the tuned mass dampers are widely used and proved as a very effective method in practice. However, this system requires a large additional damping mass. This also causes additional reinforcement, which increases the cost and carbon footprint. A huge space near the top story of the building is needed for the installation. In this research, a novel system named distributed-Multiple Tuned Facade Damping (d-MTFD) system is proposed by using specially designed parallel moveable Double-Skin Facade (DSF) outer skin as damping mass. These moveable facade elements can be installed on the upper stories of the high-rise building. Smooth-running guide rail systems are used to achieve the parallel moveability. Multi-objective optimization based on the Genetic Algorithm (GA) is applied to reduce the maximum top floor acceleration (Objective I) and to reduce the maximum facade relative displacement (Objective II) simultaneously. The optimization results for the passive and semi-active systems are presented in the form of the Pareto front. The trade-off between these selected two competing optimization objectives is observed. This approach was first validated in a simulation using a 306 m tall reference building for a wind speed of 13.5 m/s at 10 m above ground level with a return period of 10 years. Acceptable peak accelerations at the top story for hotel use and a maximum facade relative displacement of less than ±0.5 m could be achieved for the benchmark building with the d-MTFD system. For semi-active control, the variable damping coefficient can be achieved by using stepper motors in generator mode. The electrical damping coefficient can be continuously adjusted by the developed power electronics. In addition, electrical energy can be generated and stored in a battery. A full-scale prototype with one parallel moveable facade element was built. Based on the prototype, the functionality of the semi-active control using a stepper motor and its energy harvesting performance was tested by applying Hardware-in-the-Loop (HiL) simulations. Greybox system identification was used to estimate some parameters (spring stiffness, friction, etc.) in the connection. The accurate system identification results ensure further validation using HiL simulations. The HiL simulations successfully demonstrated the feasibility of a self-powered semi-active d-MTFD system.
Titanium and its alloys have been widely used as implant biomaterials due to their suitable combination of mechanical properties and biological compatibilities. At present, about 70-80% of implants are made of metallic biomaterials. Compared with magnesium alloys, stainless steel and cobalt alloys, titanium alloys have a higher specific strength, high corrosion resistance, and excellent biocompatibility. With research, Ti-Nb biomedical titanium alloys have been constantly developed. In the Ti-Nb alloy, the amount of Nb is usually from 16% to 42% (wt.%) which is about 10% to 30% (at.%). As reported, Mn as a trace element to the human body has the potential to be used in bio-materials. Therefore, this study aims at the partial replacement of Nb by Mn to reduce the costs, without deteriorating the mechanical properties. Moreover, it must be ensured good biocompatibility and corrosion resistance. This is the first investigated on Ti-Mn-Nb ternary alloys.
In this work, According to β single-phase field, Ti-xMn-yNb (x=4, 10, 16; y=2, 8, 14, at.%) alloys (arc-melted) have been fabricated. The Ti-Mn-Nb alloys are investigated by optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), hardness test, transmission electron microscopy (TEM) and mechanical testing. By screening study on alloy, Ti-10Mn-14Nb (at.%) (Ti-10Mn-23.7Nb (wt.%)) is the optimal alloy with tensile strength (760 MPa) and elongation (10.5%). After that, the Metal Injection Moulding (MIM) is used to prepare Ti-Mn-Nb alloys. The MIM method can greatly reduce the processing cost. MIM Ti-xMn-yNb (x=3, 4, 6; y=1, 2, 4, at.%), Ti-4Mn-14Nb and Ti-10Mn-14Nb alloys are fabricated. Among them, a very good combination of mechanical properties is achieved for MIM processed Ti-4Mn-2Nb (at.%) (Ti-4.5Mn-3.8Nb (wt.%)), namely a YS of 642 MPa, UTS of 725 MPa and high ductility of 16% elongation to fracture. With further investigations, when the yttrium content is 0.1% (at.%), the tensile strength of Ti-4Mn-2Nb-0.1Y (at.%) (Ti-4.5Mn-3.8Nb-0.18Y (wt.%)) is increased to 785 MPa while elongation of 12.9%. These mechanical properties already exceed Ti-6Al-4V (ASTM F2885 Grade 5 undensified).
In the in vitro evaluation, in comparison with MIM pure titanium, human osteoblasts MG63 adhered as well and proliferated on the surface of MIM Ti-Mn-Nb specimens. In the supernatant after cell culture, the Ti-Mn-Nb alloy shows similar osmolality and pH value results as MIM pure titanium. By LDH assay and DNA isolation, the MIM Ti-Mn-Nb alloys are not found to be toxic to MG63 cells.
In the study of corrosion resistance in Hanks’ balanced salt solution (HBSS) at 37 °C, the corrosion current densities as well as the impedance of MIM Ti-Mn-Nb alloys are all better than those of MIM pure titanium and even better than those of MIM Ti-6Al-4V alloy.
In der Arbeit wird die Neue Direkte Spannungsregelung von dezentralen Erzeugungsanlagen in der PowerFactory Simulationsumgebung von der DIgSILENT GmbH implementiert und das Stabilitätsverhalten dieser Anlagen in Verteilernetzen untersucht. Die Herleitung der mathematischen Modelle erfolgt im Laplace-Bereich und gibt die Möglichkeit her, neben ihrem Einsatz in Netzberechnungssoftware, die Auslegung und Optimierung der Regelung des gesamten Netzmodells zu berechnen. Die Ableitung der Regelungsmodelle der Wind-, Solar und statischen Generator-Anlagen erfolgt dabei in der Raumzeigerdarstellung im dq-Koordinatensystem. Mit Hilfe der Raumzeigerrechnung können elektrische Größen in Drehstromverbrauchern schnell berechnet und anschaulich im stationären Zustand als Gleichgrößen dargestellt werden.
Der erste Teil der Arbeit behandelt die Auswahl der Netztopologie und Netzmodelle in der Power Factory Simulationsumgebung. Die ausgewählten Benchmark-Modelle sind synthetische 110-kV-Verteilernetze, die vorgelagerte Höchst- und nachgelagerte Mittelspannungsnetzmodelle beinhalten.
Im zweiten Teil wird die Neue Direkte Spannungsregelung der dezentralen Erzeugungsanlagen implementiert. Die Regler werden unter Verwendung geeigneter Auslegungsverfahren, wie dem Betragsoptimum, hinsichtlich des dynamischen Führungsverhaltens eingestellt.
Im dritten Teil wird ein worstcase betrachtet. Hier geht es um ein simuliertes Splitting-System Szenario. Ein großer Teil des Verteilernetzes trennt sich und bildet ein Inselnetzwerk. Das dabei entstehende Leistungsungleichgewicht, ein Sprung von ungefähr 5 bis 10 GW, soll durch die Spannungsregelung ausgeglichen werden.
The search for textual information, e.g., in the form of webpages, is a typical task in modern business and private life. From a user's point of view, the commonly used systems have matured and established common interaction design patterns such as the textual input box that starts virtually every directed search process.
In comparison, the search for multimedia documents (e.g., images or videos) is still in its early years. In other words, a pre-dominant search strategy has not yet evolved. That is, directed and exploratory search approaches fight for user acceptance.
One further discriminative factor of multimedia information retrieval (MMIR) from traditional text-based information retrieval (IR) is that multimedia documents are not necessarily stored with the help of the same data access paradigm.
From a technical point of view, the use of different data access paradigms complicates the retrieval from such collections because the utilized retrieval model has to support these paradigms.
As a consequence, the main challenges in MMIR - the retrieval engine and the user interaction -- have to be addressed in a holistic way. A holistic theoretic perspective on MMIR/IR research is taken by principle of polyrepresentation (PoP), which forms one half of the theoretic background of this dissertation aiming at the development of a preference-based approach to interactive MMIR. Roughly speaking, the PoP theorizes that representations describing a document are based on various cognitive processes dealing with it, e.g., a title, its color or shape features, its creator, or its date of creation. This multitude of representations can be fused to form a conjunctive cognitive overlap (CO) in which highly relevant documents are likely to be contained. This explicit recommendation discriminates the PoP from typical feature fusion approaches often used in MMIR.
However, the PoP does not answer how a retrieval model has to be implemented in a technical sense which is of interest in the field of computer science. One possibility to implement the PoP are quantum mechanics-inspired IR models such as the commuting quantum query language (CQQL) which is used in this thesis.
CQQL is particularly interesting because it integrates data access paradigms used in the fields of DB and IR. In order to respect the dynamic nature of the search process and information need (IN), CQQL allows the personalization of retrieval results using a preference-based relevance feedback (RF) approach called PrefCQQL, which relies on machine-based learning.
Unique features of the PrefCQQL approach range from the support of negative query-by-example (QBE) documents at query formulation time as well as during the interactive retrieval process to the formulation of weak preferences between result documents to express gradual levels of relevance. In addition, inductive preferences can be used from query formulation time onward to learn new CQQL queries.
In order to evaluate the presented polyrepresentative PrefCQQL approach, two kinds of experiments are conducted: a Cranfield-inspired evaluation of CQQL/PrefCQQL's retrieval effectiveness, which is extended by the utilization of user simulations to better fit the requirements of the evaluation of an adaptive IR system, and a usability study that examines three alternative MMIR system UI prototypes. In order to increase the reproducibility and confirmability of the experiments, the source code to all used programs is made available as a supplement to this dissertation.
The mentioned experiments aim at answering two central questions: first, whether the hypotheses of the PoP can be verified in MMIR, and second, whether a usable interactive MMIR system can be built on the basis of the PoP and PrefCQQL?
To answer the first question, different matching functions that partly follow the recommendations of the PoP are evaluated with six different test collections in both an non-interactive and interactive QBE scenario. The results of this experiment are ambivalent.
In non-interactive MMIR, the experimental data does not provide sufficient justification for the statement that PoP-based matching functions will always surpass single features or other matching functions. For instance, the arithmetic mean, which calculates the average similarity between a query's representations and the documents' representations in the collection, surpasses the conjunction and hence the CO of multiple representations in terms of retrieval effectiveness. Nevertheless, the matching function following the PoP is effectiveness stabler than the best performing single representations per collection. Hence, the CO's retrieval performance is more reliable than the usage of single representations.
In contrast, the predictions of the PoP can be verified in the investigated PrefCQQL-based interactive MMIR scenario. However, it is important to note that also the number of available representations has an impact on the retrieval outcome. That is, if too few representations are present in a matching function, the corresponding IN model in PrefCQQL obviously becomes subject to underfitting eventually lowering its retrieval effectiveness. Unfortunately, when the point of sufficient representations to support PrefCQQL is reached could not be revealed in this dissertation.
The second question is answered with the help of a prototypical MMIR system: the Pythia system, which serves both as proof of concept of the CQQL and the PrefCQQL approach. Furthermore, the system supports different information seeking strategies and a seamless transition between them in order to support users with different kinds of IN.
Agentenbasierte Modellierung und Simulation der Rettungskette : eine Fallstudie in der Lausitz
(2022)
Ein funktionierender Rettungsdienst ist für die Gesellschaft von zentraler Bedeutung, da in medizinischen Notsituationen die Gesundheit eines Verunfallten von der Qualität der praäklinischen medizinischen Versorgung abhängt. Dabei steht man vor immer neuen Herausforderungen des sozioökonomischen Wandels und technischen Fortschritts, die neue Ansätze zur Systemoptimierung erfordern. Diese Arbeit beinhaltet eine Literaturübersicht über Planungsprobleme, sowie eine Klassifizierung von Emergency Medical Service (EMS) Systemen. Ein agentenbasiertes Simulationsmodell für ein notarztbasiertes EMS-System wird vorgestellt und auf die Rettungskette eines städtischen Gebietes Cottbus, Brandenburg, Deutschland angewandt. Die Parametrisierung des Modells erfolgt durch zugrundeliegende Einsatzdaten, dabei wird ein Geoinformationssystem (GIS) genutzt, Notrufe über die Bevölkerungsdichte mit einer zeitabhängigen Rate generiert und statistische Kenngrößen des Systems ausgewertet. Das in AnyLogic implementierte Simulationsmodell enthält eine graphische Nutzeroberfläche, in der Einsatzdetails und Statistiken als Grundlage für Anwendungen in der Praxis angezeigt werden.
Das BULE+/BMEL-Forschungsprojekt DigPion analysiert die Netzwerke und Kooperationsstrategien digitaler Vordenkerinnen und Vordenker im ländlichen Raum. Dazu wurden digitale Pionierinnen und Pioniere mit IKT-Kenntnissen in den Fallregionen Mecklenburg-Vorpommern und Baden-Württemberg identifiziert, die soziale Innovationen und regionale Entwicklung in ländlichen Regionen vorantreiben. Die Broschüre umfasst Handlungsempfehlungen für die regionale Governance, um eine nachhaltige räumliche Entwicklung in ländlichen Regionen zu fördern.
Bored children begin to draw, do crafts, to fidget - or they do something bad. Others fall silent, withdraw, or become lethargic. Research on school-related boredom has focused primarily on the negative consequences of boredom, such as decreased cognitive performance, motivation or attentativeness, or disruptiveness. These negative aspects of boredom can be contrasted by the notion that boredom can promote creative performance. This paper reflects on boredom's creative and suppressive consequences as an interplay of personality traits and behavioral possibilities in school situations, on the one hand, and as an interplay of situational experiences with constituent developmental processes on the other. It is proposed that boredom is a gauge of the learner's resonance with school content, learning and/or developmental relationships. Boredom indicates a psychological need and its desideratum. Thus, both creative and suppressive potentials are inherent in boredom.
During the last years, the asynchronous design style has been rediscovered as a potential solution to upcoming design issues in deep-submicron technologies. However, besides the lack of commercial tools supporting this design style, one major challenge is the test of asynchronous designs. Especially their event-driven behavior leads to problems during test. Basically, the timing of asynchronous circuits is determined by gate and wire delays that are sensitive to variations of environmental parameters (process, voltage and temperature). This leads to uncertainties in the timing of the responses. Consequently, standard commercial test systems cannot be used, because such systems read the responses at specific cycles and, therefore, could reject fault-free devices. Furthermore, available hardware testers are, in principle, not designed to react to signal events from the design-under-test as it is necessary to establish asynchronous communication via handshake signalling. As a result, even simple functional tests that only apply stimuli and read the responses of the design-under-test cannot be realized without preparatory measures. This work addresses these issues and proposes a concept to enable functional tests of asynchronous designs. The concept is based on a special test processor that provides generic interfaces used to establish asynchronous handshake communication with a device-under-test. By this, elastic functional tests can be realized that overcome the static timing of conventional tests and emulate the real operating environment of the design. Apart from the generic test processor architecture, an essential part of the concept deals with the establishment of the processor as a stand alone or embedded test equipment. A workflow is provided that describes how the device-under-test can be embedded into the test processor environment for performing the tests. Besides the interconnection between the asynchronous design and the test processor, this especially includes the generation of programs that realize the functional tests of the design. A methodology is introduced that generates the desired programs for the processor from a standard functional simulation of the design-under-test. Based on the generic concept, a framework including both a test processor implementation and the realization of the program generation is delivered. In order to evaluate the entire concept, this framework has been applied to functionally test an asynchronous arithmetic-logic-unit. In combination with additional experiments, conducted to determine the required resources, it has been shown that the introduced concept is a suitable approach to test asynchronous designs.
Planning the construction of new transport routes or power lines on terrain is usually carried out manually by engineers, with no guarantee of optimality. We introduce a new approach for the computation of an optimal trajectory for the construction of new transit routes and power lines between two locations on a submanifold U _ R3 representing the topography of a terrain. U is approximatively modeled by a special weighted grid. On this grid, the shortest paths for the construction of new routes are determined, whereby we consider three optimization criteria: routes with minimum distance, routes with lowest construction costs and routes with minimum absolute altitude variations or minimum absolute gradients. Subsequently, a combination of these criteria is used to expand this problem into a multi-criteria optimization problem. A shortest path algorithm, such as the Dijkstra algorithm, is used to compute optimal compromises for the construction of new routes.
Die Konstruktionsplanung von neuen Transitrouten oder Energieleitungen auf einem topografischen Gelände wird von Ingenieuren in der Regel manuell vorgenommen, ohne dass eine Optimalität garantiert werden kann. Wir stellen einen neuen Ansatz zur Berechnung von Trajektorien für die Entwicklung neuer optimaler Transitrouten und Energieleitungen zwischen zwei Standorten auf einer Untermannigfaltigkeit U von IR³ vor. Diese Untermannigfaltigkeit repräsentiert die Topographie eines Geländes. U wird näherungsweise durch ein spezielles gewichtetes Gitternetz modelliert. Auf diesem Gitternetz werden die kürzesten Wege für den Bau neuer Routen bestimmt, wobei wir drei Optimierungskriterien betrachten werden: Routen mit minimaler Länge, Routen mit geringsten Baukosten und Routen mit minimalen absoluten Höhenvariationen oder minimalen absoluten Steigungen. Anschließend wird eine Kombination dieser Kriterien gebildet, um dieses Problem zu einem multikriteriellen Optimierungsproblem zu erweitern. Ein Algorithmus für den kürzesten Weg, wie der Dijkstra-Algorithmus, wird verwendet, um optimale Kompromisse für die Konstruktion neuer Routen zu berechnen.
The GeoFlow (Geophysical Flow) experiment on the International Space Station (ISS) and the AtmoFlow (Atmospherical Flow) experiment are designed to study convective processes under microgravity conditions in the spherical gap geometry. By applying a high voltage field between two concentric spherical shells and utilizing a dielectric working fluid it is possible to maintain an artificial radial force field that is comparable to a planetary gravitational field. This makes it possible to study convection such as known from the Earth's outer core, the Earth's mantle, or planetary atmospheres. The radial force field is based on the dielectrophoretic effect and is described by thermo-electro hydrodynamics (TEHD). This habilitation thesis presents a comprehensive view on modeling TEHD and the numerical simulation of the governing equations with a focus on GeoFlow and AtmoFlow. The GeoFlow experiment investigated thermal convection with and without dielectric (internal) heating under long-time micro-gravity conditions on the ISS. This unique experimental setup consisted of a bottom heated and top cooled spherical gap, filled with the silicon oil M5 or 1-Nonanol. Rotation, varying voltage, and temperature differences across the gap could be applied, to spread the experimental parameter space. The main focus of GeoFlow was the investigation of flow properties such as the convective onset, the transition from laminar to turbulent flows, and the influence of rotation on convection. Experimental outcomes were compared with theoretical and numerical results via advanced post-processing techniques. This includes pattern recognition algorithms and statistical evaluation of the numerical simulations. The TEHD model was validated on the onset of convection through linear stability analysis, on properties of columnar cells and global convective structures such as regular laminar flows. It is shown that TEHD based convection is comparable with Rayleigh-Benard convection and that is can be described by the quasi-normal approximation. For rotating cases and low super-criticalities the Proudman-Taylor theorem dominated the fluid flow which resulted in global columnar cells. In summary, the presented TEHD model is able to explain certain aspects of convective flows observed in GeoFlow. It is the first validation for such a model at all stages. The AtmoFlow experiment is based on GeoFlow but is designed to investigate global cells and planetary waves which are known from planetary atmospheres. Its unique feature are the atmospheric-like boundary conditions. Understanding the interaction between atmospheric circulation and a planet's climate, be it Earth, Mars, Jupiter, or a distant exoplanet, contributes to various fields of research such as astrophysics, geophysics, fluid physics, and climatology. AtmoFlow is currently under construction and is planned for operation on the ISS in 2024.
The dissertation at hand employs the concept of Historic Urban Landscape (HUL) for understanding the process of urban change and continuity within the context of the historic city of Isfahan and further investigates its application as an analytic tool for guiding urban conservation and development procedures. With regard to the inefficiency of urban conservation approaches in Isfahan during the last three decades, this study aims at identifying context-based problems and potentials that would lead to conceptualising a new framework. Therefore, drawing on the 2011 UNESCO Recommendation, the notion of HUL is hereby explored and a preliminary framework is provided for analysing the urban intervention cases within the historic core of Isfahan.
Durch die schnell steigende Durchdringung von innerstädtischen Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen in den Niederspannungsnetzen wird die zukünftige Versorgungsinfrastruktur herausgefordert. Die Schwerpunkte der Netzauswirkungen werden auf das Spannungsband und die tolerierte Netzbelastung der untersuchten Netze fokussiert. Das Ziel dieser Dissertation ist es, die zulässig installierbare Photovoltaikleistung in den Wohnsiedlungen zu ermitteln und die möglichen Lösungen zur Vermeidung des notwendigen Netzausbaues zu entwickeln. Zunächst wurde eine Untersuchung zur Ermittlung des Photovoltaikpotenzials in der Stadt Cottbus mit ca. 100.000 Einwohnern durchgeführt. Insgesamt ist ca. 250 MWp Photovoltaikleistung theoretisch installierbar. Dies kann zu einer maximalen Summeneinspeiseleistung von 200 MW führen, welche die derzeitige Lastspitze in Cottbus weit überschreiten würde. Zur Ermittlung der Netzauswirkungen auf die Niederspannungsnetze bei hoher Penetration von Photovoltaikanlagen und Elektrofahrzeugen wurden die folgenden drei Modelle erstellt: Das Photovoltaikeinspeisemodell basiert auf der gemessenen Globalstrahlung mit realen Zeitreihen in Cottbus. Zur Modellierung der Lastgänge von Haushalten wird das Standardlastprofil zur Verfügung gestellt. Die zusätzlichen Ladelastgänge von Elektrofahrzeugen werden den derartigen Lastgängen von Haushalten überlagert. Die Netzstruktur wurde für Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen und Mehrfamilienhaussiedlungen modelliert. Die Simulationen wurden in der Netzberechnungssoftware ELEKTRA durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass die installierbare Photovoltaikleistung in den Ein- und Zweifamilienhaussiedlungen beschränkt werden muss. Durch eine induktive Blindleistungsbereitstellung kann die zulässige Leistung erhöht werden. In den Mehrfamilienhaussiedlungen ist eine komplette Ausnutzung der Dachfläche mit Photovoltaikanlagen möglich. Zum Schluss wurden zwei Varianten durch Einsatz der Speichersysteme zur besseren Integration der Photovoltaikanlagen entwickelt und dann anhand eines Beispielnetzes demonstriert.
Participatory management of community-based ecotourism at Jiuzhaigou National Nature Reserve, China
(2019)
Community-based ecotourism (CBET) is promoted in protected areas of developing countries as a strategy for biodiversity conservation and poverty alleviation. The success of CBET initiatives relies on effective participatory management programs that can build up collaborative relationships between key stakeholders – protected area administrative staff and local communities – and foster community empowerment. The performance of CBET participatory management programs, relationships between administrative staff and local community, and the level of community empowerment were previously assessed from the perspective of local communities. This study addresses both the perspectives of local community members and administrative staff, through an interview survey in Jiuzhaigou National Nature Reserve, China. This reserve is a key protected area for the conservation of giant panda and other endangered species in China, and is therefore of high priority for the national biodiversity strategy. Both qualitative and quantitative approaches were used to survey 200 local Tibetan villagers and 80 administrative staff members. The results indicate that both staff members and locals support the existing participatory management program - ecotourism development plan (EDP), but locals criticized the sustainable management policy (SMP). Younger, better educated and higher income interviewees were generally most supportive of the EDP and SMP. The relationship between staff members and locals was expressed as problematic with a lack of trust being mentioned as a key issue. The local community is empowered to some extent in economic and environmental dimensions, but not in social, psychological and political dimensions. The CBET generates economic income, but creates problems like inequality of benefit distribution, insufficient social infrastructure, loss of cultural identity, ecological degradation and participation as tokenism. Key factors that hinder the success of CBET from protected area governance and management aspects are a prevalent top-down approach, a mixture of property and operation rights, single sources of funding creating dependencies, a lack of efficient administrative structure and management capacity, and a lack of capacity building programs for the local community. This thesis provides empirical evidence for issues and limitations of policy implications under CBET participatory management programs in a protected area and offers recommendations on how to improve programs in the future.
This thesis focuses on the investigation and characterization of the surfaces and interfaces of chalcopyrite-based Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) thin film solar cells using various x-ray and electron spectroscopies. In particular, the impact of alkali post deposition treatments (PDT) on the chemical and electronic surface and interface structure of CdS/CIGSe absorbers is studied.
The structure of “real world” CdS/CIGSe interfaces and how they are impacted by different alkali PDTs was investigated by a combination of different x-ray spectroscopies. The interface formation is characterized by studying sample sets with different CdS thicknesses. The chemical environment for indium and cadmium is revealed by deriving the modified Auger parameter α'(In) and α'(Cd) using the kinetic energy of most prominent Auger line together with the binding energy of the chosen core level. A more complex situation is found for CdS/CIGSe samples that underwent NaF+KF PDT, where a K-In-Se compound is initially present on top of the chalcopyrite absorber. The conversion of the K-In-Se type species into a Cd-In-(O,OH,S,Se) interface compound is recorded at short CBD-CdS deposition times. It appears the majority of K that is present at the surface of the NaF+KF PDT CIGSe absorber is dissolved in the CBD and partially re-deposited as K-O type species. The Cd/S ratio clearly deviates from the stoichiometry expected for CdS, and a Cd(O,OH,S)-like compound is likely formed. The electronic structure of CdS/CIGSe interface is similarly more complex for the NaF+KF PDT compared to the NaF PDT case, where only Cd(O,OH,S) buffer was formed.
In an attempt to shed more light into this complex situation, the impact of evaporated alkali metals (K, Rb, Cs) on the surface structure of CIGSe was studied in-system by synchrotron-based hard x- ray photoelectron spectroscopy (HAXPES), aiming at understanding the underlying mechanism of the interfacial effect of alkalis on the performance of CIGSe devices. In the case of K deposition, two K species are observed by x-ray absorption near-edge structure (XANES) and HAXPES, one of which species disappears at high annealing temperature. Furthermore, three new In contributions (In-O and K-In-Se, metallic In species) can be observed after K evaporation. The evolution of chemical contribution supports the formation of a K-In-Se and Cu-poor CIGSe (1:3:5) bilayer structure that is similar to what was reported for “real world” NaF+KF PDTs. Deposition of heavy alkali metals (Rb, Cs) induced the formation of alkali selenide phases after alkali evaporation and during low temperature annealing. Similar chemical changes as seen for the K composition (i.e. presence of metallic In, In-O, and alkali-O) are observed. However, detailed analysis of the Alk/Se ratio and composition provide direct evidence for the formation of a Alk-(In)-Se and (Cu,Alk)(In, Ga)Se2 bilayer.
The insights from these studies promise to provide crucial aid to fully exploit alkali pre-treatments in scientific and industrial CIGSe production, and will deliberate use of this means of surface/interface tailoring to push efficiencies even further.
This work is devoted to the problem of liquidity that draws a lot of attention after the global financial crisis. We consider an optimization problem for a portfolio with an illiquid, a risky and a riskless liquid asset. We work in Merton’s optimal consumption framework with continuous time. The liquid part of the investment is described by a standard Black-Scholes market. The illiquid asset is sold at an exogenous random moment with prescribed distribution and generates additional liquid wealth dependent on its paper value. We show that one can consider a problem with infinite time horizon and special weight function that is characterized by the probability distribution of the liquidation time instead of a problem with an exogenous random liquidation time. Using the viscosity solution techniques, developed for the problem of optimization in presence of a random income, we prove the existence and uniqueness of the solution for the considered problem with logarithmic utility and modest restrictions on the liquidation time distribution. We find asymptotic bounds for the value function when liquidation time has exponential or Weibull distribution. We find optimal policies in a feedback form and illustrate how they differ from classical Merton’s policies. Through a Lie group analysis we find the admitted Lie algebra for a problem with general liquidation time distribution in cases of HARA and log utility functions and formulate corresponding theorems for all these cases. Using these Lie algebras we obtain reduced equations of the lower dimension for the studied three dimensional partial differential equations. Several of similar substitutions were used in other works before, whereas others are new to our knowledge. The applied method of Lie group analysis gives us the possibility to provide a complete set of non-equivalent substitutions and reduced equations that was not provided for the problem of such type so far. Further research of these equations with numerical and quantitative methods is expected to benefit from such analysis.
As the current literature on public space shows, the significant role of public space in enhancing social sustainability is justified – at least theoretically (Yadollahi, 2015). Nevertheless, in empirical research and practice, a more comprehensive methodological framework is required, which takes into account the complexities of local understandings of public space and social sustainability. This paper is a contribution to the development of such a framework.
In this paper, through a literature review, I clarify the meaning of public space and reflect on theoretical approaches to and methods of assessing the ability of historic public spaces to enhance social sustainability. I explain how the definition of public space and approaches to urban planning share concepts with social sustainability.
Finally, reflecting on examples of empirical research that attempt to
link physical and social components of public spaces, I point out the
methodological strengths and weaknesses in the field.
The main focus of this dissertation is the critical investigation of the bazaars in the commercial cities of Iran. This work deals with the challenges that the bazaars in Iran have been exposed to over the past century in economic, political and social terms. The work explains how an Iranian bazaar is structured and functions as a public space in a modern city. The methodology of this research is designed based on a qualitative approach, with a single case-study strategy. A combination of literature review and spatial ethnographic research techniques are used for data collection. To understand the bazaar as a public place, its cultural, legal, physical and functional dimensions are documented and mapped. This mapping method with the ultimate aim of re-integrating the bazaar with the modern city is the core of this dissertation.
Today, urban conservation scholarship calls for case studies that problematise universal conservation principles in local planning circumstances, particularly in countries from which modern conservation has not originated. In this series of workshops, we discuss singularities of urban conservation and the protection of historic urban areas with local experts who have been directly involved in processes of putting conservation policy documents into practice. We discuss how the planned goals of conservation projects are influenced by unplanned factors such as war, economic and political instability, inter-organisational conflicts, and natural hazards. The discussed cases represent cities with non-western cultural backgrounds that are geographically and culturally interconnected. By discussing urban conservation issues in Ankara, Baghdad, Tehran, Shiraz, Yazd, Kerman, Herat, and Mumbai, we aim to reflect on the functionality of mainstream conservation approaches in local conditions. The speakers share their local insight into obstacles of realising the international conservation models under rapidly changing natural and socio-political conditions. The workshops' moderators are outstanding young academics who have a deep understanding of the discussed issues and have co-planned the sessions with the speakers. This series of events is cooperatively organised by the Chair Urban Management and the DFG Training Group 1913, "Cultural and Technological Significance of Historic Buildings" in the framework of the DFG project, Assembling Iran's Urban Heritage Conservation Policy and Practice: Problematised in Tehran.
The material authenticity of cultural heritage has been questioned by societies in which the modern paradigm of conservation has not developed from within the native culture. This paper examines the philosophical and practical traditions in Iran regarding the materiality and authenticity of past structures. By reviewing the emergence of the Western conservation paradigm in Iran, this paper highlights two key factors: the rapidness of this paradigm shift and the remarkable contradiction between the new and old paradigms. By borrowing the Deleuzo-Guattarian concept of a ‘body without organs’ (BwO), this paper problematises the rapidness and radicality of the paradigm shift in Iran. It suggests exploring the under-investigated possibilities between the pre-modern and modern paradigms to address the gap between native circumstances and Western standards.
Urban heritage planning in Tehran and beyond : sequences of disrupted spatial-discursive assemblages
(2023)
Despite the impact of ideological rigidity, the primary challenge of heritage planning in Tehran and beyond lies not in the dominance of an inflexible Authorized Heritage Discourse, but rather in the absence of stable spatial-discursive and administrative structures. Solmaz Yadollahi maps the historical trajectory of conservation and urban heritage planning in Iran, depicting a discursive-spatial assemblage that tends to knock down its accumulated resources. This is in line with Katouzian's portrayal of Iran as a pick-axe society. Residing within this society, the studied assemblage strives to deconstruct the prevailing structures and usher in a fresh one, paradoxically perpetuating the very cycle it seeks to escape.
The linear-theory assumption is a fundamental approach for the study of waves in fluids. The governing equations are linearized by assuming the perturbations are small so that the consequences of nonlinear terms are negligible. Nevertheless, if a wave approaches a critical level, in which the wave amplitude grows so as to create an instability of the background flow, the assumption of linearity may not hold any longer. In this case, the nonlinear terms are required to be taken into consideration.
In this thesis, two experimental setups have been proposed for the study of two scenarios, in which the nonlinear effects become significant and a traditional linear solution is no longer valid.
The first experiment focuses on an inertially oscillating rotating fluid. In the thesis, we present experimental results from a system that is simpler than classical precession experiments but still shows very similar wave interactions and a collapse to turbulence. This system consists of a partly filled rotating annulus that rotates about its symmetry axis slightly tilted with respect to the gravity vector.
In the experiments, we find a resonant collapse when the forcing frequency corresponds with a resonant frequency of the rotating tank. Two types of instability can be triggered: a parametric triadic instability, in which two free Kelvin modes arise and form a triad with the forced Kelvin mode, and a shear-type instability related to the nonlinearly excited geostrophic flow. The latter instability gives rise to a barotropic mode that interacts with the forced mode and generates secondary modes. We also observed dependency of the mode frequencies on the Ekman number, which can, at least partly, be explained by a Doppler shift due to the mean flow. Finally, we try to connect our data to a low-order dynamical system based on the weakly nonlinear theory that describes the main features of single triad interaction in precession experiments.
The second experiment concerns the study of undular bores (or tidal bores), in which the nonlinearity plays an important role. An experiment has been performed in which undular bores are produced in an open circular channel. More specifically, two different cases have been investigated: a single bore case with a rigid boundary setup and a bore colliding case with a periodic lateral boundary setup. Bores are generated by abruptly releasing a barrier that separates fluids with different surface levels. Up to our knowledge, this is the first experimental study of undular bores in a circular channel. For a setup without barriers, this geometry accomplishes in a natural way the periodic lateral boundary conditions, which is very often used in numerical simulations. The experimental results have been compared with the nonlinear numeric simulations and achieved an excellent agreement.
This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market.
The powder metallurgically produced beta titanium alloys (traditional PM beta Ti-alloys) have long been plagued by high impurities contamination. For binder-based powder technologies, they originate from the sintering atmosphere, the debinding processes and the starting powders. In general, a normal carbon residual of binder-based powder technologies is capable of incurring the formation of aligned TiCx particles along beta grain boundaries (GB-TiCx) in most classes of beta Ti-alloys. Whereas, oxygen atoms are likely to deteriorate the ductility of PM Ti alloys by promoting the formation of diverse brittle phases and/or altering the deformation modes. Such materials exhibiting rather low toughness to strain ratios are not an option for critical structural applications, where catastrophic damage is completely unacceptable.
In this study, biotolerant metastable beta Ti-20Nb-10Zr alloys, containing a certain amount of carbon, oxygen residuals originated from materials processing and consequently 0.5 vol.% in situ synthesized TiCx particles, were fabricated via metal-injection-molding (MIM). With varying yttrium (Y) addition, the effects of Y-induced oxygen scavenging, beta-grain refinement and porosity increment on tensile properties were systematically investigated. To scavenge oxygen from the beta Ti-matrix, the Y elemental powder with a maximum particle size of 15 µm (e.g. <12 µm or 1200 mesh) is more appropriate than the commonly used <45 µm (i.e. 325 mesh) sized powder or larger ones and without significant detrimental effect on the as-sintered density of beta Ti-alloys.
A novel toughening strategy was proposed by regulating TiCx precipitation evolution and resultantly adjusting particles distribution pattern. Synchrotron radiation identified that two separate TiCx precipitation-type reactions occurred at the beta phase region and the alpha/beta region. In a narrow temperature range between these two precipitation reactions, dissolution of carbides was observed just below alpha/beta transus. Y addition can postpone TiCx precipitation. On the basis of those mechanisms, adjusting TiCx particle distribution was proposed for the first time, specifically a combination of yttrium addition (Y) and carbide spheroidization reprecipitation annealing (CSRA). As a result, aligned GB-TiCx particles were adjusted to dispersed intragranular TiCx particles. An apparent toughening effect (≈ 113% increment reaching elongation = 8.3%) was achieved after TiCx redistribution, while non-optimally aligned TiCx pattern seriously limited tensile toughness of materials. Here, the mechanisms of TiCx redistribution behavior and its toughening are elucidated systematically.
Annealing-induced solid phase crystallization of In₂O₃:H leads to a significantly improved electron mobility, which is confirmed by Hall measurements. Indium hydroxide dehydroxylation occurs in In₂O₃:H during annealing, which is well responsible for the structural transformation and a high electron mobility with a decreased carrier concentration in crystallized In₂O₃:H. A significant decrease in the intensity of occupied gap states is observed in crystallized In₂O₃:H, possibly due to a decrease in carrier concentration. Doped In₂O₃ variants have been found to have a quite deeper allowed transition level below the valence-band edge than undoped In₂O₃, which in particular applies to crystallized In₂O₃:H, but most likely attributed to a change of the crystal structure upon annealing and/or a different O 2p-In 4d coupling near the VBM compared to amorphous In₂O₃:H.
To well understand the interface properties of Ag/In₂O₃:H upon annealing, a thin Ag film was grown on the In₂O₃:H substrate and annealed in vacuum up to 300 °C. During annealing, the potential Ag diffusion into the bulk In₂O₃:H and/or a change of an annealing-induced Ag topography (i.e., cluster formation) occurs, with a small Ag oxidation (i.e., Ag₂O and AgO). With Ag deposition, an initial downward band bending of (0.11±0.05) eV was present in In₂O₃:H, attributed to a Schottky contact formed at the Ag/In₂O₃:H interface. Upon annealing, the downward band bending reduces gradually, and the Schottky-barrier height at the Ag/In₂O₃:H interface also decreases.
A thickness series of the individual materials on the respective “substrate” (i.e., MnS/Si, GaN/MnS, and ZnO/GaN) was epitaxially grown on Si (100) wafer, and the interfacial chemistry and energy-level alignment at the respective interfaces are examined using photoelectron spectroscopy. At the MnS/Si interface, an interface-induced band bending (IIBB) appears in Si, which of values are found to be (0.15±0.07) and (0.23±0.07) eV for 4 and 15 nm MnS/Si stacks, respectively. The MnS/Si heterointerface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (-0.37±0.10) eV and the corresponding CBO of (2.27±0.10) eV. For the GaN/MnS interface, a significant diffusion of Mn into the GaN layer takes place during GaN deposition. In addition, an interface-induced band bending (IIBB) by ~0.30 eV is observed in MnS. The GaN/MnS interface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (1.46±0.10) eV and the corresponding CBO of (-1.09±0.10) eV. At the ZnO/GaN interface, a significant N diffusion from GaN into ZsnO takes place, i.e., Zn-N bonds, when ZnO is grown on the GaN layer. Also, an interfacial oxide (GaOx) layer was formed during ZnO deposited on GaN films. The ZnO/GaN heterointerface shows a type-II (staggered) band lineup with a VBO of (2.48±0.10) eV and the corresponding CBO of (-2.50±0.10) eV, respectively.
Die Dissertation „Hinter der Fassade – Das institutionelle System der Denkmalpflege in der DDR“ untersucht am Beispiel der thüringischen Städte Erfurt, Weimar und Eisenach das institutionelle System, in das die Denkmalpflege der DDR eingebettet war. Anhand der drei kulturgeschichtlich herausragenden Städte werden die institutionellen und denkmalpolitischen Rahmenbedingungen, sowie der Stellenwert denkmalpflegerischer Bemühungen für die Kulturpolitik untersucht. Den Schwerpunkt der Betrachtungen bildet die Zeit vom Beginn der 1960er Jahre bis zum Ende der DDR. In diesen Zeitraum fallen zum einen die Gründung einer eigenen Arbeitsstelle Erfurt des Zentralen Instituts für Denkmalpflege und zum anderen die beginnende Aufwertung der Denkmalpflege in den 1970er Jahren, deren formalen Höhepunkt das im Juli 1975 verabschiedete Denkmalpflegegesetz darstellt. Über die institutionellen Rahmenbedingungen der Denkmalpflege in Erfurt, Weimar und Eisenach hinaus fragt die Dissertation nach den Handlungsspielräumen, Grenzen sowie den Spannungsfeldern, die sich aus den verschiedenen Akteurskonstellationen auf lokaler, regionaler und überregionaler Ebene ergeben. Im Fokus der Untersuchung steht dabei nicht nur die professionalisierte Denkmalpflege, sondern auch zivilgesellschaftliches Engagement für Denkmale.
Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen sollten zeigen, ob das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung ein alternatives Behandlungsverfahren zur Anhebung der Kohlenstoff- und Nährstoffgehalte von Kompost ist und sich Emissionen einsparen lassen. Hierzu wurde das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung einer offenen Kompostierung in verschiedenen Versuchsreihen gegenübergestellt, in denen neben Prozessbedingungen auch die Substrateigenschaften untersucht wurden.
Die Untersuchungen zeigen, dass die Endsubstrate der Mikrobiellen Carbonisierung eine hohe Kohlenstoffeffizienz aufweisen. Die höheren Kohlenstoffgehalte der MC-Komposte im Vergleich zu konventionellen Komposten gehen mit einem höheren Wasserhaltevermögen einher, das insbesondere in niederschlagsarmen Regionen bei der Kompostanwendung vorteilhaft sein kann. In Bezug zu den übrigen Nährstoffen, konnten keine signifikant höheren Konzentrationen in den MC-Komposten im Vergleich zu den konventionell erzeugten Komposten festgestellt werden.
Darüber hinaus sollte im Rahmen der Arbeit die Frage beantwortet werden, ob mikrobiell karbonisierte Komposte gütegesichert sind und einen Beitrag zur Steigerung von Erträgen leisten können. Die Untersuchungen zeigen, dass die Schwermetallgrenzwerte insbesondere bei den MC-Komposten sowohl die Bioabfallverordnung, als auch die Düngemittel-verordnung nahezu immer einhalten. Hinsichtlich der Seuchen- und Phytohygiene sind die MC-Substrate nach einer achtwöchigen Behandlung als unbedenklich anzusehen und halten die Vorgaben der Bioabfallverordnung bezüglich der Prüfkriterien und Indikatororganismen ein. Präventiv wird jedoch eine zwölfwöchige Behandlung empfohlen, da die physikalischen Hygienisierungsfaktoren der Bioabfallverordnung, im speziellen die Temperaturführung, nicht eingehalten werden. Dies ist im Wesentlichen auf die mesophilen Prozessbedingungen bei der Mikrobiellen Carbonisierung zurückzuführen. Durch eine Sondergenehmigung des Verfahrens ist jedoch eine Marktfähigkeit gegeben.
Die durchgeführten Versuchsreihen zeigen überdies, dass die Emissionen bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Vergleich zur offenen Kompostierung signifikant geringer sind. Dies kann auf den geringeren Mineralisierungsgrad der MC-Komposte zurückgeführt werden, da bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Gegensatz zur Kompostierung keine aktive Belüftung oder mechanische Umsetzung der Substrate stattfindet.
Des Weiteren ist der technische und apparative Aufwand bei der Mikrobiellen Carbonisierung geringer als bei der offenen Kompostierung. Dies führt dazu, dass die Mikrobielle Carbonisierung in ökonomischen Aspekten anderen am Markt verfügbaren Technologien überlegen ist.
Environmental consciousness of the modern society has projected recycling into the limelight as it has considerable potential for saving the earth’s limited resources, and potential offers opportunities for reducing environmental pollution. This dissertation presents a methodology developed for assessing the recycling-orientation of products in product design and a tool for carrying out the assessment. The design criteria for the recycling-orientation of products are formulated by investigating and analysing relevant product design constraints, including standards and regulations that facilitate and ease recycling. Essentially, this final dissertation comprises two parts: (1) the dissertation manuscript, (2) the assessment tool, “software.” The dissertation expatiates on the methodology employed and its implementation details for assessing the recycling-orientation of products both qualitatively and quantitatively at the design stage. Several recycling related product design standards were taken into account, including WEEE, RoHS, Eco-design, and DFR. The software comprises a series of decision stages; each stage controls different active facets of its functionalities. The assessment of the recycling-orientation of product design is achieved by virtually modeling a product from the product profile. The detail of how this works is demonstrated with a case problem. The opportunity for future development and software upgrading are discussed at the end.
This thesis explores two different models in the use of cultural heritage as a medium for intercultural exchange. This role of cultural heritage is discussed under a larger political framework of intercultural dialogue as a policy approach in managing cultural diversity, with specific reference to the 2008 Council of Europe’s White Paper on Intercultural Dialogue. This policy approach is analysed here in terms of the goal in social cohesion and the liberal, procedural commitment in democracy towards cultural and value pluralism, with its relevance discussed in the context of Singapore, which claims an approach of ‘communitarianism’ upholding ‘Asian values’. Against the background of racism problems in Singapore, the staging and interpretation of Indian dance heritage in Singapore will be analysed between a transcultural and a multicultural model of intercultural dialogue, the former focusing on creative engagement to overcome differences in cultural identity, the latter focusing on mutual understanding and respect of differences. As part of the multicultural model, one will analyse cross-cultural interaction as ‘critical incidents’ based on the ‘Culture Assimilator’ method (otherwise known as the Intercultural Sensitizer) in intercultural communication training – which German social psychologist Alexander Thomas has repositioned in an intercultural competence framework aligned with systems theory. This framework will be adapted to discuss the aspects of open-mindedness and empathy in intercultural learning through cultural heritage, and to deconstruct cultural differences.
In den Vorarbeiten dieser Arbeit konnte der Autor feststellen, dass die meisten mittelständischen Unternehmen (KMU) Defizite in der Unternehmensplanung und im Controlling aufweisen. Viele erstellen zwar Mengenplanungen für den Vertrieb oder die Produktionen, die Planung der Kosten erfolgt jedoch meist völlig unabhängig von den geplanten Leistungen. Oft genug werden die Planbilanz, Plan-GuV und der Finanzplan auf Basis der letzten Bilanzdaten erstellt und nicht direkt aus den logisch vorgelagerten Teilplänen abgeleitet. Damit kann die Konsistenz der Plandaten über alle Teilpläne nicht gewährleistet werden. Ein weiterer Mangel ist die Aktualität der Pläne. Die meisten Unternehmen erstellen nur einmal im Jahr einen operativen Plan, der dann nicht mehr überarbeitet wird. In erfolgreichen Unternehmen wurden dagegen zur Steuerung des Unternehmens kurzfristig (monatlich oder Quartal) sogenannte „Rolling Forecasts“, Prognosen oder Erwartungsrechnungen erstellt. Darüber hinaus werden immer wieder Handlungsalternativen mittels Simulationsrechnungen geprüft. Einer der zahlreichen Gründe, dass nach wie vor nur wenige Unternehmen eine professionelle, integrierte Planung durchführen, liegt im hohen, manuellen Aufwand für die Erstellung und Abstimmung der Teilpläne. Daher wird die Planung noch immer in mehr als 80 Prozent der planenden Unternehmen mit Spreadsheets durchgeführt. Der Einsatz moderner und professioneller Planungs- und Controllingsoftware zeigt, dass gegenüber dem Einsatz von Tabellenkalkulationen eine Reduzierung des Aufwandes für die entsprechenden Tätigkeiten von bis zu 70 Prozent erreicht werden kann. Durch die Integration der Unternehmensplanung und das Controlling kann Planungssicherheit durch Schlüssigkeit und Datenkonsistenz aller Pläne garantiert werden – ein Vorteil für die Unternehmen. Darüber hinaus spielen ein integriertes Controlling und Unternehmensplanung bei der Bonitätsbeurteilung von Unternehmen im Rahmen von Ratingverfahren nach Basel II jetzt und in Zukunft eine immer gewichtigere Rolle. Das Fehlen eines solchen Systems kann mitunter in einem schlechteren Rating, was wiederum zu ungünstigeren Kreditkonditionen führt, resultieren. Daher müssen kleine und mittelständische Unternehmen auch diesen Aspekt bei einer möglicherweise anstehenden Finanzierung beachten. Letztlich wird auch das Management sowie dessen Kompetenzen in diesem Zusammenhang analysiert und bewertet, da von ihm ähnliche Wirkungen auf die Bonität ausgehen. Leider sind beide Faktoren einer erfolgreichen Unternehmensführung in kleinen und mittelständischen Unternehmen häufig nicht besonders gut entwickelt. Sowohl beim Management und dessen Kompetenzen sowie auch beim Planungs- und Controlling-system bestehen starke Defizite. Der Autor verfolgt mit der vorliegenden Arbeit das Ziel, die Bedeutung eines softwaregestützten Planungs- und Controllingsystems in Verbindung mit einer angemessenen Managementkompetenz für die Unternehmensfinanzierung aufzuzeigen sowie deren mögliche Wirkungen zu analysieren und hervorzuheben. Im Ergebnis ist der Autor bestrebt, Vorschläge zum Aufbau zukünftiger Controllingsysteme zu erarbeiten sowie die Anforderungen an die Managementkompetenz mittelständischer Unternehmensführungen zu konkretisieren. Zur Erreichung des gesetzten Ziels wird der Autor zu Beginn alle im Rahmen des Themas relevanten Bereiche konkretisieren und ihre Bedeutung für die Arbeit erläutern. Dazu wurden neben der klassischen akademischen Literatur in erster Linie aktuelle Fachartikel sowie zahlreiche fremde Studien verwendet. Zu den angesprochenen Bereichen zählen hier die Gruppe der kleinen und mittelständischen Unternehmen in Deutschland sowie deren Finanzierungsprobleme, der Begriff der Managementkompetenz und der Aufbau von Controllingsystemen bestehend aus zahlreichen Controllinginstrumenten. In den Kapiteln zwei bis vier werden diese bearbeitet. Darauf fundierend wird der Zusammenhang zwischen den genannten Bereichen hergestellt und mit Fokus auf die Zielsetzung der Arbeit erklärt. Bezugnehmend auf die mittelständischen Finanzierungsprobleme werden dann die Anforderungen der Kapitalgeber an das Controlling eines KMU in Kapitel fünf formuliert. Nachdem die Grund-lage zum Verständnis softwaregestützter Planungs- und Controllingsysteme gelegt wurde, stellt der Autor diese im sechsten Kapitel ins Zentrum der Betrachtung. Quasi Top-Down, d.h. vom Groben ins Feine, werden diese Systeme nun in all ihren theoretischen und praktischen Facetten analysiert. Letztendlich soll die Wirkung des Einsatzes dieser Software für die Unternehmen im Hinblick auf die Finanzierungssituation und die Managementkompetenz ersichtlich werden. Zur Erarbeitung von Vorschlägen für den Aufbau künftiger Controllingsysteme ist es erforderlich, diese auch an kommenden Entwicklungen auszurichten. Aus diesem Grund beleuchtet der Autor im siebenten Kapitel Trends und zukünftige Rahmenbedingungen im Mittelstandscontrolling und leitet daraus seine Empfehlungen ab. Besonderes Augenmerk richtet er dabei auf die neuen internationalen Bilanzierungsnormen IFRS for SME sowie die Regelungen der Eigenkapitalunterlegung von Krediten gemäß Basel II. Kapitel acht fasst die gesamte Arbeit noch einmal vollständig mit ihren Ergebnissen zusammen.
Deutschland hat sich in den letzten Jahren beim Klimaschutz zu einer internationalen Führungsrolle bekannt und verfolgt zur Erreichung der eigenen Emissionsminderungsziele verschiedene Strategien im stationären Energiewandlungsbereich. Hierzu gehören - neben anderen Technologieoptionen - auch die verstärkte Nutzung regenerativer Energiequellen und wandlungseffizienter Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien. Während legislative Fördermaßnahmen im erneuerbaren Energienbereich in Deutschland zu einem sehr starken Zubau von Energieanlagen führten, bleibt die Nutzung von dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) hinter den Erwartungen zurück. Die Gründe hierfür sind sehr vielschichtig, können aber zum Großteil auf fehlende ökonomische Anreize zurückgeführt werden. Die Zielsetzung der Arbeit besteht in der Entwicklung eines methodischen Ansatzes, um Lösungsmöglichkeiten für eine technische, wirtschaftliche und anreizorientierte Integration kleiner dezentraler KWK-Anlagen im kommunalen Versorgungsbereich anzubieten. Als ein wissenschaftlicher Beitrag zur Energieforschung im dezentralen Energieversorgungsbereich, besteht ein Hauptanliegen in der Ableitung von Betriebsführungsmethodiken für kleine KWK-Anlagen, die sowohl den lokalen Versorgungszielen des jeweiligen Anlagenbetreibers gerecht werden, als auch bestehende Energieeffizienzpotenziale im kommunalen Versorgungsbereich erschließen können. Hierfür werden zunächst - abgeleitet aus den kommunalen Energieversorgungsaufgaben - die Zielstellungen eines ganzheitlichen Energieversorgungsansatzes mit hohem Anteil dezentraler KWK-Anlagen in ein übergeordnetes Betriebsführungskonzept überführt und die technischen und ökonomischen Notwendigkeiten zur praktischen Realisierung erörtert. Aufbauend auf den Ausführungen zum ganzheitlichen Integrationsansatz bilden die Beschreibung eines entwickelten Optimiermodellansatzes und dessen Anwendung im Rahmen von Szenariobetrachtungen den Kern der Arbeit. Mit verschiedenen Szenarien für ein kleines kommunales Versorgungsgebiet werden die ökonomischen Effekte kostenoptimierter Betriebsführungsvarianten vergleichend gegenübergestellt und der Beitrag zur Steigerung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebes eruiert.
In der Arbeit wird untersucht, inwieweit zwei Epitaxieverfahren (LPCVD- und RPCVDVerfahren) geeignet sind, Bor-dotierte Si/SiGe/Si-Heteroschichtstapel mit guter Homogenität und Reproduzierbarkeit herzustellen. Die Bewertung der Epitaxieverfahren erfolgte anhand von HBT-Parametern, deren Streuungen von Wafer zu Wafer und über den Wafer ermittelt und mit publizierten Referenzdaten des etablierten UHVCVD-Verfahrens verglichen wurden. Die besten Ergebnisse wurden für RPCVD-basierte Si/SiGe/Si-Schichstapel ermittelt. Schichtstapel beider Epitaxieverfahren haben eine geringe Dichte elektrisch aktiver Defekte. Als kritischer Epitaxieprozeßparameter wurde die Abscheidetemperatur ermittelt. Im Fall des LPCVD-Verfahrens hat die Trägergasgeschwindigkeit einen großen Einfluß auf die Homogenität des Boreinbaus. Mit dieser Arbeit wurde nachgewiesen, daß das RPCVDEpitaxieverfahren eine Alternative zum etablierten UHVCVD-Verfahren ist.
Die zunehmende Digitalisierung unserer Gesellschaft erfordert fortwährenden Schutz von kritischen Informationen mittels kryptographischer Systeme. Algorithmisch sind diese Systeme kaum anzugreifen. Allerdings ermöglichen sogenannte Seitenkanalattacken die Extraktion von geheimen Daten. Eine Art Seitenkanalattacken mit großem Angriffspotential ist die lokalisierte elektromagnetische Analyse. Bei diesem Verfahren werden durch Messung und Analyse der elektromagnetischen Abstrahlung von Teilen der Schaltung Rückschlüsse auf interne Zustände getroffen und dadurch geheime Informationen wie private Schlüssel extrahiert. Der aktuelle Stand der Forschung im Bereich lokalisierter EMA zeigt sowohl erfolgreiche Angriffe als auch Gegenmaßnahmen auf. Jedoch werden in den veröffentlichten Arbeiten keine detaillierten Untersuchungen hinsichtlich der genauen Umsetzung des Layouts der FPGA Implementierungen untersucht, welches die Ursache für den lokalisierten Leakage bildet. Stattdessen werden die Ursachen auf der algorithmischen Ebene des verwendeten kryptographischen Verfahrens betrachtet und ebenfalls eine algorithmische Gegenmaßnahme vorgeschlagen.
In dieser Arbeit wird der Einfluss des Layouts von FPGA und ASIC Implementierungen auf lokalisierte EMA Angriffe untersucht. Dabei spielt insbesondere die Platzierung der Register eine wichtige Rolle. Die Untersuchungen in dieser Arbeit werden genutzt, um weiterführende Maßnahmen zum Schutz von kryptographischen Implementierungen planen zu können.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass sowohl das Design selbst als auch die Implementierung als FPGA oder ASIC einen großen Einfluss auf die Angreifbarkeit der Implementierung durch eine lokalisierte EMA haben. So kann die FPGA Implementierung des betrachteten ECC Designs ebenfalls für diese Art von Angriffen verwundbar sein. Aufgrund ihrer Implementierung ist dieser ECC-Beschleuniger insgesamt weniger anfällig als ein Vergleichsdesign aus dem Stand der Forschung. Dennoch konnten potentielle Schwachstellen identifiziert werden, welche die Grundlage für die Planung und Umsetzung von Gegenmaßnahmen darstellen. Bei einer FPGA Implementierung des ECC Beschleunigers ist hauptsächlich die Lage der Flip-Flops im Layout die Ursache für die Anfälligkeit. Dem kann durch eine gleichmäßige Verteilung der Register zusammen mit permanent aktiver Logik entgegengewirkt werden, da die EM Abstrahlung der Logik die der Register überdeckt. Im Gegensatz dazu konnte bei der ASIC Implementierung keine Aussage über den Einfluss von Platzierungsvarianten getroffen werden, da die Einflüsse nicht messbar waren. Allerdings konnte die Verdrahtung auf der obersten Metallschicht als Leakagequelle bestimmt werden. Als Gegenmaßnahme dazu wird vorgeschlagen, durch Constraints die Ausgangssignale von Registern eines kryptographischen Chips nicht bis in die oberste Schicht zu routen.
Die Arbeit hat den Stand und die Möglichkeiten der Weiterentwicklung der Energieholzerzeugung durch Kurzumtriebsplantagen (KUP) zum Inhalt. Nach der Analyse der Entwicklung dieser relativ neuen Variante zur Bewirtschaftung schnellwachsender Baumarten und ihrer Möglichkeiten werden die damit einhergehenden gesetzlichen Grundlagen analysiert. In diesem Zusammenhang werden neben landwirtschaftlichen Flächen auch andere Optionen der Flächenetablierung betrachtet (Wald, Brachflächen). Schwächen in der Abgrenzung und Förderung, vor allem auf Länderebene, werden diskutiert. Es schließt sich eine ausführliche ökonomische und ökologische Betrachtung des Agrarholzanbaus sowie der Grundlagen der Bewirtschaftung einschließlich der Rohstoffbereitstellung an. Die Analyseergebnisse dienen als Grundlage für die Durchführung von Interviews mit Experten der Thematik schnellwachsender Baumarten. Die Ergebnisse dieser Interviews belegen, dass KUP mehrheitlich als Chance zur langfristigen Energieholzversorgung und Etablierung regionaler Kreisläufe - hauptsächlich im landwirtschaftlichen Sektor - gesehen wird, es jedoch in diesem Zusammenhang noch einer Reihe von Defiziten - unter anderem auf Seiten der Bewirtschaftungstechnik, der Rahmenbedingungen und sonstigen Etablierungshemmnissen - zu begegnen gilt. Nach Überwindung der noch vorhandenen Anlaufschwierigkeiten stehen die Chancen jedoch gut, die Energieholzerzeugung im Kurzumtrieb ökonomisch tragfähig, ökologisch vorteilhaft und sozial verträglich auszubauen und damit sowohl zur Diversifizierung der landwirtschaftlichen Produktion beizutragen als auch den Nutzungsdruck auf den Wald zu verringern.
Im Zeitraum von Oktober bis Dezember 2016 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Wertstrommethode im Zeitalter von Industrie 4.0“ als Online-Umfrage durchgeführt. 170 Personen beantworteten den Fragebogen vollständig, allesamt haben Erfahrungen mit Lean Production. Die zunehmende Volatilität der Märkte sowie die fortschreitende Digitalisierung werden als die größten Herausforderungen für Produktion/Produktionssystem gesehen.
Als größter Nachteil der Wertstrommethode gilt, dass sie nur ein statisches Tool ist bzw. eine Momentaufnahme darstellt. Am meisten werden an der Wertstrommethode die Transparenz hinsichtlich Engpässen und Problemen sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen geschätzt. Knapp die Hälfte der Befragten aktualisiert Dokumente von Wertstromanalyse und -design höchstens einmal pro Jahr. Der Aufwand dafür ist höchst unterschiedlich und reicht von einem bis zu mehr als 20 Manntagen. Kurz- und mittelfristig wird eine autonome Produktionssteuerung in der Serien- und Massenfertigung nicht als realistisch angesehen. Die Bedeutung der Wertstrommethode wird damit weiterhin groß bleiben.
Die große Mehrheit der Teilnehmer sieht überwiegend keine Widersprüche zwischen Industrie 4.0 und der Lean-Philosophie, hält Lean nach wie vor für wichtig und plädiert für eine Integration von Lean und Industrie 4.0. Als besonders groß wird bei der Integration von Lean und Industrie 4.0 das Potential zur Steigerung der Flexibilität angesehen. Ein Großteil der Experten ist der Meinung, dass künftige Herausforderungen der Produktion auch Auswirkungen auf die klassische Wertstrommethode haben werden. Zwei Drittel der Befragten halten eine Weiterentwicklung der Methode mit Industrie 4.0-Lösungen deshalb für sinnvoll. Von besonderem Interesse sind für die Studienteilnehmer dabei die Möglichkeit der Simulation, die Echtzeit-Integration von Produktions- und Maschinendaten sowie die Schaffung einer Schnittstelle zu ERP-/MES-Systemen. Dabei sollen die Aspekte Transparenz der Prozesse, die Einbeziehung aller Beteiligten sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen unbedingt berücksichtigt werden.
Im Zeitraum von Februar bis Mai 2023 wurde am Lehrstuhl für Produktionswirtschaft die Studie zum Thema „Technologische Trends und Entwicklungen alternativer Energiesysteme“ durchgeführt. Die vorliegende explorative Studie basiert auf leitfadengestützten Interviews von 54 Experten und Expertinnen aus Forschungsinstituten, der Wirtschaft sowie Branchenverbänden. Die Auswertung der Interviews folgte dem Prinzip der strukturierenden Inhaltsanalyse.
Für die allgemeine Entwicklung der erneuerbaren Energien und um zukunftsweisende Technologien zu identifizieren, ist es notwendig ein energiewirtschaftliches Zieldreieck mit den Ausprägungen Rentabilität, Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. Die Fachkundigen zeigen auf, dass die politische Triebkraft maßgeblich darüber entscheidet, welche Technologien in Zukunft dominieren werden. Zukünftig wird es verstärkt zum Zusammenspiel einzelner Energiequellen in regional diversifizierten Konzepten, sowie zur Elektrifizierung und Sektorenkopplung kommen. Speichertechnologien werden verstärkt entwickelt und installiert werden. Prosuming und Demand-Side Response werden von den befragten Fachkundigen zukünftig als bedeutend erachtet.
In Bezug auf die einzelnen Energiequellen werden Wasserstofftechnologien zukünftig ein erhebliches Ausbaupotenzial aufweisen. Wasserstoff ermöglicht einen Beitrag zur Dekarbonisierung diverser Sektoren und dient darüber hinaus als Speichermedium fluktuierender Energien. Zusätzlich erfolgt eine Progression im Bereich von Wind- und Solarenergie. Dabei gewinnen im Bereich Photovoltaik, Technologien wie Agri- und Floating-PV an verstärkt an Bedeutung. Die Windkraftnutzung wird durch den Bau höherer Türme und die Vergrößerung von Rotorblattdimensionen optimiert. Geothermie spielt in Zukunft eine vielversprechende Rolle bei der Dekarbonisierung des Niedertemperatursektors. Das Ausbaupotenzial von Biomasse ist aufgrund von Flächenkonkurrenz begrenzt, obwohl sich, analog zu Wasserstoff, vielfältige Nutzungsmöglichkeiten eröffnen.
Im Bereich der Energiesysteme und -komponenten eröffnen sich diverse materialspezifische so wie fertigungstechnische Verbesserungspotenziale. Einige Technologien sind dabei bereits ausgereift, aber Optimierungsbedürftig. Technologien wie Elektrolyseure oder Wärmepumpen hingegen, bedürfen der grundlegenden Weiterentwicklung, um einen effizienten Betrieb zu ermöglichen. Im Bereich der Solarenergie liegen Entwicklungsschwerpunkte in der Verbesserung kombinierter Solar- und Photovoltaikmodule sowie von Trägerstrukturen für Agri-PV und langlebigeren Konzepten für die Schwimmkörper bei Floating PV vor. Schließlich zeigt sich auch hinsichtlich der Speichertechnologien ein Entwicklungsbedarf, insbesondere in Bezug auf Wasserstoffdruck- und -flüssigspeicher, Batteriespeicher und Latentwärmespeicher. Diese Fortschritte werden entscheidend sein, um eine nachhaltige und effiziente Energiewirtschaft der Zukunft zu gewährleisten.
This study investigates the applicability of remote sensing in general and imaging spectrometry in particular, for contaminated site detection and investigation with a focus on fuel hydrocarbon soil contaminations. Laboratory experiments were conducted to investigate the reflectance spectra of typical contaminants, contaminants at typical concentrations in soils, related materials and detection limits in a range of wavelengths from 0.38 µm to 2.5 µm. Characteristic absorption features of different organic chemicals, natural and man-made materials are described. Detection limits for fuel hydrocarbon contaminants in soils are defined, and the separability of hydrocarbon soil contaminations from other hydrocarbon-bearing materials is described. Data interpretation experiments using an imaging spectrometry dataset were conducted to assess the applicability of established data interpretation algorithms and to develop a method of detecting and separating different classes of hydrocarbons in imaging spectrometry datasets.
Charakteristik und Modellbildung des Verbundtragverhaltens von einlagigen Rundlitzenseilen in Beton
(2004)
Die vorliegende Arbeit beschreibt das Verbundverhalten von einbetonierten einlagigen Rundlitzenseilen 6 x 19 Standard. Die Grundlage für die Modellbildungen stellen experimentelle Untersuchungen von einbetonierten Drahtseilen dar. Es ist unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften der Drahtseile ein modifizierter RILEM-Pull-Out Test entwickelt worden. Die Ergebnisse einer zweiten Versuchsreihe zeigen das bisher unbekannte Verhalten des betondurchdrungenen Drahtseils. Die Erfassung des Dehnverhaltens des Seils ist somit möglich. Die Modellbildung beschreibt das Verbundverhalten durch eine Definition der Verbundspannungs-Verschiebungs-Beziehung. Das nichtlineare Materialverhalten der einbetonierten Drahtseile wurde durch die Entwicklung einer Gleichung zur Bestimmung des Tangentenseilelastizitätsmoduls berücksichtigt. Hiermit ist die Möglichkeit geschaffen, das Verbundverhalten über eine bestimmte Einbettungslänge mit Hilfe einer adaptierten Differentialgleichung des verschieblichen Verbundes und der Methode der Finiten Elemente auszuwerten.
Central Africa is a band of land stretching from the Atlantic Ocean to the Horn of Africa between 18º N 0.75º S and 18º W 44º E. The climate of this region shows a transition zone from the Sahara Desert in the north to the wet tropical Guinean coast and equatorial continental interior in its south. In such transition zones, drought is a common occurrence; of great concern is the progressive drying of the region from the 1970s and into the 1980s. This thesis aims to investigate whether climate change has occurred in Central Africa in the 2nd half of the 20th century. The reanalysis data from the National Centres for Environmental Prediction (NCEP) was used to analyse trends of temperature and precipitation over Central Africa with the linear regression model and patterns of precipitation using principal component analysis. The results of the trend analyses revealed an average increase in temperature of 0.15K/ decade and an average decrease in precipitation of -91 mm/decade for the period 1948-2004 over the whole study area. A regional trend analysis of box averaged data (2.5° in latitude and longitude) revealed an increased precipitation over the Northern part,” the Sahel”, and a marked decrease in precipitation and an increase in temperature over the Eastern parts of the study areas especially in countries such as Somalia, Sudan and Ethiopia. To quantify the changes in temperature and precipitation for different climatic periods (1951-1980, 1961-1990 and 1971-2000), 30-year trend analyses were also performed. Results revealed a relatively stable temperature trend and fluctuations in the precipitation trend over the three 30 year climate periods. Principal component analysis produces a decomposition of the data field into spatial patterns (eigenvectors) and a temporal time series describing the temporal importance of these patterns. For precipitation over Central Africa, three patterns stand out for 60.39% of the total variance in the precipitation over Central Africa. The individual principal components explain 37.6%, 12.1%, and 10.7% respectively of the total variance. The first principal component captures progressive drying in Central Africa, the second principal component captures the different seasons within Central Africa and the third principal component captures the movement of the Intertropical Convergence Zone over Central Africa. Apart from explaining the current precipitation patterns over Central Africa, the use of principal component analysis in this study has demonstrated that a limited number of spatial patterns are basis for African weather, coordinate system for present day climate with maximum variance contribution along the first axis, maximum of the remaining variance along the second axis with subsequent axes explaining less variance can be used to explain precipitation variability within Central Africa. The same method can be used to explain temporal differences between climate change scenarios and present day climate.
In NITROLIMIT wurde die bisher größte Datenbank zu Gewässergüteparametern aus 373 natürlichen Seen der norddeutschen Tiefebene zusammengestellt.
Die Auswertung dieser Daten zeigte:
• Der größte Teil der Seen befindet sich in einem mäßigen bis schlechten ökologischen Zustand.
• Sowohl Stickstoff als auch Phosphor sind eng mit der Phytoplanktonbiomasse korreliert. Als Prädiktor für N- bzw. P-Limitation wurde ein DIN:TP-Massenverhältnis von 1,6 ermittelt.
• N-Limitation tritt fast genauso häufig auf wie P-Limitation, wobei seentypspezifische und saisonale Limitationsmuster auftreten: N-Limitation tritt häufiger in flachen durchmischten Seen und Flussseen auf, und P-Limitation häufiger in tiefen geschichteten Seen. Im Verlauf der Vegetationsperiode findet häufig ein Wechsel von P-zu N-Limitation statt und zudem nimmt die Häufigkeit von anderen Limitationszuständen (beispielsweise Licht und Temperatur) zu.
• Die ermittelten TN- und TP-Zielwerte zum Erreichen der oberen Grenze der ökologischen Zustandsklasse „gut“ reichen für die verschiedenen Seentypen von 480-800 μg L-1 TN und 22-66 μg L-1 TP.
• Die derzeitigen TN- und TP-Konzentrationen in den Seentypen überschreiten die oben genannten Zielwerte in den meisten Fällen deutlich. Dies trifft insbesondere auf die TN-Konzentrationen zu. Der große Anteil von Seen mit einem mäßigen bis schlechtem ökologischem Zustand zeigt, dass zur Umsetzung der WRRL weitere Anstrengungen unternommen werden müssen.
Dabei bekräftigen unsere Ergebnisse, nach denen P-Limitation etwas häufiger als N-Limitation auftritt, die derzeitige Strategie, durch Maßnahmen zur Reduktion der Phosphoreinträge eine Verbesserung des ökologischen Zustandes herbeizuführen. Unserer Ansicht nach sollte diese Strategie fortgeführt werden, wobei auch strengere Reduktionsziele für Phosphoreinträge zu erwägen sind.
Das Vorkommen von Cyanobakterien, Anatoxin a und Microcystin wurde in 10 Gewässern erfaßt. Die Steuerung ihrer Dynamik wurde in 3 polymiktischen Seen untersucht und Effekte von Mixis mit Sedimentresuspension in Enclosures fokusiert. Die Gewässer waren durch Oscillatoriales, entweder Planktothrix agardhii oder Limnothrix spp. dominiert und wiesen hohe Biovolumina von Nostocales im Frühsommer auf. Hohe Lichtintensität und niedrige Stickstoff-Konzentrationen förderten die Entwicklung der Nostocales. Während des Sommers nahm die Lichtintensität aufgrund des steigenden Biovolumens der Cyanobakterien ab, was zum Rückgang der Nostocales und Dominanzen von Oscillatoriales führte. Durch Sedimentresuspension wurden Nährstoffpulse erzeugt, die zur Dominanz von P. agardhii führten. Bei Stagnation der Wassersäule waren die Nährstoffkonzentrationen niedriger und Limnothrix spp. gelangte zur Dominanz. Anatoxin a konnten auf Anabaena spp. zurückgeführt werden, Microcystine auf P. agardhii. Abnehmende Lichtintensität und/oder zunehmende Stickstoff-Konzentrationen förderten die Microcystin Produktion oder das Wachstum toxischer Stämmen.
In der vorliegenden Arbeit werden die Modellierung und die numerische Simulation von Strömung, Wärme- und Stofftransport zur Abbildung eines Trocknungsprozesses von Braunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht behandelt. Hierbei wird das Euler-Euler Two Fluid Model zugrunde gelegt und die Beschreibung des Fließverhaltens der Feststoffphase mittels der Kinetic Theory of Granular Flow realisiert. Ausgehend von einem Überblick zum aktuellen Stand der Forschung wird der Bedarf nach einer geeigneten Konfiguration von Modellparametern und Submodellen hinsichtlich der Strömungsmodellierung sowie nach der Implementierung eines Trocknungsmodells abgeleitet und als Zielsetzung formuliert.
Experimentelle Voruntersuchungen an einer Wirbelschichtanlage im Labormaßstab schaffen die Datenbasis für die spätere Validierung des Modells. Dabei erfolgt zunächst eine Betrachtung einzelner Zustandspunkte von diskontinuierlichen Trocknungsprozessen, um die darin auftretenden, strömungstechnischen Veränderungen zu quantifizieren. Zur Bewertung werden die makroskopischen Eigenschaften sowie Charakteristiken meso- und mikroskaliger Strömungstrukturen herangezogen, die sich aus der Analyse von Druckfluktuationen ergeben. Des Weiteren werden die Trocknungsverläufe mehrerer Chargen für verschiedene Betriebsparameter aufgezeichnet.
In einem ersten Untersuchungsschwerpunkt werden ausschließlich strömungsmechanische Aspekte fokussiert. Auf Basis umfangreicher Sensitivitätsanalysen zu den Einflüssen der rheologisch relevanten Parameter, der Impulsaustauschfunktion einschließlich der Partikelsphärizität und der Randbedingungen für Behälterwand und Gaseinlass, sowie durch Vergleiche mit den experimentellen Daten wird eine Parameterkonfiguration des Strömungsmodells vorgeschlagen. Die damit erzielten Ergebnisse sind insgesamt zufriedenstellend und geben die beobachteten Veränderungen im Trocknungsprozess korrekt wieder. Ursachen für bestehende Abweichungen zum Experiment werden diskutiert.
Im zweiten Untersuchungsschwerpunkt wird der gesamte Trocknungsprozess betrachtet. Hierzu werden Wärme- und Stofftransportmechanismen innerhalb des Modells berücksichtigt, wobei die eigens implementierte Trocknungskinetik auf Ebene der Partikel ansetzt. Die Einflüsse der Sphärizität und zwei verschiedener Formulierungen zur Berechnung der Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten werden untersucht. Für den favorisierten Parametersatz werden die Simulationen mit einem expliziten Vorwärtsverfahren gekoppelt, wodurch die Trocknungsverläufe auf makroskopischer Zeitskale approximiert und somit mit den experimentellen Daten verglichen werden können. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene Gesamtmodell die Trocknungsverläufe bei niedrigen bis mäßigen Leerrohrgeschwindigkeiten zuverlässig abbilden kann. Auftretende Diskrepanzen werden diskutiert und weiterer Entwicklungsbedarf abgeleitet.
Es ist wohl gerade die Einfachheit seiner Erzeugung, welche den nichtlinearen optischen Effekt der stimulierten Brillouin-Streuung so interessant für viele Anwendungen in der optischen Signalverarbeitung, der Fasersensorik, der hochauflösenden Spektroskopie und auch der Signalverzögerung und -speicherung macht. Die geringe Verstärkungsbandbreite kann zur selektiven Filterung oder Abtastung optischer Signale eingesetzt werden, was die Grundlage der optischen Spektroskopie aber auch der Lichtspeicherung ist. Darüber hinaus werden Signale innerhalb dieser Bandbreite nicht nur verstärkt, sondern auch abhängig vom Gewinn bzw. der eingestellten Pumpleistung verzögert. Diese Eigenschaft ist die Grundlage der sogenannten Slow-Light-Systeme. Damit kann mit einem Brillouin-Verstärker ein durchstimmbarer optischer Kurzzeitpuffer realisiert werden. In der vorliegenden Arbeit werden mit Hilfe gezielt gesättigter Brillouin-Verstärker grundlegende Beschränkungen des Brillouin-basierten Slow-Light und der Brillouin-basierten optischen Filterung aufgehoben, was mit den herkömmlichen linearen Ansätzen nicht möglich ist. Der Vorteil der Sättigung des Brillouin-Verstärkers ist, dass sie nur zu einer vorhersagbaren Begrenzung des Amplitudenspektrums aber nicht zur Entstehung neuer Signalfrequenzen führt. Die spektrale Begrenzung des verstärkten Signals und ein nichtlinearer Verlauf der Gruppenlaufzeit im spektralen Randbereich des Brillouin-Verstärkers führen zu einer zeitlichen Verbreiterung der verzögerten Lichtpulse. Diese Verbreiterung ist insofern problematisch, dass sie die Unterscheidbarkeit der verschiedenen Signalpegel für logische Einsen und Nullen signifikant verschlechtert. Mit Hilfe des vorgestellten gesättigten Systems erfolgt eine gezielte Rückformung der verzögerten Pulse, was erstmalig zu einer verbreiterungsfreien und damit auch verlustarmen Pulsspeicherung führt. Darüber hinaus kann auf Basis der Nachbildung der gesättigten Filtercharakteristik mit einem linearen Brillouin-Verstärker ebenfalls eine verbreiterungsfreie Pulsverzögerung nachgewiesen werden. Ein optischer Speicher kann aber auch durch Unterabtastung eines Signalspektrums mit einem Brillouin-basierten Kammfilter realisiert werden. Die maximale Speicherzeit ist dabei durch die natürliche Brillouin Gewinnbandbreite begrenzt. Dieser Wert ist abhängig von der Pump- und Signalleistung, der Umgebungstemperatur, von mechanischem Stress und vom Fasermaterial. Unter Ausnutzung der Sättigungseigenschaften des Brillouin-Gewinns lässt sich die Gewinnbandbreite durch Überlagerung einer sättigenden Spektralblende nahezu beliebig verkleinern. In dieser Arbeit wird auf Basis dieser Methode eine Bandbreitenreduktion des Brillouin-Filters um etwa eine Größenordnung nachgewiesen, wobei das Potential zur Verringerung um mehrere Größenordnungen besteht.
Brückenlager.1850-1950
(2010)
Mit der Zunahme von Sanierungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen an bestehenden Brückentragwerken rücken auch die historischen gusseisernen und stählernen Brückenlager wieder in den Fokus der Ingenieure. Das Fehlen verlässlicher Grundlagen für eine statisch-konstruktive Bewertung dieser Lager gab Anlass für die vorliegende Dissertation, die im Wesentlichen drei Punkte bearbeitet: In einem ersten Schritt wird die Geschichte der Brückenlager unter genealogischen Gesichtspunkten von den Anfängen bis zur Gegenwart aufgearbeitet. Aus den Ursachen, die zur Einführung wie auch zur Ablösung der gusseisernen und stählernen Brückenlager führten, werden deren spezifische Vor- und Nachteile abgeleitet. Im zweiten und dritten Schritt der Arbeit stehen ausschließlich die gusseisernen und stählernen Brückenlager im Mittelpunkt, die zwischen 1850 und 1950 wichtiger Bestandteil eines jeden größeren Brückenbauwerks waren. Diese einhundert Jahre bilden prinzipiell den Untersuchungszeitraum der vorliegenden Arbeit. Da die Impulse bei der Entwicklung der gusseisernen und stählernen Brückenlagertechnik vornehmlich aus Deutschland kamen, konnten sich die Untersuchungen auf den deutschsprachigen Raum konzentrieren, ohne jedoch den Blick für entsprechende Arbeiten im Ausland zu verlieren. Auf den Erkenntnissen zur Entwicklungsgeschichte der Brückenlagertechnik aufbauend, werden die gusseisernen und stählernen Brückenlager zunächst typologisch erfasst. Im Anschluss wird der bauaufsichtliche und technikgeschichtliche Hintergrund der Lagerherstellung innerhalb des Untersuchungszeitraumes erläutert. Abschließend fokussiert die Arbeit die hauptsächlichen Problembereiche der historischen gusseisernen und stählernen Brückenlager, die aus der für Brückenlager geforderten Kinematik an den beweglichen Lagern resultierten. Kern der Untersuchungen bilden die zur Sicherstellung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Lager entwickelten Bemessungsansätze bzw. die in diesem Zusammenhang veranlassten Versuche. Die genannten Punkte werden im Wesentlichen durch Auswertung historischer Literatur sowie ausgewählter Archivmaterialien erarbeitet. Ein der Arbeit beiliegender Katalog fungierte dabei als Hilfsmittel, um bei der Auswertung des umfassenden Quellenmaterials die für diese Arbeit relevanten Inhalte nach spezifischen Kriterien ordnen zu können.
Many recent works have focused on hearing modeling. In human localization play the outer ears and the shape of the human body a significant role. Little modifications of the acoustical environment near to the listeners’ head have significant effects on the transfer functions (HRTFs). This work analyses the transmission of the directional information and contributes to the suggestions of the physiological hypotheses based on the role of the HRTFs. Microphones are placed at the eardrums of a dummy-head, and accurate measurements will be performed. First, a good quality binaural playback system is tested using equalized headphones and HRTF filtering in order to find well-known errors and the localization blur. The second part introduces an accurate dummy-head measurement system with increased precision, signal-to-noise ratio and reproducibility. Finally, the HRTFs in the frequency domain and the effect of the acoustical environment near to the head will be evaluated (effects of the “everyday objects” near to the head). In the discussion section we try to specify the quality levels of existing binaural systems and the role of the HRTFs in virtual and non-virtual environments during the decoding of the acoustical information.
Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Sicherheitskonzeptes für einen ehemali-gen Truppenübungsplatz am Beispiel des ehemaligen Truppenübungsplatzes „Königsbrück“ im Spannungsfeld zwischen akuten Gefährdungslagen auf der Liegenschaft und daraus resul-tierenden rechtlichen Anforderungen an den Liegenschaftseigentümer, naturschutzrechtlichen Anforderungen und dem Nutzungsdruck aus dem Umfeld. Der ehemalige Truppenübungs-platz „Königsbrück“ befand sich im Untersuchungszeitraum im Eigentum einer Stiftung des privaten Rechts, der Stiftung Wald für Sachsen. Wesentlicher Teil ist die Entwicklung des Sicherheitskonzeptes hinsichtlich der Gefährdungs-situation durch Kampfmittel aber auch durch Altlasten, durch nicht verkehrssichere bauliche Anlagen und den Nutzungsdruck durch unbefugte Dritte. Für die Analyse der Gefährdung durch Kampfmittel wurde durch die Eigentümerin auf der Fläche ein Testfeldnetz angelegt, um über die stichprobenartige Untersuchung Aussagen zur Kampfmittelbelastung auf der Flä-che treffen zu können. Auf Basis eines einfachen, aus Praxis entwickelten Bewertungssystems konnten diesen Feldern Prioritäten zugewiesen werden. Ebenso wurden weitere Sicherheits-maßnahmen, beispielsweise für den Waldbrandschutz, entwickelt. Für die Analyse der Gefährdung und die laufende Verwaltung der Liegenschaft wurde durch die Eigentümerin ein geografisches Informationssystem aufgebaut, dessen Bedeutung für die Liegenschaftsverwaltung und –entwicklung analysiert wird. Ein strategisches Sicherheitskonzept basiert maßgeblich auf dem zu wählenden Betreibermo-dell und seiner Ausgestaltung. Daher ist die Analyse der privatrechtlichen Stiftung als Eigen-tümerin ebenfalls Gegenstand dieser Arbeit. Auf Grundlage des entwickelten Sicherheitskon-zeptes werden verschiedene, sowohl privatrechtliche als auch staatliche, Betreibermodelle für die Liegenschaftsverwaltung und –entwicklung vorgestellt und unter verschiedenen Aspekten, u. a. dem Haftungsrecht, den erforderlichen Befugnissen der Akteure, den Entwicklungszielen und der möglichen Öffnung für die Allgemeinheit betrachtet. Für die Analyse des Betreiber-modells wurden vorliegende Gutachten, die Rechtslage sowie betriebswirtschaftliche Aspekte ausgewertet. In Auswertung dieser Daten und Gutachten konnten Vorschläge für zukünftige Betreibermodelle abgeleitet werden. Dabei wird ein staatliches Betreibermodell empfohlen. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden und Ergebnisse sind, mit flächenspezifischen Modifikationen, auf die Verwaltung und Entwicklung anderer ehemals militärisch genutzter Flächen übertragbar.
Diskriminierungsphänomene, ihre Formen, Spezifika und Auftretenshäufigkeiten sind für die Pflegeausbildung in Deutschland bisher noch nicht untersucht worden. Lehrkräfte in der Pflegeausbildung werden jedoch vermehrt mit Diskriminierungsereignissen konfrontiert, in denen Lernende Abwertung, Ausgrenzung und Benachteiligung erfahren. Lehrkräften in den gesundheitsbildenden Berufen obliegt der Auftrag, ein professionelles, ethisch fundiertes Pflegeverständnis bei Lernenden in der Pflegeausbildung zu entwickeln. Der Respekt vor der Würde des Menschen, die mit einem Diskriminierungsverbot einhergeht, ist dabei die zentrale ethische Prämisse bei der Ausübung des Pflegeberufes. Die Rolle von Lehrenden und ihre Haltung im Umgang mit diskriminierenden Praktiken von Lernenden sind bisher empirisch nicht untersucht worden. Die Zielstellung dieser empirisch qualitativen Studie mit Hilfe der Methodologie der (Reflexiven) Grounded Theory (nach Breuer et al., 2018; Strauss & Corbin, 1996) bestand daher: Die Erfahrungen von Lehrenden mit Diskriminierungsereignissen, ihre Umgangsweisen und die damit verbundenen Haltungen und Wissensbestände zu untersuchen. Die empirischen Daten wurden durch elf problemzentrierte Interviews (Witzel, 2000) erfasst und unter Verwendung des Kodierparadigmas (Strauss & Corbin, 1996) zu einem erklärenden Modell zusammengeführt. Im Mittelpunkt der Theorie stehen Diskriminierungsphänomene, die häufig als Rassismus, Antisemitismus, Klassismus, Lookismus, Linguizismus und als Gleich- und Ungleichbehandlung auftreten. Sie sind dabei teilweise intersektional verschränkt. Im Modell werden diese Diskriminierungsverhältnisse und ihre Ausdrucksformen über ein Kontinuum von kristalliner, latenter und amorpher Diskriminierung beschrieben. Abwertungs- und Ausgrenzungsprozesse sowohl durch Lernende als auch Lehrende finden in einem Kontext statt, die Merkmale einer Lehr- und Lernsituation darstellen: Sozialformen des Unterrichts, Themenwahl, Zusammensetzung der Lerngruppe und leitende Unterrichtsprinzipien. Diskriminierungsereignisse stehen daher mit dem Unterricht in einem relevanten Zusammenhang. Der situative Kontext ist als Bezugsrahmen zu verstehen, in denen Lehrende ihre Handlungsmöglichkeiten anwenden. In diesen Situationen wird der Umgang der Lehrenden mit Diskriminierungsprozessen von individuellen und strukturell-institutionellen Bedingungen beeinflusst, die Handlungsmöglichkeiten eröffnen oder blockieren. Die Bewältigungsmodi waren hierbei abhängig von: den Wissensbeständen der Lehrenden, von den institutionellen Faktoren, ihrer Grundhaltung zu den Lernenden und ihrem berufsbiografischen Wissen.
Sowohl in Anlagen mit Hochgeschwindigkeitsrechensystemen als auch in der Industrie in so genannten smarten Problemlösungen spielen Rechenbeschleuniger eine immer bedeutendere Rolle. Diese wissenschaftliche Arbeit befasst mich mit der Untersuchung anwendungsorientierter FPGA-Architekturen, um die Lücke zwischen Performanz und Energieverbrauch zu verkleinern oder gar zu schließen. Sie untersucht zunächst die optimale Granularität einer Architektur für einen Algorithmus. Anhand der Auswertung einer umfangreichen Versuchsreihe mit ca. 650 Simulationen und etwa 200 verschiedenen Architekturen wird versucht einen FPGA mit optimalen Eigenschaften für eine Beschleunigerhardware abzuleiten. Für die Untersuchung wird das Evaluationswerkzeugs Verilog-To-Routing genutzt, dessen Steuerung nebst dem Parsen der Ergebnisse mittels Python automatisiert wird. Basierend auf den Ergebnissen dieser Granularitätsuntersuchung wird die Einführung einer parameterisierbaren CGRA-Architektur beschrieben, welche als Overlay auf einer beliebigen FPGA-Architektur aufgebracht werden kann. Die ersten Ergebnisse einer Evaluation mit einem Faltungsalgorithmus weisen auf Probleme beim Datentransfer zwischen einem Prozessorsystem und dem VCGRA als Beschleuniger hin, weshalb in zusätzliche Module für eine Entspannung dieses Flaschenhalses investiert wird. Aus Überlegungen entstehen so genannte Pre-Fetcher und Datenpuffer, eine Memory Management Unit und eine zentrale Steuerstelle, die Central Control Unit, welche das VCGRA zu einer Gesamtarchitektur ergänzen. Die Entwicklungsschritte und Evaluation dieser zusätzlichen Module erfolgt nun in SystemC, statt in VHDL, um den Zyklus von Design und Evaluation zu verkürzen. Im Zusammenhang mit der Central Control Unit wird ein Maschinencode im Binärformat und ein passender Assemblerbefehlssatz entworfen, um das VCGRA autark zu steuern. Alle Werkzeuge und die Architektur stehen unter Open-Source- Lizenzen der wissenschaftlichen Community zur Verfügung.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Instandhaltungsplanung eines militärischen Luftfahrzeugs. Das Ziel ist die Eingliederung aller Instandhaltungsaufgaben des Luftfahrzeugs in Wartungsintervalle, die durch das aktuelle Instandhaltungsprogramm festgelegt sind. Dieses besteht aus bereits gemäß ihrer Frist paketierten Instandhaltungsaufgaben und aus nicht zugeordneten Aufgaben, welche im Folgenden betrachtet werden. Gegenstand der Untersuchung sind die Arbeitsdauer und die Frist der Instandhaltungsaufgaben. Die nicht paketierten Instandhaltungsaufgaben sollen so zugeordnet werden, dass der Arbeitsaufwand und die verlorenen Tage, die durch das Vorziehen von Instandhaltungsaufgaben entstehen, auf ein Minimum reduziert werden. Dafür wird ein multikriterielles, ganzzahliges Optimierungsmodell entwickelt. Zum Lösen wird der Solver IBM ILOG CPLEX Optimization Studio (V 20.1.0.0) verwendet. In der Auswertung wird zusätzlich zu den Ergebnissen der Optimierung die Auswirkung von aggregierten und disaggregierten Formulierungen untersucht sowie der Effekt von Veränderungen der Aggressivität von Schnittebenenverfahren.
Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Erstellung eines möglichst guten, zulässigen Stundenplans für eine Unteroffiziersschule der Bundeswehr. Die Bildungseinrichtung kann vorhandene Optimierungsprogramme für Stundenpläne nur teilweise zu Rate ziehen, da hier im Vergleich zu normalen Schulen und Universitäten die Veranstaltungen nicht in einem Wochenzyklus stattfinden. Des Weiteren gibt es Spezialveranstaltungen, die nur an bestimmten Tagen besucht werden können. Zusätzlich haben die zu absolvierenden Kurse eine fest vorgegebene Reihenfolge, die beachtet werden muss.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind Steuerungsprobleme sowohl mit endlichem, als auch mit unendlichem Zeithorizont. Auf beide Probleme werden Transformationen des Zustandes, der Steuerung und der Zeit angewendet. Dadurch wird für Aufgaben mit unendlichem Zeithorizont die Klasse der Dynamiken erweitert, für welche notwendige Bedingungen existieren. Bemerkenswert ist, dass diese stets eine explizite Transversalitätsbedingung enthalten.
An einem Beispiel wird demonstriert, warum die Verwendung des Riemannschen Integralbegriffes und der Regel der partiellen Integration im Riemannschen Sinne ungeeignet erscheint, wenn man Steuerungsprobleme mit unendlichem Zeithorizont oder Singularitäten im Zielfunktional betrachtet. Stattdessen wird diese Regel für Lebesgue-Integrale formuliert. Hierbei ergeben sich in natürlicher Weise als Voraussetzung an die eingehenden Funktionen, dass sie gewichteten Sobolevräumen angehören. Das erklärt, warum die theoretische Grundlage der Arbeit ein Existenzsatz und notwendige Bedingungen in Form eines Pontrjaginschen Maximumprinzips für Steuerungsprobleme mit unendlichem Zeithorizont bilden: Beide Sätze wurden unter Verwendung von Hilbertraum-Techniken bewiesen und nutzen, dass die zugrunde gelegten Funktionenräume Hilberträume sind. Als Hilfsmittel werden neben der Substitutionsregel für Lebesgue-Integrale, dem Gronwall-Lemma und der Hölderschen Ungleichung lediglich Grundlagen der gewöhnlichen Differentialrechnung benötigt, um mittels des Beweises der Äquivalenz zweier Aufgabenklassen neue Resultate zu erzielen. So ist es gelungen, neue notwendige Bedingungen und einen neuen Existenzsatz für ein Steuerungsproblem mit fester Zeit zu formulieren. Die besondere Erkenntnis ist, dass es bei erfüllten Voraussetzungen keine Rolle spielt, ob das betrachtete Problem Singularitäten im Zielfunktional, in der Dynamik oder auch in den Zustandsfunktionen hat oder nicht. Als geeigneter Funktionenraum für Steuerungsprobleme mit Singularitäten ergibt sich wiederum ein gewichteter Sobolevraum, der stets aus den Daten einer Aufgabe passend bestimmt werden kann. Anhand dieses Raumes lässt sich explizit nachprüfen, welche analytischen Eigenschaften für die Lösung zu erwarten sind.
Die Arbeit fokussiert notwendige gesellschaftliche Entwicklungen auf den Bereich der regionalen, institutionellen Altersbildung, die aufgrund eines gerade in Südbrandenburg gravierend sichtbaren demographischen Wandels folgen müssen. Die Schlussfolgerungen, wie freiwilliges Engagement im Alter durch ein gelungenes Verhältnis institutioneller Altersbildungsangebote zu selbstorganisierten Lernformen gefördert werden kann, werden aus vier Forschungsteilen gewonnen: 1. aus einer schriftlichen Befragung der Teilnehmer an wissenschaftlicher Altersbildung in der Region Cottbus, 2. aus mündlichen Interviews bildungs- und engagementaktiver Senioren der Region, 3. aus einer Inhaltsanalyse Cottbuser Zeitungen und 4. aus einer Programmheftanalyse bei vier regionalen Weiterbildungsträgern. Die Interviews wählen Ältere exemplarisch aus, um anhand deren Erfahrungen regionale Verbesserungen der derzeit für das dritte Alter bestehenden Bildungsangebote zu formulieren. Darüber hinaus wird eine Übersicht über bestehende institutionelle Altersbildungsangebote der Region erarbeitet, die Empfehlungen für bedürfnisgerechte Bildungs- und Produktivitätsangebote in der Region Cottbus für Menschen im dritten Lebensalter zulässt. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die Förderung von Bildung und Engagement im Alter dann erfolgreich ist, wenn sie bei Älteren an entsprechenden biographischen Erfahrungen anschließt, wenn bestehende Altersbildung lebenswelt- und teilnehmerorientierter wird, wenn Bildung für Engagement regional ausgebaut wird und dabei eine stärkere Balance zwischen Selbstorganisation Älterer und institutionellen Vorgaben hält. Die Eigenkompetenz Älterer braucht zureichende infrastrukturelle Unterstützung, die Bildungsinstitutionen durch mehr Raum für erworbene Kompetenz und Erfahrungswissen sichern müssen. Grundvoraussetzungen eines lebenslangen Zugangs zu Bildung und Engagement sind eine motivationsfördernde Bildung und die zivilgesellschaftliche Beteiligung in den zentralen institutionellen Handlungsräumen, die Individuen in ihrem Leben durchlaufen. Diese Stärkung ist Aufgabe Aller – vom Staat, Markt und Individuum.
Among the many innovative church constructions in the Île-de-France during the twelfth century that immediately followed the ground-breaking new building of the abbey church of Saint-Denis, the high vaults in the cathedral of Notre-Dame in Paris mark a turning point – both in sheer dimensions and in their quality of execution as stone constructions. On the other hand, some solutions in design and construction that can be observed in these vaults remain unique within the dynamic development of Gothic vaulting in the great cathedrals built in the following years. On closer view it turns out that the general design of the vault as well as its construction details are hardly understood until now, mainly because they have been overlooked in a unifying perspective on Gothic architecture coined by the idealistic view of the Gothic Revival in the nineteenth century. Further, the particular relation between vault design and stereotomy needs to be clarified, and its significance needs to be understood.
Cities are major contributors to climate change and biodiversity loss, and at the same time particularly affected by some of their consequences. Urban green can help address these challenges and provide numerous other benefits to people. Economic valuation can estimate the value that people assign to these diverse urban ecosystem services. The environmental economics literature uses several valuation methods. This work examines the valuation of urban ecosystem services with choice experiments. It includes five articles that use empirical analysis to address three overarching research goals: First, to improve understanding of the value of urban ecosystem services to urban residents. Second, to contribute to improving the validity of choice experiments. Third, to develop modeling of spatial patterns in the value of urban ecosystem services.
Chapter 1 describes the background and motivation of the valuation of urban ecosystem services with choice experiments, gives an overview over the relevant literature, and sets out the research objectives and methods of this dissertation.
Chapter 2 presents a choice experiment on green spaces, street trees and green roofs in Bremen. It analyzes the effect of additional information that these measures are part of a climate adaptation strategy. The results show greater willingness to pay among informed respondents. Part of the effect can be explained by a higher credibility of the survey.
Chapter 3 describes a choice experiment on urban gardens in Berlin and Stuttgart. It explores how respondents process the information provided in the questionnaire. It finds that questions about the information do not significantly affect either recall or the responses in the choice experiment.
Chapter 4 is based on choice experiments on street trees, green spaces, and greenways in four German cities. It examines how choice experiment surveys should elicit perceived consequentiality. The results show advantages of elicitation before the choice experiment over the usual elicitation afterwards.
Chapter 5 explores how valid policy makers perceive the results of choice experiments on urban green in several German cities, and what consequences this has for their use of the results. Interviews show that most policy makers use the results in their city to raise awareness or justify positions. Perceptions of validity are mixed, but do not play a major role in this type of use.
Chapter 6 examines the spatial distribution of the value of urban ecosystem services using choice experiments on green spaces, urban trees, green roofs, and green facades in Berlin and Leipzig. It develops and tests new choice models that may better represent than the common approach how the value of urban green space decreases with distance.
Based on the findings of the articles, Chapter 7 derives recommendations for practitioners of choice experiments and for urban green policy makers. Finally, it identifies research gaps that would be promising for future studies.
Die derzeit verfügbaren Modelle zur Simulation von transienten Vorgängen in Asynchronlinearmaschinen sind entweder zu ungenau, zu angepasst oder zu langsam. Weder die Analyse des Antriebes mit der Finite-Elemente-Methode noch die Anwendung von herkömmlichen Zweiachsmodellen spiegeln die Vorgänge in der Maschine ausreichend wider. Die Entwicklung eines mathematischen Modells, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, ist Gegenstand dieser Arbeit. Ausgehend von einem dreiphasigen Modell werden die Differentialgleichungen und die Bewegungsgleichung des Antriebes aufgestellt und am Beispiel eines Wirbelströmläufers Hinweise zur Parametrierung des Modells gegeben. Es erfolgt ein Vergleich zwischen Rechnung, FEMAnalyse und Messung am Beispiel eines konkreten Motors.
Die vorliegende Arbeit untersucht, inwieweit die erlebte Regulierungsflut für Banken im Nachgang des Ausbruchs der Finanz- und Wirtschaftskrise im Jahr 2007 zur Steigerung der Stabilität und ökonomischen Effizienz führen kann. Sie stellt dabei heraus, wie sich die Regulierung normativ begründet und wodurch ihre Maßnahmen zu einer gesamtwirtschaftlich besseren Lösung führen können. Die Arbeit fundiert ihre Aussagen und Antworten über eine distinktive und kritische Analyse mikro- und makroprudenzieller Regulierung sowie ihrer spezifischen Regulierungsinstrumente auf der Basis von Basel III. Ein Ergebnis ist, dass Regulierung im Sinne exogener Eingriffe nicht nur das Potential hat, zu stabilisieren, sondern ebenso Wechselwirkungen und Instabilitäten zu verursachen, welche die Regulierung in der Konsequenz wiederum begründen. Ihre Effizienz ist damit kritisch. Es werden Argumente der Deregulierung evident, die dazu motivieren, im weiteren Verlauf der Arbeit auf das Problem einer effizienten Eigenkapitalregulierung im kapitalstrukturtheoretischen Kontext zu fokussieren. Auf der Basis des modelltheoretischen Rahmens des Irrelevanztheorems der Kapitalstruktur von Franco Modigliani und Merton Miller 1958 wird unter der Adaption ihrer Prämissen auf die Umweltbedingungen von Banken gezeigt, dass insbesondere die Deregulierung des Eigenkapitals zu einer wohlfahrtökonomisch besseren Lösung führen kann, da der Unternehmenswert entgegen der These von Modigliani Miller gerade nicht invariant gegenüber der Kapitalstruktur ist. Es lässt sich erneut ableiten, dass existierende Regulierung hier die Eigenkapitalregulierung begründet, da sie zu unerwünschten Anreizen, konkret zu einem Minimierungskalkül des Eigenkapitals für Banken führt. Hingegen existieren unter den in dieser Arbeit getroffenen Prämissen in einem Umfeld bestimmter reduzierter und veränderter Regularien Anreize, die zu wohlfahrtsökonomisch wünschenswerten Eigenkapitalquoten führen können. Hierbei spielen sich entfaltende disziplinierende Marktkräfte eine zentrale Rolle. Kosten der Regulierung könnten reduziert werden.
Diese Arbeit motiviert, die teils starke Konzentration der Regulierung von Banken auf Bilanzgrößen, die entsprechend starke Eingriffe in geschäftspolitische Entscheidungen bedeutet und hinsichtlich ihrer Komplexität, Adäquanz und Wirkung durchaus kritisierbar ist, hin zu einer stärker Ordnungsrahmen schaffenden Gestaltung der Regulierung zu prüfen, in der sich Marktdisziplin über anreizkonforme Mechanismen entfalten kann.
Gegenstand der Dissertation ist die rechnergestützte Traglastberechnung von Platten mit beliebiger Lagerung, Belastung und Werkstoffverhalten nach der Fließlinientheorie. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei sogenannten Fließlinienfächern gewidmet, wie sie in Plattenecken und unter Einzellasten entstehen. Diese wurden bisher entweder durch eine große Anzahl einzelner gerader Fließlinien angenähert, oder aber gänzlich vernachlässigt. In der vorliegenden Arbeit wurde dazu ein Fächerelement entwickelt, durch das ein Fließlinienfächer mit nur einem Element beschrieben werden kann. Die neuen Fächersegmente führen zu einer wesentlich höheren Genauigkeit bei wesentlich geringeren Rechenzeiten. Um die Ergebnisse der Fächersegmente für anisotrope Platten zu optimieren, wurde eine verbesserte Transformationsregel entworfen, die gegenüber der Transformationsregel von Wood den Vorteil hat, arbeitskonsistent zu sein. So kann diese Transformationsregel anstatt auf die gesamte Platte auch auf einzelne Plattenbereiche angewandt werden. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die rechnergestützte, automatisierte Ermittlung des maßgebenden Fließlinienmusters. Dazu wurde ein Katalog von Rand- und Eckgruppen erstellt, aus welchen das Fließlinienmuster für beliebige Platten zusammengesetzt wird. Durch die anschließende numerische Optimierung wird das Anfangs-Fließlinienmuster an die aktuelle Geometrie- und Belastungssituation angepasst. Zur Verifizierung des entwickelten Verfahrens und zur Demonstration des breiten Anwendungsspektrums werden schließlich zahlreiche Beispiele untersucht und mit analytischen und numerischen Lösungen aus der Literatur verglichen. Die errechneten Ergebnisse zeigen im Vergleich nicht nur eine gute Übereinstimmung, sondern führen für einzelne Probleme zu verbesserten Lösungen.
Water quality degradation and water scarcity are two serious problems, and water resources management related to those problems usually involves conflicts. In the absence of market and exclusive property rights, those conflicts are unavoidable. Game theory is an appropriate approach to simulate and resolve such conflicts. The overall objective of this research is to develop a practical methodology and mechanism to promote the maximization of public welfare from a socio-economic and environmental perspective using game theory. There are three main goals: 1) to use game theory to illustrate and analyze phenomena of water resources management, 2) to set up non-cooperative and cooperative game theoretic simulation models of water conflicts in a river basin, and 3) to apply the game theoretic simulation approach into water conflicts involved in the Hanjiang River Basin (HRB) in China. In the case of HRB, the Municipalities of Beijing, Hanzhong, Ankang and Shangluo, Shiyan and the Cities of Xixia and Xichuan are defined as the main players. For each main player, industry, households and agriculture are defined as the sub-players. Statistical and econometric regression modeling methods are used to formulate payoff functions of the players. The models are evaluated by forecasting and scenarios analyses. Cost-benefit Analysis (CBA) and demand-supply principle (DSP) are applied to compare the game outcomes. Economic valuation methods (EVMs) are applied to the value transformation. Scenario analysis is also employed to analyze the future risks and uncertainties. The main results prove that the non-cooperative game will cost all players an overall loss, though it yields benefits to some players. However, cooperative game results show that there is an overall benefit, though some players have loss. Comparing with the results of non-cooperative and cooperative games, it finds that cooperation makes all the players better off though some players are worse off. Scenario results illustrate that player one and his sub-players have serious water deficits even in the optimistic scenario. Thus, cooperation with other players is the dominant strategy for this player. The risks of non-cooperation come from some other players and sub-players. The game theoretic simulation approach and results benefit not only different groups of water stakeholders, but also decision makers to make policies on water quantity allocation, water quality protection, water pricing as well as ecological loss compensation.
Der Inhalt dieser Arbeit ist anwendungsorientiert. Sie entwickelt theoretische und algorithmische Grundlagen für ein System zur Entscheidungsunterstützung bei der Kundenakquisition im Marketing. Besondere Beachtung finden dabei die zeitliche Simulation des Kundenverhaltens sowie ökonomischer Kenngrößen, die Optimierung der Anzahl der Kunden, die mit einer Marketingstrategie bearbeitet werden, die Optimierung der Akquiseaktionen einer Marketingstrategie. Neben Simulation und Optimierung steht die Modellbildung im Mittelpunkt. Sie berücksichtigt zum einen die Stochastik des Kundenverhaltens und zum anderen die Unschärfe verschiedener Elemente der Kundenakquisition: der Kapazitätsbeschränkung für Akquiseaktionen, des Zieles der Kundenakquisition sowie der Bewertung, welche Aktionen für welche Kunden gut geeignet sind. Bei der Modellierung wird schrittweise vorgegangen: Formalisierung von Marketingstrategien mit Hilfe von Akquiseplänen und einem Wahrscheinlichkeitsraum, mit dem praktisch handhabbare Verfahren zur Simulation des Kundenverhaltens hergeleitet werden; Formulierung des unscharfen stochastischen Optimierungsproblems der optimalen Beschickung von Akquiseplänen; Erweiterung von Akquiseplänen zu dynamischen Akquiseplänen, mit denen eine Marketingstrategie als eine Akquise-Entscheidungsregel eines mehrstufigen stochastischen Entscheidungsprozesses in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit dargestellt und optimiert werden kann. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Formulierung der Optimierungsprobleme und der Untersuchung ihrer Lösbarkeit. Als erste große thematische Einheit zur unscharfen Optimierung wird die Lösung des Problems der optimalen Beschickung von Akquiseplänen behandelt. Dabei werden Ansätze der unscharfen linearen Optimierung erweitert. Die Modellierung der Stochastik des Kundenverhaltens führt schließlich zur Erzeugung des deterministischen Äquivalents mit Hilfe von Szenarien. In gleicher Weise wird das scharfe Äquivalent des unscharfen Problems gewonnen. Die Strukturuntersuchung des Optimierungsproblems führt zu einer Erweiterung des Akquiseplan- Modells zum zeitlichen Akquiseplan und zur Beschreibung des Problems als ein Mehrgüterfluss-Problem. Als Lösungsverfahren werden die Mittelwertbildung über die Lösungen von linearen Optimierungsproblemen für unterschiedliche Szenarien sowie ein erweitertes Lagrange-Verfahren, das alle Szenarien zugleich berücksichtigt, entwickelt, beschrieben und untersucht. Die wesentlichen theoretischen Ergebnisse der Arbeit werden in der zweiten großen thematischen Einheit zur unscharfen Optimierung gewonnen, die die Optimierung mehrstufiger stochastischer Entscheidungsprozesse in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit behandelt. Sie basiert auf der Arbeit von Bellman und Zadeh: "Decision-Making in a Fuzzy Environment" aus dem Jahr 1970. Während die bekannten Ansätze stochastische Entscheidungsprozesse mit vorab festgelegter Stufenanzahl betrachten, ist in der vorliegenden Arbeit die Prozess-Endzeit implizit durch Erreichen eines Endzustandes bestimmt. Die theoretische Untersuchung dieses Problemtyps führt schließlich zu einem praktisch einsetzbaren Verfahren. Eine andere Erweiterung der in der Literatur beschriebenen Behandlung dieser Optimierungsprobleme ist die Untersuchung der in der Modellierung benutzten t-Norm. Als Ergebnis kann gezeigt werden, dass alle wesentlichen Aussagen zur Lösung des Problemtyps für eine ganze Klasse von t-Normen gültig sind. Die hier entwickelten Modelle und Verfahren können zum Gebiet des finanzwirtschaftlichen Ingenieurwesens ("financial engineering") gerechnet werden, das aus dem Versuch heraus entstanden ist, Fragestellungen im Finanzwesen mit den Methoden des Ingenieurwesens zu bearbeiten. Aufgrund der Allgemeinheit der gefundenen Verfahren gehen die Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse dieser Arbeit weit über den Bereich des Finanzwesens hinaus. Alle hier entwickelten Verfahren sind in Algorithmen umgesetzt und in höheren Programmiersprachen programmiert worden: die zeitliche Simulation des Kundenverhaltens und ökonomischer Kenngrößen einer Kundenakquise in Maple, die Optimierung der Beschickung von Akquiseplänen in C++ unter Verwendung von CPLEX und die Berechnung einer optimalen Politik von mehrstufigen stochastischen Entscheidungsprozessen in unscharfer Umgebung mit implizit vorgegebener Prozess-Endzeit in Matlab. Die praktische Tauglichkeit der Verfahren wird anhand zahlreicher Fallbeispiele illustriert und untersucht. Alle Programme und die Fallbeispiele sind in dieser Arbeit soweit beschrieben, wie es zu ihrem Verständnis nötig ist. Der Quellcode der Programme und alle für die Fallbeispiele nötigen Daten sowie ihre Ergebnisse sind über die Homepage des Verfassers zugänglich. Schlüsselwörter stochastische Optimierung, unscharfe Logik, Simulation, dynamische Optimierung, mehrstufige stochastische Entscheidungsprozesse, unscharfe Umgebung, Marketing, Kundenakquisition, Akquisepläne
In Zeiten des liberalisierten Strommarktes muss sich der Kraftwerkserrichter und -betreiber die Wahl seiner Primärenergie und die Auslegung jedes einzelnen Kraftwerks hinsichtlich Emissionen und last but not least die Errichtungs- und späteren Betriebskosten genau überlegen. Simulationen unter der Annahme verschiedener Szenarien sind bei diesem Marktumfeld zwingend erforderlich. Das Spannungsfeld zwischen Errichtungskosten, davon teilweise abhängiger Verfügbarkeit, Instandhaltungsphilosophie und Betriebskosten bildet die Motivation für die Instandhaltungsoptimierung und Simulationen zur Verfügbarkeitsprognose, die Thema dieser Arbeit sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Planung der zeitbezogenen Instandhaltungsstrategie, bei der die Inspektion der Komponente nach einer vorgeschriebenen Zeitspanne erfolgt, die sich aus den Betriebs- und Herstellererfahrungen ableitet. Diese Problemstellung ist besonders anspruchsvoll, weil es durch Synergieeffekte zu starken Wechselwirkungen der Komponenten untereinander kommt. So besitzt jede Komponente ihre eigene theoretisch optimale Inspektionsperiode, im Verbund kann es jedoch sein, dass es wegen Freischaltungen oder Stillstandszeiten günstiger ist, einige Komponenten gemeinsam instandzuhalten und dabei eine einzelne Baugruppe vorzuziehen oder zurückzustellen. Die hieraus entstehenden Wechselwirkungen bilden eine nichtlineare, gemischt-ganzzahlige Berechnungsvorschrift für die Kostenabschätzung. Für die Optimierung dieser Instandhaltungsplanung wurde in der vorliegenden Arbeit ein neuer Ansatz entwickelt. Nachdem festgestellt wurde, dass klassische Optimierungsverfahren dieses Problem der Instandhaltungsoptimierung nicht zufriedenstellend lösen können, wurde eine Lösung auf Basis von „Genetischen Algorithmen“ entwickelt. Gleichzeitig zur Instandhaltungsoptimierung wurde aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten am Lehrstuhl die Methodik der Verfügbarkeitsprognose komplexer kraftwerkstechnischer Anlagen weiterentwickelt und um die neue Komponente "Speicher" (ggf. mit Verlusten) erweitert. Mit dem Speichermodell wird die Verhaltensweise eines Speichers in die aufwandsreduzierte Monte-Carlo-Methode integriert.
The German government has set ambitious targets for wind energy expansion and has implemented policy schemes aimed at facilitating market deployment of wind-generated electricity. Data on German wind energy market has shown that, wind energy generating capacity is increasing correspondingly towards the targeted values. Germany is the largest wind energy market in the EU (wind energy accounting for about 10% of the total electricity consumption in Germany) with an installed capacity of about 38.2 GW onshore by the close of 2014. The success of these policies has prompted other countries globally to adopt similar support schemes for renewable energies. However, the rapid growth of wind energy generation in Germany equally faces numerous challenges. Some of these problems are inherent to the wind energy technology while others are caused by the very policies instruments used to support wind energy expansion, such as limited availability of designated areas for wind energy development, non-uniform regulations, and rising prices. The objective of this research, therefore, is to assess the impact of the German energy and environmental policies on onshore wind energy development and to explore implementation options of the German model in Cameroon.
This research has examined the German onshore wind energy sector from a policy perspective based on existing literature, semi-structured interviews with major stakeholders, a case study of Brandenburg and a survey, with the aim of investigating the acceptance of wind energy and challenges the developers are facing.
Based on the study results, it can be affirmed that the future growth of the German onshore market will come from flexible government policies, which may offer fewer incentives to investors. Indeed, the cost of electricity from renewable energy technologies in Germany is in some cases already below retail rates. There is the need, therefore, to pursue strategic programmes that enhances market integration of wind energy. Furthermore, the study results equally shows that the German feed-in tariff based support scheme in its current form, cannot be implemented in Cameroon. This is because, the purchasing power of the Cameroonian population and the economic constraints of the government, makes it difficult or even impossible to adopt the current EEG model in Cameroon where often, basic needs are subsidized.
In recent years, biodiesel is an alternative fuel to petroleum diesel that is renewable and creates less harmful emissions than conventional diesel. Biodiesel blends – usually B20 or below, have been the most commonly used biodiesel blends. In current study, the kinetic mechanism of n-decane/α-methylnaphthalene (AMN)/methyl-decanoate (MD) blend is developed and validated as the surrogate for biodiesel/diesel blends. The IDEA reference fuel (70% n-decane/30% AMN by liquid volume) was formulated in the past as a two-component diesel surrogate fuel. A comprehensive and compact oxidation model for the IDEA reference fuel is developed. One important fuel-fuel interaction pathway via reaction pathway of A2CH2 + HO2 is observed and detailed discussed. The IDEA blends are validated by comprehensive target experiments for n-decane, AMN, and the AMN/n-decane blends. Ignition delay times, flame speeds, and species composition in jet stirred reactor and counter flow flames are successfully simulated for a broad range of temperatures (500-2000 K) and pressures (1-50 bar). The simulations of the IDEA blend with current mod-el show acceptable agreement when compared with different experiments of ignition delay times for diesel fuels as well as flame speed experiments. With a chain of ten carbon atoms and a methyl-ester group attached, MD is considered as a one-component surrogate fuel for biodiesel. A comprehensive and compact kinetic model for MD is developed. The mechanism is critically tested by comparison of model predictions with experimental data over a wide temperature (500 to 1500 K) and pressure (1 to 20 bar) range and for different fuel/oxidizer ratios. The good maintenance of chemical information during the reduction has been confirmed by simulation results, as well as the sensitivity and flow analyses performed using the detailed and the skeletal model. The MD model is compared with available experimental ignition delay times of biodiesel fuels. The good agreement between the simulations and the experiments proves that this model is a reliable kinetic model for simulations, either used by itself or in combination with IDEA blend. To improve the mechanism analysis, this thesis introduces a new three-stage reactive flow analysis. The final skeletal n-decane/AMN/MD blend with skeletal base mechanism includes 295 species and 3500 reactions by using the CGR approach. Based on the above validations and comparisons, current blend is considered as one surrogate for biodiesel/diesel blends that is suitable for improving kinetic understanding and for application in engine simulations.
Zur Bestimmung deren Größe und Konzentration der Aerosolpartikeln zählt der optische Partikelzähler (OPZ). Einzelne Teilchen passieren ein intensiv beleuchtetes Messvolumen. Das von den Teilchen gestreute Licht wird mittels eines aus Linsen und Blenden bestehenden Systems auf einen photoelektrischen Sensor fokussiert und dabei als Streulicht-Impuls empfangen, wobei die Impuls-Höhe in die Teilchengröße (durch Mie-Theorie) umgerechnet wird. Je nach der Lichtquelle teilen sich die OPZ in zwei Gruppen ein: OPZ mit Weißlicht und mit Laserlicht. Als Lichtquelle bietet der Laser eine Reihe Vorteile. Aber der Laser als Lichtquelle hat auch Nachteil: der konventionelle Laserlicht-Partikelzähler liefert, anders als Weißlicht, normalerweise keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen Streulichtintensität und Partikelgröße, insbesondere beim Partikelgrößenbereich um 1 um. Auf Basis von dem Stand der OPZ-Technik wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neue Messeinrichtung: Laserlicht-Partikelzähler mit zwei unterschiedenen Empfangswinkelbereichen zur Ermittlung der Partikelgrößen gebaut und systematisch untersucht (z.B. Koinzidenzfehler, Randzonenfehler und Totzeit). Eine Laserdiode ist als Lichtquelle eingesetzt. Innerhalb des Laserstrahls ist ein Messvolumen durch die zwei Empfangssysteme rein optisch abgegrenzt. Aus dieser Messeinrichtung ergeben sich zwei Kalibrierkurven, die den Zusammenhang von Partikelgröße und Impulshöhe beschreiben können. Das heißt, für jede Partikel, die durch das Messvolumen passiert, werden zwei Signale gemessen. Zur Bestimmung von deren Größe kann jede Kombinationsmöglichkeit der beiden Impulshöhen bzw. Kalibrierkurven (speziell durch Matrix-Methode) theoretisch genutzt werden. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass dieses neue Verfahren für die Ermittelung der Partikelgrößen aus mehrdeutigen Kurven, besonders beim Einsatz für unterschiedliche Stoffsysteme bzw. einem breiten Brechungsindexbereich geeignet ist. Die Problematik der Mehrdeutigkeit beim Laserlicht wird dadurch vielfach erleichtert oder auch gelöst. Für kritische Anwendungsfälle bleibt die Messung on line und in situ noch realisierbar.
TiAl alloys with a high addition of Nb have recently been applied in the aerospace and automotive fields due to their excellent high-temperature properties. The C additions to TiAl alloys have been reported to improve their strength and creep resistance through solid-solution hardening and / or precipitation hardening. In this work powder metallurgy (PM) based Ti-45Al-5Nb-xC (x=0, 0.5 0.75 and 1.0 at. %) alloys were systematically investigated after different heat treatments. The research is mainly concerned with the temperature range from 800 to 1000ºC which is interesting for processing as well as applications. The results show that the addition of C influences the phase transformations in Ti-45Al-5Nb and that the addition of Nb may influence the carbon solubility in TiAl alloys at high temperatures. The carbon solubility in Ti-45Al-5Nb is > 1.0 at. % at 1400°C, but between 0.5 and 0.75 at. % at 1000°C, and less than 0.5 at. % at 800°C. The carbide precipitation and development of carbide morphology are discussed in great detail. The thermal stability of P-Ti3AlC carbides in Ti-45Al-5Nb-xC alloys is increased, which might be attributed to the addition of high amounts of Nb, or the high amount of carbon, or a combination of both. In heat-treated Ti-45Al-5Nb-0.5C and Ti-45Al-5Nb-0.75C, H-type carbides are not detected to form during annealing. The addition of Nb may increase the formation temperature of the H-Ti2AlC precipitate phase.
During the last decades the research and implementation of integrated circuits in W-band (Frequencies from 75 GHz to 111 GHz) or frequencies beyond were mainly dominated by GaAs technologies due to their high-performance devices. However, the low-cost requirement of commercial consumer products limits the application of GaAs technologies. Recently, the advents of 200 GHz fT SiGe:C technologies pave the way for realizing the millimeter-wave circuits with their lower cost and excellent performance. This work is focused on the design and implementation of circuits in IHP's low-cost SiGe:C technology at W-band and frequencies beyond. Different types of high-speed frequency dividers as benchmarking circuits are designed and measured to show the speed and power performance of the SiGe technology in this work. Furthermore, this work includes the design and implementation of 77 GHz/79 GHz automotive radar front-end circuits. The results are compared with the state-of-the-art to demonstrate the performance of the circuit and technology. The aim is to show the design techniques and the possibility of adopting IHP's low-cost SiGe:C technology to realize high performance circuits for high-speed applications such as future automotive radar system.
In dieser Arbeit wird ein umfassendes Betriebssystemkonzept für tief eingebettete Steuersysteme vorgestellt. Das Konzept sieht dabei eine vollständig ereignisbasierte Abarbeitung von Aufgaben vor. Nach einer breiten Domänenanalyse wird gezeigt, welche Vorteile der verfolgte Ansatz hinsichtlich der üblichen Randbedingungen der Zielsysteme hat. Außerdem werden praktische Ergebnisse, welche anhand einer exemplarischen Umsetzung des Konzeptes gewonnen wurde, vorgestellt.
Der vorliegende Forschungsbericht (Kurzfassung) stellt die Ergebnisse einer qualitativen Berufsfeldanalyse zur Situation der ‚Pflegeassistenz‘ im Land Brandenburg vor und präsentiert ein daraus entwickeltes Kompetenzprofil für die zukünftige generalistische Ausbildung von Pflegefachassistent*innen. Empirische Basis der Berufsfeldanalyse sind 44 Expert*inneninterviews sowie 11 teilnehmende Beobachtungen und anschließende Fokusinterviews der beobachteten Personen in verschiedenen Versorgungssettings der Pflege.
Sowohl in den Expert*inneninterviews als auch in den teilnehmenden Beobachtungen zeigte sich, dass die Kernkompetenz der Pflegeassistent*innen in der personenzentrierten Grundpflege pflegebedürftiger Menschen gesehen wird. Pflegefachassistent*innen arbeiten eng mit Pflegefachfrauen und Pflegefachmännern zusammen. Als Kernmerkmale ihrer Tätigkeit haben sich die große (auch körperliche) Nähe, die Häufigkeit der Kontakte und die Kontinuität der Beziehungen zu den zu pflegenden Menschen gezeigt. Vor diesem Hintergrund wird in der Studie der Vorschlag gemacht, zukünftig die Berufsbezeichnung Pflegefachassistent*in anstelle von Pflegehelfer*in zu wählen. Ebenso wird dafür plädiert, dass die Ausbildung von Pflegefachassistent*innen über ein Jahr hinausgehen sollte, damit die Assistent*innen im Anschluss an ihre Ausbildung die Tätigkeiten kompetent ausführen können, die sie in der Regel jetzt schon in der Praxis übernehmen (müssen).
Wie schwierig es allerdings ist, ein einheitliches Bild zu zeichnen, zeigt sich vor allem bei einem Vergleich der Meinungscluster in den verschiedenen Berufsdomänen: Die Expert*inneninterviews aus den Pflegeschulen dokumentieren in ihrer Mehrzahl eine überraschende Distanz zu den Pflegeassistent*innen. Viele werten sie ab. Dieser Eindruck wiederholt sich nicht in den Kliniken. Die Pflegefachkräfte können mehrheitlich das Engagement der Assistent*innen wertschätzen. Diese Tendenz verstärkt sich noch in den Pflegeheimen, weil hier die Dauer und Intensität der Kontakte mit den Klient*innen vor allem von den Pflegehelfer*innen getragen wird. Anders ist das in der ambulanten Pflege. Hier überwiegt aufgrund des Zeitdrucks und des Fachkräftemangels die Fokussierung auf das pflegetechnisch Notwendige.
Das Gesamtbild erscheint damit eher widersprüchlich. Die Situation in den verschiedenen Berufsdomänen ist kaum vergleichbar. Umso notwendiger wäre eine Vereinheitlichung der Ausbildungsanforderungen im Sinne eines generalistischen Konzepts auch für die Pflegefachassistenz. Die Studie schließt mit einem differenzierten Vorschlag zur „Kernkompetenz“ und den ausdifferenzierten Kompetenzbereichen der Pflegefachassistenz.
Schriftliche Abschlussprüfungen in der Ausbildung von Pflegefachfrauen und –männern müssen fall- und kompetenzorientiert gestaltet werden. Die Handreichung gibt Hinweise, wie diese Prüfungen konzipiert werden können. Nach einem einleitenden Teil zum zugrundeliegenden Kompetenzverständnis und der Darstellung ausgewählter Forschungsergebnisse widmen sich die Autoren und Autorinnen vor allem diesen Fragen: Wie werden Prüfungsgegenstände und anzubahnende Kompetenzen in Beziehung gesetzt? Wie werden Fälle generiert und aufbereitet? Welche Aufgaben können gestellt werden? Wie wird der Erwartungshorizont gestaltet? Die Empfehlungen werden anhand von Musterklausuren und Erfahrungen konkretisiert. Ein Leitfaden unterstützt Lehrende bei der Konzeption der schriftlichen Prüfung.
Ausgehend vom andinen Raum ist das Konzept des Buen Vivir derzeit in zahlreichen Regionen und Facetten aktuell. In diesem Beitrag wird ein kurzer ideengeschichtlicher und inhaltlicher Abriss der als „Buen Vivir“ bezeichneten Bewegung skizziert. Buen Vivir und Sumak Kawsay haben innerhalb von rund 15 Jahren einen internationalen Boom an Fach- und Populärliteratur ausgelöst, wobei die „Verstaatlichung“ dieser Konzepte in Ecuador und Bolivien zu ihrem Erfolg beigetragen hat. Zugleich haben genau diese politischen Prozesse die Konzepte von innen her ausgehöhlt und alternative Bewegungen tendenziell geschwächt, insofern wenigstens echte Teilhabe neuer Akteure (z.B. indigener Parteien) am Regierungsprozess letztlich weitgehend verunmöglicht wurde. Der Beitrag analysiert diese Entwicklung und Versuche, welche den originären Geist der Formulierungen rund um Sumak Kawsay (mehr als Buen Vivir) wiederbeleben und zu verbreiten suchen.
Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Strukturcharakterisierung modifizierter lockenaggregate; Pelletflocken während der Feststoffkonditionierung. Die Besonderheit der Konditionierung durch Pelletierungsflockung liegt im gezielten Aufbau von Aggregaten mit definierten Eigenschaften. Die Entstehung der runden, dichten und stabilen Pelletflocken setzt eine optimale Kombination mehrerer Prozessbedingungen voraus. Unter Verwendung verschiedener Suspensionen wurden die Pelletflocken in Abhängigkeit von der Prozessführung und den Prozessparametern untersucht. Die in der verfügbaren Literatur gefundenen Unstimmigkeiten zwischen den theoretischen Strukturmodellen in der Pelletierungsflockung und der Interpretation der praktischen Ergebnisse bilden den Ausgangspunkt der Untersuchungen. Es wird gezeigt, dass infolge der überwiegend in der Theorie der Pelletierungsflockung beschriebenen Prozessführung keine Zwiebelstruktur, sondern ein als Himbeerstruktur bezeichneter Aufbau der Pelletflocken entsteht. Daraufhin wurde eine Erweiterung der bekannten theoretischen Modelle um das Himbeerstrukturmodell vorgeschlagen.
Im Reiherbachtal im Solling (Niedersachsen) wird ein im Besitz der Niedersächsischen Landesforsten befindlicher lichter Bestand etwa 200-jähriger Alteichen seit dem Sommer 2000 zum Erhalt des „Hutewaldcharakters“ mit Heckrindern und Exmoorponys beweidet. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des als Erprobungs- und Entwicklungsprojekt (E+E) des Bundesamtes für Naturschutz ins Leben gerufenen, verkürzt meist „Hutewaldprojekt“ genannten Waldweidevorhabens zum Schutz von Arten und Lebensgemeinschaften wurde von Januar 1999 (Vorstudie) bis zum Dezember 2005 (Ende der wissenschaftlichen Begleituntersuchungen) unter anderem auch die Flechtenflora des knapp 200 ha großen Projektgebietes erfasst. Dabei wurden 189 Taxa festgestellt, eine im Vergleich mit Literaturangaben aus anderen deutschen Waldgebieten bundesweit herausragende Artenfülle. Hierin enthalten sind unter anderem 28 obligat oder fakultativ lichenicole bzw. saprophytische, flechtenähnliche Pilze, die traditionell von der Flechtenkunde mitbearbeitet werden. Da die Fachliteratur für das entsprechend zu berücksichtigende Inventar keine eindeutigen Vorgaben macht, wird eine fachlich begründete Empfehlung hierfür abgeleitet. Zusätzlich ist der Anteil landes- wie bundesweit gefährdeter Arten mit 54% bzw. 47% überdurchschnittlich hoch. Sieben Arten sind Erstnachweise für das Land Niedersachsen, eine davon auch für die Bundesrepublik Deutschland. Der Anteil der Epiphyten liegt bei 75%, knapp zwei Drittel der Arten kann eine positive Prognose gestellt werden, sollte die Beweidung fortgeführt werden. Im speziellen Teil vorliegender Arbeit werden alle 189 nachgewiesenen Arten in Text und Bild dokumentiert. Die Auswertung der dort zusammengetragenen artspezifischen Parameter zeigt, dass im Gebiet die Eiche bedeutenstes Trägergehölz epiphytischer Arten ist, was den in der Fachliteratur dokumentierten Befunden aus anderen Waldgebieten entspricht. Zugleich ist auf diesem Gehölz der Anteil gefährdeter Arten besonders hoch. Die in Forstwirtschaftskreisen weit verbreiteten Methoden der forstlichen Standortcharaktersierung mittels Zeigerwerten und Hemerobiegraden von Artenlisten führen über auch aus anderen naturräumlichen Daten zu gewinnende Erkenntnisse hinaus kaum zu weiterführenden Einsichten. Erst eine räumlich kleinskaligere Auswertung (hier auf Basis von Rasterfeldern zu 100 m x 100 m) bzw. Verwendung der in aktueller Literatur als künftig nicht mehr zu nutzen empfohlener Toxitoleranzzahlen sowie des aus anderen Zeigerwerten zu berechnenden KO-Wertes erbringt für die naturschutzfachliche Planung wichtige Zusatzinformationen über Ballungsräume seltener Arten bzw. aus Artenschutzgründen umgehend anders als bisher zu behandelnder Teilgebiete. Erstmals für deutsche bzw. niedersächsische Verhältnisse anwendbar gemacht wird eine Bewertung von Waldgebieten unter Verwendung der in ihnen erhobenen Flechtenartenlisten mit Hilfe des in Großbritannien entwickelten Revised Index of Ecological Continuity (RIEC). Er erlaubt die Ansprache eines Untersuchungsgebietes als naturschutzfachlich besonders wertvoller historisch alter Wald. Dabei bietet er die Vorteile, mittels einer vergleichsweise einfach und ganzjährig zu erhebenden Artengruppe verlässliche Aussagen zu erhalten und gleichzeitig stellvertretend für andere, schwieriger zu untersuchende Artengruppen zu stehen. Auch der britische New Index of Ecological Continuity (NIEC) wird für hiesige Verhältnisse weiterentwickelt. Beide Verfahren sind für eine Übertragung auf andere Bundesländer geeignet, bedürfen dort wie auch in Niedersachsen aber noch der statistisch abgesicherten Optimierung mittels weiterer vergleichender Untersuchungen. Angesichts des Status des Reiherbachtales als Teil des Flora-Fauna-Habitat- und Vogelschutz-Gebietes „Wälder im südlichen Solling“, dem im Gebiet anzuwendenden Erlass des Landes zur langfristigen ökologischen Waldentwicklung (LÖWE) sowie weiterer naturschutzrechtlicher Rahmenbedingungen einerseits und der „Problematik“ der Naturverjüngung der Eiche in weiten Teilen Mitteleuropas sowie den positiven Erfahrungen und Literaturanregungen hierzu, insbesondere bei Anwesenheit großer Pflanzenfresser andererseits wird für die Fortführung der begonnenen Waldbeweidung dringend plädiert. Zumindest ist das so genannte „Habitatbaum-Konzept“ der Niedersächsischen Landesforsten ebenso als nicht ausreichend zu verwerfen wie die nicht zielführende, sondern im Gegenteil sogar schädliche Verjüngungspraxis der Forstbehörden. Ein weiterführendes, an den naturschutzfachlichen Konditionen orientiertes Zukunftsszenario für das Reiherbachtal könnte nach Ansicht des Verfassers ferner die Schaffung eines großflächigen modernen Hutewaldgebietes im Sinne des in Amerika und Sibirien diskutierten „Pleistocene Re-wilding“ sein.
Hohe Nährstoffkonzentrationen können aquatische Ökosysteme stark belasten. Bei der integrierten Gewässerbewirtschaftung kommt der Quantifizierung der natürlichen Nährstoffsenken eine große Bedeutung zu. Für den anorganischen Stickstoff sind dies die biogene Assimilation und die benthische Denitrifikation. Denitrifikation wurde bisher vor allem auf der Prozessskala untersucht, eine räumlich differenzierte Erfassung auf mesoskaliger Ebene ist noch nicht erfolgt. Hauptziel dieser Arbeit ist die räumlich aufgelöste Quantifizierung des Nährstoffumsatzes - mit besonderer Berücksichtigung der Stickstoffretention – am Beispiel eines 70 km langen Flussabschnitts der Weißen Elster. Dies wird anhand von Längsschnitt- und Tag/Nacht-Beprobungen, bei denen auch der benthische Biofilm und die Sedimente berücksichtigt wurden, analysiert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Durchführung von Modellanalysen. Es wurde eine modifizierte Version des Gewässergütemodells WASP verwendet. Damit wurden die Sensitivitäten morphologischer Faktoren untersucht sowie die Einfluss von Renaturierungsmaßnahmen auf den Nährstoffhaushalt analysiert. Unter sommerlichen Verhältnissen wurde eine erhebliche Stickstoffretention nachgewiesen. Auf der 70 km langen Fließstrecke werden bis zu 32% der in das Gewässer eingetragenen N-Fracht durch Denitrifikation eliminiert. Die Denitrifikation schwankt räumlich sehr stark: Der Stickstoffrückhalt liegt zwischen 0,2 und 1,25 mgN/(l·d), die mittlere Denitrifikationsrate schwankt zwischen 240 mgN/(m2d) in einem kanalisierten Abschnitt und 639 mgN/(m2d) in einem naturnahen Bereich. Von den untersuchten morphologischen Faktoren hat die Länge der Fließstrecke den größten Einfluss auf den Stickstoffrückhalt. Eine Verlängerung der Fließstrecke um 10% bewirkt eine Verringerung der Nitrat-Konzentration um 2,7%. Die Auswirkungen der im Rahmen einer Szenarienanalyse betrachteten Renaturierungsmaßnahmen auf die Stickstoffbelastung sind gering.
Verification of software for Contiki-based low-power embedded systems using software model checking
(2017)
The main building blocks for the internet of things are connected embedded systems. Often these systems are also used in safety critical applications. Therefore, it is particularly important that these devices work according to their specification i.e. they behave as intended. Nowadays, even for simple devices embedded operating systems as Contiki are used to simplify application development and to increase portability between different hardware platforms.
The main objective of this thesis is to present a methodology for the verification of software applications written for the operation system Contiki, taking the system hardware into account. Therefore, software model checking and especially bounded model checking [BCC⁺03] is used as a technique, which allows to formally verify software for embedded systems.
For verifying the software against its specification, it is also necessary to build a model of the system hardware. Thereby, the difficulty is to create a model which is detailed enough to capture the hardware behavior so that the software performs correctly, while keeping the computation effort for the verification process manageable. In this work, the drivers which communicate with the hardware are therefore replaced with abstract models during the verification process. This enables the verification based on an abstract hardware platform independent of specific hardware.
A special role within embedded systems play interrupts. Interrupts are used to save power and can also be used to react on external events. Current methods for verification of interrupt driven software are based on the interleaving model and partial order reduction to reduce the size of the verification problem. This thesis argues that this method is not sufficient for software, whose behavior relies on periodically occurring interrupts. Therefore, in this thesis, a new approach called periodic interrupt modeling is introduced. This approach can be applied automatically and reduces the number of incorrect verification results due to inaccurate modeling. In addition, properties can be proven that depend on the number of occurring interrupts.
Using applications for the Contiki operating system, and based on a verification flow, the approaches toward interrupt modeling are compared.
Diese Arbeit bezieht sich auf die Annahme, dass es im Speicher genau wie im Gewässer eine starke Temperaturschichtung geben muss. Diese wirkt sich unterschiedlich auf die Wärmeverluste aus. So sind an der Oberfläche höhere Verluste als im unteren Bereich des Behälters zu erwarten. Die Zielsetzung besteht in erster Linie darin, die Temperaturschichtung zu berechnen, um Auswirkungen auf die Effizienz abschätzen zu können. Neben der Betrachtung der Effektivität wird in dieser Arbeit auch viel Wert auf die Randbedingungen gelegt. Es werden Annahmen getroffen, die die Einflüsse auf die Temperatur möglichst realitätsnah beschreiben. Dafür werden zunächst die verwendeten physikalischen Grundlagen erläutert.
Machine-Learning-Verfahren in der Produktlinienoptimierung - Simulationsrechnungen und Robustheit
(2021)
Die Produktlinienoptimierung auf Basis der Conjointanalyse ist eines der wichtigsten Probleme der Marketingforschung. Das Ziel der Produktlinienoptimierung ist das Identifizieren einer optimalen Produktlinie bzgl. des Gewinns und Marktanteils. Für die Modellierung der Auswahlwahrscheinlichkeiten der Produkte unter Berücksichtigung der Konsumentenpräferenzen werden deterministische und probabilistische Entscheidungsregeln verwendet. Darauf aufbauend werden für jede Entscheidungsregel jeweils eine Gewinn- und eine Marktanteilsmaximierungszielfunktion aus der Literatur ausgewählt. Als Kombinatorisches Optimierungsproblem ist die Produktlinienoptimierung NP-hard, wodurch die Berechnung der Optima schon bei mittelgroßen Problemgrößen nicht mehr möglich ist. Aus diesem Grund sind Verfahren aus dem Machine-Learning nötig, um die Optima in angemessener Rechenzeit zu approximieren. Die verwendeten Machine-Learning-Verfahren sind Genetische Algorithmen, das Min-Max Ant-System, Particle-Swarm-Optimization und Simulated Annealing, deren Parameter in Abhängigkeit der Problemgröße adaptiv definiert werden. Durch einen neuartigen Clusteransatz können Genetische Algorithmen das deterministische Produktlinienoptimierungsproblem im Sinn der Zielfunktionswertqualität am besten lösen. Das Min-Max Ant-System mit lokaler Suche ist am besten für die deterministische Gewinnmaximierung geeignet. Für die Zielfunktionen mit probabilistischer Entscheidungsregel zeigt sich das Min-Max-System ohne lokale Suche als überlegen. Für die Untersuchung der Robustheit der hierarchischen Bayes-Schätzung wird ein realer Datensatz verwendet. Die Robustheit wird maßgeblich durch die Wahl der Entscheidungsregel beeinflusst. Die Zielfunktionen mit probabilistischer Entscheidungsregel reagieren robust auf die hierarchische Bayes-Schätzung, wohingegen die Zielfunktionen mit deterministischer Entscheidungsregel sehr sensitiv auf sich verändernde Konsumentenpräferenzen reagieren.
Dem Moment der Vorhersage kommt eine zentrale Rolle innerhalb der Konzepte der ökologischen Modellierung zu. Flächendeckende Information ist durch die gegenwärtigen Möglichkeiten der Fernerkundung auf die integrative Charakterisierung von größeren Ausschnitten der Landschaft beschränkt, eine Ermittlung einzelner Arten oder Lebensgemeinschaften ist nicht sinnvoll möglich. Deshalb werden Ausschnitte der Landschaft in Form mehr oder weniger repräsentativer Untersuchungsflächen intensiv untersucht und durch Interpolation/ Extrapolation oder Analogieschluss auf den Rest der Landschaft geschlossen. Die Verwendung z. T. hochkomplexer statistischer Modelle, die einen vom Beobachter bestimmten Ausschnitt aus allen verfügbaren Eigenschaften der Landschaft bzw. der Umwelt der Organismen als Parameter verrechnen, ist die gängige Praxis in der Modellierung. Im Zusammenwirken von punktueller Erfassung der Zielorganismen, (Satelliten-)Fernerkundung, Autökologie und Statistik entsteht ein Abbild der Wirklichkeit als Modell, das in jedem Verarbeitungsschritt (insbesondere in den Interpretationsschritten) Fehler und Unsicherheiten erzeugt, fortschreibt und/oder potenziert. Diese Fehlerfortschreibung und –vergrößerung wird vermieden, je einfacher die Modelle sind, wobei gleichzeitig eine Einbeziehung verfügbarer und wahrscheinlich wichtiger Information unterbleibt, so dass von Seiten des Modellierers eine Abwägung vorzunehmen ist, ob einfache und weniger fehlerbehaftete oder aber komplexe und fehlerbehaftete Modelle vorzuziehen sind. In der vorliegenden Auswahl wurden die einfachen Modelle bevorzugt. Auf 158 Probeflächen in Südost-Brandenburg (Spree-Neiße-Kreis, Stadt Cottbus, Landkreis Dahme-Spreewald, Landkreis Oberspreewald-Lausitz) wurden 37 Heuschreckenarten mit Frequenzen zwischen 0,6 und 99,4 % nachgewiesen, sowie die Aktivität von 49 Libellenarten mit Frequenzen zwischen 0,6 und 74,1 % dokumentiert. Die Beobachtungsdaten wurden verwendet, um mit Hilfe einfacher graphenbasierter topographischer Modelle Vorhersagen über das Vorkommen von Arten zu machen. Als Modelle wurden Delaunay-Triangulationen, Gabriel-Graphen, Minimal spannende Bäume, Graphen über die nächsten Nachbarn, sowie Voronoi-Diagramme verwendet. Außerdem wurde mit Hilfe der Methode des ‚leave-one-out’ über einige Graphen ‚modellierte Beobachtungen’ berechnet. Zum Modellvergleich wurden alle Modelle gegen alle anderen unter Einbeziehung der Beobachtungen und der ‚modellierten Beobachtungen’ hinsichtlich der Korrelation der Arten-Vektoren paarweise gegenübergestellt. Dabei ist deutlich geworden, dass es Modellpaare gibt, sehr hoch miteinander korreliert sind. Es wurde geprüft, ob die Korrelationen von der Anzahl der Nachbarn, der Relation der Zahlen der unbekannten zu den Zahlen der bekannten Nachbarn, oder der Wichtung der einzelnen Nachbarn, oder den Distanzen der Nachbarn voneinander abhängig sind. Solche Abhängigkeiten treten schwach oder gar nicht in Erscheinung. Es ist ersichtlich, dass sowohl die Konstruktion der Graphen (d. h. die Wahl des Modells), als auch die Struktur des Graphen mit den untersuchten Flächen als Knoten einen Einfluss auf die Übereinstimmung der Vorhersageergebnisse nimmt. Zur Vorhersagegüte wird die gängige Praxis, die Vorhersage des verwendeten Modells an den zugrunde liegenden Beobachtungen zu messen, grundsätzlich kritisiert, da der Modellcharakter der Beobachtungen nicht ausreichend reflektiert und die Beobachtungen von unbekannter Güte sind. Es wird daher vorgeschlagen, die in dieser Untersuchung verglichenen Modelle mit den adäquaten ‚modellierten Beobachtungen’ als Maßstab der Vorhersagegüte zu vergleichen. Aus diesem und anderen Gründen werden die Voronoi-Diagramme bzw. die dazu dualen Delaunay-Triangulationen als ‚beste Modelle’ herausgestellt, wobei die ähnlichen Gabriel-Graphen eine vergleichbare Güte erreichen können.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung der Vereinfachten Fließzonentheorie, welche ein effizientes Verfahren zur Abschätzung von Zustandsgrößen im Einspielzustand ist. Die wesentlichen Erweiterungen werden im Bereich der Mehr-Parameterbelastungen und in der Verwendung von Theorie II. Ordnung beschrieben.
Bei der Berücksichtigung von paarweise auftretenden Lastfällen (Ein-Parameterbelastungen) hat sich das Verfahren bereits bewährt und wird in dieser Arbeit für die Berücksichtigung von beliebig vielen Lastfällen (Mehr-Parameterbelastungen) erweitert. Es wird in numerischen Untersuchungen nachgewiesen, dass eine paarweise Betrachtung von Lastfällen gegenüber der Mehr-Parameterbelastung zu Fehleinschätzungen der Beanspruchungen führen kann. Die Berücksichtigung aller beteiligten Einwirkungen durch Mehr-Parameterbelastungen in der Vereinfachten Fließzonentheorie liefert einen effizienten und detaillierten Einblick in elastisch-plastisch beanspruchte Tragwerke im Einspielzustand. (DFG-Projektnummer: 286671283)
Schlanke Tragwerke, bei denen die Struktursteifigkeit durch Membranspannungen beeinflusst wird, erfordern eine Berechnung nach Theorie II. Ordnung. Bei unter Druck stehenden Rohrleitungen und insbesondere bei dünnwandigen Rohrbögen können signifikante Steifigkeitseffekte beobachtet werden. Treten zusätzlich zyklische und überelastische Beanspruchungen auf, interagiert die geometrische Nichtlinearität und die Materialnichtlinearität. Um dem daraus entstehenden hohen Berechnungsaufwand entgegenzutreten, wird eine Technik vorgestellt, die es ermöglicht, die Vereinfachte Fließzonentheorie unter Berücksichtigung von Theorie II. Ordnung zu verwenden. An numerischen Untersuchungen wird gezeigt, dass diese Weiterentwicklung der Vereinfachten Fließzonentheorie eine hohe Qualität der Ergebnisse bei deutlich geringerem Berechnungsaufwand liefert. (DFG-Projektnummer: 416907346)
Das Internet der Dinge (IoT) und drahtlose Sensor-Netzwerke (WSNs) sind grundlegende Konzepte für die Vernetzung der heutigen globalen Informationsgesellschaft, die auf kleinen drahtlosen Geräten basiert. Wenn die Funktionalitäten oder Daten dieser Geräte manipuliert werden, kann der potenzielle Schaden erheblich sein. Daher ist die Sicherung der Datenübertragung zwischen diesen Geräten mithilfe von Kryptografie entscheidend. Die Sicherheit kryptografischer Algorithmen hängt jedoch von der Geheimhaltung der kryptografischen Schlüssel ab, die aufgrund der physischen Zugänglichkeit anfällig sein können. Side-Channel-Angriffe können diese Anfälligkeit ausnutzen, indem sie physikalische Parameter nutzen, die mit dem Betrieb kryptografischer Chips verbunden sind, wie z. B. die elektromagnetische Strahlung während kryptografischer Operationen.Als Antwort auf diese Herausforderung wurde in dieser Arbeit das "Leakage Source Cartography Tool" (LSC-Tool) entwickelt, um die Analyse der elektromagnetischen Strahlung in den elliptischen Kurvenkryptografie-Designs des IHP zu beschleunigen. Das LSC-Tool ermöglicht die automatisierte Auswertung von Sätzen von elektromagnetischen Traces, die aus verschiedenen Messpositionen über einen kryptografischen Chip gewonnen wurden. Die Analyse führt zu einer "Leakage Source Map" (LS-Map), die den Erfolg von elektromagnetischen Analyseangriffen an jeder Messposition darstellt. Dieses Tool bietet eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit, die Widerstandsfähigkeit kryptografischer Designs gegen Angriffe zu bewerten, und bietet Designern Einblicke in die anfälligsten Bereiche des Chips sowie Informationen über den Leakage pro Taktzyklus.Durch den Einsatz des LSC-Tools wurde der Widerstand von zwei IHP ECC-Designs gegen horizontale differentielle elektromagnetische Analyseangriffe an 25 Messpositionen getestet. Die statistische Analyse von Traces kann mit drei Methoden durchgeführt werden: der Methode der kleinsten Quadrate, dem Difference-of-means-Test oder der Difference-of-the-mean-Methode. Die generierten LS-Maps zeigen, dass die Verwendung unterschiedlicher Methoden unterschiedliche Anzeichen für Leakagestellen liefert. Die Kombination dieser Karten erhöht die Erfolgsrate des Angriffs. Beachtenswert ist, dass im Laufe dieser Forschung klar wurde, dass das LSC-Tool angepasst werden kann, um LS-Maps für die funktionellen Blöcke von ECC-Designs zu erstellen und so die Analyse simulierter Power-Traces für das IHP ECC-Designs zu ermöglichen.
Unkompliziertes und schnelles Suchen und Finden der passenden Weiterbildung über eine Plattform kann zur digitalen Verstärkung der beruflichen Weiterbildung dienen. Auf die Konzeption und Gestaltung so einer Plattform zielt der vom Bundesinstitut für Berufsbildung organisierte und über die Nationale Weiterbildungsstrategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung geförderten Innovationswettbewerb INVITE ab (Ertl, 2021).
Das Projekt „Expand+ER WB³“ als Teil des Innovationswettbewerbs INVITE zielt darauf ab, innovative Zugänge zu digitalen Lernangeboten auf der Basis der Weiterbildungsdatenbank Berlin-Brandenburg (WDB-Suchportal) zu schaffen. Die Datenbank wird von der Wirtschaftsförderung des Landes Brandenburg und der Europublic GmbH betrieben.
Um Weiterbildung gezielt anbieten zu können, sind im Rahmen des Expand+ER WB³-Projekts berufliche und wissenschaftliche Weiterbildung abzugrenzen und die Schnittstellen zwischen beiden zu identifizieren.
A Simulation analysis to improve the dielectric strength inside High Voltage Vacuum Interrupters
(2015)
Vacuum circuit breakers are expected to be one of the possible alternatives for SF6 circuit breakers in transmission voltages up to 230kV because of the excellent insulation as well as environmental friendly characteristics of vacuum. But for higher voltages, maintaining the electrical insulation inside and outside the interrupter tube is very important and becoming a challenge for the design engineers. Normally a vacuum interrupter consists of metal shields sandwiched between the ceramic insulator blocks inside the tube. The primary purpose of these metal shields is to protect the insulator walls by avoiding metal vapor deposition during the arcing process. On the other hand, these metal shields also influence the electric field distribution inside the interrupter tube. The presence of the metal shields may reduce the dielectric strength of the interrupter tube if proper measures are not taken.
This research is devoted to provide the information about the possible areas inside and outside the interrupter tube that are considered as critical in terms of dielectric strength because of the presence of metal shields. Possible solutions are also given in this thesis to overcome the high field stress in these critical areas with the help of 2D simulations that are simulated in ANSYS Maxwell.
The critical areas and their respective solutions presented in this work are (1) unidentified edges outside the interrupter tube which are formed by the metal shields that are inserted between the ceramic blocks. These edges, at high field stress, may act as a source of discharges between the interrupter tube and the outer insulator. This problem can be reduced by the combination of using a pressurized insulating gas (which is in this case N2) between interrupter tube and outer insulator and by extending the unidentified edges and covering them with field grading rings which are conductive in nature. (2) Triple junctions (Vacuum-Ceramic-Metal shield) are the sources of high field stress inside the interrupter tube and are considered as a primary source of Secondary Electron Emission Avalanche that takes place on the (3) ceramic surface. The triple junction emissions can be avoided by properly designing the insulator geometry at point of contact with the metal shield. In addition, inserting metal parts of certain depth at the both ends of the ceramic insulators can also reduce the field stress at the triple junctions and avoid surface flashovers on the ceramic surface. (4) The gap between the metal shield and the contact rod is also considered to be a critical area which can be highly stressed (field) if the geometry of metal shield curvature is not properly designed. Various metal shield curvatures are proposed and simulated and an optimum geometry is suggested that reduces the electric field stress between the metal shield and contact rod. Using this optimized metal shield curvature, the diameter of the interrupter tube can be reduced considerably which in turn reduces the size of the interrupter tube.
This dissertation proposes a cross-layer framework able to synergistically optimize resilience and power consumption of processor-based systems. It is composed of three building blocks: SWIELD multimodal flip-flop (FF), System Operation Management Unit (SOMU) and Framework Function Library (FFL). Implementation of the building blocks is performed at circuit, architecture and software layer of the system stack respectively. The SWIELD FF can be configured to operate as a regular flip-flop or as an enhanced flip-flop for protection against timing/radiation-induced faults. It is necessary to perform replacement of selected timing-critical flip-flops in a system with SWIELD FFs during design time. When the system is active, the SWIELD FFs operation mode is dynamically managed by the SOMU controller according to the current requirements. Finally, the FFL contains a set of software procedures that greatly simplify framework utilization. By relying on the framework, a system can intelligently interchange techniques such as Adaptive Voltage/Frequency Scaling, selective Triple Modular Redundancy and clock gating during operation. Additionally, a simple and convenient strategy for integration of the framework in processor-based systems is also presented. A key feature of the proposed strategy is to determine the number of SWIELD FFs to be inserted in a system. Using this strategy, the framework was successfully embedded in instances of both single- and multicore systems. Various experiments were conducted to evaluate the framework influence on the target systems with respect to resilience and power consumption. At expense of about 1% area overhead, the framework is able to preserve performance and to reduce power consumption up to 15%, depending on the number of SWIELD FFs in the system. Furthermore, it was also shown that under certain conditions, the framework can provide failure-free system operation.
Cryptographic operations are more and more popular because unencrypted information is a security leakage in many application areas. Possible ways to get the secret key is the misuse of test and debug facilities. These interfaces allow a reading and writing access to all internals of the ASIC. Typically they are not protected against a misuse by a third party.
In this thesis a new countermeasure against side channel attacks on scan chain and debug interfaces is proposed. The countermeasure for the scan chain interface, as well as the one for the debug interface, use the same approach, but every interface has its own security component. The approach designed and investigated in this thesis is based on a key matching method, which is resistant against reverse engineering. It is necessary from the user side, to test and debug the device, to write the secret key in an OTP. The “golden” key is embedded in specially designed units, which are used to compare the golden key with one provided in the OTP. After testing or the debugging, the key in the OTP is deleted. Even if this key is known to an attacker, it is not possible to rewrite the value into the OTP. The unit which contains golden key and compare logic is made of digital standard cells. The cells are not modified, but the wiring has a novelty. Small isolation elements from the analog circuit design are used to implement a “0” or a “1” as value for the golden key. The security feature is the resistance against optical reverse engineering because both types of the golden key and compare unit have the same footprint. Finally 128 of these units compose the 128 bit golden key.
The scan chain solution is suitable for any IP core, independent of whether it is a standalone cryptographic component, a microcontroller or a very complex system on a chip. For the scan chain test the test pattern generated by the scan pattern generator can be used without any modification. The only requirement is that before the test, the secret key has to be written into the device, and after the test, the secret key has to be deleted.
For a debug interface the same problem exists as for the scan chain interface. An access to the device is an open door for an attacker. As the debug interface is used in different development stages the approach is to implement several OTP lines - one per development stage for example. Additionally a mechanism for different access levels is offered. Depending of the access level different address spaces are unlocked.
As shown in this thesis, the solutions for a secure scan and debug interface are easy to integrate into an existing design, while area, timing and power is not influenced significantly. The scan or debug process have to be changed only slightly and the test coverage is not affected and defect analysis is possible. To summarize in this thesis a novel and innovative approach to protect scan and debug interfaces against side channel attacks was designed and evaluated.
This thesis presents the design and implementation of the RF power amplifiers in modern silicon based technologies. The main challenge is to include power amplifier on a single chip with output power level in watts, operating at high frequencies where the transit frequency (fT) is just a few times higher than the operating frequency. This work describes the design procedure for bipolar and CMOS transformer-based Class-A, Class-AB and Class-B power amplifiers. The design procedure is based on the HICUM for bipolar and BSIM4 for CMOS transistor models and is divided in four parts: •Building a one transistor prototype power amplifier which is based on the analytical analysis of the output characteristics and transistor model. •Load-pull simulation to define the final input and output impedances. •Derivation of the analytical equations for the transformer-based matching network. •Design of the final transformer-based push-pull power amplifier. A good agreement between the proposed analytical analysis and large-signal (harmonic balance) simulation results proofs usefulness of the proposed power amplifier design approach. Additionally, it shows the contribution of the separated devices at the final design that helps to find a technology limits in the current circuit design. The main achievements include: •A 2.4 GHz power amplifier in 0.13 um CMOS technology. An output power of 28 dBm is achieved with a power added efficiency of 48 % at a supply voltage of 1.2 V [Vasylyev 04]. •Two 17 GHz power amplifiers in 0.13 um CMOS technology (one fully integrated while the other with external matching network) with output power exceeding 50 mW. The former exhibits a power added efficiency of 9.3 % while the latter a 15.6 % power added efficiency [Vasylyev 06]. •A fully integrated K and Ka bands power amplifier in 0.13 um CMOS technology. A 13 dBm output power along with power added efficiency of 13 % is achieved at an operating frequency of 25.7 GHz with 1.2 V supply [Vasylyev 05,a]. •A fully integrated power amplifier based on a novel power combining transformer structure in 28 GHz-fT SiGe-bipolar technology. A 32 dBm output power along with power added efficiency of 30 % is achieved at an operating frequency of 2.12 GHz with 3.5 V supply [Vasylyev 05,b].